Download pdf - PRIRODOSLOVNO-MATEMATIČKI FAKULTET Marina Šekutor · prirodoslovno-matematiČki fakultet marina Šekutor adamantanski spojevi s gvanidinskom podjedinicom: sinteza, karakterizacija

PRIRODOSLOVNO-MATEMATIČKI FAKULTET

Marina Šekutor

ADAMANTANSKI SPOJEVI S GVANIDINSKOM

PODJEDINICOM: SINTEZA, KARAKTERIZACIJA I

PRIMJENA

DOKTORSKI RAD

Zagreb, 2013.

FACULTY OF SCIENCE

Marina Šekutor

ADAMANTANE COMPOUNDS WITH A GUANIDINE

SUBUNIT: SYNTHESIS, CHARACTERIZATION AND

APPLICATION

DOCTORAL THESIS

Zagreb, 2013

PRIRODOSLOVNO-MATEMATIČKI FAKULTET

Marina Šekutor

ADAMANTANSKI SPOJEVI S GVANIDINSKOM

PODJEDINICOM: SINTEZA, KARAKTERIZACIJA I

PRIMJENA

DOKTORSKI RAD

Mentor: Prof. dr. sc. Kata Majerski

Zagreb, 2013.

FACULTY OF SCIENCE

Marina Šekutor

ADAMANTANE COMPOUNDS WITH A GUANIDINE

SUBUNIT: SYNTHESIS, CHARACTERIZATION AND

APPLICATION

DOCTORAL THESIS

Supervisor: Prof. Dr. Kata Majerski

Zagreb, 2013

Zahvale

Iskreno zahvaljujem svojoj mentorici prof. dr. sc. Kati Majerski na iskazanoj potpori

tijekom izrade ove doktorske disertacije te na korisnim savjetima i sugestijama koji će mi i u

budućnosti biti od koristi.

Hvala svim članovima LSOK-a na podršci i stvaranju ugodne radne atmosfere, hvala

Tanji na stalnoj pomoći oko otvaranja raznoraznih boca i ventila (znam da sam naporna s

time, ali kad ne mogu otvoriti!). Naročito bih se željela zahvaliti dr. sc. Jeleni Veljković na

prenesenom znanju i iskustvu čime mi je znatno pomogla u mom razvoju u samostalnog

sintetskog kemičara. Hvala Vam, Jelice!

Također bih se zahvalila svim članovima Centra za NMR na strpljivom snimanju

velikog broja spektara, bez Vaše susretljivosti ne bi mi bilo lako.

Hvala i Lidiji Brkljačić, dipl. ing. na snimanju ESI-MS spektara, znam da nije bilo

lako svaki čas snimati „još samo ovaj uzorak“.

Naročito bih se zahvalila dr. sc. Zoranu Glasovcu na iznimnoj pomoći i savjetima

prilikom analize dobivenih masenih spektara, ali i na neformalnom uvodu u osnove računalne

kemije, Vaši savjeti za to, do tada meni slabo poznato polje kemije, bili su mi uistinu

dragocijeni (bez brige, dosađivat ću Vam još oko toga i ubuduće).

Hvala i izv. prof. dr. sc. Ines Primožič, prof. dr. sc. Srđanki Tomić-Pisarović, dr. sc.

Ruži Frkanec i Adeli Štimac, dipl. ing. na provedenim enzimskim ispitivanjima i uspješnoj

suradnji. Profesorici Tomić sam iznimno zahvalna na toplim preporukama nakon završetka

mog dodiplomskog studija koje su doprinijele da dođem u ovako izniman sintetski laboratorij

te da dalje znanstveno napredujem.

Za kraj sam ostavila najvažniju zahvalu, a to je mojim roditeljima bez čije potpore i

ljubavi u cijelom svom životu ne bih mogla postići sve ono što sam oduvijek željela. Hvala

vam, volim vas najviše!

Marina

§ Sadržaj ix

Marina Šekutor Doktorska disertacija

Sadržaj

SAŽETAK ............................................................................................................................... XI

ABSTRACT ......................................................................................................................... XIII

§ 1. UVOD ............................................................................................................................... 1

§ 2. LITERATURNI PREGLED .......................................................................................... 3

2.1. Biološka aktivnost adamantana .................................................................................................. 3

2.1.1. Svojstva adamantana važna za biološku aktivnost ......................................................................... 3

2.1.2. Adamantanska podjedinica u bioaktivnim spojevima .................................................................... 4

2.2. Biološka aktivnost gvanidina .................................................................................................... 13

2.2.1. Svojstva gvanidina važna za biološku aktivnost ........................................................................... 13

2.2.2. Gvanidinska podjedinica u bioaktivnim spojevima ...................................................................... 15

2.3. Gvanidini kao anionski receptori ............................................................................................. 20

2.4. Spektrometrija masa gvanidina ................................................................................................ 26

2.5. Policiklički gvanidinski spojevi ................................................................................................. 29

§ 3. EKSPERIMENTALNI DIO ........................................................................................ 43

3.1. Priprava gvanilhidrazona 1-6 ................................................................................................... 43

3.1.1. Priprava 2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorida (1) .......................................................... 43

3.1.2. Priprava 2,4-bis(gvanidino)diiminoadamantan-dihidroklorida (2) ............................................ 44

3.1.3. Priprava 2,6-bis(gvanidino)diiminoadamantan-dihidroklorida (3) ............................................ 45

3.1.4. Priprava 4-hidroksi-2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorida (4) ........................................ 45

3.1.5. Priprava 5-hidroksi-2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorida (5) ........................................ 46

3.1.6. Priprava 8,11-bis(gvanidino)diiminopentaciklo[5.4.0.02,6.03,10.05,9]undekana (6) ...................... 47

3.2. Priprava aminogvanidina 7-12.................................................................................................. 47

3.2.1. Priprava 1-(3-aminogvanidino)adamantan-hidrojodida (7) ....................................................... 48

3.2.2. Priprava 2-(3-aminogvanidino)adamantan-hidrojodida (8) ....................................................... 48

3.2.3. Priprava 2,6-bis-(3-aminogvanidino)adamantan-dihidrojodida (9) ........................................... 49

3.2.4. Priprava 1,3-bis-(3-aminogvanidino)adamantan-dihidrojodida (10) ......................................... 49

3.2.5. Priprava E-2-(3-aminogvanidino)-5-hidroksiadamantan-hidrojodida (11) ................................ 50

3.2.6. Priprava Z-2-(3-aminogvanidino)-5-hidroksiadamantan-hidrojodida (12) ................................ 50

3.3. Priprava prekursora .................................................................................................................. 51

3.3.1. Priprava S-metilizotiosemikarbazid-hidrojodida (20) ................................................................. 51

3.3.2. Priprava 4-oksahomoadamantan-5-ona (28) .............................................................................. 51

3.3.3. Priprava 4-hidroksiadamantan-2-ona (17) .................................................................................. 52

x § Sadržaj

Doktorska disertacija Marina Šekutor

3.3.4. Priprava adamantan-2,4-diona (15) ............................................................................................ 53

3.3.5. Priprava 1-hidroksiadamantan-4-ona (18) .................................................................................. 53

3.3.6. Priprava adamantan-2,6-diona (16) ............................................................................................ 54

3.3.7. Priprava pentaciklo[5.4.0.02,6.03,10.05,9]undekan-8,11-diona (19) ............................................... 55

3.3.8. Priprava oksima adamantan-2-ona (36) ...................................................................................... 55

3.3.9. Priprava 2-aminoadamantana (22) ............................................................................................. 56

3.3.10. Priprava oksima adamantan-2,6-diona (37) .............................................................................. 56

3.3.11. Priprava 2,6-diaminoadamantana (23) ..................................................................................... 57

3.3.12. Priprava 1,3-diacetamidoadamantana (39) ............................................................................... 58

3.3.13. Priprava 1,3-diazidoadamantana (40) ....................................................................................... 58

3.3.14. Priprava 1,3-diaminoadamantana (24) ..................................................................................... 59

3.3.15. Priprava N-(4-hidroksiadamantil)-1-feniletanamina (43 i 44) .................................................. 60

3.3.16. Priprava 2-amino-5-hidroksiadamantana (25 i 26) ................................................................... 61

3.4. Teorijski izračun geometrija spojeva 1-12 u plinskoj fazi ...................................................... 62

3.5. Fragmentacije protoniranih gvanilhidrazona u plinskoj fazi ................................................ 63

3.6. Vezivanje aniona s adamantanskim aminogvanidinima ........................................................ 64

§ 4. REZULTATI I RASPRAVA ....................................................................................... 67

4.1. Uvod ............................................................................................................................................ 67

4.2. Priprava spojeva ........................................................................................................................ 68

4.3. Usporedba svojstava pripravljenih gvanilhidrazona i aminogvanidina ............................... 76

4.4. Studij fragmentacije protoniranih gvanilhidrazona u plinskoj fazi ...................................... 85

4.5. Adamantanski derivati aminogvanidina kao enzimski inhibitori ......................................... 98

4.6. Studij vezivanja aniona s adamantanskim aminogvanidinima ............................................ 103

§ 5. ZAKLJUČAK ............................................................................................................. 121

§ 6. POPIS OZNAKA, KRATICA I SIMBOLA ............................................................. 123

§ 7. LITERATURNI IZVORI ........................................................................................... 125

§ 8. DODATAK ................................................................................................................... XV

§ 9. ŽIVOTOPIS ........................................................................................................... XLVII

§ Sažetak xi


Sveučilište u Zagrebu

Prirodoslovno-matematički fakultet

Kemijski odsjek

Doktorska disertacija

SAŽETAK

ADAMANTANSKI SPOJEVI S GVANIDINSKOM PODJEDINICOM: SINTEZA, KARAKTERIZACIJA I PRIMJENA

Marina Šekutor

Institut Ruđer Bošković, Bijenička 54, 10000 Zagreb, Hrvatska

U ovoj disertaciji opisana je priprava novih adamantanskih aminogvanidina. Prva serija derivata obuhvaća gvanilhidrazone 1-5: 2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorid (1), 2,4-bis(gvanidino)diiminoadamantan-dihidroklorid (2), 2,6-bis(gvanidino)diiminoadamantan-dihidroklorid (3), 4-hidroksi-2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorid (4), 5-hidroksi-2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorid (5) i 8,11-bis(gvanidino)diiminopentaciklo-[5.4.0.02,6.03,10.05,9]undekan (6). Drugu seriju čine aminogvanidini 7-12: 1-(3-aminogvanidino)adamantan-hidrojodid (7), 2-(3-aminogvanidino)adamantan-hidrojodid (8), 2,6-bis-(3-aminogvanidino)adamantan-dihidrojodid (9), 1,3-bis-(3-aminogvanidino)-adamantan-dihidrojodid (10), E-2-(3-aminogvanidino)-5-hidroksiadamantan-hidrojodid (11) i Z-2-(3-aminogvanidino)-5-hidroksiadamantan-hidrojodid (12). Izračunate su geometrije navedenih spojeva zbog analize rezultata fragmentacije protoniranih gvanilhidrazona dobivenih upotrebom masene spektrometrije te je utvrđeno postojanje utjecaja susjedne skupine na fragmentaciju spojeva 2 i 6. Spojevi 1 i 2 najbolji su inhibitori butirilkolinesteraze iz ove serije, a ugradnjom spojeva 7-12 u liposome dobiveni supramolekulski sustavi postaju inhibitori acetilkolinesteraze. Provedeno je i ispitivanje aminogvanidina kao mogućih anionskih receptora, a NMR titracijama potvrđeno je da receptor 8 selektivno kompleksira oksoanione.

