CN108822170B - 一类蒽醌并咪唑核苷类似物及其合成方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一类蒽醌并咪唑核苷类似物及其合成方法和应用，属于化学及医药技术领域。本发明的技术方案要点为：一类蒽醌并咪唑核苷类似物，其结构式为：

Description

一类蒽醌并咪唑核苷类似物及其合成方法和应用

技术领域

本发明属于化学及医药技术领域，具体涉及一类蒽醌并咪唑核苷类似物及其合成方法。

背景技术

蒽环类化合物最早是作为从不同链霉菌中分离出的含色素抗生素来研究的，因其显著的抗病毒和抗肿瘤活性而在1963年正式被命名为蒽环类抗生素(Anthracycline,ANT)。蒽环类抗生素又称蒽环糖苷类抗生素，是由一个四环的发色团(糖苷配基，7,8,9,10-四氢-5,12-萘并萘醌，式1-1)通过糖苷键与一个或多个糖或氨基糖连接而成的，不同的蒽环类物质，其配基或糖互有差异。

自1957年分离出第一个蒽环类抗生素-柔红霉素(Daunorubicin,DNR)，并被应用于临床治疗急性白血病以来，蒽环类药物因其疗效确切，抗肿瘤谱广的优势已成为目前临床上广泛使用的一类最为有效的抗肿瘤药物之一。蒽环类抗生素在抗肿瘤领域发挥着重要的作用，在临床上表现出明显的剂量-效应的线性关系，但药物剂量的增加也将引起毒副作用的显著，主要是心脏毒性、骨髓抑制和消化***的不良反应。这些都严重影响和限制了蒽环类药物在临床上的长期和广泛使用，因此众多的科研工作者致力于研究低毒性的蒽环类抗生素的开发。

核苷类似物(Nucleoside Analogue,NA)是一类重要的抗病毒抗肿瘤药物，主要包括嘌呤和嘧啶核苷衍生物。自1959年第一个核苷类药物碘苷(IDU)被应用于临床上治疗疱疹性角膜炎并获得成功以来，核苷类药物在抗病毒抗肿瘤领域发挥着重要作用，比如目前临床上用于防治疱疹病毒感染的首选药物-阿昔洛韦(Acyclovir)、抗HIV药物-齐多夫定(AZT)和拉米夫定(LMV,3TC)及治疗巨细胞感染的药物-更昔洛韦(Ganciclovir,GCV)等。

咪唑环(Imidazole Ring)是生物体内组胺、组氨酸产生生物活性和发挥生理作用的重要基团，具有广泛的生物活性。咪唑是含有两个N原子的五元芳氮杂环，可以形成多种非共价键的相互作用，比如氢键、π-π键相互作用和与金属离子配位等。正是由于咪唑环这种特殊的结构，使得其衍生物得到广泛的应用，如作为识别受体应用于超分子识别，作为人工酶应用于仿生催化以及作为药物时表现出广泛的生物活性。

Gibson D.及其课题组利用临床上常用的抗肿瘤药物铂类药物，如顺铂(Cisplatin,CDDP)、卡铂(Carboplatin,CBP)、奥沙利铂(Oxaliplatin)等的生物活性，将金属铂和蒽环类化合物叠加到一起得到一类新型的活性很好的蒽环类顺铂化合物。这种通过不同的具有生物活性的化合物的叠加来获得新型的活性更高的化合物的思想，在新药研发中已得到广泛的应用。本发明基于蒽环类化合物、核苷类似物及咪唑类化合物所表现出的的引人注目的生物活性，将咪唑环引入蒽环类化合物中，保留蒽环类药物的母核结构BCD环作为DNA嵌入部分，并在咪唑环上引入不同的糖基以期增加目标化合物的水溶性及改善化合物的生物活性。当在蒽醌化合物上通过咪唑的形式链接上各种五元糖和六元糖时，得到了一批结构新颖且具有生活活性的的蒽环抗生素和核苷类似物，然而目前尚没有该方面的相关报道。

