CN100354279C

CN100354279C - 喜树碱的新型结构衍生物、制备方法和用途

Info

Publication number: CN100354279C
Application number: CNB2004100249326A
Authority: CN
Inventors: 吕伟; 高河勇; 章雄文; 丁健
Original assignee: Shanghai Institute of Materia Medica of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Materia Medica of CAS
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2024-06-04
Also published as: CN1704416A

Abstract

本发明公开一种喜树碱新衍生物及制备方法和用途。本发明涉及如下结构的喜树碱衍生物:SN-38和相应的取代烯丙基溴进行醚化反应得的醚化化合物，然后进行Claisen重排，得烯丙基取代化合物，氢化反应得9位取代的10-羟基-7-乙基喜树碱衍生物，经药理筛选具有抗肿瘤活性。

Description

喜树碱的新型结构衍生物、制备方法和用途

技术领域

本发明涉及提高抗肿瘤活性的新型喜树碱衍生物，以及制备这些衍生物的中间体，和这些衍生物的制备方法。更具体的说，本发明涉及7，9-烷基-10-羟基取代的喜树碱衍生物，以及它们的制备方法，和这些化合物在抗肿瘤领域中的应用。

发明背景

恶性肿瘤是世界上人类第二大死因，肿瘤化疗是恶性肿瘤治疗的一个重要手段。其中拓朴异构酶抑制剂类抗肿瘤药物在临床上有广泛的应用，而在临床上应用的拓朴异构酶I的抑制剂药物均是喜树碱类药物。

喜树碱(CPT)是一种有毒的生物碱，1966年美国科学家Wall从中国特有的植物喜树中分离得到的，喜树碱对大鼠白血病L1210系统有显著的活性。喜树碱在结构上是一种含有吲哚结构的生物碱，具体的结构如下化合物1所示：

在此结构中含有一个五环结构，在其结构中E环为一个六元环的内酯环，在内酯环上含有一个绝对构型为S的a羟基。在分离出喜树碱之后，由于其具有良好的抗白血病L1210活性，引起人们很大的兴趣。但喜树碱由于水溶性差而不能进入临床研究。在70年代，中国将内酯环用NaOH打开，制备成水溶性的钠盐进行临床研究，但效果不好，且具有很大的毒性而终止。

自1985年发现喜树碱是拓扑异构酶I的专一抑制剂后，对喜树碱进行了大量的衍生物研究，其目的为提高其水溶性和提高抗肿瘤活性以及降低毒性，并取得了很大的成绩。例如10-羟基喜树碱(化合物2)相比于喜树碱具有较低的毒性和较高的抗肿瘤活性，在中国已广泛地应用于临床。

从羟基喜树碱出发，应用Manich反应在9位上引入胺甲基具有较好的水溶性和抗肿瘤活性，其中10-羟基-9-二甲胺基甲基喜树碱(化合物3，Topotecan)于1996年上市，用作卵巢癌病人的二线治疗药物，美国FDA又于1999年批准其作为小细胞肺癌(SCLC)的二线冶疗药物。

在10-羟基喜树碱的7位上引入乙基得到的化合物4(SN-38)具有极好的抗肿瘤活性，其水溶性前药Irinotecan(化合物5)于1994年上市，用于结直肠癌的治疗。

