金剛烷席夫堿類衍生物的設(shè)計合成及其初步抗腫瘤活性研究

宮旭陽，郭瑞春，2，朱佳慧，2，夏 艷，2*

(1.長春工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院, 吉林 長春 130012；2.長春工業(yè)大學(xué) 材料高等研究院, 吉林 長春 130012)

0 引 言

研究發(fā)現(xiàn)，席夫堿化合物可以廣泛地應(yīng)用于催化[10]、藥物[11]和光電材料[12]等領(lǐng)域，同樣，席夫堿衍生物的電分析應(yīng)用也很熱門[13-16]。金剛烷席夫堿類化合物一方面有金剛烷類化合物優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、脂溶性好等特點，同時也具有席夫堿化合物的結(jié)構(gòu)特點和較大的π共軛體系，預(yù)期將金剛烷骨架與席夫堿結(jié)構(gòu)相結(jié)合會得到結(jié)構(gòu)新穎和性能獨特的新化合物。文中以金剛烷為母體,通過一系列化學(xué)反應(yīng)合成得到金剛烷席夫堿衍生物5a-f，并進(jìn)行了抗癌細(xì)胞增殖活性的研究。目的為了篩選出結(jié)構(gòu)新穎、低毒性和抗癌效果好的先導(dǎo)化合物。

目標(biāo)化合物5a-f的合成路線如圖1所示。

圖1 目標(biāo)化合物5a-f的合成路線

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

實驗中所需藥品購于北京百靈威科技有限公司；

試劑購于北京化工廠；

實驗中甲苯應(yīng)實驗前用鈉和二苯甲酮除水、回流精制；

其他試劑均為市售分析純。

AVANCE 400核磁共振波譜儀，購于Bruker瑞士公司；

日前，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹園藝系教授李光晨通過多年研究、選育，培育出我國首個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鮮食型芭蕾蘋果優(yōu)良新品種“金蕾1號”和“金蕾2號”。

Autoflex speed MALDI-TOF飛行時間質(zhì)譜儀，購于Bruker德國公司；

Lambda 25紫外-可見吸收光譜儀，購于美國Perkin Elmer公司；

RFG5301PC熒光光譜儀，購于日本島津公司。

1.2 實驗過程

1.2.1 1-(對甲苯)金剛烷2的合成

向反應(yīng)瓶(100 mL)中加入金剛烷溴(1 g)，加入無水K2CO3(321 mg)，量取15 mL精制甲苯加入反應(yīng)瓶，再加入10%Pd/C 攪拌均勻。氮氣保護(hù)下115 ℃加熱回流反應(yīng)24 h。反應(yīng)結(jié)束待溫度降至40 ℃后，過濾，用二氯甲烷多次沖洗，得到透明溶液，旋出多余溶劑，選擇合適的洗脫劑(石油醚)，用柱層析法純化，最后得到白色固體0.870 5 g，產(chǎn)率82.9%。1H-NMR (CDCl3,400 MHz)δ7.28(d,J=8 Hz,2H),7.14(d,J= 8 Hz,2H),2.33(s,3H),2.10(s,3H),1.91(s,6H),1.81～1.74(m,6H);13C-NMR (CDCl3,100 MHz)δ148.49,134.88,128.82,124.72,49.39,43.34,36.90,29.07。

1.2.2 1-[4-(溴甲基)苯基]金剛烷3的合成

向反應(yīng)瓶(100 mL)中加入中間體2(200 mg)，加入NBS(188.72 mg)，加入BPO(10 mg)，量取10 mL四氯化碳加入反應(yīng)瓶。氮氣保護(hù)下80 ℃加熱回流反應(yīng)16 h。反應(yīng)結(jié)束待溫度降至40 ℃后，用四氯化碳多次沖洗，過濾，旋出多余溶劑，選擇合適的洗脫劑(DCM∶PE(v∶v)=1∶30)，用柱層析法純化，最后得到淡黃色固體166.7 mg，產(chǎn)率62%。1H-NMR (CDCl3,400 MHz)δ7.19(s,4H),4.43(s,2H),2.03(b,3H),1.83(s,6H),1.71～1.69 (m,6H);13C-NMR(CDCl3,100 MHz)δ151.78,134.80,128.82,125.37,43.13,36.79,28.95。

