新型苯并二氫呋喃合二酮酸類化合物的合成及其與整合酶分子對接研究

范 曄, 羅 楊, 馬 成

(新疆醫科大學 藥學院，新疆 烏魯木齊 830011)

·研究論文·

新型苯并二氫呋喃合二酮酸類化合物的合成及其與整合酶分子對接研究

范 曄, 羅 楊, 馬 成*

(新疆醫科大學 藥學院，新疆 烏魯木齊 830011)

以阿魏酸甲酯為原料，通過氧化偶聯構建2-芳基苯并二氫呋喃骨架，再經傅克酰基化和酯縮合反應依次制得(E)-3-[2-(4-羥基-3-甲氧基-5-乙酰基)苯基-3-甲氧羰基-7-甲氧基-2,3-二氫苯[b]并呋喃-5-基]丙烯酸甲酯(3)和(E)-3-[2-(4-羥基-3-甲氧基-5甲氧羰基乙酰基)苯基-3-甲氧羰基-7-甲氧基-2,3二氫苯并[b]呋喃-5-基]丙烯酸甲酯(4)； 4經水解反應合成3-【2-羥基-3-甲氧基-5-{5-[2-(甲氧基羰基)乙烯基]-7-甲氧基-3-甲氧羰基-2,3-二氫苯并[b]呋喃-2-}基】苯基-3-氧丙酸(5)，化合物3～5未見文獻報道，其結構經1H NMR，13C NMR和MS(ESI)表征。采用分子對接軟件Autodock vina對化合物2～5與HIV-1整合酶核心部位高度同源的PFV IN(PDB: 3L2V)進行對接，計算結果顯示該類化合物能與整合酶形成穩定的復合物，具有1,3-二酮基團的化合物3， 4和5能與整合酶中金屬離子產生螯合作用，其中化合物5的結合作用最強。

阿魏酸甲酯; 2-芳基苯并二氫呋喃; 1,3-二酮; 合成; HIV-1整合酶; 分子對接

2-芳基苯并二氫呋喃類化合物是一類在自然界中廣泛存在的天然有機化合物，在丹參和百部等藥用植物中均有發現，具有抗腫瘤、抗真菌和抗氧化等多種生物活性[1-3]。買爾丹·馬合木提[4]等從新疆紫草中發現一種2-芳基苯并二氫呋喃類木脂素(1, Chart 1)，對HIV-1感染MT-2細胞的過程具有抑制作用[5]，進一步研究顯示該化合物對HIV-1整合酶的形成具有抑制作用[6]，為2-芳基苯并二氫呋喃的藥用研究提供了新的方向。目前已上市的三個HIV-1整合酶抑制劑雷特格韋(Raltegravir, 2007年[7])、埃替格韋(Elvitegravir， 2012年)和多特格韋(Dolutegravir， 2013年)結構中都含有1,3-二酮結構[8-9]，該結構可以與整合酶活性位點中的二價鎂離子發生螯合作用，能選擇性抑制HIV-1整合酶的鏈轉移過程[10]。

本文以阿魏酸甲酯為原料經氧化偶聯構建2-芳基苯并二氫呋喃骨架(類似于新疆紫草中木脂素結構)制得(E)-3-[2-(4-羥基-3-甲氧基)苯基-3-甲氧羰基-7-甲氧基-2,3-二氫苯并[b]呋喃-5-基]丙烯酸甲酯(2)； 2經傅克酰基化反應制得(E)-3-[2-(4-羥基-3-甲氧基-5-乙酰基)苯基-3-甲氧羰基-7-甲氧基-2,3-二氫苯[b]并呋喃-5-基]丙烯酸甲酯(3)； 3經酯縮合反應在2-位苯環中引入1,3-二酮結構制得(E)-3-[2-(4-羥基-3-甲氧基-5甲氧羰基乙酰基)苯基-3-甲氧羰基-7-甲氧基-2,3二氫苯并[b]呋喃-5-基]丙烯酸甲酯(4)； 4經水解反應合成3-【2-羥基-3-甲氧基-5-{5-[2-(甲氧基羰基)乙烯基]-7-甲氧基-3-甲氧羰基-2,3-二氫苯并[b]呋喃-2-}基】苯基-3-氧丙酸(5， Scheme 1)，化合物3～5未見文獻報道，其結構經1H NMR，13C NMR和MS(ESI)表征。采用分子對接軟件Autodock vina對2～5與HIV-1整合酶核心區域高度同源的泡沫病毒整合酶(PFV IN， PDB: 3L2V)進行分子對接，分析二者之間的相互作用，為化合物對HIV-1整合酶是否具有抑制作用提供參考，為生物活性篩選奠定基礎。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

