【好文推荐】3-氟或3-氨基-6-取代-5,6-二氢吡咯[3,4-b]吡啶-7-酮的合成及其初步抗肿瘤活性

中国医药工业杂志 2019-06-15 06:50:29

3-氟或3-氨基-6-取代-5,6-二氢吡咯[3,4-b]吡啶-7-酮的合成及其初步抗肿瘤活性

Synthesis and Primary Anti-tumor Activities of 3-Fluoro- or 3-Amino-6-substituted-5,6-dihydropyrrolo[3,4-b]pyridin-7-ones

王 帅,周 恒,赵 凯,詹晓平,毛振民*

(上海交通大学药学院,上海 200240)

摘要:以沙利度胺为先导化合物,对其结构进行改造。以3- 甲基-2- 氰基吡啶为起始原料,经一系列反应合成得到3-氟-6- 取代-5,6- 二氢吡咯[3,4-b] 吡啶-7- 酮(12a ~ 12g) 和3- 氨基-6- 取代-5,6- 二氢吡咯[3,4-b] 吡啶-7- 酮(16a ~16g) 2 个系列共计14 个新型沙利度胺类似物,结构经1H NMR 与高分辨质谱表征确证。并选取MCF-7、A549、HCT-116、MG-63 和HUVEC 这5 种细胞,采用MTT 法对目标化合物的抗肿瘤活性进行初筛。结果表明,3- 氨基取代的系列化合物活性总体优于3- 氟取代系列,且16a、16b 和16f 对MCF-7 细胞表现出高选择性,其中16a 活性最好,其IC50 值为34 μmol/L。

关键词:沙利度胺类似物;氟取代;氨基取代;合成;抗肿瘤活性

以下为文章节选

沙利度胺(thalidomide,1),又名反应停,化学名为N-(2,6- 二氧代-3- 哌啶基) 邻苯二甲酰亚胺,属于合成性谷氨酸衍生物。最初作为抗妊娠反应的镇静类药物在1957 年投放欧洲市场,但随后因其强致畸作用(“反应停事件”) 退出市场[1]。然而后续几十年的研究表明,1 具有复杂多样的药理学作用[2—5],主要包括抗血管生成、免疫调节、促肿瘤细胞凋亡和诱导蛋白泛素化降解等,尤其是随着程序性死亡受体1(PD-1)、程序性死亡受体-配体1(PD-L1) 抗体等肿瘤免疫疗法的兴起,1 作为具有免疫调节作用和抗肿瘤活性的多靶点药物也日渐受到关注,以其为先导化合物展开的结构改造研究已成为研究热点之一。目前,已有来那度胺(lenalidomide,2)、泊马度胺(pomalidomide,3)及阿普斯特( apremilast,4) 等多个类似物( 图1)获批上市,它们在多发性骨髓瘤等恶性肿瘤以及部分免疫性疾病的临床治疗上疗效显著[6—7]。


本研究以1 为先导化合物,对其结构进行改造。①将其母核苯环替换为吡啶环,利用吡啶环可以成盐的特性来改善化合物的溶解性,同时在吡啶环3-

位引入氟或氨基,考察其对抗肿瘤活性的影响。②借鉴活性较强的2 的结构,将其母核中丁二酰亚胺环部分的双羰基改为单羰基结构。③将其侧链戊二

酰亚胺替换为芳香环或脂肪链结构,考察侧链结构对抗肿瘤活性的影响。


本研究共设计合成了14 个目标化合物(12a ~12g 和16a ~ 16g),合成方法如图2 所示。以3-甲基-2- 氰基吡啶( 5) 为起始原料,经水解[8]、酯化得3- 甲基吡啶-2- 甲酸甲酯(7),然后经硝化[9]、还原[10],制得重要中间体3- 甲基-5- 氨基吡啶-2-甲酸甲酯(9)。9 再经改进的Balz-Schiemann 反应(HF- 重氮化反应) 在吡啶环上引入氟取代[11—12] ;由于HF 较强的氢键作用,反应体系中氟离子浓度较低,而加入适量的氟化钾可以提高氟离子浓度从而改善反应收率。随后对吡啶环苄位进行溴化得3-溴甲基-5- 氟吡啶-2- 甲酸甲酯(11)。11 再与各种有机胺进行环合反应得目标化合物3- 氟-6- 取代-5,6- 二氢吡咯[3,4-b] 吡啶-7- 酮(12a ~ 12g) ;其中12g 的合成方法为:首先N- 叔丁氧羰基-L- 谷氨酰胺经分子内环合、脱保护得中间体3- 氨基-2,6-哌啶二酮三氟乙酸盐[13],随后与11 经缩合反应制得12g。


