Reserpin

Strukturformel
Allgemeines
Name	Reserpin
Andere Namen	Serfin, Serpasil Methyl-[11,17α-dimethoxy-18β-(3,4,5-trimethoxybenzoyloxy) -3β,20α-yohimban-16β-carboxylat] 18-O-(3,4,5-Trimethoxybenzoyl) reserpinsäure -methylester [11,17a-Dimethoxy-18b-(3,4,5-trimethoxybenzoyloxy)- 3b,20a- yohimban- 16 b- carbonsäure- methylester]
Summenformel	C33H40N2O9
CAS-Nummer	50-55-5
Kurzbeschreibung	prismatische, farblose Kristalle
Eigenschaften
Molmasse	608,7 g/mol
Schmelzpunkt	264–265 °C
Löslichkeit	gut in Chloroform, weniger in Wasser, Benzol, Essigester, kaum in Aceton, Methanol, Ether
Lipidlöslichkeit	LogP = 3,3
Spezifischer Drehwinkel	−116° bis −128° bei 20 °C im Natriumlicht
Toxizität
LD50 (Ratte)	15 mg/kg (i.v.)

Reserpin ist ein Indolalkaloid einiger Rauvolfiae aus der Familie der Hundsgiftgewächse, das früher in der Psychiatrie als Neuroleptikum bei Schizophrenie eingesetzt wurde, heute jedoch hauptsächlich als Antihypertonikum, also als Arzneistoff in der Bluthochdrucktherapie, angewandt wird. Aufgrund seines Wirkmechanismus, der auf der Beeinflussung der Aktivität des sympathischen Nervensystems beruht, wird es auch als Antisympathotonikum bezeichnet. Doch auch auf diesem Anwendungsgebiet hat Reserpin, wie viele Antisympathotonika, einiges an seiner früheren Bedeutung verloren, aufgrund zahlreicher Nebenwirkungen ist es nicht mehr das Mittel der Wahl.

Herkunft

Reserpin wird aus den Wurzeln von Kletterpflanzen der Unterfamilie Rauvolfioideae gewonnen, primär aus der Indischen Schlangenwurzel (Rauvolfia serpentina), die einen Reserpin-Gehalt von 0,04–0,05 % besitzt, aber auch aus der mexikanischen Rauvolfia heterophylla und der australischen Bitterrinde („Iodstrauch“; Tabernaemontana orientalis, auch Asternia constricta).

Geschichte

In Indien findet die Wurzel der dort auch als „Sarpagandha“ bezeichneten Rauvolfia serpentina, welche auch Yohimbin enthält, bereits seit Jahrhunderten vor allem als Beruhigungsmittel, aber auch als Allheilmittel Verwendung. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde berichtet, dass eines der über 20 Alkaloide der Pflanze eine blutdrucksenkende Wirkung besäße. Der erste Artikel, der sich mit dem psychiatrischen Einsatz von Reserpin auseinandersetzte, wurde im Jahr 1931 von den Indern Sen und Bose veröffentlicht, welche von guten Behandlungserfolgen bei Geisteskrankheiten mit gewalttätigen und manischen Symptomen zu berichten wussten. Durch einen Bericht Vakils im „British Health Journal“ über die blutdrucksenkende Wirkung der Rauvolfia 1949 kam diese auch in der westlichen Welt zu Bekanntheit.

Reserpin wurde erstmals 1952 durch Emil Schlittler aus der Rauvolfia serpentina isoliert. Ihm gelang kurze Zeit später auch die Aufklärung der chemischen Struktur. Zwei Jahre später wurde es zum ersten Mal klinisch eingesetzt, zwei Jahre nach Chlorpromazin, gegen das es sich als Mittel bei schizophrenen Psychosen letzten Endes nicht durchzusetzen vermochte, obgleich Reserpin nach 1952 vorübergehend eines der meistverwendeten Präparate bei der Behandlung psychiatrischer Erkrankungen wurde. 1958 publizierte Robert Burns Woodward die Totalsynthese des Reserpins. In Großbritannien wurde Reserpin aufgrund seiner enormen Nebenwirkungen für einige Jahre vom Markt genommen. Ende der 1970er war Reserpin weitläufig durch neue, bessere Wirkstoffe ersetzt.