(138 stranica, 100 slika, 11 tablica, 171 literaturni navod, jezik izvornika: hrvatski)

Rad je pohranjen u Središnjoj kemijskoj knjižnici, Horvatovac 102A, Zagreb i Nacionalnoj i sveučilišnoj knjižnici, Hrvatske bratske zajednice 4, Zagreb. Ključne riječi: adamantan/ aminogvanidin/ anionski receptor/ DFT/ enzimska inhibicija/ MS Mentor: Prof. dr. sc. Kata Majerski Ocjenitelji: Prof. dr. sc. Srđanka Tomić-Pisarović, red. prof.

Prof. dr. sc. Kata Majerski, zn. savj. Dr. sc. Davor Margetić, zn. savj.

Rad prihvaćen: 04. 12. 2013.

§ Abstract xiii

University of Zagreb

Faculty of Science

Department of Chemistry

Doctoral Thesis

ABSTRACT

ADAMANTANE COMPOUNDS WITH A GUANIDINE SUBUNIT: SYNTHESIS, CHARACTERIZATION AND APPLICATION

Marina Šekutor

Ruđer Bošković Institute, Bijenička 54, 10000 Zagreb, Croatia In this thesis the preparation of novel adamantane aminoguanidines is described. The first series encompasses guanylhydrazones 1-5: 2-(guanidino)iminoadamantane hydrochloride (1), 2,4-bis(guanidino)diiminoadamantane dihydrochloride (2), 2,6-bis(guanidino)diimino-adamantane dihydrochloride (3), 4-hydroxy-2-(guanidino)iminoadamantane hydrochloride (4), 5-hydroxy-2-(guanidino)iminoadamantane hydrochloride (5) and 8,11-bis(guanidino)-diiminopentacyclo[5.4.0.02,6.03,10.05,9]undecane (6). The second series consists of aminoguanidines 7-12: 1-(3-aminoguanidino)adamantane hydroiodide (7), 2-(3-aminoguanidino)adamantane hydroiodide (8), 2,6-bis-(3-aminoguanidino)adamantane dihydroiodide (9), 1,3-bis-(3-aminoguanidino)adamantane dihydroiodide (10), E-2-(3-aminoguanidino)-5-hydroxyadamantane hydroiodide (11) and Z-2-(3-aminoguanidino)-5-hydroxyadamantane hydroiodide (12). Their geometries were calculated to be used in the analysis of protonated guanylhydrazone fragmentation results obtained by mass spectrometry and the neighboring effect on fragmentation of 2 and 6 was found. Compounds 1 and 2 were the best butyrylcholinesterase inhibitors in this series and by incorporation of compounds 7-12 into liposomes the resulting supramolecular systems became acetylcholinesterase inhibitors. Aminoguanidines were also studied as possible anion receptors and NMR titration confirmed selective binding of oxoanions by receptor 8.

(138 pages, 100 figures, 11 tables, 171 references, original in Croatian) Thesis deposited in Central Chemical Library, Horvatovac 102A, Zagreb, Croatia and National and University Library, Hrvatske bratske zajednice 4, Zagreb, Croatia. Keywords: adamantane/ aminoguanidine/ anion receptor/ DFT/ enzyme inhibition/ MS Supervisor: Prof. Dr. Kata Majerski Reviewers: Prof. Dr. Srđanka Tomić-Pisarović, Professor

Prof. Dr. Kata Majerski, Senior Scientist Dr. Davor Margetić, Senior Scientist

Thesis accepted: December 4, 2013

§ 1. Uvod 1


§ 1. UVOD

Adamantan je kavezasta molekula idealna za istraživanje kemijske reaktivnosti i

međudjelovanja supstituenata vezanih na njega.1 Zahvaljujući posebnim svojstvima koja

posjeduje (lipofilnost, krutost strukture i mala napetost u molekuli), adamantanski fragment je

često prisutan u strukturama različitih farmakofora.2 Tako su primjerice neki adamantanski

derivati poznati po svojim antivirusnim djelovanjima,3 a u mnogim se slučajevima

adamantanska podjedinica uvodi u spojeve za koje je već dokazana određena biološka

aktivnost.4 Različitim se strukturnim modifikacijama poboljšavaju farmakoforna svojstva

adamantana te se, kako je vidljivo iz brojnih literaturnih primjera, time povećava

djelotvornost bioaktivne podjedinice.5

Gvanidini su pak poznati kao važni građevni elementi u stanicama živih organizama

pa je tako gvanidinska podjedinica dio aminokiseline arginina te purinske baze gvanina.

Spojevi s gvanidinskim strukturama česti su kandidati za potencijalne lijekove zbog

mogućnosti interakcije s mnogim biološkim supstratima, a posjeduju zanimljiva biokemijska

svojstva pošto su to organski spojevi s dobrom topljivošću u vodenom mediju.6 Također je

poznato da neki spojevi s gvanidinskom strukturom posjeduju antimikrobna, antivirusna te

antitumorska djelovanja.7 Jedan od razloga za ovako široku rasprostranjenost gvanidinskih

derivata u biološkim sustavima je visoki protonski afinitet gvanidina (jaka sklonost

protoniranju kao posljedica tzv. Y-konjugacije8) te mogućnost stvaranja stabilnih vodikovih

veza.9 Navedene osobine čine gvanidinske derivate vrlo važnima u procesima molekulskog

prepoznavanja u biološkim sustavima, ali i u supramolekulskoj kemiji kod razvoja novih

receptora za anione.

Cilj ove disertacije je sinteza novih adamantanskih derivata aminogvanidina te

ispitivanje njihovih svojstava i potencijalne primjene. U literaturi je poznat široki spektar

farmakofora koji svoju aktivnost zahvaljuju upravo adamantanskoj lipofilnosti koja

omogućava lakši prolazak molekula kroz stanične membrane gdje je onda moguće djelovanje

bioaktivnih podjedinica. Stoga je osnovni cilj pripraviti nove spojeve koji bi uključivali

kombinaciju adamantanskog i gvanidinskog fragmenta te ispitati sinergiju svojstava

adamantana i gvanidina kada se nalaze u istoj molekuli putem studije njihovog biološkog

djelovanja. Studija fragmentacije njihovih iona u plinskoj fazi i teorijski izračuni njihovih

2 § 1. Uvod


geometrija dodatno će pridonijeti razumijevanju intramolekulskih interakcija u ovakvim

molekulama. Očekivane primjene ovih spojeva su u području enzimske inhibicije (u prvome

redu enzima iz skupine kolinesteraza) te u području anionskih receptora.

Priprava, izolacija i identifikacija spojeva obuhvaćenih ovom disertacijom provedena

je uobičajenim postupcima u sintetskoj organskoj kemiji. Istraživanja fragmentacije iona u

plinskoj fazi provedena su upotrebom masene spektrometrije, a za ispitivanja kompleksiranja

aniona korištene su UV/Vis i NMR spektroskopija. Enzimska ispitivanja provedena su na

enzimima butirilkolinesterazi te acetilkolinesterazi. Za potrebe ove disertacije nužno je bilo

razraditi metode priprave novih adamantanskih spojeva s gvanidinskom podjedinicom, a na

temelju rezultata gore navedenih istraživanja dobiven je uvid u svojstva i djelovanja ovakih

derivata što predstavlja važan znanstveni doprinos kemiji policikličkih spojeva.

§ 2. Literaturni pregled 3


§ 2. LITERATURNI PREGLED

2.1. Biološka aktivnost adamantana 2.1.1. Svojstva adamantana važna za biološku aktivnost

Adamantan, triciklički zasićeni ugljikovodik kemijske formule C10H16 i izuzetnih fizikalno-

kemijskih svojstava, prisutan je u strukturama mnogih biološki aktivnih molekula. U prvom

redu djeluje kao pogodan lipofilni fragment koji dodatno pospješuje farmakološka djelovanja

cijelog niza različitih supstituenata koji su na njega vezani.10 Uz karakterističnu lipofilnost,

ostala kemijska svojstva uključuju krutost strukture (posljedica konformacijske zakočenosti

cikloheksanskih prstenova koji ga tvore), malu napetost u molekuli (svi ugljikovi atomi imaju

povoljan tetraedarski raspored) i visoku termičku stabilnost (posjeduju viša tališta u usporedbi

s drugim ugljikovodicima istog broja ugljikovih atoma).1

Kristalna struktura adamantana nalikuje kristalnoj rešetci dijamanta, a sama molekula

posjeduje Td simetriju što čini adamantan vrlo kompaktnim kavezastim spojem.11 Prednost

adamantanskog skeleta je i mogućnost selektivne funkcionalizacije donorskim ili

akceptorskim skupinama što je naročito važno iz sintetske perspektive.12

adamantan diamantan triamantan tetramantan

Slika 1. Struktura kristalne rešetke dijamanta s naznačenim diamantoidnim homolozima.13

4 § 2. Literaturni pregled


Adamantan je našao svoju primjenu u mnogim područjima znanosti i tehnologije, npr. kod

sinteze polimera, u nanotehnologiji i kemiji materijala, kod sinteze ionskih receptora, u

supramolekulskoj kemiji, itd.,14 no u okviru ove disertacije naglasak će biti stavljen na

upotrebu adamantanske podjedinice u bioaktivnim spojevima.

2.1.2. Adamantanska podjedinica u bioaktivnim spojevima

Adamantanska struktura danas se često uvodi u spojeve za koje je već dokazana određena

biološka aktivnost te je to jedan od načina poboljšavanja farmakofornih svojstava bioaktivnih

spojeva.2,4,15,16 Uzrok tome je povećanje lipofilnosti molekula zbog prisutnosti adamantanske

podjedinice čime se poboljšava stabilnost i distribucija spojeva u krvnoj plazmi te je

omogućen lakši prolazak kroz staničnu membranu.17

Slika 2. Adamantanski derivati koji su trenutno u kliničkoj upotrebi.16

Prva upotreba adamantanskih spojeva kao lijekova počela je 1960-ih otkrićem antivirusne

aktivnosti 1-aminoadamantana (1) koji se pokazao uspješnim protiv virusa gripe tipa A,18 a

koji je poznat pod nazivom amantadin i Symmetrel®. Daljnim istraživanjima utvrđeno je da

posjeduje aktivnost i kod virusa hepatitisa C19 te kod Parkinsonove bolesti20. Virus gripe ulazi

u stanice endocitozom, a nizak pH u endosomu potiče fuziju membrane virusa s endosomom

nakon čega dotok protona kroz transmembranski M2 protein uzrokuje ulazak virusne RNA u

citoplazmu stanice.21 Amantadin blokira ionske kanale u transmembranskom M2 proteinu,22

nema migracije H+ iona te se time sprečava ulazak virusne RNA u citoplazmu i daljnja

replikacija virusa je onemogućena.23 Drugi adamantanski amin, 1-(1-aminometil)adamantan

(3), poznat pod imenom rimantadin, također posjeduje antivirusnu aktivnost te ima manje

nuspojava od amantadina, a 1-amino-3,5-dimetiladamantan (2), poznat pod imenom

§ 2. Literaturni pregled

Marina Šekutor

memantin, našao je svoju primjenu i kod lije

bolesti18b,25, a njegovo djelovanje kod neurodegenerativnih oboljenja temelji se na

onemogućavanju pretjeranog dotok

a)

Slika 3. a) Inhibicija virusa gripe adamantanskim aminimaproteina virusa gripe rimantadinom.