另外，还有一些喜树碱类化合物正在临床研究，但现有的结果表明这些化合物疗效均不如Topotecan和Irinotecan。因此需要发明疗效更好的喜树碱新衍生物。

发明内容

本发明的目的是寻找一类新型的喜树碱衍生物，使其成为毒副作用小、活性强的抗肿瘤药物。

本发明的另一目的是提供该类新型的喜树碱衍生物的制备方法。

本发明的再一目的是它在抗肿瘤药物中应用。

本发明关于喜树碱新衍生物，这些化合物为喜树碱10位羟基、烷氧基取代和7、9位烷基取代的化合物。它们具有更好的抗肿瘤活性。

本发明的具体结构式通式为：

其中R为H；C₁～C₆的直链或含有支链的烷基，烯基和炔基，羟基取代的烷基，烷氧基取代的烷基，胺基取代的烷基，其中胺为伯胺、仲胺或芳香胺；

X为H，C₁至C₆的烷基，含烷氧基取代的烷基及Ph-，PhCH₂-；

M为C₁-C₆的烷基，C₁-C₆的烷氧基，胺基，烷氧基取代的烷基。

该类化合物为10-羟基-7-烷基-9-烷基喜树碱的衍生物，具有如下结构(结构通式A)，以及这些化合物的制备方法。

其中R为H，C₁至C₆的直链或含有支链的烷基；烯基和炔基；羟基取代的烷基(如羟甲基，羟乙基)，烷氧基取代的烷基。或胺基取代的烷基(如胺基甲基，胺基乙基等)，其中胺基为伯胺，仲胺或芳香胺。X为H，C₁至C₆的烷基，和含烷氧基取代的烷基。

本发明制备方法可通过下列反应制得：

10-羟基喜树碱中的羟基较为活泼，例如可以发生Mannich反应引入胺甲基，其中抗肿瘤药物Topotecan即通过此种方法制备的。但Mannich反应只能引入一碳的甲基基团。本专利中我们提供通过Claisen重排反应在SN-38的9位引入烷基的方法。具体的反应通式如下：

SN-38(化合物(4))和相应的取代烯丙基溴进行醚化反应得到具有结构通式(C)，然后进行Claisen重排，烷化反应发生在9位上，得到烯丙基取代的具有结构通式(D)的化合物，在进行氢化反应，得到9位烷基取代的10-羟基喜树碱类化合物。其中X代表和上述的相同，具体可为H，CH₃-，CH₃CH₂-，CH₃CH₂CH₂-，CH₃(CH₂)₂CH₂-，CH₃(CH₂)₃CH₂-，CH₃(CH₂)₄CH₂-，Ph-，PhCH₂-，CH₃OCH₂-，CH₃CH₂OCH₂-，CH₃OCH₂CH₂-，CH₃CH₂OCH₂CH₂-等等。而氢化反应的催化剂可为兰尼镍，钯碳，铂黑等其他常规氢化催化剂，氢源可为氢气，甲酸氨，环己二烯等其他的氢原子供予体。Claisen重排反应可按常规的反应条件进行，溶剂可采用沸点较高的溶剂，如DMF，DMA，DMSO，二甲基吡咯烷酮，N，N-二乙基苯胺，N，N-二甲基苯胺等。

例如，当X为H时，SN-38和烯丙基溴在碳酸钾存在的条件下反应得到烯丙基醚化合物(6)，化合物(6)在DMF溶液中加热，发生Claisen重排得到10-羟基-9-烯丙基-7-乙基喜树碱(7)，然后化合物(7)在钯碳存在下进行氢化得到化合物(8)。

具备结构(D)的化合物中和结构通式(E)的化合物可进一步在10位羟基进行反应，如进行醚化反应可得到具备结构通式(F)和结构通式(G)的化合物，如下所示：

其中X和上述代表的相同。M代表C₁-C₆的烷基，C₁-C₆的羟基，胺基，烷氧基取代的烷基，具体可为CH₃-，CH₃CH₂-，CH₃CH₂CH₂-，CH₃CH₂CH₂CH₂-，(CH₃)₂NCH₂-，(Et)₂NCH₂-，(CH₃)₂NCH₂CH₂-，(Et)₂NCH₂CH₂-HOCH₂CH₂-，HOCH₂CH₂CH₂-，HOCH₂CH₂CH₂CH₂-，CH₃OCH₂-，CH₃OCH₂CH₂-，EtOCH₂-，EtOCH₂CH₂-等等。Y代表可作为离去基团的Cl，Br，I，OTs，OMs，OTf等基团。其中Base代表可作为醚化反应的无机碱，如K₂CO₃，Na₂CO₃，NaOH，KOH等；有机碱如吡啶，三乙胺等等。

