N-甲基哌嗪烷基雙吲哚馬來酰亞胺蛋白激酶C抑制劑的合成研究

魏鵬東，黎金海

（廣州醫科大學附屬第三醫院，廣東 廣州）

0 引言

隨著生命科學研究的飛速發展，惡性腫瘤細胞內的信號轉導、細胞周期的調控、細胞凋亡的誘導、血管生成及細胞與胞外基質的相互作用等各種基本過程正在被逐步闡明[1]。蛋白激酶C (Protein kinase C, PKC)是由Nishizaka等人于1977年首次發現的一組磷脂依賴性的蛋白絲氨酸/蘇氨酸激酶,是細胞信號轉導中重要的酶,廣泛存在于動物和微生物等有機體內。一系列研究表明,許多疾病的發生都與PKC的異常表達有關，已經有大量關于從植物、微生物以及動物的次生代謝產物中發現PKC抑制劑的報道[2-4]合成和發現新的PKC抑制劑，特別是對亞型選擇性好的PKC抑制劑具有重要的意義。我們設計合成的N-甲基哌嗪雙吲哚馬來酰亞胺蛋白激酶抑制劑可以為以后合成相關的PKC抑制劑及活性的研究打下基礎。

1 儀器及試劑

1.1 實驗儀器

旋轉真空蒸發器、薄層色譜板、恒溫磁力攪拌器、低溫磁力攪拌器、回流冷凝管、燒杯、分液漏斗、燒瓶、試管、鐵架臺、MAT95XP 型高分辨率質譜儀、VarianMercury-Plus300型核磁共振儀等等。

1.2 試劑

3-溴-1-丙醇、對甲基苯磺酸吡啶鹽(PPTS)、二氯甲烷、吲哚-3-乙醛酸甲酯、四氫呋喃、丙酮、N-甲基哌嗪、甲醇、乙醇、濃鹽酸、乙酸乙酯、叔丁醇鉀、氯化鈉、吲哚-3-乙酰胺等。

2 實驗步驟

2.1 3-溴-1丙醇四氫吡喃醚的合成

室溫下將3-溴-1丙醇（5g,40mmol）與對甲基苯磺酸吡啶鹽（Ppts）(1g, 4mmol)加入到干燥的二氯甲烷（50mL）中，在快速攪拌下于30min內滴入二氫吡喃（5.04g,60mmol）,滴加完畢后室溫繼續反應，待原料充分反應完全后，加水充分攪拌，分離出有機相并用二氯甲烷萃取水相兩次，合并有機相，用無水硫酸鈉干燥，旋轉真空蒸發器去除溶劑后進行真空蒸餾。

反應路線

2.2 N-羥丙基四氫吡喃醚-吲哚-3-乙醛酸甲酯（C）的合成

室溫下將化合物N-吲哚-3-乙醛酸甲酯（2.0g, 9.85mmol）加入到經4A分子篩干燥過的DMF中（30mL）,充分攪拌5min后加入碳酸銫（3.0g， 9.85mmol），室溫下繼續攪拌10min后將反應體系置于冰浴中攪拌5min，待體系溫度降至0-5℃后，緩慢滴加3-溴-1-丙醇四氫呋喃醚（A）(2.0g, 9.85mmol)。滴加完畢，升至室溫，原料藥反應完全后停止反應。

產品用柱色譜來進一步提純。篩選合適的洗脫液，以石油醚：乙酸乙酯=1:1作洗脫液洗脫。過柱一直使用TLC監測，當發現有明顯點時，改用小試管收集，對各試管分別進行點樣，確定其中所含有的物質，含相同物質的可以合并，最終得到紅褐色產物2.1g，收率為69%。

2.3 3-[1-(3-羥基丙基)-3-吲哚]-4-(3-吲哚)-1-H-吡咯-2,5-二酮的合成

將 吲 哚-3-乙 酰 胺(0.50g,2.87mmol)和 化 合 物（C）（1.19g,3.45mmol)加入到四氫呋喃（10mL）中，然后于0 ℃時慢慢加入叔丁醇鉀(8.61mL,8.61mmol)，加完后室溫繼續反應，TLC監測，反應約3h，該產物為（D）。冷卻條件下再加入濃鹽酸去掉保護基團（37%，10mL）,繼續反應約1h。將反應液倒入水中，用稀鹽酸調pH至弱酸性，乙酸乙酯提取。合并有機相，水洗滌至中性，飽和氯化鈉溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥，過濾[5,6]。

產物（E）用柱色譜純化，以二氯甲烷：無水甲醇=10:1的洗脫劑經行洗脫得到紅褐色產物0.82g,產率為62.1%。反應路線

2.4 3-[1-(甲磺酸基丙基)-3-吲哚]-4-(3-吲哚)-1-H-吡咯-2,5-二酮的合成

將化合物（E）加入到約5mL二氯甲烷中（二氯甲烷已經用分子篩干燥過了，可加入少量四氫呋喃，加速樣品溶解），再加入吡啶及甲磺酸酐(CH3SO2)2O，在室溫下攪拌下反應，TLC監測，約3h反應完全。最后反應得到化合物（F）。粗產物用柱色譜純化，以二氯甲烷：無水甲醇=20:1為洗脫劑經行洗脫得到紅褐色產物（F）0.62g，收率為71%[5]。