Međutim, u novije su se vrijeme pojavili sojevi virusa gripe rezistentni na adamantanske

amine pa se istražuju novi adamantanski derivati s potencijalnom antivirusnom aktivnoš

Primjeri takvih antivirusnih adamantanskih derivata uklju

opisanih amina, no koji posjeduju dodatne strukturne fragmente poput dodatnog prstena,

heteroatoma, spiro-spojeve, itd.

svoju primjenu i kod liječenja Parkinsonove18b,24

, a njegovo djelovanje kod neurodegenerativnih oboljenja temelji se na

avanju pretjeranog dotoka Ca2+ iona u neurone uslijed blokade ionskih kanala.

b)

a) Inhibicija virusa gripe adamantanskim aminima21; b) Blokada transmembranskog ina virusa gripe rimantadinom.22

novije su se vrijeme pojavili sojevi virusa gripe rezistentni na adamantanske

amine pa se istražuju novi adamantanski derivati s potencijalnom antivirusnom aktivnoš

Primjeri takvih antivirusnih adamantanskih derivata uključuju spojeve koji su analozi p


, itd.3,26

5

Doktorska disertacija

24 i Alzheimerove

, a njegovo djelovanje kod neurodegenerativnih oboljenja temelji se na

slijed blokade ionskih kanala.4

b) Blokada transmembranskog

novije su se vrijeme pojavili sojevi virusa gripe rezistentni na adamantanske

amine pa se istražuju novi adamantanski derivati s potencijalnom antivirusnom aktivnošću.

uju spojeve koji su analozi prije




N

R

8a R = H8b R = CH38c R = CH2CH38d R = CH2-ciklopropil8e R = CONHC6H4Cl-p

9a R = NH29b R = NHCH39c R = N(CH3)29d R = CH2NH29e R = CH2NHCH39f R = CH2N(CH3)2

R

12a X = CH212b X = O

NH

X

NH

NH

NH2NH2

NH

13 14 15 16 17

NH

HN

HN

18 19 20

NH

21

23 HN

NH NH

24 25 HN26 HN

NH

27

10a R = H10b R = CH310c R = CH2CH310d R = CH2-ciklopropil10e R = CH2CH2N(CH3)210f R = CH2CH2N(C2H5)2

NR

11a R = NH211b R = CH2NH2

R

CH2OH

22

NH2

NH2

Slika 4. Strukture nekih adamantanskih spojeva s djelovanjem na virus gripe tipa A.

Za ove spojeve važno je napomenuti da najčešće nisu toksični za stanice, pa tako primjerice

spoj 8b pokazuje izrazitu antivirusnu aktivnost već pri koncentraciji od 0,56 µg/mL, a ima

vrlo nisku citotoksičnost od 400 µg/mL.26a

Adamantanski derivati amina pokazuju određenu aktivnost i kod drugih virusa kao što

je primjerice HIV, uzročnik AIDS-a.26e,27 Iako djelovanje na HIV-1 nije toliko izraženo kao

djelovanje na virus gripe, ova skupina spojeva bi daljnjom modifikacijom strukture mogla biti

farmakološki perspektivna.

N

(H3C)2NH2CH2C

28 S

N O

N

29

N

O

O

NH2

30

O

N

O

31

N

N

O

32

NH2

Slika 5. Strukture nekih adamantanskih spojeva s djelovanjem na virus HIV.



Klinički korišten spoj 4 (tromantadin) također pokazuje antivirusnu aktivnost te je aktivan

protiv herpesa16,28 dok se derivat 5 koristi kod tretiranja akni.16,29

Poznato je da se na površini stanica nalaze različiti receptori koji su po svojoj prirodi

proteini, a koji su zaslužni za prijenos informacija iz okoline putem dobivenih kemijskih

signala.30 Jasno je da njihova inhibicija ima velik utjecaj na funkcije u stanicama, a time i na

metaboličke procese u čemu je značaj farmakološke primjene. Upravo zbog činjenice da

adamantanski fragment vrlo lako blokira ionske kanale u proteinima njegovi derivati nalaze

vrlo široku primjenu u području inhibicije bioloških receptora.31 Ovisno o receptorima na koje

djeluju, adamantanski derivati mogli bi u budućnosti služiti za sprečavanje cijelog niza

oboljenja uzrokovanih metaboličkim poremećajima kao što su npr. hipertenzija,

hiperglikemija odnosno dijabetes, upalni procesi, neurodegenerativne bolesti, itd.16

Slika 6. Strukture nekih adamantanskih spojeva koji se vežu na receptore u biološkim sustavima.

Adamantanski spojevi imaju svoju potencijalnu farmakološku primjenu i kod tretiranja

upalnih procesa.32 Tako su adamantanske N,N'-disupstituirane uree 46a i 46b jaki inhibitori

topivih epoksidnih hidrolaza, enzima odgovornih za hidrolizu endogenih epoksida u diole pri

čemu neki hidrolitički produkti uzrokuju upalne procese te hipertenziju.16,33 Spojevi 46a i 46b



izrazito su bioaktivni jer urea uspješno oponaša strukturne karakteristike otvaranja

epoksidnog prstena u aktivnom mjestu enzima. Primjena navedenih derivata u farmakološke

svrhe nažalost nije ostvariva zbog nezadovoljavajućih fizikalno-kemijskih svojstava poput

slabe topljivosti u vodi i prebrzog metabolizma u in vivo uvjetima, no u posljednje vrijeme se

intenzivno istražuju odgovarajući strukturni analozi koji bi imali bolja svojstva i time veću

mogućnost primjene.34

HN NH

R

O

46a R = (CH2)11COOH46b R = (CH2)5O(CH2)2O(CH2)2OCH2CH3

OO

OHN

OH

47

HN NH

O

OH

OH

48

N

N

N

50

HN

O

51

HO

NN N

CF3NH

NH

OR

O

O

NH

NH

O

49

NH

NH

O

53

HN

NH

52a R = H52b R = Me52c R = C5H11

54 S

NN

S

Me

COOH

N

NN

55

SN

N

N

Cl

Cl

Slika 7. Strukture nekih adamantanskih spojeva s antiupalnim djelovanjem.

Daljnja primjena adamantana u biološkim sustavima je kod liječenja dijabetesa. Spojevi 6

(vildagliptin) i 7 (saxagliptin) pokazali su se aktivnim kod dijabetesa tipa II.16,35 Studija koja

je provedena kako bi se utvrdila metabolička razgradnja vildagliptina ukazala je na brzu

apsorpciju spoja i eliminaciju produkata razgradnje iz organizma što je i očekivano za

adamantanske farmakofore (metabolička stabilnost adamantana onemogućava razgradnju

skeleta) te se ne očekuje interakcija vildagliptina s drugim lijekovima eventualno prisutnima u

organizmu.36



NH

N

OH

O

NC

6

NH

COOH

OH

57NH

N

OH

O

HOOC

56NH

HN

OH

O

HOOC

58

NH

N

O

O

NC

59NH

N

OH

O

NC

60

HOOC

HOHO OH

OH

OH

Slika 8. Metabolizam vildagliptina kod čovjeka.36

Visoka lipofilnost adamantana omogućuje njegov prolazak kroz barijeru krv-mozak te je zbog

toga poželjan u strukturama potencijalno neuroaktivnih spojeva.37 Daljnja prednost je

mogućnost blokiranja ionskih kanala pa tako adamantanski fragment može imati dvostruku

funkciju, kao nosač i kao aktivna supstanca. Tako je primjerice spoj 61 bioaktivan kod

Parkinsonove bolesti te je kod in vivo ispitivanja uspješno suzbio neke simptome tog

oboljenja.38

61

O

H2N

OH

OH

62

HN

O Cl

OCH3

63

HN

NH

O

N

64a X = O64b X = CH264c X = NH

X NH

O

NN

S

SH2N

O

O

HN

O

N

65

O

NH2OH

66

HNO

N

N

N

N

67

N

Slika 9. Strukture nekih adamantanskih neuroaktivnih spojeva.16



Zanimljiva je i farmakološka primjena adamantanskog derivata 68 koji se nalazi u kliničkom

ispitivanju, a koji djeluje protiv uzročnika malarije.16,39 U ovom spoju je adamantanska spiro-

skupina nužna zbog steričke zaštite peroksidnog fragmenta koji je ključan za bioaktivno

djelovanje.

Slika 10. Adamantanski trioksolanski spoj aktivan protiv uzročnika malarije.

Sljedeći primjer bioaktivnosti adamantanskih derivata je djelovanje na parazita Trypanosoma

brucei, uzročnika bolesti spavanja.26j,l,n Mehanizam adamantanskog djelovanja u ovom

području nije još do kraja istražen, no postoje indikacije da se razlikuje od mehanizma

djelovanja na virus gripe iako je vjerojatno i ovdje riječ o procesu blokiranja ionskih kanala.40

Slika 11. Strukture nekih adamantanskih spojeva s djelovanjem na Trypanosoma brucei.

Adamantanski spojevi pokazuju i određene antimikrobijalne karakteristike.32a,41 Tako

primjerice ftalimidni spojevi 73a i 73b pokazuju izrazitu aktivnost prema Gram-pozitivnim

bakterijama sojeva Micrococcus flavus te sojevima Staphylococcus,42 a drugi ftalimidni

derivat 74 aktivan je prema bakterijama Staphylococcus aureus te Trichophyton

mentagrophytes.43 Za adamantanski pirimidinski diamin 76 nađeno je da je aktivan prema

Gram-pozitivnim Enterococcus faecalis, Bacillus subtilis i Bacillus stearothermophilus,44 a za

serije adamantanskih amina 77 i 78 s produženim lancem utvrđeno je djelovanje na velikom

broju bakterijskih sojeva.45 Adamantanski oksadiazoli 79 i tiadiazoli 80 također su pokazali

djelovanje na bakterije, naročito na Bacillus subtilis,32a a i slični derivati 81 i 82 bez aminske

premosnice između adamantana i tiadiazolskog prstena posjeduju antibakterijsku aktivnost.32c



73a R = Me73b R = Bn

O

O

N

O

O

COOH

R74

N

O

O

75 NN

S N

76

N

NNH2

NH2

77 R1 = H ili COCH3R2 = alkil C1-C5R3 = H ili alkil C1-C5X- = Cl, Br ili I

OR1

NR2

R2R3

X-OH

NR1 N R1R1

R2 R2R1

X- X-

78 R1 = alkil C1-C5R2 = H, Me ili EtX- = Cl, Br ili I

79 R = Ph, 4-FC6H4, 4-ClC6H4,4-BrC6H4, 4-NO2C6H4,3,5-NO2C6H3, 3,4-(OMe)2C6H3,2-tienil ili 1-adamantil

N N

O R

NH

80 R = Ph, 4-FC6H4,4-ClC6H4, 4-BrC6H4,4-NO2C6H4, 2-tienilili 1-adamantil

NN

S

R

81 N NH

S S

82a R = H82b R = Me

N N

S S COOH

R

Slika 12. Strukture nekih adamantanskih spojeva s antibakterijskim djelovanjem.

Tuberkuloza, oboljenje uzrokovano bakterijom Mycobacterium tuberculosis, bila je veliki

problem 19. i početka 20. stoljeća, a još je uvijek neiskorijenjena u Južnoj Africi. Aktivnosti

adamantanskih spojeva ispitivane su i na učinkovitost prema bakterijama koje su uzročnici

tuberkuloze. Nađeno je da adamantanski geranilni spoj 83 posjeduje značajnu in vivo

aktivnost koja je jednim dijelom posljedica nesmetanog ulaska adamantanskog derivata u

fagosom makrofaga koji sadrži replicirajuće bakterije.46 Navedeni spoj trenutno se nalazi u

fazi pretkliničkih ispitivanja, a istraživanja se provode i u smjeru traženja sličnih strukturnih

analoga.5

83

HN

NH

Slika 13. Struktura N-geranil-N'-(1-adamantil)etan-1,2-diamina koji djeluje na uzročnika tuberkuloze.

Antifungalna aktivnost uočena je kod derivata adamantanskih oksima.47 Serija spojeva 85

djelotvorna je za široki spektar patogenih gljivica.48



Slika 14. Strukture nekih adamantanskih spojeva s antifungalnim djelovanjem.

