TY - THES ID - 3263607 TI - Design en synthese van potentiële B-turn mimetica : toepassingen in de peptidechemie en in de ontwikkeling van kleine moleculen AU - Verbist, Bie AU - Katholieke Universiteit Leuven PY - 2005 SN - 905682631X PB - Leuven Katholieke Universiteit Leuven. Faculteit Wetenschappen DB - UniCat KW - Academic collection KW - 547 KW - Organic chemistry KW - Theses KW - 547 Organic chemistry UR - https://www.unicat.be/uniCat?func=search&query=sysid:3263607 AB - De afgelopen jaren werd op ons laboratorium een synthese ontwikkeld voor 2(1H)pyrazinonen. Deze systemen werden vervolgens verder uitgebouwd tot amino(oxo)piperidinecarboxylaat(APC)-systemen via intermoleculaire Diels-Alderreacties. In dit werk worden nieuwe klasses APC-systemen besproken en wordt de eerder ontwikkelde chemie verder gevaloriseerd in de synthese van biologisch relevante molecules. In het eerste deel bespreken we de strategie gevolgd bij de ontwikkeling en synthese van nieuwe APC-systemen met potentieel b-turn inducerende eigenschappen. b-turns zijn belangrijke secundaire structuurelementen in peptiden en komen tussen in tal van moleculaire herkenningsprocessen. Mimetica van b-turns worden onder andere gebruikt bij de opheldering van de receptorgebonden conformaties van peptiden. Bij de ontwikkeling van deze nieuwe systemen werd het amino(oxo)piperidinecarboxylaat als basisskelet behouden. We weten immers dat deze in de reeds bestaande systemen verantwoordelijk is voor de b-turn inducerende eigenschappen. Er wordt echter naar extra rigiditeit gestreefd in de doelmolecules. Moleculaire rigiditeit kan een positieve invloed hebben op orale biobeschikbaarheid en op selectiviteit van binding met receptoren. De bruikbaarheid van de nieuwe APC-systemen als b-turn mimetica werd vooraf geanalyseerd via een uitgebreide moleculaire modellering. In een volgende fase van het onderzoek werden deze verbindingen gesynthetiseerd uitgaande van 2(1H)pyrazinonen. De functionaliseerbaarheid van deze pyrazinonen laat toe om een hele reeks natuurlijke en niet natuurlijke aminozuren na te bootsen in de doelsystemen. De sleutelstap in de synthese is een endo-selectieve, intramoleculaire Diels-Alderreactie. Hierwordt het dipeptide-systeem conformationeel ingeperkt en wordt de cis-relatie tussen amine en carboxylaat verzekerd. De laatste stap in de ontwikkeling van de dipeptide-analoga was de methanolyse van de 'endo'-lactamfunctie. In deze methanolyse werdin het ene geval een gebrek aan selectiviteit vastgesteld, in het andere een gebrek aan reactiviteit. Op dit moment in het onderzoek werd beslist om de factoren te bestuderen die de reactiviteit en selectiviteit bepalen in de methanolysereacties vande 2,5-diazabicyclo[2.2.2]octaan-3,6-dionen verkregen via een intermoleculaire Diels-Alderreactie. Dankzij de resultaten van deze studie kon een nieuwe syntheseweg opgesteld worden voor analoge APC-systemen waarbij nu wél selectief de'exo'-lactamfunctie van intramoleculaire [4+2]cycloadducten doorgebroken wordt. (doorbraak van 'endo'-lactamfunctie wordt verhinderd door N-alkylering of door een omvangrijke groep in de a-positie) Deze nieuwe strategie geeft aanleidingtot een nieuwe klasse van cis-gefuseerde APC-systemen. Via moleculaire modellering en NMR-analyse op een model werden ook de b-turn inducerende eigenschappen van deze producten bewezen. In het tweede deel worden de b-turn inducerende eigenschappen van de APC-systemen verkregen via een intermoleculaire Diels-Alderreactie gevalideerd en worden alternatieve functionalisatiemethodes voor de APC-systemen uitgetest met het oog op de mogelijke ontwikkeling van kleine combinatoriële bibliotheken. In het eerste hoofdstuk werd een methodiek op punt gesteld om de APC-systemen te implementeren in peptiden via chemie op vaste drager (Fmoc-strategie). Een gefunctionaliseerd APC-systeem werd vervolgens ingebouwd in endomorfine 2 op de plaats van een mogelijke cis-peptidebinding in de bioactieve conformatie. In het tweede hoofdstuk werd getracht om zowel de N- als de C-terminus van deze systemen op alternatieve wijze uit te bouwen met het oog op de ontwikkeling van kleine combinatoriële bibliotheken. Voor de N-terminus bleek de vorming van een amidebinding de meest geschikte methode. Voor de C-terminus verkozen we de esterfuntie te reduceren tot een alcohol en deze verder te alkyleren. In het laatste gedeelte werd het APC-systeem gebruikt als template voor het uitvoeren van macrocyclisatiereacties. Deze methodiek werd vervolgens toegepast op een gefunctionaliseerd APC-systeem om na te gaan of deze scaffold, geïmplementeerd in een macrocyclische structuur, de minimale structuur bezit om de activiteit van het cyclische casomorfine derivaat 2 na te bootsen. Previously, a synthetic method for 2(1H)pyrazinones has been developed in our group. These compounds have been applied in intermolecular Diels-Alder reactions to obtain amino(oxo)piperidinecarboxylate systems. In the present work a new type of APC-systems is presented and the known systems are valorised. In the first part of the thesis, we discuss the synthesis of a new type of APC-systems