3-((1R,3aS,3aS,10aR)-十氫-(1H,4H)-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丙-1-胺的合成

江欣育, 胡莉娟, 蘆 昕, 趙 帥, 錢明成, 陳 新

(常州大學 藥學院，江蘇 常州 213164)

苦參堿是一種天然藥物，從苦豆子的干燥根、植株、果實經乙醇等有機溶劑提取分離得到。苦參屬于豆科(Leguminosae)的苦豆科(SophoraalopecuroidesL.)日本、中國和少數歐洲國家，傳統上用于抗炎和抗癌治療[1]。明代李時珍曾在《本草綱目》言：“苦以味名，參以功名”，這也是“苦參”兩字的由來[2]。苦參也可稱作川參、苦骨、牛參、鳳凰爪等[3]。 苦參堿具有抗病毒，抗菌，抗腫瘤和消炎作用[4-5]。兩種代表性苦參堿型生物堿，如苦參堿和氧化苦參堿，已被用于臨床治療乙型肝炎、癌癥、痢疾、牛皮癬和皮膚化膿性感染[6]。在苦參堿研究的最初階段，科學家們采用從苦豆子中提取的生物堿-氧化苦參堿和苦參堿，然后把它制作成含有20%的提取物氧化苦參堿片，并且這種制劑已于1988年上市。近年來，隨著醫學不斷發展，苦參堿逐漸發現有治療病毒性肝炎、肝纖維化等作用。由于其立體結構復雜以及生物學效應多樣，苦參堿型生物堿已成為藥理學家和合成化學家有吸引力的研究目標[7-8]。多項研究證實，苦參堿對特定癌細胞具有抗癌活性，如胃癌、肝癌、白血病K-562、肺癌、宮頸癌和神經膠質瘤細胞[9-13]，苦參堿及其衍生物對多種癌細胞系有抑制增殖和誘導凋亡的作用。

有酰胺結構的苦參堿衍生物(D1)具有較好抗癌活性，本課題組近期的研究結果表明，將D1中酰胺位置調換后，所形成的苦參堿衍生物(D2)具有特殊的生物活性(Chart 1)。

2013年，Fan 等[14]報道了一系列苦參堿衍生物的合成(Chart 1)，針對A375， A549， Hela和HepG2細胞系評估這些化合物的抗腫瘤活性，結果表明，其中4種化合物(A1～A4)對以上四種癌細胞系的抗增殖活性比苦參堿本身要強很多。2015年，Li等[15]合成并評價了一系列新的槐酸衍生物的細胞毒性。在新合成的化合物中(Chart 2)，化合物B1～B3對HepG2有很強的抗增殖活性，其中B1的抗增殖活性最強。

本文報道合成D2類化合物所需中間體3-((1R,3aS,3aS,10aR)-十氫-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丙-1-胺(8)的制備方法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

SMP50型熔點儀；Bruker 300/400 MHz型核磁共振儀(D2O, CD3OD, CDCl3為溶劑，TMS為內標)； Thermo Orbitrap Elite 型質譜儀。

Chart 1

所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) 4-(十氫-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丁酸(2)的合成

稱取苦參堿20.0 g(80.5 mmol)和氫氧化鈉9.1 g(228.0 mmol)溶解于456 mL水中，90 ℃反應12 h (TLC監測)。用2 N 鹽酸溶液調pH至 5～7，減壓濃縮，再加入乙醇(460 mL)，室溫反應30 min，抽濾得白色固體221.0 g，收率97%;1H NMR(300 MHz, D2O)δ: 1.58～1.98(m, 13H), 2.11～2.16(m, 1H), 2.25(t,J=5.1 Hz, 3H), 2.65(s, 1H), 2.85～2.92(m, 2H), 2.71(s, 1H), 3.10(dd,J1=10.2 Hz,J2=4.5 Hz, 1H), 3.23(t,J=10.0 Hz, 1H), 3.34～3.40(m, 1H);13C NMR(75 MHz, D2O)δ: 22.00, 22.26, 23.16, 27.27, 28.33, 32.52, 35.32, 39.68, 40.25, 46.18, 58.64, 58.70, 64.32; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C15H25N2O2{[M-H]-} 265.1922, found 265.1924。