例如当M为CH₃，X为H原子时，可得到相应的化合物(9)和化合物(10)，如下：

其中化合物(9)也可以通过Kumada反应得到，应用10-甲氧基-9-溴-7-乙基喜树碱按常规的的反应条件下(《Comprehensive OrganicTransformations》，Richard C.Larock.Second Edition.Wiley-Vch)，可得到化合物(9)，如(Bu)3SnCH2CHCH2-在钯催化下和10-甲氧基-9-溴喜树碱反应得到化合物(9)，而化合物(9)氢化也可得到化合物(10)。如下：

利用化合物(9)可进行一系列的反应得到新的喜树碱衍生物。例如利用经典的硼氢化氧化反应，可将9位的烯丙基转化为羟丙基化合物(11)(《Comprehensive Organic Transformations》，Richard C.Larock.Second Edition.Wiley-Vch)。化合物(11)可利用经典的脱甲基的方法脱去甲基得到化合物(12)(《Protectivea Groups in Organic Synthesis》，Theodora W.Green，Peter G.M.Wuts.3rd ed.John Wiley&Sons，Inc)，其中脱甲基试剂可为Me₃SiI，HBr，AlCl₃等等。

具有结构通式(F)的化合物可以将双键断裂，得到结构通式为(H)的醛基化合物，然后将醛基还原得具有结构通式(I)的羟基化合物，脱去M基团，得到10-羟基喜树碱衍生物(J)。其中X和M表示的取代基和结构通式(F)中所表示的相同。一般断裂双键的方法有OsO₄/NaIO₄体系，KMnO₄/NaIO₄体系等，所选用的溶剂大多是在水和1，4-二氧六环体系中。

例如当X为H，M为CH₃时，化合物(9)将双健断裂，得到醛基化合物(13)，将双键断裂的可采用有机合成中经典的方法，如：OsO₄/NaIO₄体系，KMnO₄/NaIO₄等体系(《Comprehensive Organic Transformations》，Richard C.Larock.Second Edition.Wiley-Vch)。接着可以将醛基还原成醇(14)，还原方法可以为硼氢化物(如NaBH₄，LiBH₄，KBH₄)，异丙醇铝等常用化还原剂。按上述同样的方法，可将甲氧基上甲基脱去得化合物(15)。

用酸催化的方法，氢气还原的方法可将化合物(14)中羟乙基转化为乙基，得乙基化合物(16)，采用的酸可为硫酸，盐酸，对甲苯磺酸，甲磺酸，三氟甲磺酸等，氢化的催化剂可为钯黑，钯碳，铂黑等，常用可采用钯碳。按上述脱甲基的方法可得10-羟基-9-乙基喜树碱(17)。

由化合物(11)和化合物(14)出发可进行一系列的衍生化得到一系列化合物。首先化合物(11)和化合物(14)上伯羟基进行醚化，得到具有结构通式(K)的化合物，进而将酚羟基上的甲基按制备化合物(12)的方法进行脱甲基得到具有结构通式(M)的化合物。甲基的脱去方法有很多，常用的有48％氢溴酸体系、BF₃催化体系、AlCl催化体系等等(《Comprehensive OrganicTransformations》，Richard C.Larock.Second Edition.Wiley-Vch)。的(请进一步描述并指出出处)

其中n为1或2。R为烷基，芳香基，或含有胺基或羟基的烷基，具体可为CH₃，CH₃CH₂，CH₃CH₂CH₂，CH₃CH₂CH₂CH₂，Ph，Bn等。

将化合物(11)和化合物(14)上的伯羟基转化为活泼的离去基，然后和相应的胺类化合物反应(《Comprehensive Organic Transformations》，Richard C.Larock.Second Edition.Wiley-Vch)，可得具有结构通式(O)的化合物。按照上述脱甲基的方法脱去甲基可得具备结构通式为(P)的化合物。

其中n为1或2。R为Cl，Br，I，OTs，OMs，OTf等离去基。R₁和R₂为H，C₁-C₆的烷基，C₃-C₈的环烷基，含氧的烷基，芳香基，具体可为H，CH₃，CH₃CH₂，CH₃CH₂CH₂CH₂，CH₂CH₂OCH₂CH₂，CH₂CH₂NCH₂CH₂，CH₂CH₂N(CH₃)CH₂CH₂，Ph，Bn等等。

