Σχεδιασμός και σύνθεση νέων βιοδραστικών ενώσεων ανάλογων των κουμαρινών

Abstract

The present thesis describes the synthesis of coumarin analogues and structure activity relationship studies. Our work aims at the development of an efficient one-step novel synthetic approach towards 3-aryl-coumarin derivatives and the evaluation of their antioxidant and lipoxygenase inhibitory activity. Furthermore, we studied the structural requirements for efficient LOX inhibitory and lipid peroxidation activity of the new molecules.The first part refers to the development of a novel synthetic methodology for the synthesis of a series of coumarin analogues bearing a substituted phenyl ring on position 3-. The new molecules were synthesized via an intermolecular condensation reaction of 2-hydroxyacetophenones and 2-hydroxybenzaldehydes with imidazolyl phenylacetic acid active intermediates, bearing a variety of either electron-withdrawing or electron-donating substituents. The second part of the thesis refers to the chemical modification of selected coumarin analogues. In our ongoing interest in performing a more detailed structure-activity relationship study, we designed and synthesised novel structurally modified coumarins such as prenyloxy-coumarins, thiocoumarins, hydrazone analogues, 5- and 7- hydroxy coumarins.The in vitro antioxidant activity of the synthesized compounds was afterwards evaluated, using two different antioxidant assays (radical scavenging ability of DPPH stable free radical and inhibition of lipid peroxidation induced by the thermal free radical AAPH). Moreover, the ability of the compounds to inhibit soybean lipoxygenase was determined as an indication of potential anti-inflammatory activity.We moreover considered interesting to examine the molecular structure and the photoelectric behavior of the newly synthesised compounds, which is attributed to the existence of extended π-conjugated systems in their molecules. The photoelectric behavior of the substances was detected using a photoelectrochemical cell (PEC), whereas a crystallographic analysis of the compounds was performed by using the X-ray diffraction technique. It was found that the selected coumarin derivatives present a particular photoelectrochemical behavior, which may be attributed to the substituent position on the aromatic ring.