本专利申请得到了国家自然科学基金(21702051)、河南师范大学博士启动课题(qd15108)、河南师范大学青年科学基金(2016QK10)、河南省高等学校重点科研项目计划(17A350006,18A150009)及环境化学与生态毒理学国家重点实验室(KF2016-01)的资助与支持。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一类结构新颖且具有生物活性的蒽醌并咪唑核苷类似物及其合成方法，该方法合成的蒽醌并咪唑核苷类似物具有较好的抗癌活性，进而能够用于制备抗癌药物。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一类蒽醌并咪唑核苷类似物，其特征在于其结构式为：

其中：Y选自以下结构：

R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇分别独立选自-H、-OH或-OAc；

R₈选自-H、-CH₃、-HOCH₂、-AcOCH₂；

R₉、R₁₀分别独立选自-H、-OH、-OAc、-CH₃、-OCH₃或-N₃。

本发明所述蒽醌并咪唑核苷类似物部分选自以下化合物：

本发明所述的蒽醌并咪唑核苷类似物的合成方法，其特征在于合成路线为：

(1)糖基受体4,11-二羟基蒽并[2,3-d]咪唑-5,11-二酮5的合成

(2)蒽醌并咪唑核苷类似物I系列化合物的合成

(3)蒽醌并咪唑核苷类似物II系列化合物的合成

(4)蒽醌并咪唑核苷类似物III系列化合物的合成

(5)蒽醌并咪唑核苷类似物IV、V、VI系列化合物的合成

将蒽醌并咪唑核苷类似物I系列化合物、II系列化合物和III系列化合物分别用无水甲醇溶解，再加入3倍摩尔量的甲醇钠后室温反应，待TLC监测反应完全后，用0.1M柠檬酸调节溶液的pH＝5，过滤，用水洗涤滤饼，再将滤饼于35℃真空干燥分别得到蒽醌并咪唑核苷类似物IV系列化合物、蒽醌并咪唑核苷类似物V系列化合物和蒽醌并咪唑核苷类似物VI系列化合物。

优选的，所述糖基受体4,11-二羟基蒽并[2,3-d]咪唑-5,11-二酮5的具体合成过程为：

步骤S1：取8g化合物1即1,4-二羟基-9,10-蒽醌于250mL圆底烧瓶中，加入100mL冰醋酸，搅拌混合均匀，然后加入5mL浓硝酸，于60℃加热搅拌3.5h，将反应液过滤，滤饼先用15mL冰醋酸洗涤，再用水洗涤至中性，真空干燥得到化合物2，产率为69％；

步骤S2：取2.5g盐酸羟胺于100mL圆底烧瓶中，加入80mL无水乙醇溶解，再加入氢氧化钾1.5g，搅拌30min后滤出KCl白色固体，取滤液置于250mL圆底烧瓶中，将2.5g化合物2加入到上述滤液中，搅拌1.5h，过滤，滤饼分别用无水乙醇和水洗涤，再真空干燥得到化合物3，产率为94％；

步骤S3：取12.24g硫化钠于250mL圆底烧瓶中，加入90mL乙醇和30mL水溶解，然后将2.55g化合物3加入到上述溶液中，搅拌混合均匀后再加入2.77g氯化铵，回流搅拌反应6h，反应液冷却至5～10℃后过滤，滤饼用无水乙醇和水洗涤，真空干燥得到化合物4，产率为95％；

步骤S4：取2g化合物4于250mL圆底烧瓶中，加入40mL甲酸，搅拌混合均匀后回流反应3h，待反应液冷却至室温后，将其倒入100mL冰水中，然后滴加质量浓度为20％的氢氧化钠溶液至反应液呈中性，过滤，滤饼用水洗涤，真空干燥得到化合物4,11-二羟基蒽并[2,3-d]咪唑-5,11-二酮5，产率为87％。

