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CONSEJO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA -CONCYT-
SECRETARÍA NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA -SENACYT-
FONDO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA -FONACYT-
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Y FARMACIA
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
INFORME FINAL
SÍNTESIS DE AMIDAS ANÁLOGAS AL MEDICAMENTO ANTIALZHEIMER
AMPALEX POR MODIFICACIÓN ESTRUCTURAL DE PIPERINA.
PROYECTO FODECYT No. 57-2009
Dr. Oscar Manuel Cóbar Pinto
Investigador Principal
GUATEMALA, ENERO DE 2013
Facultad de Ciencias Químicas Universidad de San Carlos
Y Farmacia
i
AGRADECIMIENTOS:
La realización de este trabajo, ha sido posible gracias al apoyo financiero dentro del
Fondo Nacional de Ciencia y Tecnología -FONACYT-, otorgado por la Secretaría
Nacional de Ciencia y Tecnología -SENACYT- y al Consejo Nacional de Ciencia y
Tecnología –CONCYT-.
ii
AGRADECIMIENTOS:
Adicionalmente se Agradece a los miembros del equipo de Investigación y
Colaboradores que hicieron posible este proyecto:
Lic. Mario Manuel Rodas Morán, Licda. Nora Guzmán, Licda. Claudia Borrayo, Lic.
Byron López Mayorga.
Un especial agradecimiento al Lic. Eduardo Robles, Lic. Rodolfo Orozco y al equipo de
Análisis de Espectrometría de Masas del Departamento de Fisicoquímica, especialmente
a la Licda. Tamara Claudio.
Al Lic. Ricardo Veliz y al Departamento de Análisis Inorgánico por la asesoría analítica
y el préstamo de sus instalaciones.
Adicionalmente al Dr. Armando Ariza del Centro de Investigaciones y Estudios
Avanzados del Instituto Politécnico Nacional de México por su colaboración en la toma
de los espectros de Resonancia Magnética Nuclear.
iii
TABLA DE CONTENIDO
Resumen…………………………………………………………………………………………1
Abstract...………………………………………………………………………………………..3
PARTE I…………………………………………………………………………………………5
I.1 Introducción…………………………………………………………………………………..5
I.2 Planteamiento del Problema………………………………………………………………….8
I.3 Objetivos e Hipótesis…………………………………………………………..……………12
I.3.1 Objetivo General……………………………………………………………….….………12
I.3.2 Objetivos Específicos…………………………………………………………...…………12
I.3.3 Hipótesis……………………………………………………………………………...…....12
I.4 Metodología………………………………………………………………………………….13
I.4.1 Diseño, Población a Estudiar y Muestra…………………………………………………...13
I.4.1.1 Localización……………………………………………………………………………...13
I.4.1.2 Universo………………………………………………………………………………….13
I.4.1.3 Población…………………………………………………………………………………13
I.4.1.4 Modelo de Muestreo……………………………………………………….……………..13
I.4.1.5 Fases de Trabajo………………………………………………………………………….13
PARTE II………………………………………………………………………..….…………..18
Marco Teórico…………………………………………………………………………..…….....18
PARTE III………………………………………………………………………….….……….28
III.1 Resultados……………………………………………………………………….…………28
III.2 Discusión de Resultados ……………………………………………………….….………35
PARTE IV…………………………………………………………………………….………..42
IV.1 Conclusiones…………………………………………………………………….………...42
IV.2 Recomendaciones………………………………………………………………….…...…44
IV.3 Referencias Bibliográficas……………………………………………………….………..45
IV.4 Anexos……………………………………………………………………………....…….51
iv
ÍNDICE DE FIGURAS
Página
Figura 1. Estructura de AMPAKINA CX-516…………………………………………….5
Figura 2. Estructuras de AMPAKINA CX-516 (A) y 1-(1,3-benzodioxol-5-
ylcarbonil)piperidina (B)……………………………………………………………………6
Figura 3. Estructura de Moléculas Sintetizadas en Proyecto DIGI 2005……….……….8
Figura 4. Estructura de Moléculas Sintetizadas en Proyecto DIGI 2006…………..……9
Figura 5. Estructura de Moléculas Sintetizadas en Proyecto FD 20-2006…………..…..9
Figura 6. Estructura de Moléculas Sintetizadas en Proyecto FD 17-2007…………..….10
Figura 7. Reacción de Isomerización de Piperina…………………………………..……14
Figura 8. Reacción de Ruptura Oxidativa de Dihidropiperina…………………..……..14
Figura 9. Síntesis de las Amidas 1-6…………………………………………….…….…..15
Figura 10. Estructura de N-trans-feruloyl piperidina (I),
(E)-3-(benzo(b)[1,3]dioxol-5-yl)-1-(pirrolidin-1-yl)prop-2-en-ona (II)…………………19
Figura 11. Esquema de la Condensación de Perkin……………………………………..20
Figura 12. Mecanismo de Acción de las AMPAKINAS…………………………………22
Figura 13. Estructura de Piperina y Benzodioxolpiperidina…………………………....23
Figura 14. Esquema de reacciones generales de Síntesis………………………………..24
Figura 15. Ejemplo de Farmacóforo de Piperazin Amida de 2,3-dihydrobenzo[b][1,4]dioxin-
6-carbaldehido.......................................................................................................................25
v
ÍNDICE DE CUADROS
Página
Cuadro 1. Propiedades Fisicoquímicas y Farmacofóricas de
2-benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(piperidin-1-yl)etanona (1)…………………………………30
Cuadro 2. Propiedades Fisicoquímicas y Farmacofóricas de
2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(piperazin-1-yl)etanona (2)……………………………..…30
Cuadro 3. Propiedades Fisicoquímicas y Farmacofóricas de
2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(pirrolidin-1-yl)etanona (3)…………………………….…31
Cuadro 4. Propiedades Fisicoquímicas y Farmacofóricas de
2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-morfolinoetanona) (4)…………………………………..…32
Cuadro 5. Propiedades Fisicoquímicas y Farmacofóricas de
2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(5-metilisoxazol-3-yl)acetamida (5)…………………......32
Cuadro 6. Propiedades Fisicoquímicas y Farmacofóricas de
2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2-hidroxi-5-metilfenil)acetamida (6)...............................33
Cuadro 7. Actividad Inhibitoria “in vitro” contra la enzima
Acetilcolinesterasa…………………………………………………………………….……34
vi
ÍNDICE DE GRÁFICAS
Página
Gráfica 1. Anexo IV.4.1.1 HBA, Momento Dipolar, cLogP y Sitios de
Hidrofobicidad de Amida 1…………………………………………………………………..51
Gráfica 2. Anexo IV.4.1.2 CFD, Momento Dipolar y TPSA de Amida 2……………….....51
Gráfica 3. Anexo IV.4.1.3 CFD, HBA, Momento Dipolar,
Sitios de Hidrofobicidad y Volumen Atómico de Amida 3………………………….……..52
Gráfica 4. Anexo IV.4.1.4 CFD, HBA, Sitios de Hidrofobicidad, Momento Dipolar y
Volumen Molecular de Amida 4……………………………………………………………..52
Gráfica 5. Anexo IV.4.1.5 CFD, HBA, Sitios de Hidrofobicidad, Momento Dipolar y
Highest Occupied Molecular Orbital (HOMO) de Amida 5………………………………53
Gráfica 6. IV.4.1.6 CFD, HBA, Sitios de Hidrofobicidad, Momento Dipolar y Lowest
Unoccupied Molecular Orbital (LUMO) de Amida 6……………………………….….….53
Gráfica 7. Anexo IV.4.2.1. Espectro de 1H-RMN de Amida 1………………………….....55
Gráfica 8. Anexo IV.4.2.2. Espectro de 13
C-RMN de Amida 1…………………………....55
Gráfica 9. Anexo IV.4.2.3. Espectro de 1H-RMN de Amida 2.............................................56
Gráfica 10. Anexo IV.2.4.4. Espectro de 13
C-NMR de Amida 2..........................................56
Gráfica 11. Anexo IV.2.4.5. Espectro de 1H-RMN de Amida 3………………….……..…57
Gráfica 12. Anexo IV.2.4.6. Espectro de 13
C-RMN de Amida 3……………………...……57
Gráfica 13. Anexo IV.4.2.7. Espectro de 1H-RMN de Amida 4…………………….….….58
Gráfica 14. Anexo IV.2.4.8. Espectro de 13
C-RMN de Amida 4……………………..……58
Gráfica 15. Anexo IV.4.2.9. Espectro de 1H-RMN de Amida 5…………………….…….59
Gráfica 16. Anexo IV.2.4.10. Espectro de 13
C-RMN de Amida 5…………………..……..59
Gráfica 17. Anexo IV.4.2.11. Espectro de 1H-RMN de Amida 6…………………..……..60
Gráfica 18. Anexo IV.2.4.12. Espectro de 13
C-RMN de Amida 6………………...……….60
1
RESUMEN
Esta investigación, la sexta del Programa de Investigación “Síntesis de Compuestos que
Incrementan la Memoria, Derivados de Productos Naturales Conocidos y Abundantes”,
desarrollado en el Departamento de Química Orgánica de la Facultad de Ciencias
Químicas y Farmacia de la Universidad de San Carlos, consiste en la síntesis de seis
moléculas orgánicas análogas estructuralmente a la AMPAKINA CX-516 (AMPALEX®,
Cortex Farmacéutica), medicamento que actualmente se encuentra en Fase Clínica III,
dentro de la Administración Federal de Drogas y Alimentos -FDA- de los Estados Unidos
de Norteamérica, para ser aprobado como medicamento contra la Enfermedad de
Alzheimer.
Utilizando las reacciones de Condensación, Ruptura Oxidativa con Permanganato y
Peryodato y Formación de Amidas con Diciclohexilcarbodiimida -DCC-, reactivos
químicos accesibles y disponibles en nuestro medio a partir de Piperina aislada de la
Pimienta Negra, se sintetizan seis moléculas orgánicas (1, 2, 3, 4, 5 y 6) con
funcionalidades y superficies moleculares similares a AMPAKINA CX-516, con el
objeto de probar su capacidad de inhibir la enzima acetilcolinesterasa “in vitro” y en
estudios posteriores, explorar su capacidad de incrementar la memoria en mamíferos “in
vivo”, aproximación directa a un estudio clínico para estudiar sus probabilidades de
convertirse en medicamentos contra la Enfermedad de Alzheimer y otras relacionadas
como la Enfermedad de Parkinson y la Depresión.
Adicionalmente, mediante la utilización de los programas computacionales
LigandScout® versión 1.03 de Interligand Inc. y JChem versión 3.2.3 de Chem Axon Inc.
se analizaron sus propiedades farmacofóricas.
La conversión del sistema 1,4-dieno en 2,3-eno de la piperina y posterior ruptura
oxidativa, es la clave para generar el Ácido 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)acético, utilizado
como el precursor para producir las seis amidas sintetizadas.
Los sitios de Hidrofobicidad e Hidrofilicidad, junto con la descripción del Orbital
Molecular Ocupado de Mayor Energía -HOMO- y el Orbital Molecular Desocupado de
Menor Energía -LUMO- de cada amida, muestran los sitios de cada compuesto
susceptibles a reaccionar con los grupos funcionales presentes en el sitio activo de las
enzimas, con las cuales en investigaciones posteriores se probará su actividad.
Las moléculas sintetizadas que mostraron mayor inhibición contra dichas enzimas y
mejores propiedades farmacofóricas, serán sometidas a estudios “in silico” y producidas
en mayor escala para continuar con el estudio de su actividad biológica.
2
3
ABSTRACT
The Project “Synthesis of Compounds that Enhanced the Memory, Derived from
Abundantly and Known Natural Products” developed in the Organic Chemistry
laboratory at the Organic Chemistry Department of the University of San Carlos,
Guatemala, synthetized six organic molecules structurally related to AMPAKINA CX-
516 (AMPALEX®, Cortex Pharma) that actually is running on Clinical Phase III at the
Food and Drug Administration -FDA- against the Alzheimer Disease -AD-.
Performing the Cleave Oxidative with Permanganate and Peryodate and Synthesis of
Amides with DCC, accessible and cheap chemical starters, Piperine, six organic
molecules were synthetized (1, 2, 3, 4, 5 and 6). The functionalities and molecular
surfaces are similar to AMPAKINA CX-516 allowing to us to analyze their
Acetylcholinesterase enzymatic inhibitory capabilities “in vitro”, and in the future, test
the ability to enhance “in vivo” the memory in mammals and perform clinical studies
testing the probability to develop new drugs against the AD and related diseases like
Parkinson and Depression.
The Pharmacophorical Properties were analyzed running LigandScout® V 1.03
(Interligand Inc.) and JChem V 3.2.3 (Chem Axon Inc.).
The conversion from 1,4-diene to 2,3-ene system in the piperine moiety and further
oxidation, is the key reaction sequence to produce 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)acetic
acid, precursor of the six synthetized amides.
The Hidrophobicity and the Hidrophylicity sites, besides the High Occupied Molecular
Orbital -HOMO- and the Low Unoccupied Molecular Orbital -LUMO- showed to us the
molecular moieties of each synthetized amide, that are capable to react with the
functionalities found at the active site of the enzymes to test in further research projects.
“In silico” studies and new synthetic approaches will be performed over the molecules
showed the better performance in the enzymatic inhibition tests to explore their potential
biological activity.
4
5
PARTE I
I.1 INTRODUCCIÓN
La Enfermedad de Alzheimer es una enfermedad neurodegenerativa ligada con la
disminución de la disponibilidad de acetilcolina.
Se caracteriza por cambios fisiológicos en el cerebro como pérdida de neuronas,
“encogimiento” y la aparición de “placas” en el cerebro entre otras (Becker, R. et al,
1997, Goodman y Gilman, 2003, Belluti, F. et al, 2005, Brunden, K. et al, 2009).
Su tratamiento con Tacrine (Cognex®) inhibe la acetilcolinesterasa, aumentando la
disponibilidad de acetilcolina (Simmon, V. 1999).
En noviembre de 1996, aparecen las Ampakinas, desarrolladas en la Universidad de
California (Campus de Irving) y vendida su licencia a Cortex® Farmacéutica.
