Design, synthesis and evaluation of the biological activity of novel coumarin derivatives

Abstract

Kumarinler (2H-1-benzopiran-2-on türevleri) birçok bitkiden izole edilebilen benzopiran yapısında moleküllerdir. Bu moleküller antikoagülant, antimikrobiyal, antienflamatuvar, antikanser gibi birçok biyolojik aktiviteye sahiptirler. Günümüzde, kumarin türevleri, kalp ve damar sistemi hastalıkları tedavisinde (varfarin), bakteriyel enfeksiyon (novobiyosin ve klorobiyosin) ve kanser tedavilerinde kullanılmaktadır.Bu çalışmada, biyolojik aktivite potansiyeli olan kumarin molekülünün (7-hidroksi-4-metil-kromen-2-on) çok fazla çalışma yapılmamış sekiz numaralı karbonundan alifatik ve aromatik gruplar içeren piperazin ve piperidin gruplarıyla türevlendirilmesiyle yirmi ikisi özgün otuz sekiz molekül sentezlenmiş ve bunların antienflamatuvar, analjezik aktivite ve sitotoksite çalışmaları yapılmıştır. Hedeflenen moleküllerin sentezlenmesi iki basamak halinde gerçekleştirilmiştir. Birinci basamakta kumarin ana yapısı olan 7-hidroksi-4-metil-kromen-2-on, Pechman sentez yolağı kullanılarak sentezlenmiştir. Elde edilen kumarin bileşiği ikinci basamakta piperazin ve piperidin grupları kullanılarak sekiz numaralı pozisyonundan türevlendirilmiştir. Sentezlenen moleküllerin yapıları, 1H-NMR, 13C-NMR, LC-MS FT-IR ile aydınlatılmıştır. Sentezlenen yeni bileşiklerin antienflamatuvar, analjezik aktiviteleri ile sitotoksite çalışmaları in vitro olarak yapılmıştır. Sitotoksite çalışması MTT testiyle RAW264.7 ve MCF-7 kanser hücre hatlarında gerçekleştirilmiştir. Antienflamatuvar aktivite çalışmasında ise nitrit inhibisyon testi RAW264.7 makrofaj hücrelerinde yapılmıştır. Bu iki testte de referans ilaç olarak indometazin (IND) ve L-NAME kullanılmıştır. Analjezik aktivite testinde ise PGE2 oluşum konsantrasyonları ELISA kiti kullanılarak incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, kumarin yapısının sekiz numaralı pozisyonun piperazin gruplarıyla türevlendirilmesi sonucunda elde edilen 11, 23 ve 31 numaralı bileşiklerin antienflamtuvar aktivitelerinin oldukça yüksek olduğu görülmüştür. 11 numaralı bileşiğin antienflamatuvar aktivitesinin referans ilaç olan IND'den üç katı kadar olduğu tespit edilmiştir. Bunun yanı sıra, bileşik 11'in analjezik aktivite gösterdiği ve 100µM dozunda uygunlandığında RAW 264.7 hücre hattında canlılığının %64 düzeyinde seyrettiği izlenmiştir.Anahtar Kelimeler: Kumarin, piperazin, piperidin, antienflamatuvar aktivite, analjezikaktivite, sitotoksite

Coumarins, (2H-1-benzopiran-2-one) derivatives that can be isolated from several plants, have been reported for their anticoagulant, antimicrobial, anti-inflammatory or anticancer activity. Some of these structures are currently approved for the treatment of cardiovascular diseases (warfarin), as antibiotics (novobiocin or chlorobiocin) or as an anticancer drug (geiparvarin).Given the great potential of this structure and the limited number of studies that focus on molecules that derive from the 8th carbon of the benzopiranone heterocycle, we synthesized in this project thirty eight coumarin derivatives (2 - 50), twenty two of them being novel, by substituting to the 8th carbon of the benzopiran ring some aromatic and aliphatically subtituted piperidine and piperazines. Synthesized derivatives were evaluated for their anti-inflammatory activity, analgesic activity and cytotoxicity. Targeted molecules were synthesized in two steps. The first step consisted on the synthesis of the 7-hydroxy-4-methyl-chromen-2-one coumarin scaffold via the Pechmann reaction. In the second step, the 7-hydroxy-4-methyl-chromen-2-one coumarin scaffold, (compound 1), was derivatized with aromatic and aliphatic substituted piperazine and piperidine groups. Structures of synthesized compounds were elucidated with 1H-NMR, 13C-NMR, LC-MS, FT-IR.The anti-inflammatory and analgesic activities and cytotoxicity were performed in vitro. Cytotoxicity assays were carried out with the MTT test on RAW264.7 macrophage and MCF-7 breast cancer cells. The nitrite inhibition test was applied for evaluating the anti-inflammatory activity on RAW264.7 macrophage cells. Indomethacin (IND) and L-NAME were used as reference drugs for both anti-inflammatory and cytotoxicity tests. For the analgesic activity, PGE2 production was monitored. According to the results, compound 11, 23 and 31 revealed promising anti-inflammatory activity. Their results were better than the reference drugs and compound 11 was three times more active than IND. Additionally, compound 11 demonstrated some analgesic activity with low cytotoxicity.Keywords: Coumarin, piperazine, piperidine, anti-inflammatory activity, analgesicactivity, cytotoxicity.