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DE19645974C1 - (Z)-5-[[3-Hydroxy-2-methyl-5-[(phosphonooxy)methyl]-4-pyridinyl]methylen]-2-thioxo-4- thiazolidinon, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung - Google Patents

(Z)-5-[[3-Hydroxy-2-methyl-5-[(phosphonooxy)methyl]-4-pyridinyl]methylen]-2-thioxo-4- thiazolidinon, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung

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DE19645974C1 DE19645974A DE19645974A DE19645974C1 DE 19645974 C1 DE19645974 C1 DE 19645974C1 DE 19645974 A DE19645974 A DE 19645974A DE 19645974 A DE19645974 A DE 19645974A DE 19645974 C1 DE19645974 C1 DE 19645974C1
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Description

Es wurde nach einer Verbindung gesucht, die an einzelsträngige Nucleinsäure binden kann und sich von einem Naturstoff ableitet, der biochemisch relevant ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Hilfsmittel für den Nachweis, und/oder die Analyse und/oder elektrophoretische Trennung von einzelsträngiger Nucleinsäure bereitzustellen. Darüber hinaus soll die Erfindung als Therapieprinzip von Krankheiten dienen, deren infektiöse Erreger sich im Wirt über Zwischenstufen mit einzelsträngiger Nucleinsäure vermehren. Die Aufgabe wird gelöst durch die Synthese von 3.
Bei der Substanz 3 handelt es sich um ein Derivat des Vitamin B6-Coenzymes Pyridoxal-5'- phosphat 1. Es wird mit dem synthetischen Heterocyclus Rhodanin 2 (2-Thioxo-4-thiazolidinon) in einer Knoevenagel-Kondensation umgesetzt.
Die Verbindung 3 trägt den Namen (Z)-5-[[3-Hydroxy-2-methyl-5-[(phosphonooxy)methyl]-4- pyridinyl]methylen]-2-thioxo-4-thiazolidinon, oder trivial benannt (Z)-5'-O-phosphono­ pyridoxylidenrhodanin. Der Rhodanin-Teil des Moleküls vermittelt die Bindungsfähigkeit an einzelsträngige Nucleinsäure. Die Phosphat-Gruppe sorgt für gute Wasserlöslichkeit der Verbindung 3.
Die Verbindung 3 unterliegt einer (Z/E)-Stereoisomerie zum (E)-Isomeren 4. Die Bindung an die Kernbase Adenin unter Bildung eines Komplexes konnte wahrscheinlich gemacht werden.
Die Analytik der Verbindung 3 umfaßt 1H-NMR-Spektroskopie, 13C-NMR-Spektroskopie, 31P-NMR-Spektroskopie, RP-18 HPLC, Fast Atom Bombardment Massenspektrometrie (FAB MS), IR-Spektroskopie, UV-Spektrophotometrie und Fluoreszenzspektrophotometrie. Es folgen typische analytische Daten der Verbindung 3:
C11 H11 N2 O6 P S2, M = 362.31 g/mol. FAB MS (MH+ berechnet für m/z 362.99): m/z (rel.Int.) 363.0 (12.0%, MH+), 227.4 (18.1%), 270.4 (8.7%), 171.2 (8.3%), 282.4 (7.1%), 267.1 (2.8%), 283.4 (2.1%), 265.1 (1.5%). 1H NMR (TFA-d): δ 2.91 (s, 3 H, 2'-CH3), 5.42 (d,|3J(31P,1H)| = 8.0 Hz, 2 H, 5'-CH2-OPO3H2), 7.76 (s, 1 H, 4'-CH), 8.47 (s, 1 H, 6-CH). 13C NMR, BB-entkoppelt (TFA-d): δ 16.83 (s, 2'-CH3), 65.75 (s, 5'-CH2-OPO3H2), 121.04, 122.13 (2 s, C-4'), 133.34 (s, C-6), 136.85, 136.91 (2 s, RR'C-SR''), 138.54 (s, C-5), 142.05 (s, C-4), 147.64 (s, C-2), 153.03 (s, C-3), 171.93 (s, C = O), 193.39 (S, C = S). 31P NMR (TFA-d): δ - 4.24 (s, R-OPO3H2). UV/VIS (H2O): λmax,1 = 300-304 nm [E (1%/1 cm) = 250-270], λmax,2 = 346-358 nm [E (1%/1 cm) = 380-410], λmax,3 = 446-450 nm [E (1%/1 cm) = 220-240].