El compuesto base es el denominado CX-516 (Figura 1). Pruebas de laboratorio en ratas
demostraron que animales ancianos mejoraron dramáticamente su habilidad para
recordar.
Pruebas clínicas en humanos iniciaron en 1997 y actualmente se encuentra en las etapas
finales de la Fase Clínica III en la “Federal Drug Administration” (FDA) de Estados
Unidos de América.
Figura 1. Estructura de AMPAKINA CX-516.
Fuente: FODECYT 57-2009.
Un compuesto orgánico estructuralmente análogo a CX-516; 1-(1,3-benzodioxol-5-yl-
carbonil)piperidina (Figura 2) fue reportado por Staubli, Rogers y Link como un
compuesto capaz de incrementar la memoria en animales de experimentación, con similar
actividad biológica y el mismo mecanismo de acción farmacológica (Schatz. P. 1997,
Lynch. G, 1998).
Es clara la similitud estructural existente, lo que se observa detalladamente al comparar el
modelo tridimensional entre ambas moléculas.
6
Figura 2. Estructuras de AMPAKINA CX-516 (A) y 1-(1,3-benzodioxol-5-ylcarbonil)piperidina (B).
(A) (B)
Fuente: FODECYT 57-2009.
La hipótesis que moléculas orgánicas similares estructuralmente a CX-516 y a 1-(1,3-
benzodioxol-5-yl-carbonil)piperidina, con funcionalidades orgánicas, volúmenes y
superficies moleculares similares, puedan poseer similar actividad biológica, originó la
creación e implementación de un Programa de Investigación sobre “Síntesis de
Compuestos que Incrementan la Memoria a Partir de Productos Naturales Conocidos y
Abundantes”, que ha originado la síntesis de 30 moléculas orgánicas análogas a CX-516,
la mayoría presentando inhibición contra las enzimas Acetilcolinesterasa y
Butirilcolinesterasa (Cóbar, O. et al. 2005, Cóbar, O. et al. 2005b, Cóbar, O. et al. 2006,
Cóbar, O. et al. 2006b, Cóbar, O. et al. 2011).
El uso de modelos computacionales (“in sílico”) para predecir la seguridad de un
medicamento en desarrollo, sugerir sus modificaciones estructurales para que interactúe
de una mejor manera en el sitio activo de la enzima o receptor involucrado en alguna
enfermedad, posea una óptima absorción, metabolismo y excreción, pueda sintetizarse al
menor costo posible y predecir sus efectos secundarios, ha sido muy importante
herramienta en los últimos años en el diseño de nuevos fármacos (Egan, W. et al. 2007,
Anderson, R. et al. 2009, Raines, K. et al. 2010).
De las causas principales para la caída de un candidato a medicamento durante las
pruebas clínicas, se encuentra una pobre absorción en las membranas celulares, toxicidad
y efectos secundarios no previstos (Hall, L. 2004, Leeson, P., Springthorpe, B. 2007).
En la actualidad se han estado desarrollado varios modelos para determinar la relación
entre la estructura química del candidato y su actividad biológica, siendo los más
recientes; Inhibición contra la enzima Proteasa, Relación de Partición con la membrana
cerebral, toxicidad en peces, riesgo carcinogénico y búsqueda de similaridad estructural
(Jena, M., Mishra, Ph. 2007, Leeson, P., St-Gallay, S. 2011).
La prueba de Inhibición Enzimática cualitativa “in vitro” en las enzimas
Acetilcolinesterasa y Butirilcolinesterasa, se basa en el ensayo “Rapid TLC
Bioautographic Method for the Detection of Acetylcholinesterase and
Butyrylcholinesterase Inhibitors in Plants” publicado en 2002 y utilizado ampliamente
7
dese esa fecha como in indicador inicial de actividad inhibitoria contra ambas enzimas
(Martson, A. et al. 2002).
En este proyecto se sintetizan seis compuestos orgánicos estructuralmente similares a 1-
(1,3-benzodioxol-5-ylcarbonil)piperidina (1, 2, 3, 4, 5, 6), a partir del producto natural
Piperina.
Los seis compuestos demostraron actividad inhibitoria “in vitro” contra la enzima
Acetilcolinesterasa y se calcularon sus propiedades farmacofóricas.
8
I.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
I.2.1 Antecedentes en Guatemala.
Esta investigación es parte del Programa “Síntesis de Compuestos que Incrementan la
Memoria, Derivados de Productos Naturales Conocidos y Abundantes” (Cóbar, O. 1997)
que se inicia en 1999 con el Proyecto FODECYT 10-98 (Orozco, N. et al. 2000), en el
cual se reporta el aislamiento y purificación de piperina de frutos de pimienta negra, su
transformación e identificación de Ácido Piperonílico, Piperonal y trazas de 1-(1,3-
benzodioxol-5-yl-carbonil)piperidina y otras amidas no totalmente identificadas.
En 2005, se realiza la investigación “Síntesis de Análogos del Medicamento Anti-
Alzheimer AMPAKINA CX 516 a partir de los Productos Naturales Safrol y Piperonal”,
cofinanciada por la Dirección General de Investigación -DIGI- (Cóbar, O. et al. 2006),
sintetizándose 7 moléculas (7-13), estructuralmente análogas a 1-(1,3-benzodioxol-5-
ylcarbonyl)piperidina (Figura 3).
Figura 3. Estructura de Moléculas Sintetizadas en Proyecto DIGI 2005.
Fuente: FODECYT 57-2009 y tomado de Cóbar, O. et al. 2005b.
Todas las amidas presentan algún grado de inhibición contra las enzimas
Acetilcolinesterasa y Butirilcolinesterasa e inactivos contra cepas bacterianas
seleccionadas. Los compuestos son sintetizados con muy bajo rendimiento de reacción.
Por la imposibilidad de obtener comercialmente el Safrol (prohibida su importación a
Guatemala por utilizarse en la síntesis de MDMA o éxtasis) se sustituye por 2,3-
dihydrobenzo[b][1,4]dioxin-6-carbaldehido.
En 2006, también financiado por la Dirección General de Investigación de la USAC
(Cóbar, O. et al. 2007), se desarrolla el proyecto “Síntesis de Análogos del Medicamento
Anti-Alzheimer AMPAKINA CX 516 a partir de los Productos Naturales Eugenol y
Piperonal”, sintetizándose 5 compuestos con funcionalidad éster carboxílico (14-18) en
lugar de amida. Cuatro de ellos muestras actividad inhibitoria mínima contra la enzima
Acetilcolinesterasa (Figura 4).
9
Figura 4. Estructura de Moléculas Sintetizadas en Proyecto DIGI 2006.
Fuente: FODECYT 57-2009 y tomado de Cóbar, O. et al. 2006.
En 2007, se desarrolla el proyecto “Síntesis de Análogos del Medicamento Anti-
Alzheimer AMPAKINA CX 516 a partir del Producto Natural Safrol” cofinanciado por
el Fondo Nacional de Ciencia y Tecnología FD 20-2006 (Cóbar, O. et al. 2008). En este
proyecto se sintetiza Safrol por demetilación/ciclación de Eugenol, se reportan seis
nuevas amidas, con un carbono adicional al esqueleto carbonado de 1-(1,3-benzodioxol-
5-ylcarbonyl)piperidina y reemplazando la piperidina por otras amidas estructuralmente
similares. Las seis aminas sintetizadas (19-24) mostraron fuerte inhibición contra la
enzima Acetilcolinesterasa. En este proyecto se calcularon por primera vez, las
propiedades farmacofóricas de los compuestos sintetizados, demostrando “in sílico”
buenas propiedades para poder atravesar la membrana celular (Figura 5).
Figura 5. Estructura de Moléculas Sintetizadas en Proyecto FD 20-2006.
Fuente: FODECYT 57-2009 y tomado de Proyecto FD 20-2006.
En 2008, se concluye el proyecto "Síntesis y Estudio Teórico de Propiedades
Farmacofóricas de Análogos del Medicamento Anti-Alzheimer AMPAKINA CX 516 a
partir del Producto Natural Piperonal y su Análogo 2,3-dihydrobenzo[b][1,4]dioxin-6-
carbaldehido” FD 17-2007 (Cóbar, O. et al. 2009), sintetizándose seis nuevas amidas (25-
10
30), derivadas de los ácidos cinámicos correspondientes. Todas las aminas demostraron
buen grado de inhibición a la enzima Acetilcolinesterasa (Figura 6).
Figura 6. Estructura de Moléculas Sintetizadas en Proyecto FD 17-2007.
Fuente: FODECYT 57-2009 y tomado de proyecto FD 17-2007.
En resumen, se han sintetizado a la fecha 30 compuestos análogos a AMPAKINA CX-
516, todos ellos con algún grado de inhibición contra las enzimas Acetilcolinesterasa y
Butirlcolinesterasa y doce de ellas con resultados positivos en estudios de sus
propiedades farmacofóricas “in sílico”.
Siendo Guatemala un país agrícola y forestal, dependiente de los países industrializados
en el abastecimiento de principios activos para la formulación de fármacos, es importante
hacer uso de los recursos naturales con que cuenta el país como es el caso del Eugenol,
Safrol, Piperonal y Piperina, entre otros. Son productos naturales abundantes en plantas
medicinales guatemaltecas, pudiendo ser sus productos de síntesis, la respuesta con
materia prima local, para la cura o prevención de la Enfermedad de Alzheimer y otras
enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson y la Depresión.
Adicionalmente, con la síntesis de estos compuestos orgánicos y el estudio de su
actividad biológica para buscar convertirlos en nuevos medicamentos de origen natural,
se contribuye al cumplimiento a los “Acuerdos sobre Aspectos Socioeconómicos y
Situación Agraria de los Acuerdos de Paz, que en su parte II, párrafo 15, establece que
“la elevación de vida, la salud de sus habitantes y la educación y la capacitación
constituyen las premisas para acceder al desarrollo sustentable en Guatemala”, en su
parte B. Salud, párrafo f), valora la medicina indígena y natural, indicándose que “se
promoverá su estudio y rescatarán sus concepciones, métodos y prácticas”.
Piperamidas (amidas con estructura similar al alcaloide piperina, componente mayoritario
de pimienta negra -piper nigrum-) han sido sintetizadas con éxito y probado actividad
biológica por varios grupos de investigación alrededor del mundo, sin embargo ninguna
ha sido probada como inhibidora de las enzimas Acetilcolinesterasa y Butirilcolinesterasa
y ninguna diseñada como homóloga de medicamentos Anti-Alzheimer.
Como resultado de la ejecución de seis proyectos dentro del Programa de “Síntesis de
Compuestos que Incrementan la Memoria, Derivados de Productos Naturales Conocidos
y Abundantes”, se han sintetizado en Guatemala, 30 moléculas orgánicas análogas a 1-
11
(1,3-bnenzodioxol-5-yl-acetil)piperidina, la mayoría de ellas con actividad inhibitoria
contra las enzimas citadas.
I.2.2 Justificación de la Investigación.
Esta investigación, como parte de un programa de síntesis de moléculas análogas al
medicamento Anti-Alzheimer Ampakina CX-516 es pionera en Guatemala y a nivel
mundial, planificándose sinterizar al menos 40 moléculas, de las cuales se espera que al
menos 20 (50%) inhiban “in vitro” a la enzima Acetilcolinesterasa, para posteriormente
sintetizar a nivel de gramo las más activas y probar su capacidad de incrementar la
memoria en mamíferos, para convertirlas en potenciales medicamentos contra la
Enfermedad de Alzheimer y otras enfermedades neurodegenerativas.
En este proyecto, se sintetizaron a partir del producto natural Piperina, abundante en
plantas medicinales en Guatemala (Cáceres, A. 1996, Aquino, R. et al. 2000, Cáceres, A.
2009), mediante rutas sintéticas cortas y con reactivos de bajo costo, seis compuestos
orgánicos estructuralmente similares a 1-(1,3-benzodioxol-5-yl-carbonil)piperidina (1, 2,
3, 4, 5, y 6) y se probó su actividad inhibitoria contra la enzima Acetilcolinesterasa,
resultados que conducirán a realizar estudios “in sílico” para buscar su potencial como
inhibidores de la enzima en su sitio activo, su síntesis orgánica en mayor escala y
estudios “in vivo” en animales de experimentación para probar su capacidad de
incrementar la memoria y posteriormente evaluar específicamente su potencial como
probables medicamentos anti-Alzheimer y otras enfermedades neurodegenerativas, como
un aporte a la salud del guatemalteco (PNUD, 2004, PNUD, 2007).
12
I.3 OBJETIVOS E HIPÓTESIS
I.3.1 Objetivos
I.3.1.1 General
Sintetizar seis amidas análogas a la Ampakina CX-516, mediante la modificación
estructural y ruptura oxidativa de Piperina y evaluar su actividad inhibitoria “in vitro”
contra la enzima Acetilcolinesterasa.
I.3.1.2. Específicos
I.3.2.1 Sintetizar 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(piperidin-1-yl)etanona (1).
I.3.2.2 Sintetizar 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(piperazin-1-yl)etanona (2).
I.3.2.3 Sintetizar 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(pirrolidin-1-yl)etanona (3).
I.3.2.4 Sintetizar 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-morfolinoetanona) (4).
I.3.2.5 Sintetizar 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(5-metilisoxazol-3-yl)acetamida (5).
I.3.2.6 Sintetizar 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2-hidroxi-5-metilfenil)acetamida (6).
I.3.2.7 Evaluar la inhibición “in vitro” contra la enzima Acetilcolinesterasa de las seis
amidas sintetizadas.
I.3.2.8 Evaluar las Propiedades Farmacofóricas de las 6 amidas sintetizadas.
I.3.2 Hipótesis
Los compuestos 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(piperidin-1-yl)etanona, 2-
(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(piperazin-1-yl)etanona, 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-
(pirrolidin-1-yl)etanona, 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-morfolinoetanona), 2-
(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(5-metilisoxazol-3-yl)acetamida y 2-(benzo[d][1,3]dioxol-
5-yl)-N-(2-hidroxi-5-metilfenil)acetamida, pueden ser sintetizados vía modificación
estructural y ruptura oxidativa de piperina, poseen propiedades farmacofóricas adecuadas
y actividad inhibitoria “in vitro” contra la enzima Acetilcolinesterasa.
