L’equazione di Hansch prevede la sintesi di un gran numero di strutture e quindi potrebbe essere conveniente utilizzare lo schema di TOPLISS.
Questo è un diagramma di flusso uno fatto per i sostituenti aromatici l’altro per i sostituenti alifatici.
Questo schema tracciato considerando l’idrofobicità e i fattori elettronici servono per trovare il sostituente ottimale con la sintesi del minor numero di strutture possibili.
Una volta sintetizzato il primo si esegue subito il saggio per l’attività biologica e in base allo schema si vede quale sintetizzare.
Prendiamo in considerazione lo schema per i sostituenti aromatici.
L’assunto è che il composto contenga un anello aromatico monosostituito.
Il primo derivato da sintetizzare è il 4-cloro (idrofobico ed elettronattrattore).
Una volta sintetizzato allora si saggia l’attività biologica e si vede se rispetto al capostipite è uguale, più o meno attivo.
Se l’attività aumenta allora si segue il ramo M e il successivo analogo da sintetizzare è il 3,4-dicloro.
Se l’attività è uguale viene seguito il ramo E e seguirà l’analogo 4-metile.
Se l’attività è minore, il ramo L e l’anologo sarà il 4-metossi
Vediamo il perché dello schema di Topliss?
Si consideri la situazione in cui il 4-cloro determini un aumento di attività.
Il cloro ha valori positivi di sigma e pgreco ciò vuol dire che entrambe queste proprietà sono importanti per l’attività. Allora l’introduzione di un secondo Cl dovrebbe
ulteriormente aumentare l’attività. Se questo accade allora i sostituenti dovrebbero essere variati con lo scopo di aumentare ulteriormente sigma e pgreco.
Se questo non è vero allora si potrebbe ascrivere la colpa ad un ‘interazione sterica sfavorevole, oppure eccessiva idrobicità ecc.
Le stesse considerazioni potrebbero essere fatte per gli altri rami dello schema di Topliss.
La validità è stata confermata da numerosi casi studiati.
Es. attività antiinfiammatoria di 28 composti a struttura di acidi
ARILTETRAZOLILALCANOICI. Se fosse stato seguito lo schema di Topliss si sarebbero sintetizzati i composti più attivi tra i primi otto.
BIOISOSTERI
Avendo a disposizione le costanti chimico-fisiche per i diversi sostituenti si può valutare quali di questi sostituenti possa essere un potenziale bioisostero.
Es. CN, NO2 e COMe hanno proprietà idrofobiche, elettroniche e steriche simili quindi sono gruppi intercambiali. In effetti nella sintesi della cimetidina questi gruppi sono stati intercambiati senza influenzare di molto l’attività.
Un gruppo può essere un bioisostero di un altro soltanto in determinate situazioni.
Il gruppo COCH3 sarà bioisostero di SOCH3 soltanto se il sigma para sarà la proprietà che influenza principalmente l’attività biologica.
ATTIVITA’ ANTIALLERGICA DELLE PIRANENAMINE
In questo studio condotto dalla Smith Kline & French sono stati variati i sostutuenti sull’anello ed è stata lasciata inalterata il resto della struttura. Sono stati sintetizzati inizialmente 19 derivati ottenendo l’equazione:
ln(1/C)= -0.14Σπ – 1.35(Σσ)2 – 0.72
Il coefficiente – per pgreco indica che l’attività è inversamente proporzionale all’idrofobicità
Il termine sigma2 è stato scelto perché l’attività si abbassava in presenza di un sostituente elettronattratore che elettrondonatore. Il migliore era un sostituente neutro. Al quadrato perché anche i sigma negativi diventano positivi. Il coefficiente negativo indica che se sigma è diverso da 0 l’attività diminuisce.
Visto che l’equazione diceva che i sostituenti idrofili erano i migliori allora sono stati sintetizzati altri 42 composti con questo tipo di sostituenti.
L’analisi delle attività ha fornito i seguenti risultati:
1. Sostituenti in 3 quali 3-NHCOMe, 3-NHCOEt e 3-NHCOPr davano la stessa attività al contrario di quanto diceva l’equazione sopra (più idrofobico-attività).
