A critical review of both the synthesis approach and the receptor profile of the 8-chloro-1-(2′,4′-dichlorophenyl)-N-piperidin-1-yl-1,4,5,6-tetrahydrobenzo[6,7]cyclohepta[1,2-c]pyrazole-3-carboxamide and analogue derivatives

We thank European Commission (project “PET BRAIN: Mapping the brain with PET radiolabeled cannabinoid CB1 ligands”; FP7-People-2009-IAPP; Grant Agreement N.25142).

Synthesis and evaluation of novel ellipticines as potential anti-cancer agents

Ellipticine is a natural product which possesses multimodal anti-cancer activity. This thesis encompasses the synthesis and biological evaluation of novel ellipticine and isoellipticine derivatives as anti-cancer agents. Expanding on previous work within the group utilising vinylmagnesium bromide, derivatisation of the C5 position of ellipticine was accomplished by reaction of a key ketolactam intermediate with Grignard reagents. Corresponding attempts to introduce diverse substitution at the C11 position were unsuccessful, although one novel C11 derivative was produced using an alkyllithium reagent. A panel of novel ellipticinium salts encompassing a range of substitutions at the N2, C9 and N6 positions were prepared. Extensive derivatisation of the N10 position of isoellipticine was undertaken for the first time. Novel substitution in the form of acid and methyl ester functionalities were introduced at the C7 position of isoellipticine while novel C7 aldehyde and alcohol derivatives were synthesised. A large panel of isoellipticinium salts were prepared with conditions adjusted for the reactivity of the alkyl halide. Novel coupling reactions to increase the yield of isoellipticine were attempted but proved unsuccessful. A panel of 54 novel derivatives was prepared and a multimodal analysis of their anti-cancer activity was conducted. The NCI 60-human tumour cell lines screen was a primary source of information on the in vitro activity of compounds with derivatives found to exert potent anticancer effects, with mean GI50 values as low as 1.01 μM across the full range of cancer types and as low as 16 nM in individual cell lines. A second in vitro screen in collaboration with researchers in the University of Nantes identified derivatives which could potently inhibit growth in a p53 mutant NSCLC cell line. The cell cycle effects of a selected panel of isoellipticines were studied in leukaemia cell lines by researchers in the Department of Biochemistry and Cell Biology, UCC. Emerging from this, the therapeutic potential of one of the derivatives in AML was then assessed in vivo in an AML xenograft mouse model, with tumour weight reduced by a factor of 7 in treated mice relative to control.

Design and Synthesis of 4-N-Alkanoyl and 4-N-Alkyl Gemcitabine Analogues Suitable for Positron Emission Tomography

Gemcitabine is a highly potent chemotherapeutic nucleoside agent used in the treatment of several cancers and solid tumors. However, it is therapeutically limitated because of toxicity to normal cells and its rapid intracellular deamination by cytidine deaminase into the inactive uracil derivative. Modification at the 4-(N) position of gemcitabine's exocyclic amine to an -amide functionality is a well reported prodrug strategy which has been that confers a resistance to intracellular deamination while also altering pharmacokinetics of the parent drug. Coupling of gemcitabine to carboxylic acids with varying terminal moieties afforded the 4-N-alkanoylgemcitabines whereas reaction of 4-N-tosylgemcitabine with the corresponding alkyl amines gave the 4-N-alkylgemcitabines. The 4-N-alkanoyl and 4-N-alkyl gemcitabine analogues with a terminal hydroxyl group on the 4-N-alkanoyl or 4-N-alkyl chain were efficiently fluorinated either with diethylaminosulfur trifluoride or under conditions that are compatible with the synthetic protocols for 18F labeling, such as displacement of the corresponding mesylate with KF/Kryptofix 2.2.2. The 4-N-alkanoylgemcitabine analogues displayed potent cytostatic activities against murine and human tumor cell lines with 50% inhibitory concentration (IC50) values in the range of low nM, whereas cytotoxicity of the 4-N-alkylgemcitabine derivatives were in the low to modest µM range. The cytostatic activity of the 4-N-alkanoylgemcitabines was reduced by several orders of magnitude in the 2'-deoxycytidine kinase (dCK)-deficient CEM/dCK- cell line while the 4-N-alkylgemcitabines were only lowered by 2-5 times. None of the 4-N-modified gemcitabines were found to be substrates for cytosolic dCK, however all were found to inhibit DNA synthesis. As such, the 4-N-alkanoyl gemcitabine derivatives likely need to be converted to gemcitabine prior to achieving their significant cytostatic potential, whereas the 4-N-alkylgemcitabines reach their modest activity without "measurable" conversion to gemcitabine. Thus, the 4-N-alkylgemcitabines provide valuable insight on the metabolism of 4-N-modified gemcitabine prodrugs.

