Grupa anizoylowa: chemia piracetamu i aniracetamu

Piracetam zawiera dwa atomy azotu. Aniracetam ma jeden. To pierwsza rzecz, którą widać, gdy zestawi się obie struktury, i właśnie ten szczegół większość krótkich opisów tej pary przedstawia błędnie, nazywając aniracetam podstawionym piracetamem.

Nie jest nim. Ramienia acetamidowego nie ma. W jego miejscu azot laktamowy niesie podstawnik 4-metoksybenzoilowy, a każda dalsza różnica w polarności, zachowaniu chromatograficznym i losach metabolicznych wynika z tej jednej acylacji. Zrozumienie, co robi grupa anizoylowa, to zwięzła lekcja tego, jak pojedyncze podstawienie przebudowuje cząsteczkę.

Dwa rekordy, dwie bardzo różne cząsteczki

PubChem podaje piracetam jako CID 4843: wzór sumaryczny C6H10N2O2, masa cząsteczkowa 142,16 g/mol, nazwa IUPAC 2-(2-oksopirolidyn-1-ylo)acetamid, numer rejestru CAS 7491-74-9. Aniracetam to CID 2196: wzór sumaryczny C12H13NO3, masa cząsteczkowa 219,24 g/mol, nazwa IUPAC 1-(4-metoksybenzoilo)pirolidyn-2-on, numer rejestru CAS 72432-10-1.

Ciągi SMILES pokazują tę zależność wprost. Piracetam to C1CC(=O)N(C1)CC(=O)N. Aniracetam to COC1=CC=C(C=C1)C(=O)N2CCCC2=O. Oba zachowują pierścień 2-pirolidynonu. Tylko piracetam zachowuje amid pierwszorzędowy.

Współczynnik podziału zmienia się o około trzy jednostki logarytmiczne

Wartość XLogP3 obliczona przez PubChem dla piracetamu wynosi -1,3. Dla aniracetamu jest to 1,6. Grupa anizoylowa przesuwa zatem obliczony współczynnik podziału oktanol-woda o około 2,9 jednostki logarytmicznej, co oznacza blisko tysiąckrotną zmianę obliczonej preferencji dla fazy organicznej.

Za tę zmianę odpowiadają trzy fakty strukturalne. Dochodzi pierścień aromatyczny, wnoszący dużą niepolarną powierzchnię. Podstawnik metoksylowy dodaje słabo polarną, ale w dużej mierze hydrofobową grupę metylową. Co najważniejsze, całkowicie znika pierwszorzędowy amid, donor wiązań wodorowych, co usuwa z cząsteczki dwa donory N-H.

Dla analityka konsekwencja jest natychmiastowa. Piracetam eluuje w pobliżu objętości martwej na standardowej kolumnie C18 i opiera się ekstrakcji ciecz-ciecz do rozpuszczalników organicznych. Aniracetam jest zatrzymywany, łatwo ulega ekstrakcji i dobrze absorbuje w ultrafiolecie dzięki metoksypodstawionemu chromoforowi benzoilowemu, którego szkielet macierzysty zupełnie nie ma.

Imid nie jest laktamem

Zmiana elektroniczna jest łatwa do stwierdzenia i równie łatwo ją zbagatelizować. W piracetamie azot pierścienia jest trzeciorzędowym azotem amidowym, który nosi łańcuch alkilowy. W aniracetamie ten sam azot nosi drugi karbonyl. Azot otoczony dwoma grupami karbonylowymi to imid.

Azot imidowy musi dzielić jedną wolną parę elektronową między dwie konkurujące grupy karbonylowe. Żadna z nich nie uzyskuje pełnej amidowej stabilizacji rezonansowej, więc obie są bardziej elektrofilowe niż odpowiednia grupa karbonylowa w prostym laktamie, a wiązania C-N są odpowiednio bardziej podatne na atak nukleofilowy. Grupa anizoylowa nie tylko zwiększa objętość i lipofilowość. Przekształca trwały amid cykliczny w układ znacznie mniej odporny na hydrolizę.