(2) 4-(十氫-1H, 4H-吡啶并 [1, 6]萘啶-1-基)丁酸甲酯(3)的合成

在1 L圓底燒瓶中加入MeOH(336 mL)， 0 ℃下緩慢加入SOCl230 mL(40.7mmol)，反應1 h。接著將溶于MeOH(168 mL)的化合物213.0 g(48.8 mmol)的溶液加入其中，冰浴反應2 h后加熱回流3 h (TLC監測)。冷卻至室溫，加入CHCl3(356 mL)和NaHCO350.0 g(595.2 mmol)，室溫反應30 min，抽濾，濾液濃縮得白色固體39.0 g，收率68%;1H NMR(300 MHz , CD3OD)δ: 1.44～1.69(m, 10H), 1.71～1.80(m, 3H), 1.93(d,J=13.0 Hz, 1H), 1.99～2.08(m, 3H), 2.26(s, 1H), 2.37～2.41(m, 2H), 2.80～2.86(m, 2H), 2.96(dd,J1=12.0 Hz,J2=4.0 Hz, 1H), 3.43(t,J=12.8 Hz, 1H), 3.54～3.60(m, 1H), 3.64(d,J=5.4 Hz, 3H);13C NMR(75 MHz, CD3OD)δ: 20.44, 20.63, 25.63, 26.66, 30.47, 33.68, 33.90, 38.51, 44.51, 48.15, 49.85, 49.85, 53.92, 57.27, 62.93, 175.06; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C16H28O2Na{[M+Na]+}303.2043, found 303.2039。

(3) 叔丁基(1R,3aS,3aS,10aR)-1-(4-甲氧基-4-氧代丁基)八氫-1H,4H-吡啶并[1,6]二氮雜萘-2(3H)-甲酸乙酯(4)的合成

稱取36.5 g(23.2 mmol)和4-二甲氨基吡啶650.0 mg(5.3 mmol)溶于116 mL二氯甲烷中，接著將含有二碳酸二叔丁酯7.6 g(34.8 mmol)的二氯甲烷(23 mL)溶液溶入其中，室溫反應16 h (TLC監測)。減壓濃縮，經硅膠柱層析[洗脫劑：V(二氯甲烷)/V(甲醇)=50/1]純化得黃色黏稠狀液體47.3 g，產率83%;1H NMR(300MHz, CDCl3)δ: 1.17～1.40(m, 3H), 1.45(s, 11H), 1.61～1.58(m, 2H), 1.83～1.63(m, 9H), 1.96(t,J=3.1 Hz, 1H), 2.31～2.38(m, 2H), 2.68(t,J=6.8 Hz, 2H), 3.30(dd,J1=13.6 Hz,J2=7.4 Hz, 1H), 3.54(dd, 1H,J1=13.6 Hz,J2=8.3 Hz ), 3.65(s, 3H), 3.78～3.86(m, 1H);13C NMR(75MHz, CDCl3)δ: 20.81, 20.97, 21.67, 27.95, 28.22, 28.90, 31.15, 33.50, 34.70, 40.14, 43.89, 51.04, 53.81, 56.48, 56.67, 63.01, 78.53, 155.45, 173.71; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C21H37N2O4{[M+H]+} 381.2748, found 381.2749。

(4) 4-((1R,3aS,3aS,10aR)-2-(叔丁氧基羰基)十氫-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丁酸(5)的合成