Targeting protein tyrosine phosphatase SHP2 for therapeutic intervention

Protein tyrosine phosphatases have been the focus of considerable research efforts aimed at developing novel therapeutics; however, these targets are often characterized as being ‘undruggable’ due to the challenge of achieving selectivity, potency and cell permeability. More recently, there has been renewed interest in developing inhibitors of the tyrosine phosphatase SHP2 (PTPN11) in the light of its broad role in cancer, specifically juvenile myelomonocytic leukemia, and recent studies that implicate SHP2 as a key factor in breast cancer progression. Recent significant advances in the field of SHP2 inhibitor development raise the question: are we on the verge of a new era of protein tyrosine phosphatase-directed therapeutics? This article critically appraises recent developments, assesses ongoing challenges and presents a perspective on possible future directions.

Novel free fatty acid receptor 1 (GPR40) agonists based on 1,3,4-thiadiazole-2-carboxamide scaffold

Free fatty acid receptor 1 (FFA1), previously known as GPR40 is a G protein-coupled receptor and a new target for treatment of type 2 diabetes. Two series of FFA1 agonists utilizing a 1,3,4-thiadiazole-2-caboxamide scaffold were synthetized. Both series offered significant improvement of the potency compared to the previously described 1,3,4-thiadiazole-based FFA1 agonists and high selectivity for FFA1. Molecular docking predicts new aromatic interactions with the receptor that improve agonist potency. The most potent compounds from both series were profiled for in vitro ADME properties (plasma and metabolic stability, LogD, plasma protein binding, hERG binding and CYP inhibition). One series suffered very rapid degradation in plasma and in presence of mouse liver microsomes. However, the other series delivered a lead compound that displayed a reasonable ADME profile together with the improved FFA1 potency.

Free fatty acid receptor 1 (GPR40) agonists containing spirocyclic periphery inspired by LY2881835

The free fatty acid receptor 1 (FFA1), a G protein-coupled receptor (GPCR) naturally activated by long-chain fatty acids is a novel target for the treatment of metabolic diseases. The basic amine spirocyclic periphery of Eli Lilly's drug candidate LY2881835 for treatment of type 2 diabetes mellitus (which reached phase I clinical trials) inspired a series of novel FFA1 agonists. These were designed to incorporate the 3-[4-(benzyloxy)phenyl]propanoic acid pharmacophore core decorated with a range of spirocyclic motifs. The latter were prepared via the Prins cyclization and subsequent modification of the 4-hydroxytetrahydropyran moiety in the Prins product. Here, we synthesize 19 compounds and test for FFA1 activity. Within this pilot set, a nanomolar potency (EC50=55nM) was reached. Four lead compounds (EC50 range 55-410nM) were characterized for aqueous solubility, metabolic stability, plasma protein binding and Caco-2 permeability. While some instability in the presence of mouse liver microsomes was noted, mouse pharmacokinetic profile of the compound having the best overall ADME properties was evaluated to reveal acceptable bioavailability (F=10.3%) and plasma levels achieved on oral administration.

