METODOLOGÍA SINTÉTICA APLICADA A LA SÍNTESIS DE FÁRMACOS · Fármacos antimicóticos 69 7....

METODOLOGÍA SINTÉTICA

APLICADA A LA SÍNTESIS DE

FÁRMACOS

MIGUEL CARDA

Tema 5 Enfermedades infecciosas: síntesis de

antibióticos y antifúngicos

Miguel Carda

Tema 5. Enfermedades infecciosas: síntesis de antibióticos y antifúngicos

5.1. Antibióticos 1

5.2. Bacterias 1

5.2.1. Bacteras Gram-positivas y Gram-negativas 2

5.3. Mecanismos de acción de los antibióticos 5

5.3.1. Acción sobre la pared celular: inhibición de la síntesis del

peptidoglicano 6

5.3.1.a Penicilinas 8

5.3.1.b. Cefalosporinas 12

5.3.1.c. Bacitracina (neomicina) 15

5.3.1.d. Vancomicina 16

5.3.2. Inhibidores de la síntesis de ácidos nucleicos 17

5.3.2.a. Metronidazol: inhibidor de la síntesis de ADN 17

5.3.2.b. Quinolonas y fluoroquinolonas: inhibición de la girasa 18

5.3.2.c. Rifampicina: inhibición de ARN polimerasa 22

5.3.3. Inhibición de la síntesis proteica de la bacteria 23

5.3.3.a. Inhibidores 50S 24

5.3.3.a.1. Eritromicina 24

5.3.3.a.2. Cloranfenicol 25

5.3.3.a.3. Lincomicina y clindamicina 26

5.3.3.a.4. Oxazolidinonas 27

5.3.3.b. Inhibidores 30S 29

5.3.3.b.1. Tetraciclinas 29

5.3.3.b.2. Estreptomicina 30

5.3.3.b.3. Espectinomicina 31

5.3.3.b.4. Kanamicina 31

5.3.4. Interacción con la membrana citoplasmática bacteriana: polimixinas 32

5.3.5. Sulfamidas: antimetabolitos bacteriostáticos 33

5.4. Mecanismos de resistencia a los antibióticos 36

5.4.1. Infecciones graves provocadas por bacterias 37

5.5. Síntesis de quinolonas 39

5.5.1. Síntesis de ofloxacina 39

5.5.1.a. Análisis retrosintético 39

5.5.1.b. Síntesis 40

5.5.1.c. Cuestiones 41

5.5.2. Síntesis de levofloxacina 41

5.5.2.b. Síntesis de levofloxacina 41

5.5.2.b1. Síntesis de levofloxacina mediante separación de

diastereoisómeros 41

5.5.2.b2. Síntesis de levofloxacina mediante el empleo del pool quiral 42

5.5.2.c2. Cuestiones 42

5.5.2.b3. Síntesis alternativa de levofloxacina mediante el empleo

del pool quiral 43

5.5.2.c3. Cuestiones 43

5.5.3. Síntesis de mesilato de pazufloxazina 43

5.5.3.b. Síntesis de mesilato de pazufloxacina 44


5.5.4. Síntesis de moxifloxacina 46



5.5.4.b.1. Síntesis de la octahidro-pirrolopirrolidina 5.35 47

5.5.4.b.2. Síntesis de la dihidroquinolona 5.36 48

5.5.4.b.3. Pasos finales 48

5.5.4.b.4. Pasos finales: alternativa sintética 48


5.5.5. Síntesis de gemifloxacina 49



5.5.5.b.1. Síntesis de la pirrolidina 5.50 50

5.5.5.b.2. Síntesis de la quinolinona 5.49 y pasos finales 51

5.5.6. Síntesis de prulifloxacina 52

5.5.6.a. Análisis retrosintético 52 5.5.6.b. Síntesis 53 5.5.6.c. Cuestiones 54

5.6. Síntesis de oxazolidinonas 54 5.6.1. Sïntesis de linezolida 54

5.6.1.a. Análisis retrosintético 55 5.6.1.b. Síntesis 56


5.6.2.b. Síntesis alternativa de linezolida 57


5.7. Síntesis de cloranfenicol 59

5.7.a.1. Análisis retrosintético 59

5.7.b.1. Síntesis 59

5.7.c.1. Cuestiones 61

5.7.a.2. Análisis retrosintético alternativo 62

5.7.b.2. Síntesis 62

5.7.c.2. Cuestiones 63

5.7.d. Reacción de epoxidación asimétrica de Sharpless 63

5.7.e. Resolución cinética enantioselectiva de Sharpless 65

6. Antifúngicos 68

6.1. Infecciones fúngicas 68

6.2. Micosis superficiales 68

6.3. Micosis profundas o sistémicas 69

6.4. Fármacos antimicóticos 69

7. Síntesis de antifúngicos 74

7.1. Síntesis de miconazol y econazol 74

7.1.a. Análisis retrosintético 74

7.1.b. Síntesis 75

7.2. Síntesis de ketoconazol 76


7.2.b. Síntesis 77

7.2.c. Cuestiones 78

7.3. Síntesis de fluconazol 79


7.3.b. Síntesis 80


7.4. Síntesis de itraconazol 81


7.4.b. Síntesis 83


7.5. Síntesis de terbinafina 85


7.5.b. Síntesis 86


Tema 5. Enfermedades infecciosas 1

5.1. Antibióticos

En términos biológicos un antibiótico es una sustancia química producida por un ser vivo que, a bajas concentraciones, mata o impide el crecimiento de ciertas clases de microorganismos sensibles, generalmente bacterias. Ejemplos de antibióticos naturales son los propóleos, sustancias secretadas por las abejas, con las cuales éstas recubren las paredes de sus colmenas a fin de protegerlas de bacterias y hongos.

El término antibiótico abarca en la actualidad a cualquier compuesto, ya sea de origen natural o sintético, capaz de matar a las bacterias (antibiótico bactericida) o detener su crecimiento (antibiótico bacteriostático).

El arranque de la historia moderna de los antibióticos se sitúa en 1897, cuando Ernest Duchesne descubrió en Francia las propiedades antibióticas de la especie Penicillium, aunque su trabajo pasó casi inadvertido entre la comunidad científica. En 1909 Paul Ehrlich desarrolló en Alemania el antibiótico de corto espectro Salvarsan, que se empleó en el tratamiento de la sífilis.

El momento crucial en el descubrimiento de antibióticos corrió a cargo del médico británico Alexander Fleming cuando, el 22 de septiembre de 1928, al inspeccionar sus cultivos descubrió que un hongo había colonizado espontáneamente una de las placas de Petri sembradas con Staphylococcus aureus. Fleming observó que las colonias bacterianas que se encontraban alrededor del hongo, identificado posteriormente como Penicillium notatum, eran transparentes debido a una lisis bacteriana. Aunque no pudo purificar el material obtenido, denominado posteriormente penicilina, publicó su descubrimiento en 1929 en la revista British Journal of Experimental Pathology.

Más de 10 años después, Ernst Chain y Howard Walter Florey produjeron una forma purificada de la penicilina y la utilizaron en seres humanos. Por sus trabajos sobre la penicilina A. Fleming, E. Chain y H. Florey fueron galardonados con el premio Nobel de Medicina en el año 1945.

5.2. Bacterias

Las bacterias son microorganismos unicelulares que presentan un tamaño de algunos micrómetros de largo (entre 0,5 y 5 μm, por lo general) y diversas formas, incluyendo esferas, barras y hélices. Las bacterias son procariotas y, por lo tanto, a diferencia de las células eucariotas (las constituyentes de los animales y las plantas) carecen de un núcleo delimitado por una membrana, aunque presentan un nucleoide, una estructura elemental que contiene una gran molécula circular de ADN.

El citoplasma de las bacterias carece de orgánulos delimitados por membranas y en él se pueden encontrar:

a) Ribosomas: utilizados en la síntesis de proteínas.

b) Plásmidos: pequeñas moléculas circulares de ADN que coexisten con el nucleoide.

c) Vacuolas: gránulos que contienen sustancias de reserva.

En la figura 5.1 se describe esquemáticamente la estructura de una bacteria Gram-negativa de tipo bacilo. La membrana citoplasmática está compuesta de lípidos y rodea el citoplasma. Rodeando a la membrana plasmática se encuentra la pared celular, que en este

Síntesis de antibióticos 2

caso está compuesta por peptidoglicano, denominado también mureína. La pared celular está rodeada por la segunda membrana lipídica, denominada membrana externa.

El espacio comprendido entre la membrana citoplasmática y la pared celular, se denomina espacio periplásmico.

Figura 5.1. Representación esquemática de una bacteria de tipo bacilo Gram-negativa

La membrana citoplasmática de las bacterias es similar a la de las plantas y los animales, y está formada por una bicapa lipídica, compuesta fundamentalmente de fosfolípidos en la que se insertan moléculas de proteínas. La membrana citoplasmática de las bacterias realiza numerosas funciones entre las que se incluyen las de barrera osmótica, transporte, biosíntesis, transducción de energía, centro de replicación de ADN y punto de anclaje para los flagelos.

Las bacterias disponen de una pared celular que rodea a su membrana citoplasmática. Las paredes celulares bacterianas están hechas de peptidoglicano, sustancia compuesta por cadenas de polisacárido enlazadas por péptidos que contienen aminoácidos de la serie D. Estos aminoácidos no se encuentran en las proteínas, por lo que protegen a la pared bacteriana de la mayoría de las peptidasas.

5.2.1. Bacteras Gram-positivas y Gram-negativas

Las bacterias se clasifican en Gram-positivas y Gram-negativas en función de la reacción de la pared celular a la tinción de Gram, un tipo de tinción diferencial empleado en microbiología para la visualización de bacterias. El método debe su nombre al bacteriólogo danés Christian Gram, que desarrolló la técnica en 1884. Así, las bacterias Gram-positivas son la que se visualizan de color morado en la tinción, mientras que las bacterias Gram-negativas se visualizan de color rosa, rojo o grosella.

En la parte izquierda de la figura 5.2 se indica la imagen vista al microscopio de bacterias Clostridium perfringens del tipo Gram-positivas, mientras que en la imagen de la


parte derecha de la figura 5.2 se visualizan las bacterias Escherichia coli (Gram negativas) tras ser teñidas con la tinción de Gram.

Figura 5.2. Visión al microscopio de bacterias Gram-positivas y Gram-negativas

después de la tinción de Gram

Las bacterias Gram-positivas contienen una membrana citoplasmática rodeada de una gruesa pared celular compuesta de numerosas capas de peptidoglicano (véase la parte superior de la figura 5.3).

Por el contrario, las bacterias Gram-negativas presentan una membrana citoplasmática rodeada de una fina pared celular de peptidoglicano rodeada por una segunda membrana lipídica (la membrana externa) que contiene lipopolisacáridos y lipoproteínas (véase la parte inferior de la figura 5.3).

Figura 5.3. Representación de las paredes celulares de bacterias

En la figura 5.4 se comparan con más detalle las estructuras de las paredes y membranas celulares de las bacterias Gram-positivas y Gram-negativas. En esta figura se puede apreciar la presencia de ácido teicoico y lipoteicoico en la capa de peptidoglicano de las bacterias Gram-positivas. Este tipo de compuestos no aparece en las paredes celulares de las bacterias Gram-negativas.


Figura 5.4. Comparación de las paredes bacterianas

Los ácidos teicoicos son glicopolímeros aniónicos que se encuentran unidos covalentemente a la pared de peptidoglicano mediante un enlace fosfodiéster con el grupo hidroxilo C6 del ácido N-acetilmurámico del peptidoglicano. Las estructuras más comunes de los ácidos teicóicos están compuestas de un disacárido ManNAc(β1→4)GlcNAc que se une por el hidroxilo C4 del residuo de ManNAc a fosfato de glicerol, que a su vez se une a una cadena mucho más larga que consta de repeticiones de fosfato de glicerol o ribitol (véase la figura 5.5).1

Figura 5.5. Representación estructural de una pared de ácido teicoico

Los ácidos teicoicos están cargados negativamente y por lo tanto contribuyen a la carga negativa de la pared celular de las bacterias Gram-positivas.

Otros componentes característicos de las paredes de las bacterias Gram-positivas son los ácidos lipoteicoicos cuyas estructuras se indican en la figura 5.6. Los ácidos lipoteicoicos atraviesan totalmente la capa de peptidoglicano y se anclan a ésta mediante interacciones hidrofóbicas, al contrario que los acidos teicoicos que se unen covalentemente al peptidoglicano.

1 F. Neuhaus, J. Baddiley. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2003, 67, 686.


HO OP

O OP

O

OX

O

O OH

O

O

nX=D-alanina

OO

HOH

HO

HOO

O

OHO

H

HO

HO

O

O

O

C15H31

O

C15H31

Figura 5.6. Representación estructural de un ácido lipoteicoico

En la figura 5.7 se representa un fragmento de la pared celular de una bacteria Gram-positiva, en la que se puede observar la inserción de los ácidos teicoicos en la red de peptidoglicano y la penetración de los ácidos lipoteicoicos a lo largo de la malla de peptidoglicano y su anclaje en la membrana plasmática.

Figura 5.7

Las diferencias en la estructura de la pared celular dan lugar a diferencias en la susceptibilidad antibiótica. Por ejemplo, la vancomicina puede matar solamente a bacterias Gram-positivas y es ineficaz contra patógenos Gram-negativos, tales como Haemophilus influenzae o Pseudomonas aeruginosa.

5.3. Mecanismos de acción de los antibióticos

Los mecanismos de acción de los fármacos antibióticos son muy variados e incluyen la:

1) Inhibición de la síntesis del peptidoglicano constituyente de la pared celular de las bacterias.

2) Inhibición de la síntesis de ácidos nucleicos bacterianos mediante bloqueo del modo de acción de girasas y polimerasas.

3) Inhibición de la síntesis de proteínas bacterianas mediante interacción con el ribosoma bacteriano.

4) Interacción con la membrana citoplasmática bacteriana.

5) Inhibición de la síntesis del ácido fólico.

Algunos de estos mecanismos de la acción antibacteriana se representan gráficamente en

la figura 5.8.


Figura 5.8. Modos de acción antibacteriana

5.3.1. Acción sobre la pared celular: inhibición de la síntesis del peptidoglicano

Muchos antibióticos actúan sobre el peptidoglicano, el principal componente de la pared celular, ya sea inhibiendo su formación o su organización. La deficiente formación de la pared celular provoca la debilitación de ésta, lo que conlleva su ruptura con la consiguiente muerte de la bacteria.

El peptidoglicano, o mureína, es un copolímero formado por una secuencia alternante de N-acetil-glucosamina y de ácido N-acetilmurámico, que se unen mediante enlaces β-1,4.

Enlazado al ácido N-acetilmurámico se encuentra una cadena peptídica de entre tres y cinco aminoácidos de longitud (véase la figura 5.9).

En bacterias Gram-positivas la pared celular es relativamente gruesa (entre 15-80 nanometros) y está formada por una serie de capas de peptidoglicano. El grupo ácido del ácido N-acetilmurámico se encuentra conectado con una cadena peptídica que contiene L-alanina, D-glutamato, L-lisina (usualmente) y D-alanina.

En bacterias Gram-negativas la pared de peptidoglicano está compuesta de una sola capa de unos 10 nanometros de grosor. El grupo ácido del ácido N-acetilmurámico se encuentra conectado con una cadena peptídica que contiene L-alanina, D-glutamato, ácido meso-diaminopimélico (nunca contiene lisina) y D-alanina (véase la figura 5.9).


Figura 5.9. Estructura del peptidoglicano de una bacteria Gram-negativa

Las cadenas peptídicas esterificadas con el ácido N-acetilmurámico se entrecruzan formando una malla tridimensional mediante unión covalente del residuo de D-alanina de una cadena con el residuo de ácido meso-diaminopimélico de otra (véase la figura 5.10).

Figura 5.10. Entrecruzamiento de las cadenas de peptidoglicano

En la figura 5.11 se indican más representaciones de la malla de peptidoglicano.


N-acetilglucosamina (NAG)

Ácido N-acetilmurámico (NAM)

Cadena lateral de aminoácido

Puente de aminoácido

Enlace peptídico

Estructura del peptidoglicano en una bacteria Gram-positiva

Cadena lateral tetrapeptídica

Puente peptídico

Entramado decarbohidrato

Puentepeptídico

Figura 5.11. Representaciones de la malla de peptidoglicano

5.3.1.a Penicilinas

Las penicilinas pertenecen a la familia de antibióticos β-lactámicos. Estos compuestos ejercen su acción antibiótica interfiriendo la construcción de la pared celular de la bacteria.

Figura 5.12. Estructura de la penicilina G

Las penicilinas inhiben la síntesis de la pared celular al interrumpir la reacción de transpeptidación necesaria para la biosíntesis del peptidoglicano. Las penicilinas inactivan las denominadas proteínas fijadoras de penicilina (PBPs del inglés Penicillin Binding Proteins), situadas en la superficie interna de la membrana bacteriana.

Las PBPs son enzimas con acción transpeptidasa, carboxipeptidasa y endopeptidasa y están implicadas en los estadios terminales de la síntesis de la pared bacteriana y de su organización durante el crecimiento y división.

La inactivación de las PBPs se produce por ataque nucleofílico de un resto de serina de la transpeptidasa sobre el grupo carbonilo del anillo β-lactámico. Esta reacción inhibe la


acción de la transpeptidasa mediante la unión covalente de la penicilina en el centro activo de la enzima (figura 5.13).

Figura 5.13. Interacción covalente de las penicilinas con las transpeptidasas

En la figura 5.14 se indican los pasos de inactivación de la PBP por la penicilina. En el paso 1 la PBP se aproxima a la capa de peptidoglicano en crecimiento. En el paso 2 la enzima se une a la cadena peptídica y provoca el entrecruzamiento. En el paso 3 se observa cómo la PBP de disocia de la pared de peptidoglicano una vez ha generado el entrecruzamiento.

Figura 5.14


En el paso 4 se indica la entrada de la penicilina en el centro activo del PBP. En el paso 5 el anillo β-lactámico de la penicilina, representado como la parte superior de la letra P, se une covalentemente al centro activo de la PBP bloqueando la acción enzimática.

En la figura 5.15 se puede apreciar la unión de una penicilina a una transpeptidasa bacteriana.

