Dorsomorphin的合成

熊正新, 陳冬寅, 李 飛

(南京醫科大學 藥學院，江蘇 南京 211166)

·制藥技術·

Dorsomorphin的合成

熊正新, 陳冬寅, 李 飛*

(南京醫科大學 藥學院，江蘇 南京 211166)

以2-氯甲基吡啶鹽酸鹽為原料，經氰基化、縮合和環合反應制得4-(4-吡啶基)-1H-吡唑-5-胺(5)； 5與2-(4-甲氧基苯基)丙二醛經縮合反應制得化合物6-(4-甲氧基苯基)-3-(4-吡啶基)吡唑并[1,5-a]嘧啶(9)； 9經脫甲基和成醚反應合成了骨形態生成蛋白受體及腺苷酸活化蛋白激酶抑制劑Dorsomorphin,總收率24%，其結構經1H NMR和MS(ESI)確證。

Dorsomorphin; 2-氯甲基吡啶鹽酸鹽; 中間體; 藥物合成

Dorsomorphin(1)是一種有效的、選擇性的骨形態生成蛋白(BMPs)信號通路抑制劑。它通過抑制BMP信號因子SMAD1、 SMAD5和SMAD8的磷酸化，下調激活素受體樣激酶-2(ALK2)的轉錄活性，減少異位骨化和功能損傷[1]。1還能夠減少BMPs調控的肝臟鐵調素基因的轉錄，導致體內鐵含量的增加[2]。因此，對于BMPs信號增強引起的進行性骨化性纖維發育不良綜合征(FOP)[3]和慢性病貧血[2]等疾病具有潛在的治療作用。此外，1還是一種有效的、可逆的腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)選擇性抑制劑[4],它能夠劑量依賴性地抑制早期階段的前脂肪細胞3T3-L1成脂分化，具有潛在治療肥胖的功能[5]。另有研究發現1可以抑制阿爾茨海默(AD)病理模型中異常活躍的AMPK，從而改善β-淀粉樣蛋白誘導產生的神經損傷[6]。總而言之，1作為研究多種疾病的工具藥物，其分子藥理活性和化學合成研究具有重要意義。

Scheme 1

1的合成未見報道，但有文獻[7-10]報道了1的類似物的合成路線：以2-芳基乙腈為原料，經縮合和環合兩步反應得5-胺基-1H-吡唑類化合物，再與2-芳基丙二醛類化合物經縮合反應制備關鍵中間體吡唑并[1,5-a]嘧啶類化合物；再進一步衍生化得到一系列1的類似物。

在此基礎上，我們對該合成工藝進行探索優化，開發一條完整的、高效的1的合成路線。以2-氯甲基吡啶鹽酸鹽(2)為原料，經氰基化、縮合和環合反應制得4-(4-吡啶基)-1H-吡唑-5-胺(5)； 以對甲氧基苯乙酸 (6) 為原料，經三步反應制得中間體2-(4-甲氧基苯基)丙二醛(8)； 5與8經縮合反應制得化合物6-(4-甲氧基苯基)-3-(4-吡啶基)吡唑并[1,5-a]嘧啶(9)； 9經脫甲基和成醚反應合成了骨形態生成蛋白受體及腺苷酸活化蛋白激酶抑制劑Dorsomorphin(1),總收率24%，其結構經1H NMR和MS(ESI)確證。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Bruker ARX-300型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內標); Agilent-1100型質譜儀。

