含氟咪唑酮系列衍生物的串聯(lián)合成及其初步藥理學(xué)研究

馬毅,楊志海

(1.廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510520；2.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院 藥劑科，浙江 杭州 310009)

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含氟咪唑酮系列衍生物的串聯(lián)合成及其初步藥理學(xué)研究

馬毅1,楊志海2

(1.廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510520；2.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院 藥劑科，浙江 杭州 310009)

目的 優(yōu)化以含氟乙酰丙酸乙酯衍生物為原料一鍋法合成3a-三氟甲基-2, 3, 3a, 4-四氫-1H-苯并[d]吡咯[1, 2-a]咪唑-1-酮衍生物的方法，并對合成的衍生物進(jìn)行初步的藥理學(xué)研究。方法 以含氟乙酰丙酸乙酯衍生物與二羰基酯類化合物為原料，通過Claisen酯縮合再脫羧的方法合成3a-三氟甲基-2, 3, 3a, 4-四氫-1H-苯并[d]吡咯[1, 2-a]咪唑-1-酮類衍生物。初步藥理學(xué)研究采用抗戊四唑(pentylenetetrazole，PTZ)實(shí)驗(yàn)對大鼠測定藥物的抗驚厥活性；采用旋轉(zhuǎn)法測定其神經(jīng)毒性。結(jié)果 成功合成5個(gè)含氟乙酰丙酸乙酯衍生物，并將其與一系列胺類化合物反應(yīng)，一鍋法合成了22個(gè)含氟氮雜雙環(huán)化合物。初步藥理結(jié)果顯示：2, 3, 3a, 4-四氫-1H-苯并[d]吡咯[1,2-a]咪唑-1-酮的ED50為50 μmol/kg，保護(hù)指數(shù)(protection index，PI)為10.5(PI=TD50/ED50)，顯示較好的抗驚厥活性。結(jié)論 本研究優(yōu)化了反應(yīng)條件，縮短了反應(yīng)時(shí)間，提高了反應(yīng)收率，合成的化合物均具有抗驚厥活性和神經(jīng)毒性。

含氟咪唑酮系列衍生物；串聯(lián)合成；抗驚厥活性；神經(jīng)毒性

全世界目前大約有5000萬癲癇病人，而在我國癲癇患者約有600萬人，發(fā)病率約為0.5%，因此防治癲癇是一個(gè)非常迫切的任務(wù)[1]。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展，對癲癇發(fā)病機(jī)制的研究投入了大量的人力和物力，并取得一定進(jìn)展，但至今仍未完全闡明其機(jī)制。其發(fā)病涉及電生理、離子通道、生物化學(xué)、免疫及遺傳等多個(gè)方面[2]。1989年Alba Chimirri課題組報(bào)道的利用帶有取代基的各種鄰苯二銨、苯甲酰基丙酸、3-乙酰基丙酸反應(yīng)得到一系列的2, 3, 3a, 4-四氫-1H-苯并[d]吡咯[1，2-a]咪唑-1-酮類化合物，該類化合物具有很好的抗癲癇活性[3]。基于此，本文旨在將化合物3a-甲基-2，3，3a，4-四氫-1H-苯并[d]吡咯[1，2-a]咪唑-1-酮進(jìn)行含氟取代，利用含氟乙酰丙酸乙酯衍生物一鍋法合成3a-三氟甲基-2，3，3a，4-四氫-1H-苯并[d]吡咯[1, 2-a]咪唑-1-酮等氮雜雙環(huán)化合物，并對已合成的氮雜雙環(huán)系列衍生物進(jìn)行初步藥理學(xué)研究。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)動物：SPF級SD大鼠20只，雌雄各半，體質(zhì)量(180±220)g，由廣東省醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動物中心提供，合格證號：2012A013。本實(shí)驗(yàn)遵循《實(shí)驗(yàn)動物保護(hù)條例》，符合3R原則。

1.1.2 儀器與試劑：WRS-1A熔點(diǎn)儀購自廣州市博泰科技儀器有限公司；AVATAR370 FT-IR型紅外光譜儀購自美國Thermo Nicolet公司；Bruker AV-500核磁共振儀(500 MHz、125 MHz和470 MHz)購自德國Bruker公司。

所用藥品均為分析純購自中國醫(yī)藥集團(tuán)上海試劑公司；部分藥瓶購自Acros、阿拉丁和達(dá)瑞等公司；柱層析300～400目硅膠和200～300目中性氧化鋁購自中國醫(yī)藥集團(tuán)上海試劑公司；所用石油醚的沸程是60 ℃～90 ℃的餾分。

