Hemmstoffe der Aromatase 833

Neue Hemmstoffe der Aromatase: Synthese und biologische Aktivitat pyridyl-substituierter Phenanthrenonderivate Herbert Bayer') und Rolf W. Hartmann")

Sonderfomhungsbereich 234, Fachrichtung Pharmazeutische Chemie. Universiut des Saarlandes, D-6600 SaarbrUcken

Eingegangen am 25. Juni 1990

Die Phenanbnonderivate S6 wurden synthetisiert und auf ihre Aromatase- und Demolase-hemmende Wirkung untersucht. Sie weisen zum Teil eine deutlich stiirkerc Aromatase-Hemmung auf als Aminoglutethimid (Verb. 5 und a, alIe,,jings die m v i u t e n der AWgangsverbindungen 1 und 2 p k w k n o n e derivatives 3-6 were synthesized and tested for

zu Ubemeffen. Die Verbindungen 4 und 5 zeigen keine Hemmung der Dee and M'to9' potency* c o m ~ * and *Ow a stronger inhibition of aromatase than aminoglutethimide not exceeding. molase. however, the activity of the parent compounds 1 and 2. Compounds 4 and 5 do not inhibit demolase.

New Inhlbltors or Aminatclse: Syntheses and Bioiogicai Actlvity of Pyd- dyl-substituted Phennnthrenone Derlvatives

Potente. selektive Hemmstoffe der Aromatase (Estrogen-Synthetase) sind von gro6em lnteresse fiir die Behandlung des hormonabhhgigen Mamma- carcinoms. Durch Senkung des Estrogenspiegels k6nnen sie zu langanhal- tendenTumorremissionen fdhren'-3). Der bislang einzige im Handel befind- liche nicht-stemidale Wirkstoff ist Aminoglutethimid (AG). AG ist jedoch nur ein schwacher Ammatase-Inhibitor und seine Wirkung ist nicht selek- tiv, da es auch noch andere Cytochrom P-45(labhtlngige Hydroxylasen hemmt'). Vor allem die Blockade. der Desmolase. des Nr die Umwandlung von Cholesterin zu A5-Pregnenolon verantwortlichen Enzyms, ist mil erheb lichen Nebenwirkungen verbunden"'. die den therapeutischen Nutzen dieses Arzneistoffs erheblich mindern.

Mit dem Ziel, stiirkere und selektiver wirkende Aromata- se-Inhibitoren zu entwickeln, haben wir die Tetralonderiva- te 1 und 2 synthetisiert (Schema l)? Beide Verbindungen zeigen bei fehlender Desmolase-Hemmung eine im Ver- gleich zu AG erhohte Aromatase-Hemmaktivitiit. Die relati- ve, d.h. auf AG bezogene Wirkungsstiirke (RP), betragt 4.0 (1) bzw. 8.6 (2).

Bei den strukturell Bhdichen Flavonoiden haben Kellis und Vickery ma- ximale Aromatase-Hemmung bei einem benzo-kondensierten Derivat be- obachtet (Benzo[h]flavon: Schema 1)').

In der vorliegenden Arbeit wird deshalb der Frage nachge- gangen. welchen EinfluB die Anellierung eines aromati- schen oder aliphatischen G-Ringes auf die biologische Ak- tivitiit von 1 und 2 ausiibt. Dazu wurden die Verbindungen 3-6 synthetisiert und ihre Aromatase- bzw. Desmolase-hem- menden Wirkungen bestimmt.

Synthese

Die Darstellung der Verbindungen 3a, 4a und 5a erfolgte modifiziert nach beschriebenen Verfahren7'I2) ausgehend von Naphathalin bzw. Tetralin.

Umsetzung der Phenanthrenone 3a-Sa mit CPyridinalde- hyd unter PiperidiwEisessig-Katalyse gab die entspr. Pyn- dylmethylenverbindungen 3-5 (Abb. 2). Dabei wurden aus- scNieBlich die E-Isomeren gebildet. was durch 'H-NMR- Spektroskopie gezeigt werden konnte. Infolge der magneti- schen Anisotropie der Carbonylgruppe absorbiert das olefi- nische Proton des E,.Isomeren bei tieferem Feld als das von der Carbonylgruppe weiter entfemte Vinylproton des Z-Iso- meren. Die Bestimmung der Konfiguration war somit mog- lich durch Vergleich der chemischen Verschiebung der Vi- nylprotonen vor und nach Bestrahlung der Substanz mit UV-Licht (Tab. 1).

Durch katalytische Hydrierung mit Pd/C wurde aus dem Enon 5 das entspr. Pyridylmethylderivat 6 hergestellt (Sche- ma 2).