Beispiel 1.) Herstellungsverfahren
Man löst 3,83 g 2-Thioxo-4-thiazolidinon (Rhodanin) (M = 133,18 g/mol; n = 28,76 mmol) in 150 ml absolutem Ethanol in einem 50 ml NS29/32 Rundkolben mit Rückflußkühler und gibt 7,63 g Pyridoxal-5'-phosphat-monohydrat (M= 265,16 g/mol; n = 28,78 mmol) hinzu. Das Pyridoxal-5'- phosphat-monohydrat löst sich in der Kälte fast nicht.
Man kocht auf dem Wasserbad mit einem Siedesteinchen am Rückfluß. Das Pyridoxal-5'- phosphat-monohydrat geht nun langsam in Lösung und eine zunächst gelbe, dann orange, dann rote Suspension entsteht. Nach 20 min Sieden gibt man durch den Kühler 150 ml Wasser zu, weil die Suspension aufzustoßen beginnt. Man erwärmt noch 20 min, wobei das rote Reaktionsprodukt ausfällt und zum Aufstoßen führt. Danach kühlt man nicht mehr als 3 Stunden im Gefrierfach bei einer Temperatur von -18°C.
Auf diese Weise erhält man die zunächst orange (Z/E)-Mischform der Verbindung, in der das (Z)-Stereoisomer bei weitem überwiegt. Wenn lange bei Anwesenheit von Wasser gekühlt wird oder das orange (Z/E)-Produkt in Wasser länger aufgekocht wird, geht die orange Mischform ganz in das gelbe (Z)-Stereoisomer über.
Aufarbeitung
Das orange Produkt wird abgesaugt, mit der Mutterlauge überführt und mit 100 ml eiskaltem abs. Ethanol gewaschen. Vakuumtrocknung im Exsikkator über wfr. Calciumchlorid (CaCl2); Ausbeute: 9,5 g (91%, bezogen auf wasserfreie Substanz) orangegelbes, feinkristallines Pulver (Z)-5-[[3-Hydroxy-2-methyl-5-[(phosphonooxy)methyl)-4-pyridinyl]methylen]-2-thioxo-4- thiazolidinon, Gehalt w < 96% (1H-NMR, RP 18 - HPLC, bezogen auf wasserfreie und alkoholfreie Substanz), das Produkt enthält trotz Vakuumtrocknung Ethanol und Wasser.
Beispiel 2.) Nachweisverfahren für einzelsträngige Nucleinsäuren
Die Substanz 3 soll in radioaktiv markierter (32P oder 35S) Form als Sonde für einzelsträngige Nucleinsäure dienen.
Beispiel 3.) Zweidimensionale Nucleinsäure- Elektrophorese
Die Substanz 3 soll in radioaktiv unmarkierter/markierter Form als Hilfsmittel für die elektrophoretische Trennung einzelsträngiger Nucleinsäure dienen.
Beispiel 4.) Photochemische kovalente Fixierung der nichtkovalenten Bindung von 3/4 an einzelsträngige DNA durch Bestrahlung mit UV-Licht
Die nichtkovalent bindende Form 3 oder 4 in bezug auf einzelsträngige DNA kann durch Bestrahlung mit UV-Licht der Wellenlänge 366 nm oder 254 nm photochemisch fixiert werden. Dabei reagiert 3/4 mit einer Thymin-Kernbasen-Methylgruppe photochemisch unter Abspaltung von Schwefelwasserstoff.
Beispiel 5.) Fluoreszenzdetektion von ssDNA
