CN112694476A - 一种呋喃甲酰胺基β-咔啉类化合物及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种呋喃甲酰胺基β‑咔啉类化合物及其制备方法和应用。该类化合物的结构通式如式Ⅰ所示。其制备方法及其抗肿瘤用途，属于药物化学领域。药理实验结果表明，本发明所涉及的化合物具有优良的抑制癌细胞增殖活性，临床上可作为抗肿瘤药物应用。

Description

一种呋喃甲酰胺基β-咔啉类化合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于药物化学合成和药物治疗学领域，特别涉及一种呋喃甲酰胺基β- 咔啉类化合物及其制备方法和应用。

技术背景

β-咔啉是一种在植物和动物中形成的吲哚类生物碱，具有常见的三环吡啶 [3,4-b]吲哚环结构，自然生成和合成的β-咔啉生物碱由于具有广泛的重要药理和生物学特性而被广泛研究，如抗锥虫体和抗利什曼，抗阿尔茨海默病，抗血小板聚集和抗血栓形成、抗帕金森和作为DYRK1A抑制剂。值得一提的是，β-咔啉类生物碱具有强大的抗肿瘤活性。β-咔啉生物碱存在能够在DNA碱基对之间堆叠的多环芳香族平面药效团，因此可以***DNA，改变DNA复制保真度并且影响DNA修复过程中酶的活性。

我们通过采用活性结构拼接和结构改造方法，将溴化呋喃酮骨架改造为5- 芳基-2-甲酰基呋喃骨架，并将其与β-咔啉相结合，得到了一系列结构新颖的呋喃甲酰胺化合物Ⅰ-1～Ⅰ-13。

生物活性测试结果表明，该类化合物具有显著的抑制A549人非小细胞肺癌细胞、HepG2人肝癌细胞、MCF-7人乳腺癌细胞、Hala人***细胞、Caco-2 人克隆结肠腺癌细胞和HCT-116人结肠癌细胞等增殖的作用，对癌细胞表现出明显的细胞毒性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种呋喃甲酰胺基β-咔啉类化合物及其制备方法和应用，该化合物具有良好的抗肿瘤活性，对A549人非小细胞肺癌细胞、HepG2 人肝癌细胞、MCF-7人乳腺癌细胞、Hala人***细胞、Caco-2人克隆结肠腺癌细胞和HCT-116人结肠癌细胞等恶性肿瘤细胞的细胞增殖有较好的抑制效果，具有较好的抗肿瘤药物的开发利用前景。

本发明采用的技术方案：

本发明提供一种式Ⅰ所示呋喃甲酰胺基β-咔啉类化合物：

式Ⅰ中R基为单取代或多取代，所述R基为甲氧基、卤素或硝基；所述卤素为氟、氯或溴。

进一步，所述R基优选为4-甲氧基、2-氟基、3-氟基、4-氟基、2-氯基、3- 氯基、4-氯基、2-硝基、3-硝基、4-硝基、2,4-二氟基、2,6-二氟基、4-溴基。

本发明还提供一种所述呋喃甲酰胺基β-咔啉类化合物的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)式Ⅱ化合物与HCl和NaNO₂，0～5℃反应，制备式Ⅲ化合物反应液；向式Ⅲ化合物反应液中加入2-呋喃甲酸丙酮溶液、氯化铜二水合物水溶液，0～5℃下反应6小时，随后再在室温下反应16小时，纯化分离得到式Ⅳ化合物；

(2)在二氯甲烷和氯化亚砜存在下，式Ⅳ化合物，45℃下回流反应生成式Ⅴ化合物；

(3)在二氯甲烷、三乙胺存在下，式Ⅴ化合物与9H-吡啶[3,4-b]吲哚(β- 咔啉)，室温反应结束后，除去反应溶剂，用体积浓度50％乙酸乙酯水溶液萃取后，水相用乙酸乙酯萃取，乙酸乙酯相用饱和食盐水洗涤后无水硫酸钠干燥，以体积比8:1的石油醚/乙酸乙酯为洗脱剂进行硅胶柱层析，收集Rf值为0.3的组分，得到式Ⅰ化合物；

式Ⅱ中R基为单取代或多取代，所述R基为甲氧基、卤素或硝基；所述卤素为氟、氯或溴；式Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ中R同式Ⅱ中R。

