CN101787069A

CN101787069A - 薯蓣皂苷元哌嗪类衍生物及其制备方法

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Publication number: CN101787069A
Application number: CN 201010129108
Authority: CN
Inventors: 范举正; 张志荣; 傅微微; 曾春玲; 郑微; 吴亚克; 蒋红平
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2010-03-22
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2010-07-28

Abstract

本发明涉及新颖的薯蓣皂苷元哌嗪类化合物及其制备方法，及其以该化合物为活性成分的药物组合物抗肿瘤方面的应用。本发明以薯蓣皂苷元、哌嗪为原料，先制备得到1-甾体哌嗪化合物，再与ArX反应，合成得到一系列1-甾体-4-取代哌嗪类化合物。用结构通式(I)和(II)表示；经药理试验表明，该薯蓣皂苷元哌嗪类化合物对A375，A549，HepG-2细胞株具有明显的抑制作用，且均优于薯蓣皂苷元。

Description

薯蓣皂苷元哌嗪类衍生物及其制备方法

技术领域

本发明涉及新颖的薯蓣皂苷元哌嗪类化合物，其制备方法，以该化合物为活性成分的药物组合物在抗肿瘤方面的应用。

背景技术

薯蓣皂苷元属于甾体类化合物，在自然界中的资源丰富，且具有多种生物学效应。目前，薯蓣皂苷元主要用做合成甾体激素的原料和治疗心血管系统疾病中成药中主要活性成分。

近年来，薯蓣皂苷元的抗肿瘤活性日益受到重视，研究表明薯蓣皂苷元对1547，HEP-2，M4Beu，HT-29，K562，Hela，HEL细胞等都有抑制生长并诱导其凋亡的作用。

薯蓣皂苷元的抗肿瘤机制研究同样受到重视，目前的研究结果表明，薯蓣皂苷元是通过调控细胞凋亡起到抑制肿瘤细胞生长的作用。细胞凋亡途径是新型抗肿瘤药物研究的主要靶点，基于此机制的抗肿瘤药物有望开创肿瘤治疗的新局面。

此前薯蓣皂苷元的结构修饰和改造主要集中在药代动力学改善、提高治疗心血管系统疾病的生物活性和少数偶发性的抗肿瘤活性衍生物的获得。

基于特定作用机制的薯蓣皂苷元结构修饰，一方面可以通过合理药物设计有针对性地提高抗肿瘤生物活性。另一方面，由于是基于天然产物的结构修饰，可望得到毒副作用低的抗肿瘤化合物。

本发明基于薯蓣皂苷元抗肿瘤活性及其机制的最新研究成果，以细胞凋亡途径中的关键蛋白质为靶点，运用计算机辅助设计进行基于作用机制的合理药物设计，以得到抗肿瘤活性更高的薯蓣皂苷元衍生物。

目前，基于细胞凋亡作用机制并结合计算机辅助药物设计进行薯蓣皂苷元衍生物的设计和合成以得到抗肿瘤活性显著提高的薯蓣皂苷元衍生物。类似研究迄今为止未见文献报道。

发明内容

本发明提供一系列薯蓣皂苷元哌嗪类化合物及其制备方法。本发明合成了一系列薯蓣皂苷元哌嗪类化合物，经体外抗肿瘤活性筛选以及构效关系研究，发现具有非常好的体外抗肿瘤生理活性。

本发明提供的薯蓣皂苷元哌嗪类化合物用下列通式(I)和(II)表示：

其中R₁和R₂＝H、烃基、芳基、取代芳基【取代R＝X、NH₂、NO₂、OR、SO₃H、SO₃R(Ar)、COOH、COOR(Ar)等】

其中n＝1-5

一种具有结构通式(I)和(II)的化合物的制备方法，该方法包括以下步骤：

I、1-薯蓣皂苷元失F环-4-取代-哌嗪化合物的合成

A、薯蓣皂苷元失F环27-哌嗪化合物的合成

①薯蓣皂苷元3-Ac的合成：将薯蓣皂苷元，乙酸酐溶于吡啶中，用量按摩尔比为蓣皂苷元∶乙酸酐＝1∶10。溶剂的用量为20-100ml/g薯蓣皂苷元3-Ac

冰浴下搅拌30分钟后，加热至60℃，反应2-4小时。反应完毕后冷却至室温，后将反应液倒入冰水中搅拌1-2小时，然后抽虑，固体用冰水洗涤4-5次后真空干燥，得白色固体。