Adamantanski derivati primjenjuju se i kod tretiranja tumorskih oboljenja.16,41b,49 Važan

predstavnik u ovom području je adamantanski ester adafostin 86.50 Pokazalo se da je

prisutnost adamantana znatno doprinijela poboljšanju biološke aktivnosti jer je spoj 86 zbog

svoje lipofilnosti tri puta aktivniji od metilnog esterskog analoga te je dulje prisutan u krvnoj

plazmi zbog velike metaboličke stabilnosti.51

Slika 15. Strukture nekih adamantanskih spojeva s antitumorskim djelovanjem.



Spoj 86 nije naravno jedini predstavnik adamantanskih spojeva s antiproliferativnom

aktivnošću te su istraživanja u ovom polju u posljednje vrijeme vrlo intenzivna i u našem

laboratoriju.52

2.2. Biološka aktivnost gvanidina 2.2.1. Svojstva gvanidina važna za biološku aktivnost

Gvanidin je jedna od najjačih organskih baza,53 a sastoji se od ugljikovog atoma povezanog s

tri dušikova atoma pri čemu su prisutna dva aminska i jedan iminski dušik. Nakon

protoniranja dolazi do delokalizacije pozitivnog naboja te je nastali protonirani gvanidin

planaran i rezonantno stabiliziran zbog nastanka aromatičnog Y-delokaliziranog sustava sa 6

π elektrona.8 Zbog izrazite energetske stabilizacije aromatizacijom gvanidin najčešće postoji u

svojoj monoprotoniranoj formi, a izračunati protonski afinitet gvanidina u plinskoj fazi iznosi

235-236 kcal mol-1 (1 kcal mol-1 = 4,184 kJ mol-1).53 U otopini je gvanidin uvijek u određenoj

mjeri solvatiran zbog svoje sposobnosti stvaranja vodikovih veza,9 a njegova bazičnost je

usporediva s bazičnošću hidroksidnog iona pa tako pKa gvanidina u vodi iznosi 13,6.

Relativno mala veličina kationa koji stvara elektrostatske interakcije s dipolima molekule

vode glavni je razlog visoke entalpije hidratacije gvanidinijevog kationa. Zanimljivo je da

neutralni gvanidin ima sposobnost reagiranja s molekulama vode i ugljikovog dioksida iz

zraka pri čemu dolazi do protoniranja gvanidina odnosno nastanka odgovarajuće soli. Upravo

je zbog te sklonosti prema protoniranju kristalna struktura neutralnog gvanidina bila

nepoznata sve do nedavno, a kada je uspješno dobivena, potvrđena je prisutnost imino i amino

veze u molekuli čije su duljine iznosile 1.295 odnosno 1.350 Å.54

N N

N

H

H

H

H

H

N N

N

H

H

H

H

HH

99 100

Slika 16. Strukture gvanidina i gvanidinijevog kationa.



Svojstvo bazičnosti u direktnoj je vezi s termodinamičkom stabilnošću gvanidinijevog kationa

koji je rezonantno stabiliziran te u otopini nastaje izrazito simetričan ion s jednakom duljinom

C-N veza koja iznosi 1.321 Å.8 Bazičnost je u plinskoj fazi manja nego u otopini jer na

stabilnost kationa znatno utječu efekti solvatacije i sposobnost stvaranja vodikovih veza.

Utvrđeno je da se protoniranje uvijek događa na imino dušiku gvanidina koji je bazičniji za

oko 30 kcal mol-1.

Slika 17. Rezonantna stabilizacija gvanidinijevog kationa.

Gvanidin ima svoju primjenu u mnogim poljima istraživanja, pa se tako gvanidinski spojevi

često koriste kao organske baze i katalizatori u mnogim organskim reakcijama,53,55 česti su

ligandi u koordinacijskoj kemiji,56 a neki derivati imaju svoju primjenu u kemiji materijala,

točnije u kemiji visokoenergetskih spojeva.57

Gvanidinska podjedinica u znatnoj je mjeri zastupljena u biološkim sustavima,

ponajprije kao strukturni element aminokiseline arginina (u proteinima) te purinske baze

gvanina (u molekulama DNK). Važno je napomenuti da je gvanidinska podjedinica u

fiziološkim uvjetima prisutna u svom protoniranom obliku.

Slika 18. Strukture arginina i purina.

Osim u tim temeljnim građevnim jedinicama živih organizama, gvanidinski fragmenti prisutni

su i u mnogobrojnim prirodnim organskim spojevima koji su izolirani iz različitih

mikroorganizama i morskih beskralježnjaka pa sve do biljaka i kopnenih beskralježnjaka.53,58

U kontekstu ove disertacije najvažnija primjena gvanidinskih spojeva je u pripravi

potencijalno bioaktivnih molekula te anionskih receptora koji sadrže gvanidinsku podjedinicu,

pa će ta dva područja biti detaljnije razmotrena u narednim poglavljima.



2.2.2. Gvanidinska podjedinica u bioaktivnim spojevima

Gvanidinske podjedinice prisutne su u mnogim biološki aktivnim molekulama, a neki od

takvih spojeva već imaju svoju primjenu u kliničkom liječenju.59 Tako je primjerice spoj 103

antagonist glikoproteina C5a, receptora koji sudjeluje u upalnim procesima, spoj 104 je

aktivan kao inhibitor enzima tirozin kinaze, a 105 je inhibitor tromboksan A2 sintaze i

sprečava nastajanje taloga na stijenkama krvnih žila.

Slika 19. Strukture nekih gvanidinskih derivata koji su u kliničkoj upotrebi.

Još jedan bioaktivan spoj je cijanogvanidinski derivat cimetidin 106 koji djeluje kao

antagonist histaminskog receptora te inhibira proizvodnju želučane kiseline, a koristi se kod

liječenja čira na želucu.55

Slika 20. Struktura cimetidina.

Klasa potencijalno biološki aktivnih spojeva su i mimetici aminokiseline arginina60 te

poliaminski derivati gvanidina6. Kod odgovarajućih peptidomimetika prisutne su određene

modifikacije u odnosu na strukturu arginina te se uvođenjem nekih dodatnih funkcijskih

skupina ili dvostrukih veza postiže drugačije djelovanje na enzime u usporedbi s običnim

argininom.



Slika 21. Strukture nekih mimetika arginina.

Gvanidini imaju svoju funkciju i kod transporta kroz molekulske membrane zbog svoje

interakcije s fosfatnim ili nekim drugim anionskim podjedinicama prisutnim na površini

stanica.61 Jako vezivanje vodikovim vezama te elektrostatske interakcije koje gvanidini

omogućuju prva su faza u procesima transporta. Iako su stanične membrane u pravilu

nepropusne za polarne molekule zbog svoje hidrofobne unutrašnjosti, ipak postoje određeni

transmembranski proteini koji omogućuju ovakav transport, a koji u pravilu imaju mnogo

jedinica arginina u svojim strukturama. Čest proces je i međusobno povezivanje

komplementarnih liposoma koji posjeduju gvanidinske odnosno fosfatne fragmente što

rezultira stvaranjem divovskih liposoma te multikomponentnih liposomskih sistema. Zbog

navedenih svojstava derivati gvanidina imaju potencijalnu primjenu kao nosači bioaktivnih

molekula kroz staničnu membranu.

Slika 22. Nastajanje kompleksa između gvanidinske i fosfatne podjedinice na površini stanica.61

Primjena gvanidina kao antitumorskih farmakofora također je poznata.62 Spojevi prikazani na

Slici 23 koriste se u kliničkom liječenju raka. Utvrđeno je da je kod spoja 111 upravo

gvanidinska skupina, a ne jodobenzilna, odgovorna za citotoksični efekt te smrt stanica

tumora.



Slika 23. Strukture gvanidinskih lijekova s antitumorskim djelovanjem.

Određeni gvanidini imaju i antivirusno djelovanje pa se koriste protiv virusa gripe.63 Njihov

mehanizam djelovanja zasnovan je na inhibiciji virusne neuraminidaze, enzima koji je

odgovoran za daljnje širenje virusa u respiratornom sustavu.

Slika 24. Strukture derivata gvanidina s djelovanjem protiv virusa gripe.

Derivati gvanidina inhibiraju i protein odgovoran za Na+/H+ izmjenu što ima svoju kliničku

primjenu kod liječenja hipertenzije te sprečavanja srčanog udara.64

Slika 25. Strukture inhibitora proteina odgovornog za Na+/H+ izmjenu.



Daljnji primjer primjene gvanidina u biološkim sustavima je spoj 119 koji pokazuje

antimikrobijalnu i antiparazitsku aktivnost, a njegovo djelovanje se temelji na vezivanju u

manji utor molekule DNK.65 Još jedan derivat s antiparazitskom aktivnošću je spoj 120.66

Slika 26. Struktura gvanidina s antiparazitskom aktivnošću.

Naročito zanimljivi primjeri bioaktivnih derivata gvanidina su oni koji u svojoj strukturi

imaju aminogvanidinsku podjedinicu. Sam aminogvanidin 121 je inhibitor sintaze dušikovog

monoksida (NOS), enzima koji katalizira oksidaciju L-arginina u L-citrulin i NO.67 Ta

inhibicija može imati svoju potencijalnu primjenu kod liječenja hipertenzije te dijabetesa tipa

I. Aminogvanidin također reagira s mnogim derivatim glukoze prisutnim u stanicama

stvarajući triazine te tako sprečava nastanak nekih drugih gliko-produkata čime pomaže u

suzbijanju dijabetesa, a trenutno se nalazi u fazi kliničkih ispitivanja.68

Slika 27. Struktura aminogvanidina te njegovog adukta s piruvatom te glukozom. Zanimljiv primjer bioaktivnog derivata aminogvanidina je tetragvanilhidrazonski spoj 124

koji posjeduje protuupalna69, anticitokinska70, antivirusna71 te antimalarijska72 svojstva.

Mehanizam njegovog djelovanja također podrazumijeva inhibiciju sintaze dušikovog

monoksida (NOS).



Slika 28. Struktura bioaktivnog tetragvanilhidrazona.

Derivati aminogvanidina našli su svoju primjenu i kao potencijalni antitumorski agensi. Tako

su primjerice spojevi 125a-d aktivni protiv nekoliko tipova karcinoma, pri čemu je

gvanilhidrazon 125b pokazao izrazitu aktivnost u promatranoj seriji spojeva.73 Daljnji

primjeri inhibitora proliferacije su i spojevi 126 te 127,74 a potencijalni farmakofori za

tretiranje tumora su i spojevi 128 te 129 koji su pokazali inhibitorno djelovanje na proteinsku

kinazu Chk2, enzim koji sudjeluje u procesu proliferacije stanica raka.75 Iz navedenih

primjera može se zaključiti da se antitumorsko djelovanje gvanilhidrazonskih spojeva u

prvom redu temelji na enzimskoj inhibiciji koja omogućava blokadu daljnjeg rasta tumora te

smrt tumorskih stanica.

N

NS

N

HN

NH2

NH

R1

R2

125a R1 = H, R2 = NO2, R3 = H125b R1 = NO2, R2 = Cl, R3 = H125c R1 = H, R2 = NO2, R3 = F125d R1 = H, R2 = NO2, R3 = Br

HN

NO2

O

HN

N NH

NH2

HN

128

HN

HN

O NNH

NH2N

NH

H2N

NHNH

129

S

OMe

MeO

NNH

NH2

NH

126a R = H126b R = OMe

R

R3

127

NNH

NH2HN

Br

Slika 29. Aminogvanidini s antitumorskom aktivnošću.



