Chimica farmaceutica II - professor Spalluto

Chimica farmaceutica

Esame scritto

Esame scritto, 4 domande: 2 argomenti generali e 2 sintesi

Ormoni steroidei

Sono sostanze a struttura steroidea, a seconda del pattern delle molecole hanno degli effetti diversi.

Ciclopentanoperidrofenantrene

Ha il nucleo di fenantrene, è completamente idrogenato, è detto spesso gonano. Ha una numerazione A B C D degli anelli, va dall’anello A in senso antiorario fino all’anello B per poi andare in senso orario in C e di nuovo antiorario in D.

Fenantrene

Struttura generale con caratteristiche comuni:

• 77 centri di asimmetria dissimili: 2 isomeri = 128 stereoisomeri = 64 coppie di enantiomeri.
• Designazioni: α (sotto il piano medio della molecola) o β (sopra il piano medio della molecola); A/B: trans B/C: trans C/D: trans, A/B: cis B/C: trans C/D: trans, A/B: cis B/C: trans C/D: cis.
• In natura sono presenti solo 4 dei 128 stereoisomeri possibili.
• Sono fissi i centri 8 (β), 9 (α), 10 (β), 13 (β), 17 (β).

Anche la disposizione spaziale li fa differire, il loro target è quasi sempre una proteina quindi da parte loro è richiesta una struttura specifica. La disposizione dipende dalla fusione degli anelli che può essere:

• Tutto assiale dove i metili sono in posizione beta e giocano un ruolo importante nelle reazioni, creano impedimento sterico quindi gli attacchi avverranno in alfa; tipica struttura degli ormoni tiroidei in particolare del colestano → metile è più ingombrante del fenile.
• 5 equatoriale, ottengo struttura a forma di L, struttura tipica degli acidi biliari.
• 5,14 diequatoriale, forma uno scudo, è una struttura base di glicosidi cardioattivi cioè sostanze che agiscono a livello del cuore.

Tutti in realtà hanno attività mista ma hanno comunque dei target preferenziali. → Esempio di steroide naturale.

Scheletro F. Grezza

Esempi di strutture steroidee: 5α, 5β, Zoosteroli, Acidi biliari, Corticosteroidi, Egestogeni, Androgeni, Estrogeni.

Nomenclatura gruppi funzionali

(Non chiede la nomenclatura degli steroidi)

• Individuo il nucleo di base
• Do il nome ai sostituenti

• ALLO: indica lo stereoisomero che presenta l’H in 5α.
• EPI: indica l’inversione configurazionale di un OH in uno steroide rispetto all’isomero naturale o tipico.
• ISO: indica l’inversione configurazionale di un centro chirale in uno steroide, rispetto all’isomero naturale o tipico.
• SECO: struttura derivante dall’apertura di un ciclo della molecola di uno steroide (Vitamina D₃, colecalciferolo). Esempio: denomino la molecola di progesterone come pregn-4-en-3,20-dione.

Retrosteroidi

Il didrogesterone viene detto anche 6-deidro-retro-progesterone, tale prefisso non viene utilizzato nella nomenclatura internazionale che invece assegna i centri di asimmetria.

Esempi di retrosteroidi:

• Didrogesterone
• 6-deidro-retro-progesterone
• 9β,10α-Pregn-4,6-dien-3,20-dione

Eterosteroidi

Hanno steroidi che come molecola di base un ciclo ciclopentanoperidrofenantrene di tipo eterociclico, possono essere:

• Azasteroidi
• Ossasteroidi
• Tiaeseroidi

Colesterolo

È il principale sterolo animale in quanto presente come costituente nelle membrane cellulari animali. Essendo particolarmente concentrato nel cervello e nel midollo spinale viene estratto per essere utilizzato come punto di partenza nella sintesi parziale dei farmaci steroidei. È uno dei costituenti principali dei fosfolipidi, conferisce rigidità alla membrana ed è il capostipite per la biosintesi per acidi biliari e ormoni steroidei. Proviene da Acetil-CoA, che con una serie di reazioni da un’unità isoprenica dimerizza per poi dare lo squalene che attraverso delle reazioni di ossidazione ciclizza e fa ottenere colesterolo.