②薯蓣皂苷元3-Ac失F环的合成：将薯蓣皂苷元3-Ac溶于二氯甲烷中，在室温下缓慢滴加冰醋酸，搅拌5-10分钟后，分批加入氰基硼氰化钠。用量按摩尔比为薯蓣皂苷元3-Ac∶冰醋酸∶氰基硼氰化钠＝1∶3∶3。溶剂的用量为20-100ml/g薯蓣皂苷元3-Ac失F环

室温下反应5小时。反应完毕后加入水搅拌10-20分钟，用二氯甲烷萃取，再用饱和碳酸氢钠溶液洗3-5次，饱和食盐水洗2-3次，无水硫酸钠干燥，滤出不溶物，将滤液减压旋干，残留物经柱层析纯化，得到薯蓣皂苷元3-Ac失F环化合物。

③薯蓣皂苷元失F环3-Ac-27-溴代物的合成：将薯蓣皂苷元3-Ac失F环，三苯基磷溶于无水四氢呋喃中，搅拌10-20分钟后，在0℃加入N-溴代丁二酰亚胺。用量按摩尔比为薯蓣皂苷元3-Ac失F环∶三苯基磷∶NBS＝1∶3∶3。溶剂的用量为20-100ml/g薯蓣皂苷元失F环3-Ac-27-Br。

室温下反应2-3小时。反应完毕后减压蒸除溶剂，残留物经柱层析纯化，得薯蓣皂苷元失F环3-Ac-27-Br化合物。

④薯蓣皂苷元失F环27-哌嗪的合成：将薯蓣皂苷元失F环3-Ac-27-Br，无水哌嗪，无水碳酸钾溶于乙腈中，用量按摩尔比为蓣皂苷元失F环3-Ac-27-Br∶无水碳酸钾∶无水哌嗪＝1∶2∶10。溶剂的用量为20-100ml/g薯蓣皂苷元失F环27-哌嗪。

在50℃下反应4-5小时后，减压蒸除溶剂，残留物再加入2倍量的氢氧化钾，60℃反应1小时，减压蒸除溶剂，残留物经柱层析纯化，得薯蓣皂苷元失F环27-哌嗪。

a)Ac₂O，Pyridine，60℃ b)HAc，CH₂Cl₂，rt c)NBS，PPh₃，THF，0℃ d)Piperazine，K2CO₃，CH₃CN，50℃ e)KOH，60℃

B、1-薯蓣皂苷元失F环-4-取代-哌嗪化合物的合成

将薯蓣皂苷元失F环27-哌嗪，ArX溶于乙腈中，用量按摩尔比为薯蓣皂苷元失F环27-哌嗪∶ArX＝1∶2。溶剂的用量为20-100ml/g 1-薯蓣皂苷元失F环-4-取代-哌嗪化合物。

在60℃下反应5-6小时。减压蒸除溶剂后用二氯甲烷溶解，再用饱和碳酸氢钠溶液洗2-3次，饱和食盐水洗1-2次，无水硫酸钠干燥，滤出不溶物，将滤液减压旋干，残留物经柱层析纯化，得1-薯蓣皂苷元失F环-4-取代-哌嗪化合物。

f)ArX，CH₃CN，60℃

II、2-(4-取代哌嗪)乙酸薯蓣皂苷元酯的合成

A，2-哌嗪乙酸薯蓣皂苷元酯化合物的合成

①氯乙酸薯蓣皂苷元酯化合物的合成：

将薯蓣皂苷元，氯乙酸，4-二甲氨基吡啶(DMAP)溶于二氯甲烷中，搅拌5-10分钟，在0℃下滴加二环己基碳二亚胺(DCC)的二氯甲烷溶液。用量按摩尔比为薯蓣皂苷元∶氯乙酸＝1∶2。溶剂的用量为10-100ml/g氯乙酸薯蓣皂苷元酯。