Figura 5.15. Penicilina (en blanco) unida a una transpeptidada bacteriana

El aumento de la presión intracelular, como consecuencia de una inadecuada formación de la pared celular, provoca la muerte de la bacteria (figura 5.16).

Figura 5.16. Representación de la destrucción de una bacteria mediante lisis de la pared celular

Algunas especies de hongos del género Penicillium sintetizan de forma natural penicilinas, como la penicilina G (véase la figura 5.12).

La aparición de resistencias ha obligado al desarrollo de otros derivados de las penicilinas naturales. Las penicilinas biosintéticas se obtienen mediante la fermentación en un medio de cultivo de composición controlada inoculado con una cepa productora del


hongo Penicillium. En el medio de cultivo se añade un exceso de un precursor de la cadena lateral y el microorganismo la introduce en el ácido 6-aminopenicilánico, el núcleo central de todas las penicilinas (figura 5.17).

Figura 5.17. Ácido 6-aminopenicilánico

Las penicilinas semisintéticas se obtienen mediante modificación química de derivados de la penicilina G. Así, la cadena lateral de la penicilina G se elimina mediante reacción con la enzima penicilina acilasa. Esta reacción enzimática proporciona el ácido 6-aminopenicilánico, que se modifica químicamente para dar lugar a un antibiótico con características mejoradas. Las penicilinas semisintéticas presentan, entre otras propiedades, mayor estabilidad al pH ácido, y mayor resistencia a betalactamasas. Entre este tipo de penicilinas está la penicilina V (véase la figura 5.18), que se puede administrar por vía oral, porque, al contrario que la penicilina G que debe administrarse de forma parenteral, resiste la hidrólisis ácida del estómago.

En la figura 5.18 se indican las estructuras de algunas penicilinas semisintéticas.2

Figura 5.18

2 Para la primera síntesis total de penicilinas véase: Sheehan, J. C.; Henery-Logan, K. R. J. Am. Chem. Soc. 1959, 81, 3089-3094.


Figura 5.18 (cont.)

5.3.1.b. Cefalosporinas

Las cefalosporinas son una clase de antibióticos betalactámicos con una estructura química bastante similar a la de las penicilinas. El núcleo central de las cefalosporinas es el ácido 7-aminocefalosporánico (figura 5.19). Las cefalosporinas inhiben la transpeptidación por unión a las proteinas PBPs implicadas en la última fase de la formación de la pared celular.

Figura 5.19. Ácido 7-aminocefalosporánico

La primera cefalosporina fue aislada en 1948 por el científico italiano Giuseppe Brotzu de cepas del hongo Cephalosporium acremonium que crecía en una alcantarilla de la isla de Cerdeña. G. Brotzu advirtió que las cepas del hongo producían una sustancia eficaz contra la salmonela (Salmonella typhi) causante de la fiebre tifoidea. Además, el filtrado sin procesar del hongo curaba infecciones por estafilococo. Del líquido de cultivo del hongo se obtuvieron tres antibióticos diferentes, denominados P, que eran eficaces contra bacterias Gram-positivas y contra bacterias Gram-negativas.

La cefalosporina C fue aislada en la Escuela de Patología Sir William Dunn de la Universidad de Oxford. Una molécula más eficaz derivada de la cefalosporina C fue comercializada por la compañía Eli Lilly en la década de los sesenta del siglo pasado.3

3 La primera síntesis total de la cefalosporina C fue conseguida por R. B. Woodward y col. Véase, R. B. Woodward, Nobel Lecture 1965.


Las cefalosporinas se agrupan en generaciones según sus características antimicrobianas. Las primeras cefalosporinas se han clasificado en el grupo denominado de primera generación (figura 5.20).

Figura 5.20. Cefalosporinas de 1ª generación

Las cefalosporinas de espectro extendido se han clasificado como cefalosporinas de segunda generación. Cada nueva generación de cefalosporinas tiene más potencia frente a bacterias Gram-negativas.

En las figura 5.21, 5.22 y 5.23 se indican las estructuras químicas de cefalosporinas de 2ª, 3ª y 4ª generación, respectivamente.



O

HN

N

S

COOH

O

NO

N

S

HOOC

H2N Cefixima

O

HN

N

S

COOH

O OAc

NMeO

N

SH2N Cefotaxima

O

HN

N

S

COOH

O S

NMeO

N

SH2N

NNH

N O

O

Ceftriaxona

O

HN

N

S

COO

O N

NO

N

SH2N

HOOC

Ceftazidina




5.3.1.c. Bacitracina (neomicina)

La bacitracina (neomicina) es un antibiótico de naturaleza peptídica producido por cepas de la variedad Tracy de la bacteria Bacillus subtilis. Fue aislada en 1943 de tejido dañado y polvo callejero desbridado de una fractura abierta de tibia que presentaba la niña Margaret Tracy como consecuencia de una accidente de tráfico. En la herida se halló una cepa de Staphylococcus aureus. Poco tiempo después, en un segundo cultivo había desaparecido el estafilococo pero en su lugar se halló una bacteria previamente desconocida, denomina Bacillus subtilis variedad Tracy, que producía un poderoso antibiótico.

La bacitracina se prescribe contra bacterias Gram-positivas, especialmente en heridas y mucosas, porque inhibe la formación de la pared celular de estos microorganismos.

Figura 5.24. Estructura de la bacitracina

La bacitracina actúa sobre el fosfato de bactoprenol, el compuesto encargado de transportar los monómeros de NAM-difosfato de uridina (UDP) y el NAG-difosfato de uridina a lo largo de la membrana bacteriana. La estructura del bactoprenol se indica en la figura 5.25.

Figura 5.25. Estructura del bactoprenol

La bacitracina se une al fosfato de bactoprenol e impide la desfosforilación de éste cuando regresa a la membrana citoplasmática (figura 5.26). Así, las moléculas de bactoprenol que no han perdido el segundo grupo fosfato no pueden unir nuevos monómeros y no pueden insertarlos en el peptidoglicano. Como consecuencia, la pared bacteriana en formación es débil y la bacteria muere por lisis osmótica.4

4 http://faculty.ccbcmd.edu/courses/bio141/lecguide/unit2/control/bacitracin_res_fl.html.


Citoplasma

MembranacitoplasmáticaBacitracina

Bactoprenol

Periplasma

Figura 5.26. Modo de acción de la bacitracina

5.3.1.d. Vancomicina

La vancomicina es un glicopéptido biosintetizado por Nocardia orientalis (véase la estructura en la figura 5.27).

Figura 5.27. Estructura de la vancomicina

La vancomicina es muy efectiva contra bacterias como el S. aureus, S. pyogenes, S. viridans, S. pneumoniae, Cl. difficile y en general contra bacterias Gram-positivas, no así contra bacterias Gram-negativas, dado que el gran volumen de la molécula le impide travesar la primera de las membranas de este tipo de bacterias.


La vancomicina ejerce su acción antibiótica impidiendo la síntesis de la pared celular bacteriana mediante inhibición de la acción de las transpeptidasas. Así, durante el crecimiento de la pared bacteriana, las enzimas denominadas autolisinas se encargan de introducir en el peptidoglicano los bloques de construcción NAG-NAM-péptido. Estos bloques se unen a la parte final de la pared bacteriana en formación mediante la intervención de transglicosidasas. Finalmente, las transpeptidasas unen el péptido de un monómero NAG-NAM-péptido con el de otro monómero para dotar de fortaleza a la pared bacteriana mediante la formación de entrecruzamientos.

La vancomicina se une a los péptidos de los monómeros de peptidoglicano bloqueando la formación de entrecruzamientos en el peptidoglicano, lo que conduce a la formación de una pared bacteriana débil que provoca la muerte de la bacteria por lisis osmótica (figura 5.28).

Citoplasma

Membranacitoplasmática

Transpeptidasa Periplasma

Bloqueo delentrecruzamiento

Figura 5.28. Modo de acción de la vancomicina

5.3.2. Inhibidores de la síntesis de ácidos nucleicos

5.3.2.a. Metronidazol: inhibidor de la síntesis de ADN

El metronidazol es un antiparasitario del grupo de los nitroimidazoles que se emplea en el tratamiento de las infecciones provocadas por protozoarios y bacterias anaeróbicas. El metronidazol se prescribe también para el tratamiento de enfermedades dermatológicas como el acné rosácea.

El metronidazol es un profármaco. Las enzimas redox piruvato-ferredoxina oxidorreductasa de los organismos anaeróbicos reducen el grupo nitro del metronidazol y los metabolitos resultantes son los responsables de desestabilizar la estructura del ADN bacteriano, inhibiendo así la síntesis de ácidos nucleicos. El metronidazol es muy eficiente


contra bacterias anaeróbicas y protozoos, debido a la facilidad que exhiben estos microorganismos en la conversión intracelular del metronidazol en su forma activa.

Figura 5.29. Estructura del metronidazol

5.3.2.b. Quinolonas y fluoroquinolonas: inhibición de la girasa

Las quinolonas y las fluoroquinolonas actúan sobre la replicación del ADN bacteriano bloqueando o inhibiendo las enzimas topoisomerasa II (girasa) y topoisomerasa IV. Las topoisomerasas son las enzimas que actúan sobre la topología del ADN, ya sea enrollándolo, para permitir que se almacene de manera más compacta, o desenrollándolo en el proceso de replicación o lectura del mismo. La ADN girasa reduce la tensión molecular producida por el enrollamiento del ADN y lleva a cabo cortes de doble cadena que después son unidos por las ligasas.

Figura 5.30. Estructura general de quinolonas

La ADN-topoisomerasa II (ADN-girasa) es la diana de las quinolonas en el caso de bacterias Gram-negativas, mientras que la ADN-topoisomerasa IV, que fue descubierta tiempo después de que fuera descubierta la ADN-girasa, es el objetivo de las quinolonas en el caso de bacterias Gram-positivas (véase la figura 5.31).

Figura 5.31.Modo de acción de fluoroquinolonas


También se han descubierto especies bacterianas en las cuales el mecanismo de acción de las quinolonas involucra la inhibición de ambos enzimas.

El primer fármaco antibacteriano de tipo quinolona fue el ácido nalidíxico (figura 5.32), que se introdujo en el mercado en el año 1962 para el tratamiento de las infecciones urinarias.5 Después de este fármaco se comercializaron otras quinolonas, como la cinoxacina o el ácido pipemídico (figura 5.32).

Figura 5.32

En los años 1980 se introdujeron las fluoroquinolonas, antibacterianos con mejores actividades y propiedades farmacocinéticas que las quinolonas, ya que presentaban mayores tiempos de vida media y mejores eficacias orales. De entre esta segunda generación de antibacterianos quinolónicos cabe destacar la norfloxacina, la perfloxacina y la ciprofloxacina (figura 5.33).

Figura 5.33

El rápido desarrollo de resistencia a los antibióticos está obligando a investigar nuevas estructuras quinolónicas. En la figura 5.34 se representan las estructuras de algunas fluoroquinolonas de tercera generación que están siendo estudiadas desde el punto de vista clínico.

Figura 5.34 5 Para una síntesis del ácido nalidíxico véase: Lesher, G. Y.; Froelich, E. J.; Gruett, M. D.; Bailey, J. H.; Brundage, R. P. J. Med. Chem. 1962, 5, 1063-1065.


Desde el punto de vista químico el mecanismo de acción de las fluoroquinolonas involucra la interacción de las funciones carbonilo, carboxilo y flúor con residuos de ácido aspártico, serina y lisina de las girasas y topoisomerasas y con los residuos de purina, guanina y magnesio(II) presentes en el ADN. Estas interacciones crean un "cerrojo" para las topoisomerasas, las cuales no pueden efectuar el movimiento (impulsado por ATP) de apertura de las hebras de ADN, bloqueándose de esta forma los procesos biológicos necesarios para la vida de la bacteria.

A continuación se describirán con un poco más de detalle las relaciones entre la estructura y la actividad de las quinolonas.

a) Efecto quelante

La presencia de un grupo carboxilo en la posición C3, contigua al carbonilo cetónico, permite a las quinolonas la formación de quelatos metálicos (figura 5.35).

Figura 5.35. Efecto quelante de las quinolonas

Los quelatos metálicos de las quinolonas con los iones de metales de valencia superior como aluminio (III), magnesio (II), calcio (II), hierro (II y III) y cobre (II) conlleva la formación de complejos metálicos insolubles en agua que pueden interferir con los niveles óptimos de concentración en sangre del antibiótico. Esto supone un inconveniente desde el punto de vista de formulación de la droga y desde el punto de vista de la interacción con alimentos (especialmente derivados lácteos), interacción con otros medicamentos (como los antiácidos a base de aluminio y magnesio) e interacción con suplementos alimenticios que contengan sales de hierro como fuente de hierro adicional.

El problema de la quelación se puede evitar administrando conjuntamente un medio ácido, para prevenir así la formación del carboxilato al favorecer la forma de ácido carboxílico. Si tal co-administración no es posible, entonces el paciente no debe comer nada 1 hora antes o 1 hora después de la administración de la quinolona.

b) Carácter ácido-base

Aunque la primera generación de quinolonas contenía un elevado número de moléculas enteramente ácidas y de carácter hidrofóbico, la mayor parte de las quinolonas usadas en la actualidad poseen un carácter anfótero, mostrando una marcada hidrofilicidad. Las nuevas quinolonas poseen mínima solubilidad en disoluciones con pH cercanos o parecidos a los pH neutros existentes en los tejidos celulares. El carácter anfótero se ilustra en la figura 5.36 para la estructura de la levofloxacina.


N

O

COO

N

F

N O

Levofloxacina

N

O

COO

N

F

N ON

O

COOH

N

F

N O

BaseÁcido

H H

Figura 5.36. Carácter anfótero de las quinolonas

En medio alcalino la quinolona tiene carga negativa, lo que favorece su solubilidad en agua. A medida que el pH baja hacia valores más ácidos se alcanza el punto isoeléctrico de la molécula. La forma zwitteriónica, que se alcanza a valores de pH casi neutros, es la forma que más se logra absorber a los pH neutros requeridos para la absorción del medicamento.

En la tabla 5.1 se resumen las relaciones entre la estructura y la actividad antibiótica de las quinolonas.

Tabla 5.1

Posición Efecto

1 Controla la potencia antibiótica: el grupo ciclopropilo es óptimo

2 El átomo ideal para esta posición es el átomo de hidrógeno

3-4 El grupo carboxilo en C-3 y el grupo carbonilo en C-4 son ideales para la unión de la quinolona a la girasa

5 Controla la potencia antibiótica es este orden NH2>OH>CH3>H

6 Controla la potencia antibiótica: lo ideal es el átomo de F

7 El grupo piperidinilo aumenta la potencia contra Gram(-)

El grupo aminopirrolidinilo aumenta la potencia contra Gram(+)

8 La sustitución en esta posición influencia la actividad anaeróbica

En la figura 5.37 se indica de forma esquemática la relación entre la estructura y la actividad antibacterinana de las quinolonas.


Figura 5.37

5.3.2.c. Rifampicina: inhibición de ARN polimerasa

La ARN polimerasa es una enzima cuyas cadenas polipeptídicas se unen a un factor que confiere especificidad para el reconocimiento de los sitios promotores requeridos para iniciar la transcripción del ADN.

La rifampicina es una antibiótico bactericida del grupo de las rifamicinas. Es un componente semisintético derivado de Amycolatopsis rifamycinica, previamente conocido como Amycolatopsis mediterranei y Streptomyces mediterranei.

La rifampicina está normalmente indicada en el tratamiento de las infecciones por Mycobacterium, incluyendo la tuberculosis y la lepra. En combinación con el ácido fucsídico se emplea en el tratamiento de Staphylococcus aureus resitente a meticilina (MRSA). Se usa en la profilaxis de Neisseria meningitidis (meningitis) y en el tratamiento de las infecciones por Listeria, Neisseria gonorrhoeae, Haemophilus influenzae y Legionella pneumophila. Junto con la doxiciclina, la rifampicina es la terapia de elección para el tratamiento de la brucelosis.

Figura 5.38. Estructura de la rifampicina

Después de empezada la transcripción de ADN, el ARN transcrito sale a través del canal que forma la ARN polimerasa. La rifampicina se une firmemente al canal de salida de la ARN polimerasa y bloquea la salida del ARN transcrito provocando la detención de la transcripción cuando la cadena de ARN tiene, como mucho, dos o tres nucleótidos de longitud.


En la figura 5.39 se describe la molécula de ARN polimerasa unida a la rifampicina. El recuadro muestra con más detalle la unión de la rifampicina a la enzima.

Figura 5.39. Rifampicina unida a ARN polimerasa

5.3.3. Inhibición de la síntesis proteica de la bacteria

La síntesis proteica es uno de los procesos más frecuentemente afectados por la acción de los antimicrobianos, y su inhibición selectiva es posible gracias a las diferencias estructurales entre los ribosomas bacterianos y los eucariotas.

Los ribosomas son corpúsculos celulares que utilizan las instrucciones genéticas contenidas en el ácido ribonucleico (ARN) para enlazar secuencias específicas de aminoácidos y formar así proteínas. Los ribosomas se encuentran en todas las células y también dentro de dos estructuras celulares llamadas mitocondrias y cloroplastos. Casi todos los ribosomas flotan libremente en el citoplasma (el contenido celular situado fuera del núcleo), aunque muchos están enlazados a redes de túbulos envueltos en membranas que constituyen el llamado retículo endoplasmático.

Los ribosomas bacterianos están formados por dos subunidades (30S y 50S) que contienen ARN ribosómico (ARNr 16S en la subunidad 30S, y ARNr 5S y ARNr 23S en la subunidad 50S) y diversas proteínas llamadas S (small o pequeña, en la subunidad 30S) o L (large o grande, en la subunidad 50S).

Figura 5.40. Subunidades ribosómicas 30S y 50S

El ARNm dispone de un codón específico para la fijación del ARNt que porta el aminoácido formilmetionina. Ambos se unen en la subunidad 30S, y posteriormente a la


subunidad 50S, y constituyen el complejo de iniciación de la síntesis de proteínas. En este complejo hay dos sitios activos, el locus A (aminoacil), en el que se fijan los aminoacil-ARNt, y el locus P (peptidil), donde se engarza la cadena polipeptídica en formación y donde se ubicará el formilmetionil-ARNt que inicia la cadena peptídica, y el sitio E donde se coloca el ARNt antes de salir del ribosoma (figura 5.40).