硅膠(200～300目)，青島海洋化工廠；其余所用試劑均為分析純或化學純；除注明外，所有反應均在空氣下進行，溶劑使用前未經純化。

1.2 合成

(1) 4-吡啶乙腈(3)的合成

在干燥的三頸瓶中依次加入2 1.0 g(6.0 mmol)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)5 mL和氰化亞銅0.64 g(7.2 mmol)，氮氣保護，加熱至130 ℃回流反應3 h(TLC監測)。加濃氨水15 mL淬滅反應，過濾，濾液加水50 mL，用乙酸乙酯(3×30 mL)萃取，合并有機相，用飽和食鹽水30 mL洗滌，無水硫酸鈉干燥。過濾，濾液減壓蒸除乙酸乙酯，所得油狀物經硅膠柱層析[洗脫劑：A=V(PE) ∶V(EtOAc)=10 ∶1]純化得淡紫色固體3 0.63 g，收率88%；1H NMRδ: 8.56(d,J=8.12 Hz, 2H), 7.22(d,J=7.90 Hz, 2H), 4.32(s, 2H); MS(ESI)m/z: 117.1{[M-H]+}。

(2) 3-二甲氨基-2-吡啶丙烯腈(4)的合成

在干燥的茄形瓶中加入3 0.5 g(4.0 mmol)和DMF 5 mL，攪拌至溶解；加入N,N-二甲基甲酰胺二甲基縮醛8 mL，加熱至110 ℃反應5 h(TLC監測)。冷卻至室溫，加水30 mL，用乙酸乙酯(3×10 mL)萃取，合并有機層，用飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥。過濾，濾液減壓除去有機相，所得油狀物經硅膠柱層析(洗脫劑：A=40 ∶1)純化得棕色固體4 0.70 g，收率95%；1H NMRδ: 8.55(d,J=7.92 Hz, 2H), 7.47(d,J=7.80 Hz, 2H), 6.89(s, 1H), 3.02(s, 6H); MS(ESI)m/z: 174.1{[M+H]+}。

(3) 5的合成

在干燥的茄型瓶中依次加入4 173 mg(1.0 mmol)，無水乙醇2 mL和水0.3 mL，攪拌均勻，加入80%的水合肼125 mg(2.0 mmol)和鹽酸聯氨140 mg(2.0 mmol)，加熱至110 ℃反應5 h。冷卻至室溫，加入飽和Na2CO3溶液至反應液呈堿性，用混合溶劑[V(EtOAc) ∶V(EtOH) =3 ∶1](3×5 mL)萃取，合并有機相，經無水硫酸鈉干燥，過濾，濾液減壓除去溶劑得紅色固體5 144 mg，收率90%；1H NMRδ: 8.55(d,J=8.45 Hz, 2H), 7.96(d,J=8.12 Hz, 2H), 7.85(s, 1H), 7.60(s, 2H); MS(ESI)m/z: 161.1 {[M+H]+}。

(4) 2-(4-甲氧基苯基)丙二醛(8)的合成

在干燥的茄型瓶中加入無水DMF 3.8 mL，降溫至5～10 ℃，攪拌下緩慢滴加POCl35 mL,滴畢，升溫至室溫反應1 h，加入對甲氧基苯乙酸 (6) 0.5 g(3 mmol)，加熱至90～95 ℃反應4 h。冷卻至室溫，靜置過夜，將反應液倒入碎冰10 g中，攪拌，滴加高氯酸鈉1.4 g的飽和水溶液(白色固體生成)，過濾，濾餅用水(2×1 mL)洗滌，干燥得(Z)-N-(3-(二甲基氨基)-2-(4-甲氧基苯基)亞烯丙基)-N-甲基甲銨 (7) 0.67 g。

在干燥的茄形瓶中加入7 0.67 g， NaOH 0.23 g和水6 mL，升溫至90 ℃反應15 min，待7溶解。冷卻至室溫，用10%鹽酸調節反應液pH至5(白色沉淀產生)，過濾，濾餅經干燥得白色固體8 0.44 g，收率85%；1H NMRδ: 12.01(s,1H), 8.43(s, 2H), 7.42(d,J=8.4 Hz, 2H), 6.89(d,J=8.1 Hz, 2H), 3.74(s, 3H); MS(ESI)m/z: 179.0{[M+H]+}。

