Kierunek i metody dzisiejszych badań naukowych nad substancjami psychoaktywnymi

Wstęp

W artykule wyjaśnimy metody odkrywania nowych psychedelików (metoda dwóch dźwigni), syntezę DOB-DragonFly - najbardziej aktywnej dotychczas poznanej halucynogennej amfetaminy - oraz model działania fenyloetyloamin na receptor 5-HT_2A.

Artykuł został stworzony w oparciu o "Dihydrobenzofuran Analogues of Hallucinogens. 3. Models of 4-Substituted (2,5-Dimethoxyphenyl)alkylamine Derivatives with Rigidified Methoxy Groups" A.P. Monte, D. E. Nichols i inni, J. Med. Chem. 1996, 39, 2953-2961, dlatego po dokładniejsze informacje odsyłam do tejże publikacji.

O badaniach

Na początku chcielibyśmy poinformować, że od lat w zespole dr D. E. Nicholsa pracuje Danuta Marona-Lewicka, którą na łamach hyperreala pozdrawiamy i życzymy sukcesów w dalszej pracy naukowej :-).

Badania psychedelików są dosyć ograniczone ze względu na prawne komplikacje, jednak jest kilka grup badawczych - np. grupa Evgeny Krupitzky z Rosji, rozpatrująca możliwości leczenia uzależnień od alkoholu i heroiny za pomocą ketaminy, grupa Reese Jones\'a z USA badająca wpływ MDMA na organizm człowieka, jednak nie pod względem terapeutycznym (to bada grupa Wayne\'a State\'a), a zmiany behawioralne, ciśnienie krwii itp.. Dr Gouzoulis z Niemiec szukająca podobieństw działania narkotyków do psychoz, czy - również z Niemiec - dr Manfred Spitzer, badający za pomocą techniki PET dystrybucję psylocybiny w mózgu. Nie sposób też pominąć wkładu w naukę dr. J. Gartz\'a z Niemiec, badającego grzyby psylocybinowe, czy Rick Strassman, który bada DMT i ogólnie przyczynił się do zmniejszenia oporu władz przed badaniami wpływu narkotyków na organizm człowieka.
W Polsce natomiast nad narkotykami pracują naukowcy z Instytutu Farmakologii PAN w Krakowie - z bardziej znanych J. Vetulani, czy P. Popik.

Jak odkrywa się dziś nowe halucynogeny

2,5-dimetoksy-4-podstawione fenyloetyloaminy i fenyloizopropyloaminy są najsilniej działającymi selektywnymi agonistami receptorów serotoninowych 5-HT₂. Zwiazki te wykazują najsilniejsze działanie halucynogenne ze wszystkich poznanych halucynogenów, pomijając LSD i pochodne. Jako że zainteresowanie mechanizmem działania halucynogenów od zawsze było duże, za pomocą SAR (structure-activity relationship, np. QSAR - software pozwalający symulować działanie cząstki na dany receptor, w wyniku czego otrzymujemy informacje o wpływie danego fragmentu cząstki na aktywność) zbadano receptory i wyciągnięto wnioski co do tego, które fragmenty mają wpływ na aktywność w/w związków. Są nimi: (1) pierwszorzędowa grupa aminowa oddzielona od pierścienia fenylowego dwoma atomami węgla, (2) obecność grup metoksylowych w pozycjach 2,5 pierścienia aromatycznego, oraz (3) hydrofobowy podstawnik w pozycji 4 pierścienia. Obecność grupy metylowej w pozycji α do grupy aminowej nie wpływa na wzrost powinowactwa do receptora, ale przedłuża działanie na organizm, prawdopodobnie przez zatrzymywanie (inhibicję) mechanizmu deaminacji (usuwanie grupy aminowej ze zwiazku).

Następnie modyfikowano struktury cząsteczek przez unieruchamianie różnych fragmentów w wyniku cyklizacji (tworzenia pierścienia), tak np. grupę α-metylową unieruchomiono tworząc pochodną aminotetraliny czy aminoindanu. Unieruchomienie grupy metylowej powodowało zanik aktywności związku.