本发明制备呋喃甲酰胺基β-咔啉类化合物的反应式为：

本发明所述呋喃甲酰胺基β-咔啉类化合物的制备方法，具体按如下步骤进行：

(1)化合物Ⅳ的制备：将式II化合物加入质量浓度15％的盐酸水溶液，置于冰水混合物中充分搅拌直至对甲氧基苯胺完全溶解，随后在0～5℃下滴加质量浓度30％的亚硝酸钠水溶液，滴加完毕后，搅拌15分钟，获得含式Ⅲ化合物的反应液；往含式Ⅲ化合物的反应液中加入2-呋喃甲酸的丙酮溶液和氯化铜二水合物的去离子水溶液，0～5℃下反应6小时，随后再在室温(25-30℃)下反应16 小时；反应结束后，抽滤，滤饼用水洗涤后再用饱和碳酸氢钠水溶液溶解至pH 为7～8，随后加入盐酸酸化直至无固体析出，过滤，收集滤饼，干燥(优选50-90℃) 后，得到式Ⅳ化合物；所述盐酸水溶液体积用量以式II化合物重量计为2-10mL/g，优选5-6mL/g；所述亚硝酸钠水溶液体积用量以式II化合物重量计为2-10mL/g，优选4-5mL/g；所述2-呋喃甲酸与式II化合物重量比为1:0.5-2.0，优选1:1；所述丙酮体积用量以式II化合物重量计为2-10mL/g，优选5-6mL/g；所述氯化铜二水合物与式II化合物重量比为0.1-1.0，优选1:0.5；所述去离子水体积用量以式II化合物重量计为2-10mL/g，优选4-5mL/g；

(2)化合物Ⅴ的制备：将式Ⅳ化合物加入二氯甲烷和氯化亚砜中，在45℃下回流反应2小时后用旋转蒸发仪除去反应溶剂，得到式Ⅴ化合物，无需进一步分离纯化；所述二氯甲烷总体积用量以式Ⅳ化合物重量计为100-300mL/g，优选 200mL/g；所述氯化亚砜体积用量以式Ⅳ化合物重量计为1-10mL/g，优选5mL/g；

(3)化合物I的制备：加入二氯甲烷溶解步骤(2)全部式Ⅴ化合物，随后缓慢滴加用二氯甲烷和三乙胺溶解的9H-吡啶[3,4-b]吲哚(β-咔啉)，室温下搅拌， TLC监测反应进程(展开剂：石油醚/乙酸乙酯体积比为1/1)，反应结束后用旋转蒸发仪除去反应溶剂，加入体积浓度50％乙酸乙酯水溶液进行萃取，水相再用乙酸乙酯萃取(优选3次)，乙酸乙酯相用饱和食盐水洗涤后无水硫酸钠干燥，硅胶柱层析(洗脱剂为体积比8:1的石油醚/乙酸乙酯)，收集Rf值为0.3的组分，浓缩至干，得到式I化合物；所述二氯甲烷总体积用量以式Ⅳ化合物重量计为10-100 mL/g，优选41mL/g；所述三乙胺体积用量式以Ⅳ化合物重量计为0.1-1.0mL/g，优选0.5mL/g；所述9H-吡啶[3,4-b]吲哚与式Ⅳ化合物重量比为1：0.5-1.5，优选1:0.8。

本发明还提供一种所述呋喃甲酰胺基β-咔啉类化合物在制备肿瘤细胞增殖抑制剂中的应用。

进一步，所述肿瘤细胞包括A549人非小细胞肺癌细胞、HepG2人肝癌细胞、 MCF-7人乳腺癌细胞、Hala人***细胞、Caco-2人克隆结肠腺癌细胞或HCT-116人结肠癌细胞。

进一步，肿瘤细胞为A549人非小细胞肺癌细胞时，R为4-MeO、2-NO₂、 4-NO₂、2,4-di-F；肿瘤细胞为HepG2人肝癌细胞或MCF-7人乳腺癌细胞时，R 为4-MeO、4-Cl、4-NO₂；肿瘤细胞为Hala人***细胞时，R为4-MeO、4-Cl、 2-NO₂、4-NO₂；肿瘤细胞为Caco-2人克隆结肠腺癌细胞时，R为4-MeO、3-F、 2,4-F；肿瘤细胞为HCT-116人结肠癌细胞时，R为4-MeO、3-F、2-Cl、4-Cl、 4-NO₂。

