Departamento de Bioquímica, Biología Molecular, Inmunología y ...
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Departamento de Bioquímica, Biología Molecular, Inmunología y Química Orgánica Tesis Doctoral Explorando la Química de los Iluros de Azufre en la Síntesis de Antibióticos tipo Nucleósido: Aproximación Sintética de Liposidomicinas y Muraimicinas Memoria que para optar al grado de Doctor en Química por la Universidad de Málaga presenta Laura Martín Ortiz Málaga, Septiembre de 2006
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Departamento de Bioqumica, Biologa Molecular, Inmunologa y Qumica Orgnica
Tesis Doctoral
Explorando la Qumica de los Iluros de Azufre en la Sntesis de Antibiticos tipo Nuclesido: Aproximacin
Sinttica de Liposidomicinas y Muraimicinas
Memoria que para optar al grado de Doctor en Qumica por la Universidad de Mlaga presenta
Laura Martn Ortiz
Mlaga, Septiembre de 2006
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D. Francisco Sarabia Garca, Profesor Titular del Departamento de Bioqumica,
Biologa Molecular, Inmunologa y Qumica Orgnica de la Facultad de Ciencias de
la Universidad de Mlaga,
CERTIFICA:
Que la memoria adjunta, titulada Explorando la Qumica de los Iluros
de Azufre en la Sntesis de Antibiticos tipo Nuclesido: Aproximacin
Sinttica de Liposidomicinas y Muraimicinas, que para optar al grado de
Doctor en Qumica presenta Da. Laura Martn Ortiz, ha sido realizada
bajo mi direccin en los laboratorios del Departamento de Bioqumica,
Biologa Molecular, Inmunologa y Qumica Orgnica de la Universidad
de Mlaga.
Considerando que constituye trabajo de Tesis Doctoral, autorizo su
presentacin en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Mlaga.
Y para que as conste, firmo el siguiente certificado.
Mlaga, Septiembre de 2006
Fdo: Francisco Sarabia Garca
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AGRADECIMIENTOS
Tras todo el trabajo realizado para poder presentar esta Tesis Doctoral, por fin lleg el momento
de poder expresar, y esta vez no de una forma puramente cientfica, mi balance personal de
todos estos aos, los cuales, pienso que me han ayudado a adquirir grandes valores como el
nimo de superacin, la constancia, el entusiasmo o la paciencia, dotes que creo que todo
Qumico debe alcanzar, ya que, y lo s por propia experiencia, pienso que son en muchas
ocasiones, armas claves para combatir, las asperezas, problemas y dificultades, que aparecen tan
frecuentemente durante el desarrollo de un trabajo de investigacin.
Y desde luego que, muestro toda mi sinceridad al afirmar que para poder haber llegado
hasta aqu, debo agradecer la contribucin de muchas personas, cada una en su medida, pero
todas imprescindibles e importantes para m, de ah, todos los nombres que incluyo en estas
pginas.
En primer lugar, quisiera recordar a nuestro querido y aorado Dr. D. Fidel Jorge
Lpez Herrera, quien colabor en el comienzo de este trabajo, y de cuya ausencia an no me
termino de acostumbrar. Quisiera expresar mi admiracin hacia su persona y mi agradecimiento
por abrirme las puertas del grupo de investigacin Diseo y Sntesis de Frmacos. Por su gran
ayuda en mis inicios en el laboratorio, y por haberme dado un ejemplo impecable de persona
enamorada de su trabajo y de su familia. Siempre quedar latente entre nosotros, la huella
entraable que nos dej.
Tambin quiero destacar y agradecer profundamente toda la dedicacin y labor
realizada por el director de este trabajo, Dr. D. Francisco Sarabia. Por disear el proyecto de
investigacin sobre el que he trabajado, por haber confiado en m para emprenderlo, a pesar de
las muchas dificultades, y haber supervisado cada detalle. Gracias, Francis por tu apoyo
prestado da a da, y por tu preocupacin por m, demostrada en todo momento.
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A la Dra. Mara Soledad Pino Gonzlez, por el inters mostrado hacia mi trabajo y
por las muchas ocasiones en las que me ha brindado su ayuda.
Al resto de profesores y dems compaeros del departamento de Qumica Orgnica,
especialmente a la Dra. Mara Valpuesta, por ser una gran referencia para m como qumica y
como persona.
A mis compaeros de laboratorio con los que he trabajado y convivido durante muchas
horas y con los que me he sentido como en familia. Gracias a todos por crear un ambiente de
trabajo acogedor y ameno.
A Samy, por haber sido un gran compaero de laboratorio, por todo lo que he aprendido
de l y por su ayuda prestada diariamente. Mucha suerte en tu nueva etapa, en la que espero que
demuestres que no hay sntesis que se te resista.
A Antonio, por dar el toque de humor en el laboratorio y marcar un estilo especial al
grupo. Por ser un entraable compaero y por todas las veces que ha sido mi solucin
informtica. Suerte en tu estancia en San Diego donde espero que encuentres mucho xito.
A Miguel, por ser un excelente relevo en el laboratorio. Por haber conectado muy bien
conmigo, y por iniciar una nueva generacin en el grupo.
A No, por su discontinua pero perseverante aparicin por el laboratorio, y por su
apacible personalidad.
A todos los miembros que en su da formaron parte del grupo: Carmen, Desi, Elisa,
Bea, Victoria, lvaro y David, por haber formado parte de la historia de este grupo y haber
creado siempre un ambiente de trabajo agradable, y a las recientes incorporaciones, Fran y
Jose, por transmitir sus inquietudes y ganas de trabajar.
A mis compaeras de promocin, Sonia y Yolanda, por tantas experiencias vividas
durante la carrera.
A mis padres, por todo el cario y apoyo que he recibido estos ltimos 28 aos. Por
seguir hacindome sentir como la pequea de la casa y por estar ante cualquier necesidad
incluso antes de que se os lo pida. Por vuestra confianza y por darlo todo por m.
-
A mis hermanos, por todo el inters mostrado, por tantas llamadas desde Madrid para
darme nimo y apoyo, y por la destacable contribucin de mi hermano Jorge en este trabajo, a
nivel computacional.
A mis suegros y al resto de mi familia, por haber estado muy atentos hacia m y por el
apoyo constante que he recibido de todos.
A mis amigos, por vuestra preocupacin ms que demostrada, y por vuestro apoyo y
cario.
Por supuesto, a mi marido, Rafa, compaero en todos los aspectos de mi vida, por haber
sido esencial en este camino. Por confiar en m, y apoyarme en todos los momentos. Por haber
sabido escucharme y animado en las malas rachas. Ya s que no te gusta que te de las gracias,
pero en esta ocasin, no tengo ms remedio.
Y por ltimo, agradecer a la Conserjera de Educacin y Ciencia de la Junta de
Andaluca, el haberme concedido una beca de investigacin de Formacin de Personal Docente
e Investigador en las Universidades y Centros de Investigacin en Andaluca, la cual he
disfrutado durante cuatro aos.
Laura Martn Ortiz
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A los miembros ms pequeos de mi familia
Miguel y Marcos
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NDICE Pgina
1. INTRODUCCIN................................................................................................
1.1. IMPORTANCIA DE LA PARED CELULAR BACTERIANA EN LA ACCIN
BIOLGICA DE ANTIBITICOS....................................................................................
1.2. ANTIBITICOS TIPO NUCLESIDO.....................................................................
1.2.1. Principales inhibidores de la enzima translocasa Fosfo-MurNAc-pentaptido (Mra
Y)............................................................................................................................................
1.3. QUMICA Y BIOLOGA DE LIPOSIDOMICINAS................................................
1.3.1. Estructura y actividad biolgica...........................................................................
1.3.2. Aproximaciones sintticas............................................................................................
1.3.3. Sntesis de anlogos de Liposidomicinas y estudios SAR............................................
1.4. QUMICA Y BIOLOGA DE MURAIMICINAS......................................................
1.4.1. Estructura y actividad biolgica...................................................................................
1.4.2. Sntesis de anlogos de Muraimicinas y estudios SAR................................................
BIBLIOGRAFA......................................................................................................
2. RESULTADOS Y DISCUSIN..........................................................................
2.1. OBJETIVOS...................................................................................................................
2.2. APROXIMACIONES SINTTICAS HACIA LAS LIPOSIDOMICINAS.............
2.2.1. Estudios sintticos iniciales........................................................................................
2.2.1.1. Condensacin de un derivado aldehdico de la uridina con un iluro de azufre
estabilizado.............................................................................................................................
2.2.1.2. Aperturas nucleoflicas regioselectivas de las epoxiamidas derivadas de
nuclesidos..............................................................................................................................
2.2.1.3. Estudio de la configuracin de los dos centros quirales del anillo de oxirano de las
1
4 11
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23 23
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Tesis Doctoral
II
epoxiamidas derivadas de nuclesidos...................................................................................
2.2.2. Estudios enfocados a la obtencin del anillo de diazepanona mediante el
empleo de iluros de azufre complejos.................................................................................
2.2.2.1. Introduccin...............................................................................................................
2.2.2.2. Sntesis de las sales de sulfonio funcionalizadas 10a-c.............................................
2.2.2.3. Ensayos de condensacin de las sales de sulfonio 10a-c con el aldehido derivado
de la uridina 4a.......................................................................................................................
2.2.2.4. Ensayos de ciclacin mediante apertura intramolecular del anillo de oxirano de la
epoxiamida 26a.......................................................................................................................
2.2.3. Sntesis de estructuras simples de diazepanona desde indol epoxiamidas
2.2.3.1. Introduccin...............................................................................................................
2.2.3.2. Preparacin de epoxiamidas indlicas mediante el uso del iluro de azufre derivado
de la sal de sulfonio indolnica 43..........................................................................................
2.2.3.2.1. Sntesis de la sal de sulfonio 43 a partir de indolina...............................................
2.2.3.2.2. Reaccin de condensacin de compuestos aldehdicos derivados de la uridina
con el iluro de azufre derivado de la sal de sulfonio 43.........................................................
2.2.3.2.3. Reaccin de oxidacin con DDQ de las epoxiamidas 42a y 42b para obtener los
correspondientes epoxi indoles 12a y 12b..............................................................................
2.2.3.3. Estudio de la reactividad de los epoxi indoles 12a y 12b por tratamiento con
diaminas sencillas para obtener anillos de diazepanona simples............................................
2.2.3.3.1. Reaccin de los epoxi indoles 12a y 12b con N,N-Dimetil-1,3-propanodiamina
(49a)........................................................................................................................................
