新型5H-茚[1,2-b]吡啶和11H-茚[1,2-b]喹啉三氟甲磺酸鹽衍生物的合成其及抗腫瘤活性*

聞娣娣， 劉啟倫， 李秋蓮， 杭臣臣， 朱永明

(蘇州大學 藥學院，江蘇 蘇州 215123)

由于抗腫瘤藥物往往在殺死腫瘤細胞的同時對正常組織細胞也有較強的毒副作用，因此尋找低毒、高效的抗腫瘤藥物成了人類新藥研發的不懈目標。Hajime Katayama課題組[1，2]報道了3-氧-3H-吡唑并[1，5-a]吲哚類化合物對癌細胞L1210， Hela， PC-1， KAT0Ⅲ, LoVo及MCF-7的細胞毒性以及對鼠白血病細胞L1210的抗腫瘤活性。進一步研究發現一些4H-吡唑并[1，5-a]吲哚類衍生物的三氟甲磺酸鹽衍生物也具有很強的抑制DNA拓撲異構酶Ⅰ和Ⅱ活性。

本課題組通過設計新的合成路線，在吡唑并[1,5-a]吲哚的母核(A, Chart 1)上引入多種官能團[3]，對K562和HL60腫瘤細胞的毒性試驗和構效關系的研究表明此類化合物有很好的體外抗腫瘤活性。通過構效關系分析和生物電子等排設計藥物的原理,由A我們設想到：將吲哚環的N原子用C原子替換，吡唑環變為吡啶環，吡啶替代吡唑得到的新化合物可能具有更高的生物活性、更低的毒性或更高的生物利用度，因此，本文以1-茚酮為原料，設計并合成了兩個新型結構的先導化合物：1-甲基-5-(4-二甲氨基芐烯)-5H-茚[1,2-b]吡啶三氟甲磺酸鹽(5a)和5-甲基-11-(4-二甲氨基芐烯)-11H-茚[1,2-b]喹啉三氟甲磺酸鹽(5b)(Scheme 1)，其結構經NMR， IR和MS表征。采用MTT法，以HEP-2(人喉鱗癌細胞)和K562細胞(人紅白血病細胞)為測試腫瘤細胞株對5a和5b進行了體外抗腫瘤活性檢測。

A

Chart1

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

XT-5型顯微熔點儀(溫度未校正)；美國瓦利安公司400 MHz型核磁超導共振譜儀(CDCl3為溶劑,TMS為內標)；美國瓦利安公司1000 FT-IR型紅外光譜儀(KBr壓片)；英國Micromass公司GCT-TOF型高分辨質譜儀;美國BIO-RAD伯樂公司80型全自動酶標儀。

RPMl l640培養基，GIBCO公司;HEP-2， K562腫瘤細胞株及四氮哇鹽(MTT)，Sigma公司;其余所用試劑均為分析純。

1．2 中間體的合成

(1) 1的合成

將1-茚酮5.28 g(40 mmol)溶于苯(25 mL)中，攪拌下加入嗎啡啉9 mL(100 mmol ),催化劑量的甲苯-4-磺酸，回流分水至油水分離器不再有水生成。減壓蒸餾，殘余物為琥珀色油狀液體1a3.02 g，收率37.56%, m.p.41.5 ℃～42.5 ℃。

將1-茚酮0.46 g(3.5 mmol)與鄰氨基苯甲酸0.28 g(2 mmol)加熱熔融，攪拌下回流(180 ℃)反應1.5 h。反應物用吡啶和乙醚洗滌，干燥得黃色固體1b0.32 g，收率67.6%， m.p.360 ℃～365 ℃。