X-4型顯微熔點儀(溫度未校正)；Varian INOVA-400型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；UPLC-TQD型質譜儀。

阿魏酸甲酯，廣州全奧化工產品有限公司；氧化銀，天津市光復精細化工研究所；草酸二甲酯，阿拉丁試劑；其余所用試劑均為分析純。

Chart 1

Scheme 1

1.2 合成

(1) 2的合成

將阿魏酸甲酯5.1 g(24.5 mmol)溶于40 mL丙酮和60 mL甲苯的混合液中，N2保護下加入Ag2O 3.5 g(15.1 mmol)，于室溫反應24 h得黃棕色溶液。抽濾，濾液減壓蒸餾得紅棕色油狀粗產物，經硅膠柱層析[洗脫劑：V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=5 ∶1]純化得白色固體粉末2 1.9 g，產率37.2%， m.p.151.2～153.3 ℃;1H NMR(CDCl3)δ: 7.65(d,J=16.2 Hz, 1H, 11-H), 7.39(s, 1H, 6-H), 7.19(s, 1H, 4-H), 7.14(d,J=6.0 Hz, 1H, 6′-H), 7.03(d,J=2.0 Hz, 1H, 2′-H), 6.89(dd,J=6.0 Hz, 2.0 Hz, 1H, 5′-H), 6.33(d,J=16.2 Hz, 1H, 12-H), 6.11(d,J=7.8 Hz, 1H, 2-H), 4.36(d,J=7.8 Hz, 1H, 3-H), 3.91(s, 3H, 6-OCH3), 3.85(s, 3H, 13-OCH3), 3.83(s, 3H, 3′-OCH3), 3.80(s, 3H, 10-OCH3);13C NMR(CDCl3)δ: 170.7(C=O), 167.7(C=O), 149.9, 146.9, 146.1, 144.8, 144.6, 131.1, 128.4, 125.6, 119.3, 117.8, 115.3, 114.6, 112.1, 108.8, 87.4, 56.0, 55.9, 55.3, 52.8, 51.6, 50.4; MS(ESI)m/z: 414.41[M+]。

(2) 3的合成

將2 1.7 g(4.2 mmol)溶于20 mL無水二氯甲烷中，攪拌下加入三氯化鋁0.6 g(4.9 mmol)，緩慢加入乙酰氯0.5 mL(7.0 mmol)，于室溫反應3 h得棕紅色液體，依次用水(3×20 mL)洗滌，用甲醇重結晶得白色固體3 0.522 1 g，產率33.8%， m.p.135.4～138.3 ℃;1H NMR(acetone-d6)δ: 7.75(s, 1H, 5′-H), 7.62(d,J=16.2 Hz, 1H, 11-H), 7.39(s, 1H, 6-H), 7.28(s, 1H, 4-H), 7.09(s, 1H, 2′-H ), 6.43(d,J=16.2 Hz, 1H, 12-H), 6.04(d,J=7.8 Hz, 1H, 2-H), 4.47(d,J=7.8 Hz, 1H, 4-H), 3.91(s, 3H, 3′-OCH3), 3.83(s, 3H, 7-OCH3), 3.80(s, 3H, 13-OCH3), 3.75(s, 3H, 10-OCH3), 2.05(s, 3H, CH3);13C NMR(acetone-d6)δ: 206.7(C=O), 171.8(C=O), 169.2(C=O), 168.6, 167.8, 153.2, 152.6, 144.8, 141.4, 141.2, 138.4, 134.2, 130.5, 124.0, 121.7, 119.9, 113.6, 112.3, 88.9, 63.1, 57.0, 56.8, 53.2, 52.3, 20.9; MS(ESI)m/z: 456.15[M+]。