室温下反应20-30分钟后，过滤，减压蒸除溶剂，硅胶柱层析纯化得氯乙酸薯蓣皂苷元酯。

②2-哌嗪乙酸薯蓣皂苷元酯化合物的合成：

取氯乙酸薯蓣皂苷元酯，无水哌嗪溶于丙酮中，用量按摩尔比为氯乙酸薯蓣皂苷元酯∶无水哌嗪＝1∶5。溶剂的用量为10-100ml/g2-哌嗪乙酸薯蓣皂苷元酯。

60℃下回流反应1h，反应完全后，过滤，减压蒸除溶剂，加入水，析出大量白色固体，过滤，滤饼用水洗涤三次，烘干得淡黄色固体，经柱层析纯化，得到2-哌嗪乙酸薯蓣皂苷元酯。

B，2-(4-取代哌嗪)乙酸薯蓣皂苷元酯化合物

取2-哌嗪乙酸薯蓣皂苷元酯，ArX溶于丙酮中，用量按摩尔比为2-哌嗪乙酸薯蓣皂苷元酯∶ArX＝1∶2。溶剂的用量为10-100ml/g2-(4-取代哌嗪)乙酸薯蓣皂苷元酯。

在60℃下回流反应12h，反应完全后，经柱层析纯化，得到2-(4-取代哌嗪)乙酸薯蓣皂苷元酯。

g)ClCH₂COOH，DCC，DMAP，CH₂Cl₂，rt h)piperazine，acetone，60℃ i)ArX，acetone，60℃

本发明将如下式所示的薯蓣皂苷元哌嗪类化合物的哌嗪4-位制备成相应的卤代盐，醋酸盐等。

本发明所述的具有结构通式(I)和(II)的薯蓣皂苷元哌嗪类化合物，其特征在于它具有抗肿瘤活性，可用于治疗肿瘤疾病。

具体实施方式：下面结合实例列举本发明的典型化合物

实例1薯蓣皂苷元失F环27-哌嗪化合物(1)的合成

1，薯蓣皂苷元3-Ac的合成(I)：取薯蓣皂苷元(2g，4.8mmol)，乙酸酐(4ml，40.2mmol)于吡啶(8ml)中，冰浴下搅拌30分钟后，加热至60℃，反应3小时。反应完毕后冷却至室温，后将反应液倒入冰水(500ml)中搅拌1小时，然后抽虑，固体用冰水(50ml*5)洗涤后真空干燥，得白色固体。

2，薯蓣皂苷元3-Ac失F环的合成(II)：将化合物I(1.5g)溶于二氯甲烷(8ml)中，在室温下缓慢滴加冰醋酸(20ml)，搅拌10分钟后，分批加入氰基硼氰化钠(1.060g，16.51mmol)，室温下反应5小时后，加入水(15ml)搅拌10分钟，之后用二氯甲烷萃取，再用饱和碳酸氢钠溶液洗三遍，饱和食盐水洗一次，无水硫酸钠干燥，滤出不溶物，将滤液减压旋干，残留物经柱层析纯化，得薯蓣皂苷元3-Ac失F环1.36克。两步产率：71.4％。

3，薯蓣皂苷元失F环3-Ac-27-Br的合成(III)：将化合物II(1g，2.18mmol)，三苯基磷(1.66g，6.33mmol)溶于四氢呋喃(35ml)中，搅拌20分钟后，在0℃下加入N-溴代丁二酰亚胺(0.918g，9,32mmol)，室温下反应3小时。反应完毕后减压蒸除溶剂，残留物经柱层析纯化，得薯蓣皂苷元失F环3-Ac-27-Br化合物(0.739g)，产率为65.2％。

4，薯蓣皂苷元失F环3-Ac-27-哌嗪的合成(1)：将化合物III(600mg，1.5mmol)，无水哌嗪(1.5g，17.0mmol)，无水碳酸钾(475mg，3.4mmol)溶于乙腈(15ml)中，在50℃下反应4小时后，减压蒸除溶剂，残留物加入氢氧化钾(200mg，3.6mmol)，60℃反应1小时，减压蒸除溶剂，残留物经柱层析纯化，得薯蓣皂苷元失F环27-哌嗪(486mg)，mp179-180℃，产率为66.3％。

¹HNMR(CDCl3，400MHz)：δ5.34(m，1H)，3.54-3.77(m.1H)，3.33-3.28(m，1H)，2.89(m，1H)，2.49(m，4H)

¹³CNMRCDCL3，100MHz)：δ140.89，121.27，90.37，83.09，71.37.66.18，66.09，56.91，54.99，50.06，46.00，46，28，40.62，39.41，37.82，37.23，36.58，32.20，31.95，31.57，31.53，30.82，30.23，20.63，19.39，18.98，18.21，16.41.