优选的，所述蒽醌并咪唑核苷类似物I-1化合物的具体合成过程为：

取0.2mmol四乙酰核糖和0.22mmol化合物5于50mL圆底烧瓶中，加入15mL干燥的二氯甲烷溶解，在冰浴条件滴加0.6mmol 1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯，搅拌20min后，再滴加0.8mmol三甲硅基三氟甲磺酸酯，持续冰浴反应30min后，将反应体系升温至回流反应，待TLC监测四乙酰核糖反应完全后，冷却至室温，加水终止反应，用饱和NaHCO₃溶液调节溶液的pH＝7，二氯甲烷萃取，饱和食盐水洗涤有机相，无水Na₂SO₄干燥，过滤，浓缩有机相，用柱色谱进行分离得到蒽醌并咪唑核苷类似物I-1化合物，产率为86％。

优选的，所述蒽醌并咪唑核苷类似物II-1化合物的具体合成过程为：

取0.2mmol全乙酰甘露糖和0.22mmol化合物5于50mL圆底烧瓶中，加入10mL 干燥的乙腈搅拌，注射加入0.4mmol N,O-双(三甲基硅基)乙酰胺，室温搅拌30min后，在冰浴条件下加0.6mmol三甲硅基三氟甲磺酸酯，持续冰浴搅拌20min后，室温反应，待TLC监测全乙酰甘露糖反应完全后，加水终止反应，用饱和NaHCO₃溶液调节溶液的pH＝7，二氯甲烷萃取，饱和食盐水洗涤有机相，无水Na₂SO₄干燥，过滤，浓缩有机相，用柱色谱进行分离得到蒽醌并咪唑核苷类似物II-1化合物，产物为73％。

优选的，所述蒽醌并咪唑核苷类似物III-1化合物的具体合成过程为：

取0.4mmol化合物5和催化量0.04mmol(NH₄)₂SO₄于25mL圆底烧瓶中，加入5mL六甲基二硅氮烷，在N₂保护下于120℃回流反应15h后，真空条件下将六甲基二硅氮烷旋干得到粗产品，再将粗产品用二氯甲烷溶解后，加入0.2mmol 6-脱氧鼠李糖和50mg新烘干的

分子筛，室温搅拌30min后，在冰浴条件下加入0.7mmol N-碘代丁二酰亚胺，搅拌30min后，滴加0.7mmol TfOH的饱和二氯甲烷溶液，持续冰浴30min后，室温反应至TLC监测原料反应完毕后加入二氯甲烷稀释，再加入饱和的硫代硫酸钠溶液，并用质量浓度为5％的碳酸氢钠溶液调节溶液的pH＝7，二氯甲烷萃取，有机相用饱和食盐水洗涤，无水Na₂SO₄干燥，过滤，浓缩有机相，用柱色谱进行分离得到蒽醌并咪唑核苷类似物III-1化合物，产率为71％。

本发明所述的蒽醌并咪唑核苷类似物在制备抗癌药物中的应用。

优选的，所述蒽醌并咪唑核苷类似物在制备抑制白血病细胞K562或/和肺癌细胞A549增殖药物中的应用。

本发明将咪唑环引入蒽环类化合物中，保留蒽环类药物的母核结构BCD环作为DNA嵌入部分，并在咪唑环上引入不同的糖基以期增加目标化合物的水溶性及改善化合物的生物活性，当在蒽醌化合物上通过咪唑的形式链接上各种五元糖和六元糖时得到了一系列结构新颖且具有生物活性的蒽环抗生素和核苷类似物，具有较好的应用前景。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

1.糖基受体4,11-二羟基蒽并[2,3-d]咪唑-5,11-二酮5的合成

取8g化合物1即1,4-二羟基-9,10-蒽醌于250mL圆底烧瓶中，加入100mL冰醋酸，搅拌混合均匀，然后加入5mL浓硝酸，于60℃加热搅拌反应3.5h。将反应液过滤，滤饼先用15mL冰醋酸洗涤，再用大量水洗涤至中性，真空干燥即可得到化合物2，产率为69％。

取2.5g盐酸羟胺于100mL圆底烧瓶中，加入80mL无水乙醇溶解，再加入氢氧化钾1.5g，搅拌30min后，滤出KCl白色固体，取滤液置于250mL圆底烧瓶中，将2.5g化合物2加入到上述滤液中，搅拌1.5h，过滤，滤饼分别用无水乙醇和水洗涤，真空干燥即可得到化合物3，产率为94％。