Gvanilhidrazoni s antimikrobijalnom aktivnošću prikazani su na Slici 30. Ti se derivati

smatraju potencijalnim antibioticima protiv Gram pozitivnih i Gram negativnih bakterija jer

su pokazali izrazitu aktivnost protiv bakterija soja E. coli i S. aureus usporedivu s nekim

klinički korištenim lijekovima, a mehanizam njihovog djelovanja također se temelji na

inhibiciji enzima u bakterijskoj stanici.76

Slika 30. Derivati aminogvanidina s antimikrobijalnom aktivnošću.

Spojevi s aminogvanidinskom podjedinicom djeluju i na Mycobacterium tuberculosis,

uzročnika tuberkuloze. Tako su primjerice na Slici 31 prikazani supstituirani

gvanilhidrazonski derivati cimetne kiseline koji su se pokazali kao izrazito aktivni, a u

navedenoj seriji najbolju je aktivnost protiv uzročnika tuberkuloze imao derivat 132c.77

Slika 31. Gvanilhidrazoni s djelovanjem protiv uzročnika tuberkuloze.

2.3. Gvanidini kao anionski receptori

Gvanidinski spojevi našli su svoju primjenu i u području anionskih receptora ponajprije zato

što imaju sposobnost selektivnog vezivanja oksoaniona zahvaljujući planarnosti svoje

strukture u dijelu vezne podjedinice receptora. Ovakav tip vezivanja aniona prisutan je i u

biološkim sustavima pošto pozitivno nabijena gvanidinska skupina iz arginina stvara ionske



parove s fosfatima ili karboksilatima koji su ključni za procese prepoznavanja u stanicama, a

kao što smo vidjeli u prethodnom poglavlju, ovo svojstvo gvanidina koristi se i prilikom

dizajniranja različitih farmakofora.78

Slika 32. Vezivanje gvanidinske skupine s oksoanionima.

Planarnost pozitivno nabijenog gvanidina idealna je za planarno vezivanje aniona pa su tako

gvanidinski receptori u pravilu najefikasniji za karboksilate i nitrate, a također mogu vezivati

sulfate i fosfate.

sferični

F-, Cl-, Br-, I-

tetraedarski

PO43-, SO4

2-, MnO4-

linearni

N3-, CN-, SCN-, OH-

oktaedarski

[Fe(CN)6]4-,

[Co(CN)6]3-

trigonsko planarni

CO32-, NO3

-

kompleksni oblici

DNK uzvojnica

Slika 33. Geometrije nekih aniona.79

Oksoanioni su općenito složeniji supstrati za selektivno kompleksiranje zbog raspodjele

negativog naboja preko nekoliko atoma što uzrokuje malu efektivnu gustoću naboja (manji

iznos omjera naboja i radijusa u usporedbi s kationima slične veličine), zbog točno određenog

oblika i geometrije te zbog osjetljivosti na pH vrijednosti.80



Tablica 1. Ionski radijusi, entalpije i Gibbsove energije hidratacije nekih aniona.80 Ion r / pm ∆Hhid / kJ mol

-1 ∆Ghid / kJ mol-1

F- 133 -510 -465 Cl- 181 -367 -340 Br- 196 -336 -315 I- 220 -291 -275 HCOO- 156 -432 -335 NO3

- 179 -312 -300 H2PO4

- 200 -522 -465 ClO4

- 250 -246 -430 CO3

2- 178 -1397 -1315 SO3

2- 200 -1376 -1295 SO4

2- 230 -1035 -1080 PO4

3- 238 -2879 -2765

Elektrostatska stabilizacija oksoaniona naročito je pospješena u polarnijim otapalima zbog

mogućnosti stvaranja vodikovih veza pri čemu dolazi do pojave visokih vrijednosti energija

solvatacije.

Tablica 2. Dipolni momenti i dielektrične konstante nekih otapala.81

Otapalo Dipolni

moment / D Dielektrična

konstanta voda 1,85 80 metanol 1,70 33 etanol 1,69 24,3 propan-1-ol 1,68 20,1 butan-1-ol 1,66 17,8 mravlja kiselina 1,41 58 octena kiselina 1,74 6,15 formamid 3,73 109 aceton 2,88 20,7 metil-etil-keton 2,78 18,5 etilni acetat 1,78 6,02 acetonitril 3,92 36,6 N,N-dimetilformamid 3,82 38,3 dimetilsulfoksid 3,96 47,2 heksan 0 2,02 benzen 0 2,28 dietil-eter 1,15 4,34 tetrahidrofuran 1,63 7,52 diklormetan 1,60 9,08 ugljikov tetraklorid 0 2,24



Svi ovi razlozi otežavaju dizajniranje potencijalnih anionskih receptora jer oni moraju

zadovoljiti navedene strukturne i elektrostatske parametre kako bi bili djelotvorni.79,82 Zbog

toga je uvođenje kationske planarne gvanidinske podjedinice u receptore važan korak u

postizanju jakog i selektivnog vezivanja s oksoanionima jer gvanidin s njima, uz

elektrostatsko privlačenje, stvara i dvije paralelne vodikove veze (bidentatno vezivanje).

Prvi primjeri gvanidinskih receptora bili su makrociklički spojevi 133-135 koje su

pripravili Lehn i suradnici, a koji su relativno slabo vezivali fosfatni anion u smjesi

metanol/voda.83

Slika 34. Prvi gvanidinski receptori.

Primjer uspješnog gvanidinskog receptora je derivat 136 s dvije acilgvanidinske

podjedinice.84 Zanimljivost ove molekule leži u činjenici da je prisutna intramolekulska

vodikova veza između gvanidinskog NH i karbonilnog kisika. Ova interakcija utječe na veću

zakočenost strukture što daje sustavu veću mogućnost preorganizacije te time dolazi do jačeg

vezivanja promatranog aniona, u ovom slučaju difenilfosfata. Kasnijim ispitivanjima utvrđeno

je kako je ovaj spoj jako efikasan umjetni katalizator za hidrolizu molekula RNK.85

HN

NH2

NH

NH2

O

N

O

NH

H

H

H

136

Slika 35. Bis-acilgvanidinski receptor.



Zanimljiv primjer primjene gvanidinskih receptora je modelni sustav koji oponaša djelovanje

enzima piruvat dekarboksilaze.86 Naime, temeljem interakcija karboksilat-gvanidin dolazi do

samoorganiziranja kompleksa 137 prikazanog na Slici 36 te gvanidinski kation pozicionira

piruvatni anion vodikovim vezama u položaj pogodan za oksidativnu dekarboksilaciju. U

ovakvom tročlanom kompleksu uloga gvanidina nije samo vezivanje piruvata već ga gvanidin

također i aktivira za nukleofilni napad karbena.

Slika 36. Tročlani kompleks s gvanidinskim receptorom kao modelni sustav enzima piruvat dekarboksilaze.

Daljnji primjer gvanidinskog receptora je spoj 138 koji u svojoj strukturi ima tri ciklička

gvanidina. Svrha istraživanja bila je pripraviti receptor koji jako i selektivno veže anione čak i

u vodenom mediju te su autori u tome i uspjeli. Naime, navedeni spoj najjače veže

trikarboksilatni anion citrat te su autori čak uspjeli odrediti udio citrata u komercijalno

dostupnim pićima.87 Razlog ovako jakog vezivanja citrata u vodi je stvaranje izrazito

stabilnog kompleksa s tri ionska para jer se svaki gvanidin veže s jednim karboksilatom iz

citrata.



Slika 37. Receptor s tri ciklička gvanidina i njegov supstrat citrat.

Važan doprinos u polju gvanidinskih receptora su i različito supstituirani

gvanidinokarbonilpiroli.88 Uz gvanidinski dio molekule prisutna je i dodatna pirolska NH

skupina koja može stvarati dodatnu vodikovu vezu te zbog toga navedeni receptori mogu još

jače i selektivnije vezati oksoanione, čak i u smjesi DMSO/voda.

Slika 38. Primjeri gvanidinokarbonilpirola.

Istraživanja u području razvoja gvanidinskih receptora još se uvijek provode upravo zbog

potencijalne selektivnosti gvanidina za anione. Nastoje se razviti anionski senzori, molekule

koje bi jako i izrazito selektivno vezale samo jednu anionsku vrstu u sustavu, i to po

mogućnosti u vodi gdje bi ovakvi senzori našli svoju najveću primjenu.



Slika 39. Strukture nekih gvanidinskih receptora.81,89

2.4. Spektrometrija masa gvanidina

Fragmentacija gvanidina u plinskoj fazi upotrebom masene spektrometrije (MS) dosta je

istraživana, u prvom redu jer je gvanidinska podjedinica sastavni dio arginina, a samim time

je prisutna u strukturama proteina koji se intenzivno istražuju ovom metodom.90

Krajem 60-ih godina prošlog stoljeća po prvi put su opisani maseni spektri samog

gvanidina te nekih njegovih derivata pri čemu je korištena metoda elektronske ionizacije

(EI).91 U navedenom istraživanju autori su kod gvanidina uočili procese eliminacije

amonijaka pri čemu zaostaje pozitivno nabijena karbodiimidna specija.

Protonirani gvanidin jako se veže s krunastim eterima te stvara inkluzijske komplekse

koji su ispitivani metodom ionizacije elektroraspršenjem (ESI).92 U masenom spektru uz

korištenje metanola, vode, acetonitrila ili njihovih različitih smjesa kao otapala uvijek je

nađen vrlo intenzivan signal pri m/z 596 koji odgovara kompleksu 149, a autori su također

utvrdili da je najbolje otapalo za nastajanje ovih kompleksa bila smjesa acetonitril/voda (1:1).



Slika 40. Kompleks gvanidina s receptorom dibenzo-30-kruna-10.

Daljnji primjer je određivanje protonskih afiniteta (PA) gvanidina 150-156 za koje je

korištena kinetička metoda tandemne masene spektrometrije.93 Mjerenja se izvode tako da se

protonirani dimeri istraživanih gvanidina i neke referentne baze poznatog PA podvrgnu

daljnjoj fragmentaciji te omjeri dobivenih iona služe za izračun razlike protonskih afiniteta.

Utvrđeno je da su heteroalkilgvanidini 151, 154 i 155 jače baze od 150 što je objašnjeno

mogućnošću stvaranja dodatnih intramolekulskih vodikovih veza kod tih spojeva u usporedbi

sa simetričnim spojem 150.

Slika 41. Strukture heteroalkilnih gvanidina.

Derivati gvanidina 151-153 te 155 korišteni su i kao ligandi u studiji koordinacije s nikal(II)-

nitratom, no zbog svoje jake bazičnosti nisu nastali pravi kompleksi nikal-gvanidin, već

kompleksi ionskih parova koji su se sastojali od gvanidinskih kationa i Ni(NO3)3- protuiona.94

Zanimljiv literaturni primjer primjene ESI masene spektrometrije je studija

fragmentacije protoniranih bisgvanidina 157 i 158 između kojih se nalazi fenilna poveznica, a

u svrhu istraživanja interakcije dvaju udaljenih, ali ipak međudjelujućih naboja.95



Slika 42. Strukture bisgvanidinskih dihidroklorida.

Pokazalo se da bisgvanidini 157 i 158 u danim uvjetima stvaraju monokatione i dikatione,

tako da 157 daje [157+H]+ (m/z 193) i [157+2H]2+ (m/z 97), a metilirani 158 daje [158+H]+

(m/z 305) i [158+2H]2+ (m/z 153). Glavni fragmentacijski putevi spoja 157 za monokation bili

su eliminacija amonijaka ili karbodiimida, a za dikation eliminacija amonijaka, dok je i kod

monokationa i kod dikationa spoja 158 bila prisutna samo eliminacija dimetilamina.