13
I.4 METODOLOGÍA
I.4.1 Diseño, población a estudiar y muestra.
I.4.1.1 Localización
Departamento de Química Orgánica de la Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia de
la Universidad de San Carlos de Guatemala, ubicado en 14º36´03.55´´ Norte y
99º33´45.40´´ Oeste, a 1517 MSNM y temperatura media de 23 oC.
I.4.1.2 Universo.
Las seis moléculas sintetizadas, la materia prima y metodología necesaria para su síntesis
orgánica.
I.4.1.3 Población.
Reactivos utilizados para la síntesis orgánica de los compuestos a producir.
I.4.1.4. Modelo de muestreo.
Por la naturaleza de la investigación no se aplica un modelo de muestreo.
I.4.1.5. Fases de Trabajo.
El trabajo se desarrolló en dos Fases de Síntesis Orgánica, una Fase de estudio de sus
propiedades farmacofóricas y prueba de su actividad inhibitoria “in vitro” contra la
enzima acetilcolinesterasa.
I.4.1.5.1 Síntesis Orgánica.
I.4.1.5.1.1. Fase 1. Extracción y purificación de piperina de pimienta negra (Piper
nigrum).
En un matraz con capacidad para 2 litros, se añaden 988.25g gramos de pimienta negra
triturada en trozos, 1000 mL de etanol, deja reposar durante unas 120 horas y se separa el
material vegetal de la solución, utilizando filtración por gravedad.
Se obtienen 22.40 g de piperina (2.26% de rendimiento) con punto de fusión de 129.2 oC.
I.4.1.5.1.2. Fase 2, etapa 1. Isomerización de Piperina en (E)-5-(benzo[d][1,3]dioxol-5-
yl)-1-(piperidin-1-yl)pent-3-enona (dihidropiperina). (Figura 7).
Se pesa 11.62 g de piperina, se coloca en un vaso de precipitados de 500 mL, añade
lentamente 200 mL de ácido acético glacial y 0,96 g de Zinc. La mezcla se agita durante
24 horas, se filtra la solución para remover el exceso de Zinc, al filtrado se le añade agua
y se extrae con cloroformo
14
Figura 7. Reacción de Isomerización de Piperina.
Fuente: FODECYT 57-2009.
Se rotaevapora el extracto clorofórmico y lava con solución al 5% de bicarbonato de
sodio.
El extracto lavado se purifica aún más en una columna cromatográfica. La
Dihidropiperina se identifica y caracteriza por su espectro UV/Vis, ya que está ya no
posee el mismo pico de absorción al eliminar el sistema conjugado de la piperina.
I.4.1.5.1.3. Fase 2, Etapa 2. Formación a partir de (E)-5-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-1-
(piperidin-1-yl)pent-3-enona (dihidropiperina) en Ácido 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-
yl)acético por ruptura oxidativa con permanganato de potasio. (Figura 8).
Figura 8. Reacción de Ruptura Oxidativa de Dihidropiperina.
Fuente: FODECYT 57-2009.
En un erlenmeyer de 250 mL se introducen 9.05 g Permanganato de Potasio, 50 mL de
agua, 5.1 g de dihidropiperina, se agita a temperatura ambiente con ayuda de un agitador
magnético por 30 minutos hasta lograr que la dihidropiperina se disuelva. Luego se
aumenta la temperatura hasta 65ºC por una hora hasta formación de un anillo color café
marrón que indica que todo el permanganato de potasio ha reaccionado. Luego se añade
aproximadamente 1 mL de metanol, el cual coadyuva a que el permanganato de potasio
sin reaccionar sea eliminado. Se obtiene un precipitado café marrón que es filtrado. Se
lava el erlenmayer con solución de Hidróxido de Sodio al 5%.
El filtrado se enfría con ayuda de un baño de hielo y se agrega gota a gota ácido
clorhídrico concentrado hasta acidificar la solución, se observará la formación de
cristales, estos pertenecen a una mezcla de los dos productos de reacción.
Estos cristales son colocados en un balón de 100 mL, se disuelven con 20 mL de etanol,
se agregan 5 mL de Ácido Sulfúrico concentrado, se añaden perlas de ebullición y se
refluja por 2 horas.
Está mezcla es destilada y se toman fracciones por diferencia en sus puntos de ebullición.
La porción menos volátil es el (Ácido 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)acético) que se
saponifica reflujando nuevamente en 20 mL de solución al 20% de hidróxido de potasio.
Se acidifica nuevamente en frio y se obtiene el ácido carboxílico en forma cristalina.
I.4.1.5.1.4. Fase 3. Síntesis, a partir de Piperina de: 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-
(piperidin-1-yl)etanona (1) Sintetizar 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(piperazin-1-
yl)etanona (2) 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(pirrolidin-1-yl)etanona (3) Sintetizar 2-
(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-morfolinoetanona (4).Sintetizar 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-
15
yl)-N-(5-metilisoxazol-3-yl)acetamida (5). 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2-hidroxi-5-
metilfenil)acetamida (6). (Figura 9).
Figura 9. Síntesis de las Amidas 1-6.
Fuente: FODECYT 57-2009.
I.4.1.5.1.4.1 Procedimiento de Tang (Tang, P. 2003).
En un balón de fondo redondo de 200 mL secado a la flama equipado con dos tapones
esmerilados y una trampa de vacío en la tercera boca conectada a un condensador de
reflujo con un sistema de ingreso de Nitrógeno, se añaden 4.56 g del Ácido 2-
(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)acético, 200 mg de ácido bórico y 90 mL de tolueno. Se añade
un agitador magnético de teflón a la mezcla, se agita y agrega aproximadamente 3.5 g de
la amina correspondiente (piperidina para 1, piperazina para 2, pirrolidina para 3,
morfolina para 4, 5-metilisoxazol-3-amina para 5 y 2-amino-4-metilfenol para 6).
La mezcla de reacción se refluja con calor por 16 horas, colectándose en la trampa
respectiva, el agua que se condensa (0.6 mL aproximadamente). Al finalizar el tiempo de
reflujo, la mezcla se deja enfriar a temperatura ambiente y se mezcla con 500 mL de n-
hexano para permitir que la amida formada precipite como un sólido blanco. Se continúa
16
agitando la mezcla hexánica por 30 minutos adicionales. El precipitado se filtra al vacío y
lava con dos porciones sucesivas de 60 mL de n-hexano y 2 porciones de 60 mL de agua
destilada. El sólido se seca al vacío por 12 horas para obtener la amida correspondiente,
la que se identifica por su espectro de masas y 1H-NMR. Se obtienen sus propiedades
físicas por ser un compuesto nuevo.
I.4.1.5.1.4.2. Procedimiento de Terekado (Terakado, D.; Oriyama, T. 2005).
Una mezcla de 2.0 g del Ácido 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)acético y aproximadamente
1.0 g de la amina correspondiente en 50 mL de cloroformo, se enfría a 10 ºC y se le
agrega gota a gota diciclohexilcarbodiimida (DCC) (aproximadamente 1.95 g) disuelta en
dioxano seco (40 mL). Terminada la adición, se agita por 24 hrs. a temperatura ambiente.
La mezcla de reacción se filtra y se elimina el solvente del filtrado. El crudo obtenido se
cristaliza desde etanol. Las amidas se identifican por su espectro de masas y 1H-NMR. Se
obtienen sus propiedades físicas por ser compuesto nuevo.
I.4.1.5.2. Fase 4. Determinación de la actividad inhibitoria contra Acetilcolinesterasa.
Las amidas sintetizadas se disuelven en metanol y aplican sobre un sistema de
Cromatografía en Capa Fina utilizando como fase móvil una solución de Acetato de Etilo
y n-Hexano en proporción a determinar de acuerdo a la elusión de los compuestos
sintetizados.
Al finalizar el desarrollo de la cromatografía, que se realiza en duplicado, se asperja con
solución de Acetilcolinesterasa.
El compuesto que muestre inhibición contra la enzima, mostrará un “halo de inhibición”
alrededor de la mancha que identifica al compuesto en la placa cromatográfica.
I.4.1.5.3. Fase 5. Estudio de las Propiedades Farmacofóricas de las Amidas sintetizadas.
Utilizando los Programas Computacionales LigandScout® versión 1.03 de Interligand
Inc. y JChem versión 3.2.3 de Chem Axon Inc. se determinan los parámetros
farmacofóricos “Relative Topological Polar Surface Area”, “Topological Polar Surface
Area” -TPSA-, Número de Átomos Aromáticos, “cLogP”, Número de Átomos
Donadores de Hidrógeno y Número de Átomos Aceptores de Hidrógeno. El
procedimiento teórico se fundamenta en que la sumatoria de las contribuciones
superficiales de los fragmentos polares de cada molécula, determinadas por los
algoritmos respectivos, son comparados por el método de “mínimos cuadrados”, para
determinar la congruencia entre la estructura optimizada geométricamente en tres
dimensiones con la contribución de sus fragmentos polares a su “fijación” en el sitio
activo de una enzima en particular
Estas propiedades se calcularon utilizando los siguientes programas informáticos:
LigandScout v. 1.03, (No. de Serie: 14520307730892251293) de Inte:Ligand S.A.
basado en: G. Wolber and T. Langer. LigandScout: 3-D Pharmacophores Derived
from Protein-Bound Ligands and Their Use as Virtual Screening Filters J. Chem.
Inf. Model; 2005; 45(1); 160-169.
Peter Ertl, Bernhard Rohde, Paul Selzer. Fast Calculation of Molecular Polar
Surface Area Directly from SMILES. Novartis Pharma AG, ChemInformatics,
17
CH-4002, Basel, Switzerland. Basado en: Ertl, P., Rohde, B., Selzer, P. Fast
calculation of molecular polar surface area as a sum of fragment based
contributions and its application to the prediction of drug transport properties. J.
Med. Chem. 2000, 43, 3714-3717.
18
PARTE II
MARCO TEÓRICO
Una de las ramas más antiguas de la Química Orgánica es la Química de Productos
Naturales. Se estudiaban plantas locales, que de acuerdo a la tradición popular, se les
adjudicaba propiedades medicinales, originando la Etnofarmacología, se elaboraban
preparados galénicos como infusiones, lociones, cremas, pomadas, elíxires, jarabes que
contenían el extracto activo de la planta (Nakanishi, K. 1999, Kuklinski, C. 2000).
Con el advenimiento de las técnicas espectroscópicas y espectrométricas, especialmente
Resonancia Magnética Nuclear y Espectrometría de Masas de Alta Resolución en la
década de los noventas, la determinación de la estructura química de las moléculas
presentes en los extractos activos fue realizándose de rutina. El número de moléculas
aisladas de fuentes naturales con alguna actividad farmacológica reportada crece
abundantemente, contándose a la fecha con más de 50,000 (Lee, K. 2004, Butler, M.
2004, Newman, D., Cragg, G. 2007, Molinski, T. 2010).
La determinación de la actividad biológica “in vitro”, permiten rápida y a bajo costo
determinar actividades antibacteriana, antifúngica, antiparasitaria y antimitótica entre
otras (CYTED, 1995, Larson, J. et al. 2007, Rosén, J. et al. 2009), permite efectuar
separaciones eficientes y siguiendo un fraccionamiento bioguiado, puede llegarse a
obtener la molécula responsable o bien el extracto más simple en donde la actividad
biológica se mantiene.
Lamentablemente, el número de moléculas que alcanza a convertirse en un medicamento
debidamente registrado es de alrededor de 1:10,000, con un promedio de unos 8 años de
pruebas pre-clínicas y clínicas para poder ser autorizadas a comercializarse.
Reportes recientes, nos indican que hasta junio de 2006 (Henkel, Th. et al. 1999,
Newman, D., Cragg, G. 2007 ), se encontraban registradas 88,318 moléculas de origen
natural en el Diccionario de Productos Naturales y 35,785 bioactivas en la Base de Datos
de Productos Naturales, con un crecimiento de unas 600 nuevas entidades activas por
año.
En contraste, en el mundo occidental, únicamente 21 sustancias fueron autorizadas en
2010 para comercializarse como entidades terapéuticas, de las cuales 9 tienen origen
natural (Macor, J. 2011).
Si bien es cierto que ese año presenta una reducción en el número de nuevas entidades
químicas autorizadas para su comercialización como medicamentos, ya que el promedio
hasta el 2009 es de 26, la tendencia se mantiene en su reducido número en el mundo
occidental en comparación con otras regiones del mundo (Macor, J. 2011).
En la actualidad existe gran interés en el estudio de los productos naturales, sustentado
fundamentalmente en el desarrollo de la Síntesis Orgánica Asimétrica, que permite
construir moléculas orgánicas quirales con mucha menor dificultad que hace unos diez
años, apoyada en los estudios de biogénesis molecular y el avance de las técnicas
instrumentales disponibles para la elucidación de estructuras como Resonancia
Magnética Nuclear de una y dos dimensiones, Espectrometría de Masas de Alta
Resolución (HRMS), Cromatografía de Gases (GC) y de Alta Resolución (HPLC) entre
otras (Rahman y Choundary, 1998, Lee, K. et al. 2004, Johnson T. et al. 2011).
19
La síntesis orgánica de moléculas derivadas de productos naturales como fuente de
nuevos medicamentos, aprendiendo las lecciones que nos da la naturaleza, asume
actualmente enorme importancia, con la nuevas tendencias de preferir medicamentos de
índole natural en contraste con aquellos eminentemente sintéticos (Lee, K. et al. 2004,
VanMiddlesword, F., Cannell, R. 1998, Morris, J., Phillips, A. 2008).
La síntesis de piperamidas (amidas con estructura similar a piperina, el compuesto más
abundante de la pimienta negra -Piper nigrum-) y sus análogos, se inicia en el siglo XIX
para confirmar la estructura de amidas extraídas del género Piper, que generalmente
poseen potente actividad insecticida.
La primera síntesis de piperina se reporta por Rugheimer en 1882 y envuelve la
condensación de piperidina con el cloruro de acilo del ácido pipérico, que había sido
obtenido por hidrólisis de la misma piperina. (Dyer, L. et al. 2004).