Die Substanz 3 soll aufgrund seiner (Z/E)-Stereoisomerie als Hilfsmittel für die Fluoreszenzdetektion einzelsträngiger DNA dienen. Das (E)-Stereoisomer 4 fluoresziert in DMSO, das (Z)-Stereoisomer in Wasser wesentlich weniger. Angenommen wird, daß die an einzelsträngige DNA bindende Form das (E)-Stereoisomere 4 ist. Dadurch kann bei auftretender Fluoreszenz nach Extraktion mit DMSO einzelsträngige DNA nachgewiesen werden.
Beispiel 6.) Therapeutische Anwendung
Die Substanz 3 soll als therapeutisches Hilfsmittel für die Beeinflussung von Vermehrungsvorgängen von infektiösen Erregern dienen, die im Wirt mit Zwischenstufen einzelsträngiger DNA ablaufen, z. B. Retroviren oder das Hepatitis-B-Virus.
Beispiel 7.) Temperatur/Lösungmittel-Indikator
Die (Z/E)-Stereoisomerie von 3 kann abhängig von der Temperatur (Thermochromie) und abhängig vom Lösungsmittel (Solvatochromie) auftreten. Daher kann 3 als Temperaturindikator und/oder Lösungsmittelindikator dienen.
Beispiel 8.) Digitale Schaltfunktion der (Z/E)- Stereoisomeren 3/4
Die (Z/E)-Stereoisomerie von 3 gegenüber 4 kann abhängig vom Anlegen eines elektrischen Feldes auftreten (Elektrochromie). Daher kann 3 als digitales Schaltelement aufgrund der unterschiedlichen fluoreszenzspektrophotometrischen Eigenschaften von 3 gegenüber 4 z. B. bei der Anregung durch Laserlicht der Wellenlänge 480 nm dienen. Dabei tritt nach Anlegen eines elektrischen Feldes an 3 Umlagerung in 4 und damit Fluoreszenemission bei 575 nm durch Exzitation bei 480 nm auf.
Beispiel 9.) Vitamin B6-Antagonismus
Die Verbindung 3 kann im Stoffwechsel als Antagonist des Coenzymes Pyridoxal-5'-phosphat wirken und deshalb eventuell tumorhemmende Eigenschaften aufweisen.
Beispiel 10.) Proliferationskontrolle
Die Verbindung 3 kann eventuell zur Proliferationskontrolle/Chemotherapie/Zytostasetherapie von malignen Tumoren in lokaler Applikation auf Hauttumore (malignes Melanom) in Verbindung mit UV-Bestrahlung dienen und/oder zur Proliferationskontrolle von anderen Hautkrankheiten mit erhöhter Zellteilungsrate dienen (z. B. Psoriasis). Dabei wird die Bindung an replikationsaktive einzelsträngige DNA-Bereiche durch UV-Bestrahlung photochemisch fixiert und führt zu lokal begrenzter Zytotoxizität.

Claims (3)

1. (Z)-5-[[3-Hydroxy-2-methyl-5-[(phosphonooxy)methyl]-4-pyridinyl]methylen]-2-thioxo-4- thiazolidinon der Formel 3.
2. Verfahren zur Herstellung der Verbindung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Pyridoxal-5'-phosphat mit Rhodanin in einer Knoevenagel-Kondensation umsetzt.
3. Verwendung der Verbindung gemäß Anspruch 1 als Komplexierungsmittel in der Analytik zum Nachweis/therapeutischen Nachweis von einzelsträngiger Nucleinsäure, insbesondere DNA, zur Therapie von Infektionen mit Erregern, die sich im Wirt über einzelsträngige DNA vermehren, sowie als Molekulardigitale Schalter unter Ausnutzung der unterschiedlichen Fluoreszenz­ eigenschaften der geometrischen Isomeren.
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