5.3.3.a. Inhibidores 50S

5.3.3.a.1. Eritromicina

El antibótico macrólido eritromicina fue descubierto en 1952 como producto del metabolismo de una cepa de Streptomyces erythreus (designación cambiada luego a Saccharopolyspora erythraea), obtenido originalmente de una muestra de tierra recolectada en el archipiélago de las Filipinas. El antibiótico fue comercializado en 1952 bajo el nombre de Ilosone®, por el nombre de la región de Iloilo, en las Filipinas, de donde provenía el microorganismo del que fue aislado.

La eritromicina se ha usado para el tratamiento de infecciones del tracto respiratorio superior, la piel y tejidos blandos causadas por organismos susceptibles, principalmente bacterias Gram-positivas, y especialmente en pacientes alérgicos a las penicilinas. La eritromicina es el medicamento de elección para el tratamiento de infecciones por Mycoplasma pneumoniae, Legionella pneumophila, difteria, coqueluche, conjuntivitis o neumonía por Chlamydia trachomatis y angiomatosis bacilar y también es una alternativa segura a las tetraciclinas en el tratamiento de infección pélvica por clamidia durante el embarazo.

Figura 5.41. Estructura de la eritromicina

La eritromicina entra en el citoplasma bacteriano e inhibe la síntesis proteica al unirse reversiblemente a la subunidad 50S del ribosoma bacteriano impidiendo la translocación de péptidos desde el sitio receptor en el ribosoma hasta el sitio donador. La eritromicina solo es activa contra los microorganismos que están dividiéndose activamente.

En la figura 5.42 se representa una visión desde arriba de la subunidad 50S del ribosoma de la bacteria Deinococcus radiodurans, mostrando la eritromicina (en rojo) unida a la entrada del túnel ribosómico (en azul ARNr 23S, en dorado ARNr 5S).


Figura 5.42. Unión de la eritromicina (en rojo) a la subunidad 50S del ribosoma

de la bacteria Deinococcus radiodurans

5.3.3.a.2. Cloranfenicol

El cloranfenicol se aisló en 1947 de una cepa de Streptomyces venezuelae, aunque en la actualidad se obtiene por síntesis química.

N CHCl2

OH

HO

H

OO2N

Figura 5.43. Estructura del cloranfenicol

El cloranfenicol penetra por difusión en el citoplasma de la bacteria y se fija a la subunidad 50S del ribosoma. La unión al ribosoma se realiza de tal forma que impide la fijación del aminoacil ARNt, al inhibir de forma reversible la peptidil transferasa, por lo que impide la elongación de la cadena peptídica en crecimiento (figura 5.44). La consecuencia para la bacteria es la inhibición de su multiplicación, por lo que el efecto es bacteriostático en bacterias susceptibles. Sin embargo, en Haemophilus injluenzae, Streptococcus pneumoniae y Neisseria meningitidis el efecto del cloranfenicol puede ser bactericida si alcanzan en el protoplasma concentraciones elevadas.


Figura 5.44. Modo de acción del cloranfenicol

El cloranfenicol podría inhibir también la síntesis proteica en células eucariotas, lo que explicaría en gran medida algunos aspectos de su toxicidad. De hecho, los graves efectos secundarios del cloranfenicol, como el daño a la médula ósea (incluyendo anemia aplásica) limitan su uso en infecciones muy graves, como la meningitis, el tifus y la fiebre tifoidea

La resistencia al cloranfenicol se debe al gen cat. Este gen codifica una enzima llamada "cloranfenicol acetiltransferasa" que desactiva el cloranfenicol enlazando uno o dos grupos acetilo derivados de la acetil-S-coenzima A a los grupos hidroxilo del cloranfenicol. Esta acetilación impide la unión del cloranfenicol al ribosoma bacteriano.

5.3.3.a.3. Lincomicina y clindamicina

La lincomicina es un antibiótico natural que se obtiene de la bacteria Streptomyces lincolnensis. La lincomicina es, generalmente, activa frente a bacterias Gram-positivas como Streptococcus pyogenes, estreptococos del grupo vitridans, Corynebacterium diphtheriae y frente a bacterias Gram-positivas anaerobias como Propionibacterium acnes, Clostridium tetan y Clostridium perfringens

La lincomicina no es activa frente a la mayoría de las cepas de Enterococcus faecalis, ni frente a la Neisseria gonorrhoeae, Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae ni frente a microorganismos Gram-negativos.

Figura 5.45. Estructuras de la lincomicina y clindamicina


La clindamicina es un antibiótico semisintético obtenido por sustitución del hidroxilo en la posición 7(R) de la lincomicina por un cloro. La clindamicina se emplea en el tratamiento de infecciones provocadas por bacterias Gram-positivas aeróbicas e infecciones como septicemias y peritonitis provocadas por bacterias Gram-negativas anaeróbicas, entre las que se incluyen las de los géneros Bacteroides y Fusobacterium.

La lincomicina y la clindamicina son inhibidores de la síntesis de las proteínas bacterianas al antagonizar la peptidiltransferasa, enzima que añade un resto peptídico unido al ARNt al siguiente aminoácido. También se cree que estos dos antibióticos inhiben la translocación de los ribosomas y evitan la disociación del peptidil-ARNt del ribosoma bacteriano, al unirse reversiblemente al punto P de la subunidad 50S del ribosoma. Por este motivo, estos compuestos son fundamentalmente bacteriostáticos, si bien puede ser bactericidas cuando se encuentran en concentraciones elevadas.

5.3.3.a.4. Oxazolidinonas

Las oxazolidinonas representan una de las últimas familias de antimicrobianos incorporadas a la práctica clínica. Así, las oxazolidinonas inhiben la síntesis proteica e impiden la formación del complejo de iniciación 70S, formado por formilmetionil-ARNt, ARNm, diversas proteínas y las subunidades ribosómicos 30S y 50S.

La primera oxazolidinona empleada como agente antibiótico fue la cicloserina (4-amino-1,2-oxazolidin-3-ona), una droga de segunda línea empleada contra la tuberculosis desde 1956.

Figura 5.46. Estructura de la cicloserina

La linezolida es una oxazolidinona bacteriostática frente a bacterias Gram-positivas, incluidas cepas multirresistentes de S. aureus y Enterococcus spp., pero carece de actividad frente a la práctica totalidad de las bacterias Gram-negativas. Fue el primer antibiótico comercializado del grupo de las oxazolidinonas y suele reservarse para el tratamiento de infecciones bacterianas graves donde fracasan otros antibióticos por haber generado resistencia. La linezolida está indicada en infecciones de la piel y tejidos blandos, neumonía nosocomial e infecciones por Enterococcus faecium resistente a vancomicina, siempre que se evidencie o se sospeche resistencia a meticilina.

La linezolida se comercializa en España con el nombre de Zyvoxid®, en forma de comprimidos, polvo para suspensión oral o solución para perfusión intravenosa.

Figura 5.47. Estructura de la linezolida


La linezolida se fija a la subunidad ribosómica 50S, en el centro peptidiltransferasa dentro del ARN ribosómico 23S (dominio V), distorsionando así el punto de unión del formilmetionil-ARNt e impidiendo la formación del complejo de iniciación.

Ribosoma bacteriano

Antibiótico

ARNt

Aminoácido enlazado a ARNt

ARNm

La linezolida se fija ala unidad 50S ribosómica

impidiendo la formación delcomplejo de iniciación

Figura 5.48

En la figura 5.49 se describe la interacción de la linezolida con el centro activo del ribosoma bacteriano. Los nucleótidos que interaccionan con el fármaco se muestran en gris y los átomos de carbono de la linezolida se muestran en color salmón, los de oxígeno en color rojo, los de nitrógeno en color azul oscuro y el de flúor en color azul claro.

Figura 5.49. Interacción de la linezolida con el centro activo del ribosoma bacteriano

En la figura 5.50 se muestra la posición de la linezolida en el ribosoma bacteriano en relación con el sustrato del ARNt enlazado al locus P (color marrón claro) y al locus A (color azul claro).


Figura 5.50. Colocación de la linezolida en el ribosoma bacteriano

En el año 2002, la compañía AstraZeneca introdujo la posizolida (AZD2563, figura 5.51) que presenta excelente actividad contra todas las bacterias Gram-positivas, sin importar su resistencia a otras clases de antibióticos.

Figura 5.51. Estructura de la posizolida

5.3.3.b. Inhibidores 30S

5.3.3.b.1. Tetraciclinas

Las tetraciclinas constituyen un grupo de antibióticos, unos naturales y otros obtenidos por semisíntesis, que abarcan un amplio espectro de actividad antimicrobiana. Químicamente son derivados de la tetracenocarboxamida, núcleo tetracíclico, de donde deriva el nombre del grupo.

Las tetraciclinas naturales se extraen de las bacterias del género Streptomyces. De Streptomyces aurofaciens se extraen la clortetraciclina y la demetilclortetraciclina. La oxitetraciclina se extrae de S. rimosus. La tetraciclina, representante genérico del grupo (véase la figura 5.52), se extrae del S. viridifaciens, aunque también se puede obtener de forma semisintética. Una característica común a las tetraciclinas es su carácter anfotérico, lo que les permite formar sales tanto con ácidos como con bases, utilizándose usualmente los clorhidratos solubles.

Figura 5.52. Estructura de la tetraciclina


Las tetraciciclinas se emplean en el tratamiento de infecciones de la piel, como acné y rosácea, en infecciones urogenitales, como gonococia y sífilis, en infecciones gastrointestinales, como disentería, cólera, amebiasis, úlcera gástrica, infecciones periodontales, en infecciones respiratorias, como faringoamigdalitis, bronquitis y algunas formas de neumonía atípica. También se emplean en otras infecciones, como la fiebre recurrente, fiebre Q, tifus exantemático, tifus endémico, actinomicosis y brucelosis.

Las tetraciclinas bloquean la traslación bacteriana mediante unión reversible a la subunidad ribosómica 30S. Esta unión distorsiona los anticodones del ARNt que no pueden alinearse correctamente con los codones del ARNm (figura 5.53).

Figura 5.53. Modo de acción de las tetraciclinas

Las tetraciclinas también inhiben a las metaloproteasas de matriz (MMPs) enzimas involucrados en la angiogénesis de tumores. Aunque todavía no se conocen muy bien los mecanismos por los cuales las tetraciclinas actúan en la angiogénesis sus efectos están demostrados, por lo que se podrían utilizar como sustancias en el tratamiento del cáncer.

5.3.3.b.2. Estreptomicina

La estreptomicina, antibiótico de la familia de los aminoglucósidos, fue aislada por primera vez en 1943 de la actinobacteria Streptomyces griseus.

Figura 5.54. Estructura de la estreptomicina


La estreptomicina está indicada en el tratamiento de diversas formas de tuberculosis producidas por la bacteria Mycobacterium tuberculosis. Por lo general, esta sustancia se administra con otros antituberculosos. La estreptomicina también se emplea en el tratamiento profiláctico de la endocarditis bacteriana, de la brucelosis y en el granuloma inguinal causado por Donovania granulomatis.

Los antibióticos aminoglucósidos, como la estreptomicina, se unen a la subunidad 30S del ribosoma bacteriano. Esta unión interfiere en la elongación de la cadena peptídica y provoca lecturas incorrectas del código genético. El resultado es la inhibición de la síntesis proteica y/o la formación de proteínas anómalas. Algunas de éstas son proteínas de membrana no funcionales, que forman canales que permiten el ingreso de más moléculas del fármaco antibiótico en la bacteria, provocando finalmente la muerte celular (figura 5.55).

Figura 5.55. Modo de acción de los antibióticos aminoglucósidos

5.3.3.b.3. Espectinomicina

La espectinomicina es un antibiótico bacteriostático que fue descubierto en 1962 de una cepa de Streptomyces spectabilis.

O

O

O

OH

H

HN

HO

N

HOH

O

H3C

H

H3C H

Espectinomicina Figura 5.56. Estructura de la espectinomicina

Su actividad principal es frente a bacterias Gram-negativas, estando indicado de forma casi exclusiva en uretritis gonocócicas como alternativa a los antibióticos de primera elección como los betalactámicos y las quinolonas.

5.3.3.b.4. Kanamicina

La kanamicina se aísla de la actinobacteria Streptomyces kanamyceticus. Este antibiótico, que se enmarca dentro del grupo de los aminoglucósidos, presenta un amplio espectro bactericida ya que es activo sobre bacterias Gram-positivas, Gram-negativas y Mycobacterium, por lo que se indica en una amplia gama de infecciones.


Figura 5.57. Estructura de la kanamicina

La kanamicina se prescribe para el tratamiento de infecciones provocadas Staphylococcus aureus, Proteus, Escherichia coli, Shigella, Mycobacterium tuberculosis, etc. Se muestra eficaz en el tratamiento de mastitis, septicemias, nefritis, neumonías, enteritis, actinobacilosis, tuberculosis especialmente causada por especies resistentes a la eritromicina, etc. La kanamicina es más efectiva en el tratamiento de las infecciones urinarias cuando el pH de la orina es alcalino. La kanamicina también se administra, generalmente en combinación con neomicina oral, para la preparación preoperatoria del colon.

5.3.4. Interacción con la membrana citoplasmática bacteriana: polimixinas

Las polimixinas son decapéptidos catiónicos, ramificados y cíclicos. Las polimixinas A, B, C, D y E se aislaron en 1947 a partir de diferentes cepas de Bacillus polymyxa, aunque la mayoría de ellas (A, C y D) eran demasiado tóxicas para su uso terapéutico utilizándose, al principio, sólo la polimixina B.

En 1959 se comercializó la polimixina E (colistina®, figura 5.58) para el tratamiento de las infecciones bacterianas.

HN

O HN

O

NH

O

NH

ONH

ONHO

HN

CH2

CH2

H2N

NH2

H2N

O

HN

OH

O

H2N

NH

OHHN

O

H2N

NO

Figura 5.58. Estructura de la colistina® (polimixina E)

La colistina en una polimixina producida por ciertas cepas de la bacteria Bacillus polymyxa var. colistinus. La colistina es eficaz frente a muchos bacterias Gram-negativas, como Escherichia coli, Enterobacter, Klebsiella spp. y también contra Pseudomonas


aeruginosa. Normalmente las especies de Proteus y Serratia marcescens son resistentes, mientras que la sensibilidad de Bacteroides fragilis es variable.

Las polimixinas destruyen las membranas celulares de las bacterias al reaccionar con los fosfolípidos de éstas e incrementar su permeabilidad. Las resistencias son más bien raras, pero pueden aparecer cuando el antibiótico, debido a cambios en la membrana externa, no llega a la membrana citoplasmática.

5.3.5. Sulfamidas: antimetabolitos bacteriostáticos

Un antimetabolito es una sustancia que bloquea el metabolismo impidiendo que tengan lugar ciertas reacciones químicas intracelulares. En las células, los antimetabolitos son tomados por los metabolitos a los cuales se parecen, por lo que son procesados en las células de una manera similar a la de los compuestos normales. Sin embargo, su incorporación en determinadas biomoléculas impide a las células realizar sus funciones vitales, por lo que éstas son incapaces de crecer y sobrevivir.

Las sulfonamidas son antimetabolitos bacteriostáticos inhibidores de la síntesis del ácido fólico. Estos compuestos fueron los primeros fármacos eficaces en el tratamiento sistémico de las infecciones bacterianas, siendo el primero de todos ellos el protonsil cuya estructura se indica en la figura 5.59. En realidad el prontosil no es una sulfamida sino un colorante azoico, que fue sintetizado en los laboratorios de la empresa Bayer a inicios de los años 1930.

En 1932 el pátologo alemán Gerhard Domagk demostró que el prontosil protegía el organismo de los ratones de laboratorio contra el ataque de estreptococos de la especie Streptoccocus pyogenes. El doctor Domagk usó el prontosil en su propia hija, quien estaba a punto de sufrir la amputación de un brazo por una infección. Más tarde se vio que también actuaba contra las bacterias causantes de la escarlatina, la meningitis y ciertas enfermedades venéreas. En 1939 G. Domagk fue galardonado con el premio Nobel de Medicina y Ciencias Fisiológicas, que no pudo recibir por impedírselo el gobierno nacionalsocialista. Terminada la Segunda Guerra Mundial aceptó el premio, el cual le fue entregado en 1947.

La actividad antibiótica del prontosil era menor en las infecciones causadas por otros cocos y, curiosamente, no tenía ningún efecto in vitro, ejerciendo su acción antibacteriana sólo en animales vivos. En 1935 se descubrió que el prontosil era metabolizado in vivo, liberando la 4-aminobencenosulfonamida, que era el compuesto biológicamente activo (véase la figura 5.59). Este descubrimiento permitió abaratar los costos de preparación del antibiótico, puesto que no era necesario sintetizar el colorante azoico sino la propia sulfonamida, y permitió una más rápida biodisponibilidad del fármaco en los pacientes.

Figura 5.59. Conversión metabólica del prontosil en 4-aminobencenosulfonamida


La 4-aminobencenosulfanilamida era eficaz contra bacterias Gram-negativas, meningococos y gonocos y su descubrimiento inició la era de los antibióticos sulfa. Al ser los únicos antibióticos efectivos en los años previos a la penicilina, las sulfonamidas fueron utilizadas extensivamente en la Segunda Guerra Mundial como desinfectantes de las heridas de guerra. El polvo de sulfa era parte del botiquín de primeros auxilios de los soldados estadounidenses y se les instruía para que esparcieran el polvo de sulfamida sobre cualquier herida abierta.

El ácido tetrahidrofólico, también conocido como coenzima F, folato H4 o FH4, es una coenzima derivada del ácido fólico (vitamina B9) de particular importancia en el metabolismo de los aminoácidos y de la síntesiss de purinas. El ácido tetrahidrofólico participa en la transferencia de grupos metilo, formilo, metileno y formimino. Su escasez en el organismo puede causar anemia.

En humanos el ácido tetrahidrofólico se produce a partir de ácido dihidrofólico mediante la intervención de la enzima dihidrofolato reductasa. Sin embargo, en bacterias el ácido tetrahidrofólico se biosintetiza mediante una ruta metabólica que empieza con la generación de ácido dihidropteróico por reacción, catalizada por la enzima dihidropteroato sintetasa, entre pteridina y ácido p-aminobenozico (véase la figura 5.60). El ácido dihidropeteróico reacciona con ácido glutámico y se convierte en ácido dihidrofólico, que se convierte en ácido tetrahidrofólico por acción de la enzima dihidrofolato reductasa.