(5) 9的合成

在干燥的茄型瓶中依次加入5 0.5 g(3.1 mmol)， 8 0.55 g(3.1 mmol)，無水乙醇7.5 mL和冰醋酸5 mL，加熱至110 ℃反應6 h。冷卻至室溫(析出固體)，過濾，濾餅用少量乙醇洗滌，干燥得淡褐色固體9 0.45 g，收率54%；1H NMRδ: 9.67(d,J=2.01 Hz, 1H), 9.27～9.28(m, 2H), 8.84(d,J=6.51 Hz, 2H), 8.72(d,J=6.59 Hz, 2H), 7.87(d,J=8.64 Hz, 2H), 7.13(d,J=8.67 Hz, 2H), 3.84(s, 3H); MS(ESI)m/z: 303.2{[M+H]+}。

(6) 4-(3-(4-吡啶基)吡唑并[1，5-a]嘧啶-6-基)苯酚(10)的合成

在干燥的茄型瓶中加入9 0.5 g(1.66 mmol)

和45%的冰醋酸-氫溴酸溶液6 mL，加熱至130 ℃反應10 min。冷卻至室溫，加入乙酸乙酯10 mL，攪拌10 min(固體析出)，過濾，濾餅用少量乙酸乙酯洗滌，干燥得淡黃色固體10 0.42 g，收率88%； MS(ESI)m/z: 289.2{[M+H]+}。

(7) 1的合成

在干燥的茄形瓶中加入10 0.5 g(1.74 mmol)和DMF 5 mL，依次加入60%的氫化鈉0.02 g(0.5 mmol)， 1-(2-氯乙基)哌啶鹽酸鹽0.32 g(1.74 mmol)，氮氣保護，升溫至45 ℃反應12 h。加水30 mL，用乙酸乙酯(3×15 mL)萃取，合并有機相，用飽和食鹽水30 mL洗滌，無水硫酸鈉干燥。過濾，濾液減壓蒸除乙酸乙酯，所得油狀物經硅膠柱層析[洗脫劑：V(CH2Cl2) ∶V(CH3OH)=44 ∶3]純化得類白色固體1 0.55 g，收率80%；1H NMRδ: 9.52(s, 1H), 9.09～9.12(m, 1H), 8.95(s, 1H), 8.59(s, 2H), 8.16(d,J=5.04 Hz, 2H), 7.82(d,J=8.49 Hz, 2H), 7.11(d,J=8.58 Hz, 2H), 4.14(t,J=5.88 Hz, 2H), 2.66～2.73(m, 2H), 2.43～2.50(m, 4H), 1.47～1.54(m, 4H), 1.38～1.41(m, 2H); MS(ESI)m/z: 400.2{[M+H]+}。

2 結果與討論

2.1 3的合成

常見的合成3的反應有兩種： (1)以Pd為催化劑，鹵代烷與氰基化試劑通過偶聯反應制得； (2)以CuCN， NaCN和KCN等作為氰基化試劑，經取代反應制得。本研究嘗試了上述兩種方法，首先采用不同的Pd催化劑，Pd(PPh3)4和Pd2(dba)3，收率均很低；其次，NaCN和KCN具有很強的毒性，綜合考慮原料的成本及反應的可操作性，我們采用2與CuCN在N-甲基吡咯烷酮中回流制備3，反應操作簡便，收率較高。

2.2 1的合成

在1的合成過程中，考察了堿、反應溫度和反應時間對收率的影響，結果見表1。由表1可見，反應溫度45 ℃時，NaH為堿，反應時間為12 h，產率最高(80%)。因此，合成1的最佳反應條件為：DMF為溶劑，NaH為堿，氮氣保護，于45 ℃反應12 h。

表1 反應條件對1收率的影響Table 1 Effect of the reaction conditions on the synthesis of 1

*10 1.74 mmol，其余反應條件同1.2(7)。

本文以4-氯甲基吡啶鹽酸鹽為原料，經氰基化、縮合、環合、脫甲基和成醚等8步反應，完成了Dorsomorphin的合成，總收率24%。整個合成路線具有原料廉價易得、反應條件溫和、反應時間短、后處理方便、收率較高以及成本較低等優點。

[1] Hayano S, Komatsu Y, Pan H,etal. Augmented BMP signaling in the neural crest inhibits nasal cartilage morphogenesis by inducing p53-mediated apoptosis[J].Development,2015,142(7):1357-67.

