Bases de Schiff organometálicas derivadas de sulfonamidas como potenciales agentes biológicos multifuncionales.

Abstract

En esta Tesis Doctoral, enmarcada en la línea de investigación de la Química Bioorganometálica, se sintetizaron, caracterizaron y evaluaron las propiedades biológicas multifuncionales de nuevas bases de Schiff bioorganometálicas derivadas de sulfonamidas. El diseño racional involucró conectar los fragmentos ferrocenil- y cimantrenil-sulfonilo con diferentes anillos bioactivos mediante diversos puentes y evaluar sus propiedades antitumorales, tripanocidas e inhibidoras de la anhidrasa carbónica (Figura 1). Figura 1. Esquema general nuevas bases de Schiff bioorganometálicas derivadas de sulfonamidas. Desde el punto de vista metodológico, el trabajo comprendió en una primera etapa, la obtención de los precursores organometálicos del tipo [(η5 -C5H4SO2NH NH2)MLn] y [(η5 -C5H4SO2NH-puente-NH2)MLn] (donde MLn = FeCp, Mn(CO)3; puente = -CH2CH2, -C6H4-) (p1-5), a través de reacciones de sustitución. En una segunda etapa, se aislaron las bases de Schiff organometálicas mediante reacciones de condensación que involucraron aldehídos o cetonas orgánicas con los precursores p1-5. Los compuestos fueron divididos en familias de sulfonilhidrazonas (sin puente) y sulfonil iminas (con puente alifático) del tipo nitro-heterocíclicas (1a-d, 2a-d, 3a, 4a, 3c, 4c, 5a-c, 6a y 6c), aquellas derivadas de salicilaldehído/2-hidroxiacetofenona (1f-i, 2f y 2h) y sistemas N-heterocíclicos (1j-o, 2j y 2n), con buenos rendimientos (60-80%). Todos los compuestos sintetizados fueron caracterizados mediante técnicas espectroscópicas convencionales y espectrometría de masas. El análisis estructural mediante difracción de rayos X de los compuestos 1a-b, 3a, 5a, 2b, 1d, 1h, 2h, 1l, 1n-o y 2n, dan cuenta de que estos presentan una configuración E entorno al enlace imínico. Cabe mencionar que las propiedades electroquímicas de todos precursores organometálicos y los compuestos derivados de nitro-heterociclos fueron estudiados mediante la técnica de voltametría cíclica. Finalmente, la actividad tripanocida in vitro de las bases de Schiff derivadas de sistemas nitro-heterocíclicos frente a las cepas Trypanosoma cruzi (epimastigote y tripomastigote) y Trypanosoma brucei (tripomastigote) fue evaluada. En ese sentido, se estableció que: i) los compuestos con fragmento cimantrenilo (1c EC50 = 13,0 μM) poseen una mayor actividad que sus análogos ferrocénicos (1a EC50 = 31,2 μM); ii) los derivados de nitro-tiofeno (1a EC50 = 1,89 μM) son más activos que los derivados de nitro-furano (1b EC50 = 4,19 μM), excepto en T. cruzi (epimastigote) (1a EC50 = 19,3 µM and 1b EC50 = 18,9 µM); iii) los derivados 5- nitro-heterocíclicos fueron más activos que sus homólogos 4-nitro-heterocíclicos para T. brucei (1a EC50 = 1,89 μM y 3a EC50 = >30 μM) y T. cruzi (epimastigote) (1a EC50 = 19,3 μM y 3a EC50 = 30,3 μM); iv) la adición del grupo metilo disminuye la actividad en T. brucei (1a EC50 = 1,89 μM y 2a EC50 = 5,42 μM) y la mejora en T. cruzi (1a EC50 = 19,3 μM y 2a EC50 = 12,6 μM); v) la adición del puente alifático disminuye la actividad (1c EC50 = 13,0 μM y 5c EC50 = 57,8 μM). Con respecto a la actividad anticancerígena frente a las líneas celulares de cáncer de pulmón H1299 y A549, sólo los compuestos organometálicos con el fragmento nitro-heterocíclico presentaron actividad. De los cuales se pueden establecer las siguientes relaciones: i) los derivados de nitro-furano (1b EC50 = 6,49 μM) son más activos que los derivados de nitro-tiofeno (1a EC50 = 18,1 μM); ii) los compuestos con el grupo 5-nitro poseen mayor actividad (1a EC50 = 18,1 μM y 3a EC50 = 71,8 μM); iii) la adición del grupo metilo disminuye la actividad (1b EC50 = 6,49 μM y 2b EC50 = 14,5 μM); iv) La adición del puente alifático disminuye la actividad anticancerígena (1b EC50 = 6,49 μM y 5b EC50 = 50,8 μM). Con respecto a la evaluación como inhibidores de la anhidrasa carbónica, todas las bases de Schiff fueron consideradas inactivas al presentar, en su mayoría, valores Ki superior a 100.000 nM. Es importante mencionar que, pese a no estar contempladas en la propuesta original, se aislaron un grupo de nuevas sulfonamidas organometálicas con unidades de N-etil o N-metil bencenosulfonamidas (S1a-b, S2a-b) mediante reacciones de sustitución con rendimientos bajos (S1a = 25%; S2a = 30%) a moderados (S1b = 45%; S2b = 49%). La evaluación biológica como inhibidores de AC (ACIs) demostró que los derivados S1a y S2a presentan una inhibición mayor que el fármaco control (acetazolamida) para las isoformas hAC II y hAC IX (KI = 7,3 nM y 5,8 nM, respectivamente) y se comportan como inhibición selectiva de la isoforma hAC II.

