Die nach außen gewölbte Oberfläche von Fullerenen und die dadurch hervorgerufene Ausrichtung der Ti-Etektronen bedingen eine starke Reaktivität gegenüber freien Radikalen/1/ (Die Literatur-Fundstellen sind am Schluß der Beschreibung aufgeführt). So ist für das Cso-Buckminster-Fulleren bekannt, daß es sehr leicht Radiale addiert. Die Aufnahme von bis zu 34 Methylradikalen ist beschrieben und es wurde dafür die Bezeichnung"Radikalschwamm" vorgeschlagen/1/.

Es ist bekannt, daß Hydroxyl-und Hydroperoxidradikale in biologischen Systemen bevorzugt mehrfach ungesättigte Fettsäuren angreifen. Dieser Angriff bewirkt eine Vernetzung und Polymerisation der Fettsäurestrukturen. Damit bewirken freie Radiale auch eine Schädigung von Biomembranen, insbesondere der Membranen von Nervenzellen, die sich durch einen besonders hohen Anteil an ungesättigten Fettsäuren in ihren Lipiden auszeichnen. Als Folge der Veränderung der Lipidstruktur solcher Biomembranen kann eine Veränderung der Membrandurch- lässigkeiten, eine Änderung ihrer Transportfunktionen, Wechsel ihrer Barriere- mechanismen, Änderungen ihrer Rezeptoraktivitäten auftreten und es kann zum Tod der Nervenzelle führen. Überstimulation von Glutamatrezeptoren führte ebenfalls zur Bildung von freien Sauerstoffradikalen und Stickoxidradikalen/2-6/und als Folge zur Schädigung von Nervenzellen und zum Auftreten bestimmter Krankheitsbilder/7-10/.

Radikalfänger sorgen für die Entfernung schädigender freier Radiale, wirken als Antioxidantien und unterbinden die Schädigung der Nervenzellen und den Funktionsverlust von Neuromembranen. Daher sollten gerade Fullerene mit ihren ausgezeichneten Radikalfängereigenschaften als Neuroprotektiva wirken und sich zum Schutz von biologischen Membranen gegenüber oxidativen Veränderungen einsetzen lassen. C60-Fulleren ist jedoch nur in ganz wenigen organischen Lösungsmitteln wie Benzol und Toluol löslich und kann damit auch nicht in biologische Membranen appliziert werden. Die Addition von geeigneten funktionellen Gruppen an C60 sollte jedoch die Wasserlöslichkeit verbessern und damit auch die Verwendung als Antioxidantien in biologischen Systemen ermöglichen. Erste positive Ergebnisse wurden mit polyhydroxyliertem C6o/11/erreicht, bessere Resultate ergaben dreifach substituierte synthetische Malonsäurederivate C60 [C (COOH) 2] 3, die sowohl in vitro als auch in vivo neuroprotektive Aktivitäten aufwiesen/12/. Die in/12/beschriebene Darstellung der beiden Isomere mit C3 bzw. D3-Symmetrie erfolgte nach der Methode von Hirsch/13/durch dreifache Cyclopropanierung von C60 mit Malonsäurediethylester, Hydrolyse und anschließender chromatographischer Reinigung. Die beiden Testverbindungen zeigten starke Affinität zu freien Radikalen, wie durch EPR-Spektroskopie gezeigt werden konnte, und inhibierten den excitotoxischen Tod von Zellkulturen kortikaler Neuronen, die durch N-Methyl-D-aspartat (NMDA)-Exposition, durch a-3-Hydroxy-5- methyl4-isoxazolpropionsäure (AMPA)-Exposition oder durch Sauerstoff-Glucose- Entzug induziert wurden. Das C3-symmetrische Derivat reduzierte außerdem apoptotischen neuralen Tod, der entweder durch Serumentzug oder Exposition von A5142-Protein induziert wurde. In allen Fällen zeigte das C3-Regioisomer größere Wirksamkeit als das D3-lsomer, was sich auf die größere Polarität und damit verbesserte Fähigkeit der Lipidmembranpenetration zurückführen läßt 1121.