1.2.3 4-(1-金剛烷基)苯甲醛4的合成

向反應(yīng)瓶(100 mL)中加入中間體3(100 mg)，加入(CH2)6N4(64.29 mg)，依次向反應(yīng)瓶中加入乙醇(5 mL)和水(5 mL)。氮氣保護(hù)下85 ℃加熱回流反應(yīng)30 min后，將量取好的冰醋酸倒入恒壓液滴漏斗中，并逐滴加入上述溶液中。反應(yīng)3～4 h，TLC追蹤反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束冷卻到室溫，逐滴加入濃HCl(1 mL)到反應(yīng)液中，繼續(xù)反應(yīng)1.5 h。反應(yīng)結(jié)束待溫度降至室溫，用氫氧化鈉溶液調(diào)整pH至中性，用二氯甲烷萃取，過濾，用無水硫酸鎂干燥，減壓抽濾，旋出多余溶劑，選擇合適的洗脫劑(EA∶PE(v∶v)=1∶20)，用柱層析法純化。最后得到白色固體(52.7 mg)，產(chǎn)率66.9%。1H-NMR(CDCl3,400 MHz)δ9.98(s,1H),7.83(d,J=8 Hz,2H),7.53(d,J=8 Hz,2H),2.12(s,3H),1.94(b,6H),1.83～1.75(m,6H);13C-NMR (CDCl3,100 MHz)δ191.82,158.43,129.65,125.56,42.94,36.69,29.10。

1.2.4 目標(biāo)產(chǎn)物的合成

向反應(yīng)瓶(100 mL)中加入化合物4(1當(dāng)量)，加入乙醇，使其充分溶解，將含有不同取代基的苯胺(1.2當(dāng)量)溶于乙醇中，并將其逐滴加入化合物4的乙醇溶液中，加入少量冰乙酸。氮氣保護(hù)下混合物在80 ℃加熱回流反應(yīng)24 h。待反應(yīng)冷卻至室溫，過濾，乙醇多次沖洗，粗產(chǎn)物經(jīng)過柱層析色譜得到席夫堿衍生物5a-f。

5a:1H-NMR (CDCl3,400 MHz)δ8.49(s,1H),7.88(d,J=8 Hz,2H),7.48(d,J=8 Hz,2H),7.15(s,4H),2.13(s,3H),1.96(s,6H),1.84～1.76(m,6H);13C-NMR (CDCl3, 100 MHz)δ162.88,155.55,153.94,140.40,133.49,128.87,126.36,125.49,124.42,122.09,116.18,42.95,36.73,28.90;FT-IR(KBr,cm-1):2 898,2 848(C-H),1 626(C=N),1 239,1 093(C-N),975(=C-H);TOF-MS:m/z334.198 7 [M+H]+。

5b:1H-NMR(CDCl3,400 MHz)δ8.43(s,1H),7.88(d,J=8 Hz,2H),7.47(d,J=8 Hz,2H),7.15～7.10(m,1H),6.98～6.96(m,3H),3.88(s,3H),2.13(s,3H),1.95(s,6H),1.84～1.76(m,6H);13C-NMR(CDCl3, 100 MHz)δ161.33,155.05,152.25,142.38,133.84,128.79,126.33,125.44,121.06,120.34,111.66,55.93,42.97,36.66,28.86;FT-IR(KBr,cm-1):2 904,2 843(C-H),1621(C=N),1 291,1 256(C-N),971(=C-H);TOF-MS:m/z346.228 9[M+H]+。

5c:1H-NMR(CDCl3,400 MHz)δ8.40(s,1H),7.89～7.83(m,2H),7.48(d,J=8 Hz,2H),7.36～7.27(m,1H),6.98～6.90(m,4H),2.16(s,3H),1.95(s,6H),1.81～1.76(m,6H);13C-NMR (CDCl3,100 MHz)δ164.55,161.17,154.93,154.22,133.35,130.41,128.85,125.51,116.68,112.32,108.13,42.95,36.68,28.90;FT-IR (KBr,cm-1):2 894,2 843(C-H),1 637(C=N),1 306,1 256(C-N),977(=C-H);TOF-MS:m/z334.201 0[M+H]+。

5d:1H-NMR (CDCl3,400 MHz)δ8.44(s,1H),7.85(d,J=8 Hz,2H),7.47(d,J=8 Hz,2H),7.20(d,J=8 Hz,2H),7.13(d,J=8 Hz,2H),2.38(s,3H),2.13(s,3H),1.96(s,6H),1.84～1.76(m,6H);13C-NMR(CDCl3,100 MHz)δ159.58,154.94,149.84,135.49,133.83,129.72,128.59,125.32,120.79,43.04,36.69,28.92,20.98;FT-IR(KBr,cm-1):2 904,2 844(C-H),1 596(C=N),1 317,1 251(C-N),957(=C-H);TOF-MS:m/z 330.214 5[M+H]+。