Figura 5.60. Biosíntesis del ácido tetrahidrofólico en bacterias


Las sulfonamidas son estructuralmente semejantes al ácido p-aminobenzoico (PABA) y se comportan como antimetabolitos de esta sustancia, bloqueando la formación de ácido dihidropteróico por unión competitiva a la pteridina. Las bacterias no son capaces de extraer tetrahidrofolato del medio, por lo que dependen de su propia síntesis para conseguirlo. Si la síntesis esta bloqueada se produce un déficit metabólico en la bacteria, facilitando su muerte e impidiendo su reproducción

El número de sulfamidas sintetizadas es muy numeroso y suelen clasificarse de acuerdo con su farmacocinética. En la figura 5.61 se indican las estructuras de algunas sulfamidas empleadas como agentes antibacterianos.

Figura 5.61. Estructuras de sulfamidas


El sulfametoxazol se administra en combinación con un fármaco denominado trimetroprima, que bloquea la formación del ácido tetrahidrofólico por inhibición de la enzima dihidrofolato reductasa.

N

N

OMe

OMe

OMe

NH2

H2N

Trimetroprima Figura 5.62. Estructuras de la trimetroprima

Las sulfonamidas tienen un amplio espectro de acción contra bacterias Gram-positivas y Gram-negativas. Sin embargo, las cepas resistentes a las sulfonamidas se han vuelto comunes y la utilidad de estos agentes ha disminuido considerablemente.

5.4. Mecanismos de resistencia a los antibióticos

El contacto repetitivo de las bacterias con los antimicrobianos provoca una respuesta defensiva de éstas, creando, por distintas vías, mecanismos de resistencia.

Uno de los mecanismos más conocidos y más frecuentes en el fenómeno de la resistencia bacteriana es la producción, por parte de las bacterias, de enzimas que son capaces de inactivar a los antibióticos. Ya en 1940, A. P. Abraham y E. Chain, científicos que participaron en el aislamiento de la penicilina, habían identificado las penicilinasas, y cuatro años después, Kirby comprobó que eran la causa principal de la resistencia del Staphylococcus aureus a la penicilina. Esta bacteria se convirtió, a mediados de la década de 1950, en una verdadera pesadilla por su alta incidencia en la sepsis intrahospitalaria.

Otro mecanismo, antaño menos relevante pero que en los últimos años ha venido adquiriendo una mayor importancia, es el fenómeno de las mutaciones. El caso específico del Streptococcus pneumoniae es uno de los más preocupantes, ya que ésta ha dejado de ser una bacteria con alta sensibilidad a la penicilina, para convertirse en un germen multirresistente, a través, específicamente, de una mutación que provoca cambios en las proteínas fijadoras de penicilinas (PBP).

Las bombas de eflujo, que expulsan el agente antimicrobiano fuera de la bacteria, también han ido creando un creciente número de bacterias resistentes y multirresistentes.

A pesar de que en el fenómeno de resistencia están involucradas todas las bacterias, existen algunas especies que están mostrándose particularmente resistentes a los antibióticos, como es el caso de Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus y epidermiditis, enterococos, pseudomonas, klebsiellas y enterobacter, hasta el punto de que las posibilidades para combatir las cepas de neumococo-resistente a penicilina, estafilococo-resistente a meticilina y enteroco-resistente a vancomicina se han reducido de forma alarmante.

Los principales mecanismos moleculares y bioquímicos que conducen a la resistencia a los antibióticos se resumen a continuación:

1) Alteración o destrucción del antibiótico.


2) Modificación de la diana del antibiótico, y modificación de la accesibilidad a la diana, incluyendo la disminución de la permeabilidad de la membrana externa de las bacterias Gram-negativas.

3) Acción de las bombas de eflujo, que expulsan el agente antimicrobiano fuera de la bacteria.

En la figura 5.63 se representan esquemáticamente los mecanismos de resistencia bacteriana a los antibióticos.

Figura 5.63. Principales mecanismos de resistencia a los antibióticos

5.4.1. Infecciones graves provocadas por bacterias

Actualmente se considera que las bacterias Gram-positivas aerobias son las principales causantes de las infecciones graves hospitalarias, constituyendo cerca del 60% de los casos. Esta preponderancia, con relación a otros grupos bacterianos, ha ido acrecentándose durante los últimos 25 años como consecuencia de la convergencia de diversos factores, entre ellos la mayor utilización de procedimientos invasivos y la mayor prevalencia de microorganismos resistentes a los antibióticos convencionales.6

Entre los patógenos predominantes en las infecciones graves hospitalarias se pueden citar los estafilococos coagulasa negativo, Staphyloccocus aureus y Enterococcus spp. Específicamente, Staphyloccocus aureus es el principal agente causal de cuadros de osteomielitis e infecciones de piel y de tejidos blandos, así como uno de los más comunes en las neumonías hospitalarias. En este sentido, prácticamente el 50% de las bacteriemias asociadas con cateterismos, de las infecciones de piel y tejidos blandos e infecciones bacterianas de vías bajas son atribuibles a este microorganismo tan ubicuo en el medio hospitalario.

6 (a) Anderson K. L. Creation Research Society Quarterly, 2005, 41, 318-326. (b) Cabrera, C. E.; Gómez, R. F.; Zúniga, A. E. Colomb. Med. 2007, 38, 149-158.


Igualmente, los enterococos han ido incrementando su protagonismo en infecciones graves, fundamentalmente debido a su gran capacidad para desarrollar resistencia frente a diversos grupos de antibióticos, así como la de transferirla a otros microorganismos. También el neumococo Streptococcus pneumoniae es una ubicua causa de enfermedad, especialmente en niños pequeños, ancianos y pacientes afectados por cuadros de inmunodepresión patológica o inducida farmacológicamente.

También hay que señalar que los estreptococos del grupo Viridans, responsables principales de la endocarditis, son cada vez más frecuentes como agentes etiológicos de otras infecciones complicadas, especialmente en pacientes inmunodeprimidos.

Otras infecciones graves son las provocadas por Staphylococcus aureus resistentes a meticilina (MRSA), que suponen el 24% de las infecciones hospitalarias registradas en España en el año 2001. De ellas, el 80% era además resistente a otros antibacterianos como la ciprofloxacina, la clindamicina, el sulfametoxazol-trimetoprima, etc. Otro tanto puede decirse de los estafilococos coagulasa-negativo con sensibilidad disminuida a la teicoplanina, cuya incidencia ha sido estimada en más del 22%.

El Sistema Europeo de Vigilancia de Resistencias Antimicrobianas (EARSS) reportó en 2002 datos similares a los descritos para España. En este sentido, se ha indicado que el 22% de las cepas aisladas de Staphylococcus aureus eran resistentes a meticilina, alcanzando las tasas más elevadas en Grecia (44%), Irlanda (42%), Malta (43%) y Gran Bretaña (44%). Por su parte, las tasas más altas de cepas de Enterococcus faecium resistente a vancomicina se observaron en Grecia (19%), Italia (21%) y Croacia (22%).

Desde el aislamiento en 1996 de la primera cepa clínica de Staphylococcus aureus con sensibilidad disminuida a la vancomicina (VISA, vancomycin-intermediate S. aureus o GISA, glycopeptide-intermediate S. aureus ), se ha ido asociando con frecuencia creciente su mayor prevalencia con la aparición de fracasos terapéuticos asociados al uso de antibióticos glucopeptídicos (vancomicina, teicoplanina), especialmente en unidades de cuidados intensivos, donde este tipo de antibióticos es considerado como de primera línea.

Con todo, en España la tasa de resistencias de enterococos a glucopéptidos es todavía baja (inferiores al 2%). No sucede lo mismo con los neumococos (Streptococcus pneumoniae) frente a bencilpenicilina, cuya tasa de resistencia supera ya el 60%.


5.5. Síntesis de quinolonas

5.5.1. Síntesis de ofloxacina

La ofloxacina es un antibiótico efectivo contra un gran número de bacterias Gram-positivas y Gram-negativas, por lo que se considera un antibiótico de amplio espectro. La ofloxacina viene en preparación ótica y se emplea en el tratamiento de infecciones en el oído, tanto en adultos como en niños.

5.5.1.a. Análisis retrosintético

En el esquema 5.1 se indica un análisis retrosintético para la ofloxacina. El proceso comienza con la desconexión del anillo de metilpiperazina, que se instalará mediante reacción de SNAr de la N-metilpiperacina 5.1 sobre el intermedio 5.2. La desconexión de la función acilo en el intermedio 5.2 se basa en una reacción de SEAr y conduce al diester 5.3. Este compuesto, por desconexión de la parte de metilenmalonato basada en un proceso de adición Michael-retroMichael, que se ha indicado como MRM en el esquema 5.1, origina el fragmento 5.4 y la benzoxacina 5.5. La benzoxazina se obtendrá de la imina 5.6 por hidrogenación, la cual derivará de la aminocetona 5.7. Una operación de interconversión de grupo funcional sobre 5.7 conduce a la nitrocetona 5.8, que se obtendrá por reacción de O-alquilación del nitrofenol 5.9. Este compuesto se sintetizará a partir del trifluoronitrobenceno 5.11.

N

O

COOH

N

F

N O

Ofloxacina

N

O

COOR

NH

F

N O

F+

5.15.2

SEAr

N

O

F

O

F

ROO

OR

NH

O

F

O

F

ROO

OR

X

5.3

5.4

5.5

+N

F

O

F

5.6

iminaNH2

F

O

FO

5.7

NO2

F

O

FO

O-alquilación NO2

F

OH

F

O

X

+5.85.9

5.10

NO2

F

F

F

5.11

MRM

SNAr

IGF

IGF

IGF

Esquema 5.1


5.5.1.b. Síntesis

La síntesis de la ofloxacina se indica en el esquema 5.2. El proceso comienza con la obtención 2,3-difluoro-8-nitrofenol 5.9 mediante reacción SNAr del 1,2,3-trifluoro-4-nitrobenceno 5.11 con KOH en dimetilsulfóxido.7 La reacción de O-alquilación del hidroxilo fenólico de 5.9 con cloroacetona proporciona la nitrocetona 5.8. Cuando este compuesto se hidrogena en presencia de Ni Raney como catalizador se obtiene directamente la benzoxacina 5.5. El calentamiento de 5.5 en presencia del etoximetilenmalonato 5.4 conduce al compuesto 5.3, que se somete a la reacción SEAr intramolecular mediante calentamiento en presencia de éster polifosfórico (PPA). Esta reacción proporciona el éster tricíclico 5.2, que se convierte en el ácido 5.12 por saponificación. La ofloxacina se obtiene mediante reacción SNAr del ácido 5.12 con la metilpiperazina 5.1.

OfloxacinaN

O

COOEt NHF

N

O

F5.1

5.2

N

O

F

O

F

EtOO

OEt

NH

O

F

O

F

EtO

OEtO

EtO

5.3

5.4

5.5

NO2

F

O

FO

NO2

F

F

F

OCl

5.85.11

5.10KOH 10%. DMSO

rt (29%) NO2

F

OH

F

, KI

K2CO3, acetona(65%)

Ni Raney, H2EtOH, rt

(90%)

5.9

140-145ºC

PPA140-150ºC

(64% 2 etapas)

HCl 12 MAcOH, reflujo

(94%) N

O

COOHF

O

FDMSO, 100ºC (62%)5.12

Esquema 5.2

5.5.1.c. Cuestiones

1) ¿Cuál es el mecanismo de formación del 2,3-difluoro-8-nitrofenol 5.9? ¿Cómo se puede explicar la regioselectividad de esta reacción?

2) Explique mecanísticamente la formación de la benzoxacina 5.5 a partir de la nitrocetona 5.8.

3) Proponga un mecanismo que explique la formación del compuesto 5.3.

4) Explique mecanísticamente la formación de la ofloxacina por reacción entre la metilpiperazina 5.1 y el compuesto 5.12. ¿Cómo se puede explicar la regioselectividad de esta reacción?

7 Hayakawa, I.; Hiramitsu, T.; Tanaka Y. Chem. Pharm. Bull. 1984, 32, 4007-4913.


5.5.2. Síntesis de levofloxacina

El enantiómero S de la ofloxacina se denomina levofloxacina, y es entre 8 y 128 veces más potente que la mezcla racémica.

N

O

COOH

N

F

N O

Ofloxacina

N

O

COOH

N

F

N O

Levofloxacina

La levofloxacina se comercializó en 1996 como antibiótico contra la neumonía, la bronquitis crónica y contra las infecciones de la piel y del tracto urinario. Unos años después de su comercialización la lista de indicaciones de la levofloxacina se incrementó para incluir el tratamiento de la neumonía causada por Streptococcus pneumoniae resistente a penicilina y la neumonía causada por Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Serratia marcescens, Haemophilus influenzae, Kliebsella pneumoniae y Escherichia coli.

5.5.2.b. Síntesis de levofloxacina

5.5.2.b1. Síntesis de levofloxacina mediante separación de diastereoisómeros

Para la síntesis de la levofloxacina se prepara el compuesto 5.5 en forma ópticamente activa mediante la secuencia de reacciones indicada en el esquema 5.3. Así, la reacción de amidación con el cloruro de la (S)-N-tosilprolina 5.13, seguida de cristalización, proporciona la amida 5.14 ópticamente activa. La hidrólisis básica de 5.14 permite la obtención del compuesto 5.5 en forma ópticamente activa. Este compuesto se emplea como precursor quiral en la síntesis de la levofloxacina.

Esquema 5.3

La aplicación sobre el compuesto (S)-5 de la secuencia sintética indicada en el esquema 5.2 proporciona la levofloxacina.

Esquema 5.4


5.5.2.b2. Síntesis de levofloxacina mediante el empleo del pool quiral

Muchas síntesis de compuestos ópticamente activos se llevan a cabo empleando productos naturales, o derivados de ellos (pool quiral), como materiales de partida o como reactivos en alguno de los pasos sintéticos. Este es el caso de la síntesis de la levofloxacina que se indica en el esquema 5.5, en la que se instala el centro estereogénico con el empleo del (S)-alaninol.8 En esta síntesis se utiliza el cetoéster 5.15 como material de partida.9 Este compuesto se convierte en el etoximetilenceteoester 5.16 por calentamiento con formiato de trietilo en anhidrido acético. La reacción de 5.16 con (S)-alaninol 5.17 proporciona el enaminocetoéster 5.18, que se transforma en la dihidroquinolinona 5.19 por reacción con hidruro sódico en dimetilsulfóxido. Cuando 5.19 se calienta en presencia de KOH se obtiene el compuesto (S)-5.2 por saponificación de la función éster y reacción SNuAr intramolecular. Finalmente, la reacción de (S)-5.2 con la metilpiperacina conduce a la levofloxacina.

Esquema 5.5

5.5.2.c2. Cuestiones

1) Explique mecanísticamente la formación del etoximetilenocetoéster 5.16.

2) Explique mecanísticamente la formación de la dihidroquinolinona 5.19.

8 Mitscher, L. A.; Sharma, P. N.; Chu, D. T. W.; Shen, L. L.; Pernet. A. G. J. Med. Chem. 1987, 30, 2283-2286. 9 Para una síntesis de este compuesto véase: Chu, D. T. W.; Fernandes, P. B.; Maleczka, R. E., Nordeen, C. W.; Pernet, A. G. J. Med. Chem. 1987, 30, 504-509.


5.5.2.b3. Síntesis alternativa de levofloxacina mediante el empleo del pool quiral

En el esquema 5.6 se indica otra síntesis de levofloxacina en la cual se emplea también el (S)-alaninol como material quiral para la instalación del centro estereogénico del fármaco. El proceso comienza con la adición conjugada del (S)-alaninol al propiolato de etilo 5.17.10 Esta reacción proporciona el enaminoéster 5.20 como mezcla de isómeros Z/E en relación 4:1. La acetilación del hidroxilo conduce al acetato del enaminoéster 5.21 que se somete a la reacción de C-acilación con el cloruro del ácido 2,3,4,5-tetrafluorobenzoico 5.22. El producto de la reacción, compuesto 5.23, se convierte en el intermedio tricíclico (S)-5.2 mediante calentamiento con KOH. La levofloxacina se obtiene a partir de (S)-5.2 por reacción con la N-metilpiperazina.

Esquema 5.6

5.5.2.c3. Cuestiones

1) ¿Por qué la reacción de acetilación del compuesto 5.20 es quimioselectiva? ¿Por qué acetila el grupo hidroxilo y no se acetila el grupo amino?

2) Explique mecanísticamente la formación del compuesto 5.23.

3) Explique mecanísticamente la formación del compuesto (S)-5.2.

5.5.3. Síntesis de mesilato de pazufloxazina

El mesilato de pazufloxacina fue desarrollado por la compañía farmacéutica Toyama. Este antibacteriano presenta un amplio campo de acción tanto contra bacterias Gram-positivas como Gram-negativas. Se receta para el tratamiento de neumonias, infecciones del tracto urinario, cistitis, endometritis, prostatitis y peritonitis.

La estructura del mesilato de pazufloxacina es similar a la de la levofloxacina. De hecho la sustitución formal de la parte de N-metilpiperazina de la levofloxacina por una unidad de ciclopropilamina convierte a la aquella en pazufloxacina.

10 Kang, S. B.; Park, S.; Kim, Y. H.; Kim, Y. Heterocycles 1997, 45, 137-145.


5.5.3.b. Síntesis de mesilato de pazufloxacina

La síntesis del mesilato de pazufloxacina se inicia con la reacción de esterificación del ácido 2,3,4,5-tetrafluorobenzoico 5.24 mediante reacción con bromuro de etilo en presencia de carbonato potásico (esquema 5.7).11 El correspondiente éster etílico se somete a la reacción SNAr con el anión derivado de cianoacetato de t-butilo. El producto de esta reacción, compuesto 5.25, mediante reacción con ácido p-toluenosulfónico (PTSA) en tolueno a reflujo experimenta la hidrólisis del t-butiléster seguida de de descarboxilación y se convierte en el 4-cianometilbenzoato 5.26. La ciclopropanación de la posición bencílica se lleva a cabo mediante α,α-dialquilación de 5.26 con dos equivalentes de 1,2-dibromoetano en condiciones de transferencia de fase, lo que permite la obtención del cianociclopropil derivado 5.27. Este compuesto se convierte en la carboxamida 5.28 mediante reacción de hidrólisis con H2O2 en medio básico. Cuando el compuesto 5.28 se hace reaccionar con NaOCl en medio básico experimenta un proceso de transposición de Hofmann, con saponificación concomitante de la función éster, y se transforma en el compuesto 5.29, que se protege en el grupo amino mediante N-acetilación. La reacción de la N-acetilamina 5.30 con imidazol en presencia de cloruro de tionilo y trietilamina genera el correspondiente imidazólido que se convierte en el β-cetoéster 5.31 mediante reacción con etil malonato potásico en presencia de MgCl2. Cuando el β-cetoéster 5.31 se trata con el dimetilacetal de la N,N-dimetilformamida se genera el metoximetilen β-cetoéster 5.32 el cual, por reacción con (S)-alaninol 5.17 conduce a la enamina 5.33. El calentamiento de este compuesto en DMSO en presencia de carbonato potásico provoca la reacción SNAr intramolecular y la consiguiente formación del compuesto tricíclico 5.34. La hidrólisis del etil éster y de la acetamida, bajo condiciones básicas suaves, seguida de acidificación proporciona la pazufloxacina, que se convierte en el mesilato de pazufloxacina, por reacción con ácido metanosulfónico en etanol.