Die Malonsäurederivate zeigten gegenüber den polyhydroxysubstituierten Fullerenen bessere Wirksamkeit als Radikalfänger, wie es mit dem geringeren Additionsgrad und daraus folgend einer vermehrten Bereitstellung einer größeren reaktiven Oberfläche mit gleichzeitig einhergehender verbesserter Wasserlöslichkeit.

Weiter sind aus/17/Fullerene bekannt, die mit Poly (benzylether)-Dendronen verbunden sind. Diese Fullerenderivate sind jedoch in Wasser unlöslich. In/19/ werden ebenfalls dendrimere Fullerenderivate offenbart, die in Wasser unlöslich sind.

Gegenüber diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Wasserlöslichkeit von Fullerenen bzw. Fullerenderivaten weiter zu verbessern, ohne gleichzeitig, wie bei den bis dato bekannten Fällen, die reaktive Cgo-Oberfiäche zu verkleinern bzw. abzuschirmen und damit die Radikalfängereigenschaften herabzusetzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch dendrimere Fullerenderivate, bei denen das Fulleren mit mindestens einem Dendron verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes Dendron mindestens eine protische Gruppe aufweist, die Wasserlöslichkeit vermittelt.

Als protische Gruppen eignen sich die dem Fachmann bekannten hydrophilen Gruppen, vorzugsweise-OH,-COOH,-NH2,-SO3H,-PO3H, NR4+,-NHOH, oder- SO2NH2, wobei die vier Reste R unabhängig voneinander jeweils gleich oder verschieden sein können-H, alkyl oder aryl. Besonders bevorzugt sind-OH,- COOH,-NH2. Die Gruppe-COH kann ebenfalls eingesetzt werden.

Die Wasserlöslichkeit der erfindungsgemäßen Fullerenderivate kann bei 25 °C und pH 7 größer sein als 1 mg/ml, bevorzugt größer als 5 mg/ml besonders bevorzugt größer als 10 g/l und ganz besonders bevorzugt größer als 20 mg/ml. Bei 25 °C und pH 10 kann sie größer sein als 10 mg/ml, bevorzugt größer als 50 mg/ml besonders bevorzugt größer als 100 g/l und ganz besonders bevorzugt größer als 200 mg/ml.

Ein Dendron im Sinne der Erfindung ist ein Addend der Ceo-Kerneinheit, der am Ende eine Verzweigung als Struktureinheit besitzt. Mit dieser kann wieder jeweils die gleiche oder eine andere Untereinheit verknüpft werden, an deren anderem Ende sich ebenso wiederum eine Verzweigung befindet. Je nach Verzweigungsgrad verzwei-, drei-oder-vielfacht sich damit die Zahl der nächsten Verzweigungen und

damit auch die Anzahl der funktionellen (und wasserlöslichen) Endgruppen. Jede, durch neuerliche Anknüpfung von Dendronen entstandene, radialsymmetrische "Schale"wird als nächste Generation bezeichnet. Um mehr reaktive Oberfläche für Radiale zur Verfügung zu stellen, erscheint es sinnvoll, die zur Wasserlöslichkeit notwendigen Dendronen möglichst auf Distanz zum C60-Kern zu halten, um dessen "Bedeckung"zu verhindern. Dies gelingt durch Anbindung der Dendronen der ersten Generation über einen sog."spacer", d. i. ein Kohlenstoffkette der Länge C, bis ca.

C100, vorzugsweise C2-C, 0, die der 1. Generation als"Abstandshalter"dient.

Als Verzweigungen eignen sich vor allem drei-oder mehrbindige Elemente wie z. B.

N-, C-, P-, Si, oder mehrbindige Molekülsegmente wie Aryl-, Heteroaryl. Der Grad der Verzweigung liegt vorzugsweise zwischen zwei und drei, die Zahl der Generationen kann zwischen einschließlich 1 und 10 liegen.