Biologische Testung a) Hemmung der Aromatase

Die Hemmaktivitiiten der Verbindungen 3-6 gegeniiber menschlicher plazentarer Aromatase wurden in virro unter Verwendung einer mikrosomalen Enzympfiparation und [ 1 p.2P-3H]-Testosteron bestimmt.

0 0 0

1 2 Benu, [h] flavon

Schema 1: Stmkturformeln von 1.2 und Benzo[h]flavon

+) Herrn Prof. Dr. 1. Knabe zum 70. Geburtstag gewidmet.

Arch. Pharm. (Weinheim) 324.833-836 (1991) OVCH Verlagsgeseilschaft mbH. D-6940 Weinheim. 1991 0365423319 1/1 I 1 1-0833 S 3.50 + .25/0

834 Bayer und Har~mann

Tab. 1: Bestinunung der Konfiguration der Enone 3-5 durch ‘H-NMR-Spektroskopie (60 bzw. 250 MHz. CDCl$lMS)

Verbindung Vinyl-H: 6 (ppm) Konfiguration

vor hJ nach Wanb

-

- 3 7.88 6.71 E

- 4 7 . 7 6 6 . 8 0 E

- 5 7 . 6 2 6.65 E

- - -

’ Neben Signal des Edukts. k = 200600 nm; Bestrahlungsdauer: 2 d: L M CDCIs (c = 60 mglml).

c 0

6 - - U

Schema 2: Sptheseschema fU die Verbindungen 3-6

In Tab. 2 sind die ICsvWerte und die relativen, auf AG bezogenen Wirkungsstiirken von 1-6 angegeben.

Die Verbindungen 3 und 4 zeigen nur eine schwache Aro- matase-Hemmung. Der Vergleich mit der Ausgangsverbin- dung 1 macht deutlich, das die Anellierung eines Benzol- kemes mit einer starken Wirkungsabnahme einhergeht. Deutlich stiirkere Hemmeffekte wiesen die beiden Hexahy- drophenanthrenondenvate 5 (Rp = 3.6) und besonders 6 (RP = 7.9) auf. Diese Verbindungen erreichten fast die Hemmaktivitiiten der entspr. Ausgangsverbindungen 1 (RP = 4.0) bzw. 2 (RP = 8.6).

b) Hemmung der Desmolase

Die Desmolase-hemmende Wirkung der Verbindungen wurde in virro mit der Mitochondrienfraktion von Rindeme bennierenrinde und [26-’4C]-Cholesterin exemplarisch am Beispiel von Verb. 4 und 5 ermittelt.

Keine der beiden Verbindungen zeigte bei der im Routi- netest verwendeten Standardkonzentration von 25 yM eine Hemmung dieses Enzyms (Hemmwerte zwischen +1 und -3%; zum Vergleich: Hemmung durch AG: 53%).

Arch. Pharm. (Weinheim) 324,833436 (1991)

Hemmstoffe der Aromarase.

Tab. 2: Hemmung von menxhlicher plazentarer Aromabase durch AG und die Verbindungen 1-6

835

Diskusion

Verbindung IC50 ( P M ) a, Relative PotenzC

' 1Cm = Erforderliche Inhibitorkonz., um 50% Hemmung zu erzielen; Subsmtkonz.: 5 pM Testoste- ron. Aus den lCurWerten berechnet und auf AG bezogen. Exakte Bestimmung aufgrund schlechter Wslichkeit nicht m6glich.

Mittelwerte aus mindestens 2 Einzelbestimmungen.

Die im Vergleich zu den kitverbindungen 1 und 2 z.T. betrikhtlich reduziezten Aromatase-Hemmwerte der Phen- anthrenonderivate 3-6 zeigen, dal3 die Anellierung eines Gj- Ringes an die 5.6- bzw. 7,8-Position des Tetralongeriists zur Steigerung der Aromatase-Hemmaktivitiit ungeeignet ist.

Damit w i d deutlich, daB die in der Klasse der Flavonoide gewonnenen J3kennmisse6) nicht auf die Tetralonverbin- dungen iibemagbar sind. Eine mogliche ErkliZrung fur die- sen Befund k6nnte sein, dal3 Flavonoide und Tetralone auf unterschiedliche Weise mit der Aromatase interagieren bzw. eine verschiedenartige Orientierung bei der Anlagerung an das Enzym einnehmen.