Il colesterolo è un costituente della membrana cellulare (conferisce rigidità) ed è il precursore di acidi biliari e ormoni steroidei. Trasportatori di trigliceridi:

• CHILOMICRONI
• VLDL (very low)
• IDL (intermediate)
• LDL (low): portano il colesterolo dal fegato alla periferia
• HDL (high): portano il colesterolo dalla periferia al fegato

Il colesterolo è trasportato principalmente da HDL e LDL. LDL: Dal Fegato ai tessuti. Possono depositare a livello delle arterie (colesterolo cattivo). HDL: dai tessuti al fegato, rimuovono dai tessuti (colesterolo buono). Il colesterolo totale è dato da HDL e LDL. Il valore che conta realmente è il rapporto tra colesterolo totale e HDL che deve essere compreso tra 4.5-5.

Esempi:

• Totale 250, HDL 80: rapporto 3.1 valore nella norma
• Totale 250, HDL 40: rapporto 6 valore elevato a rischio

Biosintesi degli acidi biliari

I sali biliari svolgono importanti funzioni nei processi di digestione e di assorbimento dei grassi:

• Ne facilitano l’emulsione
• Formano complessi idrosolubili con gli acidi grassi
• Attivano le lipasi intestinali
• Stimolano la riesterificazione degli acidi grassi
• Stimolano la sintesi del glicerolo dal glucosio nelle cellule della mucosa intestinale
• Azione coleretica
• Azione batteriostatica

Esiste un controllo a feedback negativo per poter controllare bene la sintesi. I sali biliari sono dei tensioattivi che formano le micelle, facilitano l’assorbimento dei grassi.

Biosintesi del pregnenolone

È il capostipite degli ormoni steroidei e da qui ottengo steroidi a 19 atomi di carbonio che comprendono ormoni maschili e femminili. La sintesi parte dal colesterolo che viene poi degradato a una struttura a 20 atomi di C.

Meccanismo d'azione

Una volta nella cellula lo steroide entra nel nucleo dove si lega alle proteine recettoriali che si attivano e dimerizzano. Questo dimero interagisce con particolari regioni del DNA cellulare (HRE – Hormon Responsive Element) che porta alla trascrizione di mRNA, che a sua volta incrementa la sintesi proteica a livello del reticolo endoplasmatico. A seconda della tipologia di recettore attivato si avrà la sintesi di proteine specifiche (enzimi, recettori ed altri fattori) che andranno a mediare le diverse risposte specifiche di quell’ormone (crescita, differenziazione, funzioni cellulari, ecc). Non è lo steroide a dare la risposta ma induce la sintesi di proteine che poi esplicano l’azione nell’organismo.

Per ottenere gli ormoni steroidei

• Per estrazione da ghiandole animali ma queste sono molto povere
• Per semisintesi da prodotti naturali
• Per sintesi totale

Sintesi di marker (progesterone, steroidi 21C)

KOH corticosteroidi progesterone. Tratto l’acetale in ambiente acido, questo si apre grazie al fatto che un ossigeno si acetila mentre l’altro si disidrata e forma il doppio legame, con CrO₃ adesso ottengo la scissione cioè i due chetoni. Metto acido acetico, saponifico e ottengo il prodotto o con H₂ su palladio, apro l’anello e ossido con CrO₃ e ottengo il progesterone (steroide a 21 C).

Preparazione del 16-deidroepiandrosterone

Sintesi del deidroepiandrosterone. Ha una struttura a 19C e può essere precursore di tutti gli ormoni steroidei a 18 o 19C.

Tratto con anidride acetica, ottengo ossima e ho trasposizione di Beckman (a atomo elettronpover) con meccanismo dove il sostituente migra sull’azoto, aggiungo acqua e ottengo la forma enolica dell’ammide. Dopo faccio saponificazione, ottengo enammina che tautomerizza ad ammina che in ambiente acquoso diventa chetone.

Trasposizione di Beckman

Meccanismo della trasposizione di Beckman:

H C₃ +N O H +CH₃ NCH₃H CH₃CH₃ +H H OCH₂3AcO AcOOH ON HNCH CH₃ 3CH CH₃ 3CH CH₃ 3AcO AcO

Androgeni

• Sono ormoni prettamente maschili ma presenti anche nell’organismo femminile (dove prevalgono gli estrogeni e progestinici).
• Vengono prodotti prevalentemente nei testicoli, il capostipite è il testosterone.
• La formazione di androgeni è regolata a livello centrale, c’è un meccanismo a feedback che dipende dai livelli di testosterone: quando i livelli sono alti arriva il segnale di fermare la produzione.

Quelli naturali sono deidroepiandosterone e testosterone, l’androsterone è un metabolita a blanda attività androgena.