Bevorzugte Lösungen der erfindungsgemäßen Aufgabe ergeben sich aus den Unteransprüchen. Es können auch einzelne oder mehrere der in den Unteransprüchen offenbarten Merkmale jeweils für sich oder in Kombination Lösungen der zugrundeliegenden Aufgabe darstellen und es sind auch die einzelnen Merkmale innerhalb der Anspruchskategorien beliebig kombinierbar.

Eine Verbesserung gegenüber den weiter oben genannten Beispielen sollten Monoaddukte von Fullerenen darstellen, sofern ihre Wasserlöslichkeit ausreichend hoch ist. Je geringer der Additionsgrad der Fullerene ist, um so größer wird deren freie reaktive Oberfläche sein, die sich für die Radikalfängereigenschaften verantwortlich zeigt. Solche Monoaddukte sollten aber gegenüber Polyaddukten eine geringere Wasserlöslichkeit aufweisen, da die Zahl der hydrophilen Gruppen entsprechend abnimmt. Dieser Konflikt wird durch die erfindungsgemäßen Fullerene gelöst, da sie durch die weiter außen liegenden Verzweigungen der höheren Generationen wiederum beliebig an Wasserlöslichkeit zunehmen.

Eine bevorzugte Verbindung ist in Formel 1 (Schema 1) dargestellt. Dabei handelt es sich um dendrimerverzweigte Derivate von C60-Fulleren. Monosubstituierte Dendrimere dieser Art bieten den Vorteil, daß sie unabhängig vom Additionsgrad

durch die Wahl geeigneter funktioneller Endgruppen ihre ausgezeichnete Wasser- löslichkeit erhalten. Die Anzahl der zur Löslichkeit beitragenden Funktionen der äußersten Dendrimerschale wird durch den Grad der Verzweigung und durch die Zahl der Dendron-Generationen mit vorgegeben (vgl. oberer Abschnitt).

Verzweigungselemente der einzelnen Molekülester können unter anderem vorzugsweise y-Amino-triscarbonsäuren der in Formel 1 gezeigten Art, a-Amino- dicarbonsäuren, a-s-Diaminocarbonsäuren, Hydroxycarbonsäuren, Weinsäure- derivate, Polyphenole, Kohlenhydratkomponenten vom Pentose-und Hexose-Typ, Glycerinderivate sowie allgemein polyfunktionelle Verbindungen darstellen. Die konsekutiven Verknüpfungen der einzelnen Dendrimeräste bzw. der einzelnen Generationen entspricht dann Säureamidbindungen, Peptidbindungen, Esterbindungen, Depsipeptid-artigen Bindungen nach Art der wechselnden Säure- amid-bzw. Esterverknüpfung von Aminosäuren und Hydroxysäuren, Glycerid- artigen Bindungen und Polyestern bzw. Polyethern, Polyphenylethern und Glycosiden. Erst bei Dendrimerhüllen der dritten Generation ist eine Beeinträchtigung der freien Fullerenoberfläche durch Abschirmung zu erwarten, die auf Grund leichter Penetrierbarkeit kleiner freier Radiale dennoch nicht zwingend zu einer Abnahme der Antioxidantienwirksamkeit führen muß. Durch die Wahl geeigneter Längen von zwei bis zu sechs Kohlenstoffatomen bei den Spacerketten kann die Verfügbarkeit der Fullerenoberflache zusätzlich variiert bzw. gewährieistet werden. Die Verwendung langer Fettsäureketten in den einzelnen Ästen kann zusätzlich eine Affinität zu den Fettsäureketten der Lipide innerhalb der Membrandoppelschicht bewirken und 1ARt damit verbesserte Interkalation in Nervenmembranen und verbesserte Radikalfängereigenschaften erwarten.

Schema 1 Die Darstellung der Zielverbindungen gelingt durch konvergente Synthese, d. h. der entsprechende Dendrimerast wird bis zur ersten, zweiten, dritten bzw. n-ten Generation getrennt synthetisiert und erst abschließend durch eine geeignete Verknüpfungsreaktion, wie z. B. eine Cyclopropanierung, Diels-Alder-Reaktion, [3+2]-Cycloaddition u. a., an C60-Fulleren gebunden.