2.2.3.3.2. Reaccin de los epoxi indoles 12a y 12b con N-metil-1,3-propanodiamina (49b)
2.2.3.3.3. Reaccin de los epoxi indoles 12a y 12b con N,N-dimetil-1,3-etanodiamina
(49c)
2.2.3.3.4. Reaccin de los epoxi indoles 12a y 12b con N,N-dietil-1,3-propanodiamina
(49d)........................................................................................................................................
2.2.3.3.5. Reaccin del epoxi indol 12a con 1,3-diamino-2-propanol (49e) y con 1,4-
diaminobutano (49f)...............................................................................................................
2.2.3.4. Estudios dirigidos hacia la inversin de la configuracin de los centros C-5 y C-
6 con el objetivo de obtener epmeros de los productos sintetizados....................................
2.2.3.4.1. Introduccin............................................................................................................
2.2.3.4.2. Ensayos realizados para la epimerizacin del C-5 del producto cclico de
70
73
73
74
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80
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NDICE
III
diazepanona 50a.....................................................................................................................
2.2.3.4.3. Ensayos de isomerizacin de la epoxiamida 42b, para dar lugar a la epoxiamida
de configuracin tipo cis.........................................................................................................
2.2.3.4.4. Epimerizacin de las posiciones C-5 y C-6 por desplazamiento nucleoflico de
sustituyentes incorporados en productos de apertura derivados de la epoxiamida 42a..........
2.2.3.4.5. Reaccin de oxidacin con DDQ de la epoxiamida cis 57 para obtener el
correspondiente epoxi indol 73...............................................................................................
2.2.3.4.6. Obtencin de estructuras cclicas de diazepanona de configuracin 5S, 6S, a
partir del tratamiento del epoxi indol 73 con diaminas sencillas............................................
2.2.3.4.7. Estudios tericos comparativos de los procesos de formacin de las
diazepanonas sencillas 51a y 56a...
2.2.4. Estudios sintticos dirigidos hacia la construccin del anillo de diazepanona
funcionalizado presente en las estructuras de Liposidomicinas.......................................
2.2.4.1. Introduccin...............................................................................................................
2.2.4.2. Estudios iniciales dirigidos a la sntesis del anillo de diazepanona funcionalizado
mediante el empleo de una alil amida como modelo ms sencillo.........................................
2.2.4.2.1. Sustitucin nucleoflica del resto indlico de los epoxi indoles 12a y 12b por
reaccin con alilamina............................................................................................................
2.2.4.2.2. Reaccin de epoxidacin de la N-alil amida 26c empleando mCPBA como
agente oxidante y posterior tratamiento con metilamina........................................................
2.2.4.3. Estudio de la reactividad del epoxi indol 12a por tratamiento con distintas aminas
asimtricas..................................................................................................
2.2.4.3.1. Sntesis de las aminas secundarias complejas 80a-f partiendo de la epoxiamida
17 derivada de IDG.................................................................................................................
2.2.4.3.2. Tratamiento del epoxi indol 12a con las aminas 80a-c..........................................
2.2.4.3.3. Tratamiento del epoxi indol 12a con la amina 80d................................................
2.2.4.3.4. Tratamiento del epoxi indol 12a con las aminas 80e y
80f...........................................................................................................................................
2.2.4.3.5. Sntesis de la mezcla de aminas 80g/80g y posterior reaccin con el epoxi indol
12a..........................................................................................................................................
2.2.4.4. Estudios enfocados hacia la sntesis de la estructura de diazepanona mediante la
conexin entre un producto epxi indlico y un fragmento olefnico asimtrico..................
108
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Tesis Doctoral
IV
2.2.4.4.1. Introduccin............................................................................................................
2.2.4.4.2. Intentos de funcionalizacin del alqueno terminal de precursores sencillos a
compuestos cclicos de diazepanona.......................................................................................
2.2.4.4.3. Sntesis de los fragmentos asimtricos 103...........................................................
2.2.4.4.4. Conexin de los compuestos asimtricos 103a-c y 136 con productos de
estructura epoxi indlica.........................................................................................................
2.2.4.4.5. Intentos de funcionalizacin del alqueno terminal presente en los productos de
acoplamiento 104a-c...............................................................................................................
2.2.4.4.6. Aproximacin a la sntesis de una estructura cclica de diazepanona a partir del
producto de acoplamiento 138................................................................................................
2.2.4.5. Estudios enfocados hacia la sntesis de la estructura de diazepanona mediante el
empleo de la qumica de diazo compuestos............................................................................
2.2.4.5.1. Introduccin............................................................................................................
2.2.4.5.2. Intentos de introducir el grupo diazo en un producto nucleosdico........................
2.2.4.5.3. Acoplamiento de un epoxi cido derivado de nuclesido con una amina que
incorpora el grupo diazo.........................................................................................................
2.2.4.6. Aproximacin sinttica al anillo de diazepanona mediante el empleo de 2-amino-
1,3,4-butanotrioles (ABTs) protegidos .. 2.2.4.6.1. Introduccin
2.2.4.6.2. Sntesis de la amina asimtrica 172...
2.2.4.6.3. Acoplamiento de la amina 172 con un epoxi cido derivado de nuclesido e
intentos de realizar la ciclacin intramolecular para construir la estructura de
diazepanona
2.3. APROXIMACIONES SINTTICAS HACIA LAS
MURAIMICINAS.................................................................................................................
2.3.1. Introduccin................................................................................................................
2.3.2. Estudios sintticos dirigidos a la construccin de productos 5 epmeros
derivados de Muraimicinas..................................................................................................
2.3.2.1. Sntesis del primer derivado peptdico sencillo de Muraimicinas partiendo de una
epoxiamida indolnica.............................................................................................................
2.3.2.2. Sntesis del primer derivado peptdico sencillo de Muraimicinas partiendo de una
epoxiamida indlica................................................................................................................
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NDICE
V
2.3.2.3. Estudios sintticos de derivados sencillos de Muraimicinas a partir de epoxi ster
tbutlico...................................................................................................................................
2.3.2.4. Sntesis de derivados peptdicos sencillos de Muraimicinas a partir de la apertura
nucleoflica de una epoxiamida indolnica con 1-azido-3-propanoamina..............................
2.3.2.5. Aperturas de epoxiamidas indolnicas con aminas que poseen un resto de
aminocido..............................................................................................................................
BIBLIOGRAFA......................................................................................................
3. PARTE EXPERIMENTAL.................................................................................
3.1. APROXIMACIONES SINTTICAS HACIA LAS LIPOSIDOMICINAS.............
3.1.1. Estudios sintticos iniciales..........................................................................................
3.1.2. Estudios enfocados a la obtencin del anillo de diazepanona mediante el empleo de
iluros de azufre complejos.....................................................................................................
3.1.3. Sntesis de estructuras simples de diazepanona desde indol epoxiamidas...
3.1.4. Estudios sintticos dirigidos hacia la construccin del anillo de diazepanona
funcionalizado presente en las estructuras de Liposidomicinas.............................................
3.2. APROXIMACIONES SINTTICAS HACIA LAS
MURAIMICINAS.................................................................................................................
3.2.1. Estudios sintticos dirigidos a la construccin de productos 5 epmeros derivados
de Muraimicinas.....................................................................................................................
BIBLIOGRAFA......................................................................................................
4. CONCLUSIONES................................................................................................
ANEXO I: ABREVIATURAS.................................................................................
ANEXO II: TCNICAS EXPERIMENTALES................................................
ANEXO III: LISTADO DE PRODUCTOS...
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Tesis Doctoral
VI
ANEXO IV: ESPECTROS..
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1. INTRODUCCIN
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1. INTRODUCCIN
Los antibiticos son productos naturales sintticos, caracterizados por su capacidad de inhibir
el crecimiento de ciertos microorganismos, tanto de origen bacteriano como fngico, o de
producir su destruccin directamente. Los antibiticos que detienen el crecimiento de las
bacterias se denominan bacteriostticos, mientras que los que causan la muerte celular
bacteriana se conocen como bactericidas. Algunos antibiticos pueden adquirir ambas
funciones y actuar de una forma u otra segn el carcter de la infeccin producida. A su vez, los
antibiticos naturales son producidos por bacterias u hongos, siendo la especie bacteriana
actinomycetes la mayor fuente de produccin de antibiticos de distintos tipos. La mayora de
los antibiticos clnicamente aplicados en tratamientos con humanos en los ltimos sesenta aos
han sido de origen natural, elaborados por un microorganismo en un hbitat y condiciones
especficas.
Desde el descubrimiento de la penicilina en 1929 por A. Fleming1 y su posterior uso
clnico como antibitico a partir de 1946, comienza una nueva etapa en la lucha contra
enfermedades infecciosas.2 Sin embargo, cuando parece que la medicina estaba consiguiendo
grandes logros en la erradicacin de stas, surgen signos evidentes de la resistencia del mundo
bacteriano frente al ataque de los antibiticos hasta entonces eficaces.3 La aparicin de ciertas
cepas de bacterias con mutaciones y modificaciones genticas con respecto a las ya conocidas, y
no susceptibles a la accin de los frmacos existentes, supone una gran amenaza a la seguridad
y bienestar de la salud mundial. Algunas de ellas son Staphylococcus aureus, Enterococcus
faecalis, Mycobacterium tuberculosis o Pseudomonas aeruginosa, resistentes a antibiticos tipo
-lactmicos como las Penicilinas (1), azucarado como la Streptomicina4 (2), macrlidos como
la Eritromicina B (3) o los pertenecientes a la familia de las Tetraciclinas (4). Muchas de estas
bacterias dejaron de ser una amenaza a partir de los avances en el hallazgo y aislamiento de
nuevos agentes antibacterianos de origen natural de naturaleza polipeptdica como la
Vancomicina5 (5), o la Everninomicina6 (6), y con diferentes mecanismos de accin con
respecto a los antibiticos clsicos (figura 1). Sin embargo, al cabo de unos aos, el problema
-
Tesis Doctoral
2
vuelve a surgir ya que siguen reapareciendo nuevas cepas activas e inalterables incluso frente a
las armas teraputicas ms recientes. Algunas causas posibles que podran justificar esta
resistencia bacteriana son, por una parte, el uso excesivo de los antibiticos tanto en humanos
como en animales, y por otra, el incorrecto seguimiento que en ocasiones se realiza en el curso
de los tratamientos con antibiticos por parte de los pacientes.
