CN101225049B - β-榄香烯氨基酸衍生物及其合成方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种式I所示的β-榄香烯氨基酸衍生物或其药学上可接受的盐，

式I其中，R¹、R²独立地为H或氨基上有一个氢原子被取代的氨基酸，条件是R¹、R²不同时为H。本发明还公开了β-榄香烯氨基酸衍生物的合成方法及其在制备抗癌药物中的用途。本发明的β-榄香烯氨基酸衍生物较β-榄香烯具有良好的水溶性、生物相容性及更高的抗癌活性；其也是一类重要的反应中间体，可用于合成其它的β-榄香烯衍生物。

Description

β-榄香烯氨基酸衍生物及其合成方法和用途

技术领域

本发明涉及一种抗癌药物，尤其涉及一种β-榄香烯氨基酸衍生物及其合成方法和用途。

背景技术

癌症是目前严重危害人们生命健康的常见病，β-榄香烯(β-Elemene)是近年来我国首先从姜科植物温郁金(温莪术)的根茎中提取的抗癌有效成分，其分子式为C₁₅H₂₄，结构式如下：

董金华等报道了一系列β-榄香烯抗癌化合物(董金华，β-榄香烯系列抗癌化合物的研究，中国科学院大连化学物理研究所博士论文，1995)；CN1462745专利申请公开了β-榄香烯嘧啶类衍生物；CN1462746公开了β-榄香烯五元氮杂环衍生物及其合成方法；CN1153168专利公开了榄香烯羟基类衍生物及其作为抗癌药物。宫国梁合成了哌啶基和吗啉基β-榄香烯衍生物，进行了系列衍生物的合成探索，对于芳杂环取代β-榄香烯单一异构体的合成，褚长虎做了有益的探索，得到了单一异构体化合物，产率较高，纯度亦很好。肖远胜利用组合化学的方法合成了一系列衍生物，其中的一个重要的中间体是β-榄香烯哌嗪衍生物。β-榄香烯作为中药已经应用于临床，但由于水溶性极差，限制了它的临床应用，因此，如何提高其水溶性一直倍受关注。氨基酸是蛋白质的基本组成单元，在人类生命活动中有重要作用。引入氨基酸结构单元，一方面可改善水溶性，另一方面可增强β-榄香烯在肿瘤细胞中的吸收。

发明内容

本发明要解决的技术问题即是通过将β-榄香烯分子中引入氨基酸基团，制备出一系列具有良好的水溶性和生物相容性的β-榄香烯氨基酸衍生物。

由此，本发明提供式I所示的β-榄香烯氨基酸衍生物或其药学上可接受的盐，

其中，R¹、R²独立地为H或氨基上有一个氢原子被取代的氨基酸，条件是R¹、R²不同时为H。

本发明所述的氨基酸是指结构式中带有至少一个氨基(-NH₂)和至少一个羧基(-COOH)的化合物，其可以为天然氨基酸，包括带有非极性基的中性氨基酸如α-氨基丙酸(L-丙氨酸)、苯丙氨酸等，带有极性基团但不带电荷的中性氨基酸如丝氨酸等，以及酸性氨基酸和碱性氨基酸。

所述的氨基酸也可以为分子式为NH₂(CH₂)_nCOOH的非天然氨基酸，其中n为2～10的整数，例如n为2的β-氨基丙酸(β-丙氨酸)，或n为3的γ-丁氨酸；或者是NH₂(CH₂)_mC₆H₅COOH的非天然芳香族氨基酸，其中m为0～3的整数，优选m＝1，如对甲氨基苯甲酸。

所述的盐可为各种盐，如有机酸或无机酸与β-榄香烯氨基酸衍生物上的N，或有机碱或无机碱与COOH形成的各种盐。

另外，本发明还提供上述β-榄香烯氨基酸衍生物的合成方法。同现有技术(如上述背景技术中提及的专利文献)相类似，本发明的合成方法也是从式II化合物β-榄香烯氯代物(氯代β-榄香烯)出发来合成，包括将式II化合物β-榄香烯氯代物与氨基酸溶于乙醇中，加入碱性催化剂，在10～100℃下反应1～48小时；