Glennon i Westkaemper zidentyfikowali fragmenty seryny w receptorze 5-HT_2A i wyciągneli wniosek, że to właśnie one oddziałują z grupami 2,5-metoksylowymi, kiedy cząstka przyłącza się do receptora. Zbadano więc cząstki, które mają atom tlenu zablokowany w pierścieniu furanowym i okazało się że obecność wolnej pary elektronowej atomu tlenu w pozycji syn

(struktura 1) do grupy aminowej powodowała dramatyczne zmniejszenie aktywności związku, natomiast kiedy para była w pozycji anti (struktura 2) - aktywność się nie zmieniała. Podobne (lecz z większym pierścieniem - benzoksepinowym) doświadczenia przeprowadzono z grupą 2-metoksylową, wykazując że największe powinowactwo do receptora powinien mieć związek posiadający wolne elektrony tego atomu tlenu w pozycji syn.
Stworzono więc cząsteczki posiadające dwa pierścienie furanowe, unieruchamiające atom tlenu pozycji 2 i kierujące wolne elektrony w pozycję syn względem bocznego łancucha alifatycznego, natomiast w pozycji 5 utworzono pierścień mający wolną parę elektronową na atomie tlenu w pozycji anti do łancucha bocznego. Cały ten opis struktury można skondensować pokazując obrazek :-).

Na obrazku widoczne są podstawniki X i R, które były zmieniane dla różnych cząstek na X:H,Br,Cl,CH₃, R:H,CH₃. Podstawiając za X brom zauważono że związek taki wykazuje nanomolarne powinowactwo do receptora 5-HT_2A u szczura. Najaktywniejszym związkiem z tej grupy był X=Br, R=CH₃ (nazywany również DOB-Dragonfly, 3C-B-Dragonfly, wykazuje działanie już przy 100 mikrogramach(!), dawka silna to 500-800 mikrogramów a działanie 10-24 godziny - wg erowid.org, czujecie potęgę?). Związek X=Br, R=H nazywa się potocznie 2C-B-FLY i do tej pory (2006) on jak i poprzednio wymieniony DOB-Dragonfly, jest legalny na całym świecie.

Otrzymywanie DOB-Dragonfly

Poniżej przedstawię metodę otrzymywania jedynie wymienionego wyżej związku, bowiem otrzymywanie pochodnych jest analogiczne do otrzymywania DOC, DOI, DOB czy 2CC, 2CB, 2CI, itd. (odsyłam do PiHKAL-a), a poza tym niżej przedstawiona 7-etapowa synteza ochłodzi zapewne zapał większości do otrzymywania tego związku jak i pochodnych, więc to chyba tylko dla rozeznania w temacie. Ambitnych odsyłam do artykułu podanego we wstępie.

1,4-bis(2-chloroetoksy)benzen (8)
Mieszaninę 50g (0,455 mola) hydrochinonu, 196g (1,37 mola) 1-bromo-2-chloroetanu, 190g (1,37 mola) dobrze sproszkowanego bezwodnego węglanu potasu oraz 300ml acetonu mieszano i ogrzewano w refluxie w atmosferze azotu przez 24h. Aceton i nadmiar dihaloetanu usunięto pod zmniejszonym ciśnieniem, a pozostałość rozdzielono międzi eter dietylowy, a wodę. Warstwę eterową ekstraktowano trzy razy 4M NaOH, wysuszono nad bezwodnym MgSO₄ i przesączono. Rozpuszczalnik odparowano pod próżnią, otrzymując 33,7g (32%) białej substancji stałej.

1,4-bis(2-chloroetoksy-2,5-dibromobenzen (9)
Do mieszanego roztworu 1g (4,26mmol) bis-eteru (8) w 20 ml czterochlorku węgla dodano 12 mg (0,21 mmol) granulowanego Fe. Brom (1,50g, 9,37 mmol) w 5ml CCl₄ dodano kroplami, po czym mieszano przez 4,5h w temp. pokojowej. Mieszaninę przemyto dwukrotnie wodą, wysuszono nad MgSO₄ i przesączono. Rozpuszczalnik usunięto pod próżnią otrzymując 1,54g (92%) prawie-białej substancji stałej. t.t. 119°C

2,3,6,7-tetrahydrobenzo[1,2-b:4,5-b\']difuran (10)
Roztwór 10g (25.4 mmol) dibromo bis-eteru (9) w 250ml suchego THF umieszczono w atmosferze azotu i ochłodzono do 0°C. Roztwór 2,5M n-butylolitu w heksanie (21,4ml, 2.1 części) dodano szybko (7 sekund) do szybko mieszaninego roztworu, używając dużej średnicy igły (szybkie dodanie nBuLi jest ważne ze względu na znaczne obniżenie wydajności, przy dodawaniu powolnym - dodanie w ciągu 40s powodowało obniżenie wydajności do 25%). Mieszaninę mieszano przez 10min, po czym usunięto rozpuszczalnik pod zmniejszonym ciśnieniem. Pozostałość rozdzielono między eter, a wodę, warstwę organiczną wysuszono nad MgSO₄ i odsączono. Następnie odparowano część rozpuszczalnika i pozostawiono do krystalizacji pod zmniejszonym ciśnieniem. Kryształy odsączono, filtrat ponownie odparowano zbierając kolejne kryształy. Po trzykrotnym zebraniu kryształów otrzmano 3,3g (80%) prawie-białych kryształów produktu, t.t. 155-156 °C.

