SÍNTESIS DE LA BICALUTAMIDA Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Xochimilco. Alcántara Cordero Carlos Gustavo, Rodríguez Chávez José de Jesús y Sánchez Ayala Stephanie. Resumen: La bicalutamida es un antiandrógeno no esteroideo que se usa en el tratamiento del cáncer de próstata, este fármaco se une a los receptores citosólicos de andrógenos, inhibiendo así el crecimiento celular en los tejidos prostáticos. Dada la complejidad de síntesis, se facilita haciendo uso de precursores complejos; se propone un mecanismo para producir el iniciador 4-amino-2 (trifluorometil)-benzonitrilo que es el principal para llevar a cabo la síntesis. Además, se analizan los pasos de las dos vías sintéticas existentes del fármaco. Palabras clave: Bicalutamida, antiandrógeno, síntesis, precursor. Abstract: Bicalutamide is a non-steroidal anti-androgen used in the treatment of prostate cancer. This drug binds to androgen cytosolic receptors, thus inhibiting cell growth in prostate tissues. Given the complexity of synthesis, it is facilitated by making use of complex precursors; a mechanism is proposed to produce the initiator 4-amino-2- (trifluoromethyl)-benzonitrile which is the main one to perform synthesis. In addition, the steps of the drug´s two existing synthetic pathways are analyzed. Key words: Bicalutamide, anti-androgen, synthesis, precursor. Introducción: La Bicalutamida 1, así como todos los antiandrógenos no esteroideos comercializados actualmente, se derivó de la modificación estructural de la Flutamida (C11H11F3N2O3), la cual se sintetizó originalmente como agente bacteriostático en 1967 en Schering Plough Corporation y posteriormente y se descubrió su actividad antiandrogénica.1 fue descubierta por Tucker y colaboradores en Imperial Chemical Industries (ICI) en la década de 1980 y fue seleccionada para el desarrollo de un grupo de más de 1,000 compuestos sintetizados (Furr, 1995). Se patentó por primera vez en 1982 y se introdujo en la literatura científica en junio de 1987. Se usa en el tratamiento de cáncer de próstata. 1 se une a los receptores citosólicos de andrógenos en los tejidos prostáticos, y por lo tanto inhibe la unión de estos con los andrógenos de origen adrenal y testicular, encargados del crecimiento de los tejidos normales y malignos. 1 no se une a la mayoría de las formas mutadas de estos receptores y ha sido relacionado con daños al hígado (National Cancer Institute, 2020; The Human Metabolome Database, 2019). A pesar de que 1 actúa sobre las células tumorales e inhibe la expresión génica de manera dependiente de la dosis, después de 2 o 3 meses de terapia, el nivel de testosterona en suero aumenta debido al bloqueo de los receptores de andrógenos en el cerebro por 1, lo que conduce a la interferencia en el mecanismo de inhibición de retroalimentación negativa. Por esta razón se puede combinar con hesperetina (HSP) para reducir la tolerabilidad (Abhishek et. al., 2015). Figura 1. Estructura de la (R)-Bicalutamida. Fuente: LKT Laboratories, N.D. 1 Actualmente 1 se administra como mezcla racémica (rac). El enantiómero S (inactivo) se metaboliza principalmente por glucuronidación, mientras que el enantiómero R es oxidado antes de ser glucoronidado. Por esta razón también (S)-1 es desechado más rápido que (R)-1, el cual permanece en plasma con una vida media de una semana (DrugBank, 2020). Los metabolitos de 1 son excretados