含哌嗪基噻吩并［3，2-d］嘧啶類抗癌試劑的設(shè)計(jì)與合成
蔣達(dá)洪*，黃敏
( 廣東石油化工學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，廣東 茂名 525000)
摘要: 基于蛋白酪氨酸激酶為靶點(diǎn)的抗癌試劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)與合成了系列含哌嗪基的噻吩并［3，2-d］嘧啶衍生物。以巰基乙酸為原料，經(jīng)酯化、兩次縮合成環(huán)、氯代等 4 步反應(yīng)得 4-氯噻吩并［3，2-d］嘧啶母核，再與不同的哌嗪衍生物在DMF 中發(fā)生親核取代反應(yīng)，制備了 4 個(gè)未見報(bào)道的含哌嗪基噻吩并［3，2-d］嘧啶化合物，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)經(jīng)1HNMR和 HRMS表征。
關(guān)鍵詞: 哌嗪; 噻吩并［3，2-d］嘧啶; 抗癌試劑; 設(shè)計(jì); 合成
中圖分類號: O626． 13; R914． 5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號:0258-3283( 2012) 09-0797-03
噻吩并嘧啶類化合物由于具有重要的生理活性而在新藥開發(fā)中常常被作為先導(dǎo)化合物進(jìn)行研究。最近有研究發(fā)現(xiàn)，一些具有噻吩并嘧啶結(jié)構(gòu)的化合物對蛋白酪氨酸激酶( PTKs) 具有較強(qiáng)的抑制作用，而蛋白酪氨酸激酶的過度表達(dá)常常與某些腫瘤的發(fā)生有關(guān)［1，2］。這就使得這類化合物有可能發(fā)展成為新一代抗癌藥物，因此設(shè)計(jì)與合成不同結(jié)構(gòu)的噻吩并嘧啶衍生物在抗癌新藥的篩選和發(fā)現(xiàn)中具有特殊意義，成為人們研究熱點(diǎn)之一［3，4］。噻吩并嘧啶母核按其結(jié)構(gòu)可分為噻吩并［2，3-d］嘧啶和噻吩并［3，2-d］嘧啶，前者的衍生物已有較多報(bào)道，但目前報(bào)道的噻吩并［3，2-d］嘧啶類化合物還不多見［5，6］。
在前期工作中，我們利用生物電子等排原理，將文獻(xiàn)報(bào)道具有抗癌活性的噻吩并［2，3-d］嘧啶變換成噻吩并［3，2-d］嘧啶，合成了系列衍生物。初步的體外活性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此類化合物對某些癌細(xì)胞具有良好的抑制作用［7］。哌嗪結(jié)構(gòu)片斷能改善藥物水溶性、增加藥物活性，廣泛出現(xiàn)在一些已上市的蛋白酪氨酸激酶抑制劑抗癌藥物中，如伊馬替尼、達(dá)沙替尼等［8］。本文將哌嗪結(jié)構(gòu)引入到噻吩并［3，2-d］嘧啶母核上，設(shè)計(jì)出了一類結(jié)構(gòu)新穎的含哌嗪基的噻吩并［3，2-d］嘧啶衍生物( 6a ～ 6d) 作為小分子抗癌試劑。以巰基乙酸為起始原料，經(jīng)與乙醇酯化、Michael 加成與環(huán)化、與甲酰胺縮合成環(huán)、嘧啶環(huán)的氯代得到共同中間體 4-氯噻吩并［3，2-d］嘧啶( 5) ，化合物 5 與哌嗪單甲酰胺衍生物經(jīng)親核取代合成了 4 個(gè)未見文獻(xiàn)報(bào)道的噻吩并［3，2-d］嘧啶衍生物如下所示。所合成的化合物和部分中間體經(jīng)1HNMR 和HRMS 鑒定，確定了它們的結(jié)構(gòu)。該合成路線共五步，總收率在 28% ～37%。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1. 1 主要儀器與試劑
300 MHz 型超導(dǎo)核磁儀測定( CDCl3為溶劑，TMS 為內(nèi)標(biāo)，德國 Bruker 公司) ; P-SIMS-Gly 傅里葉變換離子回旋共振高分辨質(zhì)譜儀( 溫度計(jì)未經(jīng)校正，德國 Bruker 公司) 。
