مواضيع المحاضرة: Lecture 8
background image

 

Direct-Acting Sympathomimetics 

STRUCTURE–ACTIVITY RELATIONSHIPS 

The parent structure of many adrenergic drugs is β-phenylethylamine. 

 

 

The modifications of β-phenylethylamine influence not only the mechanism 
of  action,  the  receptor  selectivity,  but  also  their  absorption,  oral  activity, 
metabolism, and thus duration of action (DOA).  

For  the  direct-acting  sympathomimetic  amines,  maximal  activity  is  seen  in 
β-phenylethylamine derivatives containing (a) a catechol and (b) a (1R)-OH 
group on the ethylamine portion of the molecule.  

Such structural features are seen in the prototypical direct-acting compounds 
NE, E, and ISO. 

 

Optical Isomerism 

For CAs, the more potent enantiomer has the (1R) configuration. 

Separation of Aromatic Ring and Amino Group 

The greatest adrenergic activity occurs when two carbon atoms separate the 
aromatic ring from the amino group. 

R

1

,  Substitution  on  the  Amino  Nitrogen  Determines  α-  or  β-Receptor 

Selectivity 

Primary  and  secondary  amines  have  good  adrenergic  activity,  whereas 
tertiary amines and quaternary ammonium salts do not.  


background image

 

The  nature  of  the  amino  substituent  also  affects  the  receptor  selectivity  of 
the  compound.  As  the  size  of  the  nitrogen  substituent  increases,  α-receptor 
agonist activity generally decreases and β-receptor agonist activity increases. 

 

Thus, NE has more α-activity than β-activity and E is a potent agonist at α-, 
β

1

-, and β

2

-receptors. 

N-tert-butyl group enhances β

2

-selectivity. 

 

R

2

, Substitution on the α-Carbon (Carbon-2). 

Substitution by small alkyl group (e.g., CH

3

- or C

2

H

5

-) slows metabolism by 

MAO.  This  is  very  important  for  non-catechol  compounds  where  the 
addition  of  small  alkyl  group  increases  the  resistance  to  metabolism  and 
lipophilicity,  so  such  compounds  often  exhibit  enhanced  oral  effectiveness 
and  greater  CNS  activity  than  other  compounds  that  do  not  contain  an  α-
alkyl group. 

 

OH substitution on the β-carbon (carbon-1)  

1-  Greatly enhances agonist activity at both α- and β-receptors. 
2-  Largely decreases CNS activity because it lowers lipid solubility.  

Substitution on the Aromatic Ring  

Maximal  α-  and  β-activity  also  depends  on  the  presence  of  3´  and  4´  OH 
groups. 


background image

 

Compounds  without  one  or  both  phenolic  OH  substituents  are  not 
metabolized by COMT, and they are orally active and have longer duration 
of action. 

Although  the  catechol  moiety  is  important  maximal  agonist  activity  at 
adrenoceptors,  it  can  be  replaced  with  other  substituted  phenyl  moieties  to 
provide selective adrenergic agonists. 

CAs without OH Groups 

The  loss  of  OH  groups  on  the  ring  and  the  β-OH  group  on  the  side  chain 
lead to compounds that: 

1-  Act almost by causing the release of NE from sympathetic nerve terminals 

(loss of direct sympathomimetic activity). 

2-  - Have more central activity (more lipophilic compounds).   

Imidazolines and α-Adrenergic Agonists  

A  second  chemical  class  of  α-agonists  is  the  imidazolines.  These 
imidazolines  can  be  nonselective,  or  they  can  be  selective  for  either  α

1

-  or 

α

2

-receptors.  Structurally,  most  imidazolines  have  their  heterocyclic 

imidazoline nucleus linked to a substituted aromatic moiety via some type of 
bridging unit. The optimum bridging unit (X) is usually a single methylene 
group or amino group. 

 

ENDOGENOUS CATECHOLAMINES 

The  three  naturally  occurring  catecholamines  DA,  NE,  and  E  are  used  as 
therapeutic agents. 

 

 


background image

 

α-ADRENERGIC RECEPTOR AGONISTS 

All  selective  α

1

-agonists  have  therapeutic  activity  as  vasoconstrictors. 

Structurally,  they  include  (a)  phenylethanolamines

 

such  as 

phenylephrine

metaraminol,  and  methoxamine  and  (b)  2-arylimidazolines  such  as 
xylometazoline, oxymetazoline, tetrahydrozoline, and 

naphazoline

Phenylephrine 

It  differs  from  E  only  in  lacking  a  p-OH  group.  It  is  orally  active,  and  its 
duration  of  action  (DOA)  is  about  twice  that  of  E  because  it  lacks  the 
catechol moiety and thus is not metabolized by COMT. 

 

 

It  is  used  for  hypotension  and  as  a  nasal  decongestant  in  both  oral  and 
topical preparations. 

Naphazoline

, tetrahydrozoline, xylometazoline, and oxymetazoline  

They  are  2-aralkylimidazolines  α

1

-agonists.  These  agents  are  used  for  their 

vasoconstrictive  effects  as  nasal  and  ophthalmic  decongestants.  They  have 
limited access to the CNS, because they essentially exist in an ionized form 
at physiological pH caused by the very basic nature of the imidazoline ring. 