Zur Synthese des Fullerendendrimeren der ersten Generation (vgl.

Herstellungsbeispiel 8) nach Schema 2 wird die 0-benzylgeschützte y- Hydroxybuttersäure 2 mit der carboxygeschützten y-Amino-tris- carbonsäure [Behera-Amin, 4-Amino-4- (2-t-butyloxycarbonylethyl)-heptan- disäuredi-t-butylester 3 (/14/,/15/,/18n] durch Umsetzung mit Konden- sationsmitteln und Aktivatoren wie z. B. Dicyclohexylcarbodiimid [DCD], 1-Hydroxybenzotriazol [1-OH-BT], jedoch auch anderen Carbodiimiden, N- Hydroxyverbindungen, u. ä. kondensiert. Das daraus resultierende Saure- amid [4- (4-Benzyloxy-butyrylamino)-4- (2-t-butyloxycarbonylethyl)-heptan- disäuredi-t-butylester 4] kann durch Hydrogenolyse oder spezifischer, schonender Hydrolyse zum freien Hydroxysäureamid [4- (4-Hydroxy- butyrylamino)-4- (2-t-butyloxycarbonylethyl)-heptandisäuredi-t-butylester 5] entschützt werden, ohne daß dabei die Schutzgruppen der Carboxyl- funktionen in Mitleidenschaft gezogen werden. Die folgende Umsetzung

von 5 mit Malonsäuredichlorid und Pyridin oder anderen Stickstoffbasen führt zum Dendron 6 der ersten Generation [Nomenklatur für Kaskaden- polymere : 6-Cascade : Methan [2] : (2-aza-7-oxa-3,8-dioxooctylidyne) : propan- saure-tert-butylester], das einen Malonsäuredialkylester darstellt mit amidartiger Dendronverknüpfung und einer C4-langen Spacer-Kette zwischen der Verzweigungseinheit und dem Malonatrest. Durch Wahl entsprechend anderer benzylgeschützter co-Hydroxycarbonsauren 2 wie z. B. 3-Hydroxypropionsäure, 5-Hydroxyvaleriansäure oder 6- Hydroxyhexansäure kann die Spacerkette auch beliebig verkürzt oder verlangert werden. Nach einem von uns beschriebenen Verfahren/16/läßt sich C60 nun in Gegenwart von CBr4 und DBU/Methylenchlorid mit Synthon 6 cyclopropanieren. Die tert-Butyl-Schutzgruppen des entstandenen o lo 0 DCC/1-HO-BT 2nu a /\ 3 oJG o S< H2/Pd/C<<< mO$H0 o o o H° 1 zoo 5/\ 'o o I/ jWoX WoSX H2C(COCIy Pyridin p H N 0 0 0 0 0 H H 0 N N zu C6d CBr4/DBU/CH2C12 o,,. o bzw 0 0 0 0 HO OH Toluol/TFA Hp N 0 O N OH N N ho oh \w i/8 Schema 2

Dendrimerfullerens [6-Cascade : Methano-C6o-fulleren [2] : (2-aza-7-oxa-3,8-dioxo- octylidyne) : propansäure-tert-butylester 7] lassen sich durch Hydrolyse, vorzugsweise mit Ameisensäure leicht abspalten, so daß das wasserlösliche und als Neuroprotektivum einsetzbare polycarboxyfunktionalisierte Dendrimerfulleren 8 entsteht. [6-Cascade : Methano-C6o-fulleren [2] : (2-aza-7-oxa-3,8-dioxooctylidyne) :- propansäure.

