本發明涉及1,3,6,9-取代β-咔啉類化合物及其制備方法。
背景技術:
惡性腫瘤是威脅人類健康的重大疾病。據不完全統計,全世界每年約有2000萬的新發病例;我國每年的新發病例約為160-200萬,死亡130萬,隨著人口老齡化的來臨,患病率逐年上升。腫瘤的治療一直被全世界所密切關注。由于腫瘤早期具有轉移的能力,腫瘤細胞生長快、易變異,從而產生多藥耐藥,導致化療失敗,因此仍需要研究開發新型抗腫瘤藥物以滿足臨床治療的需求。拓撲異構酶(Topo)是DNA復制時必需的酶,其催化單鏈或雙鏈DNA短暫分離以利于復制。按其誘導DNA斷裂機制的不同,分為拓撲異構酶I和拓撲異構酶II兩類。近年來,人們發現許多抗癌藥物都是通過拓撲異構酶干擾DNA復制、重組和基因表達而發揮療效的,以DNA拓撲異構酶為靶分子設計的各種抑制劑,作為抗腫瘤藥物已成為腫瘤化療研究的新熱點。拓撲異構酶II的活性與細胞的增殖相關聯,以拓撲異構酶II為靶標的抗腫瘤藥物對高速增殖的腫瘤細胞比正常細胞有更高的選擇性。β-咔啉類化合物具有廣泛的生化和藥理活性,除了可作用于中樞神經系統之外,還發現其具有很強的抗腫瘤作用,如駱駝蓬堿中harman和norharman對拓撲異構酶II的ED50分別為23.8μg/mL和34.4μg/mL,因此,β-咔啉類化合物可作為腫瘤抑制劑來開發。
技術實現要素:
本發明的目的是提供1,3,6,9-取代β-咔啉類化合物及其制備方法及在藥學上的應用。主要解決目前β-咔啉類化合物的取代衍生物較少的技術問題。本發明1,3,6,9-取代β-咔啉類化合物具有式I或式II的結構:IR1=羥基、烷氧基、氨基、烷氨基或芳氨基中的一種;R2=H、烷基基或芳基中的一種;R3,R4,R5,R6=H、烷基、羥基、烷氧基、氨基、酰氨基或鹵素中的一種;R7=H、1~6個碳原子的烷基、芐基、取代的芐基或4-吡啶甲基中的一種;或II其中,R1=H、烷基、芳基、酰基、磺酰基、烷氧酰基或烷氨酰基中的一種;R2,R3,R4,R5,R5=H、烷基、羥基、烷氧基、氨基、酰氨基或鹵素中的一種;R7=H、1~6個碳原子的烷基、芐基、取代的芐基或4-吡啶甲基中的一種;n=0~2。式Ⅰ中R1涉及的烷氨基:烷氨基代表1~8個碳原子的直鏈、支鏈或環烷基氨基,烷基上有雜原子、芳香環和雜環取代基或取代的芳香環和雜環取代基。a、1~8個碳原子的直鏈、支鏈或環烷基氨基是指:甲基氨基、乙基氨基、丙基氨基、異丙基氨基、正丁基氨基、異丁基氨基、叔丁基氨基、正戊基氨基、異戊基氨基、叔戊基氨基、正己基氨基、正庚基胺基、正辛基氨基、環丙基氨基、環丁基氨基、環戊基氨基、環己基氨基、環庚基胺基或環辛基氨基中的一種;b、烷基上雜原子:O、N、S或F中的一種;c、芳香環和雜環取代基是指:苯環、吡啶、吡咯、呋喃、噻吩、噻唑、苯并噻唑或吲哚中的一種;d、取代的芳香環和雜環的取代基是指:-F、-Cl、–CN、-CH2CN、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、-CH(CH3)2、-NH2、-CF3、-OCF3、-OCH3、-OCH2CH3、-OCH2CH2CH3、-OCH(CH3)2或-OCH2CH2CH2CH3中的一種。式Ⅰ中R1涉及的芳氨基:苯基、芳雜環氨基或取代的苯以及芳雜環氨基,取代的苯氨基上取代基位于苯環的鄰、間、對位,為單取代或多取代,取代基是指:a.鹵素:F、Cl、Br或I中的一種;b.芳香環和雜環取代基是指:苯環、吡啶、吡咯、呋喃、噻吩、噻唑或苯并噻唑中的一種;c.取代的芳香環和雜環的取代基是指:-F、-Cl、–CN、-CH2CN、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、-CH(CH3)2、-NH2、-CF3、-OCF3、-OCH3、-OCH2CH3、-OCH2CH2CH3、-OCH(CH3)2或-OCH2CH2CH2CH3中的一種。式Ⅱ中R1涉及烷基:1~8個碳原子的直鏈、支鏈或環烷基,烷基上有雜原子、芳香環和雜環取代基或取代的芳香環和雜環取代基。