Tesis para optar al Grado de Doctor en Química / La depresión es una grave patología neuropsiquiátrica caracterizada por síntomas de orden afectivo, cognitivo, motor y somático, la cual es desencadenada por una compleja interconexión de factores genéticos, de desarrollo y medioambientales. Los desórdenes depresivos se encuentran entre las causas más importantes de muerte y discapacidad tanto en los países industrializados como en los países en vías de desarrollo. Se ha propuesto que en los episodios depresivos existe una deficiencia en la neurotransmisión serotoninérgica, sugiriendo de esta forma que la serotonina (5-hidroxitriptamina, 5-HT) sería el principal neurotransmisor involucrado en esta patología. La 5-HT es un neurotransmisor que se encuentra en el sistema nervioso central (SNC) y en el sistema nervioso periférico de muchas especies, y está involucrado en una amplia variedad de procesos fisiológicos y patológicos. A la fecha se ha confirmado la existencia de al menos catorce subtipos de receptores de 5-HT. Dentro de los receptores de 5-HT, el subtipo 5-HT1A (un receptor acoplado a proteína G, GPCR) es el mejor estudiado y caracterizado. Múltiples estudios fisiológicos, clínicos, conductuales y farmacológicos han involucrado a este receptor en una amplia variedad de funciones tales como termorregulación y función neuroendocrina, comportamiento sexual, memoria, función inmune, comportamiento agresivo, depresión y ansiedad entre otras. Sin embargo a causa de la afinidad cruzada de diversos ligandos del receptor 5-HT1A por el receptor 5-HT7, muchas de las funciones atribuidas en primera instancia al receptor 5-HT1A deben ser revisadas. Se cree que la regulación del receptor 5-HT1A es esencial en la respuesta antidepresiva. Estos receptores se encuentran localizados presinápticamente en el núcleo del rafe dorsal, donde actúan como autoreceptores somatodendríticos para inhibir la velocidad de disparo de las neuronas serotoninérgicas, y están localizados postsinápticamente en las regiones corticales y límbicas, donde actúan atenuando la actividad de disparo a través de circuitos de retroalimentación neuronal entre las áreas de proyección del cortéx y amígdala. Los tratamientos farmacológicos para la depresión aumentan la biodisponibilidad de 5-HT a través del bloqueo de su recaptación por los terminales nerviosos en distintas estructuras del SNC. Este aumento en los niveles de 5-HT ocurre rápidamente, sin embargo, el inicio del efecto terapéutico tarda de 2-6 semanas en hacerse efectivo con los fármacos actuales. La investigación actual contra la depresión se centra en el desarrollo de fármacos híbridos que inhiban la recaptación de 5-HT y exhiban un antagonismo sobre los autoreceptores somatodendríticos 5-HT1A con el propósito de acelerar el inicio del efecto terapéutico. Existe una amplia variedad de moléculas que presentan afinidad en los receptores 5-HT1A tales como aminotetralinas, indolilalquilaminas, ergolinas y arilpiperazinas entre otras. Las arilpiperazinas representan la clase de ligandos más grande y exhaustivamente estudiada del receptor 5-HT1A. En este sentido el objetivo principal de este trabajo es aportar al conocimiento en relación con moléculas con potencial acción antidepresiva; mediante estudios de síntesis, afinidad serotoninérgica y modelamiento molecular de una serie de nuevos derivados de 2-oxoalquil(4-arilpiperazinil)]-benzo[b]tiofeno sustituido (I), (II) y (III). El