Questo ci porta a pensare che malgrado l’idrofobicità lo stericismo del gruppo aumenta e quindi questa proprietà sia importante (forza il farmaco nella migliore posizione)
2. L’attività aumenta inaspettatamente quando le posizioni 3,4 e 5 sono occupate da sostituenti del tipo OH,SH, NH2 e NHCOR. Mentre diminuisce per il sostituente NHSO2R. Guardando i sostituenti che aumentano l’attività sono tutti gruppi che formano legami H e questo ci porta a pensare una importante interazione a
legame H col recettore. L’eccezione del NHSO2R può essere spiegata con effetti sterici o elettronici.
3. I sostituenti meta sostituiti 3,5-(CF3)2 e 3,5- (NHCOMe)2 hanno dato strutture altamente attive. Il fatto che queste sono le uniche strutture disostituite in cui il
sostituente in 5 ha un effetto elettronattrattore è una caratteristica molto importante.
4. Un gruppo acilossi in 4 ha prodotto una attività 5 volte superiore a quella data dall’equazione precedente. Può darsi che in questo modo i composti siano attivi come profarmaci.
L’equazione rivista alla luce delle nuove considerazioni diventa:
ln(1/C)= -0.30Σπ – 1.5(Σσ)2 +2(F5) +0.39(345HBD) -0.63(NHSO2) + 0.78 (MV) +0.72 (4OCO) – 0.75
• F5 rappresenta l’effetto induttivo del sostituente in 5. Un gruppo elettronattratore in 5 incrementa l’attività
• 345HBD significa che sostituenti in grado di dare legH in 345 incrementa l’attività (1 per 1 sostituente, 2 per due ecc. ) ogni sostituente in grado di dare legH incrementa l’attività di 0.39
• NHSO2 la presenza di questo gruppo riduce l’attività di 0.63
• MV il volume del sostituente in meta, più elevato maggiore è l’attività
• 4OCO può essere 1 o 0 indicando la presenza o l’assenza di acilossi in 4 (incremento di 0.72)
Allo scopo di valutare meglio l’effetto F5, effetti sterici, esplorare altri gruppi in grado di dare legami H e vedere se ci fosse un valore ottimale di idrofilia sono stati sintetizzati altri 37 derivati. I risultati ottenuti hanno portato ad una ulteriore equazione:
ln(1/C)= -0.034(Σπ)2 -0.33Σπ – 1.7(Σσ)2 +4.3(F5) +0.73(345HBD) -0.69(NHSO2) +0.72 (4OCO) – 0.86(HB INTRA) – 0.59
•È comparso l’idrofobicità al quadrato quindi un valore max che è di Σπ=-5
•Gli effetti elettronici in 5 hanno un effetto notevole
•Sostituenti che danno leg H in posizione orto tra loro hanno un effetto negativo espresso dal parametro HB INTRA. Probabilmente perché formano legH
intramolecolari e non col recettore
•Il parametro sterico MV non risulta più perché poco importante.
Il composto che ha dato la migliore attività è stato quello con i due sostituenti in 3 e 5 NHCOCH(OH)CH2OH (2,3-diidrossipropanamidil).
Questo composto ha una attività 1000 volte superiore al lead.
Questi gruppi soddisfano tutti i requisiti del QSAR.
Sono gruppi polari che formano legami H, sono meta per evitare legH intra, il gruppo in posizione 5 ha un forte effetto induttivo, hanno un valore di (Σσ)2 trascurabile.
A questi due sostituenti difficilmente ci sarebbe riusciti ad arrivare con un approccio classico.
Tutte le evidenze raccolte da questo studio suggeriscono che l’anello aromatico si sistema all’interno di una tasca idrofila del recettore che contiene gruppi polari capaci di fare legami H.
Inoltre è stato proposto che nella tasca di legame possa essere presente un residuo carico positivamente come arginina, lisina o istidina in grado di interagire con un sostituente elettronegativo in 5.