Regioselectividad en el acoplamiento oxidativo c-n de quinonas con aminas y su utilización en la obtención de inhibidores de fosfatasa cdc25b e inhibidores de la proliferación de células cancerosas

Abstract

En esta tesis doctoral se estudió, en forma experimental y teórica, la reacción de acoplamiento oxidativo de las quinonas carbo- y heterocíclicas 2-metil-1,4-benzoquinona, 8,8-dimetilnaftalen-l,4,5(8H)-triona y el éster metílico del ácido 1,3-dimetil-5,8-dioxo-5,8-dihidro-isoquinolin-4-carboxílico (una isoquinolin quinona), con aminas alifáticas (derivados de N-fenilpiperazina) y aromáticas (derivados de anilina), comparando un medio de reacción orgánico como el diclorometano con un medio de reacción sustentable como el agua. Se aplicó la metodología sintética desarrollada en la obtención de nuevos inhibidores de la enzima fosfatasa Cdc25B, implicada en el control de la proliferación celular y asociada con cáncer. Los compuestos fueron también estudiados como inhibidores de la respiración mitocondrial, un blanco donde comúnmente actúan compuestos quinonicos, además de su efecto antiproliferativo en células tumorales de ratón y humanas. Se encontró que el medio acuoso puede incrementar tanto la reactividad como la regioselectividad, en las reacciones de acoplamiento C-N de aminas con quinonas. Para los casos estudiados en este trabajo, las reacciones en agua dan mejores, o al menos, los mismos resultados que al usar un medio de reacción convencional como diclorometano. Los cálculos teóricos, basados en índices de reactividad DFT y el potencial electrostático molecular ayudaron a racionalizar los cambios en la reactividad observada experimentalmente. A partir de la quinona 8,8-dimetilnaftalen-l,4,5(8H)-triona, se obtuvieron nuevos inhibidores de la enzima Cdc25B de tipo aminiquinonicos, los cuales presentaron inhibición de tipo mixta, con Ki y Ki´ en el rango micromolar y en un caso con Ki´ submicromolar. Los cálculos de docking permitieron visualizar la forma de unión de los compuestos en el sitio activo de la enzima, lo que explica en parte la acción inhibitoria de los compuestos. Los resultados de la inhibición de la respiración mitocondrial mostraron que la adición de un sustituyente amino, ya sea anilina, fenilpiperazina o bisfenilamina en la quinona 8,8-dimetolnaftalen-l,4,5(8H)-triona inactiva su acción. Los resultados de inhibición de la proliferación celular de las aminoquinonas obtenidas, mostraron que para el caso de las células de ratón la relación de proliferación de células cancerosas/células normales es siempre mayor a uno, indicando una selectividad por las células cancerosas, en cambio en las células humanas esta relación se invirtió, siendo siempre las células normales más susceptibles que las cancerosas. El compuesto más activo frente a las células tumorales de ratón TA3 fue la o-acetil anilinquinona (1,29 uM), mientras que frente a las células tumorales humanas MCF7 el compuesto más activo fue la o-cloro anilinquinona (18,67 uM)

The oxidative coupling reactions of carbo- and heterocyclic quinones 2-methyl-1,4-benzoquinone, 8,8- dimethylnaphthalene- l,4,5(8H)-trione and the methyl ester of 1,3-dimethyl-5,8-dioxo -5,8- dihydro-isoquinoline -4- carboxylic acid with aliphatic amines (N-phenylpiperazine derivatives) and aromatic (aniline derivatives) were studied experimentally and theoretically. A comparison between a typical organic solvent such as dichloromethane and water, a sustainable reaction medium, was performed. The developed synthetic methodology was applied in the synthesis of new inhibitors of Cdc25B phosphatase enzyme, which is involved in the control of cell proliferation and therefore proposed as a target in cancer research. The inhibition of mitochondrial respiration and the antiproliferative effects in mouse and human tumor cells provoked by the series of compounds were also studied. The results of these studies show that water enhance both reactivity and regioselectivity, in the coupling C-N reactions of quinones with amines. The experimental changes in reactivity were explained by theoretical calculations based on DFT reactivity indexes and molecular electrostatic potential. Starting from 8,8-dimethylnaphthalen-l,4,5(8H)-trione, new aminoquinone Cdc25B enzyme inhibitors were obtained. These compounds showed inhibition of mixed type, with Ki and Ki' in the micromolar range and in one case with Ki' submicromolar. Docking calculations showed the binding of compounds in the active site of the enzyme, explaining partially their inhibitory action. The results on mitochondrial respiration showed that the addition of an amino substituent, either aniline, bisphenilamine or phenylpiperazine to 8,8-dimetolnaftalen-l,4,5(8H)-trione inactivate its inhibitory activity. For the case of mouse cells the results on cell proliferation showed that, the ratio of inhibition of proliferation of cancer versus normal cells is always greater than one. This indicates selectivity for cancer cells. The opposite is observed in human cells. The most active compound against tumor cells mouse TA3 was o-acetyl anilinquinone (1.29 uM ) while facing MCF7 human tumor cells the most active compound was o-chloro anilinquinone (18.67 uM).