三有機(jī)錫(4R)-3-[[(2S)-5-氧-2-吡咯烷基]羰基]-4-噻唑烷甲酸酯的合成、結(jié)構(gòu)和體外抗癌活性

田來進(jìn) 王曉龍 鄭曉亮 董云賽 劉志坤

(1曲阜師范大學(xué)醫(yī)藥中間體與天然藥物山東省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，曲阜 273165)

(2浙江省醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所，杭州 310013)

有機(jī)錫化合物作為一類重要的有機(jī)金屬化合物被廣泛用作反應(yīng)催化劑、PVC熱穩(wěn)定劑、殺菌防腐劑和防污涂料[1]。近年發(fā)現(xiàn)許多有機(jī)錫化合物具有良好的抗癌活性，而且其活性與錫原子上的烴基類型、錫原子配位數(shù)及配體分子密切相關(guān)[2-5]。因此，將具有特定結(jié)構(gòu)和生物功能的配體與有機(jī)錫基團(tuán)結(jié)合起來是獲取高活性有機(jī)錫化合物的重要途徑。通過這一途徑合成的環(huán)戊烷甲酸、氨基酸、吡啶二甲酸、聯(lián)苯乙酸、撲酸、呋喃甲酸等羧酸的有機(jī)錫酯都具有多樣的結(jié)構(gòu)和良好的體外抗癌活性[4-9]。(4R)-3-[[(2S)-5-氧-2-吡咯烷基]羰基]-4-噻唑烷甲酸(匹多莫德)是一種人工合成的二肽，臨床上主要用于預(yù)防和治療反復(fù)性呼吸道感染、慢性支氣管炎、過敏性鼻炎和哮喘，還可用于多種病毒感染和惡性腫瘤等造成的機(jī)體免疫功能低下[10-11]。目前為止，尚未見文獻(xiàn)報(bào)道匹多莫德金屬配合物的結(jié)構(gòu)和生物活性的研究。為繼續(xù)擴(kuò)展有機(jī)錫化合物的結(jié)構(gòu)類型及抗癌活性的篩選，本文將匹多莫德引入三烴基錫分子中合成了具有右螺旋結(jié)構(gòu)的三烴基錫(4R)-3-[[(2S)-5-氧-2-吡咯烷基]羰基]-4-噻唑烷甲酸酯(1)，并測定了其體外抗癌活性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

三環(huán)己基氫氧化錫和三苯基氫氧化錫購自Aldrich公司，三(2-甲基-2-苯基丙基)氫氧化錫和(4R)-3-[[(2S)-5-氧-2-吡咯烷基]羰基]-4-噻唑烷甲酸(HL)分別按文獻(xiàn)[12-13]方法制備，L-半胱氨酸為生化試劑，其它試劑和溶劑為市售分析純試劑。所用儀器為WRS-1A數(shù)字熔點(diǎn)儀，PE 2400 Series II元素分析儀，Nicolet NEXUS-470 FT-IR譜儀 (KBr壓片)，Bruker Avance 300核磁共振儀 (TMS作內(nèi)標(biāo)，CDCl3為溶劑)。

1.2 三有機(jī)錫(4R)-3-[[(2S)-5-氧-2-吡咯烷基]羰基]-4-噻唑烷甲酸酯的合成

在100 mL圓底燒瓶中，分別加入配體HL(0.49 g，2 mmol)、三環(huán)己基氫氧化錫(0.77 g，2 mmol)或三苯基氫氧化錫(0.73 g，2 mmol)或三(2-甲基-2-苯基丙基)氫氧化錫(1.07 g，2 mmol)、45 mL 苯和 15 mL 乙醇，裝上Dean-Stark分水器，加熱回流反應(yīng)6 h，趁熱過濾，濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去溶劑，得淡黃色固體，用乙醇重結(jié)晶，得無色晶體。反應(yīng)式如下：

三環(huán)己基錫(4R)-3-[[(2S)-5-氧-2-吡咯烷基]羰基]-4-噻唑烷甲酸酯(1a)：收率 83%，m.p.153～154 ℃。元素分析按 C27H44N2O4SSn，實(shí)測值(%)：C，53.06；H，7.13；N，4.55。計(jì)算值(%)：C，53.04；H，7.25；N，4.58。IR(KBr，cm-1)：3 234(N-H)，1 695[ν(COO-)as)]，1 652，1 583(C=O)，1 417[ν(COO-)s]。1H NMR(CDCl3)δ：6.01(s，1H，NH)，4.93～4.27(m,4H),3.55～3.25(m,2H，SCH2)，2.49～2.15(m，4H，COCH2CH2)，1.95～1.29(33H，m，c-C6H11)。

