Wiele spośród kwasów arylooctowych należy, podobnie jak profeny, do grupy niesteroidowych leków przeciwzapalnych. Diklofenak, aceklofenak, indometacyna i sulindak mają szczególne zastosowanie w reumatologii [137] (Rys. 10).
rCJH
Cl
diklofenak
OH indom etacyna
aceklofenak sulindak
Rys. 10. Wzory strukturalne wybranych kwasów arylooctowych będących lekami.
Kwas migdałowy mający również właściwości lecznicze stosuje się obecnie do zwalczania zmian skórnych, a or-fenyloglicyna wchodząca w skład wielu peptydów zwiększa ich zdolności lecznicze. Oba te związki charakteryzują się stosunkowo niską masą cząsteczkową i tym, że są one chiralne - zatem występują w postaci dwóch enancjomerów (Rys. 11).
OH OH OH OH
L-(+)-a,-fenyloglicyna a-fenyloglicyna kwas S-(+)-migdałowy kwas R-(-)-migdałowy
Rys. 11. Wzory strukturalne enancjomerów a-fenyloglicyny i kwasu migdałowego.
a-Fenyloglicyna (kwas 2-amino-2-fenylooctowy) jest naturalnym aminokwasem niebiałkowym, najczęściej otrzymywanym metodą syntezy Streckera z aldehydu benzoesowego (Rys. 12) [136].
N hLC I/KC N
l-UO
0
HUN.
: N
KUN.
H -,0
"OH
aldehyd benzoesowy a-am inonitryl DL-a-fenyloęilicYna
Rys. 12. Schemat syntezy D,I-(±)-a-fenyloglicyny z aldehydu benzoesowego [136].
W przemysłowej produkcji optycznie czystej or-fenyloglicyny wykorzystuje się proces Andeno, na który składa się w pierwszym etapie synteza Streckera, a następnie mieszaninę racemiczną zadaje się optycznie czynnym kwasem D-kamforosulfonowym (Rys. 13) w celu wydzielenia pożądanego enancjomeru. Dzieje się to na skutek tworzenia diastereoizomerycznych soli między /)-(-)-a-fenyloglicyną a kwasem D-kamforosulfonowym oraz między Z,-(+)-a-fenyloglicyną a kwasem D-kamforosulfonowym. W tym przypadku sól
„D-D” jest znacznie mniej rozpuszczalna w zastosowanym rozpuszczalniku (np. woda, metanol, etanol lub ich mieszanina), niż sól „Z,-D” [138].
Rys. 13. Kwas kamforosulfonowy.
Enancjomery or-fenyloglicyny są ważnym surowcem w otrzymywaniu antybiotyków P~
laktamowych, a konkretnie penicylin półsyntetycznych, takich, jak ampicylina (Rys. 14).
OH Rys. 14. Ogólny wzór penicylin.
Mechanizm działania penicylin jako antybiotyków polega na blokowaniu aktywności enzymów bakteryjnych, biorących udział w ostatnim etapie budowy ściany komórki bakteryjnej. Taką rolę spełnia właśnie łańcuch boczny penicyliny, w skład którego wchodzi część cząsteczki or-fenyloglicyny. Bakteria pozbawiona prawidłowo działającego enzymu nie jest wtedy w stanie syntetyzować ściany komórki bakteryjnej. Prowadzi to do upośledzenia jej zdolności życiowych i w ten sposób zwiększa się przepuszczalność ściany komórkowej.
Takie uszkodzenie prowadzi po pewnym czasie do zwiększenia aktywności bakteryjnych enzymów, powodując samozniszczenie bakterii. W związku z tym penicyliny stosuje się w leczeniu takich zakażeń, jak:
• zakażenia paciorkowcowe: angina, zapalenie ucha środkowego, ropnie, ropowice, posocznice,
• zakażenia gronkowcowe: ropnie, zapalenie szpiku, posocznice, zapalenie pneumokokowe płuc,
• zapalenie meningokokowe opon mózgowych,
• błonica, tężec, wąglik, kiła.
a-Fenyloglicyna w formie jednego ze swych enancjomerów wchodzi w skład peptydu o budowie:
A-T rp-B-Asp-Phg-NH2
gdzie: A i B to określone grupy wyszczególnione w [139]. Peptyd ten wykazuje działanie podobne do gastryny. Poza wydzielaniem kwasu solnego w żołądku, pobudza wydzielanie soku żołądkowego, wzmaga perystaltykę przewodu pokarmowego, kurczy dolny zwieracz przełyku (sygnalizuje, że żołądek jest pełen i nie może przyjąć więcej pokarmu). Wywiera wpływ troficzny na śluzówkę żołądka, zapewniając jej prawidłowy stan. Wzmaga przepływ krwi przez układ pokarmowy.