Kao što je spomenuto, istraživanja gvanidina masenom spektrometrijom važna su

zbog studija struktura proteina u kojima je prisutan arginin. Utvrđeno je da kod procesa

fragmentacije protoniranog arginina dolazi do pojave eliminacije amonijaka, vode ili

gvanidina.96 Također je dokazano da amonijak koji se eliminira potječe većinom iz

gvanidinske skupine, a fragmentacija amino skupine iz aminokiselinskog dijela molekule vrlo

je slaba i skoro zanemariva.

Slika 43. Fragmentacija protoniranog arginina upotrebom masene spektrometrije.96

Energija kolizije / eV



Posljednji primjer upotrebe masene spektrometrije za analizu gvanidinskih spojeva koji će biti

naveden je studija mehanizama fragmentacije cikličkog nitrogvanidina 159 koji se koristi kao

insekticid.97

Slika 44. Struktura nitrogvanidinskog insekticida.

Nađeno je da nitrogvanidinska skupina utječe na sve važnije puteve fragmentacije ove

molekule, a dominantan proces utvrđen prilikom MS/MS analize je eliminacija NO2 radikala.

Ovo je uzrokovano protonskim afinitetom gvanidina koji značajno pospješuje navedenu

eliminaciju radikala.

2.5. Policiklički gvanidinski spojevi

S obzirom na široku primjenjenost adamantanskih te gvanidinskih spojeva u studijama

biološke aktivnosti, u literaturi postoji neočekivano malo primjera za derivate koji bi

kombinirali ova dva strukturna fragmenta u istoj molekuli. U nastavku će biti opisani

postojeći poznati spojevi (admantanski derivati s razmaknicom između adamantana i

gvanidina, adamantanski derivati na koje je direktno vezan gvanidin te gvanidinski spojevi s

nekim drugim kavezastim policiklima) uz osvrt na njihovu aktivnost i primjenu.

Moroder i suradnici pripravili su seriju adamantanskih (4-aminometil)fenilgvanidina te

ih istraživali kao potencijalne inhibitore humanih urokinaza, enzima čija je pojačana

ekspresija kod tumorskih stanica u korelaciji s procesima metastaziranja tumora.98



Slika 45. Adamantanski (4-aminometil)fenilgvanidini.

Studijom inhibicije cijelog niza derivata utvrđeno je da, iako potreban, hidrofobni fragment

ima neočekivano mali utjecaj na inhibitorna svojsta te da je mnogo značajnija priroda same

razmaknice.

Tablica 3. Inhibicija humanog urokinaznog plazminogen aktivatora (uPA) adamantanskim (4-aminometil)fenilgvanidinima.

Spoj Kia / µmol dm-3

160 13 161 40 162 2,4 163 120 164 > 103

165 102 a Ki - konstanta disocijacije kompleksa enzim-inhibitor

Tako se pokazalo da najbolji inhibitorni učinak posjeduje spoj 162 s ureidnom skupinom u

razmaknici, a to je najvjerojatnije posljedica dodatne stabilizacije stvaranjem još jedne

vodikove veze preko ureidnog NH. Ova pretpostavka ima svoju potvrdu i u kristalnoj

strukturi kompleksa enzim-inhibitor koju su autori također detaljno opisali.



Slika 46. Prikaz vezivanja inhibitora 162 u aktivno mjesto temeljen na kristalnoj strukturi kompleksa uPA-162.98

Sljedeći primjer je serija adamantanskih kinolina koju su pripravili Jain i suradnici u svrhu

ispitivanja djelovanja na uzročnika tuberkuloze, a koja uključuje i dva derivata s

gvanidinskom podjedinicom.99 Oba gvanidinska derivata pokazala su aktivnost te inhibiraju

rast bakterije Mycobacterium tuberculosis soja H37Rv.

Slika 47. Adamantanski kinolini s gvanidinskom podjedinicom.

Važno je napomenuti da je spoj 167 pokazao najbolje rezultate u cijeloj sintetiziranoj seriji

(ukupno 57 spojeva) te pokazuje inhibiciju rasta od 99% već pri koncentraciji od 3,125

µg/mL, a utvrđeno je i da nije citotoksičan što ga čini jako dobrim kandidatom za eventualnu

kliničku primjenu.

Još jedno istraživanje sa svrhom pronalažanje spojeva aktivnih protiv uzročnika

tuberkuloze proveli su Nefzi i suradnici.100 U seriji od 600 spojeva pripravljena su i dva

adamantanska derivata koja u strukturi imaju čak dvije cikličke gvanidinske podjedinice, a



koji se razlikuju samo po dužini poveznice između adamantana i prvog cikličkog gvanidina.

Tako je spoj 168 povezan s metilenskom, a spoj 169 s etilenskom skupinom.

Slika 48. Adamantanski spojevi s dvije gvanidinske podjedinice.

Njihova aktivnost je podjednaka te iznosi 91% inhibicije rasta pri koncentraciji od 3,9 µg/mL,

a autori su uočili i da je hidrofobnost supstituenata dosta važna za bioaktivnost ovakvih

spojeva.

Zanimljiv predstavnik adamantanskih spojeva s gvanidinima je i tetragvanidinski

bisadamantanski kaliks[4]aren 170 kojeg su pripravili Reinhoudt i suradnici.101 Svrha

priprave ovakvog spoja nije bila studija biološke aktivnosti već ispitivanje vezivanja β-

ciklodekstrina u vodi (primjenom kalorimetrijske titracije) te na samoorganizirajuće

monoslojeve na zlatu (primjenom spektroskopske metode rezonancije površinskih plazmona)

te je utvrđeno da je konstanta vezivanja u otopini tri puta manja od konstante vezivanja s

monoslojevima.



Slika 49. Adamantanski kaliks[4]aren s četiri gvanidinske podjedinice.

Dalje slijede primjeri spojeva u kojima je gvanidinski strukturni fragment izravno vezan na

adamantanski skelet. Krajem 1960-ih Geluk, Schut i Schlatmann pripravili su 1-

adamantilgvanidin kako bi ispitivali njegova antivirusna svojstva.102 Autori su, potaknuti tada

otkrivenom antivirusnom aktivnošću 1-aminoadamantana, odlučili pripraviti bazičniji

gvanidinski analog. Rezultati antivirusnih ispitivanja pokazali su da je 1-adamantilgvanidin

aktivan protiv virusa gripe, čak i u in vivo uvjetima, no 1-aminoadamantan je ipak bio

učinkovitiji. Sintetizirani su i neki derivati 1-adamantilgvanidina, no oni nisu pokazali

nikakvu in vivo efikasnost protiv gripe.

Slika 50. 1-Adamantilgvanidin i neki njegovi derivati.

U posljednje vrijeme intenzivno se istražuju alosteričke regulacije enzima pošto su katalitičke

sposobnosti mnogih enzima kontrolirane upravo alosteričkim učincima. Upravo se 1-



adamantilgvanidin koristio kao dio modelnog sustava 172 koji oponaša alosteričke

mehanizme te je uz pomoć Cu(II) kao katalitičkog centra u modificiranom ciklodekstrinu

uspješno simuliran supramolekulski katalizator.103

Slika 51. Struktura inkluzijskog kompleksa ciklodekstrinskog derivata s 1-adamantil gvanidinom i Cu2+ ionom.

Navedeni kompleks pokazao je visoku katalitičku efikasnost kod hidrolize karbonatnih

supstrata, a utvrđeno je i da gvanidinska skupina djeluje kao alosteričko mjesto dok je bakar

(II) ion katalitički centar, a adamantanska skupina ima funkciju inkluzije u ciklodekstrinsku

šupljinu.

Eisa i suradnici pripravili su seriju adamantanskih spojeva supstituiranih na položaju 2

adamantana, a navedeni spojevi su zapravo derivati bigvanidina.104 Provedena antimikrobna

ispitivanja pokazala su da je u ovoj seriji ispitivanih spojeva spoj 174b najaktivniji protiv

bakterije Escherichia coli.

Slika 52. Gvanidinski derivati adamantana supstituiranog na položaju 2.

Keana i suradnici su prilikom sistematične studije potencijalnih liganada za σ receptor

pripravili cijeli niz različitih aromatskih i alifatskih gvanidinskih derivata, a između ostaloga i

tri serije supstituiranih adamantanskih gvanidina (176-178).105 Ispitivanje bioaktivnosti



dobivenih spojeva ukazalo je na značajno povećanje afiniteta prema σ receptoru prilikom

uvođenja lipofilnog adamantanskog fragmenta u molekule u usporedbi s aromatskim

analozima.

NH

NH

NH

HN

HN R

RNH

NH

NH

NH

R

176a R = 2-I-C6H4176b R = 2-CH3-C6H4176c R = C6H11176d R = 1-adamantil176e R = 2-NO2-C6H4176f R = o-PhCH2CH2Ph176g R = 1-ciklopropil-2-fenil176h R = o-PhCH=CHC6F5 (E)176i R = o-Ph-C6H5176j R = o-PhCH=CHC6H5 (E)

177a R = 2-I-C6H4177b R = 2-CH3-C6H4177c R = 2-adamantil177d R = o-PhCH=CHC6H5(E)

178a R = 2-I-C6H4178b R = 2-CH3-C6H4178c R = o-PhCH=CHC6H5 (E)

Slika 53. Adamantanski gvanidini aktivni kao σ receptori.

Opisana je i kristalna struktura jednog od najaktivnijih liganada za σ receptor, N-adamant-1-

il-N'-(2-jodofenil)gvanidin-hidroklorida 176a.106 Nađeno je da su sve tri gvanidinske C-N

veze slične duljine što je i očekivano, a diedarski kut između ravnina koje tvore gvanidin i

fenil iznosi 85°. Iz kristalne strukture također se vidi da su adamantanska i fenilna skupina u

syn odnosu s obzirom na nesupstituirani dušikov atom.

Slika 54. Prikaz kristalne strukture N-adamant-1-il-N'-(2-jodofenil)gvanidin-hidroklorida.107

Leurs i suradnici su derivat gvanidina 179 s adamantanom vezanim preko položaja 2 te s

para-jodbenzenom odabrali kao perspektivan između 3360 farmakološki aktivnih supstanci te

je ovaj spoj poslužio kao ishodište za dizajn nove serije inhibitora kemokinskog receptora



CXCR3.108 Supresija navedenog receptora mogla bi dovesti do suzbijanja tumora i nekih

autoimunih bolesti.

Slika 55. Struktura 1-(4-jodofenil)-3-(2-adamantil)gvanidina.

Iako su autori praćenjem inhibitornih svojstava serije sintetiziranih derivata došli do spoznaje

da je bolje zamijeniti gvanidinsku skupinu kvarternim amonijevim solima, a adamantansku

terpenskom mirtenilnom skupinom, ipak ostaje činjenica da je početni adamantansko-

gvanidinski derivat bioaktivan te da je poslužio u razvoju drugih potencijalnih farmakofora.

Dosta istraživani adamantanski derivat gvanidina je morfolinski spoj 180 koji se

pokazao aktivnim u blokadi K+ kanala u različitim tkivima i djeluje kao antagonist.109

Humphrey i suradnici su utvrdili da je ovaj spoj djelotvoran diuretik te da se specifično veže u

stanicama bubrega i glatkom mišićnom tkivu krvnih žila, a njegovo djelovanje započinje već

pri submikromolarnim koncentracijama.

Slika 56. Struktura morfolinskog derivata adamantanskog gvanidina.

Madalengoitia i suradnici su prilikom razvoja novog pristupa kod sinteze peptida na krutom

nosaču u svrhu bržeg dobivanja većeg broja spojeva pripravili i dva adamantanska derivata

181 te 182 s gvanidinom vezanim na položaj 2 adamantana.110 Iskorištenja reakcija su bila

jako dobra te su iznosila 76% za spoj 181 te 68% za spoj 182.

