quimico
2011-11-22 15:19
1. Introduzione
Il potenziale di una pandemia influenzale è una preoccupazione mondiale. Ci furono tre storiche pandemie influenzali o epidemie nel ventesimo secolo (la Spagnola nel 1918, l'Asiatica nel 1957, e quella di Hong Kong nel 1968). Un pandemia è attribuita ad una mutazione delle proteine del virus dell'influenza che permette al virus di sfuggire al sistema immunitario umano.
Il virus dell'influenza aviaria H5N1, che è nato nei volatili ad Hong Kong nel 1997, ha tali caratteristiche. Il tasso di mortalità dell'influenza aviaria è superiore al 50%. Fortunatamente, il virus al momento (era il 2008 quando uscì questo articolo) non si diffondeva da umano ad umano, sebbene ci siano paure che esso potesse presto ottenere la'abilità infettiva di fare ciò. A causa del vasto trasporto globale, un'epidemia influenzale locale non può essere limitata ad un'area specifica. Quindi, il numero dei pazienti potrebbe aumentare in modo esplosivo in diversi posti remoti simultaneamente.
A causa dell'elevata frequenza di mutazione del virus dell'influenza, un farmaco efficace anti-influenzale dovrebbe mirare ai fondamentali processi molecolari che sono essenziali e specifici per il ciclo vitale del virus. Questo principio è basato sull'ipotesi che le strutture delle proteine fondamentali (o i loro domini) vengano conservate anche in virus mutanti.
La neuraminidasi (NA) appartiene a queste proteine virali. Un virione influenzale che nasce da una cellula infetta si lega ad un residuo terminale dell'acido sialico (1) sulla superficie glicoproteica della cellula ospite con l'emagglutinina (HA: Figura 1). La NA idroliticamente rompe il legame glicosidico dell'acido sialico per rilasciare il virus dalla superficie della cellula ospite. Questo processo liberaa il virione nascente dalla cellula infettata ed è essenziale per il diffondersi dell'infezione. Come previsto, il sito attivo della NA è mantenuto strettamente attraverso la tensione del virus dell'influenza A e B.
Quindi, un inibitore della NA è un candidato primario per farmaci anti-influenzali ad ampio spettro.
Figura 1. Rappresentazione schematica di un virione influenzale nascente da una cellula ospite.
La struttura ai raggi X del complesso NA–acido sialico (1)[1] fornisce un'informazione strutturale a livello molecolare per la progettazione di inibitori della NA. Sebbene la conformazione stabile dell'anello piranico centrale di 1 in acqua sia la forma a sedia con il suo acido carbossilico in C-1 in posizione assiale, esso si converte nella conformazione a barca 3 quando si lega ad un sito attivo della NA (Schema 1). La conformazione a barca è stabilizzata da interazioni acido–base tra l'acido carbossilico in C-1 di 1 (o 2) ed i tre residui arginina della NA al sito attivo. Questo cambiamento conformazionale è richiesto stereoelettronicamente per la rimozione del legame glicosidico. Nel conformero a barca 3, il doppieto libero dell'atomo di ossigeno del pirano è posizionato anti-parallelo rispetto al legame C–O glicosidico.
Schema 1. Uno sguardo più da vicino allo step di idrolisi dell'acido sialico attraverso la NA e la progettazione di inibitori della NA.
Il legame glicosidico è rimosso attraverso una sovrapposizione orbitalica p–σ*, ed un intermedio ossonio 4 viene generato.
Due farmaci anti-influenzali – zanamivir (5: GlaxoSmithKlein’s Relenza)[2] e oseltamivir fosfato (6: Gilead’s Tamiflu, commercializzato dalla Roche)[3] – inibiscono la NA legandosi fortemente al sito attivo della NA come analoghi stabili di 4. I valori di IC50 di questi farmaci sono nel range della nM.
L'oseltamivir fosfato è un profarmaco oralmente attivo, e la sua forma attiva è il corrispondente acido carbossilico 7.
Lo zanamivir ha minore biodisponibilità ed è somministrato per
inalazione.
Questi farmaci sono considerati essere efficaci per il trattamento dell'influenza H5N1. In accordo con l'OMS, lo stoccaggio di questi farmaci è al momento l'unica via per proteggersi contro una pandemia.
Sebbene queste molecole siano relativamente piccole, lo sviluppo di una sintesi pratica che può fornire la quantità richiesta a livello mondiale è estremamente impegnativa. Questi composti offrono quindi una opportunità urgente ma interessante per sviluppare una sintesi ideale.
Qui, sono esaminate diverte strategie sintetiche riportate in letteratura per l'oseltamivir fosfato.
2. Sintesi della Gilead
Il gruppo di medicinal chemistry alla Gilead Sciences ha sintetizzato per la prima volta il composto 6 da un prodotto naturale, l'acido (–)-shikimico, quale materiale di partenza (Schema 2)[3a].
Il trattamento del (–)-metil shikimato (8) nelle condizioni di Mitsunobu ha prodotto l'epossido tramite attivazione selettiva del gruppo idrossile meno ingombrato stericamente in C-5. Dopo protezione del rimanente gruppo idrossile in C-3 come MOM etere (9), l'apertura dell'anello epossidico con azide è avvenuta selettivamente sul meno ingombrato stericamente C-5, portando all'ottenimento dell'azido alcole 10. L'O-mesilazione, seguita da una reazione di Staudinger per generare l'imminofosforano, dalla formazione dello ione aziridinio attraverso sostituzione del gruppo mesile, e dall'idrolisi dell'intermedio con Et3N in H2O, ha prodotto l'aziridina 11. L'apertura regioselettiva dell'aziridina con azide avviene sul C-5, e la rimozione del gruppo MOM ha portato all'amino alcole 12.
Schema 2.
L'aziridina 13, che è un precursore per l'introduzione del gruppo 3-pentilossi in C-3, è stata sintetizzata da 12 tramite un processo in due passaggi, one-pot: (1) protezione della funzionalità amino con un gruppo tritile, e (2) mesilazione del gruppo idrossi. L'apertura sito-selettiva dell'aziridina 13 con il pentan-3-olo è avvenuta in presenza di 1.5 equiv. di BF3·OEt2, e la successiva acetilazione dell'amina risultante ha prodotto il corrispondente ammido etere.
La sintesi della forma biologicamente attiva 14 dell'oseltamivir è stata completata attraverso riduzione dell'azide, seguita da idrolisi del metil estere in condizioni basiche.
Le caratteristiche di queste sintesi sono come segue: (1) l'ingombrante gruppo 3-pentilossi in posizione C-3 è introdotto nell'ultimo passaggio tramite una reazione di apertura dell'aziridina, e (2) la metà trans 1,2-diamina è costruita attraverso una reazione di apertura dell'aziridina con azide. L'introduzione nell'ultimo stadio del gruppo alcossi in C-3 è vantaggioso nello stadio di scoperta di un farmaco, perché questa parte può essere facilmente diversificata.
Anzi, il gruppo 3-pentilossi è essenziale per la potente attività inibitoria della NA[4]. Il metodo per la costruzione dell'1,2-diamina è anche utilizzato nel processo di sintesi della Roche dell'oseltamivir fosfato, discusso nella sezione successiva.