Pochodne amidowe D,Z,-(±)-or-fenyloglicyny wykazują silne i selektywne powinowactwo do czynnika Xa jako jego inhibitory, które mogą być stosowane do zwalczania oraz zapobiegania chorobom tromboembolicznym, takim jak tromboza, zawał mięśnia sercowego, arterioskleroza, apopleksja, dusznica bolesna, czy restenoza po angioplastyce. Czynnik Xa jest jedną z proteaz biorących udział w złożonym procesie krzepnięcia krwi. Katalizuje on przemianę protrombiny w trombinę, a ta z kolei rozszczepia fibrynogen na monomery fibryny, które, po usieciowaniu, mają zasadniczy wpływ na powstawanie skrzepu. Aktywacja trombiny może powodować wystąpienie chorób zakrzepowych, zaś jej inhibicja może hamować tworzenie fibryny, która bierze udział w tworzeniu skrzepów [140].
D-(-)-ar-Fenyloglicyna wspomaga działanie lewodopy, która to jest metabolitem pośrednim w szlaku syntezy adrenaliny, a także należy do najskuteczniejszych leków stosowanych w chorobie Parkinsona. Podnosi poziom testosteronu oraz zwiększa syntezę i sekrecję hormonu wzrostu. Wspomaganie to polega na wiązaniu tych dwóch aminokwasów w dipeptyd [141]. Antymer ar-fenyloglicyny chemicznie związany z lewodopą zwiększa jej możliwości łączenia się z albuminą surowicy krwi. To wskazuje, iż or-fenyloglicyna ze swoim powinowactwem do albuminy ma możliwość odgrywania znaczącej roli w zwiększaniu dostępności tego leku.
Z wymienionych przykładów jasno wynika, że or-fenyloglicyna nie posiada właściwości leku działającego bezpośrednio. Okazuje się jednak, iż jest ona ważnym surowcem w ich otrzymywaniu, czy też wspomaga ich działanie przez wzmocnienie go nawet kilkakrotnie.
Kwas migdałowy (kwas 2-hydroksy-2-fenylooctowy) należy do grupy a- hydroksykwasów (ang. or-hydroxy acids, AHA) i jest ich najprostszym aromatycznym przedstawicielem. Został odkryty w 1909 roku przez Waltera i Krieblego podczas ogrzewania mieszaniny amygdaliny (ekstraktu z gorzkich migdałów, Rys. 15) z rozcieńczonym kwasem solnym. Jego zwyczajowa nazwa pochodzi od niemieckiego „Mandel”, co oznacza migdał.
Rys. 15. Wzór strukturalny amigdaliny.
Podobnie jak a-fenyloglicynę, kwas migdałowy można otrzymać m.in. z aldehydu benzoesowego (Rys. 16) [142].
Rys. 16. Schemat syntezy kwasu R,S-(±)-migdałowego z aldehydu benzoesowego [142].
Kwas migdałowy jest stosowany w przemyśle farmaceutycznym w postaci jednego z enancjomerów i dlatego wyselekcjonowanie do dalszej obróbki czystego kwasu 5-(+)- migdałowego lub czystego kwasu i?-(-)-migdałowego jest niezwykle ważne. Najczęściej stosuje się metodę wyodrębniania z użyciem szczepu bakteryjnego, na przykład należącego do klasy Pseudomonas, rodzaju gram-ujemnych, tlenowych bakterii, którego niektóre gatunki mogą być patogenne dla roślin i zwierząt [143]. Rozdział polega na tym, iż użyty szczep selektywnie asymiluje kwas S-(+)-migdałowy z racematu wyprodukowanego na drodze chemicznej syntezy, jednocześnie pozostawiając kwas i?-(-)-migdałowy w zastosowanej pożywce [144], lub rozkładając kwas i?-(-)-migdałowy do kwasu benzoesowego i jego
pochodnych [145,146]. Innymi klasami bakterii, stosowanymi w podobny sposób, mogą być Alcaligenes [147], Gibberella [148], a także Burkholderia [149]. Co ciekawe, enzym będący racemazą i pochodzący od konkretnego szczepu bakterii Pseudomonas putida powoduje chiralną inwersję kwasu 5-(+)-migdałowego do jego antymeru (Rys. 17) [150]. Przechodzenie jednego enancjomeru kwasu migdałowego w drugi obserwuje się również u najliczniejszego
rzędu ssaków, czyli u gryzoni, a w szczeglności u szczurów [151].
kwas S-(+) -migdałowy racemaza
kwas S-(+)-migdalowy --- ► "ł"
kwas i?-(-)-migdałowy
Rys. 17. Inwersja kwasu 5-(+)-migdałowego pod wpływem racemzy pochodzącej od Pseudomonas putida [9],
Krystalizacja jest również bardzo dobrą metodą rozdziału enancjomerów kwasu R,S-(±)- migdałowego. Opiera się ona, podobnie jak przy przemysłowym otrzymywaniu optycznie czynnej or-fenyloglicyny, na tworzeniu soli diastereoizomerycznych między jednym z antymerów kwasu migdałowego a czynnikiem derywatyzującym, którym mogą tu być dwie substancje: (-)-efedryna rozpuszczona w etanolu albo chinina rozpuszczona w metanolu (Rys.