Synthèse de sulfilimines et de sulfoximines catalysée par les métaux de transition

Les sulfilimines et les sulfoximines sont des motifs structuraux dont l’intérêt synthétique est grandissant, notamment du fait de leurs applications en chimie médicinale et en agrochimie. Les travaux rapportés dans cet ouvrage décrivent le développement de nouvelles méthodes de synthèse efficaces pour la production de ces unités atypiques. Ces méthodes sont basées sur la réactivité d’une source d’azote électrophile, vis-à-vis de thioéthers et de sulfoxydes. L’utilisation d’un complexe métallique introduit en quantité catalytique a permis de favoriser le processus réactionnel. En tirant bénéfice de l’expertise de notre groupe de recherche sur le développement de réactions d’amination stéréosélectives de liaisons C-H et d’aziridination de styrènes, nous avons d’abord étudié la réactivité des N-mésyloxycarbamates comme source d’azote électrophile. Après avoir optimisé sa synthèse sur grande échelle, ce réactif chiral a été utilisé dans des réactions d’amination de thioéthers et de sulfoxydes, catalysées par un dimère de rhodium (II) chiral. Un processus diastéréosélectif efficace a été mis au point, permettant de produire des sulfilimines et des sulfoximines chirales avec d’excellents rendements et sélectivités. Au cours de l’optimisation de cette méthode de synthèse, nous avons pu constater l’effet déterminant de certains additifs sur la réactivité et la sélectivité de la réaction. Une étude mécanistique a été entreprise afin de comprendre leur mode d’action. Il a été observé qu’une base de Lewis telle que le 4-diméthylaminopyridine (DMAP) pouvait se coordiner au dimère de rhodium(II) et modifier ses propriétés structurales et redox. Les résultats que nous avons obtenus suggèrent que l’espèce catalytique active est un dimère de rhodium de valence mixte Rh(II)/Rh(III). Nous avons également découvert que l’incorporation de sels de bispyridinium avait une influence cruciale sur la diastéréosélectivité de la réaction. D’autres expériences sur la nature du groupe partant du réactif N-sulfonyloxycarbamate nous ont permis de postuler qu’une espèce nitrénoïde de rhodium était l’intermédiaire clé du processus d’amination. De plus, l’exploitation des techniques de chimie en débit continu nous a permis de développer une méthode d’amination de thioéthers et de sulfoxydes très performante, en utilisant les azotures comme source d’azote électrophile. Basée sur la décompositon photochimique d’azotures en présence d’un complexe de fer (III) simple et commercialement disponible, nous avons été en mesure de produire des sulfilimines et des sulfoximines avec d’excellents rendements. Le temps de résidence du procédé d’amination a pu être sensiblement réduit par la conception d’un nouveau type de réacteur photochimique capillaire. Ces améliorations techniques ont permis de rendre la synthèse plus productive, ce qui constitue un élément important d’un point de vue industriel.

Direct catalytic macrolactonization and application of the phase separation strategy in complex molecule synthesis

Les macrolactones sont des squelettes structuraux importants dans de nombreuses sphères de l’industrie chimique, en particulier dans les marchés pharmaceutiques et cosmétiques. Toutefois, la stratégie traditionnelle pour la préparation de macrolactones demeure incommode en requérant notamment l’ajout (super)stœchiométrique d’agents activateurs. Conséquemment, des quantités stœchiométriques de sous-produits sont générées; ils sont souvent toxiques, dommageables pour l’environnement et nécessitent des méthodes de purification fastidieuses afin de les éliminer. La présente thèse décrit le développement d’une macrolactonisation efficace catalysée au hafnium directement à partir de précurseurs portant un acide carboxylique et un alcool primaire, ne générant que de l’eau comme sous-produit et ne nécessitant pas de techniques d’addition lente et/ou azéotropique. Le protocole a également été adapté à la synthèse directe de macrodiolides à partir de mélanges équimolaires de diols et de diacides carboxyliques et à la synthèse de dimères tête-à-queue de seco acides. Des muscs macrocycliques ainsi que des macrolactones pertinentes à la chimie médicinale ont pu être synthétisés avec l’approche développée. Un protocole pour l’estérification directe catalysée au hafnium entre des acides carboxyliques et des alcools primaires a aussi été développé. Différentes méthodes pour la macrolactonisation catalytique directe entre des alcools secondaires et des acides carboxyliques ont été étudiées. En outre, la stratégie de séparation de phase en macrocyclisation en débit continu a été appliquée lors de la synthèse totale formelle de la macrolactone ivorenolide A. Les étapes-clés de la synthèse incluent une macrocyclisation par le couplage d’alcynes de Glaser-Hay et une réaction de métathèse d’alcènes Z-sélective.