por vía urinaria y fecal con pocas moléculas sin metabolizar, estas últimas predominan en plasma (Cockshott, 2004.) Figura 2. Síntesis α de 1. A) 4-amino-2-(trifluorometil)benzonitrilo B) Ácido pirúvico C) SOCl2 (Cloruro de Tionilo) D) N-[4-ciano-3-(trifluorometil)fenil]-2-oxopropanamida. E) 1-fluoro-4-metilsulfonilbenceno Metodología: El presente trabajo se basó principalmente en la revisión bibliográfica de artículos específicos sobre las posibles rutas sintéticas de 1. Se analizan dos de ellas, dado su rendimiento global de reacción, así como el número de pasos necesarios. También se proponen síntesis teóricas de los precursores de las dos rutas expuestas, y dada la naturaleza no experimental de este artículo, no fue posible comprobarlas y reportar los resultados para así tener una aplicación real en la síntesis orgánica. La síntesis de 1 puede seguir 2 pasos consecutivos que proporciona (rac)-1 con un rendimiento global de ≈73% (James et. al., 2002), partiendo de A. Además de la ruta anterior, ha sido descrita otra síntesis de (rac)-1 que usa un material de partida menos complejo; B’. Bajo estas condiciones de reacción, no se detectó reacción secundaria en el grupo metilo (Chen et. al., 2003). La reacción tuvo aproximadamente 92% de rendimiento global. Figura 3. Síntesis β de 1. A’) Metacrilamida B’) 4-fluoro-3-(trifluorometil)benzonitrilo C’) N-[4-ciano-3-(trifluorometil)fenil] metacrilamida D’) N-[4-ciano-3-(trifluorometil) fenil]-2,3-epoxi-2-metilpropanamida Como puede observarse, en ambas rutas se necesitan de dos precursores, que difieren en el sustituyente presente en la posición 4 del benzonitrilo A y B´. Figura 4. Síntesis de A. a) Benceno. b) Trifluorometilbenceno. c) 3-(trifluorometil)nitrobenceno d) 3-(trifluorometil)anilina. Para obtener estos precursores se propone una vía sintética para A y otra para B´. e) N-[3-(trifluorometil)fenil]acetamida. f) N-[4-bromo-3-(trifluorometil)fenil]acetamida. g) 4-bromo-3-(trifluorometil)anilina. h) 4-amino-2-(trifluorometil)benzonitrilo. Los pasos para sintetizar A, son los siguientes: primero se hace una trifluorometilación sobre a teniendo como fundamento la alquilación de Friedel-Crafts, usando trifluoroyodometano como fuente del electrófilo +CF3 y AlI3 como ácido de Lewis. Posteriormente se realiza una nitración sobre b, luego se reduce el grupo nitro en c a un grupo amino, con hierro y un medio ácido. Una vez que obtuvimos d, se forma la amida correspondiente al agregar anhídrido acético, para disminuir el fuerte carácter activador de d, favoreciendo la posición para de una sustitución electrofílica aromática al utilizar Br2 y Fe. Para formar g se hidroliza el grupo amida de f en medio básico; finalmente se lleva a cabo la reacción Rosenmund-von Braun en reflujo para acoplar el grupo CN en la posición del Br, haciendo uso de cianuro cuproso y calor (h). Figura 5. Síntesis de B´ i) Cloruro de 4-ciano-3-(trifluorometil)bencenodiazonio Para sintetizar B’ a partir de h se realiza la sal de diazonio correspondiente, para ser tratada con ácido fluorobórico y finalmente ser sometida a calor. Resultados, discusión y conclusiones: La vía sintética α inicia con la reacción entre B y C para formar el cloruro de acilo correspondiente y llevar a cabo la acilación de A en un medio polar como la DMA para llegar a D, que posteriormente sufre una adición nucleofílica al carbonilo por parte de E, el