(2) 2的合成

將3-溴丙胺氫溴酸鹽2.19 g(10 mmol)溶于干燥的DMF(10 mL)中，攪拌下加入1a2.21 g(11 mmol)，于100 ℃～110 ℃(回流)反應4 h。倒入5%鹽酸(15 mL)中，用乙醚(3×30 mL)萃取以除去非堿性物質;水層加入過量50%氫氧化鈉溶液后用乙醚(3×30 mL)萃取；合并醚層，用無水硫酸鎂干燥；蒸干溶劑得灰褐色油狀液體2a1.47 g，收率86%， b.p.(120～126) ℃/80 Pa。

將1b0.32 g(1.35 mmol)溶于三氯氧磷(5 mL)中，攪拌下于110 ℃(回流)反應4 h。減壓除盡三氯氧磷，殘余物用飽和NaHCO3溶液調至pH為中性，用CH2Cl2(3×20 mL)萃取；合并有機液，用飽和食鹽水洗滌，無水Na2SO4干燥；蒸干溶劑，殘余物經硅膠柱層析[洗脫液：A=V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=50 ∶1]分離純化得白色固體2b0.30 g，收率88.2%， m.p.162 ℃～163 ℃；1H NMRδ: 4.04(s, 2H), 7.48～7.50(m, 2H), 7.52～7.61(m, 2H)， 7.72～7.76(t，J=7.24 Hz， 8.02 Hz, 1H)， 8.18～8.26(m, 3H)；13C NMRδ： 28.98， 117.17， 118.44， 120.04， 120.27， 121.35， 122.35， 124.16， 124.42， 125.25， 127.81， 132.59， 134.86， 139.08， 143.82， 156.10； IRν: 3 032， 2 883， 1 625， 1 557， 1 502， 1 398， 1 370， 1 252， 1 117， 920， 836， 759， 722， 618 cm-1; HR-MS： Calcd for C16H10NCl 251.050 2， found 251.050 2。

(3) 3的合成

在反應瓶中依次加入2a1.47 g(8.6 mmol)，硝基苯5 mL，二甲苯10 mL和10%Pd/C 120 mg,攪拌下回流反應9 h(油水分離器收集水)。冷卻至室溫，過濾；濾液用5%鹽酸(3×30 mL)萃取，乙醚洗滌；水層用固體碳酸鉀調至pH≈9后用乙醚(3×30 mL)萃取；合并醚層，用無水硫酸鎂干燥；蒸干溶劑，殘余物經硅膠柱層析(洗脫液：A=50 ∶1)分離純化得黃色固體5H-茚[1,2-b]吡啶(3a)1.26 g，收率87.7%， m.p.93 ℃～95 ℃;1H NMRδ: 8.60(d,J=4.84 Hz, 1H), 8.12(d,J=7.38 Hz, 1H), 7.82(d,J=7.57 Hz, 1H), 7.48(ddd,J=27.84 Hz, 19.01 Hz, 7.27 Hz, 1H), 7.31～7.12(m, 1H), 3.88(s, 1H);13C NMRδ: 34.68， 121.00， 121.25， 125.33， 127.47， 128.84， 132.54， 136.85， 140.99， 143.78， 148.35， 160.56； IRν: 3 037， 2 921， 1 567， 1 450， 1 413， 1 395， 1 171， 773， 752， 622 cm-1； HR-MS: Calcd for C12H9N 167.073 5, found 167.073 5。

將2b0.30 g(1.20 mmol)溶于THF(30 mL)中，攪拌下加入10%Pd/C 60 mg，在氫氣壓(50 psi)下于室溫反應15 h。過濾，濾液用飽和NaHCO3調至pH中性；用CH2Cl2(2×20 mL)萃取，合并有機層，用飽和食鹽水洗滌，無水Na2SO4干燥；蒸干溶劑后用無水乙醇重結晶得白色針狀晶體11H-茚[1,2-b]喹啉(3b)0.23 g，收率89.0%， m.p.162 ℃～163 ℃；1H NMRδ: 4.06(s, 2H), 7.49～7.54(m, 3H), 7.61～7.63(m, 1H), 7.69～7.73(t,J=7.66 Hz, 1H), 7.83～7.85(d,J=8.11 Hz， 1H)， 8.21～8.23(d,J=8.18 Hz, 2H)， 8.32～8.34(d,J=7.08 Hz, 1H)；13C NMR δ: 156.56, 142.92, 140.05, 135.23, 129.53, 126.08, 124.91, 123.97, 123.76, 122.73, 122.44, 122.30, 120.59, 120.40, 116.98, 28.92； IRν： 3 060， 2 924， 1 625， 1 562， 1 500， 1 393， 1 320， 1 119， 961， 895， 771， 735， 618 cm-1； HR-MS： Calcd for C16H11N 217.089 1， found 217.089 2。