所用試劑均為國產(chǎn)分析純，使用前未經(jīng)進(jìn)一步處理。哌嗪單甲酰胺衍生物按我們實(shí)驗(yàn)室前期工作自制［9］; 巰基乙酸乙酯按文獻(xiàn)［10］方法制備，表征數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)值相符。
1. 2 3-氨基噻吩-2-甲酸乙酯( 3) 的合成
取 120 g( 1. 0 mol) 巰基乙酸乙酯溶于 1 000mL 乙醇中，然后加入 136 g( 2. 0 mol) 乙醇鈉，攪拌下待乙醇鈉溶解完全后將反應(yīng)體系置于冷水浴中，再將 88 g 2-氯丙烯腈( 1. 0 mol) 溶于 100 mL乙醇中通過恒壓滴液漏斗于 3 h 內(nèi)緩慢加入到反應(yīng)體系中，在 20 ～ 25 ℃ 之間攪拌過夜( 24 h) 。TLC 跟蹤反應(yīng)，待反應(yīng)完畢，濃縮反應(yīng)液，然后加入500 mL 冰水溶解粘稠殘余物，用乙酸乙酯萃取3 次( 300 mL × 3) ，無水硫酸鎂干燥，過濾。所得溶液濃縮，經(jīng)柱層析純化得淡黃色液體 3-氨基噻吩-2-甲酸乙酯，產(chǎn)率 86%。1HNMR ( 300 MHz，CDCl3) ，δ: 7. 23 ～ 7. 24 ( d，1H，J = 5. 3 Hz) ;6. 50 ～ 6. 52 ( d，1H，J = 5. 3 Hz) ; 6. 00 ( br，2H) ;4. 24 ～ 4. 31 ( q，2H，J = 7. 1 Hz) ; 1. 30 ～ 1. 35 ( t，3H，J = 7. 1 Hz) 。表征數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)值符合［11］。
1. 3 噻吩并［3，2-d］嘧啶-4( 3H) -酮( 4) 的合成
將 12. 0 g 3-氨基噻吩-2-甲酸乙酯( 3) ( 70. 0mmol) 加 入到 15 mL 甲酰胺 中，混 合 物 加 熱 到140 ℃ 反應(yīng) 5 h，冷卻，加入 30 mL 蒸餾水，產(chǎn)生大量固體。過濾，所得濾餅水洗 2 次( 30 mL × 2) ，真空 干 燥 得 白 色 固 體 噻 吩 并［3，2-d］嘧 啶-4( 3H) -酮 ( 4 ) 9. 8 g，產(chǎn) 率 92% 。1HNMR ( 300MHz，DMSO-d6) ，δ: 12. 5( br，1H) ; 8. 15( s，1H) ;8. 17 ～ 8. 19 ( d，1H，J = 5. 1 Hz) ; 7. 39 ～ 7. 41 ( d，1H，J = 5. 1 Hz) 。表征數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)值符合［12］。
1. 4 4-氯噻吩并［3，2-d］嘧啶( 5) 的合成
將 1. 52 g 噻吩并［3，2-d］嘧啶-4( 3H) -酮( 4)( 10 mmol) 溶于 20 mL 甲苯，加入 2. 0 mL( 22. 5mmol) 的三氯氧磷和 0. 3 mL( 22. 5 mmol) 的三乙胺。加完后將該混合物在 100 ℃的條件下反應(yīng)，TLC 檢測反應(yīng)至原料消失為止。在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上蒸發(fā)掉大部分溶劑后冰浴下加入碳酸氫鈉溶液，然后加入 20 mL 乙酸乙酯提取產(chǎn)物。分出有機(jī)層，水層各用20 mL 乙酸乙酯再萃取2 次，合并有機(jī)層，用飽和食鹽水洗 3 次，硫酸鎂干燥，濃縮，以石油醚∶ 乙酸乙酯 =10/1 為洗脫劑硅膠柱層析得黃色固體即為化合物 5，產(chǎn)率 70%。1HNMR( 300MHz，CDCl3) ，δ: 9. 06( s，1H) ; 8. 19( d，1H，J =5. 5Hz) ; 7. 79 ( d，1H，J = 5. 5 Hz) 。HRMS-( ESI ) ，［M + H］+，C6H5ClN2S，實(shí) 測 值 ( 計(jì) 算 值) ，m / z:171. 989 4( 171. 986 2) 。
