CN108129543B - 一种齐墩果酸衍生物及其制备方法和应用 - Google Patents
一种齐墩果酸衍生物及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
Description
技术领域
本发明属于药物合成技术领域,具体涉及一种齐墩果酸衍生物及其制备方法和应用。
背景技术
糖尿病(DM),一种由于免疫功能紊乱、遗传因素、微生物感染等因素导致胰岛功能减退,进而引发的脂肪、糖、电解质和蛋白质代谢紊乱综合征,其症状主要表现为多饮、多食、多尿、消瘦等。
糖尿病的主要危害不在于其自身而在于其引发的多种严重的并发症,糖尿病引发的并发症主要有肢体坏疽、失明、心脑血管硬化和肾功能衰竭等。研究表明,糖尿病发病10年后有30%~40%的患者会引发至少一种并发症,如此高的并发症发生率导致了糖尿病患者的高致死率和高致残率。世界卫生组织预测,在今后10年内,由糖尿病造成的死亡人数将增加50%以上。根据世界卫生组织2013年3月报道,全球范围内糖尿病患者约有3.47亿。作为世界上人口大国的中国,糖尿病的患病比率逐年攀升,截至2012年,中国有超过0.92亿人口患有此病。
经过多年的研究,人们对糖尿病的病因、发病机制及医治方法的探索已取得了突破性的进展,现已研发出了相当多的用于医治糖尿病的药物。根据不同的作用机制,可分为促胰岛素分泌剂、α-葡萄糖苷酶抑制剂、双胍类等药物制剂。虽然这些药物对糖尿病有较好的治疗效果,但同时可能会引发低血糖、胃肠道不适等不良反应,长期使用对人体的肝、肾损伤严重,如目前临床上应用的伏格列波糖和阿卡波糖,这两种α-葡萄糖苷酶抑制剂价格昂贵而且容易引起胃肠道不适等不良反应。
齐墩果酸(Oleanolic acid,简称OA),又名土当归酸或庆四素,是一种五环三萜类化合物,普遍以游离苷元或与结合成苷的形式存在于植物中。据报道,齐墩果酸具有保肝护肝、抗肿瘤、抗动脉粥样硬化、抗炎、抗菌、抑制艾滋病毒、抗氧化、抗糖尿病以及降血糖等多种生物活性,不仅能降血糖、有效的防治糖尿病引发的各种并发症,而且其毒性小,这使得OA在糖尿病治疗中有广阔的开发前景和重要的研究意义。其化学结构式如下:
但其作为一种广泛分布且廉价易得的天然产物,生物活性较弱,而且由于其水溶性很差,脂水分布系数不良,导致其生物利用率低。因此,近年来,为提高齐墩果酸的生物利用度和生物活性,国内外研究者对其活性基团和活性部位进行修饰,合成出了一系列衍生物并对其进行了抗肿瘤、抗HIV等活性研究,然而目前针对这类衍生物的降血糖活性研究较少。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的之一在于提供一种具有α-葡萄糖苷酶抑制活性的齐墩果酸衍生物及其制备方法,还在于提供这类齐墩果酸衍生物在制备降血糖药物中的应用。
本发明的具体技术方案如下:
一种如通式(I)所示的齐墩果酸衍生物:
或其对映异构体、非对应异构体、药学上可接受的盐、前药、活性代谢物及其混合物形式;
其中,R选自由氢原子、X、烷基、取代烷基、烷氧基和杂芳基中任意一个或多个基团任选取代的芳基或杂芳基。
优选的,其特征在于,所述X选自F、Cl或Br。
优选的,所述烷基选自含1~16个碳原子的饱和直链或支链一价碳氢化合物原子团;
所述烷氧基为选自1~16个碳原子的含氧饱和直链或支链一价碳氢化合物原子团;
所述杂芳基选自含O、N和/或S的芳基。
所述R1选自含1~8个碳原子的饱和直链或支链一价碳氢化合物原子团。
本发明还提供了上述齐墩果酸衍生物的制备方法,包括以下步骤:
a)将齐墩果酸和氟试剂在第一反应溶剂中混合,在70~80℃下冷凝回流反应3~5h,得到第一反应中间体;
b)在冰浴条件下,将步骤a)的第一反应中间体溶解于第二反应溶剂中,加入琼斯试剂,反应,得到第二反应中间体;
c)将步骤b)的第二反应中间体、无水乙醇、二氯甲烷和KOH混合,加入第二反应物,在惰性气体的保护环境下反应20~28h,得到所述齐墩果酸衍生物;
其中,冰浴的温度为-1~0℃,惰性气体为氮气或氩气。
优选的,步骤a)所述第一反应溶剂为1,4-二氧六环和硝基甲烷的混合溶液;1,4-二氧六环和所述硝基甲烷的混合体积比优选为2:(2~4),更优选为2:3。
优选的,步骤b)所述第二反应溶剂为不含活泼氢的中小极性有机试剂,优选为丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、石油醚和乙酸乙酯中的一种或多种,更优选为丙酮和/或二氯甲烷。
本发明还提供了前述齐墩果酸衍生物或上述制备方法得到的齐墩果酸衍生物在制备降血糖药物中的应用。
本发明还提供了一种降血糖药物,包括前述齐墩果酸衍生物,以及药学上接受的辅料。
优选的,所述降血糖药物的剂型为片剂、胶囊剂、颗粒剂、水剂或注射剂。
因而,本发明以天然产物齐墩果酸作为先导化合物,设计合成了一系列结构新颖的齐墩果酸衍生物,其生物利用度高,生物活性好;经体外药理实验表明,这类齐墩果酸衍生物为非竞争性α-葡萄糖苷酶抑制剂,具有明显的抑制α-葡萄糖苷酶活性的作用,活性均远高于阳性药物阿卡波糖,在降血糖药物应用中具有非常乐观的前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明齐墩果酸衍生物化合物4~29的合成路线及其化学结构,其中,试剂与反应条件为:(a)Selectflour,dioxane,nitromethane,80℃,4h;(b)CrO3,H2SO4,acetone,0℃;(c)R-CHO,KOH,ethanol,dichloromethane,r.t.,24h,N2;
图2-1为化合物4的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-2为化合物5的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-3为化合物6的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-4为化合物7的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-5为化合物8的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-6为化合物9的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-7为化合物10的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-8为化合物11的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-9为化合物12的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-10为化合物13的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-11为化合物14的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-12为化合物15的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-13为化合物16的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-14为化合物17的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-15为化合物18的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-16为化合物19的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-17为化合物20的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-18为化合物21的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-19为化合物22的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-20为化合物23的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-21为化合物24的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-22为化合物25的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-23为化合物26的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-24为化合物27的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-25为化合物28的α-葡萄糖苷抑制曲线图,图2-26为化合物29的α-葡萄糖苷抑制曲线图;
图3为化合物10的酶促反应动力学研究双倒数曲线图;
图4为化合物15的酶促反应动力学研究双倒数曲线图;
图5为化合物16的酶促反应动力学研究双倒数曲线图;
图6为化合物26的酶促反应动力学研究双倒数曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
1、表1为本发明实施例所制备的化合物结构及其半抑制浓度,图1为其化学反应式及其结构式。
表1
2、以化合物10为例,详细说明本发明齐墩果酸衍生物的制备方法
1)称取300mg(0.66mmol)齐墩果酸和700mg(1.98mmol)氟试剂(1-氯甲基-4-氟-1,4-重氮化二环2.2.2辛烷双(四氟硼酸盐))置于100mL圆底烧瓶中,加入4mL 1,4-二氧六环和6mL的硝基甲烷溶解,在80℃下冷凝回流反应4h,并以薄层层析(TCL)法确定反应的终点;反应完后将所得反应产物旋转蒸发得到第一粗产物,然后进行萃取、洗涤、干燥、过滤,再以石油醚-乙酸乙酯(6:1)作为洗脱剂进行柱层析纯化,得到第一反应中间体。
在其他实施例中,齐墩果酸和氟试剂的重量比优选为6:(9~14);冷凝反应时间优选为4~6h,反应时间过长会增加副产物,降低产率。
2)在0℃的冰浴条件下,往100mL圆底烧瓶中加入第一反应中间体,同时加入适量的丙酮溶液,搅拌溶解后逐滴加入现配的Jones Reagent(琼斯试剂),待反应溶液的颜色呈棕黄色不变时停止反应,并以TCL法确定反应的终点;过滤,收集滤液旋转蒸发得到第二粗产物,再萃取、洗涤、干燥、过滤、浓缩、柱层析(二氯甲烷:石油醚=2:1→3:1),纯化得到第二反应中间体。
3)在100mL圆底烧瓶中,将第二反应中间体溶于无水乙醇、二氯甲烷和KOH的混合溶液中,其中KOH的加入量为第二反应中间体的1~2倍;然后,加入2倍第二反应中间体的对茴香醛,在N2保护室温下反应24h,并以TCL法确定反应的终点;之后,往反应产物中加入一定量5%HCl溶液调节pH至5~6,旋转蒸发得到第三粗产物,再萃取、洗涤、干燥、过滤、旋转蒸发和柱层析(石油醚:乙酸乙酯=8:1),纯化得到目标产物化合物10,观察其外观形态,以及检测其理化参数。
在其他实施例中,在N2中的反应时间优选为20~28h。
3、理化参数:
(1)化合物10:
1)白色固体,Rf=0.34(石油醚:乙酸乙酯=4:1),熔点:133.7~135.0℃;HRMS(ESI-MS)m/z:C38H51FO4,理论值:613.3664[M+Na]+,实测值:613.3640;
2)1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.52(s,1H),7.41(d,J=8.8Hz,2H),6.93(d,J=8.8Hz,2H),4.63(d,J=46.5Hz,1H),3.84(s,3H),3.07(d,J=16.1Hz,1H),2.31(d,J=15.2Hz,1H),2.22–2.09(m,2H),2.01(ddd,J=20.0,11.0,8.0Hz,2H),1.94–1.84(m,2H),1.80(dd,J=20.0,9.8Hz,2H),1.70–1.60(m,3H),1.58–1.47(m,3H),1.44–1.37(m,1H),1.37–1.22(m,8H),1.21–1.11(m,8H),1.05–0.97(m,3H),0.92(s,3H),0.84(s,3H);
3)13C NMR(101MHz,CDCl3)δ207.43(s),179.28(s),160.10(s),137.83(s),132.36(s),131.33(s),128.63(s),114.15(s),96.70(d,J=171.6Hz),88.04(d,J=26.3Hz),55.46(s),52.79(s),51.25(s),45.23(s),44.53(s),44.42(s),42.75(s),42.13(s),41.87(s),38.94(s),35.88(s),34.25(s),33.37(s),32.73(s),31.69(s),29.78(s),27.68(s),27.51(s),26.49(d,J=21.2Hz),23.87(s),22.58(s),21.23(s),19.87(s),17.86(d,J=7.9Hz),17.67(s),15.94(s)。
(2)化合物15:
1)白色固体,Rf=0.42(石油醚:乙酸乙酯=8:1),熔点:251.2~252.6℃;HRMS(ESI-MS)m/z:C37H48ClFO3,理论值:617.3168[M+Na]+,实测值:617.3140;
2)1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.50–7.41(m,1H),7.38(d,J=11.8Hz,1H),7.36–7.27(m,3H),4.69–4.52(m,1H),3.02(d,J=16.2Hz,1H),2.29(d,J=15.7Hz,1H),2.21–2.08(m,2H),2.06–1.91(m,2H),1.86(dd,J=12.9,5.6Hz,2H),1.78(dd,J=16.6,5.9Hz,2H),1.69–1.59(m,3H),1.58–1.46(m,3H),1.46–1.34(m,2H),1.28(dd,J=17.1,8.7Hz,8H),1.20–1.12(m,9H),1.00(s,3H),0.94–0.87(m,3H),0.84(d,J=6.6Hz,3H);
3)13C NMR(101MHz,CDCl3)δ207.32(s),179.28(s),137.67(s),136.20(s),134.83(s),134.56(s),130.18(s),129.81(s),128.64(s),128.30(s),96.44(d,J=171.9Hz),88.00(d,J=26.2Hz),52.92(s),51.18(s),45.44(s),44.49(s),44.03(s),42.64(s),42.09(s),41.84(s),38.84(d,J=3.4Hz),35.98(s),34.22(s),33.33(s),32.67(s),31.66(s),29.54(s),27.65(s),27.47(s),26.42(d,J=21.3Hz),23.83(s),22.59(s),21.19(s),19.80(s),17.83(d,J=7.9Hz),17.66(s),15.91(s)。