Interactions of Cytochrome P450 3A4 with Phospholipid Bilayer Nanodiscs

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Synthèse de sulfilimines et de sulfoximines catalysée par les métaux de transition

Les sulfilimines et les sulfoximines sont des motifs structuraux dont l’intérêt synthétique est grandissant, notamment du fait de leurs applications en chimie médicinale et en agrochimie. Les travaux rapportés dans cet ouvrage décrivent le développement de nouvelles méthodes de synthèse efficaces pour la production de ces unités atypiques. Ces méthodes sont basées sur la réactivité d’une source d’azote électrophile, vis-à-vis de thioéthers et de sulfoxydes. L’utilisation d’un complexe métallique introduit en quantité catalytique a permis de favoriser le processus réactionnel. En tirant bénéfice de l’expertise de notre groupe de recherche sur le développement de réactions d’amination stéréosélectives de liaisons C-H et d’aziridination de styrènes, nous avons d’abord étudié la réactivité des N-mésyloxycarbamates comme source d’azote électrophile. Après avoir optimisé sa synthèse sur grande échelle, ce réactif chiral a été utilisé dans des réactions d’amination de thioéthers et de sulfoxydes, catalysées par un dimère de rhodium (II) chiral. Un processus diastéréosélectif efficace a été mis au point, permettant de produire des sulfilimines et des sulfoximines chirales avec d’excellents rendements et sélectivités. Au cours de l’optimisation de cette méthode de synthèse, nous avons pu constater l’effet déterminant de certains additifs sur la réactivité et la sélectivité de la réaction. Une étude mécanistique a été entreprise afin de comprendre leur mode d’action. Il a été observé qu’une base de Lewis telle que le 4-diméthylaminopyridine (DMAP) pouvait se coordiner au dimère de rhodium(II) et modifier ses propriétés structurales et redox. Les résultats que nous avons obtenus suggèrent que l’espèce catalytique active est un dimère de rhodium de valence mixte Rh(II)/Rh(III). Nous avons également découvert que l’incorporation de sels de bispyridinium avait une influence cruciale sur la diastéréosélectivité de la réaction. D’autres expériences sur la nature du groupe partant du réactif N-sulfonyloxycarbamate nous ont permis de postuler qu’une espèce nitrénoïde de rhodium était l’intermédiaire clé du processus d’amination. De plus, l’exploitation des techniques de chimie en débit continu nous a permis de développer une méthode d’amination de thioéthers et de sulfoxydes très performante, en utilisant les azotures comme source d’azote électrophile. Basée sur la décompositon photochimique d’azotures en présence d’un complexe de fer (III) simple et commercialement disponible, nous avons été en mesure de produire des sulfilimines et des sulfoximines avec d’excellents rendements. Le temps de résidence du procédé d’amination a pu être sensiblement réduit par la conception d’un nouveau type de réacteur photochimique capillaire. Ces améliorations techniques ont permis de rendre la synthèse plus productive, ce qui constitue un élément important d’un point de vue industriel.

Direct catalytic macrolactonization and application of the phase separation strategy in complex molecule synthesis