三苯基錫(4R)-3-[[(2S)-5-氧-2-吡咯烷基]羰基]-4-噻唑烷甲酸酯(1b)：收率 78%，m.p.172～173 ℃。元素分析按 C27H26N2O4SSn，實(shí)測值 (%)：C，54.29；H，4.13；N，4.59。計(jì)算值(%)：C，54.66；H，4.42；N，4.72。IR(KBr，cm-1)：3 230(N-H)，1 690[ν(COO-)as)]，1 650，1 579(C=O)，1 415[ν(COO-)s]。1H NMR(CDCl3)δ：7.68(6H,dd，J=2.1,7.5 Hz,3J(119Sn-H)=62.2 Hz,o-H of C6H5),7.41～7.34(9H,m,m-H and p-H of C6H5),6.09(s,1H,NH),4.85～4.23(m，4H)，3.44～3.19(m，2H，SCH2)，2.43～2.07(m，4H，COCH2CH2)。

三(2-甲基-2-苯基丙基)錫(4R)-3-[[(2S)-5-氧-2-吡咯烷基]羰基]-4-噻唑烷甲酸酯(1c)：收率68%，m.p.59～60 ℃。 元素分析按 C39H50N2O4SSn，實(shí)測值(%)：C，61.66；H，6.49；N，3.58。計(jì)算值(%)：C，61.50；H，6.62；N，3.68。 IR(KBr，cm-1)：3 239(N-H)，1 697[ν(COO-)as)]，1 655，1 608(C=O)，1 406[ν(COO-)s]。1H NMR(CDCl3)δ：7.31～7.20(9H，m，m-H and p-H of C6H5)，7.16(6H，d，J=7.4 Hz，o-H of C6H5)，6.10(1H，s，NH)，4.90～4.25(m，4H)，3.55～3.25(m，2H，SCH2)，2.48～2.14(m，4H，COCH2CH2)，1.29(18H，s，6CH3)，1.25(6H，s，J(119Sn-H)=52 Hz，CH2Sn)。

1.3 晶體結(jié)構(gòu)測定

將HL、1a和1b的乙醇溶液于室溫下慢慢揮發(fā)，得到無色單晶。選取尺寸適宜的晶體置于Bruker Smart Apex單晶衍射儀上，以石墨單色化的Mo Kα 輻射(λ=0.071 073 nm)為光源，以 φ-ω 掃描方式，在295(2)K收集衍射數(shù)據(jù)。晶體結(jié)構(gòu)由直接法解出，非氫原子坐標(biāo)是在以后的數(shù)輪差值Fourier合成中陸續(xù)確定的。基于F2以全矩陣最小二乘法對全部非氫原子坐標(biāo)及各向異性熱參數(shù)進(jìn)行精修，氫原子坐標(biāo)由理論計(jì)算加入。結(jié)構(gòu)解析及修正的全部計(jì)算用SHELX-97程序完成。化合物的晶體數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)精修列于表1。

CCDC：837609，HL；837610，1a；837611，1b。

1.4 體外抗癌活性測定

將1a和1b溶于DMSO，準(zhǔn)確配制200 mg·L-1的存儲液，臨用前以無血清DMEM培養(yǎng)液稀釋至所需濃度(DMSO終濃度小于0.1%)。人結(jié)腸癌Colo205細(xì)胞及人乳腺癌Bcap37細(xì)胞購自中科院上海細(xì)胞庫，用含10%新生牛血清、40 U·mL-1慶大霉素的DMEM培養(yǎng)液，于37℃、5%CO2和飽和濕度的培養(yǎng)箱中傳代培養(yǎng)，取對數(shù)生長期細(xì)胞用于實(shí)驗(yàn)。化合物的體外抗癌活性用MTT法測定[14]，不同濃度受試藥物對腫瘤細(xì)胞的增殖抑制率經(jīng)計(jì)算處理得到半數(shù)抑制濃度IC50[15]。

