新型1,4-苯并二氮雜-5-酮三氟乙基和環丙基取代衍生物的合成及抗腫瘤活性初探

李 斌, 何 菱

(四川大學 華西藥學院,四川 成都 610041)

近十年來,文獻報道的七元雜環分子中,有近55%的生物活性表現在抗腫瘤方面[1-14](Chart 1),由此可知,七元氮雜環結構是一種潛在的抗腫瘤生物活性的結構單元。2013年,Olivier等[10]報道了具有破壞BET特定結構域(BRD2, BRD3和BRD4)功能的強效苯并二氮類抑制劑的構效關系,其中I-BET762(Chart 1)已進行白血病、淋巴瘤、腦瘤和骨髓瘤等多種癌癥的臨床試驗工作。基于此,開展該類衍生物的合成和活性研究具有重要的現實意義。

Chart 1

本文為簡化結構,從滲透性和不可逆結合方面改善抗腫瘤活性,以簡單鄰硝基苯甲酸衍生物為底物,經3或4步反應,并在第3步關環反應中用乙酰丙酮鉬和三氟甲磺酸銅作為催化劑,最終合成了10個新型七元氮雜環1,4-苯并二氮雜-5-酮三氟乙基和環丙基取代衍生物(4a～4f,5a～5b,6a～6b, Scheme 1),其結構經1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI)表征。

Scheme 1

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Varian Mercury 400/600 MHz型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑,TMS為內標)；Bruker Daltonics Data analysis 3.2 mass spectrometer型質譜儀。

所用試劑均為分析純。

1.2 合成(以化合物4a、 5b和6b為例)

(1) 化合物2a的合成

將鄰硝基苯甲酸(501.00 mg, 3.00 mmol)置于干凈無水的反應瓶中,氮氣保護下向反應瓶中加入二氯亞砜(4.00 mL),并于80 ℃反應2 h。反應完全后,將多余二氯亞砜旋出,得到鄰硝基苯甲酰氯。將三氟乙胺(0.26 mL, 3.30 mmol)置于另一裝有攪拌子的干燥反應瓶內,氮氣保護,無水操作下注入無水二氯甲烷(20.00 mL)和三乙胺(3.00 mL)。隨后在冰浴條件下加入鄰硝基苯甲酰氯,升至室溫,反應10 h(TLC監測)。加入飽和碳酸氫鈉溶液進行淬滅反應,用乙酸乙酯萃取,有機相用飽和食鹽水洗滌,經硅膠柱層析(洗脫劑:石油醚/乙酸乙酯=1/1,V/V)純化得白色固體2a690.00 mg,產率93%。

(2) 化合物3a的合成

將化合物2a(248.00 mg, 1.00 mmol)置于干燥的反應瓶中,注入干燥四氫呋喃(10.00 mL),氮氣保護下進行無水操作。將反應瓶置于冰浴中,并向其中加入二異丙基氨基鋰(LDA, ca. 2.00 M, 0.75 mL, 1.50 mmol),充分攪拌15 min。采用注射器緩慢滴加烯丙基溴化物(220.00 mg, 1.50 mmol)使其反應3 h, TLC監測至反應結束。之后向反應中加入飽和氯化銨溶液進行淬滅反應,用乙酸乙酯萃取,有機相用飽和食鹽水洗滌,無水硫酸鈉干燥,減壓旋蒸濃縮,得棕色油狀液體3a,不經分離純化,繼續下一步反應。

(3) 化合物4a的合成

將化合物3a(31.60 mg, 0.10 mmol)置于裝有攪拌子的反應管中,隨后依次加入三苯基膦(75.00 mg, 0.29 mmol),乙酰丙酮鉬(3.30 mg, 0.01 mmol),三氟甲烷磺酸酮(3.60 mg, 0.01 mmol),并注入干燥甲苯(3.00 mL)。將反應置于110 ℃的油浴鍋中反應12 h，TLC監測至反應結束后,減壓濃縮,經硅膠柱層析(洗脫劑:二氯甲烷/丙酮=70/1,V/V)純化得白色油狀液體三氟乙基取代的1,4-苯并二氮雜-5-酮4a10.00 mg。

