N-Substituted 5-amino-4-cyanopyrazoles: synthesis and reactivity studies

Abstract

A literature search indicates that the presence of the pyrazole nucleus in different structures allowed to prepare materials that were applied in technological areas, in medicine, pharmacology or agriculture. Pyrazoles are important building blocks in synthetic and medicinal chemistry because they can be incorporated into a variety of aromatic/heteroaromatic structures and, depending on the substitution pattern, can present a wide range of biological activities, including anticancer activity. In this work, 5-amino-4-cyanopyrazoles were synthetized by the reaction of 2-ethoxymethylene-malononitrile and substituted hydrazines, using experimental methods previously developed and optimized in the research group. The o-aminonitrile unit present in these pyrazoles allowed them to be used as starting materials in the preparation of an imidate derivative that was subsequently used in the synthesis of dimeric structures, by reaction with triethylorthoformate and acid catalysis. The use of acid also induced cleavage of the imidate function, regenerating the starting pyrazole ring, and this contributed to reduce the yield of the dimeric structures that were prepared. 5-Amino-4-cyanopyrazoles were also used as precursors in the synthesis of pyrazolo[3,4- d]pyrimidines through the reaction with N,N-dimethylacetamide dimethyl acetal, N,N-dimethylformamide diethyl acetal or triethylorthoformate, followed by the addition of aromatic, heteroaromatic or alkyl amines, in the presence of acid. An optimization study of the experimental conditions for the synthesis of these compounds and also to isolate the product, was also performed. This approach allowed to prepare 59 pyrazolo[3,4-d]pyrimidines by reaction with aromatic amines, 4 with heteroaromatic amines and 3 with alkyl amines. The presence of acetic acid resulted in partial acetylation of the amines, reducing the amount of free amine available to generate the pyrazolo[3,4-d]pyrimidine, which contributed to reduce the yield of the product. A selection of these pyrazolo[3,4-d]pyrimidine derivatives was tested for their anticancer activity using the cell line Hs578t of triple negative breast cancer, at ICVS (University of Minho). One of the tested structures demonstrated promising anticancer activity, with an IC50 of 4.95 µM. Future work should focus on the synthesis of analogous pyrazolo[3,4-d]pyrimidines, aiming to complete the SAR study of this family of compounds.

Os trabalhos reportados na literatura evidenciam que a presença do núcleo de pirazole em diferentes estruturas permitiu preparar materiais que encontraram aplicações em áreas tecnológicas, em medicina, farmacologia ou agricultura. Os pirazoles são blocos importantes em química sintética e medicinal, porque podem ser incorporados em diversas estruturas aromáticas/heteroaromáticas e, dependendo do padrão de substituição, podem apresentar uma ampla gama de atividades biológicas, incluindo atividade anticancerígena. Neste trabalho foram sintetizados 5-amino-4-cianopirazoles pela reação do 2-etoximetileno malononitrilo e hidrazinas substituídas, utilizando métodos anteriormente desenvolvidos e otimizados no grupo de investigação. A unidade de o-aminonitrilo presente nestes pirazoles permitiu que fossem usados como reagentes de partida para a síntese do imidato e, na presença de trietilortoformiato e catálise ácida, a formação de estruturas diméricas. A utilização de ácido provoca a clivagem da função imidato regenerando o pirazole de partida, o que reduz o rendimento de formação das estruturas diméricas. 5-Amino-4-cianopirazoles também funcionaram como precursores para a síntese de pirazolo[3,4- d]pirimidinas através da reação com N,N-dimetilacetamida dimetil acetal, N,N-dimetilformamida dietil acetal ou trietilortoformiato, seguida da adição de aminas aromáticas, heteroaromáticas e alquílicas, na presença de ácido. Foi necessário realizar um estudo de otimização das condições experimentais para a síntese destes compostos e também para o isolamento do produto. Sintetizaram-se 59 pirazolo[3,4- d]pirimidinas com aminas aromáticas, 4 com heteroaromáticas e 3 com alquílicas. A presença de ácido acético resulta também na acetilação das aminas, reduzindo a quantidade de amina livre disponível para gerar a pirazolo[3,4-d]pirimidina, o que contribui para diminuir o rendimento do produto. Uma seleção destes derivados de pirazolo[3,4-d]pirimidinas foi testada quanto à sua atividade anticancerígena usando a linha celular Hs578t do cancro da mama triplo negativo, pelo ICVS (Universidade do Minho). Verificou-se que uma das estruturas testadas apresentou uma atividade anticancerígena promissora, com um valor de IC50 de 4.95 µM. Trabalhos futuros irão incidir na síntese de pirazolo[3,4-d]pirimidinas análogas, de forma a completar o estudo SAR nesta família de compostos.