1.2 方法

1.2.1 三氟乙酰丙酸乙酯衍生物的合成：根據(jù)文獻(xiàn)[4]，合成含氟乙酰丙酸乙酯衍生物：4.4 g(0.11 mol)NaH在氮?dú)獗Ｗo(hù)下(含量為60%)加到500 mL圓底燒瓶中，再向燒瓶中加入100 mL無水四氫呋喃(重蒸)，混合物在-30 ℃下攪拌均勻。在攪拌的過程中用滴液漏斗以每秒約2滴的速度滴入經(jīng)過干燥處理的三氟乙酸乙酯11.4 g(0.11 mol)，滴加完畢后，再將溫度升至-15 ℃。保持此溫度，向體系中緩慢注入丁二酸二乙酯14.6 g(0.1 mol)。滴加完畢后，在-15 ℃下反應(yīng)30 min，然后移去低溫裝置，慢慢恢復(fù)到室溫，待體系顏色發(fā)生變化，再升溫，回流2 d，在回流過程中開始會有氣體產(chǎn)生，需不斷放氣。反應(yīng)完畢后懸干溶劑，將剩下的粘稠狀化合物用稀鹽酸溶解調(diào)至pH為中性，再用乙酸乙酯萃取3次。最后合并有機(jī)相，用飽和氯化鈉洗3次。然后干燥、濃縮。濃縮液不純化直接和硼酸7.44 g(0.12 mol)反應(yīng)，用分水器除去反應(yīng)產(chǎn)生的乙醇。先加熱至120 ℃反應(yīng)30 min后，再升溫至150 ℃，至反應(yīng)無氣泡產(chǎn)生(約5 h)。冷卻至室溫，把反應(yīng)物倒入500 mL冰水中，水解過夜后用乙酸乙酯萃取(100 mL×6)，有機(jī)相用無水硫酸鎂干燥，減壓精餾得初產(chǎn)品。在標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)條件下，依次合成不同類型的酮酸酯4a、4b、4c、4d、4e。

1.2.2 含氟芳香環(huán)并氮雜咪唑雙環(huán)化合物的合成：據(jù)文獻(xiàn)[4]，利用含氟乙酰丙酸乙酯衍生物與二胺類化合物反應(yīng)，可以將含氟基團(tuán)引入氮雜咪唑雙環(huán)化合物及其衍生物中，因此設(shè)計(jì)出以下合成路線，見圖1。

圖1 含氟芳香環(huán)并氮雜咪唑雙環(huán)化合物的合成路線Fig.1 The synthetic route of fluoro-aromatic ring and nitrogen heterocyclic imidazole bicyclic compounds

以三氟乙酰丙酸乙酯與鄰苯二胺反應(yīng)作為模板反應(yīng)摸索最佳反應(yīng)條件，見圖2。

圖2 含氟芳香環(huán)并氮雜咪唑雙環(huán)化合物的反應(yīng)條件Fig.2 The reaction conditions of fluorine containing azabenzimidazole bicyclic compounds

反應(yīng)的第一步，在對甲基苯磺酸的催化下，酮酸酯質(zhì)子化，然后受到鄰苯二胺胺基N的進(jìn)攻。在反應(yīng)時(shí)間上，20 h為最佳的反應(yīng)時(shí)間。具體操作如下：在裝有回流冷凝管的50 mL圓底燒瓶中加入三氟乙酰丙酸甲酯0.44 g(0.0024 mol)，對甲基苯磺酸0.019 g(0.0002 mol)，甲苯25 mL，無水硫酸鎂0.2 g。上述混合物在油浴中攪拌回流30 min后加入鄰苯二胺0.216 g(0.002 mol)。在加熱條件下，反應(yīng)液逐漸變成黃色。反應(yīng)10 h后再加入0.019 g(0.0002 mol)對甲基苯磺酸，繼續(xù)反應(yīng)10 h后停止反應(yīng)。反應(yīng)完畢后抽濾除去無水硫酸鎂，濃縮濾液。將得到的濃縮液用硅膠層析分離，展開劑為體積比6:1的石油醚和乙酸乙酯的混合溶劑，最后得到產(chǎn)物。