(4) 化合物5b的合成

將化合物4d(30.00 mg, 0.12 mmol)置于裝有攪拌子的反應管中,注入干燥的四氫呋喃(3.00 mL),氮氣保護下進行無水操作。將反應瓶置于冰浴中,并向其中加入二異丙基氨基鋰(LDA, ca. 2.00 M, 0.12 mL, 0.24 mmol),充分攪拌15 min。加入氨基磺酰氯(27.60 mg, 0.24 mmol),TLC監測至反應結束后,向反應中加入飽和氯化銨溶液進行淬滅反應,用乙酸乙酯萃取,有機相用飽和食鹽水洗滌,無水硫酸鈉干燥,減壓旋蒸濃縮,經硅膠柱層析(洗脫劑:石油醚/丙酮=4/1,V/V)純化得黃色油狀液體5b21.60 mg。

(5) 化合物6b的合成

將化合物4e(51.20 mg, 0.20 mmol)置于裝有攪拌子的反應管中,并注入干燥的甲醇(2.00 mL)。之后將反應管置于-78 ℃,通入臭氧,反應1 min，再向其中加入二甲硫醚,攪拌下反應1 h。旋蒸除去二甲硫醚,殘余物經硅膠柱層析(洗脫劑:石油醚/乙酸乙酯=2/1,V/V)純化得白色油狀液體6b23.00 mg。

2-(丙-1-烯-2-基)-4-(2,2,2-三氟乙基)-1,2,3,4-四氫-5H-苯并[e][1,4]二氮雜-5-酮(4a):白色油狀液體,收率35%:1H NMR(400 MHz, Methanol-d4)δ: 7.60(d,J=7.8 Hz, 1H), 7.26(t,J=7.1 Hz, 1H), 6.84(d,J=8.2 Hz, 1H), 6.79(t,J=7.5 Hz, 1H), 5.10(s, 1H), 4.97(s, 1H), 4.70～4.54(m, 1H), 4.26(dd,J=7.8 Hz, 2.1 Hz, 1H), 3.99～3.86(m, 1H), 3.79(dd,J=15.3 Hz, 8.1 Hz, 1H), 3.59(dd,J=15.3 Hz, 2.7 Hz, 1H), 1.79(s, 3H);13C NMR(101 MHz, Methanol-d4)δ: 171.94, 146.06, 145.31, 132.74, 131.17, 124.73(q,J=280.0 Hz), 120.00, 119.12, 118.18, 112.28, 64.61, 50.28, 48.02(q,J=33.6 Hz), 17.95; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C14H16N2OF3{[M-H]-}285.1209 found 285.1211。

8-氟-2-(丙-1-烯-2-基)-4-(2,2,2-三氟乙基)-1,2,3,4-四氫-5H-苯并[e][1,4]二氮雜-5-酮(4b):淡黃色油狀液體,收率42%;1H NMR(400 MHz, Methanol-d4)δ: 7.67(dd,J=8.7 Hz, 6.9 Hz, 1H), 6.55(dd,J=11.2 Hz, 2.2 Hz, 1H), 6.49(td,J=8.8 Hz, 8.4 Hz, 2.4 Hz, 1H), 5.08(s, 1H), 4.99(s, 1H), 4.71～4.49(m, 1H), 4.24(dd,J=8.1 Hz, 2.0 Hz, 1H), 3.99～3.87(m, 2H), 3.82(dd,J=15.3 Hz, 7.9 Hz, 1H), 3.62(dd,J=15.4 Hz, 2.5 Hz, 1H), 1.80(s, 3H);13C NMR(101 MHz, Methanol-d4)δ: 170.86, 165.89(d,J=248.9 Hz), 148.33(d,J=11.8 Hz), 144.76, 134.49(d,J=11.1 Hz), 124.72(q,J=280.0 Hz), 115.40(d,J=1.9 Hz), 112.55, 105.21(d,J=22.8 Hz), 103.92(d,J=24.4 Hz), 64.13, 50.39, 48.22(q,J=33.5 Hz), 17.85; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C14H15N2OF4{[M-H]-}303.1115 found 303.1116。