W zasadzie możliwe są dwa wyniki hydrolizy. Atak na egzocykliczną grupę karbonylową uwolniłby kwas 4-metoksybenzoesowy i odtworzył 2-pirolidynon. Atak na endocykliczną grupę karbonylową otworzyłby pierścień, dając odpowiedni N-acylowany kwas 4-aminobutanowy. To, który z nich dominuje, rozstrzyga eksperyment, a nie rysowanie strzałek, i opublikowana literatura bioanalityczna odpowiada na to jednoznacznie.

Co faktycznie oznaczają metody stosowane dla osocza

Guenzi i Zanetti opisali dwie metody wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) w układzie faz odwróconych w Journal of Chromatography w 1990 roku, oznaczając aniracetam i N-anizoylo-GABA w osoczu. Metoda z bezpośrednim nastrzykiem osiągnęła granicę oznaczalności 5 ng/ml przy precyzji międzyseryjnej 3%; metoda z ekstrakcją ciecz-ciecz osiągnęła 50 ng/ml przy precyzji 6%. Autorzy podali, że zastosowali te procedury do ponad tysiąca próbek osocza z badań biodostępności.

Cai i Wang powrócili do tego samego problemu z nowoczesną aparaturą w Journal of Chromatography B w 2012 roku. Ich metoda chromatografii cieczowej sprzężonej z tandemową spektrometrią mas z jonizacją przez elektrorozpylanie (LC-ESI-MS/MS) oznacza kwas 4-p-anizamidomasłowy, czyli metabolit z otwartym pierścieniem, zapisywany również jako N-anizoylo-GABA, w zakresie liniowym od 0,0485 do 19,4 mikrograma na mililitr, przy czasie analizy 4,5 minuty i odzysku ekstrakcji od 89,1 do 100,7%.

Najważniejszy jest tytuł tej pracy z 2012 roku. Opisuje ona badanie farmakokinetyczne zbudowane wokół metabolitu, a nie związku macierzystego. To produktu otwarcia pierścienia jest dość, by mierzyć go wiarygodnie, co stanowi analityczny ślad rozległej hydrolizy przedukładowej. Odrębne badanie farmakokinetyki i biorównoważności autorstwa Tiana i współpracowników, opublikowane w Arzneimittelforschung w 2008 roku, dotyczyło tego samego związku u zdrowych ochotników.

Właściwość	Piracetam	Aniracetam
PubChem CID	4843	2196
Wzór sumaryczny	C6H10N2O2	C12H13NO3
Masa cząsteczkowa (g/mol)	142,16	219,24
Liczba atomów azotu	2	1
Otoczenie atomu azotu	amid trzeciorzędowy plus amid pierwszorzędowy	imid
XLogP3 (obliczone)	-1,3	1,6
Numer CAS	7491-74-9	72432-10-1

Farmakologia, którą otworzyło to podstawienie

Aniracetam zyskał uznanie w literaturze elektrofizjologicznej, a nie w marketingu nootropów. Ito, Tanabe, Kohda i Sugiyama donieśli w Journal of Physiology w 1990 roku, że aniracetam nasila jonotropowe odpowiedzi na kwiskwalan w oocytach Xenopus, którym wstrzyknięto mRNA z mózgu szczura, w sposób odwracalny i przy stężeniach powyżej 0,1 mM. Nasileniu towarzyszył wzrost przewodności bez zmiany powinowactwa receptorów do agonisty, a odpowiedzi na kainian i GABA pozostały niezmienione.

Isaacson i Nicoll poszli dalej w Proceedings of the National Academy of Sciences w 1991 roku, podając interpretację mechanistyczną, która się utrwaliła: aniracetam zmniejsza desensytyzację receptorów glutaminianowych i spowalnia zanik szybkich pobudzających prądów synaptycznych w hipokampie. Ten opis pozytywnej modulacji allosterycznej, a nie agonizmu, stał się wzorem dla późniejszej generacji związków projektowanych wokół tej samej idei.

Należy wyraźnie zaznaczyć dwa ograniczenia. Dotyczą one eksperymentów na skrawkach i oocytach, a nie wyników badań klinicznych. Malykh i Sadaie zauważyli w swoim przeglądzie z 2010 roku w Drugs że aniracetam i oksyracetam nie są już stosowane w praktyce klinicznej, a mechanizmy działania piracetamu i większości jego pochodnych pozostają niewyjaśnione.