Ejemplos de piperamidas de menor peso molecular, similares a las que se sintetizaron,
como N-trans-feruloyl piperidina (I), (E)-3-(benzo(b)[1,3]dioxol-5-yl)-1-(pirrolidin-1-
yl)prop-2-en-ona (II), han sido sintetizadas por Rotherham y Semple (Rotherham, L.,
Semple, J. 1998) en 1998 y Ribeiro y Colaboradores (Ribeiro, T. et al. 2004) en 2004
(Figura 10).
Figura 10. Estructura de N-trans-feruloyl piperidina (I), (E)-3-(benzo(b)[1,3]dioxol-5-yl)-1-
(pirrolidin-1-yl)prop-2-en-ona (II).
Fuente: FODECYT 57-2009.
Ambos utilizan reacciones de condensación aldólica vía síntesis del ácido cinámico
correspondiente, similares a las que se utilizarán en esta investigación para sintetizar con
buen rendimiento estas moléculas.
Las reacciones de condensación aldólica, son muy comunes en química orgánica,
utilizadas para preparar compuestos con diversas funcionalidades, basadas en alfa-
sustituciones de carbonilo o sustituciones y adiciones a carbonilo, principalmente de
aldehídos y cetonas, para convertirlas en iones enolato, quienes atacan nucleofílicamente
a un segundo carbonilo en reacciones de adición o sustitución nucleofílicas. (Smith, M.,
March, J. 2007).
La condensación de Perkin consiste en la reacción entre un anhidrido de ácido y un
aldehído aromático catalizada por un ión carboxilato.
El anhidrido genera un carbanión debido a la influencia del ión carboxilato, el cual ataca
al grupo carbonilo del aldehído.
Seguidamente deshidrata e hidroliza el anhídrido para generar el ácido cinámico
respectivo (Figura 11).
20
Figura 11. Esquema de la Condensación de Perkin.
Fuente: FODECYT 57-2009.
Esta reacción se ha intentado realizar utilizando microondas, para evitar el prolongado
reflujo (8-10 horas) requerido, obteniéndose buenos resultados (Veverková, E. et al.
1999).
La condensación de Knoevenagel es la reacción entre un aldehído y una cetona que no
contienen hidrógenos alfa y un compuesto del tipo Z-CH2-Z’ o Z-CHR-Z’, en donde Z
and Z’ son grupos atractores de electrones.
El objetivo es generar el ácido cinámico para que, luego de la reducción del doble enlace
alifático, generar la amida respectiva de la siguiente forma.
En la actualidad esta condensación es muy utilizada para la síntesis de enonas y enolatos
funcionalizados, reportándose recientemente su uso para preparar E- y Z- 2-Alkenales
Trisubstituidos y Furanos, con el aporte de ser una reacción estereoselectiva (Tsutomu, I.,
Kawafuchi, H. 2006).
El Modelaje Molecular es una herramienta que utiliza algoritmos desarrollados y
comercializados en paquetes de “software” utilizados para caracterizar una molécula en
tres dimensiones, derivando descriptores que permitan correlacionar la forma, superficie,
volumen y funcionalidades orgánicas de una molécula con la propiedad farmacológica
que se le adscribe (Xu, J. Hagler, A. 2002, Caprino, L., Russo, P. 2006).
El Modelaje Molecular es una herramienta de rutina en nuestros días, utilizándose
principalmente para predecir la bioactividad de una serie de moléculas estructuralmente
similares, al modelarse computacionalmente mediante algoritmos cada vez mas
complejos (Bowen, J., Allinger, N. 1991, Larsen, Th. et al. 2005, Kind, T. et al. 2009), la
interacción entre la molécula y sus farmacóforos con el modelo tridimensional de la
proteína o enzima sobre la cual se ejerce la acción.
Inclusive artículos de los últimos años, (Wilson, E. 2002, ACS, 2007,) muestran la
importancia de la Química Computacional en la construcción del modelo del Genoma
Humano y la creciente aplicación de algoritmos computacionales de mecánica molecular
en la Química Medicinal (ACS, 2007b, Gleeson, M. et al. 2011).
O
O
O
+
O
O
O
O
O O
OH
Ar
O
H +
+
O
O
O
Ar
O O
O
O
O
1. CH3COOH2. Hidrólisis
Ar
O
OH
Ar-CHO + H2C(COOC2H5)2R2NH
Ar-CH=C(COOC2H5)2 Ar-CH=CH-COOH
21
La Enfermedad de Alzheimer se caracteriza por la pérdida de la sinapsis neuronal, aunada
a la co-ocurrencia de dos lesiones histológicas en el cerebro; el aparecimiento de
depósitos extracelulares (placas seniles), cuyo componente principal es una forma fibrilar
predominantemente de un péptido de 40-42 aminoácidos conocido como Beta-amiloide
asociado a la “proteina tau”, que parece jugar un rol importante en la degeneración de la
enfermedad (Khachaturian, Z. 1985, Brunden, K. et al. 2009).
El sistema colinérgico, es entonces, el más afectado de los sistemas neurotransmisores,
con pérdida sustancial de su función en la corteza cerebral e hipocampo. Lo anterior, es la
base para la utilización de moléculas anticolinérgicas (bloqueadores de la acetil y de la
butiril-colinesterasa) como la base para el tratamiento más efectivo que existe contra la
enfermedad (Becker, R. et al. 1997).
Su inhibición, ya sea selectiva o no, amplifica la acción de la Acetilcolina, manteniendo
por más tiempo la sinapsis neuronal durante la Enfermedad de Alzheimer.
Tacrine (Cognex
), que es actualmente el medicamento más utilizado, es un inhibidor de
la acetilcolinesterasa, sin embargo posee una utilidad clínica limitada, por la mejoría
relativamente pequeña obtenida con la terapéutica y un importante espectro de efectos
adversos (Brunton, L. et al. 2010). Inhibidores de la Buririlcolinesterasa, como N8-
norphenserine, N1,N
8-bisnorphenserine, Tolserina y análogos de la Cysmerina han sido
sintetizados recientemente, realizado estudios de Estructura-Actividad Biológica (SAR) y
demostrado potente acción anticolinérgica (Yu, Q. et al. 1999).
Se espera en un futuro cercano el inicio de las pruebas clínicas que puedan convertirla en
medicamentos. Otro tipo de sustancias, las AMPAKINAS (Ampalex
), licenciadas a
Cortex Farmacéutica por la Universidad de California en 1993 y actualmente en etapas
finales de la Fase Clínica III en la FDA de los Estados Unidos, actúan por un mecanismo
-
amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazol propanoico) tipo glutamato, aumentando el flujo de
este neurotransmisor hacia su receptor (Simmon, V. 2003).
Los receptores AMPA estimulan a nivel molecular ciertos tipos de memoria, al fomentar
el funcionamiento de neuronas en un proceso que se conoce como Potenciación a Largo
Plazo (PLP). Las AMPAKINAS cuando se unen a un receptor AMPA, producen en
respuesta un incremento del flujo de glutamato hacia su receptor, generando PLP.
El efecto es que se mejora la capacidad de memoria y de recordar, hecho que está
probado en estudios farmacológicos con ratas (Lynch, G. 1998).
Estudios simultáneos, sugieren que las AMPAKINAS, tienen potencial como probables
medicamentos contra la esquizofrenia, depresión y la enfermedad de parkinson, incluso
Cortex farmacéutica en 1999, licencia a la compañía farmacéutica de origen suizo,
Organón, la licencia para estudiarlas clínicamente contra la esquizofrenia y el Desorden
de Déficit de Atención e Hiperactividad (Attention Deficit Hyperactivity Disorder -
ADHD-).
22
Su mecanismo de acción se propone ser Moduladores Alostéricos de los receptores
AMPA (Figura 12). Figura 12. Mecanismo de Acción de las AMPAKINAS.
Fuente: Swanson, Ch. et al. 2005.
Esta modulación la realiza en tres etapas, atenuación o desensibilización de los receptores
AMPA, fortaleciendo la transmisión sináptica y facilitando su potenciación a largo plazo
(sustrato de la memoria) y la estimulación de la producción de BDNF -Brain Derived
Neurotrophic Factor- (Swanson, Ch. et al. 2005).
En 2009, Simmons y colaboradores (Simmons, D. et al. 2009) reportan que las
AMPAKINAS mejoran la plasticidad sináptica y por ende la memoria en ratones con
Enfermedad de Huntington, inhibiendo las BDNF (Brain Derived Neurotrophic Factors),
asociadas con las mutaciones que se observan en la Enfermedad de Huntington.
En 1994, se reporta que 1-(1-3-bezodioxol-5-yl-carbonil)piperidina, un compuesto
similar estructuralmente a la principal AMPAKINA (CX-516) tiene la capacidad de
incrementar la memoria en animales de experimentación (Staubli, U. et al. 1994).
La similitud estructural de este último con la piperina, el principal componente de la
pimienta negra (Piper nigrum), visualizada por Schatz y publicada en un artículo
educacional en 1997 (Schatz, P. 1997), lleva a la creación del Programa de “Síntesis de
Moléculas Estimuladoras de la Memoria Derivadas de Productos Naturales Abundantes y
Conocidos” (Memory Enhancers by Molecules Derived from Common Natural
Compounds) (Cóbar, O. 1997), del Departamento de Química Orgánica de la Facultad de
Ciencias Químicas y Farmacia de la Universidad de San Carlos, que pretende sintetizar
moléculas funcional y estructuralmente similares a CX-516 (como
Benzodioxolpiperidina) (Figura 13), por ruptura de la molécula de piperina y síntesis a
partir de precursores naturales pequeños.
23
Figura 13. Estructura de Piperina y Benzodioxolpiperidina.
Fuente: FODECYT 57-2009.
Las moléculas que se sinteticen en el Programa “Síntesis de Compuestos que
Incrementan la Memoria, Derivados de Productos Naturales Conocidos y Abundantes”
que se desarrolla en la Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia de la Universidad de
San Carlos de Guatemala (Cóbar, O. 1997) que demuestren mayor actividad inhibitoria
contra las enzimas Acetil y Butirilcolinesterasa, serán sintetizadas en mayor cantidad y
sometidas a las pruebas farmacológicas necesarias para probar su capacidad de
incrementar la memoria en animales de experimentación.
Este sexto proyecto del Programa, sintetiza seis amidas estructuralmente similares a
Benzodioxolpiperidina, vía isomerización de la piperina, su posterior ruptura oxidativa y
formación de la amida correspondiente.
La isomerización tiene como objetivo convertir el doble enlace conjugado de la piperina
en uno solo y “moverlo” hacia un carbono adyacente al primer doble enlace de la
piperina.
Lo anterior permite que el ácido carboxílico, obtenido de la posterior ruptura oxidativa,
posea un carbono adicional, permitiendo generar amidas con un grupo metileno “extra”.
Las Piperamidas (moléculas estructuralmente similares a han sido aisladas de varias
especies de plantas del género Piper (Dyer, L. et al, 2004; Ribeiro, T. et al. 2004; Mata,
R. et al. 2004; Vasques, R. et al. 2002; Alecio, A. et al. 2004) sintetizadas (Rotherham,
L., Semple, J. 1998; Mata, R. et al. 2004; Araujo-Junior, J. et al. 1999) y probada su
actividad biológica como ansiolíticos, antiparasitarios antioxidantes, e insecticidas (Dyer,
L. et al. 2004; Araujo, J. 2004; Ribeiro, T. et al. 2004, Panda, S., Kar, A. 2003).
Las moléculas sintetizadas en las anteriores fases de este proyecto y las sintetizadas
en este proyecto, son noveles y distintas de las reportadas en la literatura.
La formación de amidas directamente a partir de ácidos carboxílicos no es un
procedimiento común, ya que tradicionalmente se convierte primero el ácido en el
cloruro de acilo correspondiente y luego se convierte este en la amida respectiva (Carey,
F., Sundberg, R. 2007).
En el año 2003, Pingwah Tang publica en Organic Syntheses (Tang P, 2003), un
procedimiento para convertir amidas directamente del ácido carboxílico correspondiente,
con la ventaja que no se produce el cloruro de ácido, que es tóxico e inestable.
24
En 2005, se publica por Dai Terekado una variante del procedimiento para generar
enlaces peptídicos (amida) haciendo reaccionar directamente un ácido carboxílico y una
amina utilizando diciclohexilcarbodiimida -DCC- (Terakado, D., Oriyama, T. 2005).
Estos dos procedimientos para sintetizar las amidas a partir de su ácido cinámico
correspondiente se utilizarán en este proyecto (Figura 14).
Figura 14. Esquema de reacciones generales de Síntesis.
Fuente: FODECYT 57-2009.
En 2002 (Martson, A. 2002), se publicó un ensayo in vitro, utilizando cromatografía en
capa fina (TLC) para determinar actividad de extractos naturales y compuestos para
determinar inhibición contra las enzimas Acetilcolinesterasa y Butirilcolinesterasa,
mecanismo actualmente utilizado para detectar compuestos orgánicos con potencial anti-
Alzheimer. Lo anterior permite ahora probar de una manera más sencilla y con alto grado
de objetividad, la actividad buscada de los productos orgánicos a sintetizar.
Los Parámetros Farmacofóricos (Figura 15) a determinar de las moléculas a sintetizar
son; “Relative Topological Polar Surface Area”, “Topological Polar Surface Area” -
TPSA-, Número de Atomos Aromáticos, “cLogP”, Número de Atomos Donadores y
25
Número de Atomos Aceptores de Hidrógeno, todo ello para tener una idea de su
capacidad para acomodarse al sitio activo de enzimas cuyas estructuras ya se encuentran
elucidadas y pueden obtenerse en la base de datos de “Protein Data Bank” (base de datos
de libre acceso).
Figura 15. Ejemplo de Farmacóforo de Piperazin Amida de
2,3-dihydrobenzo[b][1,4]dioxin-6-carbaldehido.
Fuente: Cóbar, O. et al. 2011 (Proyecto FD-17-2007).
“Topological Polar Surface Area”, se define como la suma de las contribuciones
superficiales de los átomos polares de la molécula (usualmente Oxígenos, Nitrógenos y
los Hidrógenos unidos a ellos).