稱取化合物45.0 g(13.1 mmol)溶解于59 mL甲醇中，加入4N 氫氧化鈉溶液(13 mL)，室溫反應4 h (TLC監測)。減壓濃縮，經硅膠柱層析[洗脫劑：V(二氯甲烷)/V(甲醇)=10/1]純化得白色固體54.0 g，產率85%, m.p.135～137 ℃;1H NMR(400MHz, CDCl3)δ: 1.32～1.35(m, 1H), 1.40(s, 10H), 1.46～1.64(m, 6H), 1.76～1.78(d,J=7.1 Hz, 2H), 1.85～1.88(m, 3H), 2.01(s, 1H), 2.15(t,J=11.6 Hz, 2H), 2.26～2.32(m, 1H), 2.38～2.44(m, 1H), 2.58(s, 1H), 3.26(dd,J1=20.4 Hz,J2=11.3 Hz, 2H), 3.37～3.44(m, 1H), 3.63(dd,J1=13.6 Hz,J2=5.0 Hz, 1H), 3.76～3.83(m, 1H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 19.90, 20.19, 21.93, 26.47, 27.37, 28.56, 29.45, 34.51, 35.92, 39.60, 47.72, 54.89, 56.09, 56.20, 65.28, 79.75, 156.12, 177.82; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C20H35N2O4{[M+H]+} 367.2591, found 367.2593。

(5) (1R,3aS,3aS,10aR)-1-(3-(((芐氧基)羰基)氨基)丙基)八氫-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-2(3H)-羧酸叔丁酯(6)的合成

氮氣保護下，稱取化合物53.0 g(8.2 mmol)溶解于90 mL甲苯中，加入三乙胺(2 mL)后再逐滴加入疊氮磷酸二苯酯(2 mL)，室溫反應1 h后加熱反應2 h，然后加入芐醇(4 mL), 加熱反應10 h (TLC監測)。減壓濃縮，經硅膠柱層析[洗脫劑：V(二氯甲烷)/V(甲醇)=50/1]純化得黃色粘稠液體62.4 g，產率62%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 1.29 ～1.41(m, 4H), 1.43(s, 9H), 1.52～1.63(m, 5H), 1.67～1.76(m, 3H), 1.81～1.86(m, 4H), 1.97(s, 1H), 2.68(s, 2H), 3.21～3.22(m, 2H), 3.34(dd,J1=18.3 Hz,J2=1.7 Hz, 1H), 3.47(dd,J1=3.3 Hz,J2=2.2 Hz, 1H), 3.76(s, 1H), 5.09～5.13(m,2H), 7.28-7.35(m, 5H);13C NMR(75MHz, CDCl3)δ: 21.17, 21.23, 26.69, 28.01, 28.56, 28.96, 35.34, 40.41, 41.10, 45.22, 54.76, 56.84, 57.01, 63.54, 66.45, 128.00, 128.06, 128.49, 136.81, 155.88, 156.50; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C27H41N3O4{[M+H]+} 472.3170, found 472.3169。

(6) (1R,3aS,3aS,10aR)-1-(3-氨基丙基)八氫-1H,4H-吡啶并[1,6]二氮雜萘-2(3H)-羧酸叔丁酯(7)的合成

稱取化合物61.4 g(3.0 mmol)溶解于30 mL甲醇中，再加入10% Pd/C(140.0 mg)，通入氫氣，室溫反應 (TLC監測)。加硅藻土抽濾，濾液濃縮，經硅膠柱層析[洗脫劑：V(二氯甲烷)/V(甲醇)=10/1(1% Et3N)]純化得黃色液體71.0 g，產率99%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 1.26～1.36(m, 4H), 1.38(s, 9H), 1.44～1.50(m, 5H), 1.58(s, 2H), 1.64(s, 1H), 1.66(d,J=2.5 Hz, 2H), 1.72～1.80(m, 4H), 1.91(t,J=0.8 Hz, 1H), 2.62～2.67(m, 4H), 3.27(dd,J1=3.3 Hz,J2=1.8 Hz, 1H), 3.45(dd,J1=3.3 Hz,J2=2.2 Hz, 1H), 3.69～3.75(m, 1H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 21.15, 21.30, 28.25, 29.04, 29.42, 30.72, 35.13, 40.45, 42.28, 44.71, 54.72, 56.83, 56.99, 63.48, 78.88, 155.84; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C19H35N3O2{[M+H]+} 338.2802, found 338.2805。