1.2.3 初步藥理評價(jià)：將供試化合物分為50，100，200，400 μmol/kg 4個(gè)劑量組進(jìn)行初期藥理評價(jià)。

抗戊四唑?qū)嶒?yàn)：在實(shí)驗(yàn)的前1 d對受試動物進(jìn)行篩選。皮下注射戊四唑85 mg/kg，合格動物會出現(xiàn)陣攣驚厥，可用于下一步實(shí)驗(yàn)。腹腔注射供試藥物60 min后，皮下注射戊四唑85 mg/kg，觀察30 min，治療有效動物的表現(xiàn)是不出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間超過55 s的痙攣；治療有效的使用正號標(biāo)記。

神經(jīng)毒性測定：實(shí)驗(yàn)儀器為一直徑為2.54 cm的表面為波浪形的圓柱，調(diào)至轉(zhuǎn)速為8 r/min，能在上面保持平衡1 min的大鼠為陰性，連續(xù)3次實(shí)驗(yàn)均為陰性的大鼠為合格大鼠，可以被篩選進(jìn)行神經(jīng)毒性實(shí)驗(yàn)。腹腔注射受試藥物60 min后，將大鼠放置于圓柱上，連續(xù)實(shí)驗(yàn)3次，每次均能保持2 min平衡而不落下的為神經(jīng)毒性陽性，反之為陰性。

2 結(jié)果

2.1 三氟乙酰丙酸乙酯衍生物的合成結(jié)果 在標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)條件下，依次合成了不同類型的酮酸酯4a、4b、4c、4d、4e，見表1。獲得初產(chǎn)品10.25 g，產(chǎn)率55%。

表1 合成實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 含氟芳香環(huán)并氮雜咪唑雙環(huán)化合物的合成結(jié)果 反應(yīng)的模板反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)條件為：1.1eq的三氟乙酰乙酸酯，0.2eq的對甲苯磺酸和適量無水硫酸鎂在甲苯中回流30 min后，加入1eq的鄰苯二胺，反應(yīng)10 h后補(bǔ)加0.2eq的對甲苯磺酸，然后繼續(xù)反應(yīng)10 h，見圖3。獲得產(chǎn)物白色固體0.45 g，產(chǎn)率為95%。

圖3 含氟芳香環(huán)并氮雜咪唑雙環(huán)化合物的反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)條件Fig.3 The standard conditions of fluorine containing azabenzimid-azole bicycle compounds

2.3 目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu) 將目標(biāo)化合物改性后的結(jié)構(gòu)見圖4。為方便起見，將目標(biāo)化合物從左到右分別用A，B，C環(huán)來表示。

圖4 目標(biāo)化合物Fig.4 The target compounds

在A環(huán)的對位分別用-Cl，-F，-OCH3取代的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)(R)-Cl，ED50=77.9 μmol/kg(R)-F，ED50=80.1 μmol/kg(R)-OCH3，ED50=109 μmol/kg，即其活性有增大趨勢，如果從基團(tuán)的種類上分析-Cl，-F的供電子性能稍微弱于-OCH3，而ED50卻優(yōu)于(R)-OCH3。

B環(huán)結(jié)構(gòu)的噁唑環(huán)或者噻唑環(huán)具有一定的抗驚厥活性。因此以合成的化合物(R)-12(R)-13(R)-14(R)-15來進(jìn)行比較研究。發(fā)現(xiàn)當(dāng)改變B環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，以上幾個(gè)化合物均未顯示明顯的生理活性。

當(dāng)改變C環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，目標(biāo)化合物的五元環(huán)變?yōu)?元環(huán)，C環(huán)結(jié)構(gòu)對整個(gè)化合物的抗癲癇活性的改變情況顯示(R)-11，ED50=166.4 μmol/kg。C環(huán)結(jié)構(gòu)改變也未能獲得較好的生理活性。

2.4 抗驚厥實(shí)驗(yàn)和神經(jīng)毒性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果 抗戊四唑?qū)嶒?yàn)和神經(jīng)毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。其中ED50為半數(shù)有效濃度，TD50為半數(shù)神經(jīng)毒性。PI值用來表征所用藥物的效果，PI=TD50/ED50，PI數(shù)值越大表示受試藥物效果越好。

表2 抗驚厥實(shí)驗(yàn)和神經(jīng)毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 討論