其中，X¹、X²独自地为H或Cl，条件是X¹、X²不同时为H。

本发明的合成方法中，氨基酸与β-榄香烯氯代物的物质的量比(摩尔比)无特殊要求，较佳地为1∶1～3。

所述的碱性催化剂可为各种无机碱性催化剂，如KOH或NaOH，以及有机碱性催化剂，如1，8-二氮二环[5.4.0]-7-十一烯(DBU)和1，5-二氮二环[4.3.0]-5-辛烯(DBN)中的一种或几种。所述的β-榄香烯氯代物与碱性催化剂的物质的量比(摩尔比)可为1∶0.35～1.10。

较佳地，本发明合成方法中所述的乙醇浓度优选70～80v/v％，反应温度优选60～70℃，反应时间可为8～48小时。

使用本发明的合成方法反应完毕后，蒸去溶剂，加入二氯甲烷，调pH为1～2，如出现沉淀，则过滤得到的沉淀物即为纯的β-榄香烯氨基酸衍生物，如不出现沉淀，则用氯仿或二氯甲烷萃取，可进一步经硅胶柱层析，用二氯甲烷和甲醇洗脱即可得到纯的β-榄香烯氨基酸衍生物。

现有技术中，在利用榄香烯与含氨基化合物反应合成榄香烯的含氨基化合物时，均是将榄香烯氯代物直接与氨类化合物在乙醇中回流，不加碱，并且要求溶剂无水，而本发明加入碱性催化剂，而对溶剂的要求没有那么苛刻，避免了处理溶剂所带来的额外的工作量。

本发明所提供的β-榄香烯氨基酸衍生物含有活泼的羧基，可用于合成其它的β-榄香烯衍生物，是一类重要的反应中间体。

本发明的β-榄香烯氨基酸衍生物具有良好的水溶性和生物相容性，可提高药效和生物利用度，较β-榄香烯具有更佳的抗肿瘤药效等特点。对癌细胞株的体外试验表明，在β-榄香烯结构中引入氨基酸结构增强了化合物的抗癌活性。

具体实施方式

下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。

下列实施例中所用的原料β-榄香烯氯代物可根据现有技术合成，如上述背景技术内容中提及的各份文献自行合成；氨基酸是ACROS公司产品；其他未具体注明的药品或实验条件按照本领域的常规条件或其制造厂商所建议的条件。

①式II化合物β-榄香烯氯代物的合成

根据文献(贾卫民，抗癌新药β-榄香烯及其衍生物的合成、结构和构效研究，中国科学院大连化学物理研究所博士论文，1991)合成β-榄香烯氯代物，具体步骤如下：将0.01mol β-榄香烯溶于10mL二氯甲烷中，加入2mL甲酸，温度控制在0～5℃，于2小时内缓慢滴加15mL次氯酸钠溶液，继续反应3～5小时。反应完毕，加入饱和的碳酸氢钠水溶液调节pH至7～8，将反应混合液静止分层，分出有机相，水相用3×10mL的二氯甲烷萃取，合并有机相，并用无水硫酸钠干燥，过滤，除去溶剂二氯甲烷，得淡黄色油状物，经硅胶柱层析后可得到无色油状物，经气相色谱分析为氯代β-榄香烯混合物，即为β-榄香烯氯代物与β-榄香烯的混合物，β-榄香烯氯代物的含量约为40～50％。其中的β-榄香烯氯代物含有下列三种化合物，主要是单取代的，即式1和式2化合物，其中又以式1化合物为主，式2化合物的含量很少。

由于该氯代β-榄香烯混合物中的β-榄香烯不易分离，而在反应结束后，因为β-榄香烯的极性与本发明最终产物的极性相差很大，极易分离。因此同现有技术，该氯代β-榄香烯混合物可直接用于本发明的合成反应，而参与反应的主要为式1化合物，故下面实施例反应式以其为例来说明。

实施例1  β-榄香烯γ-丁氨酸衍生物的合成

将0.1481g(1.4mmol)γ-丁氨酸，0.0609g NaOH，加入5mL CH₃CH₂OH和1.6mL H₂O，在室温下搅拌至完全溶解，然后加入0.64g(2.7mmol)氯代β-榄香烯混合物。在65℃的油浴下磁力搅拌，加热44个小时，溶液透明呈青色，反应完毕蒸除溶剂，加入CH₂Cl₂，用盐酸调pH值为1～2，没有出现沉淀，则用CHCl₃萃取(10mL×3)，得黄色油状液体。