Analog wie die aufgezeigte Synthese des Derivats erster Generation 8 in Schema 2 wird das Dendrimerfulleren 1 zweiter Generation [18-Cascade : Methano-C60- fulleren [2] : (2-aza-7-oxa-3,8-dioxooctylidyne) : (2-aza-3-oxopentylidyne) : propansäure] (vgl. Herstellungsbeispiel 1) dargestellt (Schema 3). Wie im ersten Fall wird die tert- butylgeschützte y-Amino-triscarbonsäure 3 mit der entsprechenden Nitrotriscarbon- säure 9, deren tert-Butylester die Synthesevorstufe von 3 darstellt (15,16), mit DCC in Anwesenheit von 1 HO-BT und anschließender Reduktion mit Wasserstoff zum Dendron 10 zweiter Generation [9-Cascade : Aminomethan [3] : (2-aza-3- oxopentylidyne) : propansäure-teff-butylester] umgesetzt. Die analogen Reaktionen wie zur Darstellung von 8 führen zur Verknüpfung mit dem Spacer 2, Entstehung des entsprechenden Malonsäurediesters und Cyclopropanierung zu einem carboxylgeschützten Dendrimerfullerenderivat. Die analoge Abspaltung der Schutz- gruppen führt zu dem Dendrimerfulleren 1 der zweiten Generation. Letzteres ist bereits sehr gut in Wasser (pH > 7), MeOH und anderen polaren Lösungsmitteln löslich. In Wasser wurde für die genannte Verbindung bei 25 °C und pH 7 eine Löslichkeit von ca. 34 mg/ml gemessen. Bei pH 10 betrug die Löslichkeit ca. 250 mg/ml. zut ol u 0' oh 0 + 02 OH folk I/0 O OU 9 H 0 H2N H2 1.)DCC ! 1-HO-BT _NH ae 2.) H 0 c 3 0 10 10 HO OH 0 0 0 0 OH 1.) 2, DCC, 1-HO-BT, DMF O O/0 2.) Pd/C, H, EtOAc HO H O 0 OH 2 0 O N0 O O O 3.)H2C (COCI, Pyridin, CFC H H H H H_. NH 4.) C60 DBU, CBr4, Toluol HO OH 5.) HCOOH H f () I BH H 0 0-H H H 1 Schema 3

Eine dritte Kondensationsreaktion zwischen dem Aminoderivat 10 und der Nitrotriscarbonsäure 9 führt zu einem Dendron 11 der dritten Generation [27- Cascade : Aminomethan [3] : (2-aza-3-oxopentylidyne) 2 : propansäure-teff-butylester], das sich wiederum durch Spacer-Verlängerung in das Cyclopropanierungsreagens 12 der dritten Generation umsetzen iäßt. Addition an Fulleren C60 unter den bereits beschriebenen Bedingungen liefert ein Dendrimer 13 der dritten Generation mit

einem C60 als Core-Einheit. Entschützung der tert-Butylgruppen liefert wiederum ein wasserlösliches Dendrimerfulleren [54-Cascade : Methanofulleren [2] : (2-aza-7-oxa- 3,8-dioxooctylidyne) : (2-aza-3-oxopentylidyne) 2 : propansäure 14] (Schema 4) der dritten Generation, das sich durch Radikalfängereigenschaften auszeichnen sollte und membranschützende und neuroprotektive Eigenschaften besitzen sollte.

Scheme 4 Herstellungsbeispiele : Die Numerierung der Substanzen ergibt sich aus Schema 2, wobei der Index a die entsprechende Verbindung der zweiten Generation bezeichnet.

9-Cascade : [N-(4-benzylOxybutyryl)-aminomethan] [3] : (2-aza-3-oxopentylidyne) : propansäure-tert-butylester 4 a Man löst 4,58 g Aminocarbonsäureester 10 [9-Cascade : aminomethan [3] : (2-aza-3- oxopentylidyne) : propansäure-tert-butylester 10], 618 mg 4-Benzyloxybuttersäure 2, 656 mg Dicyclohexylcarbodiimid [DCC] und 430 mg 1-Hydroxybenzotriazol [1-HO- BT] in 50 ml DMF und äßt die Lösung 24 h bei Raumtemperatur. rühren. Nach Entfernen des Lösungsmittels i. Vak. (im Vakuum) nimmt man den Rückstand in

Ethylacetat auf und wäscht mit 10 % iger kalter Salzsäure, Wasser, 10 proz.-iger NaHC03-Lösung und konz. NaCI-Lösung. Nach Trocknen über MgSO4 enffernt man das Lösungsmittel i. Vak. und reinigt das Rohprodukt mittels Säulenchromatographie <BR> <BR> <BR> <BR> (SiO2, Hexan/Ethylacetat 1 : 1). Man erhalt 3,07 g eines weißen Pulvers (60 °/0) 4 a.