Penicilina (1)
N
S
CO2H
HN
O
H
OPhO
O
O
O
OH
O
O
OH
Eritromicina B (3)
O OOHCONH2
OH
OH
HNMe2
HHO
Tetraciclina (4)
OH
O
OMe
OH
OHO
NMe2
HOO
HOMeHN O
O
MeHO
OHC
O
HO O HNNH
HO OHNH2
NH
NH
H2N
Streptomicina (2)
OO O
OOH
OH
O
OHO
HO NH2
NH
HN
ONH
O O HN
O
O
HNHO
O
HO
HO
NH
OHN
OH
Cl
Vancomicina (5)
O
O OCl
HO
ClOMe
O
O
MeOO2N
HOO
OO
OOH
OMeO
OOH
OOMe
OH OMe
OO
HO
OO
O O
OOH
OH
Everninomicina (6)
O
OO
O
NH2
O
Cl
OHOH
Figura 1.
Los mecanismos generales por los que los microorganismos patgenos desarrollan
resistencia7 a los antibiticos son muy diversos. A partir de estos procesos, las bacterias pueden:
a) Expulsar el frmaco a travs de un proceso de bombeo
-
INTRODUCCIN
3
b) Modificar o destruir al agente antibacteriano por accin enzimtica
c) Alterar el centro objetivo del antibitico
d) Provocar procesos de mutacin gentica o adquirir genes resistentes provenientes de
otras bacterias
e) Inducir la sobreproduccin del centro objetivo del antibitico
Los procesos de autodefensa (figura 2) se manifiestan en determinadas zonas de la
clula bacteriana, siendo la mayora de ellas, centros objetivos claves para los distintos
frmacos. Por una parte, es destacable que, gracias a la importancia que tiene la envoltura
celular para la vida de la bacteria, existe un buen grupo de antibiticos que actan a nivel de la
membrana bacteriana. Esto justifica que, dentro del descubrimiento de nuevos agentes
antibiticos, haya cobrado una gran prioridad el conocimiento de la biosntesis de la pared
celular de bacterias.8 No obstante, existen otras regiones de la clula, con elevada actividad
proteica, que tambin son objetivos importantes para la accin de numerosos frmacos. Por
ejemplo, es abundante la accin antibitica, ejercida especialmente por compuestos macrlidos
y aminoglicsidos, basada en la inhibicin biosinttica de protenas bacterianas por unin a
ribosomas.
Genes resistentes
Receptor
Frmaco
Enzimasmodificantes
Frmaco
Receptor modificado
Frmaco
A) Mecanismo de bombeo B) Modificacin enzimtica del frmaco C) Alteracin del centro objetivo
Frmaco modificado
Enzimasmodificantes
Figura 2.
Por otra parte, en procesos de generacin de energa metablica y reconocimiento
celular, es fundamental la intervencin de ciertos compuestos azucarados, por tanto, es lgico
pensar que exista una amplia familia de compuestos antibiticos que contengan en su estructura
fragmentos tipo carbohidrato. La mayora de estos compuestos antibacterianos son naturales o
semisintticos. Aunque aparentemente el estudio de agentes teraputicos basados en
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Tesis Doctoral
4
carbohidratos parece ser de una gran importancia, en la realidad, existen graves obstculos para
poder llevar a cabo una extensa investigacin sobre este tipo de compuestos. Por un lado, los
carbohidratos estn funcionalizados principalmente por grupos hidroxilos, lo cual, dificulta en
gran medida su sntesis y obtencin de compuestos puros. Adems las interacciones que
establecen con los diferentes centros objetivos son de relativa baja afinidad.
Tambin desde el punto de vista de la qumica mdica, los carbohidratos son
comnmente demasiado complejos para su desarrollo en la industria farmacutica y su
biodisponibilidad se ve desfavorecida debido a su elevado carcter hidroflico, el cual, impide
que estos productos sean fcilmente suministrables por va oral. Una forma de poder solucionar
estos problemas sera a travs de la sntesis de mimticos de carbohidratos con propiedades
favorables en cuanto a su diseo, sntesis, especificidad, afinidad y estabilidad, y que a su vez,
no presentaran las caractersticas indeseables propias de los compuestos carbohidratos para su
aplicacin como frmacos. Por lo tanto, como conclusin, cabe resaltar la gran importancia de
la bsqueda de nuevos agentes antibiticos9 que acten eficazmente sobre las bacterias, tarea
que debe estar encaminada hacia la renovacin incesante de los agentes antibacterianos
conocidos, con el fin de que sus mecanismos de accin representen una continua lnea defensiva
frente a las especies de bacterias y otros microorganismos que se resistan a ser combatidos.
1.1. IMPORTANCIA DE LA PARED CELULAR BACTERIANA EN LA
ACCIN BIOLGICA DE ANTIBITICOS
El citoplasma de la bacteria se separa del exterior a travs de la membrana citoplasmtica, cuya
estructura de bicapa lipdica acta como una barrera de permeabilidad de la membrana.
Histricamente, las bacterias han sido clasificadas como Gram-positiva o Gram-negativa,
dependiendo de la estructura de la envoltura celular. La mayora de las bacterias Gram-
positivas, como Staphylococcus aureus o Bacillus subtilis, estn rodeadas por una pared celular
integrada por peptidoglicanos, compuesta por cadenas de polipptidos y polisacridos unidos
covalentemente y que presenta una pequea resistencia a la difusin de molculas pequeas.
Esta capa proporciona gran parte de la resistencia y rigidez necesaria para soportar la alta
presin osmtica interna que existe dentro de la clula. La superficie externa de las bacterias
Gram-positivas est compuesta mayormente por cidos teicicos, polmeros fosfodister que a
menudo contienen lipopolisacridos (LPS) en sus posiciones terminales.
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INTRODUCCIN
5
Por otro lado, las bacterias Gram-negativas, como Escherichia coli o Pseudomonas
aeruginosa contienen una membrana adicional que recubre la capa de peptidoglicanos, cuya
cara externa est compuesta por lipopolisacridos (LPS), protenas y fosfolpidos, que confieren
a la membrana una baja permeabilidad, dificultando as la fluidez de molculas hidrofbicas a
travs de ella, y actuando como una eficaz barrera frente a la rpida penetracin de antibiticos
lipoflicos (figura 3). El espacio acuoso que separa a las dos membranas (interna y externa) se
denomina periplasma o espacio periplasmtico, el cual contiene a la capa de peptidoglicanos
adems de protenas, azcares y otros nutrientes. La diferencia estructural entre los dos tipos de
bacterias, explica el hecho de que existan diversos antibiticos efectivos ante bacterias Gram-
positivas, pero totalmente inactivos frente a bacterias Gram-negativas. Aquellos agentes
antibacterianos activos a los dos tipos de bacterias son denominados de amplio espectro.
Actualmente se pone un gran nfasis en el descubrimiento de nuevos frmacos que sean activos
frente a las especies Gram-positivas, ya que stas son las que ms resistencia estn ofreciendo a
la accin de los antibiticos que actualmente se emplean en medicina.
Bacteria
LPS
Gram-positiva
Gram-negativa
Membrana citoplasmtica Peptidoglicano
Membrana citoplasmtica Peptidoglicano
Perip
l as m
a
Membrana externa
Figura 3.
Los mecanismos de accin por los que muchos antibiticos9 exhiben sus propiedades
antibacterianas, se basan en la destruccin de la integridad de su pared celular, siendo
posiblemente, la inhibicin de la biosntesis de peptidoglicanos, uno de los ms efectivos. Otros
procesos que atentan contra la pared celular son la inhibicin de la biosntesis de
-
Tesis Doctoral
6
lipopolisacridos (LPS), exclusivamente observada en bacterias Gram-negativas, o la formacin
de poros en la membrana. La estructura de los peptidoglicanos9 presentes en la pared celular,
est compuesta por glicanos unidos mediante enlaces -1,4 en los que se van alternando
unidades azucaradas de N-acetilglucosamina (GlcNAc) (7) y cido N-acetilmurmico (MurNAc)
(8). La posicin 3 de ste, se conecta a una cadena peptdica lateral, generalmente de secuencia
L-Ala-D--Glu-X-D-Ala-D-Ala, donde X puede ser L-Lys (en bacterias Gram-positivas) o cido
meso-diaminopimlico (mDAP), en bacterias Gram-negativas, dando lugar a la estructura
representada como MurNAc-pentapptido10 (9) (figura 4). La cadena de peptidoglicano se va
ensamblando a travs de una unin entrecruzada, va amida, entre el -amino de una unidad de
L-Lys o de mDAP, y el carbonilo de la unidad de D-Ala situada en la posicin 4 de la cadena
paralela.
D-Glu
m-DAP L-Lys
D-Ala
L-Ala
OH
HH
NHH
OH
CH2OH
HO
C OCH3
O
HO
HH
H
CH2OH
H O
NHC OCH3
OHC CH3
CNH
O
HC CH3C ONHCHCO2HCH2CH2C ONH
HCC
(CH2)3 CHNH2
CO2HONH
HCCO2H
CH3
D-Glu
m-DAP L-Lys
D-AlaD-Ala
L-Ala
enlace amida
-1,4
Estructura primaria de peptidoglicanos
HOO
HOOHAcHN
HO
GlcNAc (7)
HOO
OOHAcHN
HO
MurNAc (8)
OO
HOO
OOHAcHN
HO
D-Glum-DAP L-LysD-AlaD-Ala
L-Ala
MurNAc-pentapptido (9)
O
Figura 4.
-
INTRODUCCIN
7
La biosntesis de peptidoglicanos7a (figura 5) comienza con la transferencia de un grupo
enolpiruvil desde una molcula de fosfoenolpiruvato (PEP) a la posicin 3-hidroxi de una
unidad de uridina-5-difosfo-N-acetilglucosamina (UDP-GlcNAc), auto construda a partir de
GlcNAc por accin de la enzima bifuncional GlmU, generando el cido UDP-N-acetilmurmico
(UDP-MurNAc). ste representa el fragmento bsico para la construccin del polisacrido que
constituye el armazn estructural del peptidoglicano. Este monosacrido activado se sintetiza en
el citoplasma mediante la accin enzimtica de la transferasa MurA y la reductasa MurB. El
siguiente paso de la sntesis de pptidoglicanos consiste en la formacin del MurNAc-
pentapptido por unin secuencial de cada aminocido a travs de la intervencin de la ligasa
correspondiente (MurC-MurE) y por ltimo la conexin del dipptido D-Ala-D-Ala, mediante la
accin de la enzima MurF. Todas estas reacciones se caracterizan por ser dependientes de ATP.