通过硅胶柱采用CH₂Cl₂∶CH₃OH＝10∶1(v/v)将产物分离出来，在展开剂是CH₂Cl₂∶CH₃OH＝5∶1(v/v)时，产物Rf值为0.59。

表征：IR V_max：3080(C＝C-H)，1709(C＝O)；

¹H-NMR(CDCl₃，TMS，500MHz)，δ0.99(s，3H，CH₃)，1.20-1.79(m，6H)，1.70(s，3H，CH₃)，1.92-2.24(m，4 H)，2.45(s，2H)，3.06(s，2H)，3.45-3.70(m，2H)，4.53-4.75(m，1H)，4.77-5.01(m，3H)，5.05-5.48(m，2H)，5.72-5.90(m，1H)，8.74(s，2H，HN and COOH)；

¹³C-NMR(CD₃OD，TMS，125MHz)，δ17.36，23.53，25.66，28.49，34.58，37.10，41.05，41.16，43.96，51.81，54.00，110.93，113.21，114.20，147.67，148.95，151.55，181.00。

实施例2 β-榄香烯β-丙氨酸衍生物的合成

将0.1378g(1.5mmol)β-Ala，0.1281g NaOH，加入5mL CH₃CH₂OH和1.8mL H₂O，在室温下搅拌至完全溶解，然后加入0.70g(3.0mmol)氯代β-榄香烯混合物。在65℃的油浴下磁力搅拌，加热48个小时，溶液透明呈黄色，反应完毕蒸除溶剂，加入CH₂Cl₂，用盐酸调pH值为1～2。没有出现沉淀，则用CHCl₃萃取(10mL×3)，得黄色油状液体。

通过硅胶柱采用CH₂Cl₂∶CH₃OH＝10∶1将产物分离出来，在展开剂是CH₂Cl₂∶CH₃OH＝5∶1时，产物Rf值为0.59。

表征：IR V_max：3080(C＝C-H)，1719(C＝O)，1637(C＝C)；

¹H-NMR(CDCl₃，TMS，500MHz)，δ0.99(s，3 H，CH₃)，1.20-1.35(m，1H)，1.36-1.78(m，5H)，1.73(s，3H，CH₃)，1.99-2.19(m，2H)，2.76(s，2H)，3.20(s，2H)，3.68(s，2H)，4.97-4.57(4H，m)，5.08-5.49(2H，m)，5.80(dd，J＝17.58，6.93，1H)；

¹H-NMR(CD₃OD，TMS，500MHz)，δ1.06(s，3H)，1.30-1.35(m，1H)，1.48-1.56(m，2H)，1.59-1.69(m，3H)，1.75(s，3H)，2.07-2.16(m，2H)，2.69-2.74(m，2H)，3.24-3.28(m，2H)，3.73(s，2H)，4.64(s，1H)，4.86-4.98(m，3H)，5.32(s，1H)，5.25(s，1H)，5.87(dd，J＝17.56，10.8，1H)；

¹³C-NMR(CD₃OD，TMS，125MHz)，δ16.46，20.96，24.83，26.91，32.75，39.54，39.59，41.94，43.09，51.13，52.20，110.09，112.25，114.58，144.29，147.15，149.73，175.00。

实施例3 β-榄香烯L-丙氨酸衍生物的合成

将0.7543g(8.4mmol)α-丙氨酸，0.5774g NaOH，加入15mLCH₃CH₂OH和5mL H₂O，在室温下搅拌至完全溶解，然后加入4g(16.8mmol)氯代β-榄香烯混合物。在66℃的油浴下磁力搅拌，加热28个小时，溶液透明呈黄色，反应完毕蒸除溶剂，加入CH₂Cl₂，用盐酸调pH值为1～2。有不溶物出现，则将该溶液过滤，得到白色固体，产率57.4％。

表征：IR V_max：3080(C＝C-H)，1637(C＝O)；

¹H-NMR(CD₃OD，TMS，500MHz)，δ0.99(s，3H)，1.39-1.58(m，6H)，1.59(d，J＝6.07，3H)，1.70(s，3H)，2.01-2.10(m，2H)，3.59-3.63(m，1H)，3.74-3.83(m，2H)，4.57(s，1H)，4.82(s，1H)，4.89(s，1H)，4.91(d，J＝3.34，1H)，5.21(s，1H)，5.28(s，1H)，5.80(dd，J＝17.94，10.9，1H)。