Dlaczego grupa anizoylowa ma znaczenie przy postępowaniu z wzorcem

Nietrwały hydrolitycznie imid stawia inne wymagania przy przechowywaniu niż zwykły laktam. Wodne roztwory podstawowe N-acylowanego pirolidynonu należy traktować jako mające ograniczoną trwałość i przygotowywać na bieżąco, a każda metoda oznaczania związku macierzystego wymaga sprawdzenia stabilności w warunkach własnego przygotowania próbki, a nie powołania się na cudze dane.

Chromofor absorbujący w ultrafiolecie, dzięki któremu związek łatwo wykryć, jest zarazem tą częścią cząsteczki, która znika podczas hydrolizy przy egzocyklicznej grupie karbonylowej, co oznacza, że odpowiedź detektora może się zmienić bez zmiany całkowitej masy substancji pokrewnych. Tożsamość i czystość należy zatem potwierdzać, stosując scharakteryzowany wzorzec analityczny dostarczany ze świadectwem analizy dla konkretnej partii, a układ chromatograficzny należy sprawdzić pod kątem wolnego kwasu jako markera degradacji. Warunki zamawiania wzorców tego typu przez laboratoria określono w warunkach dostawy.

Często zadawane pytania

Czym jest grupa anizoylowa w aniracetamie?

Grupa anizoylowa to podstawnik 4-metoksybenzoilowy przyłączony do azotu pierścienia 2-pirolidynonu. Według PubChem nadaje ona aniracetamowi nazwę IUPAC 1-(4-metoksybenzoilo)pirolidyn-2-on, wzór sumaryczny C12H13NO3 i masę cząsteczkową 219,24 g/mol. Zastępuje boczny łańcuch acetamidowy, który piracetam ma przy tym samym azocie.

W jaki sposób aniracetam różni się strukturalnie od piracetamu?

Obie cząsteczki mają wspólny pierścień 2-oksopirolidyny, ale piracetam ma pierwszorzędowy acetamid przy azocie pierścienia i zawiera dwa atomy azotu, natomiast aniracetam ma grupę aroilową i jeden atom azotu. Azot pierścienia piracetamu znajduje się w amidzie trzeciorzędowym; azot aniracetamu w imidzie, otoczony dwiema grupami karbonylowymi, a przez to bardziej podatny na hydrolizę.

Dlaczego aniracetam jest bardziej lipofilowy niż piracetam?

Wartość XLogP3 obliczona przez PubChem wynosi -1,3 dla piracetamu i 1,6 dla aniracetamu, co oznacza różnicę około 2,9 jednostki logarytmicznej. Acylacja dodaje pierścień aromatyczny i grupę metoksylową, usuwając jednocześnie pierwszorzędowy amid i jego dwa donory wiązań wodorowych. Wynikiem jest znacznie silniejsze zatrzymywanie na kolumnach w układzie faz odwróconych i znacznie łatwiejsza ekstrakcja do rozpuszczalników organicznych.

Dlaczego opublikowane metody oznaczają N-anizoylo-GABA, a nie aniracetam?

Ponieważ metabolit z otwartym pierścieniem występuje w osoczu w stężeniach, które można wiarygodnie oznaczyć ilościowo. Guenzi i Zanetti opracowali w 1990 roku metody HPLC dla obu związków, a Cai i Wang opublikowali w 2012 roku metodę LC-ESI-MS/MS poświęconą metabolitowi, opisanemu tam jako kwas 4-p-anizamidobutanowy, z zakresem liniowym od 0,0485 do 19,4 mikrograma na mililitr.

Bibliografia

Tylko do celów badawczych. Nonsensia dostarcza wzorce analityczne do zastosowań laboratoryjnych i badawczych. Niniejszy artykuł jest publikowany w celach naukowych i edukacyjnych. Nie stanowi on porady medycznej, nie opisuje żadnego zastosowania u ludzi, a nic w nim zawartego nie powinno być odczytywane jako zalecenie podania jakiejkolwiek substancji osobie lub zwierzęciu.

Kategorie: Chemia i odkrycia

Ten artykuł jest częścią naszego przewodnika: Skąd pochodzą związki badawcze: odkrycie, synteza i struktura.

Omawiana w tym artykule substancja jest dostępna jako wzorzec analityczny: Aniracetam ≥99% – wzorzec analityczny | CAS 72432-10-1.

Od piracetamu do aniracetamu: co tak naprawdę zmienia grupa anizoylowa