5e:1H-NMR (CDCl3,400 MHz)δ8.51(s,1H),7.85(d,J=8 Hz,2H),7.48(d,J=8 Hz,2H),7.41～7.37(m,2H),7.22～7.19(m,3H),2.12(s,3H),1.95(s,6H),1.83～1.75(m,6H);13C-NMR(CDCl3,100 MHz)δ160.36,155.14,152.43,133.68,129.10,128.68,125.68,125.36,120.85,43.02,36.69,28.90;FT-IR(KBr,cm-1):2 898,2 838(C-H),1 626(C=N),1 301,1 174(C-N),977(=C-H);TOF-MS:m/z 316.201 3[M+H]+。

5f:1H-NMR(CDCl3,400 MHz)δ8.50(s,1H),7.83(d,J=8 Hz,2H),7.46(d,J=8 Hz,2H),7.17(t,J=8 Hz,2H),7.06(t,J=8 Hz,2H),2.12(s,3H),1.94(s,6H),1.83～1.75(m,6H);13C-NMR(CDCl3,100 MHz)δ162.35,160.12,155.23,148.43,133.56,128.67,125.38,122.24,115.84,43.03,36.70,28.99;FT-IR(KBr,cm-1):2 904,2 844(C-H),1 616(C=N),1 309,1 193(C-N),978(=C-H);TOF-MS:m/z 334.200 9[M+H]+。

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)構(gòu)表征

由圖1可知，以1-溴金剛烷為原料，經(jīng)過付克烷基化反應(yīng)、自由基取代、氧化反應(yīng)和脫水反應(yīng)得到目標(biāo)化合物5a-f。在FT-IR譜圖中，目標(biāo)化合物在1 600～1 650 cm-1左右出現(xiàn)C=N 雙鍵的吸收峰，1 000～700 cm-1左右出現(xiàn)=C-H雙鍵的吸收峰；1H NMR譜圖中，席夫堿基-CH=N-上的質(zhì)子信號在8.51和8.44左右處，在δ1.94，1.85和1.41處為金剛烷骨架的質(zhì)子信號，化合物5f的核磁共振氫譜如圖2所示。

圖2 化合物5f的核磁共振氫譜

TOF-MS譜圖中，所有化合物均出現(xiàn)[M+1]+峰。

2.2 細(xì)胞毒活性

為了篩選具有抗腫瘤活性的先導(dǎo)化合物，用CCK-8法測定化合物對三種腫瘤癌細(xì)胞系(HeLa、MCF-7和A549)以及一種正常細(xì)胞(HEK-293)的生長抑制活性，20 μM濃度下化合物的抑制活性見表1。

表1 化合物對細(xì)胞的生長抑制活性 %

具體步驟如下：收集對數(shù)期細(xì)胞，調(diào)整細(xì)胞懸液濃度約為5×103cell/mL，接種于96孔板，每孔加入100 μL；37 ℃，5%CO2孵育至細(xì)胞單層鋪滿孔板，加入濃度梯度的小分子，待測小分子的終濃度分別為2.5,5.0,10.0,20.0,40.0 μmol/L；37 ℃，5%CO2孵育48 h，倒置顯微鏡下觀察；每孔加入100 μL的CCK-8溶液，繼續(xù)培養(yǎng)1 h；終止培養(yǎng)，選擇490 nm波長，在酶聯(lián)免疫監(jiān)測儀上測定各孔光吸收值，記錄結(jié)果，以時間為橫坐標(biāo)，吸光值為縱坐標(biāo)繪制細(xì)胞生長曲線，以5-氟尿嘧啶作為陽性參照。從表中可以看出,合成的化合物對宮頸癌細(xì)胞沒有抑制作用，而鄰位上有甲氧基的化合物5f相對于間位上有氟原子的5a對人乳腺癌細(xì)胞的抑制活性好，但是跟陽性對照相比稍差。而化合物5b比5c對人肺癌細(xì)胞有更好的抑制活性，不帶取代基的化合物5e對人肺癌細(xì)胞的抑制活性最好，陽性對照則對人的肺癌細(xì)胞無抑制活性。以上結(jié)果說明基團(tuán)的空間位阻也可以影響化合物對癌細(xì)胞活性，為以后計算機(jī)輔助設(shè)計該類化合物起到了指導(dǎo)性作用，此類化合物的構(gòu)效關(guān)系和作用機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

3 結(jié) 語

利用經(jīng)典而有效的制備途徑，首次合成了新型含金剛烷結(jié)構(gòu)的席夫堿類衍生物5a-f。通過研究化合物對腫瘤細(xì)胞的抑制活性實驗發(fā)現(xiàn)：相對于陽性參照5-氟尿嘧啶目標(biāo)化合物5e對人肺癌細(xì)胞A549有較好的抑制活性，充分說明此設(shè)計達(dá)到了預(yù)期的效果。該研究對設(shè)計新型具有抗癌活性含金剛烷骨架的化合物、構(gòu)效關(guān)系以及作用機(jī)理的研究有一定的參考價值。