本发明还提供一种所述呋喃甲酰胺基β-咔啉类化合物在制备抗肿瘤药物中的应用。

进一步，所述抗肿瘤药物为治疗非小细胞肺癌、肝癌、乳腺癌、***、结肠腺癌或结肠癌的药物。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明公开一种结构新颖的呋喃甲酰胺基β-咔啉类化合物，具有良好的生物活性，对多种癌细胞的增殖活性有明显的抑制活性。所述呋喃甲酰胺基β-咔啉类化合物的制备方法简单，产率较高。所述呋喃甲酰胺基β-咔啉类化合物在临床上可作为治疗包括非小细胞肺癌、肝癌、乳腺癌、***、结肠腺癌和结肠癌在内的恶性肿瘤药物，拓展了呋喃和咔啉类结构在肿瘤抑制剂方面的应用前景。

附图说明

图1为实施例1中目标产物(Ⅰ-1)核磁氢谱图，仪器型号Bruker Avance DRXspectrometer at 600MHz。

图2为实施例1中目标产物(Ⅰ-1)核磁碳谱图，仪器型号Bruker Avance DRXspectrometer at 600MHz。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释说明，但具体实施例并不对本发明作任何限定。除非特别说明，实施例中所涉及的试剂、方法均为本领域常用的试剂和方法。

本发明所述室温为25-30℃。

实施例1：(5-(4-甲氧基苯基)呋喃-2-基)(9H-吡啶并[3,4-b]吲哚-9-基)甲酮(I-1) 的制备

(1)化合物Ⅳ-1的制备

在250mL的单口瓶中加入5.6g对甲氧基苯胺(II-1)以及30mL的质量浓度15％的盐酸水溶液，置于冰水混合物中充分搅拌直至对甲氧基苯胺完全溶解。随后 0～5℃滴加25mL的质量浓度30％的亚硝酸钠水溶液，滴加完毕后，搅拌15分钟，获得含(Ⅲ-1)化合物的反应液。往含(Ⅲ-1)化合物的反应液中加入 5.6g(0.05mol)2-呋喃甲酸的30ml丙酮溶液和3g氯化铜二水合物的20mL去离子水溶液，0～5℃下反应6小时，随后再在室温下反应16小时。反应结束后，抽滤分离出悬浮的固体，滤饼用水洗涤后再用饱和碳酸氢钠水溶液溶解至pH为7～ 8，随后加入盐酸酸化直至无固体析出，最终过滤，收集滤饼，80℃干燥后，得到棕黄色固体5.34g，即为5-(4-甲氧基苯基)呋喃-2-羧酸(Ⅳ-1)，质量产率51.6％。产物无需进一步纯化，可直接用于下一步反应。

(2)化合物(Ⅴ-1)的制备

在100mL的两口烧瓶里加入200mg的5-(4-甲氧基苯基)呋喃-2-羧酸(Ⅳ-1) 和20mL的二氯甲烷和1mL(13mmol)的氯化亚砜，在45℃下回流反应2小时后用旋转蒸发仪除去反应溶剂，得到褐色油状物Ⅴ-1，化合物Ⅴ-1对水敏感，无需进一步分离纯化；

(3)化合物(I-1)的制备

加入6.4mL的二氯甲烷溶解步骤(2)全部化合物Ⅴ-1。随后缓慢滴加用2ml 二氯甲烷和0.1mL三乙胺溶解的168.2mg(1mmol)9H-吡啶[3,4-b]吲哚，室温下搅拌，TLC监测反应进程(展开剂：石油醚/乙酸乙酯体积比为1/1)。反应结束后旋蒸除去反应溶剂，加入10mL水和10mL乙酸乙酯进行萃取，水相再用乙酸乙酯 (10mL)萃取3次，合并乙酸乙酯相，饱和食盐水洗涤后无水硫酸钠干燥。最后硅胶柱层析(洗脱剂为体积比8:1的石油醚/乙酸乙酯)，收集Rf值为0.3的组分，浓缩至干，得到160mg的黄色固体，即为化合物I-1，质量产率44.9％，核磁氢谱见图1，核磁碳谱见图2。