cual, fue tratado previamente con una base fuerte como n-butil litio o bromuro de pentilmagnesio en un medio aprótico (THF) para la formación de 1. Nótese que el carbono quiral se forma a partir de la adición nucleofílica a carbonilo. Respecto a la ruta β, la primera reacción se trata de una sustitución nucleofílica de A´ sobre B´, catalizada por una base fuerte; hidruro de sodio, el cual desprotona A´ en un medio polar aprótico como la DMF. Posterior a eso los autores agregaron una mezcla de agua y ácido clorhídrico, para proceder a la separación de los productos, quedando intacta la instauración en C´. C´ al reaccionar con una mezcla de peróxido de hidrógeno y anhídrido trifluoroacético, se transforma mediante una adición electrofílica de epoxidación a D´, epóxido que es escindido por un mecanismo de sustitución nucleofílica bimolecular en medio básico (NaH) con 4-fluorotiofenol, formando un tioéter, que es posteriormente oxidado con una combinación de peróxido de hidrógeno y anhídrido trifluoroacético para dar lugar a una sulfona, con lo que la síntesis de 1 termina. La ruta α tiene un rendimiento global (≈73%) inferior al obtenido de la ruta β (≈92%); debido a que la facilidad de acoplamiento de los reactivos disminuye por las interacciones estéricas, considerando de igual forma los coeficientes estequiométricos del reactivo en exceso (B) necesarios para favorecer la formación de D. Además, provee 1 en dos pasos consecutivos y a través del uso de reactivos que dan origen a subproductos fácilmente desplazables (dióxido de azufre y n-butano), considerando también el uso de solventes comunes (DMA, THF). En contraste, la síntesis β comienza con un precursor más accesible que debe ser sometido a condiciones extremas de temperatura (en frío) y anhidras, lo que conduce a la necesidad de un delicado control de reacción y por lo tanto mayor dificultad de desplazamiento de los productos secundarios. A pesar del mayor rendimiento y de la mayor accesibilidad del precursor B´ de la vía β, ya hemos mencionado que las condiciones y los subproductos generados pueden ser evitados con el uso de la síntesis α. Además, como hemos visto, B´ contiene un átomo de F directamente en el anillo de benceno, elemento que es muy difícil de acoplar (véase Figura 5), incluso si se parte de un precursor que ya lo contenga, este se acoplo seguramente a partir de una sal de diazonio. Meter un átomo de F a un anillo aromático solo para usarlo como grupo saliente cuando la síntesis α ofrece una alternativa diferente puede considerarse como desperdicio de un reactivo de laboratorio muy importante que podría fluorar a moléculas en las que este halógeno tenga un verdadero propósito en su comportamiento. Es por eso que la ruta α parece ser de mayor provecho en la obtención de 1, además debería de ponerse a prueba el mecanismo propuesto para la síntesis de A, pues tiene la ventaja de que las sustituciones en el anillo dirigen específicamente hacia las posiciones requeridas, aunque claro está que el rendimiento no será muy alto debido a la perdida de producto en cada uno de los pasos. Propiedades generales: El nombre de 1 es N-[4-ciano-3(trifluorometil)fenil]-3-(4-fluorofenil)sulfonil2-hidroxi-2-metilpropanamida, su PM 430.4 g/mol (C18H14F4N2O4S), tiene aspecto de cristales blanquecinos, p.f. 191-193°C, Solubilidad H2O: 11.75 mg/L, pKa:12.6, (R)1 [𝛼]25 𝐷 =-83,-85 (PubChem, 