Synthesis, crystal structure and biological evaluation of N,N’-disubstituted guanidines

Abstract

Som del av et større forskningsprosjekt, var et av hovedmålene for denne masteroppgaven å syntetisere nye analoger av et «hit» stoff, med mål om å inhibere DNA glykosylasen NEIL2. Med bakgrunn i dette ble 17 N,N’-disubstituerte guanidiner fremstilt ved bruk av en 2-stegs prosedyre. Som en del av dette ble syntetisering ved hjelp av mikrobølger, samt forbedring av syntesens andre steg, undersøkt. Denne varmemetoden ga både høyere utbytte og kortere reaksjonstider sammenlignet med tradisjonell termisk konduksjon. I tillegg til dette ble rensing av stoffene undersøkt i detalj ettersom dette viste seg å være ett av de største hindrene for en mer effektiv syntese. Et utvalg av de syntetiserte guanidinene ble strukturbestemt ved bruk av røntgenkrystallografi. Ved bruk av de estimerte båndlengdene innad i guanidinstrukturen, ble det antydet at det primære aminet kan binde seg til nitrogenatomet i pyrimidinringen ved hjelp av resonans-assistert hydrogen binding. Videre viste krystallografien hvilken tautomerisk form guanidinene hadde i fast fase. Som vist i Figur 1, avhenger den tautomeriske formen av de elektron donerende/tiltrekkende egenskapene til substituenten på motsatt side av pyrimidinringen. Samtlige guanidiner som ble analysert i denne oppgaven ble kun observert som tautomer T1. Den biologiske aktiviteten til åtte guanidiner mot NEIL2 ble undersøkt. Mens de fleste stoffene viste middels aktivitet, utpekte det naftylsubstituerte guanidinet 5j seg ved å uttrykke høyere aktivitet. I etterkant av disse resultatene ble flere nye analoger syntetisert for å fremme jakten på en effektiv inhibitor. I tillegg ble biologisk testing av to guanidiner mot en beinkreftcellelinje og seks mikrobielle mål utført.

As part of a larger project, one of the main objectives of this master’s thesis was to synthesize new analogues of a hit compound in efforts towards inhibiting the DNA glycosylase NEIL2. As such, 17 N,N’-disubstituted guanidines were successfully made using a simple 2 step synthesis. The use of microwave irradiation as a means toward more efficient synthesis was investigated alongside the tuning of the second step. This method of heating provided increased yields and shorter reaction times compared to their heat-transfer counterparts. In addition, purification of the compounds was revealed to be a major bottleneck for the syntheses and was therefore investigated accordingly. A selection of guanidines were structurally elucidated using x-ray crystallography. Using the estimated bond lengths present within the guanidine structure, it was proposed that the primary amine binds to the nitrogen atom of the pyrimidine ring intramolecularly by way of resonance assisted hydrogen bonding. Furthermore, the crystallographic analysis revealed the main tautomer of selected guanidines in the solid phase. As shown in Scheme 1, the tautomeric form of pyrimidinyl-substituted guanidines is determined by the electron donating/withdrawing properties of the opposing substituent. Tautomer T1 was observed exclusively for all analysed guanidines described in this thesis. The biological activities of eight guanidines towards NEIL2 was investigated. While most compounds exhibited moderate activity, one of them stood out, namely naphthyl-substituted guanidine 5j, exhibiting comparatively high activity. In the wake of this, several novel analogues were synthesized, furthering the pursuit of an effective inhibitor. In addition, two guanidines were biologically tested towards a bone cancer cell line and six microbial targets.