同样条件下，分别将步骤(1)中II-1中4-MeO替换为表1中R；分别制备得到产物I-2～I-13，详情见表1和表2。

表1式Ⅰ所示化合物的理化常数及高分辨质谱数据

表2式I所示化合物的核磁共振氢谱和核磁共振碳谱数据

实施例2、式Ⅰ所示呋喃甲酰胺基β-咔啉类化合物对肿瘤细胞的细胞毒性

1、人非小细胞肺癌细胞A549

细胞株：人非小细胞肺癌细胞A549，购自购自南京凯基生物科技发展有限公司。

受试化合物：实施例1制备的式I-1～I-13化合物，用PBS(购自碧云天生物，上海)配制成浓度10mM的溶液。

试验方法：采用CCK-8(四唑单钠盐)法，进行化合物的抗细胞增殖活性试验。

A549细胞用含10％小牛血清的RPMI 1640培养基在37℃、5％CO₂饱和湿度的条件下培养。取对数生长期的细胞，加入10％小牛血清(购自Gbico)的 RPMI 1640培养基(购自Gbico)，以1×10⁵/mL密度接种于96孔培养板中，每孔100μL，在37℃、5％CO₂饱和湿度的条件下培养，分为对照组、空白组、实验组。实验组中加入不同的受试化合物，终浓度分别为50μM、25μM、5μM、1μM、 0.5μM、0.1μM；空白组给予等体积的PBS，对照组分别加入50μM、25μM、5μM、 1μM、0.5μM、0.1μM、0.01μM的多柔比星(dox)和喜树碱(CPT)。培养48h，加入10μL CCK-8工作液(购自碧云天生物，上海)，放入恒温箱孵育20min后，在酶标仪上于波长450nm处读取吸光度，计算化合物对细胞增殖的抑制率，结果见表3。

根据下式计算抑制率:

抑制率＝(对照组OD值-实验组OD值)/(对照组OD值-空白组OD值)×100％

由表3数据可知：针对A549细胞，I-1、I-8、I-10、I-11有较强的细胞毒作用，其它化合物基本没有明显细胞毒活性。

2、其他肿瘤细胞

将步骤1中A549细胞分别替换为HepG2人肝癌细胞、MCF-7人乳腺癌细胞、Hala人***细胞、Caco-2人克隆结肠腺癌细胞和HCT-116人结肠癌细胞 (均购自南京凯基生物科技发展有限公司)，每种细胞培养时均按常规方法，在培养基中添加含10％小牛血清，其中HepG2培养基为1640培养基；MCF-7培养基为1640培养基；Hala培养基为DMEM培养基(购自Gibco)；Caco-2培养基为DMEM培养基(购自Gibco)；HCT-116培养基为1640培养基。其他操作同步骤1，结果见表3所示，表明化合物Ⅰ-1有较为广谱的抗癌细胞增殖活性，有开发为抗肿瘤药物的前景。

表3式Ⅰ所示化合物及两个阳性对照药对六种癌细胞的IC₅₀(μM)测定

Claims (10)

1.一种式Ⅰ所示呋喃甲酰胺基β-咔啉类化合物：

式Ⅰ中R基为单取代或多取代，所述R基为甲氧基、卤素或硝基；所述卤素为氟、氯或溴。

2.如权利要求1所述呋喃甲酰胺基β-咔啉类化合物，其特征在于所述R基为4-甲氧基、2-氟基、3-氟基、4-氟基、2-氯基、3-氯基、4-氯基、2-硝基、3-硝基、4-硝基、2,4-二氟基、2,6-二氟基、4-溴基。

3.一种权利要求1所述呋喃甲酰胺基β-咔啉类化合物的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

(1)式Ⅱ化合物与HCl和NaNO₂，0～5℃反应，制备式Ⅲ化合物反应液；向式Ⅲ化合物反应液中加入2-呋喃甲酸丙酮溶液、氯化铜二水合物水溶液，0～5℃下反应6小时，随后再在室温下反应16小时，纯化分离得到式Ⅳ化合物；