Estudios “in silico” han mostrado que sus resultados correlacionan bien con sus
propiedades de transporte como absorción intestinal o penetración en las barreras
cerebrales sanguíneas (Ertl, P. et al. 2000, Manhold, R. et al. 2009, Gleeson, M. et al.
2011).
El número de donadores y aceptores de Hidrógeno, el peso molecular y el “Coeficiente
de Partición n-octanol/agua” (cLogP) permiten predecir, mediante sus “Propiedades de
Lipinski”, su capacidad para unirse a donadores y aceptores de Hidrógeno en los sitios
activos de enzimas y su capacidad para absorberse oralmente, ya que está relacionado con
su solubilidad e influencia su habilidad para penetrar entre membranas celulares,
incluyendo aquellas de los epitelios intestinales.
La Regla de Lipinski, formulada por Christopher Lipinski y colaboradores de Pfizer
Pharmaceutics en 1997 (Lipinski, C. et al. 1997), establece que las moléculas para poseer
adecuada absorción y permeación en sistemas biológicos y tener probabilidades de éxito
en convertirse en buenos candidatos a medicamentos deben cumplir con los siguientes
criterios:
Cinco (5) o menos donadores de Puentes de Hidrógeno.
Diez (10) o menos aceptores de Puentes de Hidrógeno.
Peso molecular menor o igual a 500 umas.
logP calculada es menor o igual a cinco (5).
Cinco (5) o menos enlaces rotables.
26
La Regla de Lipinski denomina así ya que los valores “límite” de cada uno de estos
parámetros son cercanos a 5 o múltiplos de 5.
Se ha encontrado que normalmente la suma de Ns y Os en la fórmula molecular fué
mayor que 10 en el 12% de los compuestos.
Adicionalmente el 11% poseen un peso molecular mayor que 500, el 10% tiene un
CLogP mayor que 5 (o un MlogP mayor que 4.15) y en el 8% de los compuestos la suma
de OHs y NHs en la estructura química es mayor que 5.
Tamohiro Sato y colaboradores de la Universidad de Tokio, (Sato, T. et al. 2008),
publican en 2008 el uso del modelo denominado por ellos "Support Vector Machine”,
para construir un esquema que permite clasificar hasta 125 funciones moleculares y
comparar fácilmente sus propiedades farmacofóricas.
En dicho estudio analizaron el perfil y patrones de los valores calculados de 871
medicamentos de patente actualmente en el mercado mundial, mostrando su fortaleza
principalmente en la detección de interacciones moleculares relacionados con efectos
adversos de los medicamentos estudiados.
Otro ejemplo reciente de la creciente utilización del perfil farmacofórico de candidatos a
medicamentos, lo constituye el trabajo de Taha Mutasem y colaboradores del
Departamento de Biofarmacéutica y Farmacia Clínica de la Universidad de Jordania
(Mutasem, T. et al. 2008).
En él, estudiaron el espacio farmacofórico de la enzima Glicógeno Sintasa Kinasa-3
(GSK-3), utilizando dos diversos set de 152 moléculas inhibidoras de la enzima,
logrando identificar al menos 15 moléculas con diferente estructura química con probable
actividad anti-GSK-3.
Rayan y colaboradores en 2010, publican una aproximación para “indexar” compuestos
con propiedades de convertirse en medicamentos de uso oral, utilizando el algoritmo
“Iterative Stochastic Elimination”, que distingue entre los medicamentos actualmente
comercializados para administrarse en forma oral y compuestos en desarrollo (Rayan, A.
et al. 2010).
Manchester y colaboradores en ese mismo año, reportan el análisis del pKa de 2011
compuestos diseñados “in sílico” como medicamentos de uso oral, recalcando la
importancia de este parámetro en el diseño de nuevos fármacos (Manchester, J, et al.
2010).
Como resultado de la ejecución de cinco proyectos dentro del Programa de “Síntesis de
Compuestos que Incrementan la Memoria, Derivados de Productos Naturales Conocidos
y Abundantes”, se enfatiza en que se han sintetizado 24 moléculas orgánicas análogas a
1-(1,3-bnenzodioxol-5-ylacetil)piperidina, la mayoría de ellas con actividad inhibitoria
contra las enzimas citadas.
27
En este proyecto se sintetizaron seis moléculas distintas, utilizando metodologías
sintéticas diferentes a las utilizadas en los otros proyectos, explorando las rutas más
eficientes para la síntesis de este tipo de moléculas biológicamente activas y sus
propiedades farmacofóricas, abriendo una nueva aproximación teórica a sus probables
propiedades medicinales.
28
PARTE III
III.1 RESULTADOS
FASE I.
III.1.1 Etapa 1. Extracción de Piperina de la Pimienta negra (piper nigrum).
Se obtienen 20.60 g de Piperina a partir de la pimienta negra, que corresponden a 0.072
moles con un porcentaje de rendimiento de 62.76%.
El punto de fusión corregido es de 133oC.
III.1.2 Etapa 2. Isomerización de la Piperina.
Se obtienen 6.7 g de dihidropiperina, que corresponden a 0.0233 moles con un porcentaje
de rendimiento de 62.76 %.
III.1.3 Etapa 3. Ruptura Oxidativa de Dihidropiperina.
El punto de fusión del ácido no pudo determinarse ya que se descompone arriba de los
210oC. El rendimiento de reacción es del 45.28%.
III.1.4. Etapa 3. Formación de las amidas (1), (2) (3) (4) y (5).
III.1.4.1. Síntesis de 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(piperidin-1-yl)etanona (1).
El punto de fusión corregido es de 175
oC, no comparable con la literatura al no estar
reportada la molécula. El rendimiento es del 54.4%.
III.1.4.2. Síntesis de 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(piperazin-1-yl)etanona (2).
29
El punto de fusión no pudo tomarse, ya que se descompone arriba de los 225
oC. El
rendimiento de reacción es del 44.6%
III.1.4.3. Sintetizar 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(pirrolidin-1-yl)etanona (3).
El punto de fusión corregido es de 187
oC, no comparable con la literatura al no estar
reportada la molécula. El rendimiento de reacción es del 57.1%.
III.1.4.4 Sintetizar 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-morfolinoetanona) (4).
El punto de fusión corregido es de 208
oC, no comparable con la literatura al no estar
reportada la molécula. El rendimiento es del 54.8%
III.1.4.5. Sintetizar 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(5-metilisoxazol-3-yl)acetamida (5).
El punto de fusión corregido es de 272
oC, no comparable con la literatura al no estar
reportada la molécula. El rendimiento de reacción es del 59.3%.
III.4.1.6. Sintetizar 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2-hidroxi-5-metilfenil)acetamida (6).
El punto de fusión corregido es de 308
oC, no comparable con la literatura al no estar
reportada la molécula. El rendimiento de reacción es del 50.0%.
30
III.1.5 FASE III.
Modelaje Molecular y Propiedades Farmacofóricas de Compuestos Sintetizados.
Los resultados obtenidos se presentan en los cuadros siguientes:
III.1.5.1 Optimización Geométrica y Propiedades Farmacofóricas de 2-
benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(piperidin-1-yl)etanona (1) (Cuadro 1). Cuadro 1. Propiedades Fisicoquímicas y Farmacofóricas de 2-benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(piperidin-1-
yl)etanona (1).
Propiedad Valor
Fórmula Molecular C14H17NO3
Peso molecular (umas) 247.29
Calor de Formación (Hatrees) -814.534094
cLogP 1.87
TPSA 30.762 Å2
Polarizabilidad 59.11
Ovalidad 1.38
Volumen molecular 253.72 Å3
Area Molecular 268.04 Å2
No. de Aceptores 4
No. de Donadores 0
Anillos 2
Atomos Aromáticos 6
Momento Dipolar (Debyes) 3.74
Fuente: FODECYT 57-2009.
III.1.5.2 Optimización Geométrica y Propiedades Farmacofóricas de 2-
benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(piperazin-1-yl)etanona (2). (Cuadro 2). Cuadro 2. Propiedades Fisicoquímicas y Farmacofóricas de 2-benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(piperazin-
1-yl)etanona (2).
Propiedad Valor
Fórmula Molecular C13H16N2O3
Peso molecular (umas) 248.28
Calor de Formación (Hatrees) -830.419433
cLogP 0.51
TPSA 43.341 Å2
Polarizabilidad 58.65
Ovalidad 1.38
Volumen molecular 248.07 Å3
Area Molecular 264.13Å2
31
No. De Aceptores 4
No. De Donadores 0
Anillos 2
Atomos Aromáticos 6
Momento Dipolar (Debyes) 3.12
Fuente: FODECYT 57-2009.
III.1.5.3 Optimización Geométrica y Propiedades Farmacofóricas de 2-
benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(pirrolidin-1-yl)etanona (3) (Cuadro 3). Cuadro 3. Propiedades Fisicoquímicas y Farmacofóricas de 2-benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(pirrolidin-
1-yl)etanona (3).
Propiedad Valor
Fórmula Molecular C13H15NO3
Peso molecular (umas) 233.26
Calor de Formación (Hatrees) -775.718048
cLogP 1.45
TPSA 31.180 Å2
Polarizabilidad 57.77
Ovalidad 1.37
Volumen molecular 253.72 Å3
Area Molecular 237.28 Å2
No. de Aceptores 4
No. de Donadores 0
Anillos 2
Atomos Aromáticos 6
Momento Dipolar (Debyes) 3.98
Fuente: FODECYT 57-2009.
32
III.1.5.4 Optimización Geométrica y Propiedades Farmacofóricas de 2-
(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-morfolinoetanona) (4) (Cuadro 4).
Cuadro 4. Propiedades Fisicoquímicas y Farmacofóricas de 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-
morfolinoetanona) (4).
Propiedad Valor
Fórmula Molecular C13H15NO4
Peso molecular (umas) 249.26
Calor de Formación (Hatrees) -850.139837
cLogP 0.74
TPSA 38.522 Å2
Polarizabilidad 58.39
Ovalidad 1.38
Volumen molecular 244.94 Å3
Area Molecular 260.48 Å2
No. de Aceptores 5
No. de Donadores 0
Anillos 2
Atomos Aromáticos 6
Momento Dipolar (Debyes) 2.73
Fuente: FODECYT 57-2009.
III.1.5.5 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(5-metilisoxazol-3-yl)acetamida (5) (Cuadro 5). Cuadro 5. Propiedades Fisicoquímicas y Farmacofóricas de 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(5-
metilisoxazol-3-yl)acetamida (5).
Propiedad Valor
Fórmula Molecular C13H12N2O4
Peso molecular (umas) 260.25
Calor de Formación (Hatrees) -902.507810
cLogP 1.06
TPSA 58.73 Å2
Polarizabilidad 59.519
Ovalidad 1.42
Volumen molecular 247.64 Å3
Area Molecular 269.92 Å2
No. de Aceptores 0
No. de Donadores 0
Anillos 2
Atomos Aromáticos 6
Momento Dipolar (Debyes) 2.01
Fuente: FODECYT 57-2009.
33
III.1.5.6 Optimización Geométrica y Propiedades Farmacofóricas de 2-
(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2-hidroxi-5-metilfenil)acetamida (6) (Cuadro 6).
Cuadro 6. Propiedades Fisicoquímicas y Farmacofóricas de 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2-
hidroxi-5-metilfenil)acetamida (6).
Propiedad Valor
Fórmula Molecular C16H15NO4
Peso molecular (umas) 285.29
Calor de Formación (Hatrees) -963.143365
cLogP 2.66
TPSA 55.990 Å2
Polarizabilidad 61.60
Ovalidad 1.45
Volumen molecular 282.74 Å3
Area Molecular 302.31 Å2
No. de Aceptores 5
No. de Donadores 2
Anillos 2
Atomos Aromáticos 12
Momento Dipolar (Debyes) 3.88
Fuente: FODECYT 57-2009.
34
III.1.6 FASE IV.
Actividad “in vitro” contra la Enzimas Acetilcolinesterasa (Cuadro 7).
Cuadro 7. Actividad Inhibitoria “in vitro” contra la enzima Acetilcolinesterasa.
Amida Actividad
2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(piperidin-1-yl)etanona (1). +++
2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(piperazin-1-yl)etanona (2). +++
2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(pirrolidin-1-yl)etanona (3). ++++
2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-morfolinoetanona) (4). ++++
2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(5-metilisoxazol-3-yl)acetamida (5). ++++
2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2-hidroxi-5-metilfenil)acetamida (6). +++++
Notas. Se compara la máxima inhibición (+++++) de la amida 6 (con la mayor inhibición) con los
compuestos 1 al 5. Martson, A.; Kissling, J.; Hostettmann, K. (2002). A Rapid TLC Bioautographic
Method for the Detection of Acetylcholinesterase and Butyrylcholinesterase Inhibitors in Plants.
Phytochemical Analysis, 13, 51-54.
Fuente: FODECYT 57-2009.
35
III.2 Discusión de Resultados
III.2.1 Isomerización de la Piperina.
La isomerización de la piperina a dihidropiperina, se realizó siguiendo al procedimiento
establecido por Das y colaboradores en 1998 (Das, B., Madhusudhan, P. 1998), en el que
reflujando por 24 horas piperina en ácido acético y Zn metálico y piridina como solvente,
se obtiene un 62.8% de rendimiento, similar al reportado (74%).
La pureza inicial de la piperina pudo influir en la disminución en un 12% del rendimiento
esperado.
III.2.2 Ruptura Oxidativa de Dihidropiperina y formación del Ácido 2-
(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)acético.
La reacción utilizada es la ruptura oxidativa con agentes oxidantes fuertes (KMnO4 y
NaIO4), ampliamente discutida en libros de texto de Química Orgánica general y
experimental.
La oxidación en las condiciones realizadas, luego de modificar las variables de
temperatura y tiempo de reflujo, se logra un 45% de rendimiento, el cual es muy bueno,
tomando en consideración las condiciones libres de oxígeno y temperatura requeridas, ya
que se preveía la ruptura del anillo de benzodioxol al incrementarse la temperatura y
filtrarse oxígeno al sistema.
El punto de fusión corregido del ácido es de 185oC, no comparable con la literatura al no
estar reportada la molécula. El rendimiento de reacción es del 45.28%.
36
III.2.3 Caracterización Espectroscópica de 2-benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(piperidin-1-
yl)etanona (1).