1．3 5的合成

將3a0.15 g(0.9 mmol)溶于干燥的CH2Cl2(5 mL)中，N2保護下加入三氟甲磺酸甲酯0.21 mL(1.8 mmol)，攪拌下于室溫反應22 h(TLC跟蹤)。蒸干溶劑，殘余物經硅膠柱層析[洗脫液：B=V(CH2Cl2) ∶V(甲醇)=100 ∶1～50 ∶1作梯度洗脫]分離純化得白色固體1-甲基-5H-茚[1,2-b]吡啶三氟甲磺酸鹽4a0.28 g，收率94%。

將4a0.28 g(0.85 mmol)與對二甲氨基苯甲醛0.19 g(1.27 mmol)在冰醋酸(50 mL)中回流反應2 d。減壓蒸餾，殘余物經柱層析(洗脫液：B=100 ∶1)分離純化得紅色粉末5a0.26 g，收率67%， m.p.201 ℃～203 ℃；1H NMR(DMSO-d6) δ: 3.05(s， 6H， NMe2，Z-構型)， 3.09(s, 6H， NMe2，E-構型)， 4.71(s, 3H， CH3), 6.88(d,J=8.31 Hz, 2H)，7.62～7.72(m, 4H)， 7.78～8.01(m, 1H)， 8.33～8.46(m, 3H)， 8.84～8.89(m, 1H)， 9.09(d，J=7.72 Hz, 1H)；13C NMR(DMSO-d6) δ: 36.3， 52.4(×2)， 84.8， 117.2(×2)， 126.5(×2)， 128.7(×2)， 128.9(×2)， 131.3(×2)， 133.5， 134.1， 136.0， 137.4(×2)， 138.3(×2)， 140.0(×2)， 141.7， 143.5， 144.2， 144.7(×2)， 147.6， 148.7(×2)， 152.7， 155.4， 157.3(×2)； IRν： 3 096， 2 906， 1 615， 1 580， 1 526， 1 455， 1 435， 1 362， 1 263， 1 222， 1 153， 1 031， 943， 903， 823， 729， 638 cm-1。

用類似的方法合成深紅色固體5b，收率65.2%， m.p.176 ℃～178 ℃；1H NMR(DMSO-d6)δ: 3.07(s, 6H， NMe2，Z-構型)， 3.10(s, 6H， NMe2，E-構型)， 4.86(s， 3H， CH3), 6.82～6.89(m， 2H)， 7.61～7.97(m, 5H)， 8.15～8.37(m, 4H)， 8.62～8.70(m， 2H)， 9.33～9.57(d，J=7.8 Hz, 1H);13C NMR(DMSO-d6) δ: 34.6， 46.4(×2)， 117.1(×2)， 124.3(×2)， 126.6(×2)， 128.3， 128.7(×2)， 132.2， 132.6， 133.6(×2)， 134.0(×2)， 134.6， 136.0(×2)， 136.8， 137.8， 138.4， 139.4(×2)， 139.5， 140.0(×2)， 141.5(×2)， 142.0， 143.5(×2)， 146.9， 151.0， 157.1， 157.6， 159.9(×2)； IRν： 3 090， 2 922， 2 852， 1 620， 1 590， 1 525， 1 370， 1 343， 1 263， 1 223， 1 190， 1 156， 1 029， 945， 814， 758， 636 cm-1。