 

 


background image

 

Clonidine 

It  differs  from  2-arylimidazoline  α

1

-agonists  mainly  by  the  presence  of  o-

chlorine  groups  and  a  NH  bridge.  Clonidine  has  antihypertensive  activity 
due  to  its  ability  to  interact  with  α

2

-receptor  in  the  brain  which  cause  a 

decrease in sympathetic out flow CNS.   

 

 

The  ability  of  clonidine  to  exert  an  antihypertensive  effect  depends  on  the 
ability  of  these  compounds  to  enter  the  CNS  and  interact  with  the  α

2

-

receptor  in  the  brain.  For  clonidine,  the  basicity  of  the  guanidine  group 
(typically  pK

a

  =  13.6)  is  decreased  to  8.0  because  of  the  inductive  and 

resonance  effects  of  the  dichlorophenyl  ring.  Thus,  at  physiological  pH, 
clonidine  will  exist  to  a  significant  extent  in  the  nonionized  form  required 
for passage into the CNS.  

Methyldopa (L-α-methyldopa) 

It  differs  structurally  from  L-DOPA  only  in  the  presence  of  a  α-methyl 
group.

 

Methyldopa  is  transported  actively  into  CNS,  where  it  is 

decarboxylated by AADC in the brain to (1R, 2S)-α-methyldopamine. This 
intermediate,  in  turn,  is  stereospecifically  β-hydroxylated  by  DBH  to  give 
the (1R, 2S)- α -methylnorepinephrine. This active metabolite is a selective 
α

2

-agonist. It is currently postulated

 

that α -methylnorepinephrine acts on α

2

-

receptors  in  the  CNS  in  the  same  manner  as  clonidine,  to  decrease 
sympathetic outflow and lower blood pressure. 

 


background image

 

 

 

 

DUAL α- AND β-AGONISTS/ANTAGONISTS 

Dobutamine  

It possesses a center of asymmetry, and used clinically  as racemic  mixture. 
The  (-)  isomer  of  dobutamine  is  a  potent  α

1

-agonist.  In  contrast,  (+)-

dobutamine  is  a  potent  α

1

-antagonist,  which  can  block  the  effects  of  (-)- 

dobutamine.  Importantly, the  effects  of  these  two isomers  are  mediated via 
β

1

-receptors.  Both  isomers  appear  to  be  full  agonists.  It  is  a  positive 

inotropic agent administered intravenously for congestive heart failure. 

Dobutamine  contains  a  catechol  group  and  is  orally  inactive  and  thus  is 
given by intravenous infusion. 

 

 


background image

 

 

β-ADRENERGIC RECEPTOR AGONISTS 

Isoproterenol 

Because of an isopropyl substitution on the nitrogen atom, it has virtually no 
α-activity. However, it does act on both β

1

- and β

2

-receptors. 

 

The cardiac stimulation caused by its β

1

-activity and its lack of oral activity 

(why?) 

have  led  to  its  diminished  use  and  favoring  the  more  selective  β  –

agonists. 

 

β

2

-Adrenergic Receptor Agonists 

Albuterol

, pirbuterol, salmeterol and Formoterol  

They  are  selective  β

2

  mainly  used  as  bronchodilator.  They

 

are  not 

metabolized  by  either  COMT  or  MAO.  They  are  thus  exhibit  a  longer 
duration of action than isoproterenol. 

 

 

 

 


background image

 

β3-Adrenergic Receptor Agonists. 

Activation  of  the  β

3

-receptor  is  thought  to  be  a  possible  approach  for  the 

treatment  of  obesity,  type  2  diabetes  mellitus,  and  frequent  urination. 
Therefore, it is an attractive target for drug discovery. Selective β 3-agonists 
have been developed, but they have not been approved for therapeutic use. 

Indirect-Acting Sympathomimetics 

Indirect-acting sympathomimetics act by releasing endogenous NE. They 
enter the nerve ending by way of the active-uptake process and displace NE 
from its storage granules. 

L-(+)-Pseudoephedrine 

 

It is a naturally occurring alkaloid. This agent is found in many OTC nasal 
decongestant and cold medications. 

Whereas  ephedrine  has  a  mixed  mechanism  of  action,  L-(+)- 
pseudoephedrine acts mostly by an indirect mechanism and has virtually no 
direct  activity.  The  structural  basis  for  this  difference  in  mechanism  is  the 
stereochemistry of the carbon atom possessing the β-OH group. 

 

 

 

 

 


background image

 

Sympathomimetics with a Mixed Mechanism of Action 

They  have  no  hydroxyls  on  the  aromatic  ring  but  do  have  a  β-hydroxyl 
group. 

 

D-(-)-Ephedrine 

This drug is an alkaloid. It is not metabolized by either MAO or COMT and 
therefore  has  more  oral  activity  and  longer  duration  of  action  than  E. 
Ephedrine has two asymmetric carbon atoms so it has four isomers.  

D  (-)  isomer  is  the  most  active  of  the  four  isomers  as  a  pressor  amine 
because  has  the  correct  (1R,2S)  configuration  for  optimal  direct  action  at 
adrenergic receptors. 

Lacking  phenolic  OH  groups,  ephedrine  is  less  polar  and,  thus,  crosses  the 
BBB far better than do other CAs. 

 




رفعت المحاضرة من قبل: حسين الكفائي
المشاهدات: لقد قام 16 عضواً و 229 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل