CN106316946B - 一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环丙沙星的α，β‑不饱和酮衍生物及其制备方法和应用，采用如下式Ⅰ化学结构通式：

Description

一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于创新药物合成技术领域，具体涉及一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物，同时还涉及一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物的制备方法，以及其在抗肿瘤药物中的应用。
背景技术
新药创新起源于先导物的发现，而基于结构的理性药物分子设计是发现先导物的有效方法。在结构多样的药效团中，具有α，β-不饱和酮结构特征的查尔酮类化合物作为天然有效成分，因具有多种药理活性而被关注。然而，天然查尔酮类化合物多为多羟基苯环取代的α，β-不饱和酮类，因其较差的水溶性导致生物利用度较低，限制临床上的应用。另外，结合抗菌氟喹诺酮药物的作用靶点—拓扑异构酶也是抗肿瘤药物的重要作用靶点，可将其抗菌活性转化为抗肿瘤活性，并发现氟喹诺酮C-3羧基并非是抗肿瘤活性所必需的药效团、可用生物电子等排体替换以提高其抗肿瘤活性。基于此，为改善查尔酮类的水溶性，提高其生物利用度和活性，本发明用氟喹诺酮药物环丙沙星的优势药效团—1-环丙基-6-氟-7-哌嗪-喹啉-4(1H)-酮骨架作为α，β-不饱和酮结构的取代基，进而设计了新型结构的氟喹诺酮“类查尔酮”衍生物。
为此，本发明的目的是提供一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物，具有抗肿瘤的作用和功效，同时提供一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物，其化学结构式如通式Ⅰ所示：
式Ⅰ中Ar为苯环或取代苯环或呋喃环或吡啶环，该类化合物为以下的具体结构的化合物：
本发明的一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物的制备方法，以式Ⅱ所示的环丙沙星为原料制备而成，
具体制备步骤如下：
1)将式Ⅱ所示环丙沙星与水合肼直接进行肼解反应制得式Ⅲ所示环丙沙星酰肼。
制备式Ⅲ的详细操作步骤可以参照文献(杨勇.喹诺酮C-3[1，3，4]三唑硫醚及衍生物的合成和抗肿瘤活性研究。硕士论文，河南大学，2011年。)
2)将式Ⅲ所示环丙沙星酰肼化合物与铁氰化钾在氯仿-氨水介质中在常温条件下反应10小时。过滤，分出有机层，用无水硫酸钠干燥，回收溶剂，固体用适当的溶剂重结晶，制得式Ⅳ所示的环丙沙星醛中间体：
步骤2)的具体操作为：环丙沙星酰肼(10.0g，28.0mmol)溶于氯仿(500mL)中，加入浓氨水(50mL)，水浴下搅拌下滴加铁氰化钾(14.0g，42.0mmol)的饱和水溶液，然后在常温搅拌反应10小时。过滤，分出有机层，用无水硫酸钠干燥。减压至干，固体物用乙醇-乙酸乙酯(V:V＝1：3)重结晶，得类白色结晶式Ⅳ，收率63.8％，mp 165～167℃。1H NMR(400MHz,CD3Cl)：1.21～1.32(4H，m，环丙基-H)，2.83～3.76(9H，m，哌嗪-H和环丙基-H)，7.53(1H，d，8-H)，8.05(1H，d，5-H)，8.36(1H，s，2-H)，10.34(1H，s，H-C＝O)；MS(m/z)：316[M+H]+，计算(C17H18FN3O2)：315.35。
3)将式Ⅳ所示的环丙沙星醛与式Ⅴ所示的芳香基-乙酮在碱的催化下在无水乙醇中进行羟醛缩合反应，待反应完全后，经后处理制得如式Ⅰ所示的目标化合物。反应过程如下：
其中，式Ⅰ中Ar为苯环或取代苯环或呋喃环或吡啶环。
目标化合物式Ⅰ通用的合成制备操作步骤为：取1-环丙基-6-氟-7-哌嗪-1-基-喹啉-4(1H)-酮-3-甲醛Ⅳ0.95g(3.0mmol)溶解于20mL无水乙醇中，加入芳香基乙酮式Ⅴ(3.0mmol)和碱催化剂哌啶(0.1mL)。混合反应物回流反应24h，放置室温，滤集产生的固体，无水乙醇重结晶，得淡黄色结晶目标物式Ⅰ。
作为进一步的改进，式Ⅳ所示的环丙沙星醛与芳香基乙酮式Ⅴ的摩尔比为1:1.0～1.2。
所述的碱催化剂为哌啶、吡啶、三乙胺、吗啉、乙酸钾和乙酸钠中的至少一种。
所述的一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物在制备抗肿瘤药物中的应用。
所述抗肿瘤药物为治疗肝癌、胰腺癌或白血病药物。
本发明的一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物基于药效团的拼合原理，将氟喹诺酮骨架与α，β-不饱和酮药效团有效的结合，设计合成了环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物，实现了不同结构药效团的互补和活性的叠加，从而达到了增效降毒的效果，可作为全新结构的抗肿瘤药物开发。
具体实施方式
实施例1
1-环丙基-6-氟-7-哌嗪-1-基-3-(2-苯甲酰-乙烯-1-基)-喹啉-4(1H)-酮(I-1)，其化学结构式为：
即式Ⅰ中的Ar为苯基。
该化合物的制备方法为：以苯乙酮(0.43g，3.6mmol)替代芳基乙酮式Ⅴ，依照上述的目标物式Ⅰ的通用制备方法，得淡黄色结晶目标物(I-1)，产率63.6％，m.p.145～147℃。1H NMR(400MHz,CD3Cl)δ：1.17-1.32(4H，m，环丙基-H)，2.68～3.37(8H，m，哌嗪-H)，3.68(1H，m，环丙基-H)，7.25～7.68(6H，m，Ph-H和8-H)，8.05(1H，d，5-H)，8.13～8.76(3H，m，1’-H、2’-H和2-H)；MS(m/z)：418[M+H]+，计算(C25H24FN3O2)：417.49。
实施例2
1-环丙基-6-氟-7-哌嗪-1-基-3-[2-(4-甲氧基苯甲酰)-乙烯-1-基]-喹啉-4(1H)-酮(I-2)，其化学结构式为：
即式Ⅰ中的Ar为对甲氧基苯基。
该化合物的制备方法为：以4-甲氧基-苯乙酮(0.45g，3.0mmol)替代芳基乙酮式Ⅴ，依照上述的目标物式Ⅰ的通用制备方法，得淡黄色结晶目标物(I-2),产率75.4％，m.p.148～150℃。1H NMR(400MHz,CD3Cl)δ:1.21～1.37(4H，m，环丙基-H)，2.74～3.38(8H，m，哌嗪-H)，3.72(1H，m，环丙基-H)，3.88(3H，s，OCH3)，7.53～7.84(5H，m，Ph-H和8-H)，8.06(1H，d，5-H)，8.16～8.82(3H，m，1’-H、2’-H和2-H)；MS(m/z)：448[M+H]+，计算(C26H26FN3O6)：447.51。
实施例3
1-环丙基-6-氟-7-哌嗪-1-基-3-[2-(3，4-二氧亚甲基-苯甲酰)-乙烯-1-基]-喹啉-4(1H)-酮(I-3)，其化学结构式为：
即式I中的Ar为3，4-(二氧亚甲基)苯基。
该化合物的制备方法为：以3，4-二氧亚甲基-苯乙酮(0.49g，3.0mmol)替代芳基乙酮式Ⅴ，依照上述的目标物式Ⅰ的通用制备方法，得淡黄色结晶目标物物(I-3),产率77.2％，m.p.173～175℃。1H NMR(400MHz,CD3Cl)δ:1.20～1.37(4H，m，环丙基-H)，3.03～3.38(8H，m，哌嗪-H)，3.70(1H，m，环丙基-H)，6.22(2H，s，OCH2O)，7.63～7.88(4H，m，Ph-H和8-H和5-H)，8.07(1H，d，5-H)，8.18～8.86(3H，m，1’-H、2’-H和2-H)；MS(m/z)：462[M+H]+，计算(C26H24FN3O4)：461.50。
