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5.  Zusammenfassung

Die Racemate basischer N-Methyl-4-piperidyl benzilate sind Gegenstand zahlreicher Untersuchungen, die deren Synthese und Wirkprofil zum Inhalt haben [3, 5]. Wie sich die pharmakologische Gesamtwirkung des Racemates aus den Einzelwirkungen der Enantiomere zusammensetzt, wurde bislang nicht erforscht und wird im Rahmen dieser Arbeit anhand der antimuscarinergen Wirkung erstmals untersucht. Hierzu wurden neue und in der Literatur nicht beschriebene enantiomere N-Methyl-4-piperidyl benzilate (1 bis 18) auf verschiedenartigen Wegen (stereoselektive Synthese, fraktionierte Kristallisation und chromatographische Methoden) in guter enantiomerer Reinheit hergestellt und analytisch charakterisiert. Bis auf wenige Ausnahmen lassen sich die Enantiomere der N-Methyl-4-piperidyl benzilate in sechs Synthesestufen durch stereoselektive Synthese darstellen. Schwierigkeiten treten dann auf, wenn instabile Zwischenprodukte wie substituierte Phenylglyoxylsäuren anfallen und nachfolgende Reaktionen nicht durchführbar sind. Alternativ können die Enantiomere durch fraktionierte Kristallisation mit Weinsäurederivaten gewonnen werden. Von Vorteil erwies sich dabei das Arbeiten mit einer Mischung aus Weinsäurederivaten nach einer modifizierten Methode von Vries, mit der die Anzahl der Kristallisationszyklen bedeutend verringert werden konnte. Die Vorzugskristallisation, deren Grundlage Pasteur 1848 per Zufall bei Experimenten mit Weinsäuresalzen entdeckte, konnte auf die Racematspaltung von 79 übertragen werden. Die Besonderheit hierbei ist, dass sich mit einem enantiomorphen Impfkristall bevorzugt ein Enantiomer auskristallisieren lässt. Führen die bisher genannten Methoden nicht zu enantiomeren Benzilaten, können chromatographische Methoden zur Racemattrennung eingesetzt werden. Für alle Zielstrukturen wurden direkte chromatographische Methoden (chirale stationäre Phase) im analytischen Maßstab gefunden. In einigen Fällen wurden diese Methoden zur Gewinnung der Enantiomere im 10 mg Bereich genutzt. Größere Mengen (100 bis 200 mg) lassen sich besser über die diastereomeren und gut zugänglichen (-)-Menthyl benzilate an achiralen Phasen gewinnen.

Die enzymkatalysierte Umsetzung von chiralen N-Methyl-4-piperidyl benzilaten führte nicht zur erfolgreichen Racemattrennung. Es konnte zwar gezeigt werden, dass Benzilate Substrate für Schweineleberesterase (PLE) darstellen. Jedoch reicht die Enantioselektivität des Enzyms nicht aus, um Enantiomere in der gewünschten optischen Reinheit herzustellen.


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Zusammenfassend lässt sich zu den Darstellungsmöglichkeiten sagen, dass alle untersuchten Methoden, mit Ausnahme der enzymatischen Umsetzung, zu enantiomeren Benzilaten in hoher enantiomerer Reinheit führen. Keine Methode eignet sich generell für alle enantiomeren Zielstrukturen. Vielmehr ergänzen sich die untersuchten und eingesetzten Methoden in ihrer Anwendbarkeit.

Eine wichtige Voraussetzung für die Beurteilung der enantiomeren Reinheit der gewonnenen N-Methyl-4-piperidyl benzilate ist die analytische Charakterisierung der optischen Antipoden. Hierbei kommt den direkten (chirale stationäre Phase) und schnell durchführbaren HPLC-Methoden bei der Identifizierung der Enantiomere die größte Bedeutung zu. Die Bestimmung der optischen Drehwerte (Na-D-Linie) für die Charakterisierung enantiomerer Benzilate kann aufgrund der mitunter kleinen Drehwerte nur eingeschränkt eingesetzt werden. Methoden wie Circulardichroismus und Optische Rotationsdispersion, mit denen die chiroptischen Eigenschaften über einen größeren Wellenlängenbereich verfolgt werden, lassen dagegen eindeutig eine vorhandene optische Aktivität erkennen.