2 結(jié)果與討論

2.1 波譜分析

在配合物1a～1c的紅外光譜中，配體分子在2 650～3 400 cm-1的 ν(OH)特征吸收峰消失，表明羧基質(zhì)子被烴基錫取代而形成了配合物，這被出現(xiàn)在525 cm-1附近的Sn-O鍵的伸縮振動(dòng)進(jìn)一步證實(shí)。3 230～3 239 cm-1處的尖峰歸于NH鍵的伸縮振動(dòng)，1 650～1 655 cm-1和 1 579～1 608 cm-1的吸收峰歸于配合物分子中的酰胺和內(nèi)酰胺羰基的伸縮振動(dòng)。和配體酰胺羰基(1 656 cm-1)相比變化很小，而內(nèi)酰胺的羰基(1 623 cm-1)則向低波數(shù)分別移動(dòng)了40、44和15 cm-1，表明在1a～1c中均存在內(nèi)酰胺羰基氧對Sn 原子的配位作用[16]，其作用強(qiáng)度按 1b、1a、1c 依次減弱，這和錫原子上的烴基體積依次增大是一致的。配合物1a～1c的羧基不對稱伸縮振動(dòng)ν(COO)as和對稱伸縮振動(dòng)ν(COO)s分別出現(xiàn)在1 690～1 697和1 406～1 417 cm-1，二者之差分別為278、275和291 cm-1，表明羧基是以單齒形式和錫原子結(jié)合[17]。

表1 HL、1a和1b的晶體數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)精修Table 1 Crystallographic data and structure refinements of HL,1a and 1b

在配合物的1H NMR譜中，沒有觀察到配體酸中羧基的質(zhì)子峰，進(jìn)一步證明羧基質(zhì)子被烴基錫取代。配合物分子中雜環(huán)上2個(gè)手性碳原子的存在使得環(huán)上質(zhì)子出現(xiàn)較為復(fù)雜的共振吸收峰，內(nèi)酰胺氮質(zhì)子在6.10處出現(xiàn)單峰，吡咯烷酮環(huán)上COCH2CH2質(zhì)子在2.10～2.50出現(xiàn)多重峰，噻唑烷環(huán)上的SCH2質(zhì)子在3.25～3.55范圍出現(xiàn)多重峰，雜環(huán)上其他4個(gè)質(zhì)子在3.25～3.55范圍出現(xiàn)多重峰。與錫相連的烴基質(zhì)子均出現(xiàn)在正常的位置[7-9]。

2.2 化合物的晶體結(jié)構(gòu)

手性配體HL結(jié)晶在正交晶系的P212121手性空間群，其分子結(jié)構(gòu)見圖1。分子的羧基C-O鍵(C(1)-O(1)0.119 0(2)，C(1)-O(2)0.129 7(2)nm)和酰胺 C-N鍵(C(5)-N(1)0.134 9(2)，C(9)-N(2)0.135 4(2)nm)鍵長均在正常范圍，2個(gè)五元雜環(huán)呈信封式構(gòu)象。分子間通過羧基與內(nèi)酰胺形成的氫鍵O(2)-H(2)…O(4)#1(對稱操作 #1：x-1/2，-y-1/2，-z)和 N(2)-H(2A)…O(1)#2(對稱操作 #2：-x+5/2，-y，z-1/2)連接成三維超分子結(jié)構(gòu)。

圖1 配體HL的分子結(jié)構(gòu)(30%概率水平)Fig.1 Molecular structure of HL with ellipsoids at the 30%probability level

圖2 1a中錫原子的配位環(huán)境(30%概率水平)Fig.2 Coordination environment of the tin atom in 1a with ellipsoids at the 30%probability level

表2 配合物1a和 1b的重要鍵長(nm)和鍵角(°)Table 2 Selected bond lengths(nm)and angles(°)of 1a and 1b