取12.24g硫化钠于250mL圆底烧瓶中，加入90mL乙醇和30mL水溶解，然后将2.55g化合物3加入到上述溶液中，搅拌混合均匀后再加入2.77g氯化铵，回流搅拌反应6h，反应液冷却至5～10℃后过滤，滤饼用无水乙醇和水洗涤，真空干燥即可得到化合物4，产率为95％。

取2g化合物4于250mL圆底烧瓶中，加入40mL 甲酸，搅拌混合均匀后回流反应3h。待反应液冷却至室温后，将其倒入100mL冰水中，然后滴加质量浓度为20％的氢氧化钠溶液至反应液呈中性，过滤，滤饼用水洗涤，真空干燥即可得到化合物4,11-二羟基蒽并[2,3-d]咪唑-5,11-二酮5，产率为87％。

2.糖基化反应

化合物I系列的合成

化合物I-1的合成：取0.2mmol四乙酰核糖和0.22mmol化合物5于50mL圆底烧瓶中，加入15mL干燥的二氯甲烷溶解，在冰浴条件滴加0.6mmol 1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)，搅拌20min后，再滴加0.8mmol三甲硅基三氟甲磺酸酯(TMSOTf)，持续冰浴反应30min后，将反应体系升温至回流反应。待TLC监测四乙酰核糖反应完全后，冷却至室温，加水终止反应，用饱和NaHCO₃溶液调节溶液的pH＝7，二氯甲烷萃取(30mL×3)，饱和食盐水洗涤有机相，无水Na₂SO₄干燥，过滤，浓缩有机相，用柱色谱进行分离即可得到化合物I-1，产率为86％。化合物I-2、I-3、I-4、I-5均经上述实验方法合成，产率分别为90％、36％、48％、57％。

化合物II系列的合成

化合物II-1的合成：取0.2mmol全乙酰甘露糖和0.22mmol化合物5于50mL圆底烧瓶中，加入10mL干燥的乙腈搅拌，注射加入0.4mmol N,O-双(三甲基硅基)乙酰胺(BSA)，室温搅拌30min后，在冰浴条件下加0.6mmol TMSOTf，持续冰浴搅拌20min后，室温反应。待TLC监测全乙酰甘露糖反应完全后，加水终止反应，用饱和NaHCO₃溶液调节溶液的pH＝7，二氯甲烷萃取，饱和食盐水洗涤有机相，无水Na₂SO₄干燥，过滤，浓缩有机相，用柱色谱进行分离即可得到化合物II-1，产率为73％。化合物II-2、II-3也经过上述实验方法合成，产率分别为15％和47％。

化合物III系列的合成

化合物III-1的合成：取0.4mmol化合物5和催化量的(NH₄)₂SO₄(0.04mmol)于25mL圆底烧瓶中，加入5mL六甲基二硅氮烷(HMDS)，在N₂保护下于120℃回流反应15h后，真空条件下将HMDS旋干得到粗产品。将粗产品用二氯甲烷溶解后，加入0.2mmol 6-脱氧鼠李糖和50mg

分子筛(新烘干)，室温搅拌30min后，在冰浴条件下加入0.7mmol N-碘代丁二酰亚胺(NIS)，搅拌30min后，缓慢滴加0.7mmol TfOH的饱和二氯甲烷溶液(1.3M)，持续冰浴30min后，室温反应至TLC监测原料反应完毕后，加入二氯甲烷稀释，加入饱和的硫代硫酸钠溶液，并用质量浓度为5％的碳酸氢钠溶液调节溶液的pH＝7，二氯甲烷萃取，有机相用饱和食盐水洗涤，无水Na₂SO₄干燥，过滤，浓缩有机相，用柱色谱进行分离即可得到化合物III-1，产率为71％。化合物III-2～III-8均采用同样的方法合成，产率分别为69％、68％、69％、69％、74％、73％和71％。