diseño de las moléculas se basó en el acoplamiento de diversas arilpiperazinas sustituidas con estructuras relacionadas a la inhibición de la recaptación de serotonina (γ-ariloxipropilaminas). Se estudió la influencia sobre la afinidad al receptor 5-HT1A, de diversas sustituciones en el anillo aromático unido a piperazina (en términos de tamaño, posición y carácter electrónico) y de sustituyentes dadores de electrones (metoxilo) sobre el anillo de benzo[b]tiofeno. Mediante síntesis asistida por microondas se llevó a cabo la síntesis de 18 compuestos (pertenecientes a las familias (I), (II) y (III)) con buenos rendimientos (38 88%). La afinidad de estos compuestos por los receptores serotoninérgicos afines a 8-hidroxi-2-(N,N-di-n-propilamino)tetralina (8-OH-DPAT) se evaluó in Vitro mediante estudios de competencia frente a [3H]-8-OH-DPAT utilizando membranas de corteza cerebral de rata. Los compuestos 1-(benzotiofen-2-il)-3-(4-(piridin 2-il)piperazin-1-il)propan-1-ona (2.27) y 1-(benzotiofen-2-il)-3-(4-(2-metoxifenil)piperazin-1-il)propan-1-ona (2.25) exhibieron los mejores porcentajes de inhibición de la unión de [3H]-OH-DPAT en los estudios de competencia con un 60 y un 52% respectivamente. El compuesto 2.27 exhibió un IC50 de 2,50 µM y una constante de inhibición (Ki) de 2,30 µM. Adicionalmente se determinó la presencia de 2 sitios de unión para [3H]-8-OH-DPAT en las membranas de corteza cerebral de rata. Los valores obtenidos de Kd y Bmáx fueron 0,47 ± 0,17 nM y 1,11 ± 0,19 fmol/mg proteína; y 55,54 ± 12,40 nM y 31,86 ± 3,49 fmol/mg proteína respectivamente. Estos sitios de unión correlacionan bien con los receptores serotoninérgicos 5-HT1A y 5-HT7. Este hallazgo pone en entredicho anteriores estudios que informaban la existencia de una población homogénea de receptores de 5-HT afines a 8-OH-DPAT en corteza cerebral de rata. Con el fin de racionalizar los resultados de los experimentos de competencia se realizó un estudio del acoplamiento molecular (docking) entre los compuestos evaluados y un modelo por homología de la estructura 3D del receptor 5-HT1A. Las interacciones electrostáticas atractivas observadas (puentes de hidrógeno entre el N-1 y el N-4 protonados del compuesto con el D116 y N185 del receptor respectivamente) para el complejo ligando-receptor del compuesto 2.27 explicarían en parte la afinidad observada para este compuesto. Por otra parte, la presencia de un sustituyente en posición 4 del anillo aromático unido a piperazina se mostró perjudicial para la unión de los compuestos al receptor (2.8, 2.12, 2.15 y 2.26), especialmente en el caso de un sustituyente nitro (2.9y 2.26) debido probablemente a su mayor volumen y carácter electronegativo. Este hecho fue confirmado por la presencia de interacciones repulsivas en el complejo ligando-receptor entre el sustituyente y los residuos L179 y N185 del sitio de unión. Los valores de energías de docking observados para los distintos complejos ligandoreceptor correlacionan de forma directa con la afinidad exhibida por los compuestos en los estudios de competencia. Estos resultados podrían ser extrapolables al receptor 5-HT7, dada la alta conservación de los residuos presentes en el sitio de unión de ambos receptores. Los estudios efectuados en esta tesis muestran que el compuesto 2.27 perteneciente a la familia (III), constituye un punto de partida para nuevas modificaciones estructurales en busca de mejorar la afinidad en el receptor 5-HT1A.