11 Todo, Y.; Takagi, H.; Iino, F.; Hayashi, K.; Takata, M.; Kuroda, H.; Momonoi, K.; Narita, H. Chem. Pharm. Bull. 1994, 42, 2629.


Esquema 5.7

5.5.3.c. Cuestiones

1) Proponga una explicación para la regioselectividad en la formación de 5.25 que se obtiene mediante reacción SNAr del 2,3,4,5-tetrafluorobenzoato de etilo con el anión derivado de cianoacetato de t-butilo.

2) Explique mecanísticamente la reacción de transposición de Hofmann que convierte la amida 5.28 en la amina 5.29.


5.5.4. Síntesis de moxifloxacina

La moxifloxacina se comercializó en 1999 como antibiótico de amplio espectro contra bacterias Gram-positivas y Gram-negativas. También es activa sobre bacterias atípicas como Mycoplasma, Chlamydias, Legionella y Coxiella. Su acción bactericida se desarrolla sobre la enzima DNA-girasa bacteriana, interfiriendo en la replicación del DNA. Es efectiva frente a bacterias resistentes a otros antimicrobianos como betalactámicos, amoxicilina y macrólidos. Tiene una excelente absorción digestiva y una amplia biodisponibilidad sérica y tisural.

En el apartado 5.3.2.b se ha indicado que la sustitución en C-7 es responsable del espectro de acción del antibiótico. La moxifloxacina contiene en C-7 un sistema bicíclico de octahidropirrolopirrolidina que es el que le otorga su amplio espectro de acción antimicrobiana (véase la figura 5.64).

Figura 5.64

Por otro lado, la sustitución en C-8 es responsable de la capacidad del antibiótico de actuar sobre bacterias anaeróbicas, que son las que se desarrollan en áreas del organismo que tienen bajos valores de oxígeno, como el intestino, y en los tejidos que sufren un proceso de degeneración, particularmente las heridas profundas y sucias, donde otras bacterias no pueden vivir y adonde las defensas del organismo no llegan fácilmente. Las bacterias anaeróbicas no necesitan que haya oxígeno; de hecho, algunas de ellas no sobreviven en su presencia. Suelen causar infecciones que se caracterizan por la aparición de acumulaciones de pus (abscesos). La moxifloxacina contiene en C-8 un grupo metoxilo que es el responsable de su acción contra bacterias anaeróbicas. Las bacterias anaeróbicas que provocan enfermedades incluyen los clostridios (que viven en el polvo, la tierra, la vegetación y el tracto intestinal de los humanos y de los animales) y los peptococos y peptostreptococos que son parte de la población bacteriana normal (flora) de la boca, de las vías respiratorias superiores y del intestino grueso. Otras bacterias anaeróbicas incluyen el Bacteroides fragilis, que forma parte de la flora normal del intestino grueso, y la Prevotella melaninogenica y el Fusobacterium, que forman parte de la flora normal de la boca.


Al igual que la levofloxacina, la moxifloxacina es un compuesto quiral, pero en este caso la asimetría reside en un sistema bicíclico de octahidropirrolopirrolidina unido en C-7 al sistema bicíclico de quinolinona. En el esquema 5.8 se indica en análisis retrosintético de la moxifloxacina que se inicia con la desconexión del enlace C-7. Esta desconexión genera la octahidropirrolopiridina 5.35 y la quinolinona 5.36 que se sintetizará a partir del metilenocetoéster 5.37 y de la ciclopropilamina 5.38. Por otro lado, una operación de adición


de grupo funcional sobre la octahidropirrolopiridina 5.35 conduce a la imida 5.39 que se obtendrá de la pirrolopiridindiona 5.40. Este compuesto se sintetizará a partir del anhidrido 5.41.

Esquema 5.8

5.5.4.b. Síntesis

5.5.4.b.1. Síntesis de la octahidro-pirrolopirrolidina 5.35

Para la síntesis de la octahidro-pirrolopiridina 5.35 se elige como material de partida el ácido 2,3-piridindicarboxílico 5.42 (esquema 5.9).12 El diácido 5.42 se convierte en el anhídrido 5.41 mediante deshidratación con anhídrido acético. La reacción de 5.41 con bencilamina proporciona la imida 5.40, que por hidrogenación del anillo piridínico se convierte en la pirrolopiridindiona (+/-)-5.39 (forma racémica). La reducción de la imida con LiAlH 4 conduce a la octahidro-pirrolopiridina (+/-)-5.44. El tratamiento de la mezcla racémica con el ácido L-(+)-tartárico, seguido de cristalización, permite la separación del enantiómero indeseado (R,R)-5.44. La desbencilación hidrogenolítica del enantiómero (S,S)-5.44 proporciona la deseada octahidro-pirrolopiridina 5.35 en forma ópticamente activa.

Esquema 5.9

12 (a) Martel, A. M.; Lesson, P. A.; Castañer, J. Drugs Fut. 1997, 22, 109-113. (b) De Souza, M. V. N. Recent. Pat. Anti-infect. Drug Discovery 2006, 1, 33-34.


5.5.4.b.2. Síntesis de la dihidroquinolona 5.36

Para la síntesis de la dihidroquinolona 5.36 se escoge como material de partida el cloruro del ácido 2,4,5-trifluoro-3-metoxibenzoico 5.43 (esquema 5.10). Este compuesto se convierte en el cetoéster 5.45 por reacción con la sal monopotasica del malonato de etilo 5.44. La reacción de 5.45 con ortoformiato de trietilo, en presencia de anhidrido acético, proporciona el etoximetilencetoéster 5.47 el cual, por reacción con cicloproilamina, se transforma en el enaminocetoéster 5.46. Cuando este compuesto se trata con fluoruro sódico en DMF se obtiene la dihidroquinolona 5.36.

Esquema 5.10

5.5.4.b.3. Pasos finales

La moxifloxacina se obtiene mediante reacción SNAr entre la octahidro-pirrolopiridina 5.35 y la dihidroquinolona 5.36 seguida de hidrólisis ácida de la función éster (esquema 5.11).

Esquema 5.11

5.5.4.b.4. Pasos finales: alternativa sintética

Una secuencia alternativa para la unión entre la octahidro-pirrolopiridina 5.35 y la dihidroquinolona 5.36 se indica en el esquema 5.12. En esta secuencia la dihidroquinolona 5.36 se convierte en el bis-acetoxiboronato 5.48 mediante calentamiento con ácido bórico en presencia de anhidrido acético. La moxifloxacina se obtiene por reacción de 5.48 con la octahidro-pirrolopiridina 5.35.


N

O

COOH

N

F

MeOHNH

H

Moxifloxacina

N

O

COOEtF

MeO

F

5.35

HN

NH

H

H

5.36

H3BO3

Ac2O, 100-150ºC(95%)

N

O

F

MeO

F

O

O

BAcO OAc

CH3CN, reflujo(72%)

5.48

Esquema 5.12

5.5.4.c. Cuestiones

1) Esquema 5.10: Explique mecanísticamente la formación de la dihidroquinolona 5.36 a partir de 5.46.

2) Esquema 5.11: En la octahidro-pirrolopiridina 5.35 ¿por qué ataca el átomo de nitrógeno del anillo de pirrolidina y no el átomo de nitrógeno del anillo de piperidina?

3) Esquema 5.11: En la dihidroquinolona 5.36 ¿por qué se produce el desplazamiento nucleofílico sobre el átomo de flúor en C-7 y no sobre el átomo de flúor en C-6?

4) Esquema 5.12: ¿Qué efecto ejerce la presencia del bis-acetoxiboronato 5.48 sobre la reactividad de la posición C-7? ¿Será esta posición más reactiva al ataque nucleofílico en el compuesto 5.48 o en el compuesto 5.36? ¿Por qué?

5.5.5. Síntesis de gemifloxacina

La gemifloxacina se prescribe para el tratamiento de las exacerbaciones agudas de la bronquitis crónica y de la neumonía adquirida. Este antibiótico actúa sobre los patógenos respiratorios más habituales, incluidas las cepas multirresistentes.


En el esquema 5.13 se indica en análisis retrosintético de la gemifloxacina que se inicia con la desconexión de la parte de pirrolidina. Esta escisión, basada en una reacción SNAr, genera la quinolinona 5.49 (X=halógeno) y la pirrolidina 5.50. La quinolinona 5.49 se sintetizará a partir del metilenocetoéster 5.51 y de la ciclopropilamina 5.38. Por otro lado, una doble operación IGF sobre la pirrolidina 5.50 conduce a la cianopirrolidona 5.52 (P=grupo protector). La desconexión del enlace C-C en el anillo de pirrolidona genera el sintón betaínico 5.53, que procederá del cianoaminoéster 5.54. Por último, la desconexión C-C en este compuesto, basada en una reacción de adición conjugada tipo Michael, proporciona el acetonitrilo 5.55 y el glicinato 5.56.


N

F

N N

COOH

O

H2N

NOMeGemifloxacina

N

F

NH

N

COOR

O

H2N

NOMe

X

+

N

O

COORF NH2

YX+

5.51 5.38

X

IGF

NPNC

O

NPNC

O

NPNC

ORO

NHPNC

O

RO+

Michael

5.49

5.50

5.52 5.53 5.54

5.555.56

SNAr

Esquema 5.13

5.5.5.b. Síntesis

5.5.5.b.1. Síntesis de la pirrolidina 5.50

La síntesis de la pirrolidina 5.50 se inicia con la adición conjugada del glicinato de metilo 5.56 al acrilonitrilo 5.55 (esquema 5.14). Esta reacción proporciona el cianoaminoéster 5.57 el cual, mediante N-Boc protección seguida de tratamiento básico, se convierte en el cianopirrolidinona 5.52. Este sustrato se transforma en el éter de oxima 5.58 por reacción con el clorhidrato de O-metilhidroxilamina en presencia de piridina. Cuando el compuesto 5.58 se somete a hidrogenación catalítica en presencia de Pd/C al 10%, bajo 100 psi de hidrógeno en metanol y en presencia de ácido metanosulfónico, se obtiene directamente la pirrrolidina 5.50.13

Esquema 5.14

13 Hong, C. Y.; Kim, Y. K.; Chang, J. H.; Kim, S. H.; Choi, H.; Nam, D. H.; Kim, Y. Z.; Kwak, J. H. J. Med. Chem. 1997, 40, 3584-3593.


5.5.5.b.2. Síntesis de la quinolinona 5.49 y pasos finales

Para la síntesis de la quinolinona 5.49 se elige como compuesto de partida el 2,6-dicloro-5-fluoronicotinonitrilo 5.59 (esquema 5.15).14

Esquema 5.15

La hidrólisis ácida del grupo nitrilo de 5.59, por reacción con ácido sulfúrico concentrado, proporciona el ácido 2,6-dicloro-5-fluoronicotínico 5.60. Cuando este compuesto se convierte en el cloruro de ácido 5.61 y éste se hace reaccionar con el etoximagnesiomalonato de dietilo 5.62 se obtiene el cetodiéster 5.63. La hidrólisis ácida de este compuesto, por calentamiento a 140ºC en presencia de cantidades catalíticas de ácido p-toluensulfónico, proporciona el cetoéster 5.64, que se convierte en el etoximetilencetoéster 5.51 por reacción con ortoformiato de trietilo en presencia de anhidrido acético. Cuando el compuesto 5.51 se trata con la ciclopropilamina 5.28 se obtiene el cetoenaminoéster 5.65, que se transforma en la quinolinona 5.49 por reacción SNAr intramolecular inducida por t-butóxido de potasio. La gemifloxacina se obtiene por reacción SNAr intermolecular de la quinolinona 5.49 con la pirrolidina 5.50 inducida por la base DBU (1,8-diazabicicloundec-7-eno).

14 Shin, H. I.; Rim, J. R.; Lee, K. S.; Kim, Y. S.; Nam, D. H.; Shin, H. I.; Chang, J. H.; Oh, C. Y.; Ham, W. H. J. Label. Compd. Radiopharm. 2004; 47, 779-786.


5.5.6. Síntesis de prulifloxacina

La prulifloxacina fue desarrollada por la empresa Nippon Shinyaku Co. y patentada en Japón en 1987 en los Estados Unidos en 1989. La prulifloxacina es un profármaco ya que es metabolizado en el organismo al metabolito activo denominado ulifloxacina (esquema 5.16).

Esquema 5.16

La prulifloxacina se emplea en algunos países para el tratamiento de infecciones del tracto urinario, bronquitis crónica, gastroenteritis y diarreas bacterianas.


La retrosíntesis de la prulifoxacina se inicia con la desconexión de la parte de parte de dimetilidoxolona (esquema 5.17). Esta operación, que se basa en una reacción SN2, conduce a la dimetildioxolona 5.66 (X=grupo saliente) y al intermedio 5.67. La desconexión del anillo de piperazina en este compuesto, basada en una reacción SNAr, proporciona la piperazina 5.69 y la quinolinona 5.68. El anillo tiazetidínico que contiene este último compuesto se sintetizará mediante una reacción SNi en el compuesto 5.69 o un derivado del mismo (X=grupo saliente). El compuesto 5.69 derivará del etiltiofluoroquinolinol 5.70.

Esquema 5.17


5.5.6.b. Síntesis

Para la síntesis de la prulifloxacina se elige como compuesto de partida la 3,4-difluoroanilina 5.71 (esquema 5.18).15

Esquema 5.18

El compuesto 5.71 se convierte en el ditiocarbamato de trietilamonio 5.72 por reacción con sulfuro de carbono en presencia de trietilamina. La reacción de 5.72 con cloroformiato de etilo y trietiamina en cloroformo proporciona el isotiocianato 5.73. Cuando este compuesto se trata con malonato de dietilo en presencia de KOH se obtiene la sal potásica del metileno malonato 5.74. La reacción de este compuesto con sulfato de dietilo conduce al intermedio 5.75 el cual, mediante calentamiento en xileno, se convierte en la difluoroquinolina 5.70. Para evitar reacciones colaterales en el subsiguiente proceso de cloración, la quinolina 7.20 se convierte por acetilación en el compuesto 5.76 que por cloración con cloruro de sulfurilo proporciona el compuesto 5.77. Cuando 5.77 se trató con

15 Segawa, J.; Kitano, M.; Kazuno, K.; Matsuoka, M.; Shirahase, I.; Ozaki, M.; Matsuda, M.; Tomii, Y.; Kise, M. J. Med. Chem. 1992, 35, 4727.


acetato sódico en THF se provocó la ciclación intramolecular y la consiguiente obtención el compuesto 5.68 que se sometió a la reacción SNAr con piperazina en DMF. El producto de esta reacción mediante saponificación se convirtió en el ácido 5.67. Finalmente, la reacción SN2 entre la bromodimetildioxolona 5.6616 y 5.67, en DMF en presencia de hidrogenocarbonato potásico, proporcionó la prulifloxacina.

5.5.6.c. Cuestiones

1) Explique mecanísticamente la formación del isotiocianato 5.73 por reacción ditiocarbamato de trietilamonio 5.72 con cloroformiato de etilo y trietiamina.

2) Explique mecanísticamente la formación de la sal potásica 5.74 por reacción del isotiocianato 5.73 con malonato de dietilo y KOH.

3) Explique mecanísticamente la conversión de 5.75 en la difluoroquinolina 5.70.

4) Explique mecanísticamente la reacción de cloración de 5.76 con cloruro de sulfurilo.

5) Explique mecanísticamente la conversión de 5.77 en 5.68.

5.6. Síntesis de oxazolidinonas 5.6.1. Sïntesis de linezolida

La linezolida es un agente antibacteriano del grupo de las oxazolidinonas que actúa inhibiendo la iniciación de la síntesis de proteínas bacterianas. Tiene un amplio espectro de actividad frente a microorganismos Gram-positivos como estafilococos resistentes a meticilina, neumococos resistentes a penicilina y Enterococcus faecalis y E. Faecium resistentes a vancomicina. Los anaerobios como las especies de Clostridium, Peptostreptococcus y Prevotella, también son sensibles a este fármaco.

La linezolida es bacteriostático frente a la mayor parte de microorganismos sensibles, pero muestra actividad bactericida frente a algunas cepas de neumococos, Bacteroides fragilis y C. perfringens.

En ensayos clínicos en los que participaron pacientes hospitalizados con infecciones de piel/partes blandas (fundamentalmente por S. aureus), la administración de linezolida por vía intravenosa/oral (hasta 1250 mg/día) logró el éxito clínico en >83% de los individuos. En pacientes con neumonía adquirida de la comunidad (NAC), las tasas de éxito fueron de >94%.

Los datos clínicos preliminares también indican que la administración dos veces al día de 600 mg de linezolida por vía intravenosa/oral es tan eficaz como la de 1g de vancomicina por vía intravenosa en el tratamiento de pacientes con neumonía nosocomial y en los que padecen infecciones causadas por estafilococos resistentes a meticilina. Además la administración de 600 mg de linezolida dos veces al día produjo >85% de curaciones clínica y microbiológicas en infecciones enterocócicas resistentes a vancomicina.

En general, la linezolida presenta una buena tolerancia y los eventos adversos que acontecen con mayor frecuencia, como las molestias digestivas, son de intensidad leve a moderada y desaparecen durante el tratamiento continuado. No se han registrado datos clínicos de reacciones adversas debido a la inhibición de la monoaminooxidasa.