Slika 57. Adamantanski gvanidini dobiveni sintezom na krutom nosaču.



Autori su pokušali pripraviti i adamantanski derivat s gvanidinom na položaju 1 adamantana,

no izolacija željenog produkta s krutog nosača nije bila uspješna. Naime, iako je odgovarajuća

adamantanska tiourea 183 reagirala s danim aminom 184 vezanim na kruti nosač dajući

zaštićeni gvanidin 185, kiseli uvjeti nužni za deprotekciju gvanidina uzrokovali su pucanje

veze adamantan-gvanidin uz nastanak stabiliziranog tercijarnog karbokationa na adamantanu,

pa tako izolirani gvanidinski spoj 186 nije imao adamantansku podjedinicu.

Slika 58. Neuspješna priprava 1-adamantilgvanidinskog spoja na krutom nosaču.

Kako bi se pokazala primjenjivost razvijene metode sintetiziran je i peptid 188 čija je

zanimljivost u činjenici da sadrži 2-adamantilgvanidinski fragment dobiven prethodno

opisanim postupkom preko zaštićene 2-adamantilne tiouree.

Slika 59. Sinteza peptida s 2-adamantilgvanidinskim fragmentom na krutom nosaču.

Shinada i suradnici su prilikom razvoja nove metode sineze N-acil-N'-supstituiranih

gvanidina, koja uključuje kondenzaciju supstituirane tiouree s heksametildisilazanom kao

izvorom dušika, pripravili i 1-adamantilni derivat 189 u iskorištenju od 92%. Adamantan je

izabran kako bi se pokazala primjenjivost metode i na sterički zaklonjene tiouree.111



Slika 60. Adamantanski gvanidin s fenilmetanonskom skupinom.

U svrhu ispitivanja antivirusne aktivnosti Nishimura i suradnici sintetizirali su adamantanske

spojeve s aminogvanidinskom podjedinicom.112 Navedeni su spojevi, ovisno o mjestu i načinu

vezanja gvanidina na adamantan, bili aminogvanidinskog (gvanidinska skupina vezana

jednostrukom vezom na adamantan) odnosno gvanilhidrazonskog tipa (aminska skupina

vezana dvostrukom vezom na adamantan). Tako su derivati 190 te 191 aminogvanidinski s

obzirom na adamantan dok su derivati 192 te 193 gvanilhidrazonski, s time da spojevi 192

imaju dodatni ugljikov atom između adamantana i hidrazonskog dušika.

NH

NH

N

NH2I

R

X

190a R = H, X = H190b R = H, X = OH190c R = H, X = OMe190d R = H, X = Cl190e R = Me, X = H190f R = Me, X = OMe190g R = Me, X = Cl

NH

NH

N

NH2I

191a R = H191b R = Me

R

NNH

NH

R

192a R = H192b R = Me

NH

193a R = H193b R = Me193c R = p-Cl-C6H4

NNH

NH

R

NH

Slika 61. Adamantanski derivati s različito vezanom aminogvanidinskom podjedinicom.

Rezultati antivirusnih ispitivanja pokazali su da su ovi spojevi relativno slabo aktivni protiv

virusa gripe. U cijeloj seriji pripravljenih spojeva zadovoljavajuću aktivnost imali su samo

derivati 191.

Vezano uz adamantanske gvanilhidrazone, Hull i suradnici su prilikom pokušaja

dobivanja adamantanskog derivata triazolina izolirali tetraacetilirani adamantanski

gvanilhidrazon 194 u iskorištenju od 34% iz reakcijske smjese koja je sadržavala 2-(N-

gvanidino)iminoadamantan te anhidrid octene kiseline.113



Slika 62. Struktura tetraacetiliranog 2-(N-gvanidino)iminoadamantana.

Györgydeák i Holzer su za potrebe spektroskopskih istraživanja pripravili cijelu seriju

različitih gvanilhidrazona pri čemu je pripravljen i 2-(N-gvanidino)iminoadamantan 193a.114

Tretiranjem navedenog gvanilhidrazona s anhidridom octene kiseline autori su također

izolirali i odgovarajući triazol 195.

Slika 63. Strukture 2-(N-gvanidino)iminoadamantana i 2-[3-acetilamino-5-metil-1H-1,2,4-triazol-1-il]-2-adamantil-acetata.

Naročito zanimljiv literaturni primjer usko vezan za pripravu spojeva koji će biti istraživani u

okviru ove disertacije je studija aktivnosti derivata adamantanskog 1-alkil-2-gvanilhidrazona

protiv Trypanosoma brucei, uzročnika bolesti spavanja.115 Kod navedene serije spojeva

gvanidinska podjedinica vezana je na položaju 2 adamantana preko imino dušika dok su se na

položaju 1 mijenjale različite alkilne odnosno fenilne skupine. Pretpostavljeni mehanizam

djelovanja temelji se na vjerojatnom blokiranju sustava za ionski transport koji se nalazi u

membranama stanica parazita.

Slika 64. Strukture istraživanih adamantanskih 1-alkil-2-gvanilhidrazona.

Utvrđeno je da je najaktivniji spoj, n-decilni derivat 196c, 1460 puta aktivniji od amantadina

odnosno 77 puta aktivniji od rimantadina. Još jedan spoj s izraženom aktivnošću je benzilni



derivat 196g koji se pokazao kao 323 puta aktivniji od amantadina odnosno 17 puta od

rimantadina. Navedena serija spojeva je ovako izraženo aktivna protiv uzročnika bolesti

spavanja ponajprije zbog karakterističnih stereoelektronskih svojstava gvanilhidrazonske

podjedinice te sinergije s lipofilnim fragmentom vezanim na položaj 1 adamantana.

Tablica 4. Aktivnost adamantanskih 1-alkil-2-gvanilhidrazona protiv uzročnika bolesti spavanja.

Spoj 1-akilni

bočni lanac IC50 / µmol dm

-3 IC90 / µmol dm-3

196a C6 > 6,0 - 196b C8 > 6,0 - 196c C10 0,09 ± 0,02 0,11 ± 0,00 196e C14 0,8 ± 0,5 1,3 ± 0,5 196f Ph 2,12 ± 0,09 2,81 ± 0,03 196g CH2Ph 0,41 ± 0,06 0,47 ± 0,01

Kao nastavak navedenog istraživanja Kolocouris i suradnici sintetizirali su i slične 1-alkiloksi

odnosno 1-benziloksi derivate adamantanskog 2-gvanilhidrazona.116

NNH

NH2

NH2Cl(CH2)n

OR

197a R = CH2Ph, n = 1197b R = CH2Ph, n = 3197c R = C6H13, n = 3197d R = C8H17, n = 2

NNH

NH2

NH2ClO

O

NNH

NH2

NH2ClO

O

NNH

NH2

NH2Cl

X

200a X = F200b X = OMe

197e R = CH2Ph, n = 2197f R = C6H13, n = 2197g R = C7H15, n = 2197h R = C10H21, n = 2

198 199

Slika 65. 1-Alkiloksi i 1-benziloksi derivati adamantanskog 2-gvanilhidrazona.

Na temelju ispitivanja provedenih na navedenoj seriji spojeva autori su utvrdili da je i duljina

alkiloksi lanca na položaju 1 jako važna za bioaktivnost protiv Trypanosoma brucei. Tako

primjerice samo spojevi 197c i 197g s deset atoma u bočnom lancu (od kojih je jedan kisikov

atom) pokazuju značajnu aktivnost dok se derivati s dva kisikova atoma odnosno derivati s

kraćim ili dužim bočnim lancima nisu pokazali kao zadovoljavajući. Moguće objašnjenje za

slabiju aktivnost spojeva s dva kisikova atoma je smanjenje lipofilnosti bočnog lanca što



otežava prolazak molekula kroz barijeru krv-mozak. Uvođenje različitih benziloksi skupina u

bočni lanac umjesto dugačkih alkiloksi skupina također nije poboljšalo biološko djelovanje.

Zanimljiva je činjenica da je spoj 200a s fluorovim atomom u para položaju benzenskog

prstena imao dvostruko izraženiju aktivnost u usporedbi s benziloksi spojem 197a te s para-

metoksi analogom 200b.

Tablica 5. Aktivnost 1-alkiloksi i 1-benziloksi derivata adamantanskog 2-gvanilhidrazona protiv uzročnika bolesti spavanja.

Spoj IC50 / µmol dm-3 IC90 / µmol dm

-3 196c 0,09 ± 0,02 0,11 ± 0,00 197a 1,8 ± 0,2 2,42 ± 0,08 197b 1,8 ± 0,2 3,9 ± 0,3 197c 0,70 ± 0,07 0,98 ± 0,07 197d - - 197e - - 197f - - 197g 1,2 ± 0,1 1,6 ± 0,3 197h - - 198 3,64 ± 0,07 4,94 ± 0,05 199 3,6 ± 0,3 4,9 ± 0,4

200a 1,2 ± 0,2 2,5 ± 0,2 200b 2,1 ± 0,1 4,1 ± 0,1

amantadin > 132 > 132 rimantadin 7,0 ± 0,3 14,0 ± 1,7

Vázquez i suradnici istraživali su noradamantanski i bisnoradamantanski derivat gvanidina u

svrhu ispitivanja biološke aktivnosti pri čemu je policiklički fragment povezan s gvanidinom

putem metilenske skupine.117 Prilikom ispitivanja inhibicije kalcijevih iona kroz NMDA

receptore uočeno je da bisnoradamantanski spoj 202 pokazuje trostruko veću aktivnost od

noradamantanskog spoja 201. Za bisnoradamantanski derivat utvrđeno je da je oko deset puta

aktivniji od amantadina, iako nije toliko efikasan kao memantin od kojeg je pet puta manje

aktivan. Istraživanjem je također utvrđeno da ova dva policiklička gvanidina nemaju

antivirusne aktivnosti kao ni aktivnosti protiv uzročnika bolesti spavanja.



Slika 66. Noradamantanski i bisnoradamantanski derivat gvanidina.

Posljednji primjer policikličkih derivata gvanidina su pentacikloundekanski

monogvanilhidrazoni 203 te 204 koje su pripravili Malan i suradnici kako bi istraživali

inhibiciju sintaze dušikovog monoksida (NOS), enzima koji ima važnu ulogu kod

potencijalnog liječenja neurodegenerativnih oboljenja.118 Sam aminogvanidin ima određenu

inhibitornu aktivnost na ovaj enzim te su autori pretpostavili da bi nadogradnja

aminogvanidina s lipofilnim policikličkim spojem kao što je to pentacikloundekan (PCU)

olakšala prijelaz molekula kroz barijeru krv-mozak te bi se time povećala aktivnost.

Slika 67. Pentacikloundekanski monogvanilhidrazoni.

Rezultati ispitivanja ukazuju da je monogvanilhidrazon 203 preko dva puta efikasniji od

aminogvanidina, dok je monogvanilhidrazon 204 čak 26 puta efikasniji, no oba spoja

povećavanjem koncentracije ipak ne uspijevaju do kraja blokirati aktivnost NOS-a.

Tablica 6. Utjecaj pentacikloundekanskih gvanilhidrazona na stvaranje NO.