La amida se identificó por Espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear de Protón y
de Carbono 13.
1H-RMN: Varias señales solapadas entre 1.3 ppm y 3.4 ppm que integran a los 10
protones del grupo piperidino, la señal a 5.9 ppm, singlete ancho, 2H, que corresponde al
metileno del sistema 1,3 dioxol y las 3 señales en la zona de los protones aromáticos
(entre 6.1 y 7.2 ppm) típicas de poseer el anillo aromático sustitución de grupos atractores
de electrones como Oxígeno.
13
C-RMN: las 5 señales entre 18 ppm y 44 ppm correspondientes a los 5 carbonos del
grupo piperidino, la señal a 103 ppm del metileno del sistema 1,3 dioxol, las seis señales
del sistema aromático entre 109 ppm y 146 ppm y la señal característica del grupo
carbonilo de la amida a 169 ppm.
III.2.4 Caracterización Espectroscópica de 2-benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(piperazin-
1-yl)etanona (2).
1H-RMN: tres señales entre 2.4 ppm y 3.2 ppm que integran a 8 protones que
corresponden a los protones del grupo piperazino, la señal a 5.9 ppm correspondiente al
metileno del sistema 1,3 dioxol, las 3 señales en la zona de los protones aromáticos (entre
6.1 y 7.1 ppm) típicas de poseer el anillo aromático sustitución de grupos atractores de
electrones como Oxígeno y la señal a 1.21 ppm correspondiente al protón –NH de la
piperazina.
13
C-RMN: las 4 señales entre 34 ppm y 45 ppm correspondientes a los 4 carbonos del
grupo piperazino, la señal a 103 ppm del metileno del sistema 1,3 dioxol, las seis señales
del sistema aromático entre 109 ppm y 146 ppm y la señal característica del grupo
carbonilo de la amida a 170 ppm.
El Punto de Fusión del compuesto no se encuentra reportado en la literatura, por lo que es
un aporte en este campo.
37
III.2.5 Caracterización Espectroscópica de 2-benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-(pirrolidin-
1-yl)etanona (3).
1H-RMN las señales solapadas entre 1.6 ppm y 3.7 ppm, que integran a los 8 protones del
sistema pirrolidínico, señal ancha a 6.0 ppm que integran los 2 protones que corresponde
a los grupos metileno del sistema 1,3 dioxano, las 3 señales en la zona de los protones
aromáticos (entre 6.1 y 7.1 ppm) típicas de poseer el anillo aromático sustitución de
grupos atractores de electrones como Oxígeno y los dos protones del metileno aislado a
2.9 y 3.4 ppm.
13
C-RMN las dos señales anchas y solapadas a 25.5 ppm y 47.5 ppm correspondientes a
los cuatro carbonos del grupo pirrolidino, la señal a 102.9 ppm correspondiente al grupo
metileno del sistema 1,3 dioxano, las seis señales del sistema aromático entre 109 ppm y
146 ppm, el metileno aislado a 42 ppm y la señal característica del grupo carbonilo de la
amida a 169 ppm.
El Punto de Fusión del compuesto no se encuentra reportado en la literatura, por lo que es
un aporte en este campo.
III.2.6 Caracterización Espectroscópica de 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl-1-
morfolinoetanona) (4).
1H-RMN: Dos pares de señales solapadas a 3.7 ppm y 3.1 ppm que integran a los 2
sistemas protónicos del grupo morfolino, el grupo a menor campo corresponden a
aquellos unidos a carbonos oxigenados y las de mayor campo las unidas c carbonos
nitrogenados. Las señal ancha a 6.0 ppm correspondiente al metileno del sistema 1,3
dioxano, las 3 señales en la zona de los protones aromáticos (entre 6.1 y 7.1 ppm) típicas
de poseer el anillo aromático sustitución de grupos atractores de electrones como
Oxígeno y las señales a 2.9 y 3.5 ppm correspondientes al metileno aislado.
13
C-RMN: Las 2 grupos de señales entre 33 y 65 ppm correspondientes a los 2 sistemas
de carbono del grupo morfolino, la señal a 103 ppm del grupo metileno del sistema 1,3
dioxano, las seis señales del sistema aromático entre 109 ppm y 146 ppm, el metileno
aislado a 40 ppm y la señal característica del grupo carbonilo de la amida a 170 ppm.
El Punto de Fusión del compuesto no se encuentra reportado en la literatura, por lo que es
un aporte en este campo.
38
III.2.7 Caracterización Espectroscópica de 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(5-
metilisoxazol-3-yl)acetamida (5).
1H-RMN: La señal gruesa a 2.1 ppm correspondiente al grupo metilo, el único protón del
anillo isoxazólico a 6.7 ppm es lo que identifica a este sistema, la señal a 6.1 ppm
correspondiente al metileno del sistema 1,3 dioxano, las 3 señales en la zona de los
protones aromáticos colapsadas a 6.5 ppm y la señal a 2.4 ppm del metileno aislado.
13
C-RMN: Las 3 señales del anillo de isoxazol a 98, 160, 170 ppm y la de 12 ppm del
grupo metilo, la señal a 103 ppm del grupo metileno del sistema 1,3 dioxano, las seis
señales del sistema aromático entre 109 ppm y 148 ppm, el metileno aislado a 44 ppm y
la señal característica del grupo carbonilo de la amida a 169 ppm.
El Punto de Fusión del compuesto no se encuentra reportado en la literatura, por lo que es
un aporte en este campo.
III.2.8 Caracterización Espectroscópica de 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2-
hidroxi-5-metilfenil)acetamida (6).
1H-RMN: Tres señales a 5.9, 6.4 y 8.7 ppm y el singlete que integra por tres protones del
metilo a 2.1 ppm que corresponden a los protones del sistema p-cresol, la señal a 6.1 ppm
correspondiente a los protones del grupo metileno del sistema 1,3 dioxano, las 3 señales
en la zona de los protones aromáticos (colapsadas a 6.5 ppm) y los protones a 3.4 ppm
del grupo metileno aislado.
13
C-RMN: las 6 señales entre 111 y 140 ppm correspondientes al anillo aromático del p-
cresol en conjunto con la señal a 21 ppm del metilo, la señal a 104 ppm del grupo
metileno del sistema 1,3 dioxano, las seis señales del sistema aromático entre 108 ppm y
148 ppm, el metileno aislado a 45 ppm y la señal característica del grupo carbonilo de la
amida a 169 ppm.
El Punto de Fusión del compuesto no se encuentra reportado en la literatura, por lo que es
un aporte en este campo.
39
La síntesis de las seis amidas utilizando el procedimiento de Terakado, se obtuvo con
buenos rendimientos, (mayores al 50%), reportándose en la literatura rendimientos desde
65% para moléculas similares y hasta el 100% de rendimiento.
Lo anterior debido a que el procedimiento de Terakado utiliza Diciclohexilcarbodiimida -
DCC-, un agente que ha demostrado incrementar el rendimiento de las reacciones de
acilación.
La identificación de las amidas se logra inequívocamente por Resonancia Magnética
Nuclear de Protón y Carbono Trece.
La reacción de formación de la amida 3 fue la que menor rendimiento obtuvo, la
posibilidad de que se formara el producto de dimerización se sugiere como la causa
principal.
Producto de Dimerización de Amida 3.
III.2.9 Propiedades Farmacofóricas de Moléculas Sintetizadas.
III.2.9.1 Topological Molecular Polar Surface Area (TPSA)
Este parámetro calcula la suma de las contribuciones superficiales de los fragmentos
polares de una molécula y permite predecir las propiedades de transporte de la molécula a
través de la membrana celular, con menores valores de TPSA para un mejor transporte a
través de la membrana celular.
Comparando los valores de TPSA de las amidas sintetizadas, se observan mejores valores
en las de menor peso molecular como en las amidas 1 y 3. El átomo de Nitrógeno
adicional en la 2 le genera una mayor polaridad y por lo tanto menor TPSA, los valores
altos (cerca del doble) de las amidas 5 y 6 es debido a la contribución de los átomos de
Oxígeno y Nitrógeno que poseen y su mayor peso molecular.
La misma inferencia puede hacerse al comparar los valores de Volumen y Área
Molecular de las amidas sintetizadas, el volumen molecular oscila entre 244 y 282 Å3 y el
Área entre 260 y 302 Å2, normales entre estas moléculas.
Haciendo un análisis global de las 6 amidas sintetizadas, se puede inferir que son las
pirrolidin y piperidin amidas (1 y 3), las que mejor pueden ser transportadas a través de la
membrana celular y las amidas 5 y 6 con grupos metil-soxazol y p-cresol
respectivamente, que lo haría con mayor dificultad.
Sin embargo los valores generales de TPSA (entre 30.7 y 55.9 Å2) parecen adecuados
para su transporte a través de las apolares membranas celulares.
40
III.2.9.2 Relación de Solubilidad n-octanol/agua (cLogP).
Este valor (el logaritmo del coeficiente de partición n-octanol/agua) permite determinar la
hidrofilicidad del compuesto.
Valores altos de cLogP significa bajas hidrofilicidades y pobre absorción y permeación
en membranas celulares.
Generalmente buenos valores se establecen debajo de 5.0
Los valores obtenidos para las amidas sintetizadas, están muy por debajo del valor de 5.0,
lo que los hace ser bien absorbidos por membranas celulares, oscilando entre 0.51 para la
amida 2 y 2.66 para la amida 6.
El mejor valor de 1, se debe fundamentalmente a la presencia de un átomo de Nitrógeno
adicional en la molécula.
La adición de un átomo de Oxígeno adicional en la amida 4, le dá un valor muy aceptable
de 1.38.
La amida 5, aunque posee un átomo de Oxígeno y uno de Nitrógeno adicionales, la
presencia de los dos dobles enlaces en el anillo de isoxazol, hace que su valor (1.06) no
esté cercano al de 1, pero aun así es muy bueno.
En general todas las amidas sintetizadas poseen valores adecuados de ClogP, lo que
permite predecir una buena hidrofilicidad y permeabilidad a través de la membrana
celular.
Los otros parámetros farmacofóricos calculados (Número de Aceptores, Número de
Donadores, Relación Átomos/Enlaces, Número de Átomos Aromáticos, Número de
Anillos y su Momento Dipolar) se utilizan como insumos para el cálculo de TPSA y
cLogP.
III.2.5 Actividad Inhibitoria contra las Enzimas Acetilcolinesterasa y
Butirilcolinesterasa de compuestos sintetizados.
Las 6 aminas sintetizadas en este trabajo mostraron actividad inhibitoria contra la enzima
Acetilcolinesterasa en el “Método Bioautográfico por Cromatografía en Capa Fina para la
Detección de Inhibidores en Plantas de Acetilcoloinesterasa y Butirilcolinesterasa”
(Marston, A. et al. 2002).
El estudio realizado demuestra que las seis amidas sintetizadas presentan actividad
inhibitoria importante contra la enzima.
Al compararlas entre sí, se observan mejores valores cualitativos en la amida 6, aunque
todas muestran inhibición cualitativa importante.
41
Lo anterior debido a la introducción de un anillo aromático adicional en la molécula.
El análisis de la estructura química de estos compuestos y su relación con su actividad
inhibitoria cualitativa contra Acetilcolinesterasa es difícil de analizar, ya que todas
muestran una actividad inhibitoria cualitativa similar.
42
PARTE IV.
IV.1 CONCLUSIONES
Se sintetizaron seis amidas derivadas de piperina, utilizando el método de
Terekado y Oriyama (DCC en Cloroformo).
Se calculó y graficó las propiedades farmacofóricas (TPSA, cLogP, Ovalidad,
Polarizabilidad, Área Molecular, Volumen Molecular, Momento Dipolo, Número
de Aceptores, Número de Donadores, Número de Átomos Aromáticos, Número
de Anillos y Número de Átomos Aromáticos) de la molécula de todos los
compuestos sintetizados.
Se evaluó la Inhibición “in vitro” de las seis amidas sintetizadas contra la enzima
Acetilcolinesterasa.
Se sintetizó un Ácido Carboxílico (Ácido 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)acético)
con buen porcentaje de rendimiento.
La menor dificultad de su síntesis, mejores propiedades farmacofóricas y mayor
inhibición contra las enzimas ensayadas, parece encontrarse en función del
incremento en el número de átomos de N y O.
Las piperidin y pirrolidin amidas, muestran mejores valores de TPSA que sus
equivalentes piperazin, morfolin, isoxazol y p-cresol amidas.
Las piperazin amidas, muestran mejores valores de cLogP que sus equivalentes
pirrolidin, piperidin, morfolin, isoxazol y p-cresol amidas.
La p-cresol amida muestra una mayor inhibición a la enzima Acetilcolinesterasa
que sus equivalentes pirrolidin, piperidin, piperazin, morfolin e isoxazol amidas.
Se calculó y graficó la conformación de mínima energía de la molécula de la
dihidropiperina y Ácido Carboxílico utilizados como materia prima y las seis
aminas sintetizadas.
La isomerización de la piperina y su posterior ruptura oxidativa, se efectuó con
buen porcentaje de rendimiento.
Las seis amidas fueron sintetizadas con buenos porcentajes de rendimiento.
Las seis amidas sintetizadas muestran valores adecuados de TPSA y cLogP, lo
que les permitiría ser bien transportadas a través de la membrana celular.
43
Las seis amidas sintetizadas demostraron poseer buenos valores cualitativos de
inhibición contra la enzima Acetilcolinesterasa, por lo que los convierte en
potenciales fármacos contra la Enfermedad de Alzheimer.
44
IV.2 RECOMENDACIONES
Optimizar la síntesis de amidas derivadas del ácido carboxílico derivado de la
isomerización de la piperina, utilizando la aproximación de Teredado y Oriyama,
Knoevenagel y otras.
Continuar con la construcción de la librería de piperamidas similares
estructuralmente a la AMPAKINA CX-516 como inhibidoras de las enzimas
Acetilcolinesterasa y Butirilcolinesterasa, potenciales medicamentos contra la
Enfermedad de Alzheimer iniciada en 1997.
Sintetizar moléculas que contengan los sistemas 1,3- y 1,4 dioxano (Cóbar, O. et al.