Die Bedeutung des Reserpin liegt – eingedenk der Tatsache, dass es in der Therapie weitläufig durch bessere Substanzen ersetzt wurde –, vor allem in seinem Einfluss auf die Grundlagenforschung der modernen Neuropsychopharmakologie und Neuropsychiatrie: In den 1950er und 1960er Jahren wurden Reserpin und sein Wirkmechanismus intensiv erforscht, wodurch viele neue Erkenntnisse über biochemische Prozesse erlangt wurden, so etwa über den Stoffwechsel der biogenen Amine, weiters die Entdeckung regional verminderter Konzentration des Neurotransmitters Dopamin im ZNS bei Parkinsonpatienten oder die Wegbereitung für die Entwicklung zahlreicher Antidepressiva auf Grundlage der Beobachtung des Reserpin-Antagonismus des MAO-Hemmers Iproniazid und des Trizyklikums Imipramin.

Heute ist Reserpin nur noch in Kombinationspräparaten mit Diuretika im Handel. Die beiden einzigen Präparate, die noch zu den 3000 verordnungshäufigsten gehören, sind Briserin N^® (Kombination mit dem Thiazid-Diuretikum Clopamid) und Triniton^® (Kombination mit dem Antihypertonikum Dihydralazin und dem Thiazid-Diuretikum Hydrochlorothiazid), deren Verordnungshäufigkeit ebenfalls abnimmt, obwohl ersteres (gemessen an DDD) immer noch das am dritthäufigsten verordnete Antisympathotonikumpräparat ist: Gegenüber dem Vorjahr nahm 2005 die ärztliche Verschreibung von Briserin N^® um 13,1 % ab und sank auf 29,5 Millionen DDD, bei Triniton^® ging sie um 6,9 % zurück und sank auf 6,9 Millionen DDD.

Seit einiger Zeit gibt es Versuche, Reserpin-Derivate zu entwickeln, denen eine bessere Verträglichkeit beschieden sein soll als ihrem Vorgänger. Einen Ansatz hierfür, Reserpin-Methonitrat, stellten die Inder Sreemantula, Boini und Nammi 2004 vor.

Pharmakologie

Wirkmechanismus

Reserpin ist ein Antisympathotonikum, dessen Wirkung auf einer Verarmung des Neurotransmitters Noradrenalin im postganglionären Sympathikus beruht. Als Folge dieser Hemmung des Sympathikus kann neben einer Senkung der Herzfrequenz (Bradykardie) auch die gewünschte Senkung des Blutdrucks beobachtet werden. Die antipsychotische Wirkung des Reserpins wird mit einer beobachteten Verringerung der Dopamin- und Serotoninkonzentration im Zentralnervensystem in Verbindung gebracht. Mit einer neuroleptischen Potenz von 20–50 CPZi zählt es zu den hochpotenten Neuroleptika.

Auf zellulärer Ebene beruht der Wirkmechanismus des Reserpins auf der „Entspeicherung“ biogener Amine wie den Botenstoffen Dopamin, Serotonin und Noradrenalin. Es hemmt die nicht selektiven vesikulären Monoamintransporter in den Membranen der Speichervesikel, wodurch die Botenstoffe nicht mehr in die Vesikel der präsynaptischen sympathischen Nervenendigungen aufgenommen werden können. Außerhalb dieser werden biogene Amine vom Enzym Monoaminoxidase („MAO“) zu Aldehyden, Ammoniak und Wasserstoffperoxid abgebaut, was zur Folge hat, dass die Menge an Noradrenalin, die bei Erregung freigesetzt werden kann, verringert wird. Zu hohe Dosierungen führen zu einer irreversiblen Schädigung der Speicherversikel, welche daraufhin neugebildet werden müssen, was einige Tage bis Wochen dauert.

Pharmakokinetik

Reserpin hat eine Bioverfügbarkeit von 50 %; die Plasmaproteinbindung beträgt 62 %. Die Metabolisierung, also die enzymatische Umwandlung zu polaren und damit besser ausscheidbaren Substanzen, findet im Darm und in der Leber statt. 62 % werden mit dem Kot, 8 % mit dem Urin ausgeschieden. Die Halbwertszeit beträgt 150–270 h.

Da Reserpin nicht nur peripher wirkt, sondern auch in der Lage ist, in das Zentralnervensystem (ZNS) einzudringen, kann es bei der Behandlung mit Reserpin über Beeinträchtigung des zentralnervösen Speichervermögens für biogene Amine zu depressiven Zuständen kommen.

Reserpin-Methonitrat (RMN) überwindet die Blut-Hirn-Schranke aufgrund des quartärnisierten Amins – ein Amin, das mit vier Kohlenstoff-Atomen (C) verbunden ist – erheblich schwerer, was dazu führt, dass deutlich weniger Substanz in das ZNS eintritt, als es bei Reserpin der Fall ist, und zentralnervöse Nebenwirkungen (Parkinson-Symptomatik, Sedierung) stark vermindert werden.

Nebenwirkungen

Wie die der meisten Antisympathotonika kann auch die Reserpingabe eine Reihe schwerwiegender Nebenwirkungen mit sich ziehen, von Schwellung der Nasenschleimhaut (durch seröse Sekretion in diese, sog. „Reserpin-Schnupfen“), Durchfall, Magen- und Zwölffingerdarmgeschwüre, Libido- und Potenzverlust sowie Appetitsteigerung bis hin zu extrapyramidalmotorischen Störungen, Parkinsonismus, Sedierung und Depression. Diese Nebenwirkungen können einerseits auf die Hemmung des Sympathikustonus (z. B. Nasenschleimhautschwellung und Magengeschwüre) und andererseits auf eine Verringerung der Dopamin- und Serotoninkonzentration im synaptischen Spalt zurückgeführt werden (z. B. Parkinsonismus).

Willner betont jedoch, dass die weit verbreitete Annahme, Reserpin verursache Depression, auf einer Reihe von Berichten aus den 1950ern basiert, im Rahmen derer depressive Patienten nach Goodwin et al. falsch diagnostiziert worden wären. Diese hatten die den damaligen Berichten zu Grunde liegenden Daten erneut ausgewertet und waren zu dem Ergebnis gekommen, dass mit Reserpin behandelte Patienten dazu neigten, eine Pseudodepression zu zeigen, die durch psychomotorische Verlangsamung, Müdigkeit und Anhedonie gekennzeichnet ist, jedoch nicht kognitive Erscheinungen der Depression wie Hoffnungslosigkeit oder Schuldgefühle aufwies. Lediglich 5–9 % der Patienten hätten demnach Symptome einer primären Depression gezeigt, und diese hätten obendrein bereits eine Vorgeschichte affektiver Störungen gehabt.

Kinder, deren Mütter im letzten Drittel der Schwangerschaft Reserpin genommen haben, leiden später häufiger an Trink- und Atemstörungen. Ebenso kann Reserpin in die Muttermilch übergehen und Menstruationsstörungen hervorrufen.

Chemie

Das Reserpin-Molekül: Zur Orientierung notwendige Atome sind nummeriert, die Ringe werden durch Buchstaben beschrieben.

Reserpin ist eine schwache Base. Werden Protonen (H⁺-Ionen) aufgenommen, geschieht dies am N-4.

Analytik

Mit Reserpin lassen sich verschiedene Farbreaktionen durchführen. In essigsaurer Lösung wird ihm mit Natriumnitrit Wasserstoff abgespalten, es entsteht 3,4-Dehydroreserpin. Dieses ist eine gelbgrün fluoreszierende Anhydroniumverbindung, die ein langwelliges Absorptionsmaximum von 388 nm besitzt. Reserpin selbst hat einen maximalen Absorptionswert von 296 nm.

Totalsynthese

Obgleich Reserpin überwiegend aus Rauwolfia-Arten isoliert wird, ist eine vollsynthetische Herstellung möglich. In einer über 16 Reaktionsschritte verlaufenden Synthese gelang Woodward 1958 die (konstitutionelle) Herstellung von Reserpin.

Die Totalsynthese nach Woodward nimmt ihren Anfang beim Aufbau des Rings E, welcher fünf der sechs Stereozentren des Reserpinmoleküls enthält. Die Startedukte sind 1,4-Benzochinon und Pent-2,4-diensäuremethylester. Zwischen dem Chinon und dem Dien kommt es zu einer Diels-Alder-Reaktion, deren Produkt bereits drei der benötigten fünf Stereozentren enthält.

Links oben das Chinon, links unten das Dien, recht das Produkt der Diels-Alder-Reaktion. Die drei umgelagerten π-Elektronenpaare sind farbig markiert.

Die Reduktion des entstandenen endo-Addukts mit Aluminiumtriisopropylat wird über die cis-Verknüpfung der beiden entstandenen Ringe so gesteuert, dass vor allem der gezeigte β-Alkohol entsteht. Da sich eine der beiden Hydroxylgruppen in räumlicher Nähe zum Carbonsäuremethylester befindet, bildet sich ein Lacton.

Reduktion mit Al(C₃H₅O₂)₃. Der neuentstandene Fünfringer ist das Lacton.

Die Reaktivität der beiden Doppelbindungen in den Ringen ist gegenüber Elektrophilen verschieden: Bei der Bromierung des C₁₁H₁₂O₃ reagiert nur die Doppelbindung des späteren E-Rings, da sie geringfügig elektronenreicher ist.

Durch den elektrophilen Angriff des Brom bildet sich, unter Abspaltung eines Bromidions, das Bromoniumion (C₁₁H₁₂BrO₃⁺). Der Sauerstoff der Hydroxylgruppe öffnet diesen Dreiring durch nukleophilen Angriff an dem Kohlenstoffatom, das sterisch günstiger gelegen ist, so dass ein Furan entsteht.

Links das Edukt, in der Mitte das energetisch relativ ungünstige Bromoniumion, rechts das bromierte Produkt mit Etherbrücke.

Im Folgenden wird das Brom über den nukleophilen Angriff eines Methanolations substituiert, wobei der erste der zahlreichen Methylester des Reserpin entsteht: Nachdem Bromwasserstoff eliminiert wurde und das α,β-ungesättigte Lacton entstanden ist, wird es vom Methanolation angegriffen. Der Angriff durch das Methanolation erfolgt aufgrund des Lactons und des Ethers von der α-Seite, also von unterhalb der Zeichenebene, womit das fünfte Stereozentrum des E-Rings entsteht.

Substitution des Broms.

Danach erfolgt die zweite Bromierung: N-Bromsuccinimid greift elektrophil an der Doppelbindung an, die im dritten Schritt nicht von Br₂ aufgebrochen werden konnte. Das entstehende Bromoniumion wird durch nukleophilen Angriff von Wasser von der α-Seite transdiaxial geöffnet. Für die Reaktion dient Schwefelsäure als Katalysator.

Links das Edukt, in der Mitte das energetisch relativ ungünstige Bromoniumion, rechts das bromierte und hydroxylierte Produkt.

Anschließend wird das Produkt mit Chromsäure oder dessen Anhydrid, Chromtrioxid, oxidiert.

3 C₁₂H₁₅BrO₅ + 2 CrO₃ + 6 H₃O⁺ → 3 C₁₂H₁₃BrO₅ + 2 Cr³⁺ + 12 H₂O

Der nächste Schritt besteht in einer komplexen Reaktion, im Rahmen derer das Bromatom entfernt, zwei Ringe aufgebrochen und ein Acetatrest hinzugefügt werden.

Der erste Schritt hierbei ist eine radikalische, reduktive Debromierung. Das zugegebene Zink macht zunächst einen Single-Electron-Transfer in das unbesetzte π*-Orbital der C-Br-Bindung, wodurch letztere sofort unter Bildung eines Bromidions gelöst wird. Es entsteht kurzfristig ein sekundäres, elektrophiles C-Radikal, welches sofort ein zweites Elektron vom Zink bekommt und zum Anion wird – mesomeriestabilisiert durch die benachbarte Carbonylgruppe –, welches von der Essigsäure protoniert wird. Die Lactonöffnung verläuft analog dazu nach vorheriger Protonierung der Lacton-Carbonylgruppe am Sauerstoff (dies senkt die Elektronendichte und damit die energetische Lage des π*-Orbitals der zu öffnenden C-O-Bindung).
Als zweiter Schritt wird die entstandene Carboxylgruppe von Diazomethan methyliert.
Im dritten Schritt abstrahiert die schwache Base Pyridin das Proton aus dem ersten Schritt, wodurch ein Enolat entsteht. Dieses reagiert im vierten Schritt sogleich zum α-β-ungesättigten Keton zurück. Mit dem dabei abgetrennten Sauerstoffatom bildet das Essigsäureanhydrid unter Abspaltung eines Acetatanions am späteren C-18 ein Acetylester.

Als nächstes wird der spätere D-Ring aufgespalten. Hierfür wird zuerst die Doppelbindung mit Osmiumtetroxid cis-dihydroxyliert, es entsteht ein Glykol.

Allgemeiner Reaktionsmechanismus der Oxidation von Alkenen mit OsO₄.

Anschließend wird das Glykol oxidativ mittels Periodsäure gespalten, wodurch ein Aldehyd und ein Ketoaldehyd entsteht. Letzteres wird von Periodsäure über eine Ketocarbonsäure weiter bis zur Abspaltung von Kohlendioxid oxidiert, wobei am Molekül eine Carboxylgruppe entsteht.

Dreifache Oxidation durch Periodsäure: Links oben das Glykol, links unten die Ketoaldehyd- (links) und die Aldehydgruppe (rechts), rechts unten die Ketocarboxyl- (links) und Aldehydgruppe (rechts), rechts oben die Aldehydsäure.

Schließlich wird die Carboxylgruppe noch mit Diazomethan methyliert, womit der E-Ring fertig aufgebaut ist.

Durch Methylierung mit Diazomethan entsteht unter Stickstoffabspaltung das Produkt, das den fertigen Ring E enthält.

Nun wird der Aldehyd mit dem Tryptamin 6-Methoxytryptamin zu einem Aldimin kondensiert, es bildet sich also zwischen dem Kohlenstoff der Aldehydgruppe und dem Stickstoff der Aminogruppe unter Wasserabspaltung eine Doppelbindung aus.

Kondensation mit 6-Methoxytryptamin.

Anschließend wird das Aldimin mit Natriumborhydrid reduziert. Das Produkt cyclisiert spontan unter Methanolabspaltung zu einem Lactan. Durch Umsetzung mit Phosphoroxychlorid ergibt sich ein Tetrahydrocarbolinkation, bevor abermals mit Natriumborhydrid weiterreduziert wird, so dass sich der Ring C schließt.

Aufgrund der räumlichen Struktur des Edukts greift das Hydridanion jedoch von unterhalb der Molekülebene an, wo es weniger gehindert wird, zudem entsteht auf diese Art und Weise das stabilere Produkt, was zur Folge hat, dass das gebildete Molekül ein Epimer von Reserpin ist, aber noch nicht Reserpin selbst: Zuerst muss die Konfiguration des neu entstandenen Stereozentrums am C-3 geändert werden. Hierzu werden zuerst zwei Ester mit Kaliumhydroxid hydrolytisch gespalten, so dass an C-16 eine Carboxyl- und an C-18 eine Hydroxylgruppe entsteht, woraus mit Hilfe von Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) ein Lacton aufgebaut wird. Danach haben sich die Stabilitätsverhältnisse hinreichend geändert, dass mit Pivalinsäure das Wasserstoffatom am C-3 in die nun stabilere β-Position gerückt werden kann. Nach Abschluss der Epimerisierung wird das Lacton wieder gespalten.

Epimerisierung am C-3. Das betroffene Wasserstoffatom ist rot gekennzeichnet.

Abschließend erfolgt eine Veresterung mit 3,4,5-Trimethoxybenzoylchlorid, durch die (±)-Reserpin entsteht und somit die Reserpin-Totalsynthese nach Woodward beendet.

Veresterung mit 3,4,5-Trimethoxybenzoylchlorid (rechts oben) zu Reserpin.

Einen Weg der stereospezifischen Totalsynthese etablierte 1989 Gilbert Stork. Seit der Erstsynthese wurden einige alternative Zugänge entwickelt.

Biosynthese

Die Biosynthese des Reserpin beginnt – wie auch die aller anderen Epiyohimban-Alkaloide – bei Strictosidin. Dieses entsteht durch Mannich-artige Kondensation aus Tryptamin und Secologanin.

Strictosidin wird zu 3-epi-Dehydrocorynantheinaldehyd umgewandelt. Hierfür wird es zuerst am C-3 epimerisiert, die β-D-Glucose wird hydrolytisch abgespalten, der spätere Ring D geschlossen und der spätere Ring E geöffnet. Die Reihenfolge, in der diese Reaktionen stattfinden, ist noch unbekannt.

Oben das Strictosidin, unten das 3-epi-Dehydrocorynantheinaldehyd.

Anschließend wird 3-epi-Dehydrocorynantheinaldehyd in drei Reaktionsschritten zu Reserpinsäuremethylester umgewandelt:
Zuerst wird die Doppelbindung bei N-4 stereospezifisch hydriert, so dass 3-epi-Corynantheinaldehyd vorliegt. Dann wird der spätere Ring E zwischen C-17 und C-18 geschlossen und die entstehende Doppelbindung zwischen C-19 und C-20 hydriert. Schließlich entsteht nach Hydroxylierung an C-18 und Hinzufügen zweier CH₃O-Gruppen Reserpinsäuremethylester.

Umwandlung von 3-epi-Dehydrocorynantheinaldehyd (links oben) zu Reserpinsäuremethylester (links unten).

Abschließend wird Reserpinsäuremethylester mit 3,4,5-Trimethoxybenzoyl-CoA an der Hydroxylgruppe am C-18 zu Reserpin verestert.

Veresterung zu Reserpin.

Quellen

Hauptquellen

• Lüllmann, Mohr, Wehling: Pharmakologie und Toxikologie (15. Auflage)
• Habermehl, Hammann, Krebs: Naturstoffchemie (2. Auflage). Ss. 181–185. [Abschnitt #Totalsynthese]
• Rimpler: Biogene Arzneistoffe (2. Auflage). Ss. 309–310. [Abschnitt #Biosynthese]

Einzelnachweise

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