A continuacin, se da lugar la transferencia de una unidad de fosfo-MurNAc-
pentapptido o Lpido I, a travs de la membrana citoplasmtica gracias a la intervencin de la
molcula lipdica transportadora, C55 undecaprenil fosfato, situada en la superficie de la parte
interna de la membrana. El oxgeno del grupo fosfato de la molcula lipdica ataca a la unin de
tipo pirofosfato presente en la estructura de UDP, liberando una molcula de UMP y generando
un nuevo enlace pirofosfato entre el MurNAc-pentapptido y el resto lipdico. Este proceso est
regulado por la enzima MraY, tambin denominada translocasa I,8a la cual constituye el centro
objetivo de numerosos antibiticos que actan a nivel de pared celular. La importancia de la
funcin de esta enzima se debe a que es la responsable del primer paso del ciclo lipdico de
reacciones que ocurren en el interior de la membrana citoplasmtica (figura 5).
Posteriormente, la posicin 4 del intermedio Lpido I se conecta con una segunda
unidad de GlcNAc procedente de otra molcula de UDP-GlcNAc a travs de una reaccin
catalizada por la glicosil transferasa MurG o translocasa II, proporcionando el intermedio
Lpido II. En muchas bacterias Gram-positivas, tras la formacin de este disacrido, se
adicionan nuevos aminocidos, generalmente de tipo glicina, al grupo -amino del resto de
lisina. El pptido complejo Lpido II es transportado a travs de la membrana citoplasmtica
hacia la superficie de la clula, lugar donde los fragmentos de disacridos se van polimerizando
mediante reacciones de transglicosilacin, en las que el grupo -difosfo-undecaprenil es
desplazado por el hidroxilo de la posicin 4 de otra unidad de GlcNAc, dando lugar a una
inversin de la configuracin de dicho centro. Estas reacciones estn catalizadas por enzimas
-
Tesis Doctoral
8
transglicosilasas, que suelen ser miembros de la familia de protenas de tipo penicillin-
binding (PBPs).
UDP UDPMur A Mur B
CO2-OPO32-
Mur C - Mur FUDP
PMraY
PP
PPUDP
Transglicosilasa
PP
Transpeptidasa
D-cicloserina
AmfomicinaMureidomicinaTunicamicinaCapuramicinaFR-900493Caprazamicina
EnduracidinaLipopeptina
MoenomicinaRamoplanina
-lactamasVancomicina
Bacitracina
Ribosoma
AminoglicsidosMacrlidos= GlcNAc
= MurNAc
= MurNAc pentapptido
P = Undecaprenil fosfato
LiposidomicinaMuraimicina
UMP
UDP
Mur G
PLpido I
Lpido II1,4
Fosfomicina
PAR
ED C
ELU
L AR
MEM
BR
AN
AC
ITO
PLA
SMA
Figura 5.
El paso final de esta biosntesis consiste en la unin entrecruzada de dos cadenas
paralelas de polisacridos a travs de la accin de enzimas transpeptidasas, construyndose as,
la base estructural del peptidoglicano.9 Las reacciones de transpeptidacin ocurren entre los
grupos -amino de los restos de mDAP de una cadena azucarada, y los grupos carbonilos de los
residuos de D-Ala de la posicin 4 de la cadena vecina. Esta disposicin estructural confiere al
peptidoglicano, la solidez requerida para mantener la estabilidad de la clula y soportar la alta
presin osmtica. Tal y como se representa en la figura 5, cada uno de los frmacos que se
-
INTRODUCCIN
9
indican, es especficamente activo en una etapa concreta de la serie de reacciones que
constituyen el proceso biosnttico, lo cual viene condicionado por la funcin y el carcter de la
enzima que constituye el centro receptor de cada antibitico en cuestin. Debido a que la
biosntesis de peptidoglicanos es imprescindible para el mantenimiento de la pared celular y por
tanto, para la vida de la bacteria, es evidente que exista un gran nmero de antibiticos cuya
accin biolgica se manifieste dentro de este proceso biosinttico9 (figura 6).
OO
OH
OAcHN
HO
P O-
O
O-
OHN
PO
O-
CO2-
CO2-
O P ORO
O-
OHN
PO
O-
CO2-
CO2-R = OHR = UMP
Inhibidores de MurC (11a y 11b)
D-PheL-His-D-Asp-D-Asn
D-Ile-D-Orn-L-Lys-D-Ile
D-Glu
L-Leu
O
N
SNH2
Bacitracina (10)
PO32-
O
Fosfomicina (14)
HN O
NH2O
D-cicloserina (15)
NH-R-N
O
-OOC
Amfomicina (16)
4-Tiazolidinona 2,3,5-trisustituda (13)
NH
HN
ON
NHN
NH
OH
NH2
O
O
OO
O
NH
O
O
HO
HO
HOO
NH
OO
CO2H
Ph
10
H2NO
Lipopeptina A (12)
NS
OO
HN NHPh
HOOC
O
R = Asp-MeAsp-Asp-Gly-Asp-Gly-Dab-Val-Pro-Dab
Figura 6.
Los antibiticos ms comunes, como las Penicilinas y las Cefalosporinas, actan sobre
las enzimas transpeptidasas, sin embargo, la resistencia bacteriana por actuacin de ciertas -
-
Tesis Doctoral
10
lactamasas que catalizan la hidrlisis de los enlaces -lactmicos y por tanto inactivan la accin
del frmaco, ha provocado la necesidad de emplear antibiticos alternativos que acten en
etapas anteriores dentro del proceso biosnttico de peptidoglicanos.
As por ejemplo, la Fosfomicina11 (14), es un producto anlogo a la molcula de
fosfoenolpiruvato, y por tanto un inhibidor irreversible de la enzima UDP-GlcNAc enolpiruvil
transferasa (MurA). La estructura cristalina del complejo MurA/Fosfomicina revela que el
antibitico se une covalentemente a un resto de cistena (Cys-115) situada en el sitio activo. La
inhibicin de la enzima se produce debido a un ataque nucleoflico por parte del grupo tiol de la
cistena al epxido existente en la molcula de Fosfomicina. Por otra parte, la enzima
enolpiruvil-UDP-GlcNAc reductasa (MurB) ha sido estudiada ms recientemente,
encontrndose algunos compuestos que inhiben su accin, tales como las 4-Tiazolidinonas-
2,3,5-trisustitudas (13), que han sido diseadas como mimticos del substrato de la enzima en
cuestin.
Como se ha indicado anteriormente, las enzimas MurC-MurF son las responsables de la
formacin de los enlaces peptdicos secuenciales de los aminocidos que conforman la cadena
lateral pentapeptdica. Los agentes inhibidores que actan sobre estas enzimas, tales como los
compuestos 11a y 11b, mimetizan los intermedios de reaccin incorporando grupos que
contienen restos fosforados en lugar de enlaces peptdicos. Las enzimas D-Ala-D-Ala racemasas
y D-Ala-D-Ala ligasas tambin se ven afectadas por el antibitico D-Cicloserina (15), ya que
presenta una inhibicin competitiva al poseer una estructura anloga a la de D-Ala. Por otro
lado, la Bacitracina12 (10) es un pptido cclico que inhibe la regeneracin de la molcula
lipdica transportadora C55 undecaprenil fosfato por complejacin de la unidad de pirofosfato en
presencia de iones magnesio.
Como ya se tratar con ms detalle en la presente memoria, en cuanto a los antibiticos
que inhiben la accin de la enzima fosfo-MurNAc-pentaptido translocasa o translocasa I
(MraY), caben destacar diversos tipos de compuestos tipo nuclesido13, tales como
Tunicamicinas,14 Mureidomicinas,15 Liposidomicinas16 (LPDs) o Muraimicinas,17 cuyos
aspectos qumicos y biolgicos, constituyen el centro de inters de la presente Tesis Doctoral.
-
INTRODUCCIN
11
La Lipopeptina A18 (12), es uno de los productos naturales que inhiben a la enzima
GlcNAc transferasa (MurG). No se conocen muchos agentes inhibidores que actan sobre ella,
ya que el estudio tanto de la MurG como de su substrato, se ha visto dificultado por el hecho de
que se trata de una enzima que est presente en la clula en cantidades muy pequeas.
Recientemente han sido aislados algunos cristales puros, por lo que su estructura ha podido ser
finalmente elucidada.
Dentro de las enzimas que actan en la biosntesis de peptidoglicanos, la
transglicosilasa responsable de la polimerizacin de las unidades de disacrido, constituye
quizs uno de los centros objetivos ms interesantes para los agentes antibacterianos. Uno de los
motivos podra ser porque se localiza en la superficie celular, lo cual la hace ms accesible a la
accin de los frmacos de menor tamao molecular. Los productos naturales que inhiben las
reacciones de transglicosilacin pueden dividirse en dos categoras diferentes:
- Aquellos que inhiben directamente a las enzimas, como por ejemplo la Moenomicina.
- Aquellos que se unen al Lpido II en el sitio que representa el substrato en la
transglicosilacin, como por ejemplo Lantibiticos tipo B (que contienen unidades de
aminocidos no usuales como lantionina o metil-lantionina) como Mersacidina o
Actagardina, y antibiticos glicopeptdicos.
1.2. ANTIBITICOS TIPO NUCLESIDO
Desde la elucidacin de la estructura de doble hlice del ADN por Watson y Crick19 en 1953, la
qumica de nuclesidos y nucletidos ha cobrado una gran importancia en diversos campos de
investigacin. Dentro de la qumica de productos naturales, existe un gran grupo de metabolitos
secundarios de origen microbiano, que componen la familia de los antibiticos nuclesidos.13
Estos compuestos se basan en productos nuclesidos y nucletidos modificados
estructuralmente que presentan una amplia gama de propiedades biolgicas, actuando como
agentes antibacterianos, antifngicos, antivricos, antitumorales, inmunoestimuladores,
inmunosupresores, herbicidas e insecticidas, entre otros.
Esta diversificacin en la actividad biolgica, es debida a que los nuclesidos juegan
papeles fundamentales en la mayora de las rutas metablicas celulares, actuando como
-
Tesis Doctoral
12
metabolitos de transporte, dadores de energa, mensajeros secundarios o cofactores de ciertas
enzimas. Esto justifica que los centros objetivos de accin para los antibiticos nuclesidos se
siten no slo en la sntesis de cidos nucleicos, sino tambin en la de protenas, glicanos y
glicoprotenas. Las protenas quinasas, por ejemplo, enzimas claves en la proliferacin y
diferenciacin celular, tambin requieren la intervencin de los nucletidos como dadores de
grupos fosfato. Por tanto, esto justifica que los antibiticos nucletidos se consideren como los
principales responsables de la regulacin de la mayora de los aspectos relacionados con el
crecimiento y diferenciacin celular.