9-Cascade : [N- (4-hydroxybutyryl)-aminomethan] 13] : (2-aza-3-oxopentylidyne) : propansaure-tert-butylester 5 a Man löst 2,97 g 4 a in 100 mi Ethanol und versetzt die Lösung mit 100 mg Paladium/Kohlenstoff (10 %). Es wird bei Raumtemperatur und Normaldruck hydriert, nach Abfiltrieren des Katalysators wird das Reaktionsgemisch i. Vak. eingeengt und man erhält 2,66 g (95 %) weißes Pulver 5 a.

18-Cascade : Methan [2] : (2-aza-7-oxa-3,8-dioxooctylidyne) : (2-aza-3-oxopentylidyne) : propansäure-tert-butylester 6 a Unter Stickstoff als Schutzgas werden 1,6 g 5 a und 83 mg wasserfreies Pyridin in 50 ml Methylenchlorid gelöst, gerührt und auf 0 °C geküh ! t. 73 mg Malonsäuredichlorid werden langsam zugegeben, weitere 2 h bei 0 °C gerührt und 12 h bei Raumtemperatur. Anschließend versetzt man mit 50 mi. Methylenchlorid und wäscht mit Wasser. Nach Trocknen über MgSO4 und Reinigung mittels <BR> <BR> <BR> <BR> Säulenchromatographie (SiO2, Cyclohexan/Ethylacetat) erhält man 425 mg (26 °/0) Produkt 6 a.

18-Cascade : methano-Cso-fulleren [2] : (2-aza-7-oxa-3,8-dioxooctylidyne) : (2-aza-3- oxopentylidyne) : propansäure-tert-butylester 7 a In einer Stickstoffatmosphäre werden 425 mg 6 a, 98 mg Cgo, 45 mg CBr4 und 23 mg DBU in 100 ml absolutem Toluol gelost. Man faßt 22 h bei Raumtemperatur rühren, trennt anschließend das Lösungsmittel i. Vak. ab und reinigt den Rückstand mittels Säulenchromatographie. Dazu wird zunächst nichtumgesetztes C60 mit Toluol eluiert und danach ein Produktgemisch mit Toluol/Ethylacetat (1 : 1). Dieses wird mit HPLC weiter aufgereinigt. Man erhält 110 mg (21 %) braunes Pulver 7 a.

18-Cascade : methano-C_-fulleren [2] : (2-aza-7-oxa-3,8-dioxooctylidyne) : (2-aza-3- oxopentylidyne) : propansäure 1 100 mg 7 a werden in 15 ml Ameisensäure gelöst und bei Raumtemperatur gerührt.

Die Reaktion ist nach 20 h beendet. Nach Entfernen der Ameisensäure im 0) pumpenvakuum erhätt man 70 mg (95 %) eines rotbraunen Pulvers 1.

Spektroskopische Daten von 1 : <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 1 : 'H-NMR (400 MHz, D2O + K2CO3, 25 °C) 6 (ppm) 1.91 (m, 48 H), 2.13 (m, 52 H),<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 2.47 (t, 4 H), 4.78 (t, 4 H) ; '3C-NMR (100 MHz, D20 + K2CO3,25 °C) b (ppm) 23.96, 53,138.56, 47,145.07,145.17, 78 ; FT-IR (KBr) v/cm-'3344, 3074, 2925,2854,2625 (broad), 1712,1654,1542,1458, <BR> <BR> <BR> <BR> 1414,1268,1231,1206,1103,908,814,669,527 ; UV-Vis (H2O) Xmax (E) 257 (102615), 325 (30477), 425 (2077) ; Literaturfundstellen : <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> /1/Krusic, P. J., Wasserman, E., Keizer, P. N., Morton, J. R. und Preston, K. F.

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