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτέλεσε η σύνθεση βιοδραστικών κουμαρινικών αναλόγων που περιέχουν φαινυλο- και αλκυλο-υποκαταστάτες στις θέσεις 3- και 4- του λακτονικού δακτυλίου. Συγκεκριμένα, αναπτύχθηκε μια νέα μέθοδος σύνθεσης προϊόντων αναλόγων των 3-φαινυλο-χρωμεν-2-ονών, η οποία περιλαμβάνει αντιδράσεις μεταξύ κατάλληλα υποκατεστημένων 2-υδροξυ-ακετοφαινονών και 2-υδροξυβενζαλδεϋδών με ιμιδαζολίδια καρβοξυλικών οξέων, σχηματισμό των ενδιάμεσων εστέρων, οι οποίοι στη συνέχεια στις συνθήκες της αντίδρασης, υφίστανται ενδομοριακή αντίδραση συμπύκνωσης προς τις τελικές ενώσεις. Σχεδιάστηκαν και συντέθηκαν στη συνέχεια, ανάλογα των 5- και 7-υδροξυ-2H-χρωμεν-2-ονών, μέσω αντιδράσεων συμπύκνωσης της 2,4-διυδροξυ-ακετοφαινόνης ή της 2,6-διυδροξυ-ακετοφαινόνης με χλωρίδια φαινυλοξικών οξέων σε βασικό περιβάλλον. Στα πλαίσια βελτιστοποίησης των αποδόσεων σύνθεσης των υδρόξυ κουμαρινικώναναλόγων, η σύνθεση μέρους των παραγώγων πραγματοποιήθηκε επιπλέον μέσωμιας τροποποιημένης αντίδρασης Perkin η οποία περιελάμβανε τη σύνθεσηακετυλιωμένων κουμαρινών. Η σύνθεση πραγματοποιήθηκε παρουσίατριαιθυλαμίνης και οξικού ανυδρίτη και πλεονεκτεί σημαντικά καθώς τα προϊόνταελήφθησαν σε σημαντικά ικανοποιητικότερες αποδόσεις. Τα τελικά προϊόντα τωνυδροξυ-κουμαρινών, ελήφθησαν ύστερα από αντίδραση απακετυλίωσης των αρχικώνμορίων παρουσία υδραζίνης με πολύ ικανοποιητικές αποδόσεις. Εν συνεχεία, πραγματοποιήθηκε απομεθυλίωση των μεθυλιωμένων κουμαρινώνέπειτα από χρήση διαλύματος τριβρωμιούχου βορίου με αποτέλεσμα τη σύνθεση νέωνυδροξυλιωμένων παράγωγων. Κατόπιν, σχεδιάστηκαν και συντέθηκαν νέεςπρενυλιωμένες κουμαρίνες σύμφωνα με τη γενική αντίδραση αλκυλίωσης τωνυδροξυ-ομάδων του δακτυλίου της θέσης 3- των κουμαρινών με μία πρενυλο-ομάδα (3,3-διμεθυλαλλυλο-βρωμίδιο) παρουσία ανθρακικού καλίου.Η επόμενη προσέγγιση δομικής τροποποίησης των κουμαρινών επικεντρώθηκε σε αντιδράσειςοξείδωσης οργανικών αλογονιδίων προς τις αντίστοιχες καρβονυλικές ενώσεις (αλδεΰδες). Κατέστη επομένως απαραίτητος ο σχεδιασμός αντιδράσεων βρωμίωσης του μεθυλίου της θέσης 4-του βενζοπυρανικού δακτυλίου, με αποτέλεσμα τη σύνθεση των τελικών 3-αρυλο-4-βρωμομεθυλοκουμαρινών μέσω μηχανισμού ελευθέρων ριζών με εκκινητή την ένωση αζω-δις-ισοβουτυρονιτριλίο(azobis-isobutyronitrile, ΑΙΒΝ). Οι τελικές καρβονυλικές ενώσεις, παρήχθησαν ύστερα από αντίδρασηοξείδωσης (Kornblum) και αλκυλίωσης των αρχικών αλογονοπαραγώγων προς τα τελικά παράγωγαμε φορμυλο-ομάδα.Εν συνεχεία, σχεδιάστηκαν αντιδράσεις αντικατάστασης του καρβονυλικούοξυγόνου της θέσης 2- του βενζοπυρανικού δακτυλίου από άτομα θείου, με χρήση τουαντιδραστηρίου Lawesson (LR). Επιπλέον σχεδιάστηκαν ανάλογα υδραζονών μεσκοπό τη διερεύνηση της παρουσίας του αζομεθινικού δεσμού στην ίδια θέση,παρουσία φαινυλυδραζίνης. Η ευρεία βιολογική δράση των κινολινικων παραγώγων ως βιοϊσοστερή ανάλογατων κουμαρινών, μας οδήγησε στο σχεδιασμό και τη σύνθεση νέων 3-αρυλο-4-μεθυλοκινολινικών αναλόγων με σκοπό τη μελέτη του ρόλου του αμιδικού αζώτου στηβιολογική δράση των νέων παραγώγων. Η πορεία συνθέσεως τουςπραγματοποιήθηκε αρχικά μέσω ενεργοποίησης του κατάλληλου φαινυλοξικού οξέοςμέσω θειονυλοχλωριδίου (SOCl2). Ακολούθησε πυρηνόφιλη υποκατάσταση μεπυρηνόφιλο τη 2-αμινο-ακετοφαινόνη παρουσία τριαιθυλαμίνης προς το ενδιάμεσοΝ-(2-ακετυλοφαινυλο)-2-φαινυλο-ακεταμίδιο, το οποίο κυκλοποείται στη συνέχεια σεαλκαλικό περιβάλλον προς τις 3-αρυλο-4-μεθυλο κινολινόνες. Εν κατακλείδει, εξετάστηκε η σύνθεση 6-αρυλο-κουμαρινικών παραγώγων μέσωαντίδρασης σύζευξης Suzuki, μεταξύ ορισμένων νέων βρωμο-χρωμενονών καιβορονικών οξέων, παρουσία περίσσειας ποσότητας βάσης ανθρακικού καισίου καικαταλύτη παλλαδίου τετράκις τριφαινυλοφωσφίνη. Μεταξύ των συνθετικώνεφαρμογών των συζεύξεων Suzuki, επιλέξαμε να εφαρμόσουμε επιπλέον, εφαρμογέςμικροκυματικής θέρμανσης για τη σύνθεση των επιθυμητών κουμαρινικώναναλόγων. Τα νέα προϊόντα, απομονώθηκαν σε πολύ καλές αποδόσεις με χρήσηκαταλύτη παλλαδίου τετράκις τριφαινυλοφωσφίνης και ανθρακικού νατρίου. Το τελικό αποτέλεσμα αυτής της διατριβής, ήταν ο προσδιορισμός της αντιοξειδωτικής και της αντιφλεγμονώδους δράσης των νέων παραγώγων που συντέθηκαν. Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων οδήγησε σε συμπεράσματα για τη σχέση δομής και βιολογικής δράσης των νέων μορίων και στην ανάπτυξη νέων αναλόγων με βελτιωμένα χαρακτηριστικά.Η ταυτοποίηση και ο χαρακτηρισμός της δομής όλων των νέων παραγώγων που συντέθηκαν κατά την εκπόνηση της παρούσας διδακτορικής διατριβής, πραγματοποιήθηκε με φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού πρωτονίου και άνθρακα NMR (1H NMR και 13C NMR) και φασματοσκοπία μάζας (HRMS).Επιπλέον, με σκοπό τη λήψη περαιτέρω σημαντικών πληροφοριών τόσο για τη διάταξη των ατόμων στα νέα κουμαρινικά παράγωγα που συντέθηκαν, όσο και για τις πιθανές διαμοριακές αλληλεπιδράσεις που εντοπίζονται στο κρυσταλλικό πλέγμα των μορίων, πραγματοποιήθηκε κρυσταλλογραφική ανάλυση δύο επιλεγμένων κουμαρινικών αναλόγων μέσω περίθλασης ακτίνων Χ (Χ-Ray Diffraction XRD).Ταυτόχρονα, μελετήθηκαν ως προς την φωτοευαισθησία τους με χρήση της βολταμετρίας ως φωτοηλεκτροχημική τεχνική. Διαπιστώθηκε, ότι τα επιλεγμένα κουμαρινικά παράγωγα παρουσίασαν όλως διαφορετική φωτοηλεκτροχημική συμπεριφορά μεταξύ τους, η οποία αποδίδεται στη θέση του υποκαταστάτη του αρωματικού δακτυλίου της θέσης 3- του κουμαρινικού δακτυλίου.