Centrndonos en aquellos con propiedades antibiticas, en general son clasificados
comnmente en funcin a su centro objetivo y mecanismo de accin, sin embargo, una forma
posible de catalogar a los antibiticos nuclesidos se basa en atender a su esqueleto
estructural.13b De esta manera, hasta 163 antibiticos nuclesidos han sido clasificados en base a
su estructura, divididos en cuatro grandes grupos, que a su vez se subdividen en distintas clases
de compuestos (figuras 7 y 8). Esta ordenacin es puramente convencional, ya que algunos
productos presentan aspectos estructurales que estn contenidos en ms de dos categoras dentro
de la clasificacin:
1. Anlogos de bases. Estos compuestos contienen bases heterocclicas modificadas.
Ej. 8-Azaguanina (17)
2. Nuclesidos simples:
2.1. Anlogos de Adenosina. Ej. Cordicepina (18)
2.2. Anlogos de Guanosina. Ej. Oxanosina (19)
2.3. Anlogos de Uridina. Ej. 2-azida-2-deoxiuridina (20)
2.4. Nuclesidos derivados de Pirrolopirimidina. Ej. Tubercidina (21)
2.5. Nuclesidos derivados de Tetrahidroimidazodiazepina. Ej. Coformicina (22)
2.6. C-Nuclesidos. Ej. Pirazomicina (23)
2.7. Nuclesidos Indlicos. Ej. Neosidomicina (24)
2.7. Otros. Compuestos que presentan un heterociclo diferente al de cualquier base
nitrogenada o que contienen anillos azucarados distintos al de ribofuranosa, y que
adems, no estn recogidos en ninguna otra categora. Ej. Neburalina (25)
-
INTRODUCCIN
13
8-Azaguanina (17)
N
N
N
NH2
Cordicepina (18)
O
N
N
O
NH2N
Oxanosina (19)
N
N
NH2
N
Tubercidina (21)
N
N
Coformicina (22)
NNH
OHH
HN
N OH
NH2
O
OH3COOC
OHOH
N
H2NOC
Pirazomicina (23) Neosidomicina (24)
NH
O
ON
2-azida-2-deoxiuridina (20)
O
OH
HO
N
NH
O
NH2
NN
NH
O
OH
HO
OH
O
N3
HO
OH
O
OH
HO
OH
O
OH
HO
OH
O
OH
HO
OH
N
N
N
N
O
OH
HO
OH
Neburalina (25)
Figura 7.
3. Acil y Glicosil Nuclesidos:
3.1. Sulfamoil Nuclesidos. Ej. Nucleocidina (26)
3.2. 3-Aminoacil-3-deoxiadenosinas. Ej. Lisilaminoadenosina (27)
3.3. 4-Aminoacil-4-deoxihexosa (piranosil) citosinas. Ej. Blasticidina (28)
3.4. Glicosil Nuclesidos. Ej. Capuramicina (29)
3.5. Peptidil Nuclesidos. Ej. Mureidomicina A (30)
3.6. Nuclesidos que contienen un azcar de cadena larga. Ej. cido octosil A (31)
3.7. Nuclesidos que contienen una cadena de cido graso. Ej. Tunicaminica V (32)
4. Nucletidos. Ej. Agrocina 84 (33)
-
Tesis Doctoral
14
ON
NH
OH
O
O
NHO
HN
NO
NH2
OH
O
NHO
NH
S
O2C
HO
N
N
N
NH2
N
Nucleocidina (26)
N
N
N
NH2
N
OHHN
Lisilaminoadenosina (27)
CCH(CH2)4NH2O
ON
N
NH2
HO2C
NH
O
Blasticidina (28)
Capuramicina (29)
NH
O
ONO
OHOH
HNH
O
NH
O
N
NH
O
O
HO2C
O
O
OH
HO
HO2C
cido octosil A (31)
ON
NH
OHOH
O
OHHOO
O
OH
HOHO O
HO
AcHNO
O
9 NH
Tunicamicina V (32-V)
Mureidomicina A (30-A)
O
OHOH
OSO
OH2N
OHO
O
OHOR
O
NH2
N
NN
N
HN
OO
P
OHPO
O
HNO
OHHO
OO
OH
OHHO
OH
Agrocina 84 (33)
NH2
COCH2CHH2NCH2
H2C N CCH3
NH2NH
O
R = CH3
O
O
Figura 8.
Dentro de esta amplia familia de antibiticos, existe un reducido grupo de compuestos,
mayormente de tipo peptidil nuclesido y de nuclesidos que contienen una cadena de cido
graso que presentan actividad antimicrobiana mediante inhibicin de la biosntesis de
peptidoglicanos, adems, slo unos pocos, presentan actividad biolgica especfica para la
inhibicin de la translocasa I.
-
INTRODUCCIN
15
1.2.1. Principales inhibidores de la enzima translocasa Fosfo-MurNAc-pentaptido
(Mra Y)
Como se ha indicado anteriormente, la enzima translocasa I MraY cataliza la reaccin en la
que interviene UDP-MurNAc-pentaptido con undecaprenil fosfato para generar el intermedio
Lpido I (undecaprenil-P-P-MurNAc-pentaptido), liberando una unidad de UMP. Este proceso
requiere la presencia de cationes Mg2+ que actan como cofactor (figura 9). En la actualidad,
existen tres familias representativas de antibiticos que actan sobre MraY y que han sido
ampliamente estudiadas. Estn constitudas por el conjunto de compuestos que forman las
Tunicamicinas14 (TM) (32), las Mureidomicinas15 (MRDs) (30) y las Liposidomicinas16 (LPMs)
(38).
ON
NH
OHOH
O
O
OO
AcHN OPOO
OPO
OO
HOOH
D-Glum-DAPD-AlaD-Ala
L-Ala
UDP-MurNAc-pentapptido
Translocasa I Mg2+
OPOO
ON
NH
OHOH
O
O
OPOO
O
Undecaprenil fosfato
UMP
9
Undecaprenil-P-P-MurNAc-pentapptido (intermedio Lpido I)
O
OO
AcHN POO
OPO
OO
HOOH
D-Glum-DAPD-AlaD-Ala
L-Ala
OO
9
O
Figura 9.
-
Tesis Doctoral
16
Las Tunicamicinas (32) (figura 10),14,9a fueron aisladas en 1971 por Takatsuki y
Tamura, del caldo de fermentacin de Streptomyces glysosuperificus nov. sp., encontrando
actividad antivrica, antitumoral y antibacteriana en estos compuestos. Estn clasificadas dentro
del conjunto de nuclesidos que contienen una cadena de cido graso, y se conocen hasta trece
estructuras que poseen un grupo uracilo, dos restos azucarados unidos por enlace O-glicosdico
(fragmento de tunicamina), y una cadena grasa que es distinta en cada una de ellas, de entre las
que se destaca la Tunicamicina V (32-V). La elucidacin estructural de estos productos se
desarroll a partir de los datos espectroscpicos de 1H-RMN y espectrometra de masas de sus
derivados de degradacin por tratamiento bsico.
ON
NH
OHOH
O
OHHOO
O
OH
HOHO O
HO
AcHNOR
O
NH
Tunicamicinas (32)
32-I: R = (CH2)7CH(CH3)2 32-II: R = (CH2)8CH(CH3)2 32-III: R = (CH2)10CH3 32-IV: R = C12H25
32-V: R = (CH2)9CH(CH3)232-VI: R = (CH2)11CH(CH3)232-VII: R = (CH2)10CH(CH3)232-VIII: R = (CH2)12CH3
Figura 10.
En general, actan contra bacterias Gram-positivas, especialmente frente a las de gnero
Bacillus (MIC = 0.1-20 g mL-1). A pesar de que se ha comprobado su actividad inhibidora
hacia la biosntesis de peptidoglicanos, su accin biolgica no es selectiva frente a la translocasa
I, siendo mucho ms potente y eficaz su efecto inhibidor en procesos biosntticos de
glicoprotenas de clulas de mamferos. Relacionados a las Tunicamicinas, existen otros grupos
de compuestos9 tales como las Streptovirudinas (34) o las Corinetoxinas (35), cuyas estructuras
difieren de las anteriores, en que presentan una cadena de cido graso ms corta, o que, como
ocurre en una serie de Streptovirudinas, contienen un resto dihidrouracilo en lugar de una
unidad de uracilo (figura 11). Otros compuestos como la Micospocidina,9b el antibitico 240109c
o el MM 19290,9d pertenecen tambin a la familia de las Tunicamicinas, pero an no han sido
estudiados en profundidad.
-
INTRODUCCIN
17
ON
NH
OHOH
O
OHHOO
O
OH
HOHO O
HO
AcHNOR
O
NH
Streptovirudinas (34)
= uracilo dihidrouracilo
ON
NH
OHOH
O
OHHOO
O
OH
HOHO O
HO
AcHNOR
O
NH
Corinetoxinas (35)
34-I: R (variable): CH2CH=CH(CH2)6CH(CH3)2 35-I: R (variable): (CH2)11CH(CH3)CH2CH3
Figura 11.
El segundo conjunto de antibiticos que poseen potente accin frente a la translocasa I,
lo componen las Mureidomicinas (30) (figura 12),15,9 aisladas del caldo de fermentacin de
Streptomyces flavidoviridens SANK60486 en 1989 por Isono e Inukai. Constituyen una familia
compuesta por seis productos naturales de carcter peptidil nuclesido que contienen una unidad
de 3-deoxiuridina, que est unida, va enlace enamida, a una cadena peptdica, que en el caso
de la Mureidomicina A (30-A), est compuesta por dos restos de meta-tirosina, uno de
metionina y un residuo de cido N-metil-2,3-diamino butrico.
ON
NH
OH
O
O
NHO
HN
N
RO
O
NHO
NH
S
HO2C
HO
Mureidomicinas (30)
= uracilo dihidrouraciloR = Variable
Figura 12.
El grupo funcional enamida es bastante inusual en la qumica de productos naturales, sin
embargo su reactividad ha sido ampliamente estudiada en la literatura, conociendo que, bajo
condiciones cidas, puede tautomerizar al correspondiente catin N-acil iminio, el cual es
susceptible al ataque nucleoflico por parte de un gran nmero de agentes nuclefilos. De hecho,
-
Tesis Doctoral
18
algunos autores han postulado un mecanismo de inhibicin basado precisamente en la
electrofilia del ion iminio para explicar la accin de la Mureidomicina A frente a la enzima
translocasa I (figura 13). Estos compuestos no presentan actividad frente a la biosntesis de
glicoprotenas de clulas de mamferos, lo cual puede estar relacionado con el hecho de que no
poseen fragmentos lipdicos en su esqueleto, sin embargo s hay que destacar su selectiva accin
inhibidora en la formacin del intermedio Lpido I, especialmente frente a cepas de
Pseudomonas (MIC = 0.1-3.13 g/mL) , presentando adems un bajo nivel de toxicidad.