实施例4
1-环丙基-6-氟-7-哌嗪-1-基-3-[2-(3,4,5-三甲氧甲基-苯甲酰)-乙烯-1-基]-喹啉-4(1H)-酮(I-4)，其化学结构式为：
即式I中的Ar为3，4，5-三甲氧苯基。
该化合物的制备方法为：以3，4，5-三甲氧基-苯乙酮(0.63g，3.0mmol)替代芳基乙酮式Ⅴ，依照上述的目标物式Ⅰ的通用制备方法，得淡黄色结晶目标物物(I-4),产率63.2％，m.p.144～146℃。1H NMR(400MHz,CD3Cl)δ:1.16～1.37(4H，m，环丙基-H)，2.87～3.36(8H，m，哌嗪-H)，3.67(1H，m，环丙基-H)，3.88，3.92(9H，2s，3×OCH3)，7.72～7.83(3H，m，Ph-H和8-H)，8.06(1H，d，5-H)，8.13～8.85(3H，m，1’-H、2’-H和2-H)；MS(m/z)：508[M+H]+，计算(C28H30FN3O5)：507.57。
实施例5
1-环丙基-6-氟-7-哌嗪-1-基-3-[2-(4-甲基-苯甲酰)-乙烯-1-基]-喹啉-4(1H)-酮(I-5)，其化学结构式为：
即式I中的Ar为对甲基-苯基。
该化合物的制备方法为：以4-甲基-苯乙酮(0.44g，3.3mmol)替代芳基乙酮式Ⅴ，依照上述的目标物式Ⅰ的通用制备方法，得淡黄色结晶目标物物(I-5),产率53.8％，m.p.131～133℃。1H NMR(400MHz,CD3Cl)δ:1.17～1.35(4H，m，环丙基-H)，2.23(3H，s，Ph-CH3)，2.76～3.36(8H，m，哌嗪-H)，3.66(1H，m，环丙基-H)，7.53～7.78(5H，m，Ph-H和8-H)，8.00(1H，d，5-H)，8.11～8.85(3H，m，1’-H、2’-H和2-H)；MS(m/z)：432[M+H]+，计算(C26H26FN3O2)：431.51。
实施例6
1-环丙基-6-氟-7-哌嗪-1-基-3-[2-(4-氟-苯甲酰)-乙烯-1-基]-喹啉-4(1H)-酮(I-6)，其化学结构式为：
即式I中的Ar为对氟-苯基。
该化合物的制备方法为：以4-氟-苯乙酮(0.50g，3.6mmol)替代芳基乙酮式Ⅴ，依照上述的目标物式Ⅰ的通用制备方法，得淡黄色结晶目标物物(I-6),产率75.6％，m.p.157～159℃。1H NMR(400MHz,CD3Cl)δ:1.22～1.38(4H，m，环丙基-H)，3.07～3.44(8H，m，哌嗪-H)，3.73(1H，m，环丙基-H)，7.84～7.96(5H，m，Ph-H和8-H)，8.16(1H，d，5-H)，8.23～8.86(3H，m，1’-H、2’-H和2-H)；MS(m/z)：436[M+H]+，计算(C25H23F2N3O2)：435.48。
实施例7
1-环丙基-6-氟-7-哌嗪-1-基-3-[2-(4-硝基-苯甲酰)-乙烯-1-基]-喹啉-4(1H)-酮(I-7)，其化学结构式为：
即式Ⅰ中的Ar为对硝基苯基。
该化合物的制备方法为：以4-硝基-苯乙酮(0.50g，3.0mmol)替代芳基乙酮式Ⅴ，依照上述的目标物式Ⅰ的通用制备方法，得淡黄色结晶目标物物(I-7),产率66.2％，m.p.172～174℃。1H NMR(400MHz,CD3Cl)δ:1.25～1.46(4H，m，环丙基-H)，3.16～3.47(8H，m，哌嗪-H)，3.75(1H，m，环丙基-H)，7.88～8.16(5H，m，Ph-H和8-H)，8.25(1H，d，5-H)，8.35～8.87(3H，m，1’-H、2’-H和2-H)；MS(m/z)：463[M+H]+，计算(C25H23FN4O4)：462.48。
实施例8
1-环丙基-6-氟-7-哌嗪-1-基-3-[2-(4-羟基-苯甲酰)-乙烯-1-基]-喹啉-4(1H)-酮(I-8)，其化学结构式为：
即式Ⅰ中的Ar为4-羟基-苯基。
该化合物的制备方法为：以4-羟基-苯乙酮(0.45g，3.3mmol)替代芳基乙酮式Ⅴ，依照上述的目标物式Ⅰ的通用制备方法，得淡黄色结晶目标物物(I-8),产率47.5％，m.p.154～156℃。1H NMR(400MHz,CD3Cl)δ:1.18～1.36(4H，m，环丙基-H)，2.88～3.43(8H，m，哌嗪-H)，3.74(1H，m，环丙基-H)，7.73～8.04(5H，m，Ph-H和8-H)，8.17(1H，d，5-H)，8.30～8.85(3H，m，1’-H、2’-H和2-H)，10.52(1H，brs，OH)；MS(m/z)：434[M+H]+，计算(C25H24FN3O3)：433.49。
实施例9
1-环丙基-6-氟-7-哌嗪-1-基-3-[2-(4-吡啶-甲酰基)-乙烯-1-基]-喹啉-4(1H)-酮(I-9)，其化学结构式为：
即式Ⅰ中的Ar为4-吡啶基。
该化合物的制备方法为：以4-吡啶-乙酮(0.36g，3.0mmol)替代芳基乙酮式Ⅴ，依照上述的目标物式Ⅰ的通用制备方法，得淡黄色结晶目标物物(I-9),产率60.4％，m.p.176～178℃。1H NMR(400MHz,CD3Cl)δ:1.26～1.47(4H，m，环丙基-H)，3.18～3.53(8H，m，哌嗪-H)，3.76(1H，m，环丙基-H)，7.81(1H，d，8-H)，8.23(1H，d，5-H)，8.37～8.96(7H，m，1’-H、2’-H、2-H和Py-H)；MS(m/z)：419[M+H]+，计算(C24H23FN4O2)：418.47。
实施例10
1-环丙基-6-氟-7-哌嗪-1-基-3-[2-(4-呋喃-甲酰)-乙烯-1-基]-喹啉-4(1H)-酮(I-10)，其化学结构式为：
即式I中的Ar为2-呋喃基。
该化合物的制备方法为：以2-呋喃-乙酮(0.40g，3.6mmol)替代芳基乙酮式Ⅴ，依照上述的目标物式Ⅰ的通用制备方法，得淡黄色结晶目标物物(I-10),产率57.6％，m.p.166～168℃。1H NMR(400MHz,CD3Cl)δ:1.23～1.44(4H，m，环丙基-H)，3.07～3.55(8H，m，哌嗪-H)，3.75(1H，m，环丙基-H)，6.77～7.83(4H，m，呋喃-H和8-H)，8.16(1H，d，5-H)，8.26～8.83(3H，m，1’-H、2’-H和2-H)；MS(m/z)：408[M+H]+，计算(C22H22FN3O3)：407.45。
试验例
一、实施例1-10提供的一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物的体外抗肿瘤活性测定
1、供试样品
以实施例1-10提供的一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物及经典抗肿瘤TOPO抑制剂10-羟基喜树碱(HC)和母体化合物环丙沙星(CF)为供试样品，共12种，其中HC和CF为对照组，实施例1-10样品为实验组；
实验癌细胞株分别为人肝癌Hep-3B细胞、人胰腺癌Panc-1细胞和人白血病HL60细胞株均购买自中国科学院上海细胞库。正常细胞采用VERO非洲绿猴肾细胞，购买于上海通派生物科技有限公司。
2、测定方法
测定方法的具体步骤为：
1)首先将上述12种供试样品分别用二甲基亚砜(DMSO)溶解，配制成1.0×10- 2mol·L-1浓度的储备液，之后用质量百分比浓度为10％的小牛血清的RPMI-1640培养液将储备液稀释成具有5个浓度梯度(0.1、1.0、5.0、10.0、50.0μmol·L-1)的工作液；