a、1~8個碳原子的直鏈、支鏈或環烷基是指:甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、正戊基、異戊基、叔戊基、正己基、正庚基、正辛基、環丙基、環丁基、環戊基、環己基、環庚基或環辛基中的一種;b、烷基上雜原子:O、N、S或F中的一種;c、芳香環和雜環取代基是指:苯環、吡啶、吡咯、呋喃、噻吩、噻唑、苯并噻唑或吲哚中的一種;取代的芳香環和雜環的取代基是指:-F、-Cl、–CN、-CH2CN、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、-CH(CH3)2、-NH2、-CF3、-OCF3、-OCH3、-OCH2CH3、-OCH2CH2CH3、-OCH(CH3)2或-OCH2CH2CH2CH3中的一種。式Ⅱ中R1涉及芳基:苯基、芳雜環或取代的苯以及芳雜環,取代的苯基上取代基位于苯環的鄰、間、對位,為單取代基或多取代基,取代基是指:a.鹵素:F、Cl、Br或I中的一種;b.芳香環和雜環取代基是指:苯環、吡啶、吡咯、呋喃、噻吩、噻唑或苯并噻唑中的一種;c.芳香環和雜環的取代基是指:-F、-Cl、–CN、-CH2CN、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、-CH(CH3)2、-NH2、-CF3、-OCF3、-OCH3、-OCH2CH3、-OCH2CH2CH3、-OCH(CH3)2或-OCH2CH2CH2CH3中的一種。本發明的優選化合物是具有下述結構的化合物:。本發明公開的1,3,6,9-取代β-咔啉類化合物可由下列反應路線獲得:路線1路線2。化合物1的制備過程如下式:化合物1的制備過程:以色胺為原料和乙醛酸乙酯在酸性條件下環合并氧化得化合物9,然后用氫氧化鈉水解到化合物10,胺酸縮合后得到化合物1。化合物2的制備過程如下式:化合物2的制備過程:以5-甲基-吲哚乙氨鹽酸鹽為原料和乙醛酸乙酯在酸性條件下環合得到化合物11,繼而硫粉氧化得化合物12,然后用氫氧化鈉水解到化合物13,胺酸縮合后得到化合物2。化合物3的制備過程如下式:化合物3的制備過程:以5-甲基-吲哚乙氨鹽酸鹽為原料和乙醛酸乙酯在酸性條件下環合得到化合物11,繼而硫粉氧化得化合物12,然后在四氫呋喃溶液中與鈉氫和碘甲烷反應得到化合物14,胺酸縮合后得到化合物3。化合物4的制備過程如下式:化合物4的制備過程:以5-甲基-吲哚乙氨鹽酸鹽為原料和乙醛酸乙酯在酸性條件下環合得到化合物11,繼而硫粉氧化得化合物12,然后在四氫呋喃溶液中與鈉氫和芐溴反應得到化合物15,胺酸縮合后得到化合物4。化合物5的制備過程如下式:化合物5的制備過程:以L-色氨酸甲酯鹽酸鹽為原料和1-Boc-3-吡咯烷甲醛在酸性條件下環合并用高錳酸鉀氧化得化合物17,脫保護基后得到化合物5。化合物6的制備過程如下式:化合物6的制備過程:以L-色氨酸甲酯鹽酸鹽為原料和1-Boc-3-吡咯烷甲醛在酸性條件下環合并用高錳酸鉀氧化得化合物17,脫保護基后得到化合物5,乙酰化后得到化合物6。化合物7的制備過程如下式:化合物7的制備過程:以L-色氨酸甲酯鹽酸鹽為原料和1-Boc-3-吡咯烷甲醛在酸性條件下環合并用高錳酸鉀氧化得化合物17,脫保護基后得到化合物5,苯甲酰化后得到化合物7。化合物8的制備過程如下式:化合物8的制備過程:以L-色氨酸甲酯鹽酸鹽為原料和1-Boc-3-吡咯烷甲醛在酸性條件下環合并用高錳酸鉀氧化得化合物17,脫保護基后得到化合物5,對甲苯磺酰化后得到化合物8。本發明的有益效果是:本發明涉及1,3,6,9-取代β-咔啉類化合物及其制備方法,通過在β-咔啉母核的1位、3位、6位和9位引入不同官能團,改變該類化合物的物化性質,并且有利于提高抗腫瘤活性和成藥性。本發明所述工藝中,反應步驟少,僅為3~4步反應;條件溫和,避免使用昂貴和危險的試劑,工藝簡單,易于合成大量β-咔啉類化合物。這類化合物可以結合“組合化學”技術平臺,在短時間內合成出大量針對已知β-咔啉類化合物結構改性的化合物庫,進一步篩選可以有助于得到生物活性更好的藥物前體化合物。本發明所述化合物具有一定的抗腫瘤活性,可望用于制備新的抗腫瘤藥物;另外,該類化合物制備方法簡單易行,原料廉價易得,易于放大制備,因此具有很好的應用前景。