9-甲基-2-(丙-1-烯-2-基)-4-(2,2,2-三氟乙基)-1,2,3,4-四氫-5H-苯并[e][1,4]二氮雜-5-酮(4c):白色油狀液體,收率33%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 7.39(d,J=7.2 Hz, 1H), 7.20(d,J=6.9 Hz, 1H), 6.67(t,J=7.5 Hz, 1H), 5.06(s, 1H), 4.98(s, 1H), 4.92(s, 1H), 4.76～4.58(m, 1H), 4.24(dd,J=10.7 Hz, 2.6 Hz, 1H), 4.09～3.92(m, 1H), 3.72(dd,J=15.3 Hz, 8.3 Hz, 1H), 3.54(dd,J=15.2 Hz, 2.3 Hz, 1H), 2.18(s, 3H), 1.74(s, 3H);13C NMR(101 MHz, DMSO-d6)δ: 170.75, 145.92, 143.64, 133.90, 130.27, 126.17,125.38(q,J=282.1 Hz), 121.57, 118.05, 112.94, 64.01, 50.18, 48.14(q,J=32.7 Hz), 19.62, 18.84; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C15H18N2OF3{[M-H]-}299.1366 found 299.1365。

4-環丙基-8-氟-2-(丙-1-烯-2-基)-1,2,3,4-四氫-5H-苯并[e][1,4]二氮雜-5-酮(4d):白色油狀液體,收率32%;1H NMR(400 MHz, Methanol-d4)δ: 7.64(t,J=7.7 Hz, 1H), 6.62～6.31(m, 2H), 5.09(s, 1H), 4.97(s, 1H), 4.13(m, 1H), 3.68(dd,J=14.9 Hz, 7.2 Hz, 1H), 3.57(dd,J=15.2 Hz, 2.2 Hz, 1H), 2.91～2.79(m, 1H), 1.81(s, 3H), 0.98～0.86(m, 1H), 0.86～0.75(m, 2H), 0.74～0.65(m, 1H);13C NMR(101 MHz, Methanol-d4)δ: 172.11, 165.55(d,J=248.1 Hz), 148.21(d,J=11.6 Hz), 145.09, 133.87(d,J=11.0 Hz), 117.12(d,J=2.0 Hz), 112.09, 105.03(d,J=22.6 Hz), 103.79(d,J=24.3 Hz), 65.46, 50.17, 31.71, 18.13, 7.79, 5.12; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C15H18N2OF{[M-H]-}261.1398 found 261.1397。

4-環丙基-9-甲基-2-(丙-1-烯-2-基)-1,2,3,4-四氫-5H-苯并[e][1,4]二氮雜-5-酮(4e):淡黃色油狀液體,收率36%;1H NMR(400 MHz, Methanol-d4)δ: 7.42(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.20(d,J=7.1 Hz, 1H), 6.72(t,J=7.5 Hz, 1H), 5.14(s, 1H), 4.98(s, 1H), 4.37～4.10(m, 1H), 3.68(dd,J=15.0 Hz, 6.9 Hz, 1H), 3.53(dd,J=14.7 Hz, 3.2 Hz, 1H), 2.97～2.76(m, 1H), 2.21(s, 3H), 1.81(s, 3H), 0.97～0.87(m, 1H), 0.86～0.75(m, 2H), 0.75～0.63(m, 1H);13C NMR(151 MHz, Methanol-d4)δ: 173.54, 145.51, 143.27, 133.14, 128.76, 125.49, 122.78, 118.16, 111.95, 65.64, 49.73, 31.38, 18.26, 16.89, 7.63, 5.22; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C16H21N2O{[M-H]-}257.1648 found 257.1648。