3.化合物IV、V、VI系列的合成

将化合物I系列、II系列和III系列分别用20mL无水甲醇溶解，加入3倍摩尔量的甲醇钠后室温反应，待TLC监测反应完全后，用0.1M柠檬酸调节溶液的pH＝5，过滤，用水洗涤滤饼，将滤饼于35℃真空干燥即可定量的得到化合物IV系列、V系列和VI系列。

4.部分化合物初步测定的活性数据分析

将药物敏感的白血病细胞K562、肺癌细胞A549分别接种于含10wt％胎牛血清的相应培养基中，在37℃，体积分数为5％的CO₂及饱和湿度条件下培养，每周传代2次，用0.25wt％胰蛋白酶消化，1:3传代接种于新的培养瓶中。通过MTS法测定了所合成的蒽环类抗生素简单结构类似物IV、V和VI系列的抗癌活性。取对数期生长期细胞接种于96孔培养板，每孔5×10³个细胞，培养箱中孵育24h后，更换含不同浓度化合物(0、3、6、9、12、15、18μM/L)的完全培养液，每个浓度组设置3个复孔，以不添加化合物的完全培养基培养的细胞为对照组，并设置只含有培养液的调零组。培养72h后，加入20μL MTT(5mg/mL)，继续培养4h后缓慢吸除上清液，加150μL DMSO，振荡摇晃10min使结晶充分溶解后用酶标仪检测490nm吸光度(A)值。计算细胞存活率(IR)：IR＝(A_{实验组均值}-A_{调零组均值})/(A_{对照组均值}-A_{调零组均值})×100％，用SPSS软件的非线性回归方法计算药物半数致死浓度(IC₅₀)。

初步的生物活性测试表明，化合物IV系列、V系列和VI系列在白血病细胞K562、肺癌细胞A549中，对癌细胞具有较好的抑制作用。三个系列的蒽醌并咪唑模拟物对肺癌细胞A549细胞的半抑制浓度均在40μM以下，其中化合物VI系列表现出了更好的活性(尤其是VI-3、VI-4、VI-6和VI-7)，IC50值大多在10μM以下。三个系列的蒽醌并三氮唑模拟物对白血病细胞K562细胞的半抑制浓度更低，其中化合物IV-1、VI-2、VI-3、VI-5、VI-6和VI-7表现出了比较好的活性，IC50值均在5μM以下。

Compound(I-1):¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ14.45(s,1H),14.23(s,1H),8.32(s,1H),8.13–8.10(m,2H),7.61(s,2H),6.58(s,1H),5.65(s,1H),5.42–5.40(m,1H),4.49–4.43(m,3H),2.17(s,3H),2.16(s,3H),2.08(s,3H)；¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ179.22,179.00,170.27,169.48,169.12,161.08,156.74,142.41,142.01,133.43,133.14,132.66,132.26,128.86,126.28,126.11,107.90,107.19,89.16,79.65,74.92,68.90,62.12,20.80,20.43(2)。

Compound(I-2):¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ14.66(s,1H),14.40(s,1H),8.28(dd,J＝6.0Hz,1H),8.24(dd,J＝7.6Hz,1H),8.18(s,1H),7.72–7.71(m,2H),6.54(d,J＝2.4Hz,1H),5.65–5.63(m,1H),5.11(t,J＝6.0Hz,1H),4.40–4.37(m,1H),2.15(s,3H),2.11(s,3H),1.55(d,J＝6.0Hz,3H)；¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ179.64,179.41,169.74,169.32,161.38,157.08,142.77,142.48,133.63,133.35,133.02,132.63,129.19,126.55,126.38,108.56,107.43,89.35,78.07,75.14,73.91,20.61,20.54,18.52。