2020; LKD Laboratories, N.D.) FTIR Según Sancheti et. al., 2008, el espectro FTIR de 1 se caracteriza por los siguientes picos de absorción: νmax: 3580 cm-1 (w, O-H), 3339 cm-1 (m, NH), 3051 cm-1 (w, Ar-H), 2943 cm-1 (w, C-H de cadena alifática), 2229 cm-1 (w, C≡N), 1689 cm-1 (m, C=O), 1612 cm-1 (m, C=C aromático), 1327 cm-1 (s, O=S=O), 1242 cm1 (s, Ar-F), 1140 cm-1 (s, C-F de un CF3), 1014 cm-1 (m, C-O), 839 cm-1 (w, pR-Ar-R´). Otras señales no tan visibles, dado el solapamiento y/o la intensidad son las siguientes: 2000-1650 cm-1 (w, sobretonos de los patrones de sustitución de benceno 1,3,4 y para), 1530 cm-1 (s, señal amida II, N-H del grupo amida), 1250 cm-1 (m, C-N de la amida), 1170-1110 cm-1 (s, dialquil sulfona, se solapa con la señal del fluorobenceno), 870-690 cm-1 (m, S-O, sin embargo se solapa con señales de otros grupos funcionales), 780-680 cm-1 (w, C-F, más de dos átomos de F). Bibliografía: ➢ Abhishek Arya, Kiran Khandelwal, Aanchal Singh, Hafsa Ahmad, Satish Agrawal, Renuka Khatik, Naresh Mittapelly, Anil Kumar Dwivedi, Validación del método RP-HPLC para la cuantificación simultánea de Bicalutamide y Hesperetin en Polycaprolactone-Bicalutamide-Hesperetin- Journal of Hesperetin Ciencia cromatográfica , volumen 53, número 9, octubre de 2015, páginas 1485–1490, https://bidi.uam.mx:6990/10.1093/chromsci/bmv04 2 ➢ Chen, B.; Zhao, R.; Gove, S.; Wang, B.; Sundeen, J.; Salvati, M. & Barrish, J. (2003, Septiembre 19). Nucleophilic Aromatic Substitution of Methacrylamide Anion and Its Application to the Synthesis of the Anticancer Drug Bicalutamide. En J. Org. Chem., Vol. 68 No. 26, pp.181-182. doi: 10.1021/jo035377c ➢ Cockshott, ID. (2004). Bicalutamide: clinical pharmacokinetics and metabolism. Clin. pharmacokinet., 43 (13), 855-878. doi: https://doi.org/10.2165/00003088-20044313000003 ➢ DrugBank. (2020). Bicalutamide [online]. DrugBank [retrieved: 10-02-2020]. Retrieved from: https://www.drugbank.ca/drugs/DB01128 ➢ Furr, B. J. A. (1995). Casodex: Preclinical Studies and Controversies. Annals of the New York Academy of Sciences, 761(1), 79–96. doi:10.1111/j.1749-6632.1995.tb31371.x ➢ James, K. & Ekwuribe, N. (2002) A Two-step Synthesis of the Anti-Cancer Drug (R,S)Bicalutamide. En Synthesis, Vol. 34 No. 7, pp.850– 852. doi: 10.1055/s-2002-28508 ➢ LKT Labs. (N.D.). R-bicalutamide [online]. LKT Labs: Biochemicals for Life Science Research [retrieved: 08-02-2020]. Retrieved from: https://lktlabs.com/product/r-bicalutamide/ ➢ National Cancer Institute. (2020). Bicalutamide (code C1599) [online]. NCI Thesaurus [retrieved: 10-02-2020]. Retrieved from: https://ncit.nci.nih.gov/ncitbrowser/ConceptReport.j sp?dictionary=NCI_Thesaurus&ns=NCI_Thesauru s&code=C1599 ➢ Patente. Nobex Corporation (2003). Resolution of intermediates in the synthesis of substantially pure Bicalutamide. US 6,593,492 B1. ➢ PubChem. (2020). Bicalutamide [online]. National Center for Biotechnology Information [retrieved: 1002-2020]. Retrieved from: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/2375 ➢ Sancheti, P.; Vyas, V.; Shah, M.; Karekar, P. & Pore, Y. (2008). Development and characterization of bicalutamide-polaxamer F68 solid dispersion systems. En Pharmazie, Vol. 63 Núm. 8, pp. 571575. doi: 10.1691/ph.2008.8061 ➢ The Human Metabolome Database. (2019). Bicalutamide [online]. HMDB [retrieved: 10-022020]. Retrieved from: http://www.hmdb.ca/metabolites/HMDB0015260