色酮吡唑啉酮類衍生物的合成及抗白血病細胞活性

王楠馨,汪軍鑫,田民義,劉雄利,鄧國棟

(貴州大學(xué) 西南藥食兩用資源開發(fā)利用技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，貴州 貴陽 550025)

根據(jù)藥物設(shè)計中的多樣化生物活性骨架拼接原理[1-3]，把具有潛在生物活性的多個骨架拼接到一個分子中,有可能解決原有骨架療效不高或者毒性較高的缺陷，在新藥研究中是極其重要的研究方向。色酮類[4-6]和吡唑啉酮類[7-9]化合物廣泛存在天然產(chǎn)物和合成藥物分子中，吸引了許多化學(xué)工作者及醫(yī)藥化學(xué)團隊的廣泛關(guān)注，這些化合物在解除病痛、經(jīng)濟發(fā)展中起著重大作用。鑒于色原酮骨架和吡唑啉酮骨架具有潛在的生物活性，因此，合成一系列新的潛在多活性官能團的色酮吡唑啉酮類衍生物，可以為生物活性篩選提供化合物源，對藥物的篩選和制藥行業(yè)具有重要的應(yīng)用價值。

Scheme 1

最近，色酮-吡唑啉酮底物[10]為本課題組前期開發(fā)的新的高效的合成子，用于生物重要的吡唑啉酮色酮衍生物的多樣性導(dǎo)向合成[11-14]。本文以色酮-吡唑啉酮作為C1合成子,在5 mol% 的DBU催化下，與α,β-不飽和酮發(fā)生Michael加成反應(yīng),獲得了10個色酮吡唑啉酮類衍生物3a～3j，產(chǎn)率76%～90%，dr值為4/1～9/1,其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI-TOF)表征，通過單晶進一步進行了確定化合物3b的相對構(gòu)型。該類化合物包含有連續(xù)兩個立體中心，包括一個季碳中心，可以為生物活性篩選提供物質(zhì)基礎(chǔ)。采用MTT法研究了3a～3f對人白血病細胞(K562)的體外抗增殖活性。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

WRS-1B型數(shù)字熔點儀；Bruker-400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo));MicroTMQ-TOF型高分辨質(zhì)譜儀。

所用試劑均為分析純。

1.2 3a～3j的合成(以3a為例)

在反應(yīng)管中依次加入吡唑啉酮-色酮合成子1a(0.10 mmol)，查爾酮2a(0.12 mmol)，DBU(5 mol %，0.01 mmol) 和1.0 mL二氯甲烷，室溫中攪拌反應(yīng)2 d(TLC檢測)。經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑：V(石油醚)：V(乙酸乙酯)= 5/1]純化得化合物3a。

用類似的方法合成3b～3j。

3a:白色固體,m.p.157.6～158.4 ℃;產(chǎn)率81%,dr8/1;1H NMRδ:2.28～2.33(m,4H),2.92～2.97(m,1H),3.34(d,J=14.0 Hz,1H),3.64～3.71(m,1H),3.95～3.98(m,1H),7.07～7.10(m,1H),7.14～7.32(m,8H),7.41～7.47(m,4H),7.57(d,J=7.6 Hz,2H),7.65(s,1H),7.71～7.74(m,2H),8.03(d,J=2.4 Hz,1H);13C NMRδ:14.1,27.0,38.3,43.6,61.8,117.4,118.3,118.9,123.2,124.3,124.5,126.7,127.0,127.2,127.6,127.8,129.0,130.2,132.3,132.9,135.5,136.2,136.6,153.4,154.3,161.9,173.2,174.6,195.7;HR-MS(ESI-TOF)m/z:Calcd for C35H27N2O4ClNa{[M+Na]+}597.1552,found 597.1548。

3b:白色固體,m.p.213.9～214.6 ℃;產(chǎn)率85%,dr9/1;1H NMRδ:2.24(d,J=14.0 Hz,1H),2.32(s,3H),2.34(s,3H),2.86～2.91(m,1H),3.33(d,J=13.6 Hz,1H),3.58～3.65(m,1H),3.90～3.93(m,1H),7.08～7.13(m,2H),7.25～7.39(m,9H),7.42～7.46(m,1H),7.58～7.60(m,1H),7.62(s,1H),7.70～7.72(m,2H),7.85(d,J=1.2 Hz,1H);13C NMRδ:14.0,20.0,27.2,38.3,42.9,61.5,116.7,116.9,118.3,120.8,122.0,124.2,124.6,127.0,127.6,127.9,130.3,130.8,132.5,133.9,134.2,135.4,135.8,136.2,153.4,154.0,161.9,173.2,175.7,195.5;HR-MS(ESI-TOF)m/z:Calcd for C36H29N2O4BrNa{[M+Na]+}655.1203,found 655.1207。