Auffallend ist, daJ3 die Hexahydrophenanthrenonderivate 5 und 6 ganz iihnliche Hemmwerte aufweisen wie die Tetra- lon-kitverbindungen 1 und 2. Der in 5.6-Stellung einge- fiihrte Cyclohexan-Ring beeinflu& also kaum das Hemm- verm6gen der Verbindungen. Das bedeutet, daB die raumli- chen VerhZiltnisse bei der Wechselwirkung des Hemmstoffs mit dem Enzym zwar das Vorhandensein einer Cyclohexan- struktur zulassen, daB aber andererseits dieser Substituent keinen Beitrag zur Affini~t des Hemmstoffs zum Enzym liefert.

Der durch Aromatisierung des Gj-Ringes zu beobachtende Ruckgang der Hemmaktivitiit durfte auf elektronische Ef- fekte zuriickzufiihren sein (Verb. 4). Die bei Verlagemng des Benzolringes in die 7.8-Position festzustellende Aktivi- tatsabnahme (Verb. 3) konnte dagegen auf eine sterische Hindemng der Enzym-Inhibitor-Wechselwirkung hinwei- sen.

Dem Verband der Chemischen Industrie, Fonds der Chemischen Indu- s h e und der Deutschen Forschungsgemeinschafl danken wir fiit die F&&- rung dieset Arbeit, Frau K. Frank, Frau L. Gotwinter und Herm F. Ober- meier Nr die technische UnterstUtzung. Unser besonderer Dank gilt Herm

Prof. Dr. H. Schdnenberger. an dessen Lehrstuhl in Regensburg diese Un- tersuchungen durchgefiJhrt werden konnten.

Experimenteller Teil

Schmp.: BUchi 510-Schmp.-Apparat, nicht korr.- 'H-NMR-Spektren: Varian EM 360 L (60 MHz). Bruker W M 250 (250 MHz); Auswertung von AA'XX'-Spinsystemen erfolgt gen!ihert nach AB.- Elementaranalysen: Milrroanal. Lab. Universit!& Regensburg.- M3: Fertigplatten Kieselgel 60 Fm, Merck.- S C Kieselgel60. Merck.

Allgemeine Arbeitsvorschrflflr 3.4 und5

In einen Kolben werden bei 0°C nacheinander Piperidin, Eisessig und CPyridinaldehyd gegeben. Nach ErwWen auf Raumtemp. gibt man unter RUhm das entspr. Keton zu und emitzt 1.5 h auf 1300C. Der UberschUssi- ge 4Pyridinaldehyd. das Katalysatorgemisch sowie das Reaktionswasser werden i. Wasserstrahlvak. bei Temp. bis 130°C entfemt. Der RUckstand wird nach dem Erkalten in CHzC12 aufgenommen und die org. phase mi1

2N HCI extrahiert. Man 1Ut das Hydrochlorid durch AbkUhlen aus der wUrigen Phase ausfallen, saugt ab, wOcht mit 2N HCl, I6sI das Salz in H20 und mlt das Rohpdukt durch gesWgte NaHC03-Usung. Der Nie- derschlag wird abgesaugt, mit H20 gewaschen und i. Vak. Uber PzOs ge- trocknet. Die Umkristallisation rnit i-ROH erfolgt weitgehend unter Licht- ausschlul. da die im festen Zustand konfigurationsstabilen Enone in W sung am Licht isomerisieren.

E-3-(4-Pyridylmcrhylen)-23-dihydro-4(1H)-p~~n1hrenon~3)

Aus 2.55 g (13.0 mmol) 3% 209 g (19.5 mmol) 4Fyridinaldehyd. 0.26 g Piperidin und 0.26 g Eisessig. Nach der ExeaLtion mit 2N HCI wird die wUrige Phase mi1 gedttigter N a H C O & h n g neutralisien und das 6lige Produh mit CHzCI2 extrahiert. Die vereinigten org. Phasen werden mit H20 gewaschen. Uber Na2S04 getrocknet und i. Vak. eingeengt. Der RUck- stand wird x an Kieselgel (CH2Clflssi~ureethylester = 1 2 ) gereinigt und das Rodulct umkristallisiert. Gelbe Kristalle. Schmp. 138.5-139.fC.

5.35 N 4.8.- 'H-NMR (60 MHz, CDCl3): 6 (ppm) = 3.09 (s. br. 4H. -CH2-), Ausb. 23%.- C$IlsNO (285.3) Bw. C 84.2 H 5.30 N 4.9 Gef. C 84.1 H

Arch. Pharm. (Weinheim) 324.833-836 (1991)

836

7.28-8.14 (m; 5H. m m . H). 7.35 und 8.76 (AA’XX’. J = 6 Hz; 4H, pyridyl-H). 7.88 (s; IH. &H-). 9.36 (dd. J = 7/2 Hz; IH. arom. H-5).