(3) 4的合成

依次將3 0.3 g(0.7 mmol)和草酸二甲酯0.2 g(1.5 mmol)加至圓底燒瓶中，加入乙醚10 mL，攪拌使其完全溶解；緩慢滴加新制0.19 mmol·mL-1甲醇鈉溶液6 mL，滴畢，于室溫反應過夜得橘紅色溶液。常壓蒸餾除去乙醚，殘余物用丙酮重結晶得白色固體4 0.162 8 g，產率44.8%， m.p.157.4～160.2 ℃;1H NMR(CD3OD)δ: 7.65(d,J=15.6 Hz, 1H, 11-H), 7.22(d,J=11.4 Hz, 1H, 6′-H), 6.95(s, 1H, 6-H), 6.81(d,J=15.6 Hz, 1H, 12-H), 6.41(d,J=16.2 Hz, 1H, 4-H), 6.01(s, 1H, 2′-H), 5.34(s, 1H, 2-H), 4.38(d,J=7.2 Hz, 1H, 3-H), 3.92(s, 3H, OCH3), 3.88(s, 3H, OCH3), 3.82(s, 3H, OCH3), 3.77(s, 3H, OCH3), 3.72(s, 3H, OCH3), 3.55(s, 2H, CH2);13C NMR(CD3OD)δ: 208.6(C=O), 171.9(C=O), 169.2(C=O), 165.3(C=O), 153.4, 151.7, 150.5, 145.8, 144.7, 143.6, 134.1, 129.7, 125.4, 123.0, 117.8, 115.1, 114.2, 113.3, 87.4, 56.5, 55.4, 54.9, 52.0, 50.8, 48.2; MS(ESI)m/z: 514.46[M+]。

(4) 5的合成

將4 0.15 g(0.3 mmol)溶于20 mL 1,4-二氧六環中，加入1 mol·L-1鹽酸5 mL，攪拌下于室溫反應24 h得呈黃色溶液。減壓蒸餾得橘黃色固體，用甲醇重結晶得黃色固體5 0.037 8 g，產率25.3%， m.p.180.3～184.3 ℃；1H NMR(CD3OD)δ: 10.31(s, 1H, OH), 7.65(d,J=15.6 Hz, 1H, 12-H), 7.03～6.98(m, 4H, 2′,6′,4,6-H), 6.33(d,J=15.6 Hz, 1H, 13-H), 6.19(d,J=7.8 Hz, 1H, 2-H), 4.35(d,J=7.8 Hz, 1H, 4-H), 3.92(s, 3H, OCH3), 3.85(s, 3H, OCH3), 3.82(s, 3H, OCH3), 3.80(s, 3H, OCH3), 3.51(s, 2H, CH2);13C NMR(CD3OD)δ: 206.7(C=O), 170.5(C=O), 168.8(C=O), 167.5(C=O), 151.2, 149.7, 144.7, 144.6, 139.8, 138.4, 128.7, 125.3, 123.0, 118.1, 117.8, 115.6, 112.1, 110.0, 86.1, 56.5, 55.9, 55.5, 52.9, 51.6; MS(ESI)m/z: 500.46[M+]。

1.3 分子對接方法

由于HIV-1整合酶(IN)的溶解度差，其完整的三維結構目前尚未被解析，目前只解析了一個小分子(5CITEP)與HIV-1 IN核心區域的復合結構，蛋白質數據庫(Protein Data Bank, RCSB)中ID為1QS4[11]。根據張美青等[12]的研究表明，原型泡沫病毒(PFV)IN與HIV-1 IN的高度的同源性，PFV IN與1QS4核心區域經過疊合實驗表明，PFV IN與1QS4的核心區域基本疊合，但1QS4由于缺失第二個Mg2+和病毒DNA而使核心區域不完整。而已解析的PFV IN中含有兩個金屬離子和病毒DNA，很好的彌補了1QS4的缺陷，并且解析的PFV IN蛋白復合晶體3L2V中與蛋白核心區域復合的小分子為Raltegravir，這使得PFV IN成為研究HIV-1 IN抑制劑的有效靶點。

用PyMol提取3L2V整合酶蛋白A鏈、DNA、小分子配體和金屬離子。用AutoDockTools 1.5.6處理受體結構；經AutoDock Vina軟件以目標化合物2～5為配體，分別與晶體結構3L2V進行分子對接，通過PyMol軟件顯示結果圖。

2 結果與討論

2.1 合成

以兩分子的阿魏酸甲酯為原料，經過氧化偶聯、傅克酰基化、酯縮合和酯水解4步反應合成4個2-芳基苯并二氫呋喃類化合物，其中化合物3～5是具有1,3-二酮基團的化合物。在合成化合物5時發現2-芳基苯并二氫呋喃結構在水解時對堿較敏感，在低濃度堿的催化下可使2-芳基苯并二氫呋喃結構發生裂解開環，而在6 mol·L-1鹽酸中則不會開環；因此，2-芳基苯并二氫呋喃結構的化合物不宜在堿性條件下進行化學反應。

