Appunti del corso di Fondamenti di chimica farmaceutica

(R)-A (S)-A

risoluzione cromatografica

Un’altra possibilità è la (HPCL) realizzata usando fasi

stazionarie chirali e un selettore chirale legato a un supporto solido, che deve essere

otticamente attivo: si sintetizza il prodotto di interesse tramite una serie di reazioni,

partendo da composti che sono già otticamente attivi e con la configurazione desiderata.

Ciò si fa soprattutto con i composti naturali (aa, carboidrati…). Nei vari passaggi di

reazione, però, il carbonio chirale puro non deve mai essere coinvolto nelle reazioni

(es. benzodiazepina, sintetizzata a partire da una alanina).

Dunque, si formano addotti diasteroisomerici non covalenti, la cui diversa stabilità si

traduce in un diverso tempo di ritenzione in colonna per i due enantiomeri: l’enantiomero

che interagisce in maniera meno stabile con il selettore chirale risulta meno trattenuto e

viene eluito per primo dalla colonna.

risoluzione enzimatica,

Un’altra alternativa è la largamente usata in ambito industriale.

Gli enzimi sono otticamente attivi, perciò interagiscono in modo diverso con i due

reazioni enantio-selettive:

enantiomeri e possono essere usati per creare dunque, si

cinetica,

tratta di una risoluzione poiché si basa sulla diversa velocità di reazione

dell’enzima con i due enantiomeri.

Tale tecnica consente di recuperare l’enzima catalizzatore.

Chetorolac

Per esempio, il è un anti-infiammatorio che ha un carbonio chirale, ma di cui

funziona solo l’enantiomero S.

Streptomyces

Una proteasi di catalizza la reazione di idrolisi dell’estere etilico

dell’isomero S: dunque, solo questa forma è attiva perché è quella che nello spazio

soddisfa la simmetria della proteasi; alla fine, si rimuove l’enzima e si ottiene il composto

puro (tutti i processi industriali vengono fatti in acqua e devono essere sostenibili).

enantiomeri puri

Per ottenere si utilizzano prodotti naturali enantiomericamente puri,

chiral pool,

detti come precursori sintetici (carboidrati, aa, α-idrossi-acidi…).

sintesi asimmetrica,

La tecnica più difficile da usare è la in cui si utilizzano prodotti pro-

chirali, che per trattamento con reattivi chirali non incorporati nel prodotto finale

forniscono selettivamente solo uno dei due possibili enantiomeri.

ee> 80% sintesi soddisfacente.

Quando l’efficienza della è ritenuta 26

Appunti di Elena Sodini

La struttura tridimensionale di un farmaco è essenziale per il profilo farmacocinetico,

farmacodinamico e tossicologico.

Gli isomeri dotati di proprietà chimico-fisiche diverse (regio-isomeri, isomeri geometrici,

diasteroisomeri) forniscono, in genere, risposte biologiche diverse.

Anche gli enantiomeri possono presentare differenze farmacodinamiche.

L’importanza dei requisiti stereochimici di un farmaco ha avuto come conseguenza

l’immissione sul mercato di isomeri enantiomericamente puri. Essi sono accettati dalle

autorità preposte alla registrazione dei farmaci a meno che:

- il racemo non assicuri i medesimi benefici terapeutici;

- in vivo.

i due antipodi ottici si interconvertano

Le domande di approvazione di nuovi farmaci racemici devono chiarire e documentare in

modo inequivocabile i risvolti stereoselettivi del profilo farmacodinamico e

farmacocinetico e la loro importanza relativa ai fini dell’efficacia terapeutica.

Quando è meglio usare un singolo enantiomero e quando il racemato?

Singolo enantiomero Racemato

Attività terapeutica prevalente o esclusiva in un Attività additive o sinergiche dei due enantiomeri

enantiomero (eutomero)

Profili di attività opposti associati ai due enantiomeri Elevato indice terapeutico

(agonista/antagonista, attivatore/inibitore)

Isomero inattivo (distomero) tossico Tossicità trascurabile dell’isomero inattivo

Nessuna osservazione di inversione della Inversione del centro stereogenico, che genera un

configurazione assoluta rapporto fisso tra gli enantiomeri

Profilo farmacocinetico (assorbimento, legame alle Grado di inattività del farmaco oppure indicazione

proteine, metabolismo) diverso per i due terapeutica per patologie potenzialmente mortali

enantiomeri

Fattibilità economica Sintesi su larga scala economicamente non

conveniente dell’isomero attivo

Se il composto che è in fase di sviluppo ha due enantiomeri, bisogna analizzarli entrambi

per forza. conformazionale,

Esiste anche l’isomeria ossia la disposizione spaziale non identica,

che gli atomi di una molecola possono assumere per rotazione attorno ai legami semplici.

legame σ,

Tale isomeria deriva dalle caratteristiche del che permette la rotazione dei due

atomi fra cui esso si trova.

Le differenti disposizioni degli atomi nello spazio definiscono quelli che vengono chiamati

“conformeri” o “rotameri”. barriere

Tuttavia, la libera rotazione attorno a legami semplici comporta il superamento di

energetiche di interconversione, che generalmente sono modeste anche a temperatura

ambiente, perciò di solito i conformeri non sono fisicamente separabili, salvo casi

particolari.

Le conformazioni che una molecola può assumere sono infinite, ma solo alcune di esse

conformazionale

sono favorite dal punto di vista energetico: l’analisi rappresenta lo

studio delle variazioni di energia corrispondenti a queste rotazioni.