2)取对数生长期的人肝癌Hep-3B细胞、人胰腺癌Panc-1细胞和人白血病HL60细胞及VERO细胞株，以每孔6000个细胞接种于96孔板，随后分别加入上述12种样品的具有5个浓度梯度的工作液，48小时后每孔加入5g·L–1MTT(噻唑蓝)溶液10μL，继续再培养4小时之后加入100μL质量百分比浓度为10％的十二烷基硫酸钠(SDS)溶液。培养24小时，然后用酶标仪在570nm波长处测定吸光度(OD)值；
3)按下述所示公式计算不同浓度的供试样品对癌细胞的抑制率，
癌细胞抑制率＝[(1－实验组OD值)/对照组OD值]×100％，
然后以供试样品的各浓度的对数值对各浓度对应的癌细胞抑制率作线性回归，得到剂量-效应方程，从所得剂量-效应方程计算出各供试样品对实验癌细胞的半数抑制浓度(IC50)；每个数据平行测定三次，求其平均值，结果见表1所示。
表1 各供试样品的抗肿瘤活性(IC50)
从表1可以看出，实施例1-10提供的化合物对实验3种癌细胞的抑制活性显著强于母体化合物环丙沙星的活性，尤其是大部分化合物对人肝癌Hep-3B细胞和人胰腺癌Panc-1细胞的生长抑制活性强于对照羟喜树碱的活性，其IC50值已达到或低于微摩尔浓度。更有意义的是，实施例1-10提供的化合物对VERO细胞显示出较低的毒性，具有成药性的潜力。因此，按照药物开发的一般途径是先进行常规的抗肿瘤体外筛选，然后进行针对性的研究，所以本发明的化合物具有强的抗肿瘤活性和较低的毒性，可通过与人体可接受的酸成盐或与药用载体混合制备抗肿瘤药物。

Claims (6)

1.一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物，其特征在于，具有如下式Ⅰ的结构通式：
其中，式Ⅰ中的芳香环Ar为苯环或4-甲氧基、3,4-二氧亚甲基、3,4,5-三甲氧基、4-甲基、4-氟、4-硝基、4-羟基取代的苯环或2-呋喃环或4-吡啶环。
2.根据权利要求1所述的一种环丙沙星的α，β-不饱和酮类衍生物，其具体特征在于为以下结构的典型化合物：
3.根据权利要求1或2所述的一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物的制备方法，其特征在于，具体制备步骤包括：
1)以以下式Ⅱ所示的环丙沙星为原料，经硼氢化钠还原脱羧基反应制得式Ⅲ所示的化合物，然后与甲酸乙酯缩合反应制得式Ⅳ所示的化合物，最后式Ⅳ与活性二氧化锰氧化反应制得式Ⅴ所示的环丙沙星醛：
2)将式Ⅴ所示环丙沙星醛与芳香基乙酮在碱的催化下形成α，β-不饱和酮结构，经后处理可制得式Ⅰ所示的一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物：
其中，式Ⅰ中的芳香环Ar为苯环或4-甲氧基、3,4-二氧亚甲基、3,4,5-三甲氧基、4-甲基、4-氟、4-硝基、4-羟基取代的苯环或2-呋喃环或4-吡啶环。
4.根据权利要求3所述的一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物的制备方法，其特征在于，所述式Ⅴ所示的环丙沙星醛与芳香基乙酮的摩尔比为1:1.0～1.2。
5.如权利要求1或2所述的一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物在制备抗肿瘤药物中的应用。
6.根据权利要求5所述的一种环丙沙星的α，β-不饱和酮衍生物在制备抗肿瘤药物中的应用，其特征在于，所述抗肿瘤药物为治疗肝癌、胰腺癌或白血病的药物。
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