as potential b-turn mimetics. b-turns are secondary structure elements of peptides and play an important role in molecular recognition. The turn mimetics can, amongst others, be used in the determination of the receptor-bound conformation of peptides. In the new systems we keep the amino(oxo)piperidinecarboxylate as a basic unit because this one is responsible for the turn-properties in the previous systems. The new systems however are more rigid. Rigidifying a peptide can increase the in vivo absorption of a biopolymer. Of course care should be taken about induction of sterical hindrance with the receptor. In order to qualify the system as a b-turn mimic, a molecular modelling analysis was performed. In a next phase of the research these compounds were synthesized starting from dichloropyrazinones. Introduction of substituents on this pyrazinone system allowed a wide variety of side chains in the target compounds. The key step in the synthesis is an endo selective intramolecular Diels-Alder reaction. In this step the conformational restriction is introduced and the cis-relationship between the amine and the carboxylate is assured. Finally to cleave the 'endo'-lactam function, the tricyclic precursor was subjected to the acid catalysed methanolysis conditions. This methanolysis was problematic, in some cases becauseof lack of reactivity, in other cases because of lack of selectivity in the reaction. At this moment we decided to perform a profound study of the factors governing the selectivity and the feasability of the methanolysis of 2,5-diazabicyclo[2.2.2]octane-3,6-diones obtained via intermolecular Diels-Alder reaction. With these observations in mind, new target compound were envisaged. After functionalisation of the pyrazinones and intramolecular Diels-Alder reaction the 'exo' lactam funtionwas cleaved. (cleavage of the 'endo' lactam function was prevented by N-alkylation or putting a bulky substituent in the a-position of the lactam carbonyl) This new strategy provided us with a new class of cis-fused APC-systems. The b-turn inducing properties of these conformationally restriced dipeptides were again confirmed by means of molecular modelling and NMR-analysis on a model system. In the second part we applied side chain adapted APC-systems to scan the conformation of peptides and we used the APC-systems as a template to develop small combinatorial libraries. In the first chapter we implemented our side chain adapted scaffold, as a cis-peptide bond mimic, in endomorphin 2. In addition to the conformational stability induced by this template, its non-peptide nature can improve the poor bioavailability and the metabolic stability of the parent compound. In the second chapter we wanted to use our APC-scaffold in an alternative way to develop small combinatorial libraries. We found that the method of choice for extension of the N-terminus of the APC systems is acylation. Along the C-terminus we used the reduction of the ester function and subsequent alkylation of the alcohol. In this way we can reduce the polarity of the compound. In the last part we used our APC-systems as a preorganising scaffold in macrocylisations. This methodology was finally applied in the development of a cyclic casomorphin derivative 2 analogue. Toeval speelt heden ten dage een veel kleinere rol in het drug design proces dan vroeger. Wetenschappers proberen de overvloed aan informatie die hen wordt verschaft door biologen, (bio-)chemici, bioinformatici, ... te gebruiken om op een rationele manier nieuwe medicijnen te ontwikkelen. Peptiden (eiwitten) zijn interessante uitgangsverbindingen in deze zoektocht naar nieuwe geneesmiddelen. Beschouw een peptide als een touw dat zowel uitgestrekt kan zijn als (gedeeltelijk) opgerold. Alleen wanneer het touw op de juiste manier is opgerold zal het in het lichaam de gewenste respons teweegbrengen, andere 'conformaties' geven mogelijk aanleiding tot neveneffecten (denk hier maar aan de ziekte van Alzheimer waar verkeerd gevouwen peptiden fibrillen vormen en zenuwcellen doen afsterven). Wetenschappers isoleren dagelijks nieuwe peptiden met interessante eigenschappen en potentiële medicinale toepassingen. Spijtig genoeg kunnen deze stoffen niet zomaar onder de vorm van een pilletje worden toegediend onder andere omdat ze snel worden afgebroken door het lichaam en omdat ze vaak neveneffecten vertonen door hun flexibiliteit. (verschillende manieren van oprollen) Chemici proberen daarom te achterhalen hoe die bioactieve peptiden er op submicroscopische schaal uitzien.(hoe is het touw opgerold?) Met deze informatie proberen ze nieuwe molecules te ontwerpen die op dezelfde manier werken als de peptiden zonder evenwel de negatieve eigenschappen te bezitten. Bieke Verbist ontwikkelde in haar doctoraatswerk verschillende nieuwe molecules die de structuur van een peptide kunnen stabiliseren. Deze molecules zijn bruikbaar bij de opheldering van de bioactieve conformatie van peptiden en werden onder andere met dit doelingebouwd in korte peptiden. Ook werd het principe van de inbouw van deze stoffen in kleine productbibliotheken onderzocht. ER -