18) [152],
CH— CH3 HO-C-H
ch in in a
Rys. 18. Związki stosowane do rozdziału enancjomerów kwasu 7?,S-(±)-migdałowego.
Kwas migdałowy jest głównym metabolitem styrenu i stosuje się go jako biologiczny wskaźnik zawodowego narażenia pracowników na styren, z uwagi na to, iż związek ten działa w sposób negatywny na skórę i centralny układ nerwowy [153-155], Styren (1) w pierwszej kolejności jest metabolizowany w wątrobie do chiralnego epoksydu (2), następnie do fenyloetanodiolu (3), a na końcu do kwasu migdałowego (4) (Rys. 19) [156]. Następnie kwas migdałowy jest wydalany wraz z moczem. Ze względu na różnice w biologicznym działaniu każdego z enancjomerów tlenku styrenu oraz chcąc oznaczyć ilościowo każdy z nich, oznacza
się stosunek ilościowy enancjomerów kwasu /?,S-(±)-migdałowego, który jest proporcjonalny do stosunku ilościowego antymerów tlenku styrenu. Metodami oznaczania mogą tu być chromatografia gazowa z detekcją płomieniowo-jonizacyjną (GC-FID) lub wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC) na kolumnie polimerowej z nadrukiem molekularnym (MIP) [157-159],
h2c
1
< J
2
Rys. 19. Biotransformacja styrenu in v/vo [156],
Enancjomerów kwasu R,»S'-(±)-migdałowego używa się także do takich zadań, jak rozdział chiralny racemicznych amin i alkoholi [160,161]. Wybrany antymer kwasu migdałowego gra tu rolę czynnika derywatyzatującego.
Antymery kwasu /?,S-(±)-migdałowego i ich pochodne są szeroko stosowane w syntezie wielu farmaceutyków, z czego najważniejszymi są, podobnie jak w przypadku a- fenyloglicyny, półsyntetyczne penicyliny (Rys. 14) oraz cefalosporyny (Rys. 20) [162-164].
Cefalosporyny, podobnie jak penicyliny, są dużą rodziną antybiotyków /Maktamowych o szerokim spektrum działania przeciwbakteryjnego i względnie małej toksyczności. Ich stosowanie jest ograniczane przede wszystkim wysoką ceną. Główne rejony zastosowania cefalosporyn to:
• zapobieganie zakażeniom po operacjach,
• leczenie zakażeń wywołanych pałeczkami gram-ujemnymi - zakażenie pałeczką okrężnicy, pałeczkami z rodziny Enterobacteriaceae, w tym posocznicami.
Lecznicze działanie cefalosporyn polega na kowalencyjnym wiązaniu się z centrum aktywnym bakteryjnych enzymów, blokując ich działanie i hamując w ten sposób proces syntezy bakteryjnej ściany komórkowej [165].
Rys. 20. Ogólny wzór cefalosporyn.
W niektórych europejskich szpitalach kwas migdałowy jest stosowany przy infekcjach układu moczowego. Jego 1% roztwór w wodzie o pH=2,4 ma zdolność rozpuszczania apatytu i ortofosforanu amonowo-magnezowego, dwóch minerałów odpowiedzialnych za powstawanie kamieni podczas umieszczania cewnika w cewce moczowej [166]. Wykazuje też szerokie spektrum działania przeciwbakteryjnego, obejmujące m.in. bakterie gram- dodatnie (np. Staphylococcus aureuś) i bakterie gram-ujmne (np. Escherichia coli).
Badania dotyczące możliwości dalszego zastosowania kwasu migdałowego w medycynie i kosmetologii przeprowadził pod koniec lat 90-tych ubiegłego wieku Taylor [167].
Zainteresował się on dualizmem działania kwasu migdałowego, czyli jego skutecznością jako kosmetyku i silną aktywnością antybakteryjną. Taylor miał na celu wykazanie właściwości odmładzających (przeciwdziałanie starzeniu się skóry) tego kwasu, podobnych do właściwości kwasu glikolowego (najprostszego i jednego z najczęściej stosowanych AHA w kosmetyce) oraz ocenę efektów anty bakteryjnych w leczeniu trądzika, a także możliwości zapobiegawczych w infekcjach spowodowanych przez bakterie gram-ujemne, występujących po zabiegach laserowych skóry. W ciągu trzech lat Taylor i jego współpracownicy przebadali ponad 1000 osób z takimi schorzeniami i defektami skóry, jak dermatoheliosis (uszkodzenie skóry indukowane promieniowaniem UV, określane często jako fotostarzenie), zaburzenia barwnikowe (hiperpigmentacje) i trądzik pospolity.