(3)化合物16:
1)白色固体,Rf=0.40(石油醚:乙酸乙酯=6:1),熔点:147.3~148.5℃;HRMS(ESI-MS)m/z:C37H48ClFO3,理论值:617.3168[M+Na]+,实测值:617.3139;
2)1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.47(d,J=1.2Hz,1H),7.40–7.30(m,4H),4.60(d,J=46.5Hz,1H),3.01(d,J=16.2Hz,1H),2.32–2.23(m,1H),2.14(ddd,J=13.7,10.7,3.8Hz,2H),2.06–1.91(m,2H),1.91–1.82(m,2H),1.77(dd,J=16.8,6.3Hz,2H),1.64(dd,J=10.7,7.2Hz,4H),1.58–1.46(m,3H),1.45–1.34(m,2H),1.34–1.22(m,7H),1.17(dd,J=14.1,10.1Hz,9H),1.01(d,J=9.8Hz,3H),0.91(s,3H),0.84(d,J=10.5Hz,3H);
3)13C NMR(101MHz,CDCl3)δ207.31(s),179.23(s),136.50(s),134.64(s),134.33(s),134.03(s),131.58(s),128.86(s),96.53(d,J=171.7Hz),87.95(d,J=26.2Hz),52.87(s),51.17(s),45.38(s),44.48(s),44.09(s),42.64(s),42.08(s),41.83(s),38.89(d,J=3.4Hz),35.95(s),34.20(s),33.33(s),32.67(s),31.66(s),29.57(s),27.64(s),27.46(s),26.43(d,J=21.2Hz),23.84(s),22.59(s),21.18(s),19.79(s),17.82(d,J=7.9Hz),17.65(s),15.89(s)。
(4)化合物26:
1)白色固体,Rf=0.38(石油醚:乙酸乙酯=5:1),熔点:257.8~259.4℃;HRMS(ESI-MS)m/z:C36H47ClFNO3,理论值:618.3121[M+Na]+,实测值:618.3091;
2)1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.42(d,J=1.5Hz,1H),7.65(dd,J=8.3,2.3Hz,1H),7.40(s,1H),7.34(d,J=8.3Hz,1H),4.57(d,J=46.5Hz,1H),2.95(d,J=16.2Hz,1H),2.27(d,J=16.2Hz,1H),2.19–2.04(m,2H),2.04–1.68(m,7H),1.61(dd,J=9.9,6.9Hz,3H),1.56–1.44(m,3H),1.36(ddd,J=11.1,7.9,4.2Hz,2H),1.31–1.23(m,6H),1.22(d,J=7.0Hz,1H),1.18–1.08(m,9H),0.99(d,J=7.1Hz,3H),0.89(s,3H),0.82(s,3H);
3)13C NMR(101MHz,CDCl3)δ206.77(s),179.11(s),151.06(s),150.93(s),139.45(s),136.29(s),132.45(s),130.63(s),124.19(s),96.28(d,J=172.1Hz),87.84(d,J=26.2Hz),52.82(s),51.11(s),45.43(s),44.41(s),43.98(s),42.59(s),42.05(d,J=1.5Hz),41.80(s),38.80(d,J=3.3Hz),36.03(s),34.16(s),33.28(s),32.58(s),31.61(s),29.41(s),27.61(s),27.42(s),26.38(d,J=21.3Hz),23.80(s),22.54(s),21.13(s),19.72(s),17.76(d,J=8.0Hz),17.61(s),15.95(s)。
4、齐墩果酸衍生物的体外α-葡萄糖苷酶抑制活性实验
1)测试原理:
根据α-葡萄糖苷酶对α-对硝基苯酚葡萄糖苷特异性降解前后吸光度变化,通过多功能酶标仪(Infinite 200)检测样品对α-葡萄糖苷酶的抑制活性。
2)测试条件:
主要仪器:多功能酶标仪(Infinite 200)(比利时),PHS-3B雷磁pH计(上海精密科学仪器有限公司);主要试剂:α-葡萄糖苷酶(美国Sigma公司)、α-对硝基苯酚葡萄糖苷(美国Sigma公司)、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾(天津市大茂化学试剂厂)、无水碳酸氢钠(天津市大茂化学试剂厂)、DMSO(aladdin试剂公司)。
3)测试步骤:
首先,用pH=6.8的磷酸盐缓冲溶液(PBS)配制0.1U/mL的α-葡萄糖苷酶溶液和1mmol/L的α-对硝基苯酚葡萄糖苷(PNPG)溶液,用去离子水配制1mol/L的Na2CO3溶液,用DMSO配置不同浓度的样品溶液(每一样品稀释14个浓度);
接着,往96孔板中每孔先加入10μL的0.1U/mL的α-葡萄糖苷酶溶液(空白对照组加入等量的PBS),再加入80μL pH=6.8的PBS,混匀后加入10μL不同浓度的样品溶液(阴性对照组和空白对照组加入等量的DMSO),每一样品浓度重复4次,紧接着快速将板转移至多功能酶标仪中37℃孵育10min,其中包括环形摇震60s。
然后,将孵育完成的96孔板取出,用移液枪(排枪)往每孔中加入100μL1mmol/L的α-对硝基苯酚葡萄糖苷(PNPG)溶液后,迅速将板转移至多功能酶标仪中37℃反应30min,其中包括环形摇震180s。
最后,将96孔板取出,用移液枪(排枪)往每孔中加入100μL的1mol/L的Na2CO3溶液终止反应后快速将板转移至多功能酶标仪中环形摇震30s,在405nm波长下,测定每孔的OD值。最终通过公式:
计算每一样品浓度下的抑制率,以抑制剂(样品)浓度为横坐标,抑制率为纵坐标绘制曲线,从曲线计算得到样品的半抑制浓度IC50值。其中,A0为阴性对照组所测的吸光度值,A1为样品组所测的吸光度值(两者均为去除背景后的OD值)。
IC50为半数有效抑制浓度,齐墩果酸(OA,化合物1)的IC50值为2.41±0.17μmol/L,第一反应中间体(化合物2)的IC50值为8.12±1.53μmol/L,第二反应中间体(化合物3)的IC50值为16.73±2.79μmol/L,阳性对照(阿卡波糖)的IC50值为579.15±20.58μmol/L。每组实验重复4次,表1中的数据为平均值(n=4)±标准偏差。如图2-1至图2-26和表1所示,齐墩果酸及其衍生物对α-葡萄糖苷酶均有明显的抑制作用,活性均远高于阳性药物(阿卡波糖),其中化合物10的抑制活性最好,IC50值为0.33±0.01μmol/L。
5、齐墩果酸衍生物的体外α-葡萄糖苷酶抑制活性的动力学研究
如表1结果所示,化合物10、15、16和26的活性优于齐墩果酸和其他衍生物。为了进一步探究它们对α-葡萄糖苷酶的抑制机制,对其进行了酶促反应动力学研究。
1)化合物10的酶促反应动力学研究
化合物10浓度为:1.04μM■、0.52μM●、0μM▲;所有的浓度重复4次,测试结果均取平均值±标准偏差。从图3双倒数曲线图中可以看出化合物10为非竞争性α-葡萄糖苷酶抑制剂。
(2)化合物15的酶促反应动力学研究
化合物15浓度为:2.08μM■、1.04μM●、0μM▲;所有的浓度重复4次,测试结果均取平均值±标准偏差。从图4双倒数曲线图中可以看出化合物15为非竞争性α-葡萄糖苷酶抑制剂。
(3)化合物16的酶促反应动力学研究
化合物16浓度为:2.08μM■、1.04μM●、0μM▲;所有的浓度重复4次,测试结果均取平均值±标准偏差。从图5双倒数曲线图中可以看出化合物16为非竞争性α-葡萄糖苷酶抑制剂。
(4)化合物26的酶促反应动力学研究
化合物26浓度为:2.08μM■、1.04μM●、0μM▲;所有的浓度重复4次,测试结果均取平均值±标准偏差。从图6双倒数曲线图中可以看出化合物26为非竞争性α-葡萄糖苷酶抑制剂。
从化合物10、15、16、26的酶促反应动力学双倒数曲线中可以得出,衍生物10、15、16、26对α-葡萄糖苷酶的抑制类型均为非竞争性抑制。
Claims (6)
2.权利要求1所述齐墩果酸衍生物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
a)将齐墩果酸和氟试剂在第一反应溶剂中混合,在70~80℃下冷凝回流反应3~5h,得到第一反应中间体;
b)在冰浴条件下,将步骤a)的第一反应中间体溶解于第二反应溶剂中,加入琼斯试剂,反应,得到第二反应中间体;
c)将步骤b)的第二反应中间体、无水乙醇、二氯甲烷和KOH混合,加入第二反应物,在惰性气体的保护环境下反应20~28h,得到所述齐墩果酸衍生物。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤a)所述第一反应溶剂为1,4-二氧六环和硝基甲烷的混合溶液;
所述1,4-二氧六环和所述硝基甲烷的混合体积比为2:(2~4);
步骤b)所述第二反应溶剂为丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、石油醚和乙酸乙酯中的一种或多种。
4.权利要求1所述齐墩果酸衍生物或权利要求2或3所述制备方法得到的齐墩果酸衍生物在制备降血糖药物中的应用。
5.一种降血糖药物,其特征在于,包括权利要求1所述的齐墩果酸衍生物,以及药学上接受的辅料。
6.权利要求5所述的降血糖药物,其特征在于,其剂型为片剂、胶囊剂、颗粒剂、水剂或注射剂。
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