反應路線

下圖是3-[1-(甲磺酸基丙基)-3-吲哚]-4-(3-吲哚)-1-H-吡咯-2,5-二酮的MS圖譜：準分子離子峰486.1與M+Na（486.49）相符。

2.5 3-[1-[3-(4-甲基哌嗪)丙基]-3-吲哚]-4-(3-吲哚)-1-H-吡咯-2,5-二酮的合成

向 F (0.12g,0.25mmol)的DMF(5mL)溶液中加入 N-甲基哌嗪(0.65mL,6.25mmol)，在65℃條件下反應24h，分別加入乙酸乙酯(25mL)，水(10mL)，分出有機層，再經飽和食鹽水洗(10mL×2)，無水硫酸鎂干燥，過濾，旋干，得紅色油狀液，經硅膠柱層析(V甲醇：V二氯甲烷=1:9～1:4)，得紅色粉末固體71.2mg，收率61%。1H NMR (DMSO-d6, 300 MHz) δ: 1.76 ～1.91 (m, 2H), 2.10 (t, J=6.49 Hz , 2H), 2.16 (s, 3H), 2.21～ 2.43 (m, 8H), 4.23 (t, J= 4.74 Hz, 2H),6.56 (d, J=7.77 Hz , 1H), 6.60～6.75 (m, 2H), 6.84 (d, J=7.84 Hz,1H), 6.88～7.05 (m, 2 H), 7.34 (d, J=6.84 Hz, 1H), 7.45 (d, J=7.94 Hz, 1H), 7.69 (s, 1H), 7.76 (s, 1H), 10.89 (s, 1H), 11.66 (bs, 1H);MS m/z: 468 [M+H]+ 。

3 結果

N-甲基哌嗪烷基雙吲哚馬來酰亞胺化合物是吲哚馬來酰亞胺類化合物的衍生物之一，我們以吲哚3-乙醛酸甲酯作為原料，經5步反應合成了N-甲基哌嗪烷基雙吲哚馬來酰亞胺，其結構經由MS和1HNMR圖譜得到確證。

反應路線

N-甲基哌嗪烷基雙吲哚馬來酰亞胺蛋白激酶C抑制劑氫譜

N-甲基哌嗪烷基雙吲哚馬來酰亞胺蛋白激酶C抑制劑質譜（MS）

準分子離子峰468.4，與M+H的分子量468.6相符[5-8]。

4 討論

4.1 3-溴-1丙醇四氫吡喃醚的合成

第一步為成醚反應，PPTS為催化劑，用四氫吡喃醚保護醇羥基，以免影響到后續反應。

4.2 N-羥丙基四氫吡喃醚-吲哚-3-乙醛酸甲酯（D）的合成

第二步為親核取代，DMF必須用分子篩干燥，保證在無水條件下，防止化合物乙醛甲酯基團水解；體系需在低溫下進行，以免原料和產物發生分解；每隔1-2小時，TLC點板，找出最佳的時間反應。反應中加入碳酸銫作為催化劑，使吲哚N成為負離子發生親核取代反應[9]。

4.3 3- [1-(3-羥基丙基)-3-吲哚]-4-(3-吲哚)-1-H-吡咯-2,5-二酮的合成

第三步為偶合成環反應，要在強堿叔丁醇鉀催化作用下進行。加入叔丁醇鉀后顏色變紅，而且逐漸加深，加完叔丁醇鉀后，反應液顏色已經變成紫紅色。后面加入濃鹽酸，反應液顏色沒有太明顯的變化。點板監測反應進程，因為考慮到脫保護后有—OH，所以產物極性偏大，TLC跑板跑到比較慢。

4.4 3- [1-(甲磺酸基丙基)-3-吲哚]-4-(3-吲哚)-1-H-吡咯-2,5-二酮的合成

第四步為醇甲磺酸化反應，加入二氯甲烷已經用分子篩干燥過了，可加入少量四氫呋喃，加速樣品溶解。但是，由于原料中存有馬來酰亞胺的胺基，容易與甲磺酸酐（CH3SO2）2O反應，故一定要控制好溫度和配料比。這步實驗為較嚴格的操作，各反應物和溶劑均不可含水，因為水與甲磺酸酐發生劇烈反應。為盡量避免甲磺酸酐在稱量過程中與空氣中的水分反應，可用估量法加入一半量。即用小容量瓶稱取實放量的兩倍，再估量地快速加入一半。

4.5 3-[1-[3-(4-甲基哌嗪)丙基]-3-吲哚]-4-(3-吲哚)-1-H-吡咯-2,5-二酮的合成

第五步反應為親核取代反應，甲磺酸基是較好地離去基團，被N-甲基哌嗪取代得到目標產物。反應時間較長，需要TLC監控反應情況。

4.6 目標產物的合成意義

本研究合成的N-甲基哌嗪烷基雙吲哚馬來酰亞胺是一種新的PKC抑制劑，實驗經改進和探索，我們的合成路線產率較高，合成時間較短，合成條件較成熟。該化合物經光環化反應還可以轉變成吲哚咔唑類化合物，吲哚咔唑類化合物既是PKC抑制劑，又是細胞周期檢測點抑制劑，有望開發成抗腫瘤藥物。

5 結論

本文主要內容是利用藥物設計的基本原理對雙吲哚馬來酰亞胺類化合物進行設計、合成。作者以吲哚-3-乙醛酸甲酯作為起始原料，首先與四氫吡喃保護的3-溴丙醇進行N-烷基化反應，然后與吲哚-3-乙酰胺偶合得到雙吲哚馬來酰亞胺化合物，接著進行甲磺酸化反應，最后與N-甲基哌嗪進行親核取代反應得到目標化合物N-甲基哌嗪烷基雙吲哚馬來酰亞胺。目標化合物的結構經MS、1HNMR確認。另外，我們對N-甲基哌嗪雙吲哚馬來酰亞胺化合物合成路線進行了優化和改進，例如反應的最佳溫度，配料比等反應條件對反應的影響，以提高反應的收率。目標化合物從結構上來看它應該有較好的親水性，這些性質對于藥物來說非常重要。目標化合物對熱不穩定，應該在低溫條件下保存。