ON
NH
OH
O
O
NHO
H
ON
NH
OH
O
O
NHO
H
EnzX
ON
NH
OH
O
O
NHO
H
EnzX
Figura 13.
Otros antibiticos peptidil nuclesidos relacionados con las Mureidomicinas, son las
Pacidamicinas20 (36) o las Napsamicinas21 (37) (figura 14), que disponen de otros restos de
aminocidos en la cadena peptdica. La divisin existente entre las tres clases de compuestos se
debe a que son aislados de cepas de Streptomyces distintas.
ON
NH
OH
O
O
NHO
HN
NO
NHR1
OH
O
NHO
R2HN
Pacidamicinas (36)
ON
NH
OH
O
O
NHO
HN
NO
NH
O
NHO
NH
S
HO2C
HO
RHO
Napsamicinas (37)
R = H CH3= uracilo dihidrouracilo
R1 = H, Ala Gly
R2 = Trp, Phe m-Tyr
Figura 14.
-
INTRODUCCIN
19
El tercer grupo de antibiticos representativos de la inhibicin frente a la translocasa I
es el de las Liposidomicinas16 (38), que conforman una familia de antibiticos includa dentro
de la categora de nuclesidos que contienen una cadena de cido graso (figura 15), y que
constituyen gran parte del objeto de estudio de la presente memoria. Son productos naturales
producidos por un hongo aislado de muestras de tierra recogidas en Misaka, Yamanashi-ken, en
Japn. Segn sus estudios taxnomicos se conoce que pertenece a Streptomyces
griseosporeus.22 Su nivel de toxicidad es muy baja, pudindose administrar en dosis de hasta
500 mg/Kg, cantidad perfectamente suministrable mediante inyeccin intravenosa. El inters
que merece el estudio de estos compuestos, radica en que presentan una actividad biolgica muy
especfica hacia la translocasa I.23,8a Estudios dirigidos hacia la identificacin del farmacforo
de las Liposidomicinas, apuntan que la unidad de ribosamina presente en su estructura mimetiza
al grupo pirofosfato del fragmento UDP-MurNAc-pentapptido.
R2 = H SO3H
R1 = Cadena lipdica variable
O
N N
O
HO2CO
Liposidomicinas (38)
O
HO OH
N
NH
O
OO
HO OR2
H2N
O
R1
Figura 15.
Adems de los inhibidores de la enzima MraY que se han descrito, se conocen otros
tipos de productos naturales menos estudiados o investigados ms recientemente, que poseen el
mismo centro receptor de accin, como la Amfomicina9 (16), la Capuramicina9 (29), FR-
90049324 (39a), las Caprazamicinas25 (40) y las Muraimicinas17 (41). La Anfomicina (16), no es
un antibitico nuclesido, sino un antibitico lipopeptdico que fue aislado de Streptomyces
canus en 1953 y cuya estructura se compone de un undecapptido cuyo residuo terminal de
cido asprtico est unido mediante enlace amida a un resto de cido graso (figura 6). Presenta
accin inhibidora frente a la translocasa I de especies Bacillus megaterium.
-
Tesis Doctoral
20
Por otro lado, la Capuramicina9 (29) es un glicosil nuclesido que posee un resto de
cido urnico insaturado y un sustituyente tipo caprolactama. Fue aislado de Streptomyces
griseus 446-S3 en 1985 y presenta actividad frente a S. pneumoniae y M. smegmatis ATCC 607
con valores de MIC de 12.5 y 3.13 g/mL, respectivamente. Recientemente se ha descubierto
una familia de nuevos anlogos de estos compuestos, denominada A-500359s (29a-e), que
presenta una importante actividad frente a la translocasa I (figura 16 y tabla 1).
O
R3O OH
N
NH
O
OOO
R2
OH
NH
O
NH
O
R1
CONH2
Capuramicinas (29)
Figura 16.
Capuramicina R1 R2 R3 IC50 (g/mL)
29a CH3 OH CH3 0.01
29b H OH CH3 0.01
29c CH3 OH H 0.07
29d CH3 H CH3 0.3
29e H OH H 0.08
Tabla 1.
El compuesto FR-90049324 (39a), fue aislado de Bacillus cereus No.2045 (FERMBP-
1791) y constituye un nuevo agente antimicrobiano frente a bacterias Gram-positivas, con
valores de MIC en torno a 3.0 g/mL. Como se comprobar ms adelante, este compuesto es
similar a ciertos anlogos sintticos de Liposidomicinas o de Muraimicinas. Se han sintetizado
hasta 170 estructuras anlogas de FR-900493, presentando muchas de ellas actividad antibitica
destacable frente a S. aureus 2550 y E. coli 29 con valores de MIC = 6.25 y 12.5 g/mL,
respectivamente (figura 17).
-
INTRODUCCIN
21
O
FR-900493 (39a): R1 = R2 = NH2
Anlogo n77 (39b): R1 =
R2 = NH2
O
HO OH
N
NH
O
OO
HO OH
R2
CO2HNR1
NHC(O)H2C
O(CH2)7CH3
Figura 17.
Las Caprazamicinas25 (40) (figura 18) son antibiticos de tipo cido graso,
estrechamente relacionados con las Liposidomicinas. Se aislaron en 2003 de cultivos de
Streptomyces sp. MK730-62F2 y su estructura contiene un monosacrido (3,4,5-trimetoxi-6-
metiltetrahidropiran-2-ol) unido al cido 3-metaglutrico a travs de un enlace tipo ster.
Adems poseen residuos de cido graso (R) con cadenas de diferentes longitudes.
Caprazamicinas (40)
R
A (40a)
B (40b)
C (40c)
D (40d)
O
HO OH
N
NH
O
ON
N
O
HO2C
O
O
R
O
O
O
O
O
H3COOCH3
OCH3 OO
HO
HONH2
G (40g)
E (40e)
F (40f)
R
Figura 18.
-
Tesis Doctoral
22
El compuesto ms abundante es la Caprazamicina B (40b) y presenta una potente
actividad frente a cepas de Mycobacterium tuberculosis H37Rv (MIC: 3.13 g/mL) y de
Mycobacterium Avium Complex (MAC) (MIC = 0.05-0.78 g/mL), con valores comparables a
los de la Liposidomicina C-III. Se ha demostrado adems su efecto teraputico en casos de
tuberculosis pulmonar en dosis de 1.5 mg/Kg por da mediante administracin nasal, gracias a
sus niveles de toxicidad poco significantes.
Por ltimo, las Muraimicinas17 (41) (figura 19) conforman una familia de antibiticos
nuclesido lipopeptdicos aislados en 2002 de Streptomyces sp. LL-AA896. Son inhibidores de
la biosntesis de peptidoglicanos efectivos frente a la translocasa I segn los estudios in vivo e in
vitro realizados. Estos compuestos presentan actividad antimicrobiana frente a bacterias Gram
positivas y actividad inhibidora ante cepas de E. coli, dando resultados comparables a los
ofrecidos por Liposidomicina C Mureidomicina A.
O
Muraimicinas (41)
O
HO OH
N
NH
O
OO
HO OR2
H2N
HN CO2H
HN
O
HNH
HN
HN
O
HO2CO
HN
NH
HNH
HR1
3
H
Figura 19.
En el caso de las Muraimicinas, se han aislado e identificado hasta la fecha, diecinueve
miembros mediante la combinacin de tcnicas de cromatografa de adsorcin, de intercambio
inico y HPLC. Estos productos se han caracterizado a partir de estudios espectroscpicos a
travs de experimentos mono y bidimensionales, incluyendo 1H, 13C, COSY, TOCSY, HMQC,
HMBC, y NOESY. Adems, aplicando la tcnica de FT-ICR/MS, se ha obtenido la
composicin elemental y los fragmentos ionizados mayoritarios para el caso de la Muraimicina
B1 (41f). Las estructuras de los productos aislados de las Muraimicinas difieren principalmente
en el amino azcar terminal (R2) y en la cadena lipdica contenida en uno de los restos de amino
cido (R1). Por ejemplo, cuando en lugar de leucina, lo que existe es un resto de hidroxileucina,
se forman distintos steres derivados dependiendo de la estructura de amino azcar presente.
-
INTRODUCCIN
23
1.3. QUMICA Y BIOLOGA DE LIPOSIDOMICINAS
1.3.1. Estructura y actividad biolgica
Fue en 1985 cuando se aislaron las Liposidomicinas, por Kimura e Isono, demostrando adems
que eran activas frente a la biosntesis de peptidoglicanos,23,8a y que adems, presentan un
mecanismo de inhibicin distinto al de las Tunicamicinas, ya que inhiben la biosntesis de la
molcula de undecaprenol pirofosfato N-acetilmuramil pentapptido. Comparando la actividad
inhibidora de ambos antibiticos,26 se ha llegado a comprobar que las Liposidomicinas son de
30 a 500 veces ms potentes que las Tunicamicinas en la inhibicin de la biosntesis de
peptidoglicanos, pero entre 30 y 300 veces menos eficaces que stas, en cuanto a la biosntesis
de glicoprotenas.27 Con respecto a los niveles de toxicidad, las Liposidomicinas no presentan
actividad citotxica frente a clulas BALB/3T3 incluso a concentraciones del orden de 25
g/mL, mientras que las Tunicamicinas son potencialmente citotxicas en valores en torno a
0.05 g/mL.
