CN110092789A - 一种吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物及其应用 - Google Patents

一种吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种吲哚并[2,3‑b]咔唑衍生物及其应用。该化合物利用吲哚并[2,3‑b]咔唑这一较为新颖的结构母核作为分子模板，通过引入药效基团来设计和合成一系列结构多样的吲哚并[2,3‑b]咔唑衍生物。本发明所提供的化合物，对人红白血病细胞HEL，骨髓性白血病细胞K562，急性髓系白血病细胞KG1a，急性淋系白血病细胞CEM‑C7H2等多种肿瘤细胞具有显著的抗肿瘤作用；对α‑葡萄糖苷酶具有良好的抑制作用，部分化合物的抑制作用强于阿卡波糖，具有良好的降血糖作用。

Description

一种吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物及其应用
技术领域
本发明涉及药物合成化学领域，具体涉及一种吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物及其在制备抗肿瘤药物和治疗糖尿病中的应用。
背景技术
肿瘤一直都是人类生命的一大威胁，而人类与肿瘤的斗争一直在继续，而肿瘤的治疗手段具有手术治疗、放射治疗和药物治疗，其中最为有效的方法就是药物治疗，而在治疗肿瘤的很多药物中存在低效高毒的现象，所以开发和研究具有抗肿瘤活性且毒性较低的药物，一直是现在医药领域的一个重要方向，相关领域的研究者们一直致力于找到一类有效低毒的化合物，以之得以解决人类的这一大难题。
随着人们生活水平的提高，糖尿病的发病率逐年增加，由于其并发症涉及全身的各个系统，因此糖尿病已成为危害人类身体健康的重大疾病之一。糖尿病的药物治疗多以降血糖为目的，能够合理的控制血压和肥胖，延缓糖尿病的发展。抑制肠道中的α-葡萄糖苷酶，能够延缓肠道碳水化合物的吸收，增加外周组织对胰岛素的敏感性，减少肝葡萄糖的生成，从而达到降低血糖、治疗糖尿病的目的。由于α-葡萄糖苷酶抑制剂不是通过刺激胰岛素的分泌来达到降低血糖的目的，因而α-葡萄糖苷酶抑制剂并不会增加胰岛β细胞的负担。目前临床上应用的一下α-葡萄糖苷酶抑制价格较高，且具有一定的毒副作用，因此，开发和研究新的作用温和持久且毒副作用小的α-葡萄糖苷酶抑制药物，是目前国内外研究者关注的重点。
吲哚并咔唑类化合物是具有重要生物活性的天然产物，这一类化合物及其衍生物被认为存在抗肿瘤、降血糖等药理作用。吲哚并[2,3-b]咔唑骨架是近年来研究较多的吲哚并咔唑骨架之一，但其合成方法少，且尚未发现天然吲哚并[2,3–b]咔唑，故迄今为止对此化合物的药化及活性研究较少，尚缺乏系统性研究。本发明人近期发展了一条对于此类吲哚并咔唑结构骨架的合成方法，可以较为方便的得到不同基团取代的吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物。在之前的研究中，对吲哚并[2,3-b]咔唑类衍生物的生物活性，尤其是其抗肿瘤活性和降血糖的研究很少，为了拓展此类化合物的化学空间和生物学空间，利用吲哚并[2,3-b]咔唑这一较为新颖的结构母核作为分子模板，通过引入药效基团来设计和合成一系列的化合物，希望在保持活性和减少毒性的基础上，合成具有较好理化性质和代谢稳定性的药物作为先导化合物，并且研究其对多种肿瘤细胞的生物活性和对α-葡萄糖苷酶的抑制作用，为抗肿瘤和降血糖新药的开发提供理论依据和物质基础。
发明内容
本发明的目的是利用吲哚并[2,3-b]咔唑这一较为新颖的结构母核作为分子模板，通过引入药效基团来设计和合成一系列吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物，应用其开发具有抗肿瘤活性和降血糖的药物。为实现上述目的所采用以下技术方案来实现的：一种吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物，所述吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物及其药学上可接受的盐结构通式为(1)式：
其结构式(1)中：R1为氢、羟基、卤原子、C1-C4烷氧基、C1-C4烷酰基、C1-C4烷基；
R2为结构式(2)的取代基团：
其中结构式(2)中，n＝1-3的整数，R选自烷氨基、酰胺基、杂环烷基、芳基、取代苯基、芳杂环基。
所述的吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物其药学上可接受的盐为：盐酸盐、硫酸盐、甲磺酸盐、对甲苯磺酸盐、马来酸盐、富马酸盐、酒石酸盐。