具體實施方式實施例1。1)合成化合物9在1L圓底燒瓶中,色胺(32.0g,0.2mol)溶于450mL乙腈中,加入乙醛酸乙酯(43.5g,427.2mmol),反應于80℃下攪拌10h,真空旋干溶液后得到粗產物,硅膠柱層析得到化合物9(7.8g,產率為16.3%)。2)合成化合物10在250mL圓底燒瓶中,化合物9(7.8g,32.5mmol)和NaOH(2.6g,64mmol)溶于40mL乙醇和80mL水中,反應加熱回流1h,減壓蒸干乙醇,用濃鹽酸中和至PH值為5時冷卻,過濾沉淀,得到化合物10(2.9g,產率為42%)。ESI-MS:213.0[M+H]+;1HNMR(DMSO-d6,400MHz,):δ11.89(s,1H),8.54-8.50(m,2H),8.39(d,J=8.0Hz,1H),7.89(d,J=6.4Hz,1H),7.70-7.66(m,1H),7.40-7.36(m,1H),7.10-7.00(m,1H)。3)合成化合物1在10mL反應瓶中,化合物10(70mg)溶于THF(2mL),分別加入1.2當量的4-N-BOC-4-N-甲基-氨基哌啶,2當量的三乙胺,1.2當量的EDCI和1.5當量HOBT,反應液于30℃下攪拌16h,反應液用制備高效液相純化得到化合物3(49.8mg,產率為37%)。ESI-MS:409.1[M+H]+,1HNMR(DMSO-d6,400MHz)d9.74(s,1H),8.42(d,J=5.2Hz,1H),8.15(d,J=8Hz,1H),8.03(d,J=4.8Hz,1H),7.57-7.50(m,2H),7.32-7.28(m,1H),5.44-5.40(m,1H),4.96-4.93(m,1H),3.24-3.17(m,1H),2.93-2.86(m,1H),2.75(s,3H),1.85-1.76(m,4H),1.57(s,3H),1.48(s,9H)。實施例2。1)合成化合物11在1L圓底燒瓶中加入5-甲基-吲哚乙氨鹽酸鹽(300g,142.5mmol)溶于450mL乙腈,向溶液中加入乙醛酸乙酯(43.5g,427.2mmol)和冰醋酸(80mL),反應于40℃下攪拌10h,真空旋干溶液后,溶于DCM中,用飽和碳酸氫鈉溶液中和殘留的酸,有機層用無水硫酸鈉干燥,溶劑濃縮干后得到化合物11并不經過純化直接用于下一步反應。2)合成化合物12在500mL圓底燒瓶中化合物11(34.5g,133.8mmol)溶于240mL二氯乙烷中,加入硫粉(21g,656.1mmol),反應于85℃下攪拌10h,過濾除去不溶沉淀,有機相濃縮后得到淡黃色固體狀化合物12(14g,產率28.7%)。3)合成化合物13在250mL圓底燒瓶中,化合物12(3.4g,13.4mmol)和NaOH(1.3g,32mmol)溶于40mL乙醇和80mL水中,反應加熱回流1h,減壓蒸干乙醇,用濃鹽酸中和至PH值為5時冷卻,過濾沉淀,得到化合物13(2.9g,產率為96%)。4)合成化合物2在10mL反應瓶中,化合物10(70mg)溶于THF(2mL),分別加入1.2當量的4-羥基哌啶,2當量的三乙胺,1.2當量的EDCI和1.5當量HOBT,反應液于30℃下攪拌16h,反應液用制備高效液相純化得到化合物2(31mg,產率為33%)。ESI-MS:410.1[M+H]+,1HNMR(DMSO-d6,400MHz)d8.56(d,J=6Hz,1H),8.48(d,J=6Hz,1H),8.22(s,1H),7.63(d,J=8.4Hz,1H),7.56(d,J=8.4Hz,1H),4.12(m,2H),3.51(m,1H),3.24(m,1H),3.15(s,3H),1.90(m,1H),1.71(m,1H),1.55(m,1H),1.38(m,1H)。實施例3。1)合成化合物14在100mL圓底燒瓶中化合物12(4.5g,17.7mmol)溶于60mL四氫呋喃中,于0℃下加入60%鈉氫(2.1g,53.1mmol),攪拌1h后加入碘甲烷(5g,35.4mmol),反應液于室溫下攪拌過夜后用濃鹽酸中和,過濾后得到黃色沉淀,沉淀干燥后得到黃色粉末狀化合物14(3.9g,產率為90.5%)。