Spoj log (IC50 / mol dm-3) IC50 / mol dm

-3 Maksimalna inhibicija /

% kontrolnog eksperimenta aminogvanidin -2,64 ± 0,05 2,3 × 10-3 100

203 -3,02 ± 0,06 9,0 × 10-4 46 204 -4,06 ± 0,09 8,8 × 10-5 82

§ 3. Eksperimentalni dio 43


§ 3. EKSPERIMENTALNI DIO

Novi spojevi pripravljeni u okviru ove doktorske disertacije identificirani su spektroskopskim

metodama (1H i 13C NMR, IR, MS). Čistoća pojedinih spojeva kontrolirana je kapilarnom

plinskom kromatografijom na instrumentu Varian 3300 na koloni DB-210. 1H i 13C NMR

spektri snimljeni su na instrumentu Bruker Avance 600 MHz i Bruker Avance 300 MHz u

deuteriranim otapalima, uz TMS ili otapalo kao unutarnji standard. IR spektri snimljeni su na

FT-IR ABB Bonem MB 102 spektrofotometru uz korištenje KBr pastila. Tališta su određena

na Original Kofler Mikroheitztisch aparatu i nisu korigirana. HRMS spektri snimljeni su na

Applied Biosystems Voyager DE STR MALDI-TOF instrumentu, a ESI-MS spektri snimljeni

su na Agilent Technologies 6410 Triple Quadrupole Mass Spectrometer istrumentu u

pozitivnom ionskom modu. Molarni apsorpcijski koeficijenti određeni su spektrofotometrom

PG Instruments Limited T80+ UV/Vis na kojem su provedene i UV/Vis titracije.

3.1. Priprava gvanilhidrazona 1-6

Opći postupak

U okruglu tikvicu dodani su aminogvanidin-hidroklorid 13 (1 ekvivalent) te 10 mL

apsolutnog etanola. Zatim je u otopinu dodan odgovarajući keton (1 ekvivalent) te je

reakcijska smjesa refluksirana u trajanju od 5 h. Nakon hlađenja na sobnu temperaturu,

reakcijska smjesa je uparena, a dobiveni sirovi produkt pran je smjesom EtOAc/MeOH (4:1)

sve do izolacije bijele praškaste krutine.

Ukoliko se kao produkt želi izolirati neutralni gvanilhidrazon, dodaje se i baza (0,5

ekvivalenta Na2CO3) te se nakon reakcije otopina oddekantira i tako odvoji od nastalog NaCl.

3.1.1. Priprava 2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorida (1)

44 § 3. Eksperimentalni dio


U reakciji bez baze iz 300 mg ketona 14 (2 mmol) nakon 3 h refluksa dobiveno je 481 mg

(99%) gvanilhidrazon-hidroklorida 1 u obliku bijele praškaste krutine (u reakciji s Na2CO3 (1

mmol) iz 300 mg ketona 14 (2 mmol) nakon 6 h refluksa dobiveno je 433 mg (kvantitativno)

slobodnog gvanilhidrazona).

2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorid (1): 481 mg (99%); t.t.: 291-294 °C; 1H NMR

(600 MHz, DMSO-d6) δ/ppm: 1,72 (d, J = 11,6 Hz, 2H), 1,78 (d, J = 11,6 Hz, 2H), 1,83 (s,

2H), 1,92-1,99 (m, 6H), 2,59 (s, 1H), 3,37 (s, 1H), 7,44-7,60 (br s, 4H, gvan. NH), 11,19 (s,

1H, gvan. NH); 13C NMR (150 MHz, DMSO-d6) δ/ppm: 26,9 (CH, 2C), 31,7 (CH, 1C), 35,5

(CH2, 1C), 37,0 (CH2, 2C), 38,4 (CH2, 2C), 38,5 (CH2, 1C), 156,2 (C-gvan., 1C), 166,2 (C=N,

1C); IR (KBr) v͂/cm-1: 3301 (br), 2924 (s), 2852 (m), 1667 (s), 1663 (s), 1597 (m), 1449 (w),

1085 (w), 982 (w); HRMS-MALDI m/z [M+H]+ izračunato za C11H18N4 207,1604, nađeno

207,1608.

3.1.2. Priprava 2,4-bis(gvanidino)diiminoadamantan-dihidroklorida (2)

U reakciji bez baze iz 164 mg diketona 15 (1 mmol) nakon 4 h refluksa dobiveno je 338 mg

(97%) gvanilhidrazon-dihidroklorida 2 u obliku bijele praškaste krutine (u reakciji s Na2CO3

(0,5 mmol) iz 164 mg diketona 15 (1 mmol) nakon 3 h refluksa dobiveno je 136 mg (49%)


2,4-bis(gvanidino)diiminoadamantan-dihidroklorid (2): 338 mg (97%); 1H NMR (300 MHz,

DMSO-d6) δ/ppm: 1,57-2,17 (m, Ad-CH2), 2,72 (s, Ad-CH), 3,32 (br s, Ad-CH), 3,38 (br s,

Ad-CH), 3,48 (br s, Ad-CH), 3,55 (br s, Ad-CH), 4,14 (s, Ad-CH), 7,48-7,84 (m, gvan. NH),

11,44 (s, gvan. NH), 11,59 (s, gvan. NH); 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ/ppm: 26,5 (CH),

26,6 (CH), 31,2 (CH), 31,5 (CH), 33,6 (CH2), 35,4 (CH2), 35,8 (CH2), 35,9 (CH2), 36,1



(CH2), 37,0 (CH2), 37,1 (CH2), 37,7 (CH), 37,8 (CH), 38,2 (CH), 39,3 (CH2), 41,4 (CH2),

43,3 (CH), 48,5 (CH), 49,4 (CH), 155,8 (C-gvan.), 156,2 (C-gvan.), 156,4 (C-gvan.), 158,7

(C=N), 159,0 (C=N), 160,2 (C=N), 162,3 (C=N); IR (KBr) v͂/cm-1: 3341 (br), 3137 (br), 2926

(m), 1665 (s), 1631 (s), 1604 (s), 1448 (w), 1100 (m); HRMS-MALDI m/z [M+H]+

izračunato za C12H20N8 277,1883, nađeno 277,1880.

3.1.3. Priprava 2,6-bis(gvanidino)diiminoadamantan-dihidroklorida (3)

U reakciji bez baze iz 82 mg diketona 16 (0,5 mmol) nakon 2 h refluksa dobiveno je 171 mg

(98%) gvanilhidrazon-dihidroklorida 3 u obliku bijele praškaste krutine (u reakciji s Na2CO3

(0,25 mmol) iz 82 mg diketona 16 (0,5 mmol) nakon 2 h refluksa dobiveno je 131 mg (95%)


2,6-bis(gvanidino)diiminoadamantan-dihidroklorid (3): 171 mg (98%); t.t.: > 300 °C; 1H

NMR (300 MHz, DMSO-d6) δ/ppm: 1,96-2,07 (m, 8H), 2,70 (s, 2H), 3,46 (s, 2H), 7,47-7,70

(br s, 8H, gvan. NH), 11,33 ppm (s, 2H, gvan. NH); 13C NMR (75 MHz, DMSO-d9) δ/ppm:

30,9 (CH, 2C), 36,8 (CH2, 1C), 37,8 (CH, 2C), 38,1 (CH2, 2C), 39,4 (CH2, 1C), 156,2 (C-

gvan., 2C), 163,1 (C=N, 2C); IR (KBr) v͂/cm-1: 3316 (br), 3165 (br), 2939 (m), 1661 (s), 1635

(s), 1598 (s), 1449 (w), 1107 (w); HRMS-MALDI m/z [M+H]+ izračunato za C12H20N8

277,1883, nađeno 277,1882.

3.1.4. Priprava 4-hidroksi-2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorida (4)

46 § 3. Eksperimentalni dio


U reakciji bez baze iz 166 mg hidroksiketona 17 (1 mmol) nakon 4 h refluksa dobiveno je 244

mg (94%) gvanilhidrazon-hidroklorida 4 u obliku žućkaste krutine (u reakciji s Na2CO3 (0,5

mmol) iz 166 mg hidroksiketona 17 (1 mmol) nakon 4 h refluksa dobiveno je 226 mg

(kvantitativno) slobodnog gvanilhidrazona).

4-hidroksi-2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorid (4): 244 mg (94%); 1H NMR (300

MHz, DMSO-d6) δ/ppm: 1,37-2,81 (m, Ad-CH2 i Ad-CH), 3,13-3,69 (m, Ad-CH), 3,90 (br s,

Ad-CH), 3,96 (br s, Ad-CH), 4,15 (br s, Ad-CH), 7,23-7,87 (m, gvan. NH), 10,98 (s, gvan.

NH), 11,15 (s, gvan. NH), 11,45 (s, gvan. NH), 11,60 (s, gvan. NH); 13C NMR (75 MHz,

DMSO-d6) δ/ppm: 26,0 (CH), 26,4 (CH), 26,5 (CH), 26,6 (CH2), 29,3 (CH2), 30,8 (CH2), 31,2

(CH), 31,4 (CH), 31,5 (CH), 32,6 (CH2), 33,6 (CH), 33,8 (CH), 34,6 (CH2), 35,5 (CH2), 35,9

(CH2), 37,1 (CH2), 37,3 (CH), 37,6 (CH), 37,8 (CH), 38,2 (CH2), 38,3 (CH), 43,4 (CH), 45,4

(CH), 45,8 (CH), 74,6 (CH-OH), 74,7 (CH-OH), 156,0 (C-gvan.), 156,1 (C-gvan.), 156,2 (C-

gvan.), 156,4 (C-gvan.), 160,3 (C=N), 162,4 (C=N), 164,9 (C=N), 165,4 (C=N); IR (KBr)

v͂/cm-1: 3401 (br), 3156 (br), 2922 (m), 2858 (m), 1670 (s), 1639 (s), 1602 (s), 1091 (w);

HRMS-MALDI m/z [M+H]+ izračunato za C11H18N4O 223,1553, nađeno 223,1558.

3.1.5. Priprava 5-hidroksi-2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorida (5)

U reakciji bez baze iz 166 mg hidroksiketona 18 (1 mmol) nakon 4 h refluksa dobiveno je 256

mg (99%) gvanilhidrazon-hidroklorida 5 u obliku bijele praškaste krutine (u reakciji s

Na2CO3 (0,5 mmol) iz 166 mg hidroksiketona 18 (1 mmol) nakon 3 h refluksa dobiveno 147

mg (66%) slobodnog gvanilhidrazona).

5-hidroksi-2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorid (5): 256 mg (99%); t.t.: 269-271 °C; 1H

NMR (300 MHz, DMSO-d6) δ/ppm: 1,57-1,83 (m, 8H), 2,17 (s, 1H), 2,67 (s, 1H), 3,35 (s,

2H), 3,42 (s, 1H), 4,69 (br s, 1H), 7,54 (br s, 4H), 11,16 (s, 1H); 13C NMR (75 MHz, DMSO-



d6) δ/ppm: 29,5 (CH, 1C), 32,8 (CH, 1C), 36,1 (CH2, 1C), 37,5 (CH2, 1C), 39,9 (CH, 1C),

43,8 (CH2, 1C), 44,0 (CH2, 1C), 45,3 (CH2, 1C), 65,6 (C-OH, 1C), 156,2 (C-gvan., 1C), 164,8

(C=N, 1C); IR (KBr) v͂/cm-1: 3302 (br), 3165 (br), 2929 (m), 2911 (m), 2858 (m), 1670 (s),

1647 (s), 1602 (s), 1455 (w), 1353 (w), 1112 (m), 1093 (m), 926 (w); HRMS-MALDI m/z

[M+H]+ izračunato za C11H18N4O 223,1553, nađeno 223,1553.

3.1.6. Priprava 8,11-bis(gvanidino)diiminopentaciklo[5.4.0.02,6.03,10.05,9]undekana (6)

NH

HN

NH2

NH

NH

H2N

N

N

O

O

NH

NH2Cl

H2N

NH2

Na2CO3, EtOH, ∆∆∆∆

19 6

13

2

U reakciji s Na2CO3 iz 174 mg diketona 19 (1 mmol) nakon 4 h refluksa dobiveno je 226 mg

(79%) slobodnog gvanilhidrazona 6 u obliku žute praškaste krutine.

8,11-bis(gvanidino)