结构式(1)中R1为氢、甲氧基、氯或氟、甲基；R2为结构(2-1)-(2-34)其中的任意一项：
所述的吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物及其药学上可接受的盐为C1-C39化合物中的一种：
所述的吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物其药学上可接受的盐的应用，该类化合物用于制备抗肿瘤的药物。该类化合物可应用到用于制备抗人红白血病细胞HEL，骨髓性白血病细胞K562-1，人白血病细胞KG-1a，人白血病细胞CEM-C7H2的药物；该类化合物用于制备抗糖尿病的药物，可应用到用于α-葡萄糖苷酶抑制剂的药物。
本发明有益效果：通过实验可知，本发明合成的化合物对人红白血病细胞HEL，骨髓性白血病细胞K562，急性髓系白血病细胞KG1a，急性淋系白血病细胞CEM-C7H2多种肿瘤细胞进行抗肿瘤活性实验，发现大部分化合物对以上细胞株具有显著的抗肿瘤作用。本发明合成的化合物对α-葡萄糖苷酶具有良好的抑制作用。
具体实施方式
本发明的化合物根据下列技术路线合成而得：
实施例1
制备C 1的技术路线为：
将100mg(0.3mmoL)的中间体1溶于干燥的DMF中，加入N，N-二甲基乙二胺80mg(0.9mmoL)和12mg(0.15mmoL)硝酸铵，50℃反应过夜，反应完成后，向反应体系中加入30mL水，乙酸乙酯萃取(2×30mL)，合并有机层，水洗，无水硫酸钠干燥，过滤，滤液减压蒸干得粗产物，经柱层析分离纯化得到白色固体产物C-1105.3mg，产率为82.7％。
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ＝10.95(s,2H),8.72(s,1H),8.14(d,J＝7.5Hz,2H),7.84(t,J＝5.2Hz,1H),7.48(d,J＝7.9Hz,2H),7.32(t,J＝7.5Hz,2H),7.14(t,J＝7.3Hz,2H),4.07(s,2H),3.21-3.11(m,2H),2.29(t,J＝6.5Hz,2H),2.09(s,6H)；13C NMR(125MHz,DMSO-d6)δ＝169.5,140.4,139.3,124.4,123.5,119.3,118.3,117.4,110.4,109.8,98.8,58.1,45.1,36.9,34.1；m/z＝385(M+H+)。
实施例2
制备C 2的技术路线为：
将100mg(0.3mmoL)的中间体1溶于干燥的DMF中，加入1-(2-氨乙基)派啶115mg(0.9mmoL)和12mg(0.15mmoL)硝酸铵，50℃反应过夜，反应完成后，向反应体系中加入30mL水，乙酸乙酯萃取(2×30mL)，合并有机层，水洗，无水硫酸钠干燥，过滤，滤液减压蒸干得粗产物，经柱层析分离纯化得到黄色固体产物C-2109.8mg，产率为85％。
1H NMR(400MHz,CHLOROFORM-d)δ＝10.07(s,2H),8.44(s,1H),7.96(d,J＝7.7Hz,2H),7.58(s.,1H),7.33-7.25(m,2H),7.19(t,J＝7.5Hz,2H),7.04(t,J＝7.4Hz,2H),3.96(s,2H),3.13(q,J＝5.6Hz,2H),2.23(t,J＝6.3Hz,2H),2.13(s.,4H),1.25-1.10(m,6H)；13CNMR(125MHz,CHLOROFORM-d)δ＝170.7,140.3,139.2,124.1,123.8,119.0,118.3,117.9,110.1,109.4,98.0,57.0,53.8,36.0,34.9,24.8,23.4；m/z＝425(M+H+)。
实施例3～17的制备参照说明书上总的工艺路线，化合物的制备过程与实施例1和实施例2的方法类似。下表1给出了各实施例的实验目标产物的测试数据。
表1实施例3～17列表
实施例18
制备C 18的技术路线为：
第一步：
将中间体1 2g(6.1mmoL)溶于20mL甲醇中，然后加入8mL4moL/L的氢氧化钠溶液，室温下反应3h，低温旋干有机溶剂，加入10mL水，浓盐酸调pH至4～5，析出固体，过滤，干燥，即得中间体2(1.88g产率98％)。
第二步：
将100mg(0.32mmol)中间体2溶于干燥的DMF中，加入HOBt·H2O 57mg(0.42mmol)和EDC 122mg(0.64mmol)，室温搅拌20min后再依次加入三乙胺65mg(0.64mmol)和2-氨甲基吡啶52mg(0.45mmol)，50℃搅拌过夜。反应完成后，向反应体系中加入20mL饱和Na2CO3，乙酸乙酯萃取两次(2×10mL)，合并有机相，20mL水洗涤有机层，无水Na2SO4干燥、过滤，取滤液减压浓缩得粗产品，再经柱层析纯化得到白色固体112mg，产率为87％。