Tuttavia, l’interazione di un farmaco con il bersaglio biologico coinvolge la

conformazione attiva, ossia una sola tra quelle che la molecola può adottare, non

necessariamente quella più stabile. 27

Appunti di Elena Sodini

Infatti, l’energia di legame può compensare la differenza di energia che esiste tra la

conformazione più stabile del ligando e quella coinvolta nell’interazione con il bersaglio.

Inoltre, la struttura attiva può essere resa rigida mediante lo sviluppo di analoghi ciclici, o

di analoghi congelati, che mimano la struttura tridimensionale del composto attivo.

Ciò vale sia per le forme acicliche che quelle cicliche.

Ad esempio, considerando la struttura dell’etano possiamo definire le posizioni dei vari

Isomeria Conformazionale proiezioni

idrogeni di un metile rispetto a quelle degli altri. Ciò può essere fatto usando le

di Newman, con cui si analizzano due strutture limite, ossia eclissata e sfalsata, ma in

Considerando la struttura dell’etano possiamo definire le posizioni dei vari

realtà vi sono un numero infinito di strutture intermedie.

idrogeni di un metile rispetto a quelle degli altri.

La differenza di energia potenziale fra le due strutture limite è di circa 2,8 kcal/mol: tale

Proiezioni di Newman: due strutture limite (sfalsata e eclissata) e un numero

energia torsionale impedimento

energia viene definita e rappresenta un alla libera

infinito di strutture intermedie.

rotazione attorno al legame C-C.

Isomeria Conformazionale

Composti ciclici Eclissata Sfalsata

Sfalsata

Cicloesano (Q = 0) (0 < < 60)

Q

(Q = 60)

La conformazione a sedia e quella favorita.

cicloesano

Invece, nel caso del possiamo individuare altri due tipi di strutture limite,

Le conformazioni a sedia sono due (10 Kcal/mole)

ossia la conformazione a sedia e quella a barca, di cui la prima è quella favorita (infinite

Nei cicloesani sostituiti, la conformazione più stabile è quella che presenta

strutture intermedie).

il maggior numero di sostituenti in posizione equatoriale

In realtà, le conformazioni a sedia sono due e tra di esse vi è un’energia torsionale di

10 kcal/mol. Tuttavia, nei cicloesani sostituiti, la conformazione più stabile è quella che

Interazioni tra sostituenti possono favorire una conformazione rispetto ad

presenta il maggior numero di sostituenti in posizione equatoriale: ciò perché interazioni

un’altra

tra i sostituenti possono favorire una conformazione piuttosto che all’altra. 28

Appunti di Elena Sodini

Modulazione chimica e stabilità metabolica

Finora abbiamo analizzato l’interazione farmaco-bersaglio.

Tuttavia, è necessario che il composto arrivi al target e abbia proprietà di farmaco per

funzionare. Per essere sicuri di ciò, bisogna analizzare le proprietà chimico-fisiche del

drug likeness,

composto e altre sue caratteristiche, definite ossia proprietà e descrittori

molecolari che discriminano un farmaco da un composto dotato del profilo farmacologico

ricercato. Queste proprietà sono:

- selettività d’azione, cioè la possibilità che esso interagisca anche con altri bersagli, in

particolare con i citocromi (iso-enzimi), i canali del potassio a livello cardiaco (hERG) e

proteina P-gp,

la ossia un trasportatore di membrana (di efflusso), che si occupa di

portare fuori dalla cellula sostanze estranee al metabolismo cellulare, tra cui i farmaci;

- clearance metabolica;

- permeabilità alle membrane;

- tossicità cellulare;

- legame alle proteine plasmatiche.

Queste variabili fanno la differenza tra un composto attivo e un farmaco.

drug-like

Le proprietà vengono previste nella fase di disegno sintetico e si utilizzano

drug-like hit,

proprio le proprietà di uno o più composti provenienti dall’HTS, come criterio

drug-like

di selezione. A questo punto, si valutano le proprietà di una libreria di composti

da sottoporre ad indagine biologica e, infine, si valutano in anticipo queste proprietà per

giudicare il potenziale di sviluppabilità di molecole considerate promettenti.

proprietà chimiche-fisiche,

Per quanto riguarda le queste sono state analizzate da

Lipinski (1997), che studiò tutti i farmaci che venivano assunti per via orale. Egli sviluppò

regola del 5 o di Lipinski:

così la quando queste grandezze chimico-fisiche hanno un

valore soglia non maggiore rispetto a quelle determinate da Lipinski, allora il composto ha

buona probabilità di essere un buon farmaco. Tra le regole di Lipinski troviamo:

- peso molecolare < 500 Da;

- coefficiente di ripartizione

log(P)= < 5 (balance idrolipofilo opportuno per consentire

l’assorbimento);

- donatori di legami a H ≤ 5;

- accettori di legami a H ≤ 10;

- polarità superficiale surface area);

PSA= < 140 (polar

- legami ruotabili ≤ 10.

Questi valori (tutti multipli di 5, da cui il nome) sono stati determinati sperimentalmente

tramite osservazioni empiriche di composti ad attività nota.

Successivamente, sono stati fatti altri studi, che hanno ritagliato situazioni più stringenti

regola del 3:

rispetto a quelle osservate da Lipinski e, infatti, oggi siamo arrivati alla<