Les macrolactones sont des squelettes structuraux importants dans de nombreuses sphères de l’industrie chimique, en particulier dans les marchés pharmaceutiques et cosmétiques. Toutefois, la stratégie traditionnelle pour la préparation de macrolactones demeure incommode en requérant notamment l’ajout (super)stœchiométrique d’agents activateurs. Conséquemment, des quantités stœchiométriques de sous-produits sont générées; ils sont souvent toxiques, dommageables pour l’environnement et nécessitent des méthodes de purification fastidieuses afin de les éliminer. La présente thèse décrit le développement d’une macrolactonisation efficace catalysée au hafnium directement à partir de précurseurs portant un acide carboxylique et un alcool primaire, ne générant que de l’eau comme sous-produit et ne nécessitant pas de techniques d’addition lente et/ou azéotropique. Le protocole a également été adapté à la synthèse directe de macrodiolides à partir de mélanges équimolaires de diols et de diacides carboxyliques et à la synthèse de dimères tête-à-queue de seco acides. Des muscs macrocycliques ainsi que des macrolactones pertinentes à la chimie médicinale ont pu être synthétisés avec l’approche développée. Un protocole pour l’estérification directe catalysée au hafnium entre des acides carboxyliques et des alcools primaires a aussi été développé. Différentes méthodes pour la macrolactonisation catalytique directe entre des alcools secondaires et des acides carboxyliques ont été étudiées. En outre, la stratégie de séparation de phase en macrocyclisation en débit continu a été appliquée lors de la synthèse totale formelle de la macrolactone ivorenolide A. Les étapes-clés de la synthèse incluent une macrocyclisation par le couplage d’alcynes de Glaser-Hay et une réaction de métathèse d’alcènes Z-sélective.

Synthesis of 5-Carbapterocarpens by α-Arylation of Tetralones Followed by One-Pot Demethylation/Cyclization with BBr3

5-Carbapterocarpens, one of them displaying estrogenic activity, were prepared from α-aryltetralones in high yields through a one-pot, BBr3-promoted O-demethylation and cyclization sequence. The key α-aryltetralone intermediates were obtained by direct α-arylation of tetralones with o-alkoxybromoarenes in the presence of Pd2(dba)3 (2.5 mol-%) and tBu3PHBF4 (10 mol-%) as catalysts, together with 2.5 equiv. of KOH in dioxane/H2O (4:1), under microwave irradiation conditions (80 W, 100 °C, 40 min), leading to α-monoaryltetralones in good yields.

A novel non-peptidic agonist of the ghrelin receptor with orexigenic activity in vivo

Loss of appetite in the medically ill and ageing populations is a major health problem and a significant symptom in cachexia syndromes, which is the loss of muscle and fat mass. Ghrelin is a gut-derived hormone which can stimulate appetite. Herein we describe a novel, simple, non-peptidic, 2-pyridone which acts as a selective agonist for the ghrelin receptor (GHS-R1a). The small 2-pyridone demonstrated clear agonistic activity in both transfected human cells and mouse hypothalamic cells with endogenous GHS-R1a receptor expression. In vivo tests with the hit compound showed significant increased food intake following peripheral administration, which highlights the potent orexigenic effect of this novel GHS-R1a receptor ligand.

Evidencia sobre la eficacia de cannabinoides en el dolor neuropático oncológico

Contexto: La eficacia de los cannabinoides en el dolor neuropático es desconocida. El control del dolor es determinante en los pacientes ya que genera un impacto negativo en la calidad de vida de los pacientes. Objetivo: El presente trabajo pretende demostrar la evidencia sobre la eficacia de los medicamentos cannabinoides en el control del dolor neuropático oncológico, mediante la evaluación de la literatura disponible. Metodología: Se realizó una revisión sistemática de literatura incluyendo estudios experimentales, observacionales y revisiones sistemáticas en un periodo de 15 años. Se incluyeron todos los estudios desde el años 2000 con evidencia IB según la escala de evidencia de Oxford. Resultados: Cuatro estudios cumplieron criterios para su inclusión, sin embargo la evidencia es baja y no permite recomendar o descartar los cannabinoides como terapia coadyuvante en control del dolor neuropático oncológico. La combinación de THC/CDB (Sativex®) parece ser un medicamento seguro pues no se reportaron muertes asociadas a su uso, sin embargo la presentación de eventos adversos a nivel gastrointestinal y neurológico podría aumentar el riesgo de interacciones medicamentosas y tener un impacto negativo en la calidad de vida de los pacientes oncológicos. Conclusiones: No hay suficiente literatura y la evidencia no es suficiente para recomendar o descartar el uso de los cannabinoides en dolor neuropático oncológico. Futuros estudios deben realizarse para analizar el beneficio de estos medicamentos. Aunque ética y socialmente hay resistencia para el uso de los cannabinoides, actualmente hay una gran discusión política en el mundo y en Colombia para su aceptación como terapia en el control del dolor.