4-環丙基-2-(丙-1-烯-2-基)-1,2,3,4-四氫-5H-苯并[e][1,4]二氮雜-5-酮(4f):淡黃色油狀液體,收率35%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 7.78(d,J=7.8 Hz, 1H), 7.24(t,J=6.9 Hz, 1H), 6.89(t,J=7.5 Hz, 1H), 6.68(d,J=7.7 Hz, 1H), 5.12(s, 1H), 4.96(s, 1H), 4.09(dd,J=8.0 Hz, 3.0 Hz, 1H), 3.57(dd,J=14.9 Hz, 8.2 Hz, 1H), 3.46(dd,J=14.9 Hz, 3.4 Hz, 1H), 3.06～2.77(m, 1H), 1.78(s, 3H), 1.01～0.89(m, 1H), 0.87～0.67(m, 3H);13C NMR(101 MHz, Chloroform-d)δ: 171.49, 145.34, 139.25, 132.30, 131.77, 123.63, 119.96, 119.29, 113.17, 66.63, 50.30, 31.45, 19.49, 8.03, 6.04; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C15H19N2O{[M-H]-}243.1492 found 243.1497。

4-環丙基-5-氧代-2-(丙-1-烯-2-基)-2,3,4,5-四氫-1H-苯并[e][1,4]二氮雜-1-磺酰胺(5a):黃色油狀液體,收率70%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 7.81(d,J=7.8 Hz, 1H), 7.27(t,J=7.1 Hz, 1H), 7.16(d,J=6.3 Hz, 1H), 6.93(s, 2H), 6.90(d,J=8.3 Hz, 1H), 6.69(t,J=7.4 Hz, 1H), 6.10(s, 1H), 4.12～3.96(m, 1H), 3.28～3.07(m, 2H), 2.28～2.18(m, 1H), 2.01(s, 3H), 0.57～0.46(m, 1H), 0.42～0.15(m, 3H);13C NMR(101 MHz, DMSO-d6)δ: 188.45, 152.92, 148.01, 134.31, 131.00, 130.68, 120.99, 120.31, 117.47, 57.56, 50.10, 33.07, 24.74, 8.30, 6.93; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C15H19N3O3SNa{[M-Na]-}344.1039, found 344.1044。

4-環丙基-8-氟-5-氧基-2-(丙-1-烯-2-基)-2,3,4,5-四氫-1H-苯并[e][1,4]二氮雜-1-磺酰胺(5b):黃色油狀液體,收率55.4%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 7.88(t,J=8.0 Hz, 1H), 7.42(d,J=6.1 Hz), 6.94(s, 2H), 6.68(d,J=11.6 Hz, 1H), 6.54(t,J=8.3 Hz, 1H), 6.10(s, 1H), 4.13～3.98(m, 1H), 3.26～3.02(m, 2H), 2.36～2.13(m, 1H), 2.01(s, 3H), 0.68～0.48(m, 1H), 0.46～0.11(m, 3H);13C NMR(101 MHz, DMSO-d6)δ: 187.26, 166.16(d,J=249.4 Hz), 152.67, 149.99(d,J=12.6 Hz), 134.29(d,J=11.4 Hz), 130.86, 118.34(d,J=0.7 Hz), 105.95(d,J=23.0 Hz), 104.60(d,J=23.9 Hz), 57.60, 50.28, 33.02, 24.73, 8.34, 6.89; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C15H18N3O3FSNa{[M-Na]-}362.0945 found 362.0946。

2-乙酰基-4-環丙基-3,4-二氫-5H-苯并[e][1,4]二氮雜-5-酮(6a):白色油狀液體,收率60%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 7.92(d,J=7.8 Hz, 1H), 7.67(t,J=7.6 Hz, 1H), 7.49(t,J=7.4 Hz, 1H), 7.44(d,J=7.9 Hz, 1H), 3.90(s, 2H), 2.98～2.82(m, 1H), 2.53(s, 3H), 0.83～0.75(m, 2H), 0.75～0.67(m, 2H);13C NMR(101 MHz, DMSO-d6)δ: 198.03, 167.60, 165.08, 144.80, 132.17, 131.12, 128.85, 128.52, 127.55, 41.23, 31.69, 25.01, 7.38; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C14H14N2O2Na{[M-Na]-}265.0948 found 265.0948。