1. 5 化合物 6a ～ 6d 的合成
將 1. 0 mmol 的哌嗪單甲酰胺衍生物和 1. 0mmol 的 4-氯噻吩并［3，2-d］嘧啶( 5) 置于一圓底燒瓶中，加入 2 mL 的 DMF 溶解，攪拌下反應(yīng)過夜。向反應(yīng)液中加入 5 mL 水稀釋，然后用 10 mL乙酸乙酯提取生成物，分出有機(jī)層。水層各用 10mL 乙酸乙酯萃取 2 次，合并有機(jī)層并依次用水和飽和食鹽水洗 3 次。向有機(jī)相中加入無水硫酸鎂干燥，過濾，濾液在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上減壓蒸發(fā)掉大部分溶劑后以乙酸乙酯為洗脫劑在硅膠柱上柱層析分離得噻吩并［3，2-d］嘧啶純品化合物 6a ～6d。
化合物 6a: 白色固體，產(chǎn)率 83%。1HNMR( 300 MHz，CDCl3) ，δ: 8. 61( s，1H) ; 7. 78( d，1H，J = 5. 5 Hz) ; 7. 46 ( d，1H，J = 5. 5 Hz) ; 7. 33 ( d，2H，J = 8. 9 Hz) ; 7. 25 ( d，2H，J = 8. 9 Hz) ; 6. 50( br，1H) ; 4. 14( t，4H，J = 5. 5 Hz) ; 3. 73( t，4H，J = 5. 5 Hz) 。HRMS-( ESI) ，［M + H］+，C17H17-ClN5OS，實(shí) 測 值 ( 計(jì) 算 值 ) ，m / z: 374. 084 0( 374. 083 7) 。
化合物 6b: 白色固體，產(chǎn)率 61%。1HNMR( 300 MHz，CDCl3) ，δ: 8. 63 ( s，1H) ; 8. 00 ( br，1H) ; 7. 77( d，1H，J = 5. 5 Hz) ; 7. 48 ( d，1H，J =5. 5 Hz) ; 7. 17 ( m，2H) ; 6. 72 ( m，2H) ; 4. 16 ( t，4H，J = 5. 5 Hz ) ; 3. 74 ( t，4H，J = 5. 5 Hz ) 。HRMS-( ESI) ，［M + H］+，C17H17FN5OS，實(shí)測 值( 計(jì)算值) ，m/z: 358. 113 6( 358. 113 2) 。
化合物 6c: 淡黃色固體，產(chǎn)率 78%。1HNMR( 300 MHz，CDCl3) ，δ: 8. 61( s，1H) ; 7. 79( d，1H，J = 5. 5 Hz) ; 7. 42 ( m，3H) ; 7. 26 ( m，2H) ; 6. 62( br，1H) ; 4. 11( t，4H，J = 5. 4 Hz) ; 3. 72( t，4H，J = 5. 4 Hz) 。HRMS-( ESI) ，［M + H］+，C17H17-BrN5OS，實(shí) 測 值 ( 計(jì) 算 值 ) ，m / z: 418. 032 9( 418. 033 2) 。
化合物 6d: 白色固體，產(chǎn)率 76%。1HNMR( 300 MHz，CDCl3) ，δ: 8. 57 ( s，1H) ; 8. 12 ( m，1H) ; 7. 73( d，1H，J = 5. 5 Hz) ; 7. 41 ( d，1H，J =5. 5 Hz) ; 7. 31 ( m，1H) ; 7. 20 ( m，1H) ; 7. 04 ( br，1H) ; 6. 94( m，1H) ; 4. 08( t，4H，J = 5. 5 Hz) ; 3. 72( t，4H，J = 5. 5 Hz) 。HRMS-( ESI) ，［M + H］+，C17H17ClN5OS，實(shí)測值( 計(jì)算值) ，m / z: 374. 084 2( 374. 083 7) 。
2 結(jié)果與討論
2. 1 薄層色譜( TLC) 分析