2.2 分子對接結果

本文對化合物2～5進行了與整合酶蛋白為受體的分子對接處理，結果分別見表一和圖1。

由表1可以看出，在化合物2的5′-位酰化后引入1，3-二酮結構(苯環羥基與乙酰羰基)后得到的化合物3，結合能降低；進一步酯化和水解反應得到的化合物4和5(苯環外部1，3-二酮結構)，化合物與整合酶活性口袋的結合能進一步降低；化合物與受體蛋白中的殘基形成氫鍵的個數和強度也在增加，根據形成氫鍵的殘基的種類發現4個化合物均與核苷酸DA-17形成氫鍵，提示整合酶中DNA的存在是該類藥物發揮良好活性的重要組成部分；苯并二氫呋喃2-位苯環伸入至活性口袋的底部，與周圍的氨基酸殘基存在范德華力作用，而5-位丙烯酸甲酯部分位于活性口袋的開口區域，作用力較弱，因此2-位芳環是主要活性部位。化合物3～5中含有的1，3-二酮結構可以和整合酶活性口袋中的兩個金屬離子螯合在一起，進一步增強復合物的穩定性。

表1 化合物2～5與受體蛋白(3L2V)的分子對接結果

2

3

4

5

計算結果顯示，化合物5與整合酶形成復合物的結合能最低，與其形成氫鍵的整合酶殘基種類最多，活性最強，推測其對HIV-1整合酶具有良好的抑制作用。

以阿魏酸甲酯為原料合成了4個2-芳基苯并二氫呋喃類化合物，其中化合物3， 4和5為具有1,3-二酮基團的新化合物，化合物5為1,3-二酮酸。用計算機模擬化合物2～5與整合酶晶體結構(PDB: 3L2V)相結合的分子對接結果顯示：該類化合物主要活性部位是苯并二氫呋喃環的2-位芳環，整合酶中的DNA的存在是藥物作用的必要部分；該類化合物和整合酶具有良好的結合能力，4個化合物與整合酶殘基形成氫鍵的數量和強調逐漸增強，形成復合物的結合能逐漸降低，其中化合物3， 4和5中的1,3-二酮基團部位可以與整合酶中金屬離子發生螯合作用，5可能是4個化合物中活性最強的化合物。預示該類化合物可能具有潛在抑制HIV-1整合酶活性的作用，為進一步測定其生物活性提供了參考依據。

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Synthesis of Novel Dihydrobenzofuran Compounds and Molecular Docking of Them with Diketoacid

FAN Ye, LUO Yang, MA Cheng*

(School of Pharmacy, Xinjiang Medical University, Urumqi 830011, China)

2-Aryl dihydrobenzo[b]furan skeleton was constructed from methyl ferulate through oxidative coupling reaction. Friedel-Crafts acetylation and ester condensation were applied to synthesize (E)methyl 3-[2-(4-hydroxy-3-methoxy-5-acetyl)phenyl-3-methoxcarbonyl-7-methoxy-2,3-dihydrobenzo[b]furan-5-yl] arcylate(3) and (E)methyl 3-[2-(4-hydroxy-3-methoxy-5-methoxcarbonacetyl)phenyl-3-methoxcarbonyl-7-methoxy-2,3-dihydrobenzo[b]furan-5-yl]acrylate(4). The compound 4 was hydrolyzed to afford 3-(2-hydroxy-3-methoxy-5-(5-(2-(methoxcarbonyl)vinyl)-7-methoxy-3-methoxcarbonyl-2,3-dihydrobenzo[b]furan-2-)yl)phenyl-3-ox-propanoic acid(5). Among them, 3～5 were new compounds. The structures were characterized by1H NMR，13C NMR and MS(ESI). Autodock vina was applied for molecular docking of compound 2～5 toward prototype foamy virus(PFV) integrase(IN)(PDB: 3L2V), a highly homologous protein of HIV-1 IN. The results showed that the stable complexes could be formed between these compounds and IN. In particular, compound 3～5 with 1,3-diketo moiety can chelate with metal ions in the IN， and affinity of compound 5 is strongest.

methyl ferulate; 2-aryl dihydrobenzofuran; 1,3-diketone; synthesis; HIV-1 integrase; molecular docking

2016-12-26

新疆維吾爾自治區高校科研計劃重點項目(XJEDU2016I031)； 新疆醫科大學研究生創新創業項目(CXCY097)

范曄(1990-)，男，滿族，遼寧桓仁人，碩士研究生，主要從事天然產物活性成分的結構修飾與合成研究。

馬成，博士，副教授， E-mail: mac2008hk@126.com

O621.3; O626.11

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2017.04.16326