Chart 2

Scheme 1

(7) 3-((1R,3aS,3aS,10aR)-十氫-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丙-1-胺(8)的合成

稱取化合物71.1 g(3.4 mmol)溶解于15 mL二氯甲烷中， 0 ℃下通入氯化氫氣體，反應30 min (TLC監測)。減壓濃縮，加入10% Na2CO3溶液調節pH至7～8，過濾濃縮，得白色黏稠固體化合物8800.0 mg，產率99%;1H NMR(400 MHz, CD3OD)δ: 1.74 ～1.81(m, 4H), 1.84～1.92(m, 3H), 1.95～2.11(m, 5H), 2.32(d,J=12.1 Hz, 1H), 2.59(d,J=12.6 Hz, 1H), 3.00～3.05(m, 2H), 3.07(s, 1H), 3.09～3.10(m, 1H), 3.32～3.33(m, 1H), 3.38～3.44(m, 2H), 3.74(s, 1H), 3.83(t,J=3.4 Hz, 1H), 4.08～4.13(m, 1H);13C NMR(100 MHz, CD3OD)δ: 19.47, 19.58, 23.78, 24.40, 25.39, 28.26, 32.64, 37.77, 40.21, 43.86, 53.26, 56.54, 56.59, 62.58; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C14H27N3{[M+H]+}238.2278, found 238.2280。

Scheme 2

根據文獻[16-18]方法，設計的合成路線如(Scheme1)所示，苦參堿在加熱下被NaOH水解，開環得到4-(十氫-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丁酸(2)。該步反應不需要純化，直接經過氯化亞砜/甲醇體系處理，酯化反應得到4-(十氫-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丁酸甲酯(3)，前兩步總產率為66%。 經過二碳酸二叔丁酯/4-二氨基吡啶的作用，3中的氨基被Boc保護，以83%產率得到叔丁基(1R,3aS,3aS,10aR)-1-(4-甲氧基-4-氧代丁基)八氫-1H,4H-吡啶并[1,6]二氮雜萘-2(3H)-甲酸乙酯(4)。然后，4在常溫下被NaOH水解，得到4-((3aS,3aS,10aR)-2-(叔丁氧基羰基)十氫-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丁酸(5)，產率85%。5與疊氮磷酸二苯酯(DPPA)、三乙胺以及芐醇溶于甲苯中，在回流條件下發生Curtius重排反應[19]，以62%產率得到叔丁基(1R,3aS,3aS,10aR)-1-(3-(((芐氧基)羰基)氨基)丙基)八氫-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-2(3H)-羧酸叔丁酯(6)。Curtius重排的機理如Scheme 2所示。6中Cbz保護基團在催化氫化條件下脫去，生成(1R,3aS,3aS,10aR)-1-(3-氨基丙基)八氫-1H,4H-吡啶并[1,6]二氮雜萘-2(3H)-羧酸叔丁酯(7)，產率99%。最后，7在氯化氫作用下脫去Boc基團，以99%產率得到苦參堿二胺中間體3-((1R,3aS,3aS,10aR)-十氫-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丙-1-胺(8)。氯化氫氣體是由濃鹽酸滴加至濃硫酸中而現制現用，需要保證反應儀器干燥，通過調節濃鹽酸滴加的速度來控制氯化氫氣體產生的速度，從而控制反應的進行，幾乎定量地得到預期產物。產物8及其它中間體的結構經1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI)確證。

以苦參堿為起始原料，經過7步反應，合成了3-((1R,3aS,3aS,10aR)-十氫-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丙-1-胺(8)，總收率28%。該方法具有原料廉價易得、反應條件溫和，操作簡便等特點, 為合成更多具有抗癌活性的苦參堿衍生物提供了重要中間體。