El ndice de inhibicin (IC50) de estos compuestos para la translocasa I de E. coli es de
0.03 g/mL.16a A pesar de la potente actividad in vitro que presentan, las Liposidomicinas
poseen baja actividad antimicrobiana frente a bacterias Gram-positivas y Gram-negativas,
debido a que la eficacia del transporte del agente antibitico a travs de la pared celular
bacteriana se ve desfavorecida por la presencia de grupos hidroflicos, tales como los restos
sulfnicos26 presentes en la posicin 2 del fragmento de 5-aminopentosa, que aparecen en las
Liposidomicinas de la serie I y II. Se ha demostrado que la especie ms sensible a la accin de
estos frmacos es Mycobacterium phlei IFO 3158 con un valor de MIC de 1.6 g/mL.16a
La familia de compuestos9,22 que constituyen las Liposidomicinas, se divide en cuatro
grupos, siendo conocidos en la actualidad, hasta un total de veintisis miembros, que se
caracterizan por contener el mismo sistema cclico 3,6,7-trisustitudo-1,4-dimetildiazepan-2-
ona, el cual est unido a un resto de uridina nuclesido a travs de un tomo de carbono. En esta
misma posicin, se localiza un grupo hidroxilo conectado, mediante un enlace glicosdico,28h a
un residuo de 5-amino-5-deoxi-- D-ribofuranosilo,28b, 28g que en algunos casos incorpora un
resto de grupo sulfnico en su posicin 2. La diferencias entre los distintos miembros de
Liposidomicinas, se basan en variaciones existentes en la cadena lipdica lateral,28f y en la
existencia o no del grupo sulfnico en la molcula (figura 20).
-
Tesis Doctoral
24
Figura 20.
N N
OO
HO2CO
O
R1
O
O
HO
O
Liposidomicinas (I y III)
R2 = SO3H R1
A-I (38a)
B-I (38b)
C-I (38c)
Z-I (38d)
H-I (38e)
G-I (38f)
L-I (38g)
M-I (38h)
K-I (38i)
N-I (38j)
R2 = H R1
A-III (38k)
B-III (38l)
C-III (38m)
Z-III (38n)
H-III (38)
G-III (38o)
L-III (38p)
M-III (38q)
K-III (38r)
N-III (38s)
X-III (38t)
Y-III (38u)
O
HO OH
N
NH
O
OO
HO OR2
H2N
O
N N
O
HO2CO
O
R1
Liposidomicinas (II y IV)
R2 = SO3H R1
A-II (38v)
C-II (38w)
R2 = H R1
A-IV (38x)
C-IV (38y)
O
HO OH
N
NH
O
OO
HO OR2
H2N
-
INTRODUCCIN
25
Resulta de gran valor la informacin obtenida al realizar estudios de relacin estructura-
actividad26 de estos compuestos. As por ejemplo, se observa que el orden de accin inhibidora
in vitro frente a Mra Y para los cuatro tipos de Liposidomicina A, es el siguiente: A-I (38a) >
A-III (38k) > A-IV (38x) > A-II (38v), por lo que se concluye que el resto de cido 3-metil
glutrico presenta un papel crtico en la inhibicin de esta enzima. Aunque segn los estudios in
vitro, todos los tipos de Liposidomicinas poseen una eficacia similar frente a la biosntesis de
peptidoglicanos, a partir de los estudios in vivo, se ha comprobado que los compuestos tipo III y
IV presentan mayor ndice de inhibicin que los tipos I y II, ya que no contienen en su
estructura el grupo sulfnico, lo que les aporta un mayor carcter lipoflico que les permite una
penetracin ms eficaz a travs de la membrana celular (figura 21 y tabla 2).
N N
OO
HO2CO
O
R
Liposidomicinas (I y II)
O
HO OH
N
NH
O
OO
HO OSO3H
H2N
O
N N
O
HO2CO
O
R
Liposidomicinas (III y IV)
O
HO OH
N
NH
O
OO
HO OH
H2N
Pared celular
Periplasma
Membrana Citoplasmtica
Citoplasma
Translocasa I
Figura 21.
Tipo
Resto
Sulfnico
Resto de cido
3-metil glutrico
Inhibicin frente a la
translocasa I
((%) a 0.1 g/mL)
Zona de inhibicin frente a
Mycobacterium phlei
(mm) a 2g/disc
I S S 77 0
II S No 54 0
III No S 71 14.3
IV No No 67 23.4
Tabla 2.
-
Tesis Doctoral
26
Adems, se sospecha que la presencia del resto de cido graso en la estructura resulta de
gran importancia para incrementar la actividad biolgica de las Liposidomicinas, posiblemente
por el hecho de que proporciona mayor permeabilidad para atravesar la membrana. De hecho, se
ha comprobado que la inhibicin frente a la translocasa I decrece 200 veces para el caso de la
estructura deacil Liposidomicina 42 (figura 22) en comparacin a sus congneros naturales.
N N
OO
HO2C
Deacil Liposidomicina (42)
O
HO OH
N
NH
O
OO
HO OH
H2N
Figura 22.
En cuanto a los ensayos in vivo, por ejemplo, se ha detectado una notable actividad
antimicrobiana por parte de la Liposidomicina C-III frente a cepas de Staphylococcus aureus y
Escherichia coli BE 1186, adems de un potente efecto frente a Mycobacterium phlei IFO 3158.
Por el contrario, se observ que las Tunicamicinas no presentan una potente accin frente a
ninguna de estas cepas bacterianas. En la tabla 3 se representa la actividad microbiana medida
mediante el dimetro de inhibicin, para el caso de la Liposidomicina C-III y Tunicamicina
frente a distintos microorganismos (20 g/disc).
Dimetro de inhibicin (mm)
Microorganismos Liposidomicina C-III Tunicamicina
Escherichia coli BE 1186 17.1 0
Staphylococcus aureus 11.7 0
Bacillus subtilis rec+ 13.5 20.6
Bacillus subtilis rec- 14.7 21.2
Mycobacterium phlei IFO 3158 34.3 10.6
Tabla 3.
-
INTRODUCCIN
27
A nivel estructural, las Liposidomicinas ms abundantes A, B y C, de tipo I y III, han
sido perfectamente elucidadas16, 22b mediante procesos de degradacin, espectrometra de masas
y estudios de RMN, no obstante, an no ha sido establecida de forma definitiva la configuracin
relativa y absoluta de los tres centros quirales del anillo de diazepanona (C-2, C-3 y C-6)
ni tampoco la del carbono C-5, que conecta este ciclo con el fragmento nuclesido (figura 23).
N N
OHO
R1R2
= Configuraciones absolutas an por determinar
5'6'
2'''3'''
Producto de hidrlisis (43): R1 = CO2H
O
HO OH
N
NH
O
O
R2 = OH
Figura 23.
Algunos de los inconvenientes encontrados para determinar dicha informacin, se deben
a la flexibilidad del anillo de siete miembros y a la naturaleza inusual, tanto de los tomos que
conforman el ciclo de diazepanona como la de sus sustituyentes. Esto provoca que ni las
constantes de acoplamiento vecinales JH-H ni los estudios bidimensionales tipo NOE, aporten
una real e inequvoca informacin acerca de la disposicin relativa de los centros quirales
vecinos incorporados dentro del anillo C-2 y C-3. Sin embargo, el factor ms determinante
ha sido el hecho de que an no haya sido posible aislar suficientes cantidades de cristales puros
de Liposidomicinas, para realizar un completo anlisis de rayos X.
Por tanto, puesto que el nivel de produccin de Liposidomicinas a partir de su fuente
natural es escaso, resultando muy laborioso el procedimiento experimental para aislar un
producto puro, la sntesis de compuestos modelos o del producto que se obtiene por procesos de
degradacin por hidrlisis del producto natural (43) (figura 23), se convierte en una herramienta
esencial para la asignacin estructural y estereoqumica de estas sustancias.
-
Tesis Doctoral
28
1.3.2. Aproximaciones sintticas
En los ltimos aos, el diseo de determinadas rutas sintticas enfocadas hacia la sntesis
estereoselectiva de fragmentos de Liposidomicinas,28 ha sido la consecuencia de, por una parte,
el inters por precisar la configuracin relativa o absoluta de los centros quirales pendientes por
asignar,28a y por otra, el reto de establecer una metodologa adecuada para la sntesis total de
estos productos naturales.
La mayora de las aproximaciones sintticas que se han descrito, se han centrado en la
construccin del esqueleto diazepanona-nuclesido29 presente en la estructura, que representa
la principal dificultad sinttica. Esta es la causa por la que, este fragmento de Liposidomicinas
haya sido, y actualmente sea, el objeto de estudio por parte de diversos grupos de
investigacin.30 Adicionalmente, los productos sintetizados para este fin, tambin han sido
empleados para la elucidacin de la estereoqumica de los centros no asignados,31, 28a por
comparacin de sus propiedades espectroscpicas con la de los productos de degradacin e
incluso con las del producto natural. Adems, estos compuestos tambin han sido utilizados en
estudios biolgicos,32 con la finalidad de poder designar qu grupos de la molcula juegan un
papel determinante en la accin biolgica del producto.
Dentro de los grupos de investigadores que han abordado la sntesis de distintas
estructuras relacionadas con las Liposidomicinas, destaca el de M. Ubukata y sus
colaboradores,30a quienes en 1992, sintetizaron un ribosil-diazepanona derivado 48 mediante el
acoplamiento del cido carboxlico 46 y de la amina 47, y posterior ciclacin del anillo va
formacin intramolecular de una base de Schiff (esquema 1). El fragmento 47 se prepar a partir
del cis-2-buten-1,4-diol a travs de 7 etapas, de entre las que destaca, la apertura regioselectiva
de un epoxialcohol quiral con azida sdica, proporcionando dos regioismeros separables por
cromatografa en columna. Por lo tanto esta secuencia sinttica permitira la sntesis de otros
estereoismeros del producto final.
Cabe destacar que la sntesis se dirigi hacia la preparacin del diastereoismero 5S,
2S (48) basndose en los estudios espectroscpicos que los mismos autores haban realizado
previamente16a, 16b sobre productos de degradacin de Liposidomicina B-I (38b), a partir de los
cuales, propusieron la configuracin (S) para los centros 5 y 2 de los derivados de
Liposidomicinas estudiados.
-
INTRODUCCIN
29
Reactivos y condiciones: (a) (F3CCH2O)2P(O)CH2COOCH3, 0.5 M KN(TMS)2, tolueno, 18-corona-6-ter, THF, 80%,(b) 1.0 M DIBAL-H, CH2Cl2, -20C, 81%, (c) L-(+)-DET, Ti(OIsp)4, 80% cumeno hidroperxido, 78%, (d) NaN3, NH4Cl,CH3OCH2CH2OH, H2O (8:1), reflujo, (e) TBDMSCl, imidazol, (f) NaH, BnBr, THF, 25C, 77%, 3 etapas, (g) TBAF, THF, 25C, 95%, (h) PDC, PTFA, DMF, 25C, (i) HOBt/DCC, DMF, 60%, (j) DDQ, CH2Cl2, H2O, 63%, (k) CrO3/Piridina,CH2Cl2, 68%, (l) H2, Pd/C, AcOEt, 36%.