Memoria para optar al título de Químico Farmacéutico / Estudios de funcionalización del 1H-indol, condujeron a la familia de N-{4-[4-(1H-Indol-3-carbonil)-1-piperazinil]-fenil}-arilamidas 6(a-h) (Familia I) como potenciales ligandos provistos de acción serotoninérgica en el sistema nervioso central. La obtención de esta familia tomó lugar en una secuencia de 5 pasos, obteniéndose con rendimiento de un 66- 77% en la última etapa. La secuencia sintética utilizada se basó en la reacción inicial de Vilsmeier-Haack para obtener el 3-formil-1H-indol (2), en un 97%, posterior oxidación a su derivado carboxílico (3) (70%) y tratamiento con N,N´-Diciclohexilcarbodimida y 4-nitro-fenilpiperazina, generó la 4-nitrofenilpiperazinilamida (4) con un 63%. La reducción de (4) generó la amina correspondiente (5) en un 50%, que fue reaccionada con una serie de haluros de aroílo para dar la familia 6(a-h). Como un aporte exploratorio se sintetizaron 3 nuevos hetero-bis-índoles reducidos 11(a-c) vía aminación reductiva del derivado amina (5) y formil indol (2). Se realizaron estudios de modelación molecular del receptor (5HT1A), acompañados de estudios de docking en los compuestos 6(a-d) obteniéndose los puntajes de docking favorables de interacción ligando-receptor. Asimismo, se complementó este estudio con el análisis de docking de 8 nuevas agrupaciones indólicas estructuralmente relacionadas a las anteriores, (derivados reducidos) exhibiendo una afinidad teórica mejorada / Functionalyzation studies on 1H-indol, led us to obtain a family of N-{4-[4-(1H-Indole-3-carbonyl)-1-piperazinyl]-phenyl}-arylamides 6(a-h) with potential serotonergic ligands in the central nervous system. The synthetic route was achieved in a five step sequence with a last-step yield between (66-77%). The synthetic sequence was initially based on Vilsmeier-Haack reaction to afford the 3-formyl-1H-indole (2), in a 97% (yield), subsequent oxidation provided the carboxylic acid derivative (3) in 70% yield, which was reacted with N,N´-Diciclohexylcarbodiimide and 4-nitrophenylpiperazine giving the amide (4) (63% yield). Further reduction of (4) provided the corresponding amine (5) (50% yield) which was reacted with a series of aroylhalydes to give compounds 6(a-h). As an exploratory study 3 new reduced hetero-bis-indoles 11(a-c) were synthesized, through reductive amination between amine (5) and aldehyde(2). A molecular modeling study was also carried out on the 5-HT1A receptor along with docking studies for compounds 6(a-d), displaying a more favorable docking score. Likewise new docking analysis were carried out by using 8 new theoretical compounds bearing an indolic frameworks structurally related to family (I); these compounds showed improved affinities compared to family (I). / Fondecyt

Memoria para optar al título de Químico / Las arilpiperazinas constituyen una familia de compuestos de interés en el ámbito neurofarmacológico principalmente por sus acciones ansiolíticas y antidepresivas, a través de interacciones con el receptor serotoninérgico 5-HT1A. El presente trabajo de tesis informa de la síntesis de una serie de compuestos benzotiofenarilpiperazínicos 10 (a-f) adecuadamente funcionalizados. El acceso sintético a esta serie tiene lugar a través de una secuencia de 6 pasos a partir de 3,6-dimetoxi-2-nitrobenzaldehído con tioglicolato de metilo en medio básico. Como primer producto se obtuvo el 4,7-dimetoxi-benzotiofen ester 4 en buen rendimiento, el cual fue hidrolizado a su correspondiente ácido 4,7-dimetoxi-benzotiofen-2-carboxílico 5 con un 90% de rendimiento. La posterior derivatización de 5 en su haluro de acilo 6 ocurrió con un 90%, este fue reaccionado con 4-nitro-fenilpiperazina 7 generando la benzotiofen amida 8 con un 85% de rendimiento. La nitroamida fue reducida a su correspondiente aminofenipiperazino derivado 9 con un 90% de rendimiento intermediario clave en la obtención de nuestra familia 10(a-f). Este intermediario fue finalmente reaccionado con una serie de haluros de acilo comerciales (3) y preparados en laboratorio (3) en medio anhidro, generándose las 6 benzotiofen diamidas 10(a-f) en un rendimiento de 87-30% / The arylpiperazines constitute a family of compounds of interest in the neuropharmacologist area principally for the anxiolytic and antidepressing action, across