上述化合物也可转化为9位和10位闭环的化合物，例如含有9位羟烷基的化合物可以和10位酚羟基在酸作用下可形成呋喃环或吡喃环，生成具有结构通式(Q)和结构通式(S)的化合物(《Comprehensive Organic Transformations》，Richard C.Larock.Second Edition.Wiley-Vch)，其中所指的酸为无机酸或有机酸，如硫酸，盐酸，乙酸和三氟醋酸等。

其中X和上述结构通式(A)中所表示的相同。R为H，CH₃，CH₂OH。

本发明中所涉及的化合物很多含有羟基，酚羟基，可以将这些化合物转化为相应的酯化合物。本发明所示的化合物为脂肪酸酯，芳香酸酯，碳酸酯等。

本发明所涉及的化合物具有良好的抗肿瘤活性，在临床上可进行口服，静脉注射，肌肉注射等方式应用。

我们测试了部分化合物的体外活性，活性数据显示：对A-549人肺腺癌细胞的生长抑制率都非常的高，表现出了很好的抗肿瘤活性。

表1：对A-549人肺腺癌细胞生长抑制作用(IC₅₀)

化合物代号	7	8	9	10
化合物代号	7	8	9	10	IC₅₀(nM)	1.8×10^-4	1.9×10^-2	6.7×10^-3	1×10^-7

本发明的衍生物和制备方法在如下实施例中更详细地叙述，但实施例不构成对本发明的限制。

实施例1

9-烯丙基-10-羟基-7-乙基喜树碱

1)10-烯丙氧基-7-乙基喜树碱的制备

将5g(13.7mmol)SN-38、3.31g(27.4mmol)烯丙基溴溶于80mL DMF中，加入5.7g(41.1mmol)碳酸钾，加热回流2h，冷却，回收部分溶剂，残留液加入冰水，析出大量黄色固体，用氯仿(50mL*3)提取，水洗，无水硫酸钠干燥，过滤，蒸去氯仿，残留液硅胶柱层析(氯仿/丙酮＝3/1)，得到黄色10-烯丙氧-7-乙基基喜树碱4.48g，收率81％。

2)9-烯丙基-10-羟基-7-乙基喜树碱的制备

将4.5g(11.2mmol)10-烯丙氧基-7-乙基喜树碱溶于80mL DMF中，加热回流48h，过滤，蒸去DMF，残留液硅胶柱层析(氯仿/丙酮＝2/1)，得到黄色9-烯丙基-10-羟基-7-乙基喜树碱2.93，收率65％。¹HNMR(DMSO-d₆)(ppm)：0.88(3H，t)，1.35(3H，t)，1.82-1.92(2H，m)，3.19(2H，q)，3.23(3H，s)，3.91(2H，t)，4.70(1H，dd)，5.01(1H，dd)，5.29(2H，s)，5.41(2H，d)，6.10-6.17(1H，m)，6.40(1H，s)，7.23(1H，s)，7.54(1H，dd)，7.98(1H，d)，10.13(1H，s)。

实施例2

9-烯丙基-10-甲氧基-7-乙基喜树碱

将实例1得到的1.5g(3.7mmol)9-烯丙基-10-羟基-7-乙基喜树碱溶于30mLDMF中，加入1.0g(7.4mmol)碘甲烷、1.5g(11.1mmol)碳酸钾，加热回流2h，过滤，蒸去DMF，残留液硅胶柱层析(氯仿/丙酮＝3/1)，得到黄色9-烯丙基-10-甲氧基喜树碱1.4g，收率90％。¹HNMR(DMSO-d₆)(ppm)：0.92(3H，t)，1.35(3H，t)，1.78-1.88(2H，m)，3.17(2H，q)，3.76(1H，s)，3.91(2H，t)，3.94(3H，s)，4.64(1H，dd)，4.99(1H，dd)，5.18(2H，s)，5.23(1H，d)，5.67(1H，d)，6.04-6.12(1H，m)，7.53(1H，s)，7.54(1H，d)，8.13(1H，d)。