Esempi di androgeni naturali:

• Androsterone
• Deidroepiandosterone
• Testosterone

Il deidroepiandrosterone (DHEA) ha lievi proprietà androgene. È prodotto dai surreni ed è il precursore di androgeni ed estrogeni. Negli USA è commercializzato come integratore alimentare:

• Saggio biologico: Crescita (superficie e peso) della cresta di cappone, Aumento di peso delle vescicole seminali di ratto
• Unità internazionale: 0,1 mg di androsterone (circa 15mg di testosterone).
• Funzione:
  • Virilizzante: sviluppo dei testicoli e dei caratteri secondari maschili.
  • Stimolazione della sintesi proteica e inibizione del catabolismo proteico, cui consegue aumento di peso della massa muscolare (azione miotropica), sviluppo della massa scheletrica e ritenzione idrico salina (effetto collaterale: formazione di edemi).
• Uso terapeutico:
  • Nei maschi: insufficienza testicolare (ipogonadismo), ginecomastia.
  • Nelle femmine: carcinoma mammario in quanto il testosterone è il capostipite quindi se somministro un androgeno arriva il segnale che dice di non produrre quindi se non ho i precursori manca la produzione di testosterone.
  • Nei maschi e nelle femmine: terapia anabolizzante.

Il testosterone può dare origine a metaboliti attivi o inattivi e può quindi avere 3 azioni diverse:

• Diretta sui recettori degli androgeni
• Indiretta perché il didrogesterone, metabolita del testosterone o come altro metabolita genera estrogeni che a loro volta vanno ad agire avendo un effetto

Effetti del testosterone:

• Caratteri sessuali:
  • Differenziamento genitali esterni
  • Sviluppo puberale (genitali, laringe, peli, muscolatura)
• Spermatogenesi
• Anabolismo proteico:
  • Ossa (saldatura cartilagini epifisi, mineralizzazione ossea)
  • Muscoli, sangue
• Libido

Sintesi testosterone

C’è un continuo protezione/deprotezione, c’è una saponificazione si rimuove l’acetile e si fa l’ossidazione di Oppenauer e tolgo il benzoile. → Ossidazione di Oppenauer: Acetone è una specie accettore di idrogeno, è una reazione dove l’acetone che si forma deve essere eliminato.

Il testosterone non può essere usato come tale perché subisce un elevato primo passaggio epatico (androsterone, etiocolanolone), ed ha una breve emivita ematica. Per tale motivo sono necessari dei derivati che hanno un migliore profilo farmacocinetico che possono essere:

• Esteri: propionato, enantato, cipionato, undecaonato che hanno maggiore lipofilia
• Maggiore lipofilia per acidi grassi a lunga catena
• Più lento assorbimento per via i.m.
• Lentamente idrolizzati e assorbiti
• Undecanoato per os (assorbimento via linfatica)
• 17α-metil-derivati
  • Minore catabolismo epatico
  • Attivi per os
  • Minore attività androgena
• Altri derivati: Per avere proprietà androgena i derivati devono possedere 17β-OH, Carbonile in 3 o 3α-OH

Usi clinici

• Ipogonadismo maschile (Ipotalamico, ipofisario, testicolare)
• Ritardo puberale
• Osteoporosi
• Anemie
• Stati catabolici
• Edema angioneurotico (deficit di C1-esterasi)
• Carcinoma mammario (es. testolattone)
• Menopausa
• Senescenza maschile

Ormoni anabolizzanti

Gli androgeni hanno anche azione anabolizzante cioè stimolano la crescita della massa muscolare.

Uso terapeutico:

• Convalescenza e astenia
• Trattamento pre- e post-operatorio
• Geriatria, pediatria
• Osteoporosi
• Uso improprio nello sport e nell’allevamento

Il problema è che l’attività androgena e anabolizzante sono difficilmente separabili: se ho androgeni questo avrà sempre entrambe. Sarebbe bello avere degli anabolizzanti con attività androgena, avrei effetto a feedback negativo che diminuirebbe la produzione di androgeni. Sono stati fatti dei tentativi per cercare di migliorare l’attività anabolizzante con:

• Formilazione (formile è il CHO) in 2
• Riduzione di Birch: preparazione di un nor-steroide cioè derivati senza il metile in 19
• Alchilazione in 17

Impossibile scindere la componente androgena da quella anabolizzante, si è lavorato soprattutto sull’anello A.

Derivati dell’androstano

I primi derivati che sono stati fatti sono i classici derivati dell’androstano, hanno il nucleo degli androgeni per eccellenza, sono per esempio androsterone e metenolone. Come il progesterone hanno OH in 17 e può essere ossidato al primo passaggio epatico e sono poco biodisponibili.