2-乙酰基-4-環丙基-9-甲基-3,4-二氫-5H-苯并[e][1,4]二氮雜-5-酮(6b):白色油狀液體,收率45%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 7.72(d,J=7.8 Hz, 1H), 7.52(d,J=7.3 Hz, 1H), 7.36(t,J=7.7 Hz, 1H), 3.87(s, 2H), 2.97～2.77(m, 1H), 2.55(s, 3H), 2.40(s, 3H), 0.82～0.64(m, 4H);13C NMR(101 MHz, DMSO-d6)δ: 198.04, 167.75, 163.39, 143.23, 134.93, 133.13, 128.82, 128.67, 128.17, 41.14, 31.66, 25.03, 18.47, 7.36; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C15H17N2O2{[M-H]-}257.1285 found 257.1278。

1.3 抗腫瘤活性實驗方法

乳腺癌細胞系MDA-MB-231等在含有10%胎牛血清,42 mmol·L-1谷氨酰胺,1 mmol·L-1丙酮酸鈉,100 μg·mL-1鏈霉素,100 μg·mL-1青霉素和0.25 μg·mL-1兩性霉素的5%二氧化碳DMEM培養基中常規培養,培養溫度為37 ℃。腫瘤細胞被接種在含有10%胎牛血清的DMED培養基的24孔板培養板上,接種密度為每孔2×104個。將細胞以苯并二氮雜產物在0.01～1.00 mmol·L-1之間的5種劑量濃度下培養5 d。使用相同體積的二甲基亞砜作為空白對照,以苯達莫司汀(Bendamustiune,雙功能烷化劑)和伏立諾他(SAHA, HDAC抑制劑)作為陽性藥物對照,采用細胞數與細胞活力分析儀計數。以藥物處理過的細胞存活數除以空白對照細胞存活數計算細胞存活百分比。

2 結果與討論

2.1 抗腫瘤活性

本研究分別選取了人乳腺癌細胞MDA-MB-231,非小細胞肺癌細胞A549,宮頸癌細胞HeLa和慢性骨髓性白血病細胞K562進行體外抗腫瘤測試,實驗結果如表1所示。從表1中可知,化合物對4種腫瘤細胞均有一定抑制作用,其中4a的活性較突出,三氟乙基的引入使得該類化合物對K562細胞具有良好的活性,IC50值可達2.6 μM。此外,4a對A549和MDA-MB-231腫瘤細胞也有較好的抑制作用,但是對Hela細胞的抑制效果不佳。6a和6b的測試結果顯示,經臭氧化反應衍生獲得α,β-不飽和酮衍生物,使得化合物對K562細胞的活性提高,IC50值均低于10 μM。由5a的的抑制活性可知,磺酰胺基的引入,使得化合物對腫瘤的抑制作用有所增強,但可能因溶解性原因效果仍不理想,因而需進一步優化。苯并二氮雜化合物中引入三氟乙基和環丙基等不同基團,以及在苯環上甲基氟代對MDA-MB-231, A549, HeLa和K562均有不同程度影響。因此,揭示該類化合物的抗腫瘤活性具有重要研究意義。

表1 抗腫瘤活性試驗結果Table 1 Antitumor activities of the compounds

3 結論

本研究經3步或4步反應,并且在第3步關環反應中使用乙酰丙酮鉬和三氟甲磺酸銅作為催化劑共合成了10個未見文獻報道的苯并二氮雜酮三氟乙基和環丙基取代衍生物。首先以取代的鄰硝基苯甲酰胺衍生物為底物,在乙酰丙酮鉬和三氟甲烷磺酸銅的催化下,三苯基膦作還原劑,通過硝基還原、雙鍵重排、氮賓插入過程完成了七元雜環化合物的構建。此外,對人乳腺癌細胞MDA-MB-231、非小細胞肺癌細胞A549、宮頸癌細胞HeLa和慢性骨髓性白血病細胞K562 4種細胞株的體外抗腫瘤活性進行了測定。其中,三氟乙基的引入使得該類化合物對K562的活性IC50值達2.6 μM,表明三氟乙基和環丙基修飾的七元環對抗腫瘤活性有一定的影響。同時,經臭氧化反應衍生獲得的α,β-不飽和酮衍生物使得化合物對K562細胞的活性IC50值達4.9 μM。經抗腫瘤活性初步探索,有望改善和提高該類衍生物的抗腫瘤活性,為進一步研究腫瘤活性提供參考。