In this Doctoral Thesis, framed in the Bioorganometallic Chemistry research line new bioorganometallic Schiff bases derived from sulfonamides were synthesized, characterized, and evaluated the multifunctional biological properties. The rational design involved connecting the ferrocenyl- and cymanthrenyl-sulfonyl fragments with different bioactive rings through various bridges and evaluating their antitumor, trypanocidal, and carbonic anhydrase inhibitory properties (Figure 1). Figure 1. General scheme of new bioorganometallic Schiff bases derived from sulfonamides. From the methodological point of view, the work included, in a first stage, the obtaining of the organometallic precursors of the type [(η5 -C5H4SO2NH-NH2)MLn] and [(η5 -C5H4SO2NH-bridge-NH2)MLn] (where MLn = FeCp, Mn(CO)3; bridge = - CH2CH2, -C6H4-) (p1-5), via substitution reactions. In a second stage, the organometallic Schiff bases were isolated by condensation reactions involving organic aldehydes or ketones with the p1-5 precursors. The compounds were divided into families of sulfonylhydrazones (without bridge) and sulfonyl imines (with aliphatic bridge) derived from of the nitro-heterocyclic (1a-d, 2a-d, 3a, 4a, 3c, 4c, 5a-c, 6a y 6c), from salicylaldehyde/2-hydroxyacetophenone (1f-i, 2f and 2h) and N-heterocyclic systems (1j-o, 2j and 2n), in good yields (60-80%). All synthesized compounds were characterized by conventional spectroscopic techniques and mass spectrometry. Structural analysis by X-ray diffraction of compounds 1a-b, 3a, 5a, 2b, 1d, 1h, 2h, 1l, 1n-o and 2n show an E configuration around the iminic bond. It is worth mentioning that the electrochemical properties of all precursors organometallic and the compounds derived from the nitro heterocyclic were studied using the cyclic voltammetry technique. Finally, the trypanocidal activity of Schiff bases derived from nitro-heterocyclic were evaluated in vitro against Trypanosoma cruzi (epimastigote and trypomastigote) and Trypanosoma brucei (trypomastigote). In this sense, it was established that: i) the compounds with cymanthrenyl fragment (1c EC50 = 13.0 μM) have a greater activity than their ferrocene analogues (1a EC50 = 31.2 μM); ii) nitro-thiophene derivatives (1a EC50 = 1.89 μM) are more active than nitrofuran derivatives (1b EC50 = 4.19 μM), except in T. cruzi (epimastigote) (1a EC50 = 19.3 µM and 1b EC50 = 18.9 µM); iii) the 5-nitro-heterocyclic derivatives were more active than their 4-nitro-heterocyclic counterparts for T. brucei (1a EC50 = 1.89 μM and 3a EC50 = >30 μM) and T. cruzi (epimastigote) (1a EC50 = 19.3 µM and 3a EC50 = 30.3 µM); iv) the addition of the methyl group decreases the activity in T. brucei (1a EC50 = 1.89 μM and 2a EC50 = 5.42 μM) and improves it in T. cruzi (1a EC50 = 19.3 μM and 2a EC50 = 12.6 µM); v) the addition of the aliphatic bridge decreases the activity (1c EC50 = 13.0 µM and 5c EC50 = 57.8 µM). Regarding the anticancer activity against the lung cancer cell lines H1299 and A549, only the organometallic compounds with the nitro-heterocyclic fragment showed activity. Of which the following relationships can be established: i) nitro furan derivatives (1b EC50 = 6.49 μM) are more active than nitro-thiophene derivatives (1a EC50 = 18.1 μM); ii) the compounds with the 5-nitro group have higher activity (1a EC50 = 18.1 μM and 3a EC50 = 71.8 μM); iii) the addition of the methyl group decreases the activity (1b EC50 = 6.49 μM and 2b EC50 = 14.5 μM); iv) The addition of the aliphatic bridge decreases the anticancer activity (1b EC50 = 6.49 µM and 5b EC50 = 50.8 µM). With respect to the evaluation as inhibitors of carbonic anhydrase, all Schiff bases were considered inactive since most of them presented Ki values greater than 100,000 nM. It is important to mention that, despite not being contemplated in the original proposal, a group of new organometallic sulfonamides with N-ethyl or N-methyl benzenesulfonamide units (S1a-b, S2a-b) were isolated by substitution reactions with low yields (S1a = 25%; S2a = 30%) to moderate (S1b = 45%; S2b = 49%). Biological evaluation as CA inhibitors (CAIs) showed that the S1a and S2a derivatives exhibit greater inhibition than the control drug (acetazolamide) for the hCA II and hCA IX isoforms (KI = 7.3 nM and 5.8 nM, respectively) and behave as selective inhibition of the hCA II isoform.