实施例4 β-榄香烯L-苯丙氨酸衍生物的合成

将0.2079g(1.25mmol)L-苯丙氨酸，0.1058g NaOH，加入9mlCH₃CH₂OH和2.8ml H₂O，在室温下搅拌至完全溶解，然后加入0.837g(3.5mmol)氯代β-榄香烯混合物。在66℃的油浴下磁力搅拌，加热8个小时，反应完毕蒸除溶剂，加入CH₂Cl₂，用盐酸调pH值为1～2，萃取干燥，蒸除溶剂得黄色粗产物。用硅胶柱层析，洗脱液为二氯甲烷∶甲醇(体积比15∶1)，得产物0.462g，产率46.5％。

¹H-NMR(CD₃OD，TMS，500MHz)，δ0.90(s，3H)，1.21-1.58(m，6H)，1.67(s，3H)，1.84-2.05(m，2H)，3.21(s，1H)，3.27-3.50(m，3H)，3.81(s，1H)，4.52(s，1H)，4.67-4.97(m，3H)，5.06(s，2H)，5.74(dd，J＝17.31，10.92，1H)，7.23-7.34(m，5H)。

实施例5  β-榄香烯L-丝氨酸衍生物的合成

将0.1822g(1.7mmol)L-丝氨酸，0.1417g NaOH，加入10ml CH₃CH₂OH和2.5ml H₂O，在室温下搅拌至完全溶解，然后加入0.96g(4.0 mmol)氯代β-榄香烯混合物。在67℃的油浴下磁力搅拌，加热18个小时，反应完毕后蒸除溶剂，加入CH₂Cl₂，用盐酸调pH值为1～2，萃取干燥，蒸除溶剂得黄色粗产物。用硅胶柱层析，洗脱液为二氯甲烷∶甲醇(体积比10∶1)，得产物0.187g，产率35％。

¹H-NMR(CD₃OD，TMS，500MHz)，δ0.98(s，3H)，1.26-1.61(m，6H)，1.70(s，3H)，1.94-2.27(m，2H)，3.62-3.81(m，3H)，4.00-4.23(m，2H)，4.57(s，1H)，4.81(s，1H)，4.83-4.91(m，2H)，5.20-5.47(m，2H)，5.56-5.59(m，1H)。

实施例6 β-榄香烯甘氨酸衍生物的合成

将0.3751g(5.0mmol)甘氨酸，0.1417g NaOH，加入10ml CH₃CH₂OH和2.5ml H₂O，在室温下搅拌至完全溶解，然后加入2.385g(10mol)氯代β-榄香烯混合物。在67℃的油浴下磁力搅拌，加热18个小时，反应完毕后蒸除溶剂，加入CH₂Cl₂，用盐酸调pH值为1～2，萃取干燥，蒸除溶剂得黄色粗产物。用硅胶柱层析，洗脱液为二氯甲烷∶甲醇(体积比1 0∶1)，得产物0.6231g，产率42％。

¹H-NMR(CDCl₃，TMS，500MHz)，δ0.96(s，3H，CH₃)，1.30-1.62(m，6H)，1.66(s，3H，CH₃)，1.94-2.03(m，1H)，2.08--2.19(m，1H)，3.09(s，2H)，3.18(s，2H)，4.58(s，1H)，4.78(s，1H)，4.85(d，J＝4.51，1H)，4.89(s，1H)，4.91(s，2H)，5.80(dd，J＝17.92，10.41，1H)。

实施例7 β-榄香烯对甲氨基苯甲酸衍生物的合成

将0.7581g(5.0mmol)对甲氨基苯甲酸，0.1417g NaOH，加入10mlCH₃CH₂OH和2.5ml H₂O，在室温下搅拌至完全溶解，然后加入2.385g(10mol)氯代榄香烯混合物。在67℃的油浴下磁力搅拌，加热18个小时，反应完毕后蒸除溶剂，加入CH₂Cl₂，用盐酸调pH值为1～2，萃取干燥，蒸除溶剂得黄色粗产物。用硅胶柱层析，洗脱液为二氯甲烷∶甲醇(体积比10∶1)，得产物0.7805g，产率41％。