4-formylo-2,3,6,7-tetrahydrobenzo[1,2-b:4,5-b\']difuran (11)
Roztwór 3.0g (0.019 mola) tetrahydrobenzodifuranu (10) w 100ml suchego CH₂Cl₂ mieszano w atmosferze azotu, po czym ochłodzono w lodzie. Chlorek cyny(IV) (2,81 ml, 0.024 mol) dodano do roztworu, po czym mieszano 5 min. Eter dichlorometylowo metylowy (1,67ml, 0,019 mol) w 5ml dichlorometanu wkraplano przez 5 min. Po 30 minutach mieszania reakcję zakończono dodając 50ml wody z lodem, a warstwy rozdzielono. Wodną warstwę ekstraktowano 2x30ml DCM (dichlorometanu), po czym połączono z warstwą organiczną. Warstwę tą przemyto 3N HCl (2x100ml), 100ml wody, 100ml solanki, wysuszono nad MgSO4 i przefiltrowano przez Celit i żel krzemionkowy. Rozpuszczalnik usunięto i wysuszono pod zmniejszonym ciśnieniem otrzymując 2,9g (82%) krystalizującego podczas przechowywania, żółtego oleju. Produkt przekrystalizowano z chlrooformu-heksanu otrzymując 2,51g (71%) jasno żółtych kryształów (11). t.t. 86 - 87 °C.

4-(2-nitro-1-propenylo)-2,3,6,7-tetrahydrobenzo[1,2-b:4,5-b\']difuran (12)
Aldehyd (11) (2,3g, 0,012 mol) i octan amonu (0,93g, 0,012mol) rozpuszczono w 10ml nitroetanu i mieszano w atmosferze azotu przy 90°C przez 15h. Rozpuszczalnik odparowano pod zmniejszonym ciśnieniem, a pozostałość rozpuszczono w eterze-octanie etylu i przemyto 3x50ml 3M HCl, 3x50ml 5% NaHCO3 oraz 50ml solanki. Warstwę organiczną wysuszono nad MgSO4, przesączono przez Celit-żel krzemionkowy, a następnie odparowano rozpuszczalnik pod zmniejszonym ciśnieniem otrzymując gesty czerwony olej. Olej oczyszczono na Chromatotronie (4mm płytka z żelem krzemionkowym, DCM) otrzymując 1,74g (60%) produktu (12) jako pomarańczowego oleju. Olej przekrystalizowano z metanolu otrzymując żółto-pomarańczowe kryształy o t.t. 94 °C.

1-(2,3,6,7-tetrahydrobenzo[1,2-b:4,5-b\']difuran-4-ylo)-2-aminopropanu chlorowodorek (7a)
Roztwór 0,75g nitropropenu (12) w 25ml suchego THF dodano do mieszanej mieszaniny 0,31 g (7,58 mmol) LiAlH₄ w 50ml suchego THF w atmosferze azotu. Mieszaninę reakcyjną ogrzewano w refluxie na łaźni olejowej przez 3,5h po czym ochłodzono w lodzie i reakcję zakończono ostrożnie dodając doń 2ml wody w 10ml THF. Celit i 5ml 5N KOH dodano, po czym mieszaninę przesączono przez Celit, przemywając pozostałość na sączku eterem i DCM. Rozpuszczalniki odparowano na wyparce, pozostałość rozpuszczono w 100ml eteru i ekstraktowano 4x20ml 3N HCl. Warstwy wodne połączono, zalkalizowano 5N KOH, po czym ekstraktowano 5x20ml DCM. Ekstrakty organiczne połączono, przemyto solanką i wysuszono nad MgSO4, po czym przesączono przez Celit. Odparowano rozpuszczalnik otrzymując wolną aminę (8) jako jasno żółty olej. Chlorowodorek otrzymano rozpuszczając olej w eterze i dodając 1N HCl w bezwodnym etanolu. Po odparowaniu rozpuszczalnika i rekrystalizacji z etanolu-octanu etylu otrzymano białe kryształy. t.t. 267-269°C.