(2)在二氯甲烷和氯化亚砜存在下，式Ⅳ化合物，45℃下回流反应生成式Ⅴ化合物；

(3)在二氯甲烷、三乙胺存在下，式Ⅴ化合物与9H-吡啶[3,4-b]吲哚，室温反应结束后，除去反应溶剂，用体积浓度50％乙酸乙酯水溶液萃取后，水相用乙酸乙酯萃取，乙酸乙酯相用饱和食盐水洗涤后无水硫酸钠干燥，以体积比8:1的石油醚/乙酸乙酯为洗脱剂进行硅胶柱层析，收集Rf值为0.3的组分，得到式Ⅰ化合物；

式Ⅱ中R基为单取代或多取代，所述R基为甲氧基、卤素或硝基；所述卤素为氟、氯或溴；式Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ中R同式Ⅱ中R。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤(1)按如下方法进行：将式II化合物加入质量浓度15％的盐酸水溶液，置于冰水混合物中充分搅拌直至对甲氧基苯胺完全溶解，随后在0～5℃下滴加质量浓度30％的亚硝酸钠水溶液，滴加完毕后，搅拌15分钟，获得含Ⅲ化合物的反应液；往含Ⅲ化合物的反应液中加入2-呋喃甲酸的丙酮溶液和氯化铜二水合物的去离子水溶液，0～5℃下反应6小时，随后再在室温下反应16小时；反应结束后，抽滤，滤饼用水洗涤后再用饱和碳酸氢钠水溶液溶解至pH为7～8，随后加入盐酸酸化直至无固体析出，过滤，收集滤饼，干燥后，得到式Ⅳ化合物；所述盐酸水溶液体积用量以式II化合物重量计为2-10mL/g；所述亚硝酸钠水溶液体积用量以式II化合物重量计为2-10mL/g；所述2-呋喃甲酸与式II化合物重量比为1:0.5-2.0；所述丙酮体积用量以式II化合物重量计为2-10mL/g；所述氯化铜二水合物与式II化合物重量比为0.1-1.0；所述去离子水体积用量以式II化合物重量计为2-10mL/g。

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤(2)按如下方法进行：将式Ⅳ化合物加入二氯甲烷和氯化亚砜中，在45℃下回流反应2小时后旋蒸除去反应溶剂，得到式Ⅴ化合物；所述二氯甲烷总体积用量以式Ⅳ化合物重量计为100-300mL/g；所述氯化亚砜体积用量以式Ⅳ化合物重量计为1-10mL/g。

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤(3)按如下方法进行：加入二氯甲烷溶解步骤(2)全部式Ⅴ化合物，随后缓慢滴加用二氯甲烷和三乙胺溶解的9H-吡啶[3,4-b]吲哚，室温下搅拌，TLC监测反应进程，展开剂为体积比为1：1的石油醚/乙酸乙酯，反应结束后旋蒸除去反应溶剂，加入体积浓度50％乙酸乙酯水溶液进行萃取，水相再用乙酸乙酯萃取，取乙酸乙酯相用饱和食盐水洗涤后无水硫酸钠干燥，硅胶柱层析，洗脱剂为体积比8:1的石油醚/乙酸乙酯，收集Rf值为0.3的组分，浓缩至干，得到式I化合物；所述二氯甲烷总体积用量以式Ⅳ化合物重量计为10-100mL/g；所述三乙胺体积用量以式Ⅳ化合物重量计为0.1-1.0mL/g；所述9H-吡啶[3,4-b]吲哚与式Ⅳ化合物重量比为1：0.5-1.5。

7.一种权利要求1所述呋喃甲酰胺基β-咔啉类化合物在制备肿瘤细胞增殖抑制剂中的应用。

8.如权利要求7所述的应用，其特征在于所述肿瘤细胞包括A549人非小细胞肺癌细胞、HepG2人肝癌细胞、MCF-7人乳腺癌细胞、Hala人***细胞、Caco-2人克隆结肠腺癌细胞或HCT-116人结肠癌细胞。

9.一种权利要求1所述呋喃甲酰胺基β-咔啉类化合物在制备抗肿瘤药物中的应用。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于所述抗肿瘤药物为治疗非小细胞肺癌、肝癌、乳腺癌、***、结肠腺癌或结肠癌的药物。

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