interactions with the serotoninergic receptors 5-HT1A. The present thesis decribes the synthesis of a series of benzothiophene arylpiperazines 10(a-f) properly functionalized. The synthetic strategy took place through a six steps sequence starting by the condensation between 3,6-dimethoxy-2-nitro-benzaldehyde and methylthioglycolate in basic medium to provide benzothiophene ester 4 in good yield,. The 4,7-dimethoxy-benzothiophen ester 4 was hydrolyzed to the corresponding 4,7-dimethoxy-benzothiophen carboxylic acid 5 in 90% yield. The acid 5 was subsequently treated with thionyl chloride to afford the acyl halide 6 (90% yield), which reacted with the 4-nitroarylpiperazine 7 providing the benzothiophenamide 8 in a 85% yield. This nitroamide was reduced to the corresponding aminophenylpiperazine derivative 9 in a 90% yield, representing a key intermediate in the synthetic route to the 10 (a-f) preparation. The amine 9 was finally reacted with a series of acyl halides either commercially availables or prepared in our laboratory to afford the 6 benzothiophene amides 10(a-f) in a 87-30% yield

Memoria para optar al título de Químico Farmacéutico / Estudios de funcionalización del 1H-indol-2-acido carboxílico, condujeron a la síntesis de una familia de compuestos N-{4-[4-(1H-Indol-2-carbonil)-1-piperazinil]-fenil}- arilamidas 4(a-h) con potencial actividad serotoninérgica en el sistema nervioso central. La obtención de este grupo de compuestos cursó en una secuencia de 3 pasos, obteniéndose con rendimiento global moderado. La secuencia sintética utilizada se inició mediante la reacción del 1H-indol-2-acido carboxílico con N,N´-Diciclohexilcarbodiimida y 4-nitro-fenilpiperazina, generando la 4- nitrofenilpiperazinilamida (2) en un 78% de rendimiento. La reducción de (2) generó la amina correspondiente (3) en un 50%, que fue sometida a reacción con una serie de haluros de acilo para dar finalmente la familia 4(a-h) con rendimientos entre un 65 a 75%. Se realizaron estudios de docking de los compuestos 4(a-h) en el receptor 5-HT1A obteniéndose puntajes de docking favorables de interacción entre los ligandos sintetizados y el receptor. / Functionalyzation studies on 1H-indol-2-carboxylic acid, led us to the synthesis of a series of N-{4-[4-(1H-indole-2-carbonyl)-1-piperazinyl]-phenyl}-arylamides 4(a-h), with potential serotonergic activity at the 5-HT1A R. The synthetic sequence took place in a three steps sequence and started by reaction between 1H-indol-2-carboxylic acid and N,N´-Diciclohexylcarbodiimide with 4- nitrophenylpiperazine, to give the amide (2) (78% yield). Further reduction of (4) provided the corresponding amine (5) in a 50% yield, which was finally reacted with a series of acil halide to give compounds 4(a-h) with yields between 65 to 75%. Docking studies were carried out for compounds 4(a-h) on the 5-HT1A R displaying favorable docking scores of interaction between receptor and ligand synthesized / FONDECYT

Memoria para optar al título de Químico Farmacéutico / La depresión es un trastorno del estado anímico, que se manifiesta con pérdida de interés o del placer por vivir, sentimientos de culpa o baja autoestima, alteraciones del sueño, del apetito y baja capacidad de concentración atribuidas fundamentalmente a una disminución en la neurotransmisión monoaminérgica. La presente tesis informa los ensayos obtenidos por un estudio teórico de docking, síntesis y evaluación farmacológica de dos nuevas familias las 1-Benzo[b]tiofen-2-il-3-[4- (benzo[b]tiofen-2-carbonil)-piperazin-1-il]-1-propanonas 1(a, b) y la familia 2 (a-c) correspondiente a una serie de tres (4-{3-[4-(Benzo [b] tiofén-2-carbonil)-piperazin-1-il]- propil}-piperazin-1-il)-benzo [b] tiofén-2-il-metanonas diseñadas como potenciales agentes serotoninérgicos. Las estrategias sintéticas utilizadas para la formación de la familia 1(a, b) involucran la reacción de adición de Michael de la Benzo[b]tiofén-carbonil-piperazina 20 sobre las Benzo[b]tiofén-2-il-propenonas 10 y 15 realizada con microondas obteniéndose con rendimientos de 64-75 % respectivamente. La obtención de la familia 2 (a-c) se llevó a cabo por reacción de las Benzo[b]tiofén-carbonil-piperazinas 20 y 25 con 1-Bromo-3-cloropropano generándose los correspondientes dímeros 2 (a-c), con rendimientos de 77%, 78% y 