1-(8-bromo-2,3,6,7-tetrahydrobenzo[1,2-b:4,5-b\']difuran-4-ylo)-2-aminopropanu chlorowodorek (DOB-dragonfly)
Mieszaninę 200mg (7a) w 4ml lodowatego kwasu octowego mieszano w atmosferze azotu, wkraplając roztwór 0,51ml 1,79N bromu w AcOH. Po 5 minutach sól się całkowicie rozpuściła i powstał czysty pomarańczowy roztwór. Równocześnie tworzył się osad; po 1,5h rozpuszczalnik usunięto na wyparce. Pozostałość rozpuszczono w 3N HCl i przemyto 2x20ml eteru. Warstwę wodną zalkalizowano dodając 5N KOH i ekstraktowano 5x15ml DCM. Frakcje organiczne połączono, przemyto solanką, wysuszono nad MgSO4 i przefiltrowano przez Celit. Usunięcie rozpuszczalników pod zmniejszonym ciśnieniem pozwoliło otrzymać 199mg (67%) wolnej aminy jako jasnożółtego oleju. Chlorowodorek utworzył się po dodaniu 1N HCl w bezw. etanolu i po usunięciu rozpuszczalnika, wykrystalizowano go z etanolu-octanu etylu otrzymując DOB-dragonfly jako białe kryształy. t.t. 244-245°C.

Metoda dwóch dźwigni, czyli o sposobach wykrywania czy dana substancja jest psychoaktywna, czy nie

Mineły już czasy samodzielnego próbowania substancji przez chemików i farmakologów. Nie do wyobrażenia jest dziś sytuacja, kiedy A. Hofmann po odkryciu właściwości LSD-25 przypadkiem na sobie, częstuje nim innych badaczy, by potwierdzić działanie. Nie do przyjęcia jest również sytyacja, kiedy chemik otrzymuje nowe związki i testuje je na sobie i grupie znajomych, jak było w przypadku A. Shulgina. Gdyby szefostwo firmy farmaceutycznej, w której pracujesz dowiedziało się, że próbujesz nowych lekarstw na sobie najprawdopodobniej straciłbyś pracę :P.

Oczywistym jest, że dzisiaj środki psychoaktywne testuje się na zwierzętach laboratoryjnych. Problem w przypadku halucynogenów polega na tym, że podczas gdy zmiany psychiczne mogą być znaczne, możemy nie zauważyć zmian w zachowaniu. Poza tym zachowanie zwierzęcia nie zależy liniowo od zmian psychicznych, dlatego należało opracować jakąś lepszą metodę badania halucynogenów. Rzecz jasna, że zwierze nie powie nam, czy dana substancja pozwoliła mu wejść głębiej w swoją podświadomość, czy otworzyć się bardziej na innego człowieka (szczura, lub chomika).
Poradzono sobie tzw. metodą dwóch dźwigni. Idea jest prosta. Grupę kilkudziesięciu szczurów trzyma się w osobnych klatkach, posiadających dwie dźwignie. Po ok. 15 razach naciśniecia dźwigni przez szczura, wylatuje z otworka szczurzy przysmak, a tym samym jedyny jego pokarm. Gdyby za każdym naciśnięciem szczurek dostawałby pokarm, pewnie szybko przybrałby na wadze, przez co trzeba by dawać mu więcej narkotyków i ogólnie stałby się bardziej wymagający ;). Remedium: przez kilka dni szczura ćwiczy się (pozostawiając go samemu sobie), że kiedy będzie naciskał prawą (powiedzmy) dźwignię - dostanie jedzenie. Po kilku dniach takiego treningu aplikuje mu się LSD i zmienia układ, tak że teraz po naciśnieciu tej drugiej dźwigni wypada jedzenie - a pierwszej nie. A więc szczur się uczy, że kiedy jest "normalny" to naciska prawą dźwignię by się najeść, a kiedy jest pod wpływem LSD naciska lewą. Wszystko jest sterowane komputerem, a w efekcie takiego treningu mamy szczura, który w ciągu 15 minut potrafi nacisnąć tysiąc razy odpowiednią dźwignię (a gdyby przy każdym naciśnieciu wypadało jedzenie?)!
Ten ciekawy test pozwala na wykrywanie aktywności podobnej do LSD wśród nowo otrzymywanych substancji. Ciekawe jest również, że szczury uczone na amfetamine nie będą reagowały na podanie LSD (będą wtedy naciskać dźwignię tak jakby nic im nie podano) i na odwrót. A więc jest to dość selektywna metoda.
Bada się więc grupę szczurów, powoli zmniejszając im dawki substancji aktywnej do momentu kiedy wszystkie, naciskając odpowiednią dźwignię, powiedzą czuje się normalnie.

---

hyperreal dziekuje kapelutkowi, naszemu dzielnemu filozofowi za korekte błędów w powyższym tekście