3c:白色固體,m.p.192.4～193.1 ℃;產(chǎn)率81%,dr8/1;1H NMRδ:2.28(d,J=14.0 Hz,1H),2.34(s,3H),2.90～2.95(m,1H),3.34(d,J=14.0 Hz,1H),3.59～3.66(m,1H),3.93～3.97(m,1H),6.89～6.93(m,2H),7.08～7.12(m,1H),7.22～7.33(m,6H),7.42～7.47(m,3H),7.50～7.54(m,1H),7.58～7.60(m,2H),7.66(s,1H),7.71～7.73(m,2H),8..06～8.09(m,1H);13C NMRδ:14.1,27.0,38.5,42.9,61.7,114.1(d,JCF=21.2 Hz),117.1,118.3,122.4,124.2,124.6,124.9,127.0,127.6,127.9,130.6,132.5(d,JCF=23.4 Hz),135.5,136.2,154.1,155.1,161.7(d,JCF=243.5 Hz),161.9,173.2,175.7,195.6;HR-MS(ESI-TOF)m/z:Calcd for C35H27N2O4FNa{[M+Na]+}581.1847,found 581.1852。

3d:白色固體,m.p.197.4～198.1 ℃;產(chǎn)率82%,dr8/1;1H NMRδ:2.25(d,J=14.0 Hz,1H),2.33(s,3H),2.87～2.92(m,1H),3.33(d,J=14.0 Hz,1H),3.59～3.66(m,1H),3.92～3.95(m,1H),7.09～7.13(m,1H),7.19～7.21(m,3H),7.24～7.33(m,5H),7.42～7.46(m,3H),7.50～7.54(m,1H),7.59～7.61(m,2H),7.65(s,1H),7.71～7.73(m,2H),8.06～8.08(m,1H);13C NMRδ:14.0,27.1,38.3,42.9,61.6,117.0,117.1,118.3,122.4,124.2,124.6,124.9,127.0,127.4,127.7,127.9,130.4,132.5,132.6,132.7,135.2,135.4,136.2,154.1,155.1,161.8,173.2,175.6,195.5;HR-MS(ESI-TOF)m/z:Calcd for C35H27N2O4ClNa{[M+Na]+}597.1552,found 597.1555。

3e:白色固體,m.p.205.2～205.9 ℃;產(chǎn)率90%,dr9/1;1H NMRδ:2.24(d,J=13.6 Hz,1H),2.35(s,3H),2.97～3.02(m,1H),3.35(d,J=13.6 Hz,1H),3.65～3.72(m,1H),4.06～4.10(m,1H),7.10～7.13(m,1H),7.24～7.35(m,6H),7.40～7.48(m,2H),7.61(d,J=8.0 Hz,2H),7.65(s,1H),7.69～7.75(m,3H),7.86(d,J=7.6 Hz,1H),8.02～8.04(m,1H),8.41(s,1H);13C NMRδ:14.0,27.2,38.2,43.0,61.2,109.8(d,JCF=24.4 Hz),116.1,118.1,119.3,121.1(d,JCF=25.1 Hz),121.8,123.4,123.7,124.7,127.0,127.8,127.9,128.1,132.7,135.0,135.6,136.0,138.9,147.0,151.3,154.3,158.5(d,JCF=237.0 Hz),161.3,172.8,174.9,194.9;HR-MS(ESI-TOF)m/z:Calcd for C35H26N3O6FNa{[M+Na]+}626.1698,found 626.1696。