1a和1b的空間群分別為P212121和P21手性空間群，中心Sn原子的配位環(huán)境如圖2和圖3所示，重要鍵長和鍵角列于表2。1a的中心錫原子是5配位的，5個(gè)配位原子分別來自3個(gè)環(huán)己基碳(C(1)、C(7)和C(13))、配體的羧基氧(O(1))以及鄰近另一分子配體的內(nèi)酰胺羰基氧(O(4A))(對稱操作A：x+1/2，-y+3/2，-z)，圍繞錫原子排列為畸變的三角雙錐構(gòu)型，3個(gè)碳原子占據(jù)了三角雙錐赤道平面的3個(gè)位置，3個(gè)Sn-C鍵長幾乎相等，繞錫原子的3個(gè)鍵角分別為 115.71(10)°、117.57(10)°和 122.72(9)°，三者之和為356.00(29)°，錫原子向羧基O(1)方向偏離赤道平面0.025 1(3)nm；2個(gè)氧原子O(1)和O(4A)占據(jù)了三角雙錐的軸向位置，鍵角O(1)-Sn(1)-O(4A)為174.05(7)°，2個(gè) Sn-O鍵的鍵長分別為 Sn(1)-O(1)0.215 88(16)和 Sn(1)-O(4A)0.267 5(2)nm，顯然羧基氧O(1)與錫的鍵合比內(nèi)酰胺羰基氧O(4A)對錫的配位強(qiáng)的多。在晶體中，配體分子的這種橋聯(lián)配位將1a連接為一維右螺旋鏈狀聚合物 (見圖4)，相鄰2個(gè)錫原子間的距離為0.796 1(2)nm，相間2個(gè)錫原子間的距離為1.030 2(2)nm。羧基的C(19)-O(1)和C(19)-O(2)鍵長分別為0.128 9(3)nm和0.121 8(3)nm，具有明顯的單、雙鍵特征，進(jìn)一步證實(shí)了羧基的單齒配位模式。

圖3 1b中錫原子的配位環(huán)境(30%概率水平)Fig.3 Coordination environment of the tin atom in 1b with ellipsoids at the 30%probability level

1b的結(jié)構(gòu)和1a相似，也是通過手性配體的羧基氧O(1)和內(nèi)酰胺羰基氧O(4A)(對稱操作A：-x+2，y-1/2，-z+1)對錫橋聯(lián)配位形成的五配位一維右螺旋鏈狀結(jié)構(gòu)(見圖4)。1b的三角雙錐赤道平面內(nèi)的3個(gè)Sn-C鍵的鍵長(0.213 0(3)～0.211 5(2)nm)和報(bào)道的五配位三苯基錫化合物Ph3Sn(O2CCH2NHCONH2)相 似[16]，3 個(gè) C-Sn-C 鍵 角 分 別 為 124.37(16)°、110.72(11)°和 122.46(14)°，三者之和為 357.55(41)°，最大與最小鍵角之差(13.65(5)°)明顯大于 1a(7.01(1)°)。錫原子向羧基O(1)方向偏離赤道平面0.019 2(3)nm，2個(gè)三角雙錐軸向位置的Sn-O鍵鍵長分別為Sn(1)-O(1)0.212 8(2)和 Sn(1)-O(4A)0.246 2(2)nm，后者明顯比1a短(差值0.021 3 nm)，表明在1b中內(nèi)酰胺羰基的配位作用比1a強(qiáng)，這也反映在-C(=O)NH-中C=O和C-N鍵鍵長的變化上，1b的C=O鍵長比1a的長，而C-N鍵長則比1a的短(見表2)。這一結(jié)果與1a和1b內(nèi)酰胺羰基的紅外吸收變化是一致的。在右螺旋鏈中，相鄰2個(gè)錫原子間的距離為0.872 3(2)nm，相間2個(gè)錫原子間的距離為1.065 1(2)nm，均比1a的距離長。

圖4 1a和1b的一維右螺旋鏈Fig.4 1D right-hand helical chain of 1a and 1b

2.3 體外抗癌活性

化合物1a和1b對人結(jié)腸癌CoLo205細(xì)胞和人乳腺癌Bcap37細(xì)胞增殖均有強(qiáng)的抑制作用，其半數(shù)抑制濃度 IC50分別為 0.82±0.10、0.52±0.03(CoLo205) 和 0.32±0.07、0.16±0.01(Bcap37)μmol·L-1，活性均高于臨床上使用的金屬配合物抗癌藥物順鉑 (IC5013.74±0.39 和 5.93±0.83 μmol·L-1)，1a 對這2種癌細(xì)胞的活性均高于1b。這一結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道的三環(huán)己基和三苯基錫4-聯(lián)苯-4-丁酮酸酯[18]、三環(huán)己基錫呋喃甲酸酯[9]相近，為進(jìn)一步研究其生物活性提供了重要參考。

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