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ＝9.75(s.,2H),8.62(s,1H),8.38(d,J＝4.0Hz,1H),8.14(d,J＝7.6Hz,2H),8.01(s.,1H),7.50(t,J＝7.0Hz,1H),7.40-7.32(m,4H),7.26-7.20(m,2H),7.14-7.05(m,2H),4.47(d,J＝5.4Hz,2H),4.14(s,2H)；13C NMR(125MHz,DMSO-d6)δ＝169.8,158.0,148.4,140.3,139.2,136.4,124.1,123.5,121.8,121.1,119.1,118.1,117.4,110.2,109.5,98.4,44.3,34.1；m/z＝405(M+H+)。
实施例19
制备C 19的技术路线为：
将100mg(0.32mmol)中间体2溶于干燥的DMF中，加入HOBt·H2O 57mg(0.42mmol)和EDC 122mg(0.64mmol)，室温搅拌20min后再依次加入三乙胺65mg(0.64mmol)和3-氨甲基吡啶52mg(0.45mmol)，50℃搅拌过夜。反应完成后，向反应体系中加入20mL饱和Na2CO3，乙酸乙酯萃取两次(2×10mL)，合并有机相，20mL水洗涤有机层，无水Na2SO4干燥、过滤，取滤液减压浓缩得粗产品，再经柱层析纯化得到白色固体109.5mg，产率为85.1％。
1H NMR(500MHz,CHLOROFORM-d6)δ＝10.08(s.,2H),8.49(s.,1H),8.42(s.,1H),8.35(s.,1H),8.24(s.,1H),8.02(d,J＝7.4Hz,2H),7.44(d,J＝7.4Hz,1H),7.38-7.32(m,2H),7.25(t,J＝7.0Hz,2H),7.11(t,J＝7.2Hz,2H),7.08(s.,1H),4.27(d,J＝4.8Hz,2H),4.05(s.,2H)；13C NMR(125MHz,CHLOROFORM-d6)δ＝170.8,148.6,148.1,140.2,139.1,135.0,133.6,124.1,123.8,123.0,119.0,118.4,110.1,109.4,97.8,40.5,34.8；m/z＝405(M+H+)。
实施例20～34的制备参照说明书上总的工艺路线，化合物的制备过程与实施例18和实施例19的方法类似。下表2给出了各实施例的实验目标产物的测试数据。
表2实施例20～34列表
实施例35
制备C 35的技术路线为：
称取50mg C 4(0.11mmol)溶于5mL二氯甲烷，加入0.5mL二氧六环的盐酸溶液，室温搅拌30min，旋干溶剂便得到白色固体57mg，产率100％。
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ＝11.02(s,2H),8.75-8.68(m,1H),8.14(d,J＝7.5Hz,2H),7.71(s.,1H),7.47(d,J＝8.3Hz,2H),7.32(t,J＝7.5Hz,2H),7.14(t,J＝7.3Hz,2H),4.08(s,2H),3.16(q,J＝6.2Hz,2H),2.67-2.56(m,4H),2.36-2.22(m,6H)；13C NMR(125MHz,DMSO-d6)δ＝169.4,140.4,139.3,124.4,123.5,119.4,118.4,117.4,110.4,109.9,98.6,56.9,51.3,43.9,36.2,34.2；m/z＝426(M+H+)。
实施例36
制备C 36的技术路线为：
将100mg(0.27mmoL)的中间体3溶于干燥的DMF中，加入N-乙基-2-氨甲基吡咯烷105mg(0.81mmoL)和12mg(0.15mmoL)硝酸铵，50℃反应过夜，反应完成后，向反应体系中加入30mL水，乙酸乙酯萃取(2×30mL)，合并有机层，水洗，无水硫酸钠干燥，过滤，滤液减压蒸干得粗产物，经柱层析分离纯化得到白色固体产物C-36104.3mg，产率为85.7％。