16 Para una síntesis de la bromodimetildioxolona 5.66 véase el tema 2 esquema 2.48.


En la figura 5.60 se indican las relaciones entre las partes estructurales, funciones y esstereoquímicas de la linezolida y la actividad antibiótica del fármaco.

NO N O

O

HN

OF

Linezolida

El átomo de flúoraumenta la actividad

H

Configuración Snecesaria

El grupo acetilaminometilo esencial

El grupo morfolino aumentael perfil farmacocinético y

la solubiidad en agua

Se requiere ungrupo arilo

Figura 5.64. Relaciones estructura-actividad en la molécula de linezolida


El análisis retrosintético de la linezolida se inicia con la conversión del grupo funcional amida por azida (esquema 5.19). Esta operación genera el compuesto 5.78 el cual, mediante una nueva operación IGF se transforma en el alcohol 5.79.

Esquema 5.19


La etapa clave del análisis retrosintético es la desconexión del anillo de oxazolidinona. Esta operación genera dos sintones, ambos betaínicos. El sintón 5.80 derivará del carbamato 5.82 mientras que el sintón 5.81 derivará del glicidol quiral 5.83.

El carbamato 5.82 se desconecta a la arilamina 5.84. Una operación IGF sobre este compuesto transforma el grupo amino en grupo nitro y conduce al compuesto 5.85. Finalmente, la desconexión del anillo de morfolina, basada en una reacción SNAr, proporciona el dihalonitroderivado 5.86 (X=halógeno) y la morfolina 5.87.

5.6.1.b. Síntesis

Para la síntesis de la linezolida se elige como compuesto de partida el 3,4-difluoronitrobenceno 5.86 (esquema 5.20).17 La reacción SNAr de este compuesto con morfolina, en presencia de isopropilamina, conduce al nitrocompuesto 5.85 que se transforma en la arilamina 5.84 mediante hidrogenación del grupo nitro con formiato amónico en presencia de Pd/C al 10%.

NO N O

O

HN

O

F

F

F NO2+NHOiPr2NH, AcOEt

reflujo, 4hNO

F

NO2

NH4+HCOO-

NO

F

NH2

Pd/C 10%THF, MeOH

23ºC, 3 hClCOOBn

NaHCO3, acetona

H2O, 0ºC, 1.5 hNO

F

NH

O

OBn

O HO

O

BuLi, THF-78º, 2 h

NO N O

O

OHF

MsCl, Et3N, CH2Cl2

23ºC, 45 min

NO N O

O

OMsF

NaN3, DMF85ºC, 18 h

NO N O

O

N3F

1. H2, Pd/C 10%, AcOEt2. Ac2O, piridina

5.865.87 5.85

5.845.82

5.83

5.79 5.88

Linezolida5.78

Esquema 5.20

17 Brickner S. J.; Hutchinson D. K.; Barbachyn M. R.; Manninen P. R.; Ulanowicz D. A.; Garmon S. A.; Grega K. C.; Hendges S. K.; Toops D. S.; Zurenko G. E.; Ford C. W. J. Med Chem. 1996, 39, 673-679. (b) Ford C. W.; Zurenko G. E.; Barbachyn M. R. Curr Drug Targets Infect Disord. 2001, 1, 181-99.


La reacción de 5.84 con cloroformiato de bencilo proporciona el carbamato 5.82. Cuando este compuesto se trata con BuLi y luego se añade el butirato de (R)-glicidol se obtiene, después del procesado acido de la reacción, la oxazolidinona 5.79. La mesilación de este compuesto, seguida de desplazamiento SN2 del mesilato con el anión azida, conduce al azidoderivado 5.78. El antibiótico linezolida se obtiene por hidrogenación molecular del azidocompuesto 5.78 seguida de N-acilación con anhídrido acético.

5.6.1.c. Cuestiones

1) Proponga un mecanismo que explique la conversión del nitrocompuesto 5.85 en la arilamina 5.84.

2) La reacción ajustada entre el carbamato 5.82, el butil-litio y el epóxido 5.61 es, antes del procesado ácido, la siguiente:

Esquema 5.21

El procesado ácido de la reacción anterior protona el alcóxido de litio 5.89 y conduce a la obtención de 5.79. Explique mecanísticamente la formación del alcóxido de litio 5.89.

5.6.2.b. Síntesis alternativa de linezolida

En el esquema 5.22 se indica una síntesis alternativa para la linezolida.18 El compuesto de partida es la 3-fluoro-4-morfolinoanilina 5.85. La reacción de aminación reductora de 5.85 con el acetónido de (S)-gliceraldehído 5.90 se lleva a cabo con NaBH4 en metanol en presencia de tamices moleculares de 4 Å. En estas condiciones se obtiene el compuesto 5.91 con un rendimiento del 78%. A continuación, la hidrólisis ácida de la función acetónido conduce al aminodiol 5.92, que se convierte en la oxazolidinona 5.79 mediante reacción con trifosgeno en presencia de carbonato potásico. Si en esta reacción se emplea NaOH o Et3N como base para capturar el ácido liberado se forma el subproducto 5.93. El compuesto 5.79 se convierte en linezolida siguiendo la ruta sintética indicada en el esquema 5.20.

18 Xu, G. Y.; Zhou, Y.; Xu, M. C. Chin. Chem. Lett. 2006, 17, 302-304.


Esquema 5.22

5.6.2.c. Cuestiones

1) Explique mecanísticamente la formación de la oxazolidinona 5.79 por reacción del aminodiol 5.92 con trifosgeno.

2) Proponga una explicación mecanística para la formación del subproducto 5.93 en la reacción anterior.

El (S)-isopropiliden-L-gliceraldehído 5.90 se prepara a partir del ácido ascórbico 5.94 mediante la secuencia de reacciones que se indica en el esquema 5.23.19

Esquema 5.23

19 (a) Hubschewerlen, C. Synthesis 1986, 962-964. (b) Hubschwerlen, C.; Specklin, J. L.; Higelin, J. Org. Synth. 1993, 72, 1.


El (R)-isopropiliden-D-gliceraldehído 5.97 se prepara a partir del D-manitol 5.98 mediante la secuencia de reacciones del esquema 5.24.20

Esquema 5.24

5.7. Síntesis de cloranfenicol

5.7.a.1. Análisis retrosintético

En el esquema 5.25 se describe un análisis retrosintético para el cloranfenicol que se inicia con la escisión de la función dicloroacetamida.

Esquema 5.25

Esta operación conduce al aminodiol 5.100 que por interconversión del grupo amino en azida se convierte en el azidodiol 5.101. El aumento del estado de oxidación del hidroxilo primario proporciona el hidroxiazidoéster 5.102. La función azida se instalará mediante desplazamiento SN2 en el halohidroxiéster 5.103 (X=halógeno) cuya relación β-hidroxicarbonílica se desconecta, en una operación retrosintética basada en una reacción de adición aldólica, al p-nitrobenzaldehído 5.105 (componente electrofílico de la reacción) y al sintón nucleofílico 5.104.

5.7.b.1. Síntesis

De acuerdo con el esquema retrosintético anterior el proceso de síntesis del cloranfenicol tiene que comenzar con la adición aldólica entre el p-nitrobenzaldehído 5.105 y enolato derivado de un halogenoacetato (véase el esquema 5.26). Si esta reacción se llevase a cabo sin inducción asimétrica se obtendría el producto 5.103 en forma racémica.

20 Schmid, C. R.; Bryant, J. D. Org. Synth. 1995, 72, 6.


OOH

Br

OtBu

O2N

OO

Br

OtBu

O2N

H+

5.1035.105 5.106

BNN

Ph Ph

Br

S

O

OCF3

CF3

S

O

OF3C

F3C

Et3N, tolueno, -78ºC(98%, anti/sin 96:4, 93% ee)

5.107

TBSOTf, CH2Cl22,6-lutidina (96%)

OTBSO

Br

OtBu

O2N5.108

NaN3, DMF, 40ºC

1 dia (73%)

OTBSO

N3

OtBu

O2N5.109

LiBH4, Et2O, 0ºC (80%)

OHTBSO

N3O2N5.110

Cl2CHCOCl, CH2Cl2, 0ºCPh3P, THF-H2O

(80%)

OHTBSO

NH2O2N

OHOH

N

O

CHCl2HO2N

Cloranfenicol

5.111

OHTBSO

N

O

CHCl2HO2N

TBAF, THF

5.112

Esquema 5.26

La síntesis que se describe a continuación se debe a E. J. Corey y S. Choi y se inicia con la adición aldólica entre el p-nitrobenzaldehído 5.105 y el enolato derivado del bromoacetato de t-butilo 5.106 en presencia de trietilamina y del auxiliar quiral 5.107 (esquema 5.26).21 La reacción proporciona el anti-bromohidroxiéster 5.103 con un rendimiento del 98%, con una relación anti/sin de 96:4 y con mas del 93% de exceso enantiomérico. La sililación del hidroxilo secundario, seguida de desplazamiento SN2 del bromo con azida sódica, conduce al azidoéster 5.109. Este compuesto se reduce con LiBH4 al azidoalcohol 5.110, el cual se transforma en el aminoalcohol 5.111 mediante tratamiento con Ph3P en THF-H2O. La N-acilación con Cl2CHCOCl conduce a la dicloroacetamida 5.112, que por desililación con fluoruro de tetra-n-butilamonio (TBAF) proporciona el cloranfenicol.

La reacción aldólica entre el p-nitrobenzaldehído 5105 y el bromoacetato de t-butilo 5.106 genera dos nuevos estereocentros. La posición relativa anti entre el grupo hidroxilo y el átomo de bromo es función de la configuración Z del enolato. Así, la coordinación del

21 Corey, E. J.; Choi, S. Tetrahedron Lett. 2000, 41, 2765-2768.


éster con la bromodiazaborolidina 5.107 genera el complejo ácido-base de Lewis 5.113, que es desprotanado por la trietilamina para dar lugar al bromoenoalato 5114 (esquema 5.27).22

Esquema 5.27

Un modelo estereoquímico que explica la formación del anti-hidroxibromoéster 5.103 se indica en el esquema 5.28. Así, el bromoenolato de boro 5.114 se coordina con el aldehído, indicado en el esquema 5.28 como RCHO. A continuación se produce el ataque nucleofílico del enolato a la cara Si del aldehído mediante la intervención de un estado de transición cíclico de seis eslabones de tipo Zimmerman-Traxler.23

Esquema 5.28

5.7.c.1. Cuestiones

1) La reacción de reducción de la función azido a amino con Ph3P en THF acuoso se denomina reacción de Staudinger y se aplica en la conversión de 5.110 en 5.111. En el esquema 5.29 se da la reacción ajustada de este proceso:

Esquema 5.29

22 Corey, E. J.; Kim. S. S. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 4976-4977. 23 Corey, E. J.; Imwinkelried, R.; Pikul, S.; Xiang, Y. B. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 5493.


Proponga un mecanismo que explique la reacción anterior.

5.7.a.2. Análisis retrosintético alternativo

En el esquema 5.30 se indica otro análisis retrosintético para el cloroanfenicol, que se inicia con una operación de reconexión del grupo funcional hidroxilo y del grupo funcional dicloroacetamida en un anillo de oxazolina, lo que conduce al compuesto 5.116. La siguiente operación retrosintética abre el anillo de oxazolina mediante un ataque nucleofílico intramolecular tipo SN2 sobre el estereocentro nitrogenado. En el sentido sintético la oxazolina 5.116 se formará mediante apertura nucleofílica tipo SN2 de la función dicloroacetimidato sobre el anillo oxiránico en el epoxidicloroacetimidato 5117. La desconexión de la función dicloroacetimidato en 5.117 conduce al epoxialcohol 5.118 y al dicloroacetonitrilo 5.119. Finalmente, el epoxialcohol 5.118 se obtendrá mediante epoxidación del alcohol alílico 5.200.

Esquema 5.30

5.7.b.2. Síntesis

La síntesis del cloroanfenicol de acuerdo con el anterior análisis retrosintético se inicia con la adición de divinilzinc al 4-nitrobenzaldehído 5.105 (esquema 5.31). Esta reacción proporciona el alcohol alílico (+/-)-5.200 en forma racémica.24 Cuando este alcohol se somete a la reacción de epoxidación asimétrica de Sharpless con hidroperóxido de t-butilo (TBHP) en presencia de (-)-tartrato de diisopropilo (DIPT) y de tetraisopropóxido de titanio, se obtiene el epoxialcohol 5.118 con un rendimiento químico del 45% y con un 94.9% de exceso enantiomérico. El epoxialcohol 5.118 se convierte directamente en el cloranfenicol de la siguiente manera. El epoxialcohol 5.118 se transforma en el dicloroacetonitrilo 5.117 por reacción con diclorocetonitrilo y NaH. El tricloroacetimidato 5.117 se hace reaccionar in situ seguida con 2 equivalentes de BF3·Et2O, lo que provoca la apertura intramolecular del anillo oxiránico y la formación de la oxazolina 5.116. El proceso final de la mezcla de reacción con una disolución acuosa de bicarbonato sódico convierte la oxazolina 5.116 en el cloroanfenicol.

24 Bhaskar, G.; Kumar, V. S.; Venkateswara Rao, B. V. Tetrahedron:Asymmetry 2004, 15, 1279-1283.


OHOH

N

O

CHCl2HO2N

Cloranfenicol

NO

O2N OH

CHCl2

NHO

O2N

O

CHCl2OH

O2N

O

OH

O2N

5.116

5.1175.118

(+/-)-5.200

CHO

O2N5.105

(CH2=CH)2Zn, THF

-78ºC, 10 h (72%)

(-)-DIPT, Ti(OiPr)4, TBHP

CH2Cl2, -20ºC, 154 h (45%)

Cl2CHCN, NaHBF3·Et2O

de -78ºC a 0ºC, 3h

CH2Cl2

NaHCO3 ac.

(71%)

Esquema 5.31

5.7.c.2. Cuestiones

Explique mecanísticamente la conversión del compuesto 5.118 en cloranfenicol.

5.7.d. Reacción de epoxidación asimétrica de Sharpless

En el año 1981 Sharpless, en colaboración con Katsuki, publicó un método de epoxidación que permitía la síntesis enantioselectiva de epoxialcoholes y que empleaba t-butilhidroperóxido (t-BuOOH), como oxidante del proceso, tetraisopropóxido de titanio, que actúa como ácido de Lewis, y un éster de ácido tartárico, como fuente de quiralidad. La reacción sólo funciona sobre enlaces dobles de sistemas alílicos y no sobre enlaces dobles aislados, pero a pesar de esta limitación el método de epoxidación asimétrica de Sharpless tiene a su favor su elevada quimio y enantioselectividad y puede funcionar en condiciones catalíticas a partir de reactivos comercialmente accesibles y fáciles de manipular. Con todas estas ventajas no es extraño que el método de epoxidación de Sharpless sea uno de los métodos de síntesis orgánica más citados entre la comunidad de químicos orgánicos.25

La configuración del epóxido depende de la naturaleza del tartrato empleado en la epoxidación. Cuando se dibuja el sistema de alcohol alílico tal y como se describe a continuación, el L-(+)-tartrato de dialquilo, que es el natural, transfiere el oxígeno desde abajo, y el D-(-)-tartrato de dialquilo lo transfiere desde arriba (esquema 5.32).

25 (a) Katsuki, T.; K. B. Sharpless, K. B. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 5974. (b) Gao, Y.; Hanson, R. M.; Klunder, J. M.; Ko, S. Y.; Masamune, B. Sharpless, K. B. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 5765. (c) Klunder, J. M.; Ko, S. Y.; Sharpless. J. B. J. Org. Chem. 1986, 51, 3710. (d) Ko, S. Y.; Sharpless, K. B. J. Org. Chem. 1986, 51, 6237.


Esquema 5.32

La reacción de epoxidación se inicia con el intercambio de ligandos entre el alcóxido de titanio(IV) y el tartrato, lo que conduce a la formación de un dímero Ti2(tartrato)2(OR)4 (complejo I , véase el esquema 5.33).26

Un nuevo intercambio de ligandos con el tBuOOH, forma Ti2(tartrato)2(tBuOO)(OR)3 (intermedio II ), que reacciona con el alcohol alílico para dar el intermedio III (Ti2(tartrato)2(tBuOO)(alilOH)(OR)2. La epoxidación intramolecular del doble enlace en el intermedio III genera el intermedio IV (Ti2(tartrato)2(tBuO)(alilepóxido)(OR)2) el cual, por intercambio de ligandos con el alcohol ROH, proporciona el epoxialcohol y tBuOH y regenera el intermedio I que inicia un nuevo ciclo de epoxidación.

Esquema 5.33

26 (a) Finn, M. G.; Sharpless. K. B. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 106. (b) Finn, M. G.; Sharpless, K. B. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 113.


5.7. e. Resolución cinética enantioselectiva de Sharpless

La reacción de epoxidación asimétrica de Sharpless es insensible a la configuración de cualquier estereocentro presente en los sustituyentes del alqueno, excepto si el estereocentro se encuentra en el carbono alílico que soporta el grupo hidroxilo. Por ejemplo, en la epoxidación de Sharpless del alcohol alílico (S)-1-ciclohexil-2-buten-1-ol con el (+)-tartrato de diisopropilo se obtiene de forma altamente estereoselectiva el epoxialcohol anti (esquema 5.34).

Esquema 5.34

Sin embargo, la epoxidación del alcohol (R)-1-ciclohexil-2-buten-1-ol con el (+)-tartrato de diisopropilo proporciona, con muy bajo nivel de estereocontrol, el epoxialcohol sin (esquema 5.35).

Esquema 5.35

Estos resultados se pueden explicar mediante el modelo estereoquímico que se describe en el esquema 5.36. El voluminoso grupo ciclohexilo del esterocentro se coloca, en el caso del alcohol de configuración S, en una posición que presenta mínima interferencia estérica con el resto de los sustituyentes y ligandos del complejo quiral.

TiO

O

O

R´O

ROOR

ETi

OOE

OROOC

OO

tBu

R´´

H

OH

(+)-DIPT, CH2Cl2

Ti(iPrO)4, tBuOOH

(S)-1-ciclohexil-2-buten-1-ol

OHO

anti

Estado de transición favorecido:reacción de epoxidación rápida

Par consonante en la reacción de epoxidación de Sharpless

Esquema 5.36


En la epoxidación del (S)-1-ciclohexil-2-buten-1-ol con el (+)-tartrato de diisopropilo la inducción asimétrica del alcohol alílico quiral y la del tartrato cooperan mutuamente en la consecución de un elevado grado de esterocontrol. Este es pues un caso de par consonante (par matched).