選取乙酸乙酯和石油醚的混和溶劑為基本展開體系，測定不同展開劑比例對 4-氯噻吩并［3，2-d］嘧啶( 5) Rf值的影響，得到最佳展開劑比例為V( 乙酸乙酯) ∶ V( 石油醚) = 1 ∶ 10，此時(shí)化合物 5的 Rf值為 0. 25。
2. 2 溶劑對合成化合物 6a 的影響
4-氯-7-溴噻吩并［3，2-d］嘧啶與芳胺的反應(yīng)一般是在異丙醇溶液中直接加熱即可進(jìn)行，反應(yīng)完畢將生成的固體濾出，用乙醚洗滌后即為目標(biāo)產(chǎn)物［7］。由于該方法后處理簡單，本實(shí)驗(yàn)首先嘗試此方法合成化合物 6a，采用 TLC 跟蹤檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)幾乎得不到產(chǎn)物。我們推測，這可能是因?yàn)榉磻?yīng)底物中噻吩環(huán)上少了一個(gè)吸電子基團(tuán)溴，使其親電性下降所造成的。溶劑的極性對親核取代具有重要影響，為了能使親核取代反應(yīng)順利進(jìn)行，分別使用甲苯、丙酮、乙腈、水-乙醇、DMF 為溶劑，在 50 ℃下反應(yīng)過夜，結(jié)果見表 1。
由表 1 可見，非極性溶劑不適用于此類反應(yīng)，增加溶劑極性對反應(yīng)是有利的。實(shí)驗(yàn)證明以DMF 為溶劑時(shí)效果最好。
2. 3 反應(yīng)溫度及反應(yīng)物濃度對化合物 6a 產(chǎn)率的影響
以 DMF 為溶劑，在反應(yīng)溫度 50 ℃下，TLC 跟蹤檢測發(fā)現(xiàn)，還有一副產(chǎn)物存在。為了提高收率，減少副反應(yīng)，本實(shí)驗(yàn)嘗試了降低反應(yīng)溫度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，降低反應(yīng)溫度并沒有影響化合物 6a 的生成。采用室溫放置過夜，原料仍然完全消失，以80% 的產(chǎn)率獲得了化合物 6a。
經(jīng)過仔細(xì)篩選，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)液中的原料濃度為0. 5 mol / L 為 宜，產(chǎn) 率 可達(dá) 到 83% 。這 是 因 為DMF 易溶于水，溶劑用量過多時(shí)在水洗過程中會(huì)將部分產(chǎn)品帶入水層，造成產(chǎn)品損失。而溶劑過少，又會(huì)造成部分原料不能完全溶解。
2. 4 系列目標(biāo)化合物的合成
在獲得最佳反應(yīng)條件后，將此反應(yīng)條件應(yīng)用于化合物 6b ～ 6d 的合成。哌嗪單甲酰芳胺的芳基上和空間位置的取代基對反應(yīng)基本沒有影響，均能獲得比較滿意的產(chǎn)率。但是，當(dāng)哌嗪單甲酰芳胺的芳基上取代基為硝基時(shí)，TLC 跟蹤檢測顯示其與 4-氯噻吩并［3，2-d］嘧啶的反應(yīng)生成物很復(fù)雜，沒有分離價(jià)值。
3 結(jié)論
將具有良好水溶性和生理活性的哌嗪結(jié)構(gòu)引入噻吩并嘧啶母核中，設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)新穎的一類噻吩并［3，2-d］嘧啶型抗癌試劑。以巰基乙酸為原料，經(jīng)酯化、Michael 加成與環(huán)化、與甲酰胺縮合、嘧啶環(huán)氯代得 4-氯噻吩并［3，2-d］嘧啶，再與哌嗪單甲酰胺衍生物反應(yīng)合成了 4 個(gè)未見文獻(xiàn)報(bào)道的噻吩并［3，2-d］嘧啶類化合物。對目標(biāo)產(chǎn)物的合成條件進(jìn)行了初步探討，結(jié)果表明，以 DMF 為溶劑時(shí)，常溫反應(yīng)過夜產(chǎn)率最高。該方法對合成類似的含哌嗪結(jié)構(gòu)的噻吩并［3，2-d］嘧啶類化合物具有一定的意義。
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來源：中國化學(xué)試劑網(wǎng)