O OCH3
O O
44
O OCH3
O O
45
N3 OH
OPMB
OTBDMSH2N
BnO
47
O OCH3
O O
N3 OBn
HO2C
46
O OCH3
O O
OBn
48
N
NH O
BnO
SS52
TBDMSO
HO(a)-(d) (e)-(h)
(i)(j)-(l)
O
Esquema 1.
Por otra parte, el grupo de investigacin dirigido por Kwan Soo Kim,29b, 28c dedic
extensos estudios hacia la preparacin de la primera estructura de diazepanona-nuclesido,
describiendo la sntesis del derivado 1,4-dimetil-1,4-diazepan-2-ona 52 y su enantimero,
mediante el empleo del cido L-ascrbico 49 como materia de partida. El producto cclico 50, de
estereoqumica definida y con los grupos alcoholes adecuadamente protegidos, se utiliz en la
generacin de un enolato, que se hizo reaccionar con el derivado aldehdico 5133 de la uridina a
travs de una condensacin aldlica. En el crudo de reaccin se detect una mezcla
diastereomrica de cuatro aductos distintos, los cuales se separaron por repetidas
cromatografas, aislando el producto mayoritario 52 en una proporcin 70:21:5:4, con respecto a
los otros tres diastereoismeros puros (esquema 2).
La estereoqumica de los centros 5 y 6 para el compuesto 52, fue determinada
mediante un amplio estudio de las constantes de acoplamiento de las seales de 1H-RMN (600
MHz) y de las interacciones NOE del producto 53, obtenido desde 52 en cuatro etapas
sintticas. A partir de la informacin extrada de los estudios espectroscpicos, se pudieron
establecer las configuraciones absolutas de los centros C-5 y C-6 como (S), tanto para el
-
Tesis Doctoral
30
producto 53 como para su precursor 52, concluyendo por tanto, que la configuracin relativa
entre ambos centros, es de tipo syn.
Reactivos y condiciones: (a) n-BuLi, THF, -78C, 30 min, (b) THF, -78C, 1 h 30 min, 61%, (c) 1 N HCl, THF, 50-60C, 90%, (d) NaIO4, EtOH, H2O, (e) NaBH4, MeOH, 90%, 2 etapas, (f) (CH2O)n, TsOH, CH2Cl2, 76%
N
NO
TBDPSO
50
BnOO O
HO OH
HO
HO
49
(a)
O
O O
OH
52
N
NO
TBDPSO
BnO
O
O O
N
N
O
PMBO
O
51
N
NPMB
O
O56
(b)
(c)-(f)N
NO
TBDPSOBnO
N
NPMB
O
O
OHOO
OH56
53
16 etapas
Esquema 2.
La configuracin (S) del carbono C-5 del producto mayoritario generado en la reaccin
aldlica entre 50 y 51, puede explicarse gracias al efecto quelante del litio procedente de la base
utilizada en la formacin del enolato, estando coordinado tanto al oxgeno del anillo de ribosa
como al del grupo carbonilo del aldehido. En la figura 24 se representa la conformacin
preferente del aldehido quelado por el catin litio, justificando de ese modo el ataque del
enolato derivado del compuesto 50 por la cara si del grupo carbonilo del aldehido 51.
ON
N
O
O
PMB
OO
H
O
H
Li+
51
N
NO
TBDPSOBnO
Figura 24.
-
INTRODUCCIN
31
Otra alternativa para la construccin de estructuras tipo 2-ribosil-1,4-diazepan-3-ona
(59a/59b), fue descrita por el grupo de Y. Le Merrer,29c, 28e, 28k de acuerdo con una estrategia
sinttica asimtrica y flexible, basada en la conexin del enantimero puro (2R,3R)-3-azido-4-
tert-butildifenilsililoxi-1,2-epoxibutano 58 y un -ribosil aminocido 57a/57b, obtenidos a
partir del cido L-ascrbico y de D-ribosa, respectivamente (esquema 3).
Reactivos y condiciones: (a) 54, LDA, -78C, 30 min a -78C, 10 min a 20C, 44, -78C, (b), KOH, EtOH, 80C,(c) CH2N2, CH2Cl2, 47%, 3 etapas (d) KOH, H2O, 100C, 72%, (e) Etil isociano acetato, Et3N, THF, 10C, (f) 1.Me3OBF4, CH2Cl2, 2. NaHCO3 (aq.), 76%, 2 etapas, (g) 2 N KOH, 80C, 4 h, 50%, (h) 57a 57b, t-BuONa, 100C, 48 h, (i) H2, Pd-C, MeOH, 65%, 2 etapas, (j) DCC, CH2Cl2, 0C, 34%, (k) TBAF, THF, 74%.
58
O OCH3
O O
O OCH3
O O
OH
59a
N
NH O
HOHON3
O
TBDPSO
O
Ruta A Ruta B
N CO2tBuCbz
O OCH3
O O
ON
O
BuO2Ct
44
55
O OCH3
O O
ON
EtO2C
56
O OCH3
O O
OHMeHN
HO2C
O OCH3
O O
OHMeHN
HO2C
SR
SS
RR
RR
O OCH3
O O
OH
59b
N
NH O
HOHO
S S RR2 5
65
+
57a 57b
Ruta A: 97 (57a) : 3 (57b)
Ruta B: 30 (57a) : 70 (57b)
(a)
(b)-(d)
(e)
(f)-(g)
(h)-(k)
54
Esquema 3.
-
Tesis Doctoral
32
Adems de considerar los estudios previos realizados en cuanto a la asignacin de la
estereoqumica de los centros quirales claves, uno de los factores que los autores tuvieron en
cuenta en el diseo de las secuencias sintticas, fue el de suponer que la ruta biosinttica de
Liposidomicinas incorpora la participacin de estructuras de aminocidos naturales, por lo que
la configuracin de los centros 5, 2, 5 y 6 se postularon como (S) en todos los casos.
Dependiendo de la ruta utilizada para sintetizar el intermedio aminocido 57a/57b, se
obtuvo uno de los dos diastereoismeros threo de 59. Ambas vas se caracterizan por involucrar
en su secuencia sinttica a compuestos heterocclicos diferentes. En el caso de la ruta A, el
aldehido 44 derivado de la D-ribosa, se hizo condensar con el anin procedente del compuesto
tert-butil N-benciloxisarcosinato 54 para dar mayoritariamente la cis-oxazolidinona 55 (J5, 6 =
7.8 Hz) de configuracin 5S, 6R y en proporcin 97:3 con respecto a la de configuracin 5R,
6S. Este producto pudo ser fcilmente isomerizado a la trans-oxazolidinona correspondiente,
termodinmicamente ms estable, mediante tratamiento bsico en caliente, proporcionando, tras
sucesivas etapas, el -ribosil aminocido 57a de configuracin 5S, 6S como diastereoismero
mayoritario.
En cuanto a la ruta B, el aldehido 44 se condens con etil isocianoacetato, para dar una
mezcla 30:70 de trans-oxazolinas, siendo el diastereoismero mayoritario 56 el de
configuracin relativa 5R, 6R (J5, 6 = 7.2 Hz). Tras metilar el grupo amino y someter el producto
resultante a un tratamiento bsico en caliente, se obtuvo una mezcla de aminocidos 57a/57b en
la misma proporcin (30:70).
Una vez obtenidos los productos aminocidos 57a/57b, la sntesis de las estructuras
ribosil-diazepanona 59a/59b concluy con la apertura regioespecfica del epxido 58 por parte
del grupo metil amino del compuesto aminocido, reduccin del grupo azida por hidrogenacin
en presencia de paladio, acoplamiento peptdico para dar lugar a la forma cclica de diazepanona
y, finalmente, tratamiento con fluoruro para desproteger el silil ter del hidroxilo primario
(esquema 3).
Dentro de las investigaciones llevadas a cabo para establecer la configuracin absoluta y
relativa de los centros quirales que quedan pendientes por asignar de los compuestos tipo
Liposidomicinas, destaca el trabajo desarrollado por el grupo de investigacin dirigido por S.
-
INTRODUCCIN
33
Knapp.28a, 29a, 30b Sus estudios han abordado la sntesis de determinadas estructuras claves, que
mediante un anlisis exhaustivo de sus propiedades espectroscpicas, han proporcionado una
informacin relevante para el proceso de comparacin de la estereoqumica de dichos
compuestos, con la de los productos de degradacin de Liposidomicinas. Basndose tambin en
la aproximacin sinttica de aminacin reductora para la ciclacin del anillo de diazepanona, en
el ao 2001, desarrollaron la sntesis y caracterizacin de tres diastereoismeros de los
derivados de diazepanona28a 64a-c (esquema 4).
Los datos aportados por espectroscopa de RMN, estudios de rayos X y clculos de
modelizacin molecular, demuestran la estrecha relacin configuracional y conformacional del
derivado 64a con el producto de degradacin de Liposidimicina (43), de tal forma que permite
proponer la estereoqumica del producto natural como C-2(S), C-3(S) y C-6(S) o la de su
enantimero C-2(R), C-3(R) y C-6(R).
N N
OHO
HO2COH
5'6'
2'''3'''
43
O
HO OH
N
NH
O
O
NCO2tBu
O
EtO
60a/60b (anti/syn 1:1)
BzOHO2C NHCO2-tBu
Pri-N
O
EtO
BzO
NHCO2-tBu
Pr
O
i-
62
64a: 2(S), 3(S)64b: 2(R), 3(R)64c: 2(R), 3(S)
N
NO
BzO
23
i-PrEtO2C
NH
NO
BzO
23
i-PrEtO2C
63a: 2(S), 3(S)63b/63c: 2(R), 3(R/S)
(h)
6
Reactivos y condiciones: (a) HCl, dioxano, CH2Cl2, 1 h, (b) NaHCO3 (aq.), (c) 61, NMO, 2-cloro-4,6-dimetoxi-1,3,5-triazina, CH2Cl2, 72%, 3 etapas, (d) O3, CH2Cl2, -78C, (e) Me2S, 23C, (f) HCl, dioxano, CH2Cl2, 0C, (g)Na(OAc)3BH, DIEA, CH2Cl2, 24% de 63a y 18% de 63b/63c, (h) i. 63a, CH2O, H2, Pd-C, MeOH, 72% de 64a, ii.63b/63c, CH2O, H2, Pd-C, MeOH, 70% de 64b y 15% de 64c.
(a)-(c)
61
(d)-(g)
Esquema 4.
A pesar de las diferencias en cuanto al disolvente empleado en la preparacin de las
muestras para su anlisis por RMN, y a los distintos sustituyentes que aparecen en el anillo de
diazepanona, son evidentes las similitudes e