2011), piperazina y amina de metil-p-cresol, ya que demostraron tener mejores
propiedades farmacofóricas, mayor inhibición cualitativa contra las enzimas
Acetilcolinesterasa y Butirilcolinesterasa y son más eficientes de sintetizar que
aquellas que poseen otra amina cíclica y un sistema 1,3 benzodioxol.
Efectuar estudios farmacofóricos más profundos sobre las amidas sintetizadas en
esta investigación.
Realizar pruebas más específicas “in vitro” de inhibición de estas amidas contra las
enzimas Acetilcolinesterasa y Butirilcolinesterasa, para confirmar su actividad
biológica.
Realizar pruebas de toxicidad de las amidas sintetizadas, para potencializar su uso
como probables medicamentos anti-Alzheimer.
Realizar estudios de Química Computacional, buscando la molécula que mejor se
entrelaza con el sitio activo de Acetilcolinesterasa para sinterizarla a nivel de
gramos y realizar pruebas “in vitro” contra la enzima pura e “in vivo” en animales
de experimentación
45
IV.3 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Abstracts of the 231th
American Chemical Society National Meeting, Division of
Computers in Chemistry. San Diego, CA. March 13th
-17th
2007.
2. Abstracts of the 231th
American Chemical Society National Meeting, Division of
Medicinal Chemistry. San Diego, CA. March 13th
-17th
2007.
3. Alecio, A.; Da Silva, V.; Marx, M.C.; Kato, M.; Furlan, M. (1998). Antifungal
Amide from Leaves of Piper hispidium. Journal of Natural Products, 61, 637-639.
4. Andersson, R., Armstrong, A., Bjore, A., Bowker, S., Chapman, S., Davies, R.,
Donald, C., Egner, B., Elebring, Th., Holmqvist, S., Inghardt, T., Johannesson, P.,
Johansson, M., Johnstone, C., Kemmitt, P., Kihlberg, J., Korsgren, P., Lemurell,
M., Moore, J., Pettersson, J., Pointon, H., Ponten, F., Schofield, P., Selmi, N.,
Whittamore, P. (2009). Making medicinal chemistry more effective application of
Lean Sigma to improve processes, speed and quality. Drug Discovery Today, 14,
598-604.
5. Aquino, R.; De Feo, V.; De Simone, F.; De Tomasi, N.; Piacente, S.; Pizza, C.;
Rastrelli, L. (2000). Flora Officinale dell`America Latina. Gutemberg Edizioni,
Salerno, Italia, 502 pp.
6. Araujo, J. (2004). Novel Natural Product Based Anti-Anxiety Theraphy and
Natural Insecticides. MSc. Tesis. University of Costa Rica. 35 pp.
7. Araujo-Junior, J.; Barreiro, E.J.; Parente, J.P.; Fraga, C.A. (1999). Synthesis of
Piperamides from Naturale Safrole. Synthetic Communications. 29, 263-273.
8. Becker, R.E.; Morietary, P.; Unni, L.; Vicari, S. (1997). Cholinesterase Inhibitors
as Therapy in Alzheimer’s Disease: Benefit to Risk Considerations in Clinical
Application, in Alzheimer’s Disease: from Molecular Biology to Therapy. Becker,
R.; Giacobini, E., Eds. Brickhouser, Boston, 257-266.
9. Belluti, F.; Rampa, A.; Piazzi, L.; Bisi, A.; Gobbi, S. Bartolini, M.;Andrisano, V.;
Cavalli, A.; Recanatini, M.; Valenti, P. (2005). Cholinesterase Inhibitors:
Xanthostigmine Derivatives Blocking the Acetylcholinesterase-Induced -
Amyloid Aggregation. Journal of Medicinal Chemistry, 48, 4444-4456.
10. Bowen, J.P.; Allinger, N.L. (1991). Reviews in Computational Chemistry, 2, 1-14.
11. Brunden, K. Trojanowski, J. Lee, V. (2009). Advances in tau-focused drug
discovery for Alzheimer’s disease and related tauopathies. Nature Reviews in
Drugs Discovery, 8, 783-793.
12. Butler, M.S. (2004). The Role of Natural Product Chemistry in Drug Discovery.
Journal of Natural Products, 67, 2141-2153.
13. Cáceres, A. (1996). Plantas de Uso Medicinal en Guatemala. Editorial
Universitaria, Universidad de San Carlos de Guatemala, 402 pp.
14. Cáceres, A. (2009). Vademécum Nacional de Plantas Medicinales. Editorial
Universitaria, Universidad de San Carlos de Guatemala, 313 pp.
15. Caprino, L., Russo, P. (2006). Developing a paradigm of drug innovation: an
evaluation algorithm. Drug Discovery Today, 11, 999-1006.
16. Carey, F.A.; Sundberg, R.J. (2007). J. Advanced Organic Chemistry; Part B.
reactions and synthesis. 5th
Ed. Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York,
USA. 988pp.
17. Cóbar, O.M. (1997). “Programa de Síntesis de Compuestos que Incrementan la
Memoria, Derivados de Productos Naturales Conocidos y Abundantes”.
46
Departamento de Química Orgánica, Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia,
Universidad de San Carlos de Guatemala, 7pp.
18. Cóbar, O.M. (1998). Pimienta Negra; Respuesta a los Males de Alzheimer y
Parkinson? Departamento de Química Orgánica, Facultad de Ciencias Químicas y
Farmacia, Universidad de San Carlos de Guatemala, 4 pp.
19. Cóbar, O.M.; Vásquez, A.; Santa Cruz, L.H. (2005). Proyecto “Síntesis de
Análogos del Medicamento Anti-Alzheimer AMPAKINA CX 516 a partir de 2,3-
dihydrobenzo[b][1,4]dioxin-6-carbaldehido”. Instituto de Investigaciones
Químicas y Biológicas, Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia, Universidad
de San Carlos de Guatemala. 14 pp.
20. Cóbar, O.M.; Vásquez, A.; Santa Cruz, L.H. (2005). Proyecto “Síntesis de
Análogos del Medicamento Anti-Alzheimer AMPAKINA CX 516 a partir de los
Productos Naturales Safrol y Piperonal”. Dirección General de Investigación,
Universidad de San Carlos de Guatemala. 18 pp.
21. Cóbar, O.M.; Vásquez, A.; Santa Cruz, L.H. (2006). Proyecto “Síntesis de
Análogos del Medicamento Anti-Alzheimer AMPAKINA CX 516 a partir de los
Productos Naturales Eugenol y Piperonal”. Dirección General de Investigación,
Universidad de San Carlos de Guatemala. 28pp.
22. Cóbar, O.M.; Torres, J.; Vásquez, A.; Santa Cruz, L.H. (2006). Proyecto “Síntesis
de Análogos del Medicamento Anti-Alzheimer AMPAKINA CX 516 a Partir del
Producto Natural Safrol”. Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, Línea
FODECYT. 72 pp.
23. Cóbar, O.; Pinagel, D.; Guzmán, N.; Rodas, M.; Ruiz A. Proyecto “Síntesis y
Estudio Teórico de Propiedades Farmacofóricas de Análogos del Medicamento
Anti-Alzheimer AMPAKINA CX 516 a partir del Producto Natural Piperonal y su
Análogo 2,3-dihydrobenzo(b) (1,4) dioxin-6 carbaldehido”. Consejo Nacional de
Ciencia y Tecnología, Línea FODECYT. 2011, 79 pp.
24. Compendio Estadístico 2004 Guatemala. Desarrollo Humano y Ruralidad.
Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo –PNUD-, Editorial
Serviprensa, Guatemala, (2004). 132 pp.
25. Das, B.; Madhusudhan, P. (1998). Transformation of the conjugated dienamide
system of some natural alkamides to the β,γ-unsaturated amide function using
ZnHOAc. Tetrahedron Letters, 39, 9099-9100.
26. Doherty, A. M. Editor. (2008) Annual Reports in Medicinal Chemistry, Vol. 43,
Academic Press, 564 pp.
27. Dyer, L.A.; Richards, J.; Dodson, C.D. (2004). Evolution, Synthesis and
Evolutionary Ecology or Piper Amides. Pages 117-139 en “Dyer, L.A. and A.N.
Palmer (eds.) “Piper, a model genus for studies of evolution, chemical ecology,
and trophic interactions”. Kluwer Academic Publishers. Boston, MA. USA.
28. Egan, W.J.; Zlokarnik, G.; Grootenhuis, P. (2007). In Silico Prediction of Drug
Safety: despite progress there is abundant room for improvement. Drug Discovery
Today: Tecnologies. Elsevier, 381-387.
29. Ertl, P., Rohde, B., Selzer, P. (2000). Fast Calculation of Molecular Polar surface
Area as a Sum of Fragment Based Contributions and its Application to the
Prediction of Drug Transport Properties. Journal of Medicinal Chemistry, 43,
3714-3717.
47
30. Gleeson, M., Hersey, A., Montanari, D., Overington, J. (2011). Probing the links
between “in vitro” potency, ADMET and physicochemical parameters. Nature
Reviews Drug Discovery, 10, 197-208.
31. Brunton, L., Chabner, B., Knollman, B. (2010). Goodman y Gilman; The
Pharmacological Basis of Therapeutics. 12th
ed. McGraw Hill, 2084 pp.
32. Hall, L.H. (2004). A Structure Information Approach to the Prediction of
biological Activities and Properties. Chemistry and Biodiversity, 1, 183-201.
33. Henkel, Th.; Brunne, R.M.; Muller, H.; Reichel, F. (1999). Statistical
Investigation Into the Structural Complementarity of Natural Products and
Synthetic Compounds. Angewalte Chemical, International Edition, 38, 643-647.
34. Informe sobre Desarrollo Humano 2007-2008. La Lucha contra el Cambio
Climático; solidaridad en un mundo dividido. Programa de las Naciones Unidas
para el Desarrollo, Ediciones Mundi Prensa, Madrid, España, 2007, 364 pp.
35. Jena, N.R., Mishra, Ph.C. (2007). A Theorethical Study of Some New Analogues
of the Anticancer Drug Camptothecin. Journal of Molecular Modeling, 13, 267-
274.
36. Johnson, T., Sohn, J., Inman, W., Estee, S., Loveridge, T., Vervoort, H., Tenney,
K., Liu, J., Kean-Hooi Ang, K., Ratnam, J., Bray, W., Gassner, N., Shen, Y.,
Lokey, R., McKerrow, J., Boundy-Mills, K., Nukanto, A., Kanti, A., Julistiono, H.,
Kardono, L., Bjeldanes, L., Crews, Ph. (2011). Natural Product Libraries to
Accelerate the High-Throughput Discovery of Therapeutic Leads. Journal of
Natural Products, 74 (12), 2545–2555.
37. Khachaturian, Z.S. (1985). Diagnosis of Alzheimer’s Disease. Archives in
Neurology. 42, 1097-1105.
38. Kind, T., Leamy, T., Leary, J., Fiehn, O. (2009). Software platform virtualization
in chemistry research and university teaching. Journal of Cheminformatics, 1-18.
39. Kuklinski, C. (2000). Farmacognosia; Estudio de las Drogas y Sustancias
Medicamentosas de Origen Natural. Ediciones Omega, Barcelona, España, 515pp.
40. Larsen, Th.; Petersen, B.; Duus, J.; Sørensen, D.; Frisvad, J.; Hansen, M. (2005).
Discovery of New Natural Products by Application of X-hitting, a Novel
Algorithm for Automated Comparison of Full UV Spectra, Combined with
Structural Determination by NMR Spectroscopy. Journal of Natural Products, 68,
871-874.
41. Larsson, J., Gottfries, J., Muresan, S., Backlund, A. (2007). ChemGPS-NP: Tuned
for Navigation in Biologically Relevant Chemical Space. Journal of Natural
Products, 70, 789-794.
42. Lee, K-H. (2004). Current Developments in the Discovery and Design of New
Drug Candidates from Plants Natural Product Leads. Journal of Natural Products,
67, 273-283.
43. Leeson, P., Springthorpe, B. (2007). The influence of drug-like concepts on
decision-making in medicinal chemistry. Nature Reviews Drug Discovery. 6, 881-
890.
44. Leeson. P., St-Gallay, S. (2011). The influence of the ‘organizational factor’ on
compound quality in drug discovery Nature Reviews Drug Discovery. 10, 749-765.
48
45. Lipinski, C.A. (1997). Experimental and A computational approaches to Estimate
Solubility and Permeability in Drug Discovery and Development Settings.
Advances in Drug Delivery Reviews, 23, 3-25.
46. Lynch, G. (1998). Memory and the Brain: Unexpected Chemistries and a New
Pharmacology. Neurobiology Learn Memory, 70, 82-100.
47. Macor, J. Editor. (2011). Annual Reports in Medicinal Chemistry. Academic
Press, New. York. 573 pp.
48. Manchester, J., Walkup, G., Rivin, O., You, Z. (2010). Evaluation of pKa
estimation methods on 211 druglike compounds. Journal of Chemical Information
and Modeling, 50, 565–571.
49. Manual de Técnicas de Investigación, Sub-Programa X, Quimica Fina
Farmacéutica; Proyecto X-1, Búsqueda de Principios Bioactivos en Plantas de la
Región. (1995). Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el
Desarrollo –CYTED-, 227 pp.
50. Mannhold, R., Poda, G., Ostermann, C., Tetko, I. (2009). Calculation of
molecular lipophilicity: state-of-the-art and comparison of log P methods on more
than 96,000 compounds. Journal of Pharmaceutical Science, 98, 861-893.
51. Martson, A.; Kissling, J.; Hostettmann, K. (2002). A Rapid TLC Bioautographic
Method for the Detection of Acetylcholinesterase and Butyrylcholinesterase
Inhibitors in Plants. Phytochemical Analysis, 13, 51-54.
52. Mata, R.; Morales, I.; Pérez, O.; Rivero-Cruz, I.; Acevedo, L.; Enríquez-Mendoza,
I.; Bye, R.; Franzblau, F.; Timmermann, B. (2004). Antimycobacterial Compounds
from Piper santcum. Journal of Natural Products, 67, 1961-1968.
53. Molinski, T. (2010). NMR of Natural Products at the ‘Nanomole-Scale’. Natural
Product Reports, 27, 321-329.