1．4 5的體外抗腫瘤活性測定

以HEP-2細胞(人喉鱗癌細胞)和K562細胞(人紅白血病細胞)為測試細胞株，采用MTT法對5進行了抗腫瘤活性實驗。取對數生長期的腫瘤細胞，離心后用RPMI 1640培養液稀釋成5×104個·mL-1，接種于96孔板中，37 ℃, 5 %CO2培養24 h后加入不同濃度的樣品，再孵化48 h；加入10μL MTT溶液( 5μg·mL-1)，孵化4 h后，每孔加入100μL酸化的10%SDS，在酶標儀上570 nm處測定吸收度值(630 nm為參照波長)，按公式{抑制率=(對照組OD值-治療組OD值)/對照組OD值×100%}計算被測物對癌細胞生長的抑制率，以改良寇氏法計算IC50值。

2 結果與討論

對于茚并吡啶類和茚并喹啉類化合物的三氟甲磺酸鹽衍生物的合成路線，首先形成骨架5H-茚[1,2-b]吡啶和11H-茚并[1,2-b]喹啉，再形成它們的三氟甲磺酸鹽衍生物。文獻報道5H-茚[1,2-b]吡啶中間體的合成路線有多種[4～8]，本文最終選定的5H-茚[1,2-b]吡啶的合成路線為：以1-茚酮為原料，制備烯胺、環合、脫氫芳構化合成5H-茚[1,2-b]吡啶。將其與三氟甲磺酸甲酯成鹽，再與對二甲氨基苯甲醛偶聯得5a。

一些文獻[9～11]報道了11H-茚并[1,2-b]喹啉中間體的合成。本課題組以1-茚酮為原料，經熔融法、鹵代、還原合成11H-茚并[1,2-b]喹啉，甲基化、偶聯得5b。

2．1 合成

因為烯胺不穩定，易水解，因此在反應時必須用氮氣保護且嚴格除水，減壓抽出后立刻投入下一步反應；2a，4a和4b的合成需在嚴格的無水條件下操作；通過熔融法制備1b反應時間較文獻縮短到1.5 h；在3b的合成中通過使用重結晶純化的方法得產物3b，收率較高，避免了繁瑣的柱層析操作；氮上的甲基化反應，我們以二氯甲烷代替文獻[9,11]的甲苯作為溶劑，不但降低了毒性，而且4a和4b的產率更高，都達95%左右；5a和5b的合成采用在醋酸中回流，與文獻[12,13]方法的醇和醇鈉或者乙酸酐條件相比，條件簡單，且產率更高；由核磁共振氫譜圖可以看出5a和5b均為兩種順反異構體的混合物。5a中吡啶環電子云密度小，Z-構型NMe2化學位移向高場移動為3.05；E-構型則相反，向低場移動為3.09，且根據峰面積分析E-構型占絕大多數，同時出現雙倍碳數；5b中喹啉環電子云密度小，分析同前，Z-構型和E-構型峰面積相當，并出現雙倍碳數。

2．2 抗腫瘤活性

5a和5b的抗腫瘤活性測試結果見表1。由表1可見，5a和5b均表現出很好的抗腫瘤活性。對HEP-2的IC50值分別為1.37μg·mL-1和3.96μg·mL-1，對K562的IC50值分別為0.94μg·mL-1和1.30μg·mL-1，抑制活性強。

表 1 5a和5b的抗腫瘤活性*

*HEP-2：人喉鱗癌細胞；K562：人紅白血病細胞； 測試方法見1．4

3 結論

在茚并吡啶骨架和在其基礎上引入苯環取代基的茚并喹啉環都有助于化合物的抗腫瘤活性。該類化合物具有廣闊的應用前景，關于此類化合物的構效關系及進一步的生物活性測試結果將陸續報道。

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