Esempi:

• Androstanolone
• Metenolone

Derivati del metil-testosterone

Derivati sviluppati dopo, le modifiche riguardano soprattutto l’anello A e sono modifiche più corpose.

Esempi:

• Ossimetolone
• Androstanazolo

Derivati 19-nor-steroidi

Non hanno il metile in 19, hanno OH esterificato o terziario. Il fatto di non avere il metile riduce l’attività androgena.

→ 19-norandrosterone viene ricercato nelle urine nei controlli antidoping.

SAR testosterone variazione attività

Attività androgena e anabolizzante:

• 19-nor: - - ~
• 17α-CH: - ~
• 3Δ1: - - ~
• 11β-OH: - + +
• 2α-F: - - - -
• 9α-F: + + + + + +
• 4-OH: - - +
• [3,2-c] pirazolo: - - + + + + +

Non si è riusciti ad isolare completamente le due attività ma per lo meno a limitarle. Anabolizzanti illegali: hanno modifiche sull’anello A oppure B e C. Vengono sintetizzati quelli illegali perché danno metaboliti diversi che non vengono ricercati dalle analisi antidoping.

Antiandrogeni

Trovano impiego nel trattamento del carcinoma o della ipertrofia della prostata, ma sono utilizzati anche nell’iperandrogenismo femminile (acne, irsutismo), nell’alopecia androgenetica e nei maniaci sessuali.

Sono anche usati nel trattamento dei tumori ormoni dipendenti: c’è un aumento di androgeni (estrogeni nella donna) e questo provoca la crescita tumorale. I tumori più studiati sono quello alla prostata e nella donna il tumore al seno (che può colpire in età giovane).

→ Non tutti i tumori sono ormono-dipendenti.

Hanno preso piede perché in passato al fine di risolvere il problema si rimuovevano i testicoli nell’uomo e l’utero e ovaio nella donna, meccanismi che comunque non risolvevano il problema perché gli ormoni comunque venivano prodotti e quindi c’era comunque l’avanzamento tumorale.

Meccanismi d’azione antiandrogeni

• Antagonisti dei recettori degli androgeni
  • Steroidei
  • Non steroidei
• Inibitori del rilascio delle gonadotropine, usando agonista e non antagonista in modo da fare una ipersensibilizzazione e da renderlo non più sensibile alle gonadotropine
• Inibitori della 5α-reduttasi, che è l’enzima che trasforma il testosterone in didrogesterone
• Inibitori della sintesi steroidea
• Estrogeni, perché la regolazione ipotalamica ipofisaria è molto più precisa nelle donne in modo da stoppare la produzione di androgeni. Nell’uomo però questo ha effetti femminilizzanti

→ Più a valle agiamo più selettivo sarà l’effetto.

SONO TUTTI TERATOGENI!

Antagonisti del recettore degli androgeni

Antagonisti steroidei del recettore degli androgeni: prendo androgeni, li modifico e ottengo l’antagonista. Per poter vedere devo fare un saggio funzionale in cui ad esempio ho recettore che stimola l’adenilato ciclasi e vedo se con la sostanza aumenta o diminuisce la produzione di cAMP e in base alla risposta che ottengo avrò agonista o antagonista.

→ Agonista ha attività intrinseca perché porta alla stimolazione del canale, l’antagonista no. Sono antagonisti ma non legano solamente i recettori degli androgeni ma mediano risposte steroidee anche di altre sostanze.

Antagonisti non steroidei del recettore degli androgeni

I migliori sono i derivati di 3-trifluoro- 4-nitroanilina come ad esempio Flutamide o 2-idrossiflutamide.

Esempi:

• 3-trifluoro- 4-nitroanilina
• Flutamide
• 2-idrossiflutamide

Inibitori del rilascio delle gonadotropine

Sono inibitori del rilascio delle gonadotropine, potenzialmente sono i migliori perché inibiscono i fattori che portano alla sintesi degli ormoni. Ne esistono di due tipi:

• Peptidici, hanno il problema che il peptide non può essere somministrato per os ed è poco biodisponibile
• Non peptidici (small molecule), hanno la stessa attività ma non hanno i problemi dei peptidi

Esempi:

• Metallibure
• Metallibure

Inibitori della 5α-reduttasi

Sono utilizzati nell’ipertrofia prostatica benigna (BPH). La 5α-reduttasi converte il testosterone nell’androgeno endogeno più potente, il 5α-diidrotestosterone (DHT). L’enzima 5α-reduttasi esiste in due isoforme: