مواضيع المحاضرة: Lecture 10
background image

 

Benzodiazepines and Related Compounds 

GABA  is  the  most  common  and  major  inhibitory  neurotransmitter  in  the 
brain  and  it  exerts  its  rapid  inhibitory  action  mostly  through  GABA 
receptors. 

GABA

A

  receptor  is  the  target  for  many  anxiolytics  and  sedative–hypnotic 

agents  including  benzodiazepines,  barbiturates,  zolpidem,  zaleplon, 
eszopiclone, steroids, anticonvulsive agents, and many other drugs that bind 
to different binding sites of the GABA

A

 receptors in neuronal membranes in 

the CNS. 

GABA

A

 receptor is a ligand-gated chloride ion channel. Upon activation, Cl

influx  is  increased  and  the  membrane  becomes  hyperpolarized,  resulting  in 
neuronal inhibition. 

 

When benzodiazepines bind to a benzodiazepine recognition site (one of the 
allosteric  sites)  they  induce  conformational  changes  in  the  GABA-binding 
site,  resulting  in  increasing  the  affinity  of  the  receptor  for  GABA.  As  a 
result,  the  frequency  of  Cl

channel  openings  is  increased  and  the  cell  is 

further  hyperpolarized,  yielding  a  more  pronounced  decrease  in  cellular 
excitability.  

Benzodiazepines and related compounds can act as agonists, antagonists, or 
inverse agonists at the benzodiazepine-binding site on GABA

A

 receptor. 


background image

 

The  compounds  that  occupy  benzodiazepine  modulatory  sites  without 
affecting chloride flux are called as antagonists, zero modulators. One such 
compound, flumazenil, is used clinically to counteract the sedative effect of 
benzodiazepines and benzodiazepine overdose. 

 

  SAR 

1-  Most benzodiazepines are 5-aryl-1,4-benzodiazepines. 

 

 

 

2-  Aromatic  or  heteroaromatic  ring  A  is  required  for  the  activity  that 

may participate in π- π interaction with aromatic amino acid residues 
of the receptor. 

 

3-   An  electronegative  substituent  at  position  7  is  required  for  activity, 

and the more electronegative it is, the higher the activity. 

 

4-   Positions 6, 8, and 9 should not be substituted.  

 


background image

 

5-  A phenyl ring  C  at position 5 promotes activity. If this phenyl group 

is  ortho(2´)  or  diortho  (2´,6´)  substituted  with  electron-withdrawing 
groups,  activity  is  increased.  On  the  other  hand,  parasubstitution 
decreases activity greatly. 
 

 

6-   In diazepine ring B, saturation of the 4,5-double bond or a shift of it 

to the 3,4-position decreases activity.  

 

7-  The  presence  or  absence  of  the  3-hydroxyl  group  is  important 

pharmacokinetically. 
 

 

Compounds  without  the  3-hydroxyl  group  are  nonpolar,  3-hydroxylated  in 
liver  slowly  to  active  3-hydroxyl  metabolites,  and  have  long  overall  half-
lives.  In  contrast,  3-hydroxyl  compounds  are  much  more  polar,  rapidly 
converted  to  inactive  3-glucuronides,  which  are  excreted  in  urine  and  thus 
are short-lived. 

8-  The 2-carbonyl function is important for activity. A proton-accepting 

group  at  C2  is  required  and  may  interact  with  the  proton  donor  in 
benzodiazepine  binding  site  of  GABA

A

  receptor.  Other  triazole  or 

imidazole  rings  (which  are  able  to  form  H-bond)  can  be  fused  on 
positions 1 and 2 and increase the activity. 
 


background image

 

    

 

 

Compounds with a fused triazolo ring,  (alprazolam) and compounds  with a 
fused  imidazolo  ring  (midazolam)  are  short  acting  because  they  are 
metabolized  rapidly  by  α-hydroxylation  of  the  methyl  substituent  on  the 
triazolo  or  imidazolo  ring  (analogs  to  benzylic  oxidation).  The  resulting 
active α -hydroxylated metabolite is quickly inactivated by glucuronidation.  

Metabolites of some benzodiazepines are not only active but also have long 
half-lives, thus these drugs are long acting.  

 

 


background image

 

 

 


background image

 

 

 

Nonbenzodiazepines  BzRAs 

Zolpidem and eszopiclone 

 They are nonbenzodiazepines and have been introduced as short- and 
moderate-acting hypnotics, respectively.  

 

 


background image

 

Barbiturates 

The  barbiturates  were  used  extensively  as  sedative–hypnotic  drugs.  They 
have  been  replaced  largely  by  the  much  safer  benzodiazepine  except  for  a 
few specialized uses. Barbiturates exert most of their CNS effects mainly by 
binding to an allosteric recognition site on GABA 

A

 receptors that positively 

modulates  the  effect  of  the  GABA

A

  receptor—GABA  binding.  Unlike 

benzodiazepines, they bind at different binding sites and appear to increase 
the duration of the GABA-gated chloride channel openings. The

 

barbiturates 

can  also  increase  chloride  ion  flux  without  GABA  attaching  to  its  receptor 
site on GABA

A

.  

Sodium salts of the barbiturates are readily prepared and are water soluble. 
Their aqueous solutions generate an alkaline pH. A classic incompatibility is 
the  addition  of  an  agent  with  an  acidic  pH  in  solution,  which  results  in 
formation  and  precipitation  of  the  free  water-insoluble  disubstituted 
barbituric acid. 

SAR 

 

 

1-  Both  hydrogen  atoms  at  the  5-position  of  barbituric  acid  must  be 

replaced. This may be because if one hydrogen is available at position 

5,  tautomerization  to  a  highly  acidic  trihydroxypyrimidine  (pK

a

   

4) 

can occur. Consequently, the compound is largely in the anionic form 
at  physiological  pH,  with  little  nonionic  lipid-soluble  compound 
available to cross the blood-brain barrier. 
 


background image

 

 

 
 

 

 

2-  Increasing  lipophilicity  increases  hypnotic  potency  and  the  onset  of 

action and decreases the duration of action. Why? 

 

 

 

Barbiturates with Long Duration of Action  

 (More Than 6 Hours) 

Phenobarbital (Luminal) 

 It is a long-acting sedative and hypnotic. It is also a valuable anticonvulsant. 

 

Barbiturates with Intermediate Duration of Action  


background image

 

Duration of Action (3–6 Hours) 

Barbiturates  with an intermediate duration  of  action  are  used  principally  as 
sedative–hypnotics. This class includes butabarbital sodium.  

 

Barbiturates with Short Duration of Action  

 (Less Than 3 Hours) 

Barbiturates  that  have  substituents  in  the  5-position  promoting  more  rapid 
metabolism  (e.g.,  by  increasing  the  lipophilicity)  than  the  intermediate 
group. This class includes pentobarbital sodium. 

 

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: حسين الكفائي
المشاهدات: لقد قام 16 عضواً و 168 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