90% respectivamente. Los estudios teóricos de docking fueron realizados con los programas de modelamiento molecular Spartan 2 y para simulación de afinidad receptorial 5-HT1A se utilizó el programa Autodock 4, entregando una buena afinidad al receptor mencionado. Los ensayos farmacológicos comprendieron estudios de competencia de los compuestos sintetizados frente al ligando tritiado 8-Hidroxi-dipropilamino tetralina (8-OHDPAT), ligando de reconocida afinidad por el receptor estudiado Los compuestos sintetizados exhibieron un incremento de la unión del ligando marcado 8-OH-DPAT lo cual puede ser producido por una probable interacción cooperativa de tipo positiva / Depression is a common mental disorder consisting in depressed mood, with lack of interest and pleasure for living, with guiltiness feelings, sleeping, appetite disorders, and low capacity to keep concentrated in an activity, mainly attributed to a diminished monoaminergic neurotransmission. In this thesis, a theoretical, synthetic and pharmacological study of new series of 1- Benzo[b]thiophen-2-yl-3-[4-(benzo[b]thiophen-2-carbonyl)- piperazin-1-yl]-1-propanones (Family 1), and (4-{3-[4-(Benzo [b] thiophen-2-carbonyl)-piperazin-1-yl]-propyl}-piperazin- 1-yl)-benzo [b] thiophen-2-yl-methanones (Family 2) as potencial serotonergic agents is described. The synthetic strategy for the preparation of family 1(a, b) involved Michael addition reactions between Benzo[b]thiophen-carbonyl-piperazines 20 and Benzo[b]thiophen-2-yl-propenones 10, 15, supported by microwave irradiation under free solvent conditions, yielding 64%-75% respectively. The preparation of family 2(a-c) was carried out by reaction between the Benzo[b]thiophen-carbonyl-piperazines 20 and 25 with 1-Bromo-3-cloropropane to afford the corresponding dimers 2 (a-c) in 77%, 78% y 90% yield respectively. Molecular modelling and docking studies of the proposed molecules and the 5- HT1A receptor were carried out by using Spartan 2 and AUTODOCK 4.0. Pharmacologic assays encompassed binding affinities of the ligands with 5-HT1A receptor using 8-OH-DPAT as standard radioligand. The ligands showed an increased affinity of the 8-OH-DPAT for the receptor, these results may be considered as a positive cooperation phenomena, which may arise by an allosteric modulation. Further studies will be carried out in advance

Magíster en Ciencias Químicas

Memoria para optar al título de Químico Farmacéutico / Las arilpiperazinas representan uno de los grupos de ligandos más estudiados frente al receptor 5HT1A. Estas estructuras destacan principalmente por poseer una actividad antidepresiva y ansiolítica. Asimismo el receptor 5-HT1A ha sido ampliamente estudiado, estando ya comprobada su vinculación a trastornos mentales como la depresión. Esta tesis presenta la síntesis y modelación teórica de una nueva familia de diez arilpiperazinilpropilindoles 12 (a-j) con diversos sustituyentes en la porción arílica. La síntesis de la serie se lleva a cabo en una secuencia de 3 pasos. El primer producto, 3-indolil-propanol 10a fue obtenido en un 74% de rendimiento utilizando la síntesis de Fischer para indoles. Se empleó como producto de partida clorhidrato de fenilhidracina. Posterior reacción con Cloruro de 4-Toluen Sulfonilo a temperatura ambiente, se generó el 3-(3-Indolil)propil-4-metilbencensulfonato 11a con un 64% de rendimiento. Finalmente el tosil derivado 11a se hizo reaccionar con diferentes arilpiperazinas comerciales (probablemente a través de una sustitución nucleofílica SN2) para dar origen a la serie arilpiperazinilpropilindoles 12 (a-j) con rendimientos entre 55% y 96%. La familia de arilpiperazinilpropilindoles 12 (a-j) fue sujeto de un estudio teórico de acoplamiento molecular (docking) utilizando un modelo por homología de la estructura 3D del receptor 5-HT1A. La serie se ubicó en la porción extracelular del receptor, en la cavidad formada entre las transmembranas (TM) TM2, TM3, TM5, TM6 y TM7. Los compuestos presentaron interacciones de tipo puente de hidrógeno, hidrofóbicas y electroestáticas con los aminoácidos Ser199, Asp91, Tyr390, Cys187 y Phe362 / The arylpiperazines embody one of the most studied groups of 5-HT1A ligands receptor. These structures stand out mainly for having antidepressive and anxiolytic activities. The 5-HT1A receptors have