[2] Yui P, Hong C, Sachidanandan C,etal. Dorsomorphin inhibits BMP signals required for embryogenesis and iron metabolism[J].Nature Chemical Biology,2008,4(1):33-41.

[3] Duncan E, Brown M, Shore E M. Therevolution in human monogenic disease mapping[J].Genes,2014,5(3):792-803.

[4] Liu X, Chhipa R R, Nakano I,etal. The AMPK inhibitor compound C is a potent AMPK-independent antiglioma agent[J].Molecular Cancer Therapeutics,2014,13(3):596-605.

[5] Gao Y, Zhou Y, Xu A,etal. Effects of an AMP-activated protein kinase inhibitor,compound C,on adipogenic differentiation of 3T3-L1 cells[J].Biological & Pharmaceutical Bulletin,2008,31(9):1716-1722.

[6] Tao M, Yiran C, Valerie V,etal. Inhibition of AMP-activated protein kinase signaling alleviates impairments in hippocampal synaptic plasticity induced by amyloidβ[J].Journal of Neuroscience,2014,34(36):12230-12238.

[7] Daniels R N, Kim K, Lebois E P,etal. Microwave-assisted protocols for the expedited synthesis of pyrazolo[1,5-a] and [3,4-d]pyrimidines[J].Tetrahedron Letters,2008,49(2):305-310.

[8] Fraley M E, Hoffman W F, Rubino R S,etal. Synthesis and initial SAR studies of 3,6-disubstituted pyrazolo[1,5-a]pyrimidines:A new class of KDR kinase inhibitors[J].Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,2002,12:2767-2770.

[9] Cuny G D, Yu P B, Laha J K,etal. Structure-activity relationship study of bone morphogenetic protein (BMP) signaling inhibitors[J].Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,2008,18(15):4388-4392.

[10] Engers D W, Frist A Y, Lindsley C W,etal. Synthesis and structure-activity relationships of a novel and selective bone morphogenetic protein receptor (BMP) inhibitor derived from the pyrazolo[1.5-a]pyrimidine scaffold of Dorsomorphin:The discovery of ML347 as an ALK2versusALK3 selective MLPCN probe[J].Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,2013,23(11):3248-3252.

Synthesis of Dorsomorphin

XIONG Zheng-xin, CHEN Dong-yin, LI Fei*

(School of Pharmacy, Nanjing Medical University, Nanjing 211166, China)

4-(Pyridin-4-yl)-1H-pyrazol-5-amine(5) was prepared by cyanation, condensation and cyclization reaction, using 2-(chloromethyl)pyridine hydrochloride as the raw material. 6-(4-Methoxyphenyl)-3-(pyridin-4-yl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidine(9) was obtained by condensation of 5 with (4-methoxyphenyl)malondialdehyde. The bone morphogenetic protein receptor and adenosine monophosphate activated protein kinase inhibitor, Dorsomorphin, was successfully synthesized by the sequential demethylation and etherification from 9. The overall yield was 24%. The structure was confirmed by1H NMR and MS(ESI).

Dorsomorphin; 2-(chloromethyl)pyridine hydrochloride; intermediate; drug synthesis

2016-11-22；

2017-03-20

國家自然科學基金資助項目(21172108)； 南京醫科大學科技發展基金資助項目(2014NJMUZD019)

熊正新(1992-)，男，漢族，江蘇宿遷人，碩士研究生，主要從事抗腫瘤藥物的合成研究。E-mail: 15895822203@163.com

李飛，教授， Tel. 025-86868485， E-mail: kldlf@njmu.edu.cn

O626； R914.5

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2017.06.16291