3f:白色固體,m.p.79.4～80.2 ℃;產(chǎn)率84%,dr4/1;1H NMRδ:2.33(s,6H),2.91～2.96(m,1H),3.36(d,J=14.0 Hz,1H),3.62～3.67(m,1H),3.71(s,3H),3.92～3.96(m,1H),6.67～6.70(m,1H),7.04～7.15(m,4H),7.23～7.32(m,5H),7.41～7.47(m,2H),7.57～7.59(m,2H),7.65(s,1H),7.72～7.75(m,2H),7.85(s,1H);13C NMRδ:14.1,19.9,27.0,38.4,43.6,54.2,61.9,112.0,114.8,116.8,116.9,118.4,118.6,121.4,122.0,124.2,124.4,127.0,127.2,127.6,127.8,128.1,129.9,132.3,133.8,134.2,135.6,136.3,138.3,153.4,154.1,158.3,162.0,166.7,173.3,175.7,195.8;HR-MS(ESI-TOF)m/z:Calcd for C37H32N2O5Na{[M+Na]+}607.2203,found 607.2207。

3g:白色固體,m.p.203.2～203.9 ℃;產(chǎn)率76%,dr7/1;1H NMRδ:2.20(s,3H),2.27(d,J=14.0 Hz,1H),2.32(s,3H),2.34(s,3H),2.88～2.93(m,1H),3.35(d,J=14.0 Hz,1H),3.62～3.69(m,1H),3.90～3.94(m,1H),7.02(d,J=8.0 Hz,2H),7.07～7.12(m,2H),7.19(s,1H),7.24～7.36(m,6H),7.41～7.44(m,1H),7.59(d,J=8.8 Hz,2H),7.63(s,1H),7.72～7.74(m,2H),7.85(s,1H);13C NMRδ:14.0,20.0,20.1,27.1,38.3,43.2,61.9,116.8,118.3,122.0,124.2,124.4,127.0,127.6,127.8,127.9,128.9,132.2,133.5,133.8,134.1,135.6,136.3,153.4,154.0,162.2,173.4,175.7,195.9;HR-MS(ESI-TOF)m/z:Calcd for C37H32N2O4Na{[M+Na]+}591.2254,found 591.2257。

3h:白色固體,m.p.73.5～74.3 ℃;產(chǎn)率84%,dr9/1;1H NMRδ:2.32(d,J=14.0 Hz,1H),2.35(s,3H),3.10～3.15(m,1H),3.38(d,J=13.6 Hz,1H),3.49～3.56(m,1H),3.79～3.83(m,1H),6.82～6.85(m,1H),7.05～7.08(m,1H),7.12～7.15(m,2H),7.18～7.25(m,6H),7.26～7.30(m,1H),7.36(d,J=6.8 Hz,2H),7.43～7.47(m,1H),7.52(d,J=16.0 Hz,3H),7.66(s,1H),8.06～8.09(m,1H);13C NMRδ:14.2,26.7,42.7,44.4,61.8,117.1,118.4,124.2,124.5,124.9,126.3,126.9,127.2,127.5,127.8,129.1,130.7,132.4,132.6,135.9,140.2,154.2,155.1,161.6,173.0,175.7,200.2;HR-MS(ESI-TOF)m/z:Calcd for C35H27N2O4BrNa{[M+Na]+}641.1046,found 641.1048。

3i:白色固體,m.p.135.6～136.2 ℃;產(chǎn)率77%,dr6/1;1H NMRδ:2.09(s,3H),2.81(d,J=13.6 Hz,1H),3.43(d,J=13.6 Hz,1H),3.77～3.84(m,1H),3.90～4.01(m,2H),7.02～7.08(m,3H),7.10～7.16(m,3H),7.22～7.28(m,5H),7.31(d,J=7.6 Hz,1H),7.42～7.49(m,3H),7.68～7.72(m,1H),7.80(s,1H),7.84～7.85(m,1H);13C NMRδ:13.8,26.5,37.4,44.0,61.6,109.8(d,JCF=24.4 Hz),116.6,118.7,119.3,121.0(d,JCF=25.0 Hz),124.7,125.3,126.8,127.2,127.6,127.8,128.9,132.2,134.0,136.1,137.3,138.1,151.3,154.0,158.5(d,JCF=256.2 Hz),161.7,173.8,195.6;HR-MS(ESI-TOF)m/z:Calcd for C35H26N2O4ClFNa{[M+Na]+}615.1457,found 615.1461。