En la epoxidación del alcohol de configuración R el voluminoso grupo ciclohexilo se coloca en una situación desfavorable, debido a la interacción estérica con un grupo éster del (+)-tartrato, tal y como se indica en el esquema 5.37.

Esquema 5.37

El resultado no es sólo una baja estereoselectividad en la formación del epoxialcohol sin, sino también una menor velocidad de epoxidación del alcohol R en comparación con el alcohol S.27 En este sustrato en particular el alcohol S se epoxida con (+)-DIPT 140 veces más rápido que el alcohol R. En la epoxidación del alcohol alílico de configuración S con el (+)-tartrato la inducción asimétrica del alcohol alílico se opone a la del tartrato (par disonante o par mismatched) y, como ninguno de los dos componentes del par logra imponer su propia inducción asimétrica, el resultado es un bajo nivel de estereocontrol de la reacción.

Esta diferencia de velocidad en la epoxidación de alcoholes alílicos enantioméricos permite aplicar el método de Sharpless en la resolución cinética de alcohol alílicos enantioméricos tal y como se indica en el siguiente esquema:

27 Martin, V. S.; Woodward, S. S.; Katsuki, T.; Yamada, Y.; Ikeda, M.; Sharpless. K. B. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 6237.


Esquema 5.38

La resolución cinética de Sharpless es más dependiente de la estructura del sustrato que la propia reacción de epoxidación asimétrica. Sin embargo, los alcoholes alílicos que se dan a continuación permiten resoluciones cinéticas de Sharpless con excelentes niveles de enantiocontrol.

Figura 5.65

Síntesis de antifúngicos 68

6. Infecciones fúngicas

Las infecciones causadas por hongos se denominan micosis. Con este término se engloba el conjunto de infecciones provocadas por especies de hongos capaces de producir enfermedades en el hombre.

6.1. Micosis superficiales

Las micosis más frecuentes son las superficiales o dermatofitosis, que afectan a las capas superficiales de la piel, pelo y uñas. Las micosis cutáneas se favorecen en las zonas de la piel donde hay pliegues o abundante sudoración ya que es allí donde se concentra la humedad favorecedora de la presencia y la multiplicación de hongos. La oscuridad y la elevada temperatura también favorecen las micosis. Las micosis superficiales dan lugar a infecciones tales como:

a) Tiña de pie o pie de atleta, que se caracteriza por una afectación en la zona próxima a los dedos del pie.

b) Tiña ungueal u onicomicosis, con una prevalencia del 6% de la población. Se localiza en las uñas de manos o pies provocando una degeneración estética de la uña (decoloración, deformación o engrosamiento).

c) Tiña de axila.

d) Pitiriasis versicolor, que se caracteriza por la presencia de manchas blanquecinas en la piel debida al contacto con zonas de potencial riesgo que combinan calor y humedad como piscinas, duchas, playa, etc.

Los síntomas más frecuentes de las micosis superficiales varían en función de la zona infectada, pero los más usuales son picor, descamación, cambios en la coloración de la piel, enrojecimiento, alteraciones en la superficie, etc.

6.2. Micosis profundas o sistémicas

Las micosis profundas o sistémicas son provocadas por agentes etiológicos capaz de diseminarse por vía linfohemática en algún momento de su evolución, provocando la agresión simultánea de varios órganos con serio riesgo para la vida del paciente. Las micosis profundas son provocadas por hongos patógenos como Histoplasma capsulatum, Coccidioides immitis, Paracoccidioides brasiliensis y Blastomyces dermatitides. Estos agentes presentan varios factores comunes. Así, una vez en los tejidos del huésped, el hongo experimenta una adaptación frente al sistema de defensa con formación de elementos levaduriformes o esporangios. La vía de penetración generalmente es inhalatoria, produciendo cuadros de primoinfección pulmonar originando un complejo primario similar al de la tuberculosis, que es habitualmente benigno y se cura espontáneamente. Como secuelas suele quedar una sólida respuesta inmune frente a las infecciones, evidenciada por reacciones cutáneas, y en ocasiones focos de calcificación pulmonar. Un reducido número de sujetos infectados, que varía según el tipo de micosis, no se defiende adecuadamente y la infección pulmonar se torna progresiva, comprometiendo la vida del paciente si éste no recibe el tratamiento adecuado.


Las micosis afectan a personas de cualquier sexo y edad, siendo más frecuentes en niños, ancianos y en personas inmunodeprimidas.

6.3. Tratamientos antimicóticos

Como en todas las enfermedades el mejor tratamiento es la prevención, que en el caso de las infecciones fúngicas se basa en mantener una correcta higiene de la piel, eliminar el contacto con posibles fuentes de contagio, controlar la hiperhidrosis,28 y utilizar calzado adecuado. El tratamiento de la infección fúngica puede ser sistémico o tópico, aplicándose en este caso el fármaco sobre el área afectada.

La onicomicosis es una infección en las uñas de las manos o de los pies producida por hongos. Debido a ella, la uña sufre una progresiva decoloración, deformación y engrosamiento que, en la mayoría de los casos, no cursa con dolor o excesivas molestias lo que explica que, muy a menudo, los individuos infectados no acudan de inmediato al médico o al podólogo. Este retraso provoca que la degeneración progresiva de la uña pueda llegar a producir la pérdida de ésta, afectando física y psicológicamente al paciente. Las uñas de los pies tienen más probabilidad de infectarse que las uñas de las manos. Y, entre las uñas de los pies, el dedo gordo es el más afectado. Numerosos estudios procedentes de países desarrollados dan cifras de prevalencia de onicomicosis situadas entre el 2-8% de la población. El tratamiento de esta patología es lento y requiere paciencia. En función de la severidad se recomienda tratamiento tópico o sistémico. El tratamiento tópico, usualmente con el empleo de un antifúngico en laca, se suele recomendar cuando la superficie de la uña afectada es distal (lejana a la cutícula) o lateral y no afecta a una superficie amplia. En el caso de una onicomicosis más avanzada se utiliza el tratamiento combinado, que consiste en el uso de antimicóticos orales y aplicación de antimicóticos tópicos.

6.4. Fármacos antimicóticos

Aunque existen más de 300.000 especies diferentes de hongos, sólo 600 son patogénicas para los humanos y de éstas 20 son las responsables de más del 99% de las infecciones. Los hongos difieren apreciablemente unos de otros, por lo que su grado de respuesta a los tratamientos antifúngicos varía de forma notable. Al contrario que las bacterias, que son organismos procariotas, los hongos son eucariotas y, por tanto, utilizan la misma maquinaria enzimática que los humanos, lo que provoca problemas de selectividad en el tratamiento con los fármacos antimitóticos.

6.4.1. Anfotericina B y 5-flucitosina

Antes de 1956 las micosis se trataban en general con yoduro de potasio oral, hasta que en ese año aparece la anfotericina B (ANB parenteral, Fungizona® Squibb). A partir de 1964 se empleó la 5-flucitosina (5-FC) con un espectro clínico dirigido contra algunas levaduras (véanse las estructuras de estos compuestos en la figura 5.66).

La ANB se emplea en infusión endovenosa en el tratamiento de micosis profundas severas que incluyen aspergilosis, blastomicosis, candidiasis, coccidiomicosis, criptococosis, histoplasmosis, mucormicosis, paracoccidioidomicosis y esporotrocosis. Se usa también en

28 Excesiva producción de sudor en una o varias zonas del cuerpo.


el tratamiento de meningoencefalitis primarias por especies de Naegleria. También se usa como agente de segunda línea en la leishmaniasis mucocutánea y visceral. Además, está indicada particularmente en la meningitis por Criptococcos junto con la 5-FC.

La 5-flucitosina es una pirimidina fluorada sintética que empezó a utilizarse en tratamientos antimicóticos a partir de 1964. Es convertida en 5-fluoracilo por la enzima citosina deaminasa, se incorpora al ARN del hongo e interfiere en la síntesis del ADN fúngico. Es escencialmente un agente antilevadura, activa contra candidas y sus especies, contra Criptococcos neoformans y contra algunos hongos negros. Se difunde al líquido cefalorraquídeo y se elimina en su forma activa por la orina. Se usa en asociación con el ANB para evitar la resistencia a esta droga

O

OOHOHOH

OH

OHOHO

OOH

OH

COOH

O

OHNH2

OHAnfotericina B

NH

NF

NH2

O

5-Flucitosina

Figura 5.66. Estructuras de la anfotericina B (ANB) y de la 5-flucitosina

El modo de acción de la anfotericina B se puede considerer atípico ya que este compuesto no inhibe ninguna enzima sino que se une al ergosterol, el principal esterol de las membranas fúngicas, alterando la función de la membrana y provocando el vertido de componentes citoplasmáticos al exterior celular. En la figura 5.67, tomada del artículo de Odds y colaboradores en el cual se revisan los mecanismos de acción de los compuestos antifúngicos,29 se comparan las estructuras de la anfotericina B, del ergosterol y del colesterol. La molécula de ergosterol tiene una forma cilíndrica mientras que la del colesterol, el mayor esterol en las membranas celulares de los mamíferos, está doblada. Esta diferencia conformacional explica la mayor afinidad del ergosterol por la anfotericina B.

Figura 5.67. Comparación de las estructuras de anfotericina B, ergosterol y cholesterol 29 F. C. Odds, A. J.P. Brown, N. A.R. Gow. Trends Microbiol. 2003, 11, 272-279.


6.4.2. Antimocóticos azólicos

Los compuestos más empleados en los tratamientos antimitóticos son los denominados azoles, de los cuales existen dos categorias: los antimicóticos imidazólicos y los triazólicos. El primer fármaco antimitótico imidazólico, denominado miconazol (Daktarin®), fue desarrollado por la compañía Janssen en la década de los años 60 del siglo XX. En la figura 5.68 se indican las estructuras de fármacos antimicóticos de tipo imidazólico.

Figura 5.68. Estructuras de antimicóticos imidazólicos

Con excepción del ketoconazol, los antimicóticos que aparecen en la figura 5.68 se caracterizan por poseer potentes actividades antifúngicas pero baja exposición sistémica,30 por lo que se emplean en el tratamiento tópico de la piel y de las uñas. El ketoconazol fue el primer antifúngico imidazólico en exhibir actividad frente a patógenos sistémicos. Este antimicótico es un potente inhibidor del citocromo P450 3A4 (forma abreviada CYP3A4), una oxidasa implicada en el metabolismo de los xenobióticos. Esta inhibición impide la propia degradación del fármaco, por lo que el tiempo de vida media del ketoconazol es dependiente de la dosis y del paciente.

La acción antimicótica de los compuestos azólicos se debe a la inhibición de la enzima lanosterol-14α-desmetilasa (CYP51), implicada en la ruta biosintética que transforma el lanosterol en ergosterol, componente de las membranas celulares de los hongos. La enzima CYP51 cataliza la eliminación oxidante de un grupo metilo del lanosterol mediante un mecanismo dependiente del citocromo P450. En el esquema 5.67 se indican las estructuras del lanosterol y del ergosterol, así como las de los intermedios implicados en la ruta biosintética que transforma el lanosterol en ergosterol.

30 Los medicamentos sistémicos son los que actúan desde el interior del cuerpo.


Esquema 3.39. Intermedios biosintéticos en la conversión de lanosterol en ergosterol

El cambio del anillo imidazólico por un anillo triazólico condujo al desarrollo de una segunda generación de compuestos antimicóticos, englobados bajo la denominación común de antifúngicos triazólicos (véase la figura 5.69). Estos fármacos exhiben un amplio perfil farmacocinético y espectro de acción antifúngica contra infecciones sistémicas como la candidiasis, enfermedad provocada por hongos del género Candida, la criptococosis, enfermedad oportunista producida por hongos del género Cryptococcus y la aspergillosis, causada por hongos del género Aspergillus.

Figura 5.69. Estructuras de antimicóticos triazólicos

En la figura 5.70, tomada del artículo de Odds y colaboradores, se representa el centro activo del citocromo CYP51P y la unidad de porfirina en él ubicada, junto con las estructuras en modelo space-filling del itraconazol, el fluconazol y el voriconazol. Las flechas rojas


dibujadas en el figura 5.70 se inician en la parte azólica del antimicótico y se dirigen hacia el átomo de hierro del anillo de porfirina. La unión al metal bloquea el centro activo del enzima impidiendo la acción de ésta. Las diferentes cadenas laterales conectadas al grupo farmacofórico azólico se unen de manera diferente a las regiones circundantes de la proteína CYP51P, lo que explica las diferencias en la selectividad y en el espectro antifúngico de cada uno de estos compuestos.

Itraconazol

Voriconazol

Fluconazol

Figura 5.70. Orientación de fármacos antimicóticos en la unión a porfirina

6.4.3. Alilaminas y morfolinas

De entre los antimicóticos de tipo alilamina y morfolina merecen ser destacados la terbinafina y la amorolfina, cuyas estructuras se indican en la figura 5.71.

Figura 5.71. Estructuras de la terbinafina y la amorolfina

La terbinafina interviene en los primeros pasos en la biosíntesis del ergosterol ya que impide la formación del lanosterol al inhibir la enzima escualeno 2,3-epoxidasa que convierte el escualeno en epóxido de escualeno. Por otro lado, la amorolfina interfiere en


etapas tardías en la biosíntesis del ergosterol ya que impide la conversión del fecosterol en episterol al inhibir la enzima reductasa D14 y la isomerasa D7-D8 (véase el esquema 3.40).

Esquema 3.40

7. Síntesis de antifúngicos

7.1. Síntesis de miconazol y econazol

El miconazol es un antimicótico de amplio espectro que modifica la permeabilidad de la membrana fúngica, al inhibir la biosíntesis del ergosterol. Se emplea en el tratamiento de la dermatofitosis, intértigo candidiásico, lesiones perianales, onixis y perionixis, estomatitis angular, balanopostitis; candidiasis anal, vulvar y escrotal en niños y prematuros, vulvovaginitis candidiásica posantibiótica, pitiriasis versicolor, infecciones y sobreinfecciones por bacterias gram positivas.

El econazol se emplea en el tratamiento e infecciones provocadas por hongos, levaduras y bacterias sensibles, tanto de tipo dérmico como vulvovaginal y anal. Es activo frente a Candida, Trichophyton mentagrophites, Trichophyton tonsurans, Trichophyton rubrum, Epidermophyton floccosum, Trichosporon y Nocardia minutissima. 7.1.a. Análisis retrosintético

En el esquema 3.41 se indica un análisis retrosintético para el miconazol y el econazol. El proceso se inicia con la desconexión de la parte de clorobencílica que se basa en una reacción SN2 y conduce al alcohol 5.203 junto con el (1-halometil)-2,4-diclorobenceno 5.201 (en el caso del miconazol) o al (1-halometil)-4-clorobenceno 5.202 (en el caso de econazol). La desconexión del anillo imidazólico en el alcohol 5.203 origina el propio imidazol 5.204 y el alcohol bencílico 5.205 que se obtendrá de la (2,4-diclorofenil) halometil cetona 5.206.


Esquema 3.41

7.1.b. Síntesis

La síntesis del miconazol se inicia con la reducción de la (2,4-diclorofenil) clorometil cetona 5.206 (esquema 3.42). Si la reducción de 5.206 se lleva a cabo con NaBH4 se obtiene el alcohol 5.205 como racemato. Sin embargo, la biorreducción de 5.206 con Alcohol DesHidrogenasas (ADH T), comercialmente disponible, permite la obtención enantioselectiva del alcohol 5.205. Así, cuando se emplea ADH T, en presencia de isopropanol (como cofactor) y de NADPH (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato), se obtiene el alcohol bencílico (R)-5.205 con rendimientos químicos y enantioselectivos prácticamente cuantitativos.31 La reacción de (R)-5.205 con imidazol en DMF, en presencia de NaH, proporciona el alcohol imidazólico (R)-5.203.

Esquema 3.42

31 J. Mangas-Sanchez, E. Busto, V. Gotor-Fernández, F. Malpartida, V. Gotor. J. Org. Chem. 2011, 76, 2115–2122


La ionización del alcohol (R)-5.203 con KH en THF, seguida de reacción SN2 con 1-(bromometil)-2,4-diclorobenceno 5.201 conduce al miconazol. Por otro lado, la reacción del alcoxilato potásico con 1-(bromometil)-4-clorobenceno 5.202 proporciona el econazol

7.2. Síntesis de ketoconazol

El ketoconazol es un agente antimicótico que inhibe la enzima lanosterol-14α-desmetilasa (CYP51). Esta acción provoca una disminución del ergosterol y, de forma secundaria, el acúmulo de esteroles anómalos en las membranas celulares de los hongos. La falta de ergosterol altera la permeabilidad de las membranas lo que lleva a la desestructuración de los orgánulos intracelulares y a la disminución de su capacidad de división. Secundariamente, el acúmulo de esteroles anómalos contribuye a la fragilidad y muerte celular. Esta situación se ve reforzada por un cierto efecto del ketoconazol sobre la biosíntesis de otros compuestos como los fosfolípidos y los triglicéridos. Finalmente, en algunos hongos, como en el caso de las Candidas, el ketoconazol impide la transformación en pseudohifas, lo que los hace más sensibles a la acción de los leucocitos del organismo.

El ketoconazol es uno de los fármacos de elección en infecciones candidiásicas con duraciones del tratamiento que van desde los cinco días, en una candidiasis vaginal, hasta un año en las onicomicosis candidiásicas. También se emplea en el tratamiento de infecciones por histoplasmas y blastomicetos y en algunos casos de coccidiomicosis y paracoccidiomicosis.

Usado tópicamente, el ketoconazol presenta utilidad frente a algunos dermatofitos como Trichophyton spp., Epidermophyton spp., Microsporum spp. y frente a levaduras como la Malassezia spp.(Pityrosporum spp.). Esto lo hace eficaz ante la pitiriasis versicolor, la dermatitis seborreica y algunas tiñas. También existen fórmulas de ketoconazol al 1% o 2% en presentación de champú, que son empleadas en el tratamiento y la profilaxis de infecciones en las que está implicada la levadura Pityrosporum ovale, así como en la pitiriasis versicolor (localizada), la dermatitis seborréica y la pitiriasis capitis (caspa).