抗戊四唑?qū)嶒?yàn)結(jié)果表明化合物1、3、4及23號樣品灌胃給藥與腹腔注射給藥，均沒有明顯的抗驚厥作用。據(jù)報(bào)道，其僅對小發(fā)作有效而對其他類型無效，首選用于癲癇小發(fā)作(動物實(shí)驗(yàn)顯示能對抗PTZ誘發(fā)的痙攣而對最大電休克模型，即MES效應(yīng)無效)，其療效與乙琥胺類似[4]。當(dāng)苯環(huán)上帶有吸電子基團(tuán)的NO2和中性分子-CH3時(shí)：(R)-NO2，ED50=300～400 μmol/kg，當(dāng)-NO2取代苯環(huán)對位時(shí)，發(fā)現(xiàn)化合物完全失去了抗驚厥活性，由此分析，對位供電子取代基團(tuán)，尤其是既有供電效應(yīng)又有吸電效應(yīng)，且供電效應(yīng)稍強(qiáng)的取代基如鹵原子取代時(shí)，對化合物抗驚厥活性有著重要的影響。如果將苯環(huán)的結(jié)構(gòu)變?yōu)棣畜w系更大的萘環(huán)結(jié)構(gòu)，是否會對抗驚厥活性產(chǎn)生影響？針對此項(xiàng)問題，本研究合成了化合物18，結(jié)果顯示R-(18)ED50=126.7 μmol/kg，大π體系反而降低了抗驚厥活性。

神經(jīng)毒性實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)改變A環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)對位的取代基分別為-Cl、-F、-OCH3、-NO2時(shí)，毒性依次增大，分別為R7(TD50)=312 μmol/kg，R8(TD50)=321 μmol/kg，R9(TD50)=407 μmol/kg，R18(TD50)= 427 μmol/kg，分析得出對位取代基的共軛效應(yīng)可能影響了分子毒性。當(dāng)改變B環(huán)結(jié)構(gòu)，毒性的改變不大，和目標(biāo)化合物作比較，毒性稍有增加。當(dāng)改變 C 環(huán)結(jié)構(gòu)，毒性也稍有增加，C 環(huán)的結(jié)構(gòu)也對分子毒性產(chǎn)生了一定影響。

綜上所述，本研究在已有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了a-(三氟甲基)-2，3，3a，4-四氫-1H-苯并[d]吡咯[1，2-a]咪唑-1-酮類化合物的反應(yīng)條件，縮短了反應(yīng)時(shí)間，提高了反應(yīng)收率。此外，對已合成的氮雜雙環(huán)系列衍生物進(jìn)行了初步的藥理學(xué)研究。結(jié)果表明，所合成的大部分化合物均顯示出不同程度的抗驚厥活性和神經(jīng)毒性。

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(編校：吳茜)

Study on one-pot synthesis and primary pharmacology of fluorine containing imidazole derivatives

MA Yi1,YANG Zhi-hai2

(1.Guangdong Food and Drug Vocational College, Guangzhou 510520, China; 2.Department of Pharmacy, The First Affiliated Hospital of Medical School of Zhejiaung University, Hangzhou 310009, China)

ObjectiveTo synthetize 3a-trifluoromethyl-2, 3, 3a, 4-tetrahydro -1H- benzo[d] pyrrole[1,2-a] imidazole -1- ketone and other azabicyclic compounds by one-pot synthesis of fluorinated building blocks containing fluorinated ketoester, and study the preliminary pharmacology.MethodsFluorine ethyl levulinate derivatives and two carbonyl esters as raw material, 3a-trifluoromethyl-2, 3, 3a, 4-tetrahydro -1H- benzo[d] pyrrole[1, 2-a] imidazole -1- ketone derivatives were synthesis by the Claisen ester condensation method and the decarboxylation method.Preliminary pharmacodynamic study used anti pentylenetetrazole(PTZ) on rats experimental determination of drug anticonvulsant activity, and neurotoxicity was determined by rotating method.ResultsThe successful synthesis of five fluorine-containing keto ester block, starting from the synthesis of fluorine-containing block fluorine containing keto ester, the reaction with a series of amine compounds, 22 fluorinated nitrogen heteroatomic bicyclic compounds were synthesized by one pot method.Pharmacological results showed: 2, 3, 3a, 4- teirahydro benzo[d][1,2-a] -1H- hydrogen benzene pyrrole imidazole -1- ketone ED50was 50 μmol/kg, PI was 10.5 (PI=TD50/ED50),which showed that it had better anticonvulsant activity. ConclusionThe synthesis method optimizes the reaction conditions,shortens the reaction time, and increases the yield of reaction.The synthesized compounds have certain anticonvulsant activity and neurotoxicity.

fluorine containing imidazole series derivatives; one-pot synthesis; anticonvulsant activities; neurotoxicity

2011年浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生計(jì)劃(2011KYA056)

馬毅，男，研究生，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：藥物化學(xué)和藥物制劑，E-mail：my1587965@163.com。

R979.1

A

1005-1678(2015)01-0068-04