Cząsteczka kwasu migdałowego jest większa od cząsteczki kwasu glikolowego (Rys. 21) i charakteryzuje się niskim pK=3,41, które jest niższe od pK kwasu glikolowego, wynoszącego 3,83, co odpowiada za jego większą efektywność. Jego właściwości i doskonała tolerancja sprawiły, że zabieg 50% kwasem migdałowym stał się typowym w grupie osób nie tolerujących zabiegów wykonywanych przy użyciu innych AHA, przede wszystkim kwasu glikolowego. Korzystną cechą kwasu migdałowego jest również prawie całkowity brak
tendencji do wywoływania przebarwień pozapalnych, które nierzadko pojawiają się u osób z ciemną karnacją skóry, poddawanych zabiegom przy użyciu kwasu trój chlorooctowego czy glikolowego. Stąd też coraz częściej peelingi (złuszczanie martwych komórek naskórka) kwasem migdałowym są jednym z elementów terapii różnych przebarwień. Dużą zaletą preparatów z kwasem migdałowym jest tylko niewielkie podrażnienie skóry, co w przypadku terapii trądzika pospolitego ma duże znaczenie [168].
HO
/
----HO
Rys. 21. Wzór strukturalny kwasu glikolowego (kwas hydroksyoctowy).
Pod koniec lat 90-tych XX wieku ogłoszono wyniki badań nad właściwościami polikondensatu kwasu migdałowego (SAMMA) jako środka antykoncepcyjnego oraz substancji leczniczej w metodach zapobiegających chorobom przenoszonym drogą płciową (ang. sexually transmitted diseases, STD). Związek ten otrzymano w wyniku reakcji stężonego kwasu siarkowego (VI) z kwasem R, 5-(±)-migdałowym [169]. Jego struktura nie jest jeszcze do końca poznana, lecz wiadomo, iż jest to oligomer (Rys. 22).
Rys. 22. Dimer kwasu migdałowego (kwas 2,2’-difenylo-2,2’-oksy-di-octowy) - przypuszczalna struktura chemiczna SAMMA [169].
Działanie antykoncepcyjne SAMMA opiera się na hamowaniu czynności plemników, dodatkowo oligomer ten wykazuje szerokie spektrum zwalczania takich drobnoustrojów, jak:
• Chlamydia trachomatis, bakteria odpowiedzialna za choroby układu moczowo- płciowego, poronienia i stany zapalne,
• Neisseria gonorrhoeae, poza rzeżączką bakteria ta może powodować zakażenia innych układów - dotyczy to zwłaszcza pacjentów z obniżoną odpornością,
• ludzki wirus niedoboru odporności (ang. human immunodeficiency virus, HIV) - wirus z rodziny retrowirusów, atakuje głównie limfocyty T-pomocnicze, wywołując
zespół nabytego niedoboru odporności (ang. Acąuired Immunodeficiency Syndrome lub Acąuired Immune Deficiency Syndrome, AIDS),
• wirusy opryszczki pospolitej (ang. herpes simplex virus, HSV) - wirusy, należące do rodziny herpeswirusów, będące przyczyną głównie zmian zapalnych na granicy skóry i błony śluzowej (wargi i narządy płciowe), a także rzadziej zapalenia spojówki i rogówki, skóry lub opryszczkowego zapalenia mózgu.
W przypadku HIV, w pierwszej kolejności są atakowane komórki dendrytyczne odgrywające podstawową rolę w pobudzaniu limfocytów (komórki układu odpornościowego, na podstawie ich liczby można stwierdzić, czy w organizmie jest stan zapalny). SAMMA działa hamująco na transmisję wirusa, blokując przekazywanie glikoprotein wchodzących w skład otoczki wirusa z komórki do komórki, a co za tym idzie zmniejsza ich liczbę w organizmie. Dodatkowym atutem tego związku jest niezwykle mała toksyczność, a tym samym wysokie bezpieczeństwo przy stosowaniu [170-173].
W obecnych czasach, kiedy panuje kult młodości, w obliczu globalnych zagrożeń epidemiami chorób przenoszonych drogą płciową, kwas R,*S'-(±)-migdałowy oraz jego enancjomery i ich pochodne wydają się spełniać niezwykle ważną rolę zarówno jako prekursory leków, jak i bezpośrednie substancje lecznicze. Dodatkowo podane wyżej przykłady dowodzą, iż są to związki nie tylko skuteczne, ale i bezpieczne w działaniu.
4. Zastosowanie wysokosprawnej chromatografii cieczowej i chromatografii