Usado a altas dosis produce una supresión androgénica rápida, por lo que se emplea también como tratamiento del cáncer de próstata metastásico.

7.2.a. Análisis retrosintético

La retrosíntesis del ketoconazol se inicia con la escisión del enlace éter (esquema 3.43). Esta operación genera el 4-(piperazinil)fenol 5.207 y el acetalimidazólico 5.208 (X = grupo saliente). La desconexión del anillo imidazólico, basada en una reacción SN2, conduce al propio imidazol 5.204 y al aril-acetal 5.209 (Y = grupo saliente). La desconexión de la función acetálica en este último compuesto forma la halometil 2,4-diclorofenil cetona 5.210 y el diol 5.211 que se obtendrá de la (R)-eplicorohidrina 5.213.


OO

O N NO

NN

Cl

ClKetoconazol

C-O

SN2

HO N NO

OON

N

Cl

Cl

X+

5.207

5.208

5.209

SN2

C-N

OOY

Cl

Cl

X

NHN

Acetal

O

Cl

Cl

OHHO

Y

X

+O

Cl

H

5.2105.2115.212

5.204

+

Esquema 3.43

7.2.b. Síntesis

La síntesis del ketoconazol se inicia con la reacción de la (R)-eplicorohidrina 5.212 con acetona en presencia de BF3·Et2O, lo que permite la obtención del cloroacetónido 5.213 (esquema 3.44).32 La reacción de transcetalización entre el cloroacetónido 5.213 y la bromometil 2,4-diclorofenil cetona 5.210 se lleva a cabo a reflujo en una mezcla tBuOH/tolueno en presencia de ácido p-toluensulfónico hidrato y proporciona una mezcla de acetales diastereoisóméricos con un rendimiento del 76% (en el esquema 3.43 solo se dibuja la estructura de uno de los diastereoisómeros). El calentamiento de la mezcla de acetales con benzoato sódico en DMF a 165ºC, seguida de cristalización de metanol y de recristalización de una mezcla isopropanol/diisopropil éter, permite la obtención del bromobenzoato acetálico 5.214 puro (rendimiento global del 22% desde la bromometilcetona 5.210). La reacción de 5.214 con imidazol a reflujo de N,N-dimetilacetamida conduce al benzoato imidazólico 5.215. La saponificación de este compuesto proporciona el alcohol 5.216 que se transforma en el mesilato 5.208 por reacción con cloruro de metanosulfonilo en piridina. El ketoconazol se obtiene por ionización del 4-(piperazinil)fenol 5.207 con hidruro sódico seguida de calentamiento con el mesilato 5.208 en DMSO a 80ºC.

32 P. Camps, X. Farrés, M. L. Garcia, J. Ginesta, J. Paseual, D. Mauleón, G Carganico Tetrahedron:Asymmetry 1995, 6, 1283-1294.


Esquema 3.44

7.2.c. Cuestiones

1) Proponga un mecanismo que explique la formación del cloroacetal 5.213 por reacción de la (R)-epiclorohidrina 5.212 con acetona en presencia de BF3.

2) En la reacción de transcetalización se forma la mezcla de acetales diastereoisoméricos indicada en el esquema 3.45.

Esquema 3.45

Explique mecanísticamente la formación de los dos acetales diastereoisoméricos.

3) El 4-(piperazinil)fenol 5.207 se puede obtener mediante la secuencia de reacciones indicada en el esquema 3.46. El proceso de síntesis se inicia con la reacción Buchwald-


Hartwig entre el 1-bromo-4-metoxibenceno 5.218 y la piperazina 5.219. La reacción se lleva a cabo en tolueno en presencia de t-butóxido sódico y del catalizador PdCl2[(P(o-tolil) 3]2 y proporciona la 1-(4-metoxifenil)piperazina 5.220.33 La desmetilación de este compuesto, por reacción con HBr acuoso del 45% conduce a la 4-(piperazin-1-il)fenol 5.221,34 que por N-acetilación se convierte en el 4-(4´-acetilpiperazin-1-il)fenol 5.207.

Esquema 3.46

Sabiendo que el ciclo catalítico de la reacción de Buchwald-Hartwig35 es similar al de otras reacciones catalizadas por paladio, proponga un ciclo catalítico que explique la formación del compuesto 5.220.

7.3. Síntesis de fluconazol

Al igual que otros antimicóticos, el fluconazol inhibe el citocromo P450 fúngico de la enzima 14α-desmetilasa. Como la actividad de la desmetilasa mamífera es mucho menos sensible al fluconazol que la desmetilasa fúngica se produce el bloqueo de la conversión de lanosterol en ergosterol y la subsecuente acumulación de esteroles 14α-metilados en la membrana fúngica.

El fluconazol es principalmente fungistático, pero puede actuar también como fungicida contra ciertos organismos en una dosis dependiente.

Se emplea en el tratamiento de candidiasis de las mucosas, como las candidiasis orofaríngeas, esofágicas, infecciones broncopulmonares no invasivas, candiduria, candidiasis mucocutáneas y candidiasis oral atrófica crónica, candidiasis sistémicas, incluyendo candidemia, candidiasis diseminada y otras formas de infecciones invasivas por Candida, entre las que se incluyen infecciones localizadas en el peritoneo, endocardio, aparato respiratorio, urinario y ojos. También se receta en el tratamiento de la criptococosis, incluyendo la meningitis criptococócica e infecciones en otras localizaciones (pulmonares,

33 (a) Y. Huang, L. S. Kegeles, S-A Bae, D. Hwang, B. L. Roth, J. E. Savageb, M. Laruelle. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2001, 11, 1375-1377. (b) M. Hepperle, J. Eckert, D. Gala, L. Shen, C. A Evans, A. Goodman. Tetrahedron Lett. 2002, 43, 3359-3363. 34 T. Komoto, T. Okada, S. Sato, Y. Niino, T. Oka, T. Sakamoto. Chem. Pharm. Bull. 2001, 49, 1314-1320 35 (a) A. S. Guram, R. A. Rennels, S. L. Buchwald. Angew. Chem. Int. Ed. 1995, 34, 1348-1350. (b) M. S. Driver, J. F Hartwig. J. Am. Chem. Soc.1997, 119, 8232-8245. (c) J. P. Wolfe, S. Wagaw, J. F. Marcoux, S. L. Buchwald. Acc. Chem. Res. 1998, 31, 805-818. (d) J. F. Hartwig. Synlett 1997, 329-340.


cutáneas, etc.) y en la prevención de infecciones fúngicas en pacientes con neoplasias que estén predispuestos a tales infecciones como consecuencia de la quimioterapia o radioterapia


El análisis retrosintético del fluconazol se inicia con la desconexión del anillo de triazol (esquema 3.47). Esta operación conduce al propio triazol 5.223 y al compuesto 5.222 (X=grupo saliente) que se obtendrá de la aril triazolil cetona 5.224. La desconexión del anillo triazólico remanente forma la halometil 2,4-diflurofenil cetona 5.225 que se preparará mediante reacción SEAr ente el 1,3-diflurobenceno 5.226 y el haluro de haloacetilo 5.227.

Esquema 3.47

7.3.b. Síntesis

La síntesis del fluconazol comienza con la reacción SEAr entre el cloruro de cloroactilo 5.227 y el 1,3-difluorobenceno 5.226 a 50ºC, sin disolvente. En estas condiciones se obtiene la clorometil 2,4-difluorofenil cetona 5.225 (esquema 3.48).36 El desplazamiento SN2 del cloruro se lleva por reacción con el triazol 5.223 a reflujo de acetato de etilo y en presencia de la base trietilamina, lo que proporciona, con un modesto rendimiento del 40%, la triazolilcetona 5.224. La reacción con el yoduro de trimetilsulfoxonio, en condiciones de transferencia de fase (bromuro de cetrimonio (C16H53)N(CH3)3Br, NaOH, agua, tolueno, 60ºC), conduce al epóxido 5.228 que es el equivalente sintético del intermedio 5.222 que surge en el análisis retrosintético. La reacción del epóxido 5.228 con triazol, en presencia e carbonato potásico como base, proporciona una mezcla de fluconazol junto con un triazol isomérico. El isomero minoritario, no deseado, es más soluble en agua que el fluconazol y se elimina mediante lavado con agua de una disolución clorofórmica que contiene el crudo de reacción.

36 K. Richardson, K. Cooper, M. S. Mariott, M. H. Tarbit, P. F. Troke, P. J. Whittle. Annals New York Acad. Sci. 1998, 544, 4-11


Esquema 3.48

7.3.c. Cuestiones

1) Explique la regioselectividad de la reacción SEAr que proporciona la clorometil 2,4-difluorofenil cetona 5.225.

2) La conversión de cetonas en epóxidos, mediante reacción con yoduro de trimetilsulfoxonio en medio básico, fue desarrollada por E. J. Corey y M. Chaykovsky, razón por la cual esta conversión recibe el nombre de reacción de Corey-Chaykovsky.37 La reacción ajustada para este proceso se indica en el esquema 3.49.

Esquema 3.49

Proponga un mecanismo para la reacción anterior.

7.4. Síntesis de itraconazol

El itraconazol se emplea en el tratamiento de micosis sistémicas contra Aspergillus, Blastomices, Cromoblastomicosis, Candidas, Coccidioides, Criptococcos, Histoplasmosis, Paracoccidioides y esporotricosis. El itraconazol difunde poco por las meninges, no obstante se usa como alternativa del ANB y el 5-FC para la criptococosis meníngea, ya que estos dos fármacos son muchos más tóxicos que el itraconazol. Al igual que el fluconazol, el itraconazol se muestra como un antifúngico más potente que el ketoconazol.

El itraconazol inhibe la enzima CYP51A1, específica de los hongos, y también inhibe la glucoproteína P (GpP).1 La selectividad de esta inhibición viene determinada por el grado de lipofilia del extremo azólico del antifúngico. En el caso del itraconazol, este extremo es muy lipofílico, lo que origina enlaces fármaco-citocromo muy estables, y explica la mayor especificidad de este fármaco, en comparación con otros antifúngicos azólicos. El

37 E. J. Corey, M. Chaykovsky. J. Am. Chem. Soc. 1965, 87, 1353-1364.


itraconazol no induce el citocromo P-450 pero es un potente inhibidor de la enzima CYP3AP, lo que tiene trascendencia clínica a la hora de valorar sus interacciones.

Por ser una base débil el itraconazol necesita un medio ácido para su absorción en el tubo digestivo, reduciéndose la absorción en condiciones de pH gástrico elevado. Se recomienda que el fármaco se tome con comida, en cuya situación se absorbe un 30% más, o con bebidas cítricas o de cola. Su escasa solubilidad en agua también limita su absorción, por lo que se dispone de una formulación que incorpora hidroxipropil-ciclodextrina, un oligosacárido cíclico que incrementa la solubilidad de compuestos lipofílicos en soluciones acuosas.

La difusión al líquido cefalorraquídeo (LCR) y su filtración por orina es mínima. Es ampliamente metabolizado a nivel hepático (se han documentado hasta 30 metabolitos), siendo su principal metabolito el hidroxi-itraconazol, que ha demostrado eficacia antifúngica in vitro.

Se elimina mayoritariamente por heces y mínimamente por orina. Se une a proteínas plasmáticas en un 99% y su vida media de eliminación es de 40 horas, tardando varios días en alcanzar niveles máximos de equilibrio en la sangre, por lo que se aconseja aumentar las dosis los primeros días para alcanzar niveles terapéuticos estables lo antes posible. La concentración plasmática no se modifica en presencia de insuficiencia renal ni decrece con hemodiálisis, elevándose en pacientes con insuficiencia hepática grave.


El análisis retrosintético del itraconazol se indica en el esquema 3.50 y se inicia con la desconexión de la cadena de 2-butilo. Esta operación, basada en una reacción SN2, conduce al compuesto 5.228 y al 2-halobutano 5.229 (X = halógeno). El anillo de triazolona que contiene el compuesto 5.228 se sintetizará a partir de la arilamina 5.230 que, a su vez, derivará del nitrocompuesto 5.231. La desconexión del fragmento de 4-nitrofenilo en el compuesto 5.231 se basa en una reacción SNAr y conduce a la piperazina 5.232 y al 1-halo-4-nitrobenceno 5.233. La escisión del enlace éter en el compuesto 5.232, basada en una reacción SN2, origina el mesilato acetálico 5.234 y el 4-(piperazin-il)fenol 5.235 (P=grupo protector).

Los bloques de construcción del mesilato acetálico 5.234 serán el triazol 5.223, la metil 2,4-diclorofenil cetona 5.235 y el glicerol 5.236.


Esquema 3.50

7.4.b. Síntesis

a) Síntesis del mesilato 5.234

La síntesis del itraconazol se inicia con la cetalización de la 2,4-cloroacetofenona 5.235 con glicerol 5.236 mediante calentamiento en butanol/benceno en presencia de ácido p-toluensulfónico (esquema 3.51).38 La bromación del crudo de reacción anterior, compuesto

38 J. Heeres, L. J. J. Backx, J. H. Mostmans, J. Van Cutsem. J. Med. Chem. 1979, 22, 1003-1005.


5.237, proporciona el compuesto 5.238 con un 91% de rendimiento global en las dos etapas. La benzoilación de 5.238, seguida de cristalización, permite la obtención del bromobenzoato 5.239. Cuando este compuesto se calienta a 130ºC con la sal sódica del 1,2,4-triazol, generada in situ mediante reacción de éste con NaH en DMSO, se obtiene una mezcla de trazoles regioisoméricos, siendo el mayoritario el indicado con la estructura 5.240. La mezcla de triazoles regioisoméricos se somete a saponificación con hidróxido sódico en dioxanos y la separación de los isómeros mediante cromatografía permite la obtención del correspondiente alcohol derivado de 5.240.39 La reacción de este compuesto con cloruro de metanosulfonilo en piridina proporciona el mesilato 5.234.

Esquema 3.51

b) Finalización de la síntesis

La síntesis del itraconazol se continúa con la reacción entre el mesilato 5.234 y la sal sódica derivada de la N-acetil-4-hidroxifenilpiperazina 5.207, generada por reacción de este compuesto con NaH en DMSO (esquema 3.52).40 La reacción se lleva a cabo a 80ºC y proporciona el compuesto 5.235 con un 64% de rendimiento. La desacetilación de 5.235, mediante reacción con hidróxido sódico a reflujo de n-butanol, forma la correspondiente amina que se somete a reacción SNAr con 4-cloronitrobenceno mediante calentamiento a 120ºC en DMSO en condiciones suavemente básicas (K2CO3). Esta secuencia de reacciones conduce al nitroderivado 5.231 que se convierte en la correspondiente anilina por reducción con hidrógeno molecular en presencia de platino depositado sobre carbón. La reacción de la anilina con cloroformiato de fenilo proporciona el carbamato 5.237. Cuando este compuesto se trata con hidrazina se obtiene la correspondiente semicarbazida la cual, por condensación con formamidina, conduce a la triazolona 5.228. Finalmente, la reacción SN2 de 5.228 con 2-bromobutano, en DMSO en presencia de KOH, proporciona el itraconazol.

39 J. Heeres, R. Hendrickx, J. Van Cutsem. J. Med. Chem. 1983, 26, 611-613. 40 J. Heeres, L. J. J. Backx, J. Van Cutsem. J. Med. Chem. 1984, 27, 894-900.


O

OOMsN

N

N

Cl

Cl

5.234

O

OO

N

N

N

NNH

O

NN

N

Cl

Cl

Me

MeBr

O

OO

N

N

NO2

NN

N

Cl

Cl

O

OO

N

N

NN

N

Cl

Cl

NO2

Cl

5.228

5.229

5.231

5.233

HO

N

N

5.207

+

O

CH3 R

R =H

R= COCH3

O

OO

N

N

NH

NN

N

Cl

Cl

O

OPh

NaH

DMSO

NaOHnBuOH

K2CO3, DMSO

1) H2, Pd/C

2) (PhO)COCl, piridina

1) NH2NH2, dioxano

2) Formamidina, DMF

KOH, DMSO

5.235

5.236

5.237

O

OO

N

N

N

NN

Me

Me

O

NN

N

Cl

Cl

Itraconazol

Esquema 3.52

7.4.c. Cuestiones

1) Explique mecanísticamente la formación de la triazolona 5.228 a partir del carbamato 5.237.

7.5. Síntesis de terbinafina

La terbinafina es una alilamina de amplio espectro antimicótico. Aplicada en bajas concentraciones se comporta como fungicida contra dermatófitos y ciertos hongos dimórficos. En el caso de las levaduras, su actividad es fungicida o fungistática dependiendo de la especie. La terbinafina se emplea en el tratamiento de infecciones provocadas por


hongos dermatofitos como Trichophyton, Mycrosporum canis y Epidermophyton floccosum, de levaduras como Candida albicans y también en el tratamiento de la pitiriasis versicolor (tiña) y de las infecciones provocadas por Malassezia furfur.


La retrosíntesis de la terbinafina se indica en el esquema 3.53 y se inicia con la desconexión del enlace Csp2-Csp. Esta operación, basada en una reacción de acoplamiento catalizado por paladio, origina el haluro de vinilo 5.238 (X=halógeno) y el t-butilacetileno 5.239. Por último, la escisión del enlace C-N, basada en una reacción SN2, conduce a la naftalenilmetanamina 5.240 y al (E)-1,3-dihalopropeno 5.241.

Esquema 3.53

7.5.b. Síntesis

La síntesis de la terbinafina se inicia con la reacción de N-alquilación de la naftalenilmetanamina 5.240 con (E)-1,3-dicloroprop-1-eno (esquema 3.54).41 La reacción se lleva a cabo en acetonitrilo a temperatura ambiente en presencia de carbonato potásico y de yoduro potásico (10 mol%) y proporciona la cloroamina 5.238. La reacción de Sonogashira entre la cloroamina 5.238 y el t-butilacetileno se lleva a cabo en piperidina, en presencia de CuI y PdCl2(PhCN)2, y proporciona la terbinafina con un 93% de rendimiento.

Esquema 3.54

7.5.c. Cuestiones

1) Proponga un ciclo catalítico que explique la formación de la terbinafina mediante acoplamiento de Sonogashira entre la cloroamina 5.238 y el t-butilacetileno.

41 M. Alami, B. Crousse, F. Ferri. J. Organomet. Chem. 2001, 624, 114-123.

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