实例2 1-薯蓣皂苷元失F环-4-取代-哌嗪化合物(2)的合成

将化合物1(175mg，0.35mmol)、苄溴(140mg，0.82mmol)溶于乙腈(15ml)中，在60℃下反应5小时。减压蒸除溶剂后用二氯甲烷(30ml)溶解，溶液用饱和碳酸氢钠溶液洗两次，饱和食盐水洗一次，无水硫酸钠干燥，滤出不溶物，将滤液减压旋干，残留物经柱层析纯化，得1-薯蓣皂苷元失F环-4-取代-哌嗪化合物(147mg)，mp220-221℃，产率为：60.4％。

¹HNMR(CDCl3，400MHz)：7.52-7.49(dd，J＝13.6HZ，2)；7.47-7.38(m，3H)；5.35-5.34(t，J＝4.4HZ，1H)；3.93(S，2H)

¹³CNMRCDCL3，100MHz)：δ140.81，133.77，130.78，129.33，128.87，121.34，89.77，83.26，71.66，64.83，63.58，61.36，56.89，50.77，50.75，49.99，42.32，40.64，39.37，37.96，37.18，36.58，32.25，31.95，31.55，30.06，20.64，19.41，18.75，16.47，7.35.

实例3 2-哌嗪乙酸薯蓣皂苷元酯化合物(3)的合成

1，氯乙酸薯蓣皂苷元酯(IV)化合物的制备：

将薯蓣皂苷元(1g，2.4mmol)，氯乙酸(456mg，4.0mmol)，4-二甲氨基吡啶(DMAP)(167mg，0.12mmol)溶于二氯甲烷(10ml)中搅拌5-10分钟，在0℃下滴加二环己基碳二亚胺(DCC)(750mg，0.36mmol)的二氯甲烷溶液反应20-30分钟。反应完全后，过滤，减压蒸除溶剂，硅胶柱层析纯化得白色固体(950mg)，mp200-202℃，收率80.6％。

¹HNMR(CDCl₃，400MHz)：δ5.40-5.38(d，J＝8Hz，1H，H-6)，4.74-4.66(m，1H，H-3)，4.44-4.38(dd，J＝8，15Hz，1H，H-16)，4.04(s，2H，NCH₂-)，3.49-3.46(m，1H，H-26eq)，3.40-3.34(t，1H，H-26ax)，2.37-2.35(d，2H，H-4)，1.04(s，3H)，0.98-0.96(d，3H)，0.80-0.78(t，6H)。

¹³CNMR(CDCl₃，100MHz)：δ166.68(C＝O)，139.23(C-5)，122.83(C-6)，109.24(C-22)，80.77(C-16)，76.05(C-3)，66.84，62.13，56.43，49.94，41.63，41.15，40.26，39.71，37.85，36.70，32.04，31.84，31.40，30.30，28.82，27.56，20.82，19.29，17.11，16.25，14.50。

2，2-哌嗪乙酸薯蓣皂苷元酯(3)化合物的制备：

取化合物IV(123mg，0.25mmol)，无水哌嗪(108mg，1.25mmol)溶于丙酮(5ml)中，60℃下回流反应1h，反应完全后，过滤，减压蒸除溶剂，加入10ml水，析出大量白色固体，过滤，滤饼用水洗涤(5ml×3)，烘干得淡黄色固体，经柱层析纯化，得到120mg白色固体。mp151-153℃，收率88.7％。

¹HNMR(CDCl₃，400MHz)：δ5.38-5.37(d，J＝4Hz，1H，H-6)，4.77-4.65(m，1H，H-3)，4.44-4.38(dd，J＝7.6，11.2Hz，1H，H-16)，3.49(s，1H，-NH-)，3.47(s，1H，H-26eq)，3.40-3.35(t，1H，H-26ax)，3.19(s，2H，NCH₂C＝O)，2.99-2.97(t，4H，NCH₂-)，2.60(s，4H，NCH₂-)，2.35-2.33(d，J＝7.2Hz，2H)，1.04(s，3H)，0.98-0.96(d，3H)，0.80-0.79(d，6H)。