~-2-(4-Pyridylmethylen)-3.4-dihydro-l(2H)-phenanthrenon(4)

Aus 4.51 g (23.0 mmol) 4a. 3.70 g (34.5 mmol) rl-Pyndinaldehyd, 0.46 g piperidin und 0.46 g Eisessig. Hellgelbe Kristalle, Schmp. 158-16OOC, Ausb. 328.- c20hNO (285.3) Ber. C 84.2 H 5.30 N 4.9 Gef. C 83.9 H 5.17 N 4.7.- ‘H-NMR (250 MHz, CDC13,: 6 (ppm) = 3.23-3.30 (m: 2H. naPh-C!&-).3.43-3.50 (m; 2H, niiph-CH2-C&-). 7.43 und 8.73 (AA’XX’, J = 6 Hz: 4H, pyridyl-H). 7.60-8.25 (m; 6H, arom. H), 7.76 (s, br; IH, =CH-).

Bayer und Hartmann

7.26 N 4.8 Gef. C 82.3 H 7.23 N 4.7.- ‘H-NMR (60 MHz. CDC13): 6 (ppm) = 1.53-3.71 (m; ISH, aliph. H), 7.15 und 7.97 (AB, LT. verdeckt, J = 8 Hz; 2H, m m . H). 7.27 und 8.66 (AA’XX’. J = 6 Hz; 4H, pyridyl-H).

E-2-(4-~ridylmethylen)-3,4~.6.7d-hPxahydr~l(2H~phenant~enon(~

7.01 g (35.0 mmol) Sa, 5.64 g (52.5 mmol) 4-Pyridinaldehyd, 0.70 g Piperidin und 0.70 g Eisessig. Hellgelbe Kristalle. Schmp. 141-143°C, Awb. 30% C d I 9 N O (289.4) Ber. C 83.0 H 6.62 N 4.8 Gef. C 82.7 H 6.60 N 4.7.- ‘H-NMR (60 MHz. CDC13): 6 (ppm) = 1.55-2.05 (m; 4H. -CY-CI&-C&-CH~.), 2.47-3.20 (m; 8H, restliche aliph. H). 7.08 und 7.93 (AB, J = 8 HS 2H, amm. H), 7.28 und 8.66 (AA’XX’, J = 6 Hz: 4H, PYridy1-H). 7.62 (s. bG IH. &H-).

2-(4-Pyridylmethyl)-3,4J,6,7,8-he~h~dro-l(2H)-phenani~enon(6)

Eine Suspension von 2.89 g (10.0 mmol) 5 und 100 mg Pd/C (10%) in 250 ml EtOH (99%) wird unter Hz-Atmosph&e geschiittelt, bis sich das Fdukt vollsthdig geltist hat und kein H2 mehr aufgenommen wird. Der Katalysator wird abfiluiert, das Wsungsmittel abgezogen und das Rohpro- dukt unter LichtausschluB aus Cyclohexan umkristallisiert. Farblose Kri- stalle. Schmp. 1 19-12OoC. Ausb. 8l%.- C&IzlNO (291.4) Ber. C 82.4 H

Enzymdssays

rung der Tests siehe13). Herstellung der Aromatase- und Desmolaseprilparation sowie DurchfUh-

Literatur

R.W. Hartmann und H. Schhenberger in A. Kleemann. E. Lindner und J. Engel (Hrsg.): Anneimittel-Fortschtte 1972-1985. S. 1308 ff.. VCH. Weinheim 1987. A.M.H. Brodie. R.C. Coombes und M. Dowsett. J. Steroid Biochem. 27.899 (1987). P.E. LBnning und S. Kvinnsland. Drugs 35,685 (1988). RJ. Santen, E. Samojlik und T.J. Worgul in R.J. Santen und I.C. Henderson (Hrsg.): A comprehensive guide to the therapeutic use of aminoglutethimide, S. 101, Karger, Basel. Miinchen, Paris, London, New York, Sydney 1982. H. BayerundR.W.Hartmann.Arch. Pharm.324,815(1991). J.T. Kellis und L.E. Vickery. Science 225,1032 (1984). L.F. Fieser und M.A. Peters, J. Am. Chem. Soc: 54,4347 (1932). R.D. Haworth, J. Chem. Soc. 1932,1125. N.L. Drake und W.C. McVev. J. Org. Chem. 4.464 (1939).

10 0. Schroeter, Ber. Dtsch. Chkm. Gei. 57.2003 (1924). 11 0. Schroeter, Ber. Dtsch. Chem. Ges. 57.2025 (1924). 12 E.L. Martin, J. Am. Chem. SOC. 58,1438 (1936). 13 R.W. Hartmann und C. Batzl. J. Med. Chem. 29.1362 (1986).

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Arch. Pharm. (Weinheim) 324,833-836 (1991)