实施例3

9-丙基-10-羟基-7-乙基喜树碱

将75mg(0.185mmol)9-烯丙基-10-羟基-7-乙基喜树碱溶于2mL 1，4-二氧六环，加入10mg Pd/C，常压通入氢气，常温反应0.5h，反应完毕，过滤，回收1，4-二氧六环，残留液析出黄色固体，抽滤，即得9-丙基-10-羟基喜树碱53mg，收率70.3％。¹HNMR(DMSO-d₆)(ppm)：0.88(3H，t)，1.02(3H，t)，1.35(3H，t)，1.57-1.62(2H，m)，1.84-1.91(2H，t)，3.08(2H，t)，3.20(2H，t)，5.30(2H，s)，5.41(2H，d)，6.39(1H，s)，7.22(1H，s)，7.50(1H，dd)，7.92(1H，d)，10.03(1H，s)。

实施例4

9-丙基-10-甲氧基-7-乙基喜树碱

操作方法同实例3一样，由75mg(0.179mmol)9-烯丙基-10-甲氧基-7-乙基喜树碱得到9-丙基-10-甲氧基-7-乙基喜树碱57mg，收率75.6％。¹HNMR(DMSO-d₆)(ppm)：1.03(3H，t)，1.05(3H，t)，1.41(3H，t)，1.60-1.68(2H，m)，1.83-1.95(2H，m)，3.13-3.17(2H，m)，3.24(2H，q)，3.80(1H，s)，4.01(3H，s)，5.27(2H，s)，5.30(1H，d)，5.75(1H，d)，7.56(1H，d)，7.59(1H，s)，8.13(1H，d)。

实施例5

9-乙基-10-甲氧基-7-乙基喜树碱

1)9-甲酰甲基-10-甲氧基-7-乙基喜树碱

将200mg(0.447mmol)9-烯丙基-10-甲氧基-7-乙基喜树碱溶于40mL1，4-二氧六环和13mL水中，加入0.3mg四氧化锇，反应10分钟，再分5批加入192mg(0.894mmol)高碘酸钠，耗时50分钟。加入适量的水，用氯仿甲醇混合溶剂提取多次，无水硫酸钠干燥，过滤，蒸去溶剂，残留物柱层析(氯仿/甲醇＝35/1)得到黄色固体9-甲酰甲基-10-甲氧基-7-乙基喜树碱121mg，收率60.2％。

2)9-乙基-10-甲氧基-7-乙基喜树碱

将1210mg(2.70mmol)9-甲酰甲基-10-甲氧基-7-乙基喜树碱溶于50mL冰乙酸中，加入100mg对甲苯磺酸、5mL乙二硫醇，室温搅拌过夜，加入大量的水，用氯仿萃取多次，无水硫酸钠干燥，过滤，回收溶剂，残留物在加热下真空干燥得到黄色固体。将所得固体加到乙醇中，加入大过量阮力镍，加热回流6h。虑去阮力镍，回收溶剂，残余物柱层析(氯仿/丙酮＝100/1)，得到9-乙基-10-甲氧基-7-乙基喜树碱930mg，收率79.3％。¹HNMR(CDCl₃)(ppm)：1.03(3H，t)，1.41(3H，t)，1.66(3H，t)，1.83-1.95(2H，m)，3.15(2H，q)，3.24(2H，q)，3.80(1H，s)，4.01(3H，s)，5.27(2H，s)，5.30(1H，d)，5.75(1H，d)，7.56(1H，d)，7.59(1H，s)，8.13(1H，d)。

实施例6

9-乙基-10-羟基-7-乙基喜树碱

将60mg(0.138mmol)9-乙基-10-甲氧基-7-乙基喜树碱溶于15mL20％的氢溴酸中，加热回流5.5h，水解完毕，用10％的羟氧化钠的水溶液调节反应液pH至5～6，氯仿提取，水洗，无水硫酸钠干燥，过滤，蒸去氯仿，残留液硅胶柱层析(氯仿/丙酮＝2/1)，得到黄色9-乙基-10-羟基-7-乙基喜树碱45mg，收率77.6％。¹HNMR(DMSO-d₆)(ppm)：1.04(3H，t)，1.41(3H，t)，1.68(3H，t)，1.83-1.95(2H，m)，3.18(2H，q)，3.24(2H，q)，5.27(2H，s)，5.31(1H，d)，5.76(1H，d)，7.56(1H，d)，7.59(1H，s)，8.13(1H，d)，9.98(1H，s)。