1H NMR(600MHz,CHLOROFORM-d6)δ＝10.17(br.s.,2H),9.73(br.s.,1H),8.54-8.36(m,1H),8.09-7.91(m,2H),7.19-7.05(m,2H),7.01-6.82(m,2H),3.62-3.47(m,2H),3.41-3.27(m,2H),2.99(d,J＝5.1Hz,1H),2.64-2.53(m,1H),2.47-2.34(m,1H),2.26-2.16(m,2H),1.89-1.79(m,1H),1.75-1.64(m,2H),1.54(qd,J＝6.6,13.2Hz,1H),0.70(t,J＝7.2Hz,3H)；13C NMR(125MHz,CHLOROFORM-d)δ＝172.0,162.2,160.6,141.4,139.4,120.6,120.1,118.2,109.3,106.8,98.6,97.6,66.1,60.4,53.4,50.6,29.6,27.5,22.8,10.7；m/z＝461(M+H+)。
实施例37
制备C 37的技术路线为：
将100mg(0.25mmoL)的中间体4溶于干燥的DMF中，加入N-乙基-2-氨甲基吡咯烷100mg(0.75mmoL)和12mg(0.15mmoL)硝酸铵，50℃反应过夜，反应完成后，向反应体系中加入30mL水，乙酸乙酯萃取(2×30mL)，合并有机层，水洗，无水硫酸钠干燥，过滤，滤液减压蒸干得粗产物，经柱层析分离纯化得到白色固体产物C-37100.3mg，产率为85.5％。
1H NMR(500MHz,DMSO-d6)δ＝10.07(s.,2H),8.54(br.s.,1H),7.64(d,J＝1.3Hz,2H),7.35(d,J＝7.6Hz,2H),7.03(d,J＝7.6Hz,2H),4.13-3.99(m,2H),3.97(s,6H),3.41-3.27(m,2H),2.99(d,J＝5.1Hz,1H),2.64-2.53(m,1H),2.47-2.34(m,1H),2.26-2.16(m,2H),1.89-1.79(m,1H),1.75-1.64(m,2H),1.54(qd,J＝6.6,13.2Hz,1H),0.70(t,J＝7.2Hz,3H)；13C NMR(125MHz,CHLOROFORM-d)δ＝172.5,140.6,139.3,124.7,124.1,119.4,119.0,118.4,110.8,110.2,97.7,65.6,56.6,53.2,49.5,39.8,35.2,27.0,22.0,11.2；m/z＝485(M+H+)。
实施例38
制备C 38的技术路线为：
将100mg(0.25mmoL)的中间体5溶于干燥的DMF中，加入N-乙基-2-氨甲基吡咯烷100mg(0.75mmoL)和12mg(0.15mmoL)硝酸铵，50℃反应过夜，反应完成后，向反应体系中加入30mL水，乙酸乙酯萃取(2×30mL)，合并有机层，水洗，无水硫酸钠干燥，过滤，滤液减压蒸干得粗产物，经柱层析分离纯化得到黄色固体产物C-3895mg，产率为79.2％。
1H NMR(500MHz,DMSO-d6)δ＝1H NMR(600MHz,CHLOROFORM-d6)δ＝10.27(br.s.,2H),9.83(br.s.,1H),8.55-8.36(m,1H),8.09-7.91(m,2H),7.19-7.05(m,2H),7.01-6.82(m,2H),3.62-3.47(m,2H),3.41-3.27(m,2H),2.99(d,J＝5.1Hz,1H),2.64-2.53(m,1H),2.47-2.34(m,1H),2.26-2.16(m,2H),1.89-1.79(m,1H),1.75-1.64(m,2H),1.54(qd,J＝6.6,13.2Hz,1H),0.70(t,J＝7.2Hz,3H)；13C NMR(125MHz,CHLOROFORM-d)δ＝172.0,162.2,160.6,141.4,139.4,120.6,120.1,118.2,109.3,106.8,98.6,97.6,66.1,60.4,53.4,50.6,29.6,27.5,22.8,10.7；m/z＝493(M+H+)。
实施例39：
制备C 39的技术路线为：
将100mg(0.28mmoL)的中间体6溶于干燥的DMF中，加入N-乙基-2-氨甲基吡咯烷107mg(0.84mmoL)和12mg(0.15mmoL)硝酸铵，50℃反应过夜，反应完成后，向反应体系中加入30mL水，乙酸乙酯萃取(2×30mL)，合并有机层，水洗，无水硫酸钠干燥，过滤，滤液减压蒸干得粗产物，经柱层析分离纯化得到白色固体产物C-39 98mg，产率为80.2％。