3j:白色固體,m.p.115.3～115.9 ℃;產(chǎn)率84%,dr8/1;1H NMRδ:2.30(d,J=14.0 Hz,1H),2.33(s,3H),2.89～2.94(m,1H),3.20(d,J=13.6 Hz,1H),3.59～3.66(m,1H),3.92～3.96(m,1H),6.94～6.98(m,2H),7.07～7.11(m,1H),7.13～7.17(m,1H),7.21～7.28(m,6H),7.44～7.47(m,2H),7.57～7.59(m,2H),7.66(s,1H),7.68～7.71(m,1H),7.73～7.77(m,2H);13C NMRδ:14.1,27.0,38.3,43.7,61.8,109.7(d,JCF=24.2 Hz),114.7(d,JCF=21.4 Hz),116.6,118.2,119.2,119.3,120.9(d,JCF=26.1 Hz),124.5,126.8,127.3,127.8,129.0,129.7,129.8(d,JCF=26.3 Hz),132.0,136.2,136.5,151.3,154.3,158.5(d,JCF=246.4 Hz),161.9,164.8(d,JCF=253.3 Hz),173.2,175.0,194.2;HR-MS(ESI-TOF)m/z:Calcd for C35H26N2O4F2Na{[M+Na]+}599.1753,found 599.1758。

1.3 體外抗腫瘤細胞增殖活性

采用MTT法[15-19]測試了3a～3j對人白血病細胞(K562)的體外抗細胞增殖活性,以順鉑為陽性對照藥。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成

在對底物擴展中發(fā)現(xiàn)，在5 mol% 的DBU催化下，該反應(yīng)產(chǎn)率普遍較高，在二氯甲烷中反應(yīng)2 d,TLC檢測基本能反應(yīng)完全,目標(biāo)化合物3產(chǎn)率為76%～90%，dr值為4/1～9/1。該類化合物包含有連續(xù)兩個立體中心，包括一個季碳中心，在DBU的催化下，具有較高的非對映選擇性。

Scheme 2

2.2 化合物3b的單晶制備

在無水乙醇溶劑中對化合物3b進行了單晶培養(yǎng)，分析確證白色晶體3b的結(jié)構(gòu)。圖1 為化合物3b的單晶結(jié)構(gòu)圖。由圖1分析可知，化合物3b屬monoclinic晶系，P21/n空間群，晶胞參數(shù)a=10.2037(5) ?，b=25.7877(16) ?，c=11.5377(6) ?，α=90°，β=105.314(5)°，γ=90°。

圖1 化合物3b的單晶結(jié)構(gòu)Figure 1 Single crystal structure of compound 3b

2.3 反應(yīng)機理

該反應(yīng)可能機理如圖2所示:色酮-吡唑啉酮底物1在DBU催化下，底物1的3-位被活化，進攻發(fā)生α,β-不飽和酮2的β-位，發(fā)生Michael加成反應(yīng),得目標(biāo)產(chǎn)物色酮吡唑啉酮類衍生物3。

2.4 抗腫瘤細胞增殖活性

表1為3a～3j對K562的體外抗細胞增殖活性。由表1可見，化合物3a,3c,3d和3i對K562細胞增殖具有一定的抑制活性,由于在已有的10個活性數(shù)據(jù)中，很難總結(jié)其抗細胞增殖構(gòu)效關(guān)系，但可說明色酮吡唑啉酮類骨架可以作為先導(dǎo)化合物骨架進一步研究。

表1 3a～3j的體外抗腫瘤活性Table 1 In vitro antitumor activities of 3a～3j

合成了10個色酮吡唑啉酮類化合物3a～3j，產(chǎn)率76%～90%，dr值為4/1～9/1,其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI-TOF)表征，化合物3b的相對構(gòu)型通過單晶進一步進行了確定。基于共同的反應(yīng)機理，其它產(chǎn)物的相對構(gòu)型依此類推。該類化合物包含有連續(xù)兩個立體中心，包括一個季碳中心，可以為生物活性篩選提供物質(zhì)基礎(chǔ)。采用MTT法研究了3a～3j對人白血病細胞(K562)的體外抗細胞增殖活性。結(jié)果表明，化合物3a,3c,3d和3i對K562細胞增殖具有一定的抑制活性,說明色酮吡唑啉酮類骨架可以作為先導(dǎo)化合物骨架進行下一步研究。其他相關(guān)藥理活性的研究正在進行中。