实施例7

9-羟乙基-10-甲氧基-7-乙基喜树碱

将600mg(0.134mmol)9-甲酰甲基-10-甲氧基-7-乙基喜树碱溶于2mol/L的羟氧化钠溶液30mL中，加入20mg硼氢化钠，搅拌反应0.5h，稀盐酸调节反应液至酸性，氯仿甲醇混合溶液萃取多次，无水硫酸钠干燥，过滤，蒸去溶剂，残留物柱层析(氯仿/甲醇＝20/1)，得到9-羟乙基-10-甲氧基-7-乙基喜树碱320mg，收率53.1％。¹HNMR(DMSO-d₆)(ppm)：1.03(3H，t)，1.41(3H，t)，1.83-1.95(2H，m)，3.15(2H，t)，3.24(2H，q)，3.52(2H，t)，4.01(3H，s)，5.27(2H，s)，5.30(1H，d)，5.75(1H，d)，7.56(1H，d)，7.59(1H，s)，8.13(1H，d)。

实施例8

9-羟乙基-10-羟基-7-乙基喜树碱

将120mg(0.266mmol)9-羟乙基-10-甲氧基-7-乙基喜树碱溶于无水的THF30mL中，加入三氟化硼0.5mL，在室温下搅拌6h，反应液倾入冰水中，将水蒸干，残留物直接柱层析(氯仿/甲醇＝10/1)，得到9-羟乙基-10-羟基-7-乙基喜树碱46mg，收率39.6％。¹HNMR(DMSO-d₆)(ppm)：1.03(3H，t)，1.43(3H，t)，1.83-1.96(2H，m)，3.16(2H，t)，3.25(2H，q)，3.54(2H，t)，5.27(2H，s)，5.30(1H，d)，5.75(1H，d)，7.56(1H，d)，7.59(1H，s)，8.13(1H，d)，10.4(1H，s)。

实施例9

9-(N，N-二甲基胺基乙基)-10-甲氧基-7-乙基喜树碱盐酸盐

将150mg(0.334mmol)9-甲酰甲基-10-甲氧基-7-乙基喜树碱溶于60mL甲醇中，加入270mg二甲胺盐酸盐、19mg氰基硼氢化钠，在室温下反应12h，加入少许浓盐酸，蒸干溶液，直接柱层析(氯仿/甲醇＝10/1)，得到9-(N，N-二甲基胺基乙基)-10-甲氧基-7-乙基喜树碱盐酸盐99mg，收率57.6％。¹HNMR(DMSO-d₆)(ppm)：1.03(3H，t)，1.41(3H，t)，1.83-1.95(2H，m)，2.35(6H，s)，2.91(2H，t)，3.15(2H，t)，3.24(2H，q)，4.01(3H，s)，5.27(2H，s)，5.30(1H，d)，5.75(1H，d)，7.56(1H，d)，7.59(1H，s)，8.13(1H，d)。

实施例10

9-(N，N-二甲基胺基乙基)-10-羟基-7-乙基喜树碱盐酸盐

将100mg(0.195mmol)9-(N，N-二甲基胺基乙基)-10-甲氧基-7-乙基喜树碱盐酸盐溶于无水的THF 60mL中，加入三氟化硼0.6mL，在室温下搅拌6h，反应液倾入冰水中，将水蒸干，残留物直接柱层析(氯仿/甲醇＝10/1)，得到9-(N，N-二甲基胺基乙基)-10-羟基-7-乙基喜树碱盐酸盐51mg，收率52.4％。

¹HNMR(DMSO-d₆)(ppm)：1.03(3H，t)，1.41(3H，t)，1.82-1.97(2H，m)，2.37(6H，s)，2.30(2H，t)，3.17(2H，t)，3.24(2H，q)，5.27(2H，s)，5.30(1H，d)，5.75(1H，d)，7.56(1H，d)，7.59(1H，s)，8.11(1H，d)，10.02(1H，s)。