¹³CNMR(CDCl₃，100MHz)：δ169.55(C＝O)，139.42(C-5)，122.46(C-6)，109.22(C-22)，80.72(C-16)，74.24(C-3)，66.76，61.95，59.92，56.32，53.46，49.80，45.45，41.51，40.16，39.62，38.00，36.82，36.63，31.95，31.74，31.29，30.21，28.71，27.67，19.27，17.09，16.22，14.47。

实例4 2-(4-丁基哌嗪)乙酸薯蓣皂苷元酯(4)的合成

取化合物3(100mg，0.185mmol)，溴代正丁烷(52mg，0.37mmol)溶于丙酮(5ml)中，60℃回流反应12h，反应完全后，经柱层析纯化，得到68mg白色固体。mp230-232℃，收率61.6％。

¹HNMR(CDCl₃，400MHz)：δ5.38-5.31(d，J＝4Hz，1H，H-6)，4.67-4.65(m，1H，H-3)，4.44-4.38(dd，J＝7.2，14.8Hz，1H，H-16)，3.48-3.46(m，1H，H-26eq)，3.40-3.35(t，1H，H-26ax)，3.28(s，2H，NCH₂C＝O)，3.06(s，4H，NCH₂-)，2.93-2.88(t，2H，NCH₂-)，2.34-2.32(d，J＝7.6，2H，NCH₂-)，2.05-1.95(m，2H，H-4)，1.04(s，3H)，0.98-0.95(t，6H)，0.80-0.79(d，6H)。

¹³CNMR(CDCl₃，100MHz)：169.16(C＝O)，139.30(C-5)，122.59(C-6)，109.24(C-22)，80.72(C-16)，74.78(C-3)，66.77，61.96，58.28，57.26，56.34，51.78，49.82，49.50，41.51，40.17，39.62，37.93，36.79，36.63，31.95，31.74，31.28，30.21，28.71，27.61，25.63，20.73，20.11，19.26，17.09，16.23，14.48，13.52。

实例5 2-(4-苄基哌嗪)乙酸薯蓣皂苷元酯(5)的合成

取化合物3(130mg，0.24mmol)，溴苄(85mg，0.48mmol)溶于丙酮(5ml)中，60℃回流反应12h，反应完全后，经柱层析纯化，得到95mg白色固体。mp165-167℃，收率62.7％。

¹HNMR(CDCl₃，400MHz)：δ7.36-7.29(m，5H，C₆H₅-)，5.38-5.37(d，J＝4Hz，1H，H-6)，4.67-4.65(m，1H，H-3)，4.44-4.39(dd，J＝7.6，14.8Hz，1H，H-16)，3.64(s，2H，PhCH₂-)，3.49-3.47(d，1H，H-26eq)，3.41-3.35(t，1H，H-26ax)，3.20(s，2H，NCH₂C＝O)，2.69(s，8H，NCH₂-)，2.34-2.33(d，J＝11.2Hz，2H)，2.02-1.98(m，2H)，1.04(s，3H)，0.99-0.97(d，3H)，0.80-0.79(d，6H)。

¹³CNMR(CDCl₃，100MHz)：δ169.58(C＝O)，139.45(C-5)，129.52(Ph-C)，128.33(Ph-C)，127.48(Ph-C)，122.47(C-6)，109.24(C-22)，80.74(C-16)，74.26(C-3)，66.78，62.60，61.98，59.37，56.35，52.48，52.42，49.82，41.54，40.19，39.64，38.00，36.84，36.65，31.97，31.77，31.31，30.24，29.66，28.73，27.66，20.74，19.29，17.11，16.25，14.50。

化合物1～3的体外抗肿瘤活性实验

本发明对天然产物薯蓣皂苷元进行结构修饰，得到的薯蓣皂苷元哌嗪类化合物1～5，用MTT法对所合成的薯蓣皂苷元哌嗪类化合物1～3进行初步的体外抗肿瘤活性测试。研究表明该系列化合物对A375，A549，HepG-2细胞株具有明显的抑制作用，且均优于母体化合物薯蓣皂苷元。化合物体外测试结果如下表所示。