ESI-MS:240.8[M+H]+,1HNMR(CD3OD,400MHz)d8.52(d,J=8.0Hz,1H),8.23(d,J=8.1Hz,1H),8.14(s,1H),7.66(s,2H),4.21(s,3H),2.56(s,3H)。2)合成化合物3在10mL反應瓶中,化合物12(70mg)溶于THF(2mL),分別加入1.2當量的芐胺,2當量的三乙胺,1.2當量的EDCI和1.5當量HOBT,反應液于30℃下攪拌16h,反應液用制備高效液相純化得到化合物3(40.8mg,產率為43%)。ESI-MS:330.1[M+H]+,1HNMR(DMSO-d6,400MHz)d9.30(t,J=6.8Hz,1H),8.34(d,J=4.8Hz,1H),8.24(d,J=4.8Hz,1H),8.08(m,1H),7.58(d,J=8Hz,1H),7.47-7.44(m,1H),7.41-7.39(m,2H),7.33(t,J=4Hz,2H),7.26-7.22(m,1H),4.55(d,J=4Hz,2H),3.86(s,3H),2.47(s,3H)。實施例4。1)合成化合物15在100mL圓底燒瓶中化合物12(4.5g,17.7mmol)溶于60mL四氫呋喃中,于0℃下加入60%鈉氫(2.1g,53.1mmol),攪拌1h后加入芐溴(6g,35.4mmol),反應液于室溫下攪拌過夜后用濃鹽酸中和,過濾后得到黃色沉淀,沉淀干燥后得到黃色粉末狀化合物15(3.1g,產率為55.4%)。ESI-MS:316.9[M+H]+,1HNMR(CD3OD,400MHz)d8.62(d,J=5.6Hz,1H),8.32(d,J=5.6Hz,1H),8.24(s,1H),7.70-7.66(m,2H),7.43-7.17(m,6H),7.07-7.05(m,2H),6.32(s,2H),2.59(s,3H)。2)合成化合物4在10mL反應瓶中,化合物13(70mg)溶于THF(2mL),分別加入1.2當量的(3,4-二甲氧基)苯基乙胺,2當量的三乙胺,1.2當量的EDCI和1.5當量HOBT,反應液于30℃下攪拌16h,反應液用制備高效液相純化得到化合物4(50mg,產率為47%)。ESI-MS:480.1[M+H]+,1HNMR(DMSO-d6,400MHz)d8.72(t,J=4Hz,1H),8.35(dd,J1=4Hz,J2=8H),8.13(m,1H),7.59(d,J=8Hz,1H),7.44-7.41(m,1H),7.14-7.11(m,3H),6.89-6.87(m,2H),6.81-6.79(m,2H),6.68-6.66(m,1H),5.92(s,2H),3.71(s,3H),3.68(s,3H),3.44-3.39(m,2H),2.63(t,J=8Hz,2H),2.47(s,3H)。實施例5。1)合成化合物16在250mL圓底燒瓶中,1-Boc-3-吡咯烷甲醛溶于60mL二氯甲烷中,依次加入L-色氨酸甲酯鹽酸鹽(3.1g,12mmol),甲醇(15mL)和冰醋酸(8mL),反應于50℃下攪拌10h,真空旋干溶液后得到粗產物16(2.0g,產率為50%)并直接用于下一步反應。2)合成化合物17在250mL圓底燒瓶中,化合物16(2.0g,5.0mmol)溶于20mL四氫呋喃中,0℃下加入高錳酸鉀(1.6g,2.0mmol),反應于室溫下攪拌10h,待反應完后,將固體過濾除去,溶液蒸干后得到粗產品,經硅膠柱層析純化得到化合物17(1.2g,產率為60.9%)。3)合成化合物5在50mL圓底燒瓶中,化合物17(1.2g,2.9mmol)溶于5mL二氯甲烷中,冰浴下逐滴加入三氟乙酸,反應室溫下攪拌10h,飽和碳酸氫鈉處理后,經硅膠柱層析純化得到化合物5(0.7g,產率為77.8%)。ESI-MS:296.1[M+H]+,1HNMR(DMSO-d6,400MHz)d8.79(s,1H),8.35(d,J=8Hz,1H),7.65(d,J=8Hz,1H),7.58(t,J=8Hz,1H),7.28(t,J=8Hz,1H),4.08(m,1H),3.87(s,3H),3.47-3.45(m,2H),3.30(m,1H),3.31(m,1H),2.31-2.42(m,1H),2.15-2.09(m,1H)。