Compound(III-1):¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ14.81(s,1H),14.36(s,1H),8.30–8.26(m,6.2Hz,3H),7.76–7.71(m,2H),6.86(d,J＝8.0Hz,1H),5.69(dd,J＝8.4,3.2Hz,1H),5.50(t,J＝3.3Hz,1H),4.98(s,1H),4.26–4.21(m,1H),2.30(s,3H),2.19(s,3H),1.88(s,3H),1.61(d,J＝7.2Hz,3H)；¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ180.89,180.42,169.68,169.42,169.35,160.27,156.34,143.07,141.46,133.81,133.51,133.21,132.87,129.72,126.66,126.46,108.37,107.48,76.84,73.92,71.37,68.92,67.95,21.07,20.83,20.46,16.22。

Compound(III-2):¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ14.52(s,1H),14.28(s,1H),8.21–8.11(m,3H),7.68–7.64(m,2H),6.26(d,J＝10.8Hz,1H),5.29–5.23(m,1H),4.93(t,J＝9.2Hz,1H),3.86(dd,J＝9.2,6.0Hz,1H),2.87(d,J＝8.4Hz,1H),2.19–2.15(m,1H),2.10(s,3H),2.06(s,3H),1.32(d,J＝6.0Hz,3H)；¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ179.65,179.37,170.28,170.16,161.33,157.16,142.25,141.56,133.65,133.36,133.03,132.63,128.89,126.57,126.38,108.16,107.32,81.70,73.59,73.57,70.42,37.49,21.00,20.92,17.83。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (5)

1.一类蒽醌并咪唑核苷类似物VI系列化合物，其特征在于其结构式为：

。

2.一种权利要求1所述的蒽醌并咪唑核苷类似物VI系列化合物的合成方法，其特征在于合成路线为：

(1)糖基受体5的合成：

；

(2) 蒽醌并咪唑核苷类似物III系列化合物的合成：

；

(3)蒽醌并咪唑核苷类似物VI系列化合物的合成：

将蒽醌并咪唑核苷类似物III系列化合物用无水甲醇溶解，再加入3倍摩尔量的甲醇钠后室温反应，待TLC监测反应完全后，用0.1M柠檬酸调节溶液的pH＝5，过滤，用水洗涤滤饼，再将滤饼于35℃真空干燥得到蒽醌并咪唑核苷类似物VI系列化合物。

3.根据权利要求2所述的蒽醌并咪唑核苷类似物VI系列化合物的合成方法，其特征在于所述糖基受体5的具体合成过程为：

步骤S1：取8g化合物1即1 ,4-二羟基-9 ,10-蒽醌于250mL圆底烧瓶中，加入100mL冰醋酸，搅拌混合均匀，然后加入5mL浓硝酸，于60℃加热搅拌3 .5h，将反应液过滤，滤饼先用15mL冰醋酸洗涤，再用水洗涤至中性，真空干燥得到化合物2，产率为69％；

步骤S2：取2.5g盐酸羟胺于100mL圆底烧瓶中，加入80mL无水乙醇溶解，再加入氢氧化钾1.5g，搅拌30min后滤出KCl白色固体，取滤液置于250mL圆底烧瓶中，将2.5g化合物2加入到上述滤液中，搅拌1.5h，过滤，滤饼分别用无水乙醇和水洗涤，再真空干燥得到化合物3，产率为94％；

步骤S3：取12.24g硫化钠于250mL圆底烧瓶中，加入90mL乙醇和30mL水溶解，然后将2.55g化合物3加入到上述溶液中，搅拌混合均匀后再加入2.77g氯化铵，回流搅拌反应6h，反应液冷却至5～10℃后过滤，滤饼用无水乙醇和水洗涤，真空干燥得到化合物4，产率为95％；

步骤S4：取2g化合物4于250mL圆底烧瓶中，加入40mL甲酸，搅拌混合均匀后回流反应3h，待反应液冷却至室温后，将其倒入100mL冰水中，然后滴加质量浓度为20％的氢氧化钠溶液至反应液呈中性，过滤，滤饼用水洗涤，真空干燥得到糖基受体5，产率为87％。

4.权利要求1所述的蒽醌并咪唑核苷类似物VI系列化合物在制备抗癌药物中的应用。

5.权利要求1所述蒽醌并咪唑核苷类似物VI系列化合物在制备抑制白血病细胞K562或/和肺癌细胞A549增殖药物中的应用。