54. Morris, J., Phillips, A. (2008). Marine natural products: synthetic aspects. Natural
Product Reports, 25, 95–117.
55. Mullard, A. (2012). 2011 FDA drug approvals. Nature Reviews, Drug Discovery.
11, 91-94.
56. Mutasem, T.; Bustanji, Y.; Al-Ghussein, M.; Mohammad, M.; Zalloum, H.; Al-
Masri, H.; Atallah, N. (2008). Pharmacophore Modeling, Quantitative Structure–
Activity Relationship Analysis, and in Silico Screening Reveal Potent Glycogen
Synthase Kinase-3_ Inhibitory Activities for Cimetidine, Hydroxychloroquine, and
Gemifloxacin. Journal of Medicinal Chemistry, 51, 2062–2077.
57. Nakanishi, K. (1999). Lessons From Natural Medicines in “Chemistry, Biological
and Pharmacological Properties of Medicinal Plants of the Americas”. Harwood
Academic Publishers, 1-18.
58. Newman, D., Cragg, G. (2007). Natural Products as Sources of New Drugs Over
the last Twenty Five Years. Journal of Natural Products, 70, 461-477.
59. Orozco N., Lara, F.; Ramírez, C., Cóbar, O.; Pinagel, D. Síntesis de tres Posibles
Medicamentos por Modificación Estructural de Piperina. Informe Final, Consejo
Nacional de Ciencia y Tecnología, 2000, 27 pp.
60. Panda, S.; Kar, A. Water and Ethanol Extracts of Piper nigrum in Regulating
Thyroid Function and Lipid Peroxidation in Mice. Pharmaceutical Biology. 2003,
41, 479-482.
49
61. Rahman, A., Choundary, M. Editors. New Trends in Natural Product Chemistry.
(1998).Harwood Academic Publishers, 305 pp.
62. Raines, K., Salha, S., Sandberg, R., Jiang, H., Rodríguez, J., Fahimian, B.,
Kapteyn, H., Du, J., Miao, J. (2010). Three-dimensional structure determination
from a single view. Nature, 463, 214-217.
63. Rayan, A., Marcus, D., Goldblum, A. (2010). Predicting oral druglikeness by
iterative stochastic elimination. Journal of Chemical Information and Modeling,
50, 437-445.
64. Ribeiro, T.; Freire, L.; Previato, J.; Mendoza, L.; Heise, N.; Freire, M. (2004).
Toxic Effects of Natural Piperine and its Derivatives on Epimastigotes and
Amastigotes of Trypanosoma cruzi. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,
14, 3555-3558.
65. Ribeiro, T.S.; Freire-de-Lima, L.; Previsto, O.; Mendoza-Previato, L.; Heise, N.;
Freire-de-Lima, M. (2004). Toxic Effects of Natural Piperine and its Derivatives
on Epimastigotes and Amastigotes of Trypanosoma cruzi. Bioorganic and
Medicinal Chemistry Letters, 14, 3555-3558.
66. Rosén, J., Gottfries, J., Muresan, S., Backlund, A., Oprea, T. (2009). Novel
Chemical Space Exploration via Natural Products. Journal of Medicinal
Chemistry, 52, 1953-1962.
67. Rotherham, L. W.; Semple, J. E. (1998). A practical and efficient synthetic route
to dihydropipercide and pipercide. Journal of Organic Chemistry, 63, 6667-6672.
68. Sato, T.; Matsuo, Y.; Honma, T.; Yokoyama S.H. (2008). In Silico Functional
Profiling of Small Molecules and Its Applications. Journal of Medicinal
Chemistry, 51, 7705-7716.
69. Schatz, P. (1997). Some Food for Thought. Journal of Chemical Education, 74,
746-748.
70. Simmon, V.F. (1999). Ampakines, Potential in Neurology Disorders, an update.
Cortex Bio-2000 Conference, Boston MA, USA.
71. Simmons, D., Rex, C., Palmer, L., Pandyarajan, V., Fedulov, V., Gall, C., Lynch,
G. (2009). Up-regulating BDNF with an Ampakine rescues synaptic plasticity and
memory in Huntington’s disease knockin mice. Proceedings of the National
Academy of Sciences, 106, (12), 4906-4911.
72. Smith, M., March, J. (2007). Advanced Organic Chemistry; reactions,
mechanisms and structure. 6th
Ed. Willey Interscience, New York, USA. 2357 pp.
73. Staubli, U.; Rogers, G.; Lynch, G. (1994). Facilitation of Glutamate Receptor
Enhances Memory. Procedings of the National Academy of Sciences, USA. 91,
777-781.
74. Swanson, Ch.; Bures, M.; Johnson, M.P.; Linden, A-M.; Monn, J.; Schoepp, D.
(2005). Metabotropic glutamate receptors as novel targets for anxiety and stress
disorders. Nature Reviews; drug discovery, 4 (2), 131-144.
75. Tang, P. (2003). Boric Acid Catalyzed Amide Formation From Carboxylic Acids
and Amides. Organic Syntheses, 81, 262-267.
76. Terakado, D.; Oriyama, T. (2005). Catalytic Asymmetric Acylation of Alcohols
Using a Chiral 1,2-Diamine Derived From (s)-Proline: (1S,2S)-trans-1-
benzoyloxy-2-bromocyclohexane. Organic Syntheses, 83, 70-75.
50
77. Tsutomu I.; Kawafuchi, H. (2006). E- or Z-Selective Knoevenagel Condensation
of Acetoacetic Derivatives: Effect of Acylated Substituent, that is, TEMPO and
Amines, as an Auxiliary, and New Accesses to Trisubstituted E- and Z-2-Alkenals
and Furans. Journal of Organic Chemistry, 71, 947-953.
78. VanMiddlesword, F.; Cannell, R. (1998). Dereplication and Partial Identification
of Natural Products in “Natural Products Isolation”, Methods in Biotechnology.
Humana Press, 279-328.
79. Vasques, R.; Debonsi, H.; Kato, M.; Bolzani, V.; Meda, Ch.; Young, M.C.;
Furlan, M. (2002). Antifungal Amides from Piper arboreum and Piper
tuberculatum. Phytochemistry, 59, 521-527.
80. Veverková, E.; Pacherová, E.; Toma, S. (1999). Examination of the Perkin
Reaction under Microwave Irradiation. Chemistry Papers, 53, 257-259.
81. Wei, K.; Koike, K.; Pei, Y.; Chen, Y.; Nikaido, T. (2004). New Amide Alkaloids
from the Roots of Piper nigrum. Journal of Natural Products, 67, 1005-1009.
82. Wilson, E. (2002). Computers in Chemistry; picking the winners. Chemical and
Engineering News, 17, 35-39.
83. Wolber, G.; Langer, T. (2005). LigandScout: 3-D Pharmacophores Derived from
Protein-Bound Ligands and Their Use as Virtual Screening Filters. Journal of
Chemical Information Modeling, 45, 160-169.
84. Xu, J.; Hagler, A. (2002). Chemoinformatics and Drug Discovery. Molecules, 7,
566-600.
85. Yu, Q.; Holloway, H.W.; Utsuki, T.; Brossi, A.; Greig, N.H. (1999). Synthesis of
novel Phenserine-Based-Selective Inhibitors of Butyrilcholinesterase for
Alzheimer’s Disease. Journal of Medicinal Chemistry, 42, 1855-1861.
51
IV.4 ANEXOS
ANEXO 1
IV.4.1 ESQUEMA DE PROPIEDADES FARMACOFÓRICAS DE AMIDAS
SINTETIZADAS.
Gráfica 1. Anexo IV.4.1.1 HBA, Momento Dipolar, cLogP y Sitios de Hidrofobicidad de Amida 1.
Fuente: FODECYT 57-2009.
Gráfica 2. Anexo IV.4.1.2 CFD, Momento Dipolar y TPSA de Amida 2.
Fuente: FODECYT 57-2009.
52
Gráfica 3. Anexo IV.4.1.3 CFD, HBA, Momento Dipolar, Sitios de Hidrofobicidad y
Volumen Atómico de Amida 3.
Fuente: FODECYT 57-2009.
Gráfica 4. Anexo IV.4.1.4 CFD, HBA, Sitios de Hidrofobicidad, Momento Dipolar y
Volumen Molecular de Amida 4.
Fuente: FODECYT 57-2009.
53
Gráfica 5. Anexo IV.4.1.5 CFD, HBA, Sitios de Hidrofobicidad, Momento Dipolar y
Highest Occupied Molecular Orbital (HOMO) de Amida 5.
Fuente: FODECYT 57-2009.
Gráfica 6. IV.4.1.6 CFD, HBA, Sitios de Hidrofobicidad, Momento Dipolar y
Lowest Unoccupied Molecular Orbital (LUMO) de Amida 6.
Fuente: FODECYT 57-2009.
Clave
Esferas verdes: sitios capaces de aceptar Puentes de Hidrógeno.
Esferas amarillas: Sitios capaces de compartir pares de electrones libres.
Esferas celestes: Sitios aceptores de Puentes de Hidrógeno positivos.
Esferas azules: Sitios Hidrofóbicos de la Molécula.
Flecha amarilla: Dirección del Momento Dipolar. Lóbulos azules en Orbitales Moleculares: Baja concentración del HOMO o LUMO.
Lóbulos rojos en Orbitales Moleculares: Alta concentración del HOMO o LUMO.
54
IV.4.2 ANEXO 2
ESPECTROS DE RMN DE COMPUESTOS SINTETIZADOS
Los espectros de Resonancia Magnética Nuclear de Hidrógeno y Carbono 13, fueron
tomados en un espectrómetro marca Jeol®, modelo ECX-500, utilizando CDCl3 como
disolvente y como referencia TMS.
La presentación de los espectros se realizó utilizando el programa MastReNova®,
versión 5.3.0-4487 de Mastrelab Research S.L.
Los espectros se procesan directamente de la señal de Free Induction Decay –FID-
enviada directamente del Instituto de Química de la Universidad Nacional Autónoma de
México -UNAM-.
La frecuencia de operación se establece en 500 MHz para los espectros de 1H-RMN y
125 MHz para los espectros de 13
C-RMN.
Para una mejor presentación, se elimina la señal del disolvente CDCl3 (7.26 ppm y 77.0
ppm para Hidrógeno y Carbono 13 respectivamente), corrige línea base y procesan
impurezas.
55
Gráfica 7. Anexo IV.4.2.1. Espectro de 1H-RMN de Amida 1.
Gráfica 8. Anexo IV.4.2.2. Espectro de 13
C-RMN de Amida 1.
56
Gráfica 9. Anexo IV.4.2.3. Espectro de 1H-RMN de Amida 2.
Gráfica 10. Anexo IV.2.4.4. Espectro de 13
C-NMR de Amida 2.
57
Gráfica 11. Anexo IV.2.4.5. Espectro de
1H-RMN de Amida 3.
Gráfica 12. Anexo IV.2.4.6. Espectro de 13
C-RMN de Amida 3.
58
Gráfica 13. Anexo IV.4.2.7. Espectro de 1H-RMN de Amida 4.
Gráfica 14. Anexo IV.2.4.8. Espectro de 13
C-RMN de Amida 4.
59
Gráfica 15. Anexo IV.4.2.9. Espectro de 1H-RMN de Amida 5.
Gráfica 16. Anexo IV.2.4.10. Espectro de 13
C-RMN de Amida 5.
60
Gráfica 17. Anexo IV.4.2.11. Espectro de 1H-RMN de Amida 6.
Gráfica 18. Anexo IV.2.4.12. Espectro de 13
C-RMN de Amida 6.
1
PARTE V
V.1 INFORME FINANCIERO FICHA DE EJECUCIÓN PRESUPUESTARIA
LINEA: FODECYT
Nombre del Proyecto:
"SÍNTESIS DE AMIDAS ANÁLOGAS AL MEDICAMENTO ANTIALZHEIMER AMPALEX POR MODIFICACIÓN ESTRUCTURAL DE PIPERINA"
Numero del Proyecto: 057-2009
Investigador Principal y/o Responsable del Proyecto: DR. OSCAR MANUEL CÓBAR PINTO
Monto Autorizado: Q391,963.00 Orden de Inicio (y/o Fecha primer pago):
Plazo en meses 18 MESES
Fecha de Inicio y Finalización: 01/10/2009 AL 31/03/2011 PRÓRROGA AL 30/06/2011
Grupo Renglon Nombre del Gasto Asignacion
Presupuestaria
TRANSFEREN
CIA Ejecución
Menos
(-) Mas
(+) Ejecutado No ejecutado
1 Servicios no personales
181 Estudios, investigaciones y proyectos de factibilidad Q 126,750.00 Q 87,000.00 Q 21,750.00
181
Estudios, investigaciones y proyectos de factibilidad (Evaluación Externa de
Impacto) Q 8,000.00 Q 8,000.00
122 Impresión, encuadernación y reproducción Q 500.00 Q 500.00
131 Viáticos en el exterior Q 25,000.00 Q 25,000.00
141 Transporte de personas Q 12,000.00 Q 12,000.00
158 Derechos de bienes intangibles Q -
163 Mantenimiento y repación de equipo médico-sanitario y de laboratorio Q 18,000.00
199 Otros servicios no personales Q 4,000.00 Q 4,000.00
2 MATERIALES Y SUMINISTROS Q -
214 Productos agroforestales, madera, corcho y sus manufacturas Q 1,000.00 Q 1,000.00
261 Elementos y compuestos químicos Q 4,254.32
269 Otros productos químicos y conexos Q 27,000.00 Q 18,725.00 Q 8,275.00
272 Productos de vidrio Q 20,080.00 Q 16,450.00 Q 3,630.00
283 Productos de metal Q 2,000.00 Q 2,000.00
3 PROPIEDAD, PLANTA, EQUIPO E INTANGIBLES Q -
321 Maquinaria y equipo de producción Q 120,000.00 Q117,500.00 Q 2,500.00
329 Otras maquinarias y equipos Q 10,000.00
381 Activos Intangibles Q 10,000.00 Q 10,000.00
GASTOS DE ADMÓN. (10%) Q 35,633.00 Q 35,633.00 Q -
Q 391,963.00 Q330,308.00 Q 61,655.00
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