Problematisch gestaltet sich bei allen genannten analytischen Methoden die Bestimmung der absoluten Konfiguration der Benzilsäureester. Eine eindeutige Zuordnung zur R- oder S-Konfiguration kann nur mit einer enantiomeren Referenzsubstanz bekannter absoluter Konfiguration erfolgen. Deshalb ist es besonders bemerkenswert, dass auf Grundlage der 1H-NMR-Spektroskopie eine Methode entwickelt wurde, mit der Aussagen zur absoluten Konfiguration des stereogenen Zentrums von Benzilsäurederivaten in Form diastereomerer (-)-8-Phenylmenthyl benzilate möglich sind. Die absolute Konfiguration des asym-metrischen C-Atoms im Benzilsäuregerüst lässt sich anhand der chemischen Verschiebung der Substituentenprotonen des aromatischen Systems im 1H-NMR-Spektrum bestimmen.

In Radioligand-Bindungsstudien wurde die Affinität acht enantiomerer Zielstrukturen an den muscarinergen Rezeptorsubtypen M1, M2 und M3 untersucht. Bestätigt wurden dabei vermutete enantiomere Aktivitätsunterschiede. Erstmals konnte in den Kompetitions-experimenten nachgewiesen werden, dass die S-konfigurierten Benzilate (Eutomer) im Vergleich zu den R-Enantiomeren (Distomer) generell höhere Affinitäten aufweisen. Alle enantiomeren Verbindungen zeigen eine M1-Präferenz oder -Selektivität. Die M1-Affinität wird durch eine S-Konfiguration des asymmetrischen C-Atoms gefördert, dagegen erhöht die R-Konfiguration die M3-Affinität. Diese neuen Erkenntnisse zur Stereoselektivität [Seite 179↓]chiraler N-Methyl-4-piperidyl benzilate gehen nicht mit den Beobachtungen von Kiesewetter für 3-Chinuclidinyl benzilate einher, wonach R-konfigurierte Benzilsäure die M1-Selektivität fördert, während das S-Enantiomer möglicherweise die M2-Selektivität begünstigt [6]. Zudem weisen R-Chinuclidinyl benzilate neben einer dominierenden M1-Affinität eine höhere M2- als M3-Affinität auf. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass neben der absoluten Konfiguration offenbar die Art des basischen Alkohols im Benzilsäureester die Subtypenselektivität beeinflusst. Die zentrale Frage der Untersuchungen, ob sich durch Variation der absoluten Konfiguration des stereogenen Zentrums das Wirkungsprofil von N-Methyl-4-piperidyl benzilaten modulieren lässt, kann abschließend mit den vorliegenden Resultaten beantwortet werden. So ist das S-Enantiomer der 4-Dimethylaminoverbindung (8) als M1-selektive Verbindung anzusehen und vergleichbar mit dem als Ulkustherapeutikum eingesetzten Pirenzepin. Hingegen ist beim R-Enantiomer der 4-tert-Butyl-Verbindung (1) die M3-Affinität am größten ausgeprägt und stellt einen potenziellen Arzneistoff zur Behandlung der Harninkontinenz dar.

Mit Hilfe von Molecular Modelling ist es gelungen, ein aussagekräftiges Rezeptormodell auf Grundlage der experimentellen Bindungsdaten für basische Benzilsäureester zu entwickeln. Mit dem Rezeptormodell werden die Affinitätsunterschiede enantiomerer Benzilate und deren Subtypenselektivität an den Muscarinrezeptoren umfassend erklärt.

In künftigen Arbeiten sollte auf Grundlage der vorliegenden Rezeptormodelle eine Wirkungsoptimierung enantiomerer N-Methyl-4-piperidyl benzilate durch Variation sterischer Parameter sowie der Arylsubstitution erfolgen. Wird eine M3-Selektivität (Harninkontinenz) angestrebt, sollte dabei von R-konfigurierten Benzilaten ausgegangen werden. Dagegen sind S-konfigurierte Benzilate als Leitstruktur zu bevorzugen, um Verbindungen mit ausgeprägter M1-Selektivität (Ulkustherapeutika) zu erhalten. Die Modifikation des basischen Alkohols im Esterrest als weitere Einflusskomponente auf die Rezeptorsubtypenselektivität sollte dabei berücksichtigt werden. Für einen möglichen therapeutischen Einsatz chiraler N-Methyl-4-piperidyl benzilate als Antiparkinsonika sind die Auswirkungen der räumlichen Struktur von chiralen Benzilaten auf die dopaminerge Wirksamkeit genauer zu betrachten.


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03.02.2005