been also widely studied, and are currently well documented on mental disorders such as depression. This thesis reports the synthesis and theoretical study of a new family of arylpiperazinilpropylindoles 12 (a-j) bearing different substitutions at the arylpiperazine moiety. The synthesis of the series was carried out in a three steps sequence. The first product the 3-indolyl-propanol 10a was obtained in a 74% yield by using the Fischer reaction for indoles, in which the starting product was phenylhydrazine hydrochloride. Subsequent reaction with 4-toluenesulfonyl chloride at room temperature provided the 3-(3-Indolyl)-propyl-4-methylbencensulfonate 11a in 64% yield. Finally, this tosyl derivative 11a was reacted with different commercial arylpiperazines (probably through a nucleophilic substitution SN2), to afford the arylpiperazinilpropylindoles series 12 (a-j) with results that ranged from 55% to 96% yields. The arylpiperazinilpropylindoles 12(a-j) family was subjected to a docking study with the 5-HT1A receptor. The ligands were located in the extracellular portion of the receptor, in the cavity between the transmembranes TM2, TM3, TM5, TM6 and TM7, displaying several hydrogen bonds, hydrophobic and electrostatic interactions between the ligand and the a group of aminoacid residues in the neighborhood of the described binding site, namely: Ser199, Asp116, Tyr390, Cys187 and Phe362

Tesis presentada a la Universidad de Chile para optar al grado de Doctor en Química / La presente tesis es un aporte al conocimiento en el área de la Química medicinal mediante el diseño y síntesis de nuevos derivados indólicos que actúen como ligandos multifuncionales con potencial acción antidepresiva. Los estudios de afinidad se efectuaron sobre h-TSER (proteína transportadora de serotonina humana), D2s (receptor de dopamina D2 corto humano) e inhibición sobre la enzima MAO-A (monoamino oxidasa de rata). Estructuralmente las nuevas familias corresponden a indolil propilpiperazinas conectadas a: anillos benzoxazínicos (F1), derivados morfolinoetilbenzamidas fluorados (F2) y anillos aminopiridínicos (F3). Los estudios de afinidad efectuados por desplazamiento de radioligandos en las 3 familias, mostraron que 14 compuestos que exhibieron valores de Ki en el rango nanomolar (3.0-16nM) en la proteína TSER. En los estudios de afinidad por desplazamiento de radioligando para el receptor D2s, 11 compuestos exhibieron afinidades entre 330-910 nM. Finalmente, en los ensayos en MAO–A, 7 compuestos mostraron porcentajes de inhibición sobre el 50%. Solo una (familia III) exhibió un perfil de acción con acción multimodal dual Los compuestos F3F (Ki TSER = 3,13 nM; e inhibición MAO-A = 50%), F3G (Ki TSER = 13,10 nM; e inhibición MAO-A = 75%) y F3L (Ki TSER = 9,64 nM; e inhibición MAO-A = 67%). Todos los ensayos farmacológicos fueron complementados contrastados y discutidos con estudios de acoplamiento molecular inducido (docking) / The main goal of the present thesis is to contribute to the knowledge of the medicinal chemistry through the design and synthesis of novel indol derivatives functioning as multitargets agents with potential antidepressive action. Binding affinities studies were carried out in h-SERT (human serotonine transporter proteine), hD2s (human short-dopamine receptor) and rat MAO-A enzyme inhibition. Indolylpropyl piperazine moieties were connected to the following scaffolds: functionalized benzoxazine rings (F1), morpholinoethylfluorinated benzamide derivatives (F2) and functionalized aminopyridines (F3). Radioligand binding assays on SERT carried out for compounds belonging to the three families showed that 14 compounds displayed Ki values in the nanomolar range (3.0-16nM) six of them belonging to the first family. The D2s receptor study gave 11 compounds displaying affinities between 330-910 nM, the MAO-A assays revealed that 7 compounds showed enzyme inhibition values over 50%. Only Family III displayed a dual mode of biological activity. Compounds F3F (Ki SERT = 3.13 nM, MAO-A inhibition = 50%), F3G (Ki SERT = 13.10 nM, MAO-A inhibition = 75%) and F3L (Ki SERT = 9.64 nM, MAO-A inhibition = 67%). The pharmacological results were supported and discussed using induced molecular coupling studies (docking)

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