目标化合物3- 氨基-6- 取代-5,6- 二氢吡咯[3,4-b] 吡啶-7- 酮(16a ~ 16g) 的合成路线与12a ~ 12g 类似。预试验表明3- 甲基-5- 硝基吡啶-2- 甲酸甲酯( 8) 上的吡啶甲基难以发生自由基溴化反应,可能是由于硝基的强极化作用弱化了吡啶环的共轭体系,导致苄位自由基难以稳定存在[14]。而对于化合物9,采用N- 溴代琥珀酰亚胺(NBS) /偶氮二异丁腈(AIBN) 对其甲基进行自由基溴化时,由于氨基的强供电子效应,使吡啶环上也发生了亲电取代的溴化反应,且产物复杂。因此本研究首先利用NBS/ 乙酸铵在9 的吡啶环上进行完全的亲电溴代[15],然后采用NBS/AIBN 对吡啶苄位进行自由基溴化,从而得到单一产物3- 溴甲基-5- 氨基-4,6- 二溴吡啶-2- 甲酸甲酯(14)。14 再与各种有机胺进行环合反应得化合物15a ~ 15g,其中15g 的合成方法与12g 类似。然后再通过钯炭氢化还原脱去吡啶环上的溴,从而得到目标化合物3- 氨基-6- 取代-5,6- 二氢吡咯[3,4-b] 吡啶-7- 酮(16a ~ 16g)。最后一步还原所得产物为氢溴酸盐,后处理时采用碳酸氢钠水溶液对其进行中和,然后用二氯甲烷(DCM) 萃取,所得粗品经硅胶柱色谱分离纯化得最终产物;而化合物16g 水溶性强,中和后难以通过萃取得到,因此所得是其氢溴酸盐。所有目标化合物均未见文献报道,结构均经1HNMR 及HRMS 表征。


本研究采用MTT 法对目标化合物进行了初步抗肿瘤活性筛选,结合当前发病率较高的几类恶性肿瘤及本课题组前期研究工作,选取人乳腺癌细胞(MCF-7)、人非小细胞肺癌细胞(A549)、人结肠癌细胞(HCT-116)、人成骨肉瘤细胞(MG-63) 和人脐静脉血管内皮细胞(HUVEC) 等5 种细胞按参考文献进行试验[16—17],其中HUVEC 用作正常细胞参考,并同时初步考察化合物的血管生成抑制活性,结果如表1 所示。

结果表明:①阳性对照1 及2 无显著的体外肿瘤细胞增殖抑制活性,与孙广龙、徐小峰等报道一致[16—17],这可能与其在人体内通过结合E3 泛素连接酶复合物CRBN-CRL4 调控体内蛋白泛素化降解从而发挥抗肿瘤作用有关[5]。②目标化合物12a ~12g 对MCF-7、A549 和HCT-116 细胞均无显著的增殖抑制活性;而对于MG-63 及HUVEC 细胞,12a、12c、12d、12e 则表现出一定的增殖抑制活性;而12b、12f 与12g 则总体上活性较差。③与3- 氟取代的12a ~ 12g 相比,3- 氨基取代的化合物16a ~ 16g 则表现出更强的增殖抑制活性。化合物16a、16b 及16f 对MCF-7 细胞表现出了高选择性,IC50 均小于100 μmol/L,其中16a 活性最好(IC50=34 μmol/L)。16e 除对MCF-7 的抗增殖活性较好(IC50=55 μmol/L) 外,对另4 种细胞株也表现出一定强度的增殖抑制活性。此外,16c 对HCT-116 和MG-63,16d 对HCT-116 也表现出了较好的抗增殖

活性。


结合化合物结构,可以发现当吡啶环上3- 氨基取代时,化合物总体活性优于3- 氟取代,且部分对MCF-7 细胞表现出高选择性,而3- 氟取代的化合物则对MG-63 及HUVEC 具有一定选择性;对于侧链结构,取代苯环活性好于戊二酰亚胺及脂肪链结构,且当侧链苯环间位甲基单取代或存在卤素取代( 尤其是含氟) 时,对活性提升具有积极的意义。


实验部分

3- 甲基吡啶-2- 甲酸(6)

3- 甲基吡啶-2- 甲酸甲酯(7)

3- 甲基-5- 硝基吡啶-2- 甲酸甲酯(8)

3- 甲基-5- 氨基吡啶-2- 甲酸甲酯(9)

3- 甲基-5- 氟吡啶-2- 甲酸甲酯(10)

3- 溴甲基-5- 氟吡啶-2- 甲酸甲酯(11)

3- 氟-6- 取代-5,6- 二氢吡咯[3,4-b] 吡啶-7-酮(12a ~ 12g) 的合成通法

3- 甲基-5- 氨基-4,6- 二溴吡啶-2- 甲酸甲酯(13)

3- 溴甲基-5- 氨基-4,6- 二溴吡啶-2- 甲酸甲酯(14)

3- 氨基-2,4- 二溴-6- 取代-5,6- 二氢吡咯[3,4-b]-吡啶-7- 酮(15a ~ 15g)

3- 氨基-6- 取代-5,6- 二氢吡咯[3,4-b] 吡啶-7-酮(16a ~ 16g) 的合成通法



作者简介:王 帅(1990—),男,硕士研究生,专业方向:药物化学。

E-mail:shuaixwang@163.com

通信联系人:毛振民(1964—),男,博士、教授,从事抗肿瘤药物与杂环化学研究。

Tel:021-34204050

E-mail:zmmao@sjtu.edu.cn




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