實施例6。1)合成化合物6在10mL反應瓶中,化合物5(59mg)溶于二氯甲烷(2mL),分別加入1.5當量的三乙胺和1.2當量的乙酸酐,反應液于30℃下攪拌16h,反應液用制備薄層板純化得到化合物6(64mg,產率為96%)。ESI-MS:338.6[M+H]+,1HNMR(CDCl3,400MHz)d8.81(s,0.5H),8.78(s,0.5H),8.16-8.11(m,1H),7.63-7.52(m,2H),7.35-7.28(m,1H),4.20-4.16(m,1H),4.11-4.06(m,1H),4.02(s,1.5H),4.01(s,1.5H),3.99-3.77(m,2H),3.68-3.49(m,2H),3.09-2.52(m,1H),2.46-2.34(m,1H),2.18(s,1.5H),2.12(s,1.5H)。實施例7。1)合成化合物7在10mL反應瓶中,化合物5(59mg)溶于二氯甲烷(2mL),分別加入1.5當量的三乙胺和1.2當量的苯甲酰氯,反應液于30℃下攪拌16h,反應液用制備薄層板純化得到化合物7(75mg,產率為94%)。ESI-MS:400.3[M+H]+,1HNMR(CDCl3,400MHz)d8.77-8.81(m,1H),8.16-8.11(m,1H),7.63-7.52(m,2H),7.43-7.35(m,5H),7.21-7.19(m,1H),4.29-4.04(m,2H),4.04(s,3H),3.85-3.63(m,4H),3.10-2.73(m,1H),2.45-2.43(m,1H)。實施例8。1)合成化合物8在10mL反應瓶中,化合物5(59mg)溶于二氯甲烷(2mL),分別加入1.5當量的三乙胺和1.2當量的對甲苯磺酰氯,反應液于30℃下攪拌16h,反應液用制備薄層板純化得到化合物8(81mg,產率為91%)。ESI-MS:450.6[M+H]+,1HNMR(CDCl3,400MHz)d9.68(s,1H),8.78(s,1H),8.16(d,J=8Hz,1H),7.76(d,J=8Hz,2H),7.66-7.58(m,2H),7.36-7.33(m,3H),4.07-4.03(m,1H),4.02(s,3H),3.86-3.80(m,2H),3.51-3.46(m,1H),3.19-3.12(m,1H)),2.48-2.41(m,5H)。本發明合成的化合物具有抗腫瘤作用,其抑制HCT-116直腸癌細胞實驗結果如下:(一)抑制HCT-116直腸癌細胞活力實驗方法1.DMSO溶解化合物至濃度10mM,-20℃保存;2.收集細胞并計數,5x103個HCT-116直腸癌細胞懸浮于100ml培養基中,鋪入96孔板,每孔3個平行。96孔板中細胞過夜培養;3.第二天,每孔加入50ml化合物處理細胞,終濃度30,10,3.33,1,0.33mM,總體積150ml。另外,對照組有細胞但不加藥處理,空白組既無細胞也不加藥處理;4.化合物處理2天后,用美國普洛麥格(Promega)公司試劑盒CellTiter-Glo?來檢測細胞活力;5.取出處理好的96孔板放置室溫平衡30分鐘;6.提前解凍CellTiter-Glo?試劑,平衡至室溫;7.在96孔板中每孔加入80mlCellTiter-Glo?試劑;8.將96孔板置于水平搖床上混勻,讓CellTiter-Glo?試劑充分裂解細胞;9.將96孔板室溫靜置10分鐘以穩定熒光信號;10.讀數,并計算得到IC50。(二)實驗結果體外抗腫瘤試驗結果見下表化合物編號抑制直腸癌細胞HCT-116活性IC50(μM)化合物編號抑制直腸癌細胞HCT-116活性IC50(μM)112.8514.1210.7622.539.6730.446.7833.9上述活性實驗結果表明本發明所述化合物具有較好的抗腫瘤活性,可用于制備新的抗腫瘤藥物;另外,該類化合物制備方法簡單易行,原料廉價易得,易于放大制備,因此具有很好的應用前景。