¹H-NMR(CDCl₃，TMS，500MHz)，δ0.94(s，3H)，1.32-1.38(m，2H)，1.43-1.52(m，3H)，1.55-1.62(m，1H)，1.65(s，3H)，1.97-2.09(m，2H)，3.59(s，2H)，4.19(s，2H)，4.57(s，1H)，4.78(s，1H)，4.85(d，J＝6.03，1H)，4.88(s，1H)，5.17(s，1H)，5.19(s，1H)，5.79(dd，J＝17.01，10.62，1H)。

HRMS(EI)m/z 355.2497，C₂₃H₃₁NO₂ requires M+2，355.2511。

试验实施例1  体外抗癌活性试验

1.对人慢性白血病K562细胞株的抑制作用。

取对数生长期的K562细胞，用RPMI1640悬浮后进行细胞计数，加入96孔培养板，每孔90μl(1×104个细胞)，然后加入不同浓度(100，10，1，0.1，0.01μM)的实施例3-6的β-榄香烯氨基酸衍生物(用DMSO助溶，终浓度0.5 w/v％)10μl，共设5个浓度，每个浓度设2个复孔，放入37℃的CO₂箱继续培养24h。然后加入10μl WST-1(水溶性四氮唑)溶液，培养箱中继续培养2h，置于酶标仪读数，测定波长为450nm，计算抑制率，求得线性回归方程，计算IC₅₀。

2.对人***Hela细胞的抑制作用。

人***Hela细胞复苏后，传代培养，取处于对数生长期的细胞，0.25％胰酶消化后进行细胞计数，加入到96孔培养板，每孔100μl(5×103个细胞)，在37℃培养箱里过夜。次日将培养基吸掉，然后加入用培养基配制的不同浓度的药物，其余步骤同上。结果见表1。

表1 β-榄香烯氨基酸衍生物对白血病细胞K562和人***Hela细胞的体外抗增殖活性

化合物	IC50(μmol/ml)
			HeLa	K562
	β-榄香烯实施例3实施例4实施例5实施例6	236.2102.287.5189.197.4			220.1110.278.6156.4101.3

观察了β-榄香烯氨基酸的衍生物对人白血病细胞株K562和***Hela细胞株的体外抑制作用，并采用WST-1染色法对细胞存活率进行检测，计算IC₅₀。这一结果说明，通过在β-榄香烯结构中引入氨基酸结构确实可以增强化合物的抗癌活性。

结论：

β-榄香烯氨基酸衍生物的体外抗癌活性较β-榄香烯本身有所提高。

Claims (7)

1.一种式I所示的β-榄香烯氨基酸衍生物或其药学上可接受的盐，

式I

其中，所述的式I化合物为以下结构中的任意一种：

β-榄香烯L-丙氨酸衍生物

β-榄香烯L-苯丙氨酸衍生物

或β-榄香烯L-丝氨酸衍生物

2.一种权利要求1所述的β-榄香烯氨基酸衍生物的合成方法，该合成方法包括将式II化合物β-榄香烯氯代物与氨基酸溶于乙醇中，加入碱性催化剂，在10～100℃下反应1～48小时；

式II

其中，X¹为Cl，X²为H。

3.如权利要求2所述的合成方法，其特征在于：氨基酸与β-榄香烯氯代物的摩尔比为1∶1～3。

4.如权利要求2所述的合成方法，其特征在于：所述的碱性催化剂为无机碱性催化剂和/或有机碱性催化剂，β-榄香烯氯代物与所述的碱性催化剂的摩尔比为1∶0.35～1.10。

5.如权利要求4所述的合成方法，其特征在于：所述的无机碱性催化剂为KOH和/或NaOH；所述的有机碱性催化剂为1，8-二氮二环[5.4.0]-7-十一烯和/或1，5-二氮二环[4.3.0]-5-辛烯。

6.如权利要求2所述的合成方法，其特征在于：所述的乙醇浓度为70～80v/v％，反应温度为60～70℃，反应8～48小时。

7.权利要求1所述的β-榄香烯氨基酸衍生物或其药学上可接受的盐在制备抗癌药物中的用途。