1H NMR(600MHz,CHLOROFORM-d6)δ＝10.90(s,2H),8.58(s,1H),7.97(d,J＝7.8Hz,2H),7.21(s,2H),6.95(d,J＝7.8Hz,2H),4.27(s,2H),3.62-3.47(m,2H),3.41-3.27(m,2H),2.99(d,J＝5.1Hz,1H),2.64-2.53(m,1H),2.46(s,6H),2.42-2.34(m,1H),2.26-2.16(m,2H),1.89-1.79(m,1H),1.75-1.64(m,2H),1.54(qd,J＝6.6,13.2Hz,1H),0.70(t,J＝7.2Hz,3H)；13C NMR(125MHz,CHLOROFORM-d)δ＝172.0,162.2,160.6,141.4,139.4,120.6,120.1,118.2,109.3,106.8,98.6,97.6,66.1,60.4,53.4,50.6,29.6,27.5,22.8,21.3,10.7；m/z＝453(M+H+)。
通过药效学试验为了进一步阐述本发明所述药物抗肿瘤的有益效果。本发明实验使用的肿瘤细胞株为人红白血病细胞HEL，骨髓性白血病细胞K562，急性髓系白血病细胞KG1a，急性淋系白血病细胞CEM-C7H2。采用MTT法测定实施例1～39化合物的抗肿瘤活性。
具体方法：取对数生长期的人红白血病细胞HEL，骨髓性白血病细胞K562，急性髓系白血病细胞KG1a，急性淋系白血病细胞CEM-C7H2，分别以2×104个/mL细胞密度接种于96孔培养板中，100μL/孔，每种细胞各种4块板。置37℃，5％CO2孵箱内培养12h。吸弃上清，然后分别加入200μL不同浓度的待测化合物，同时设阳性对照药组和空白细胞对照组，每组设4个复孔。培养72h后，再加入5mg/mL的MTT 20μL/孔，继续培养4h后弃上清，加入DMSO 150μL/孔，微振荡器上振荡10min，将试剂对照调零，用自动酶标仪在550nm波长处测出细胞对照组和各药物组的OD值，取各组均值，重复实验3次。以下面的公式计算各组药物对细胞的抑制率IR＝(1-药物组OD值/细胞对照组OD值)×100％，同时计算IC50值(实验结果见表3)。从表3可以看出大部分的化合物对人红白血病细胞HEL，骨髓性白血病细胞K 562-1，人白血病细胞KG-1a，人白血病细胞CEM-C7H2都有比较好的活性。
表3部分化合物的IC50值
通过药效学试验为了进一步阐述本发明所述药物降血糖的有益效果。本发明实验使用阿卡波糖作为阳性对照，测试方法参照Masao Hattori等试验条件，测定实施例1～39化合物的α-葡萄糖苷酶抑制活性。
具体方法：测定方法参照Masao Hattori等试验条件，并做调整。实验分为空白组、对照组、样品空白组和样品组，各组反应物按设计剂量在96孔板中进行加样，每组3个平行样。按顺序依次加入PBS缓冲液、抑制剂溶液和底物，混合均匀，于37℃水浴保温10min结束后，取出，加入37℃水浴的酶溶液，充分混匀，于37℃水浴反应20min，结束后加入150μL0.2mol/L的Na2CO3溶液中止反应。由于PNRG在α-葡萄糖苷酶的作用下能水解产生葡萄糖和PNP，PNP在405nm处有最大吸收，其测定其吸光度，根据公式便可计算出各样品α-葡萄糖苷酶的抑制率及IC50值(实验结果见表4)。从表中可以看出，大部分化合物对α-葡萄糖苷酶表现出较强的抑制作用，部分化合物作用强于阿卡波糖。
表4部分化合物的IC50值
化合物 IC<sub>50</sub>(μM) 化合物 IC<sub>50</sub>(μM)
C2 15.56 C23 7.58
C3 333.85 C26 28.78
C5 21.80 C32 255.87
C9 45.78 C36 8.79
C14 21.12 C38 15.87
C18 312.85 C39 5.75
C21 9.19 阿卡波糖 258.5
上述实验结果表明：吲哚并[2,3–b]咔唑类化合物或其药学上可接受的盐对不同的肿瘤细胞株均显示显著的抑制作用，因此可以用于制备抗肿瘤药物；大部分化合物对α-葡萄糖苷酶表现出良好的抑制作用，部分化合物抑制效果优于阿卡波糖，可以用于开发α-葡萄糖苷酶抑制剂。本发明为研制抗肿瘤、降血糖药物提供了新的化学实体或先导化合物，具有重要意义。需要说明的是，下述实施例仅是用于说明，而并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的教导所做出的各种变化均应在本申请权利要求所要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物，其特征在于：吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物及其药学上可接受的盐结构通式为(1)式：
其结构式(1)中：R1为氢、羟基、卤原子、C1-C4烷氧基、C1-C4烷酰基、C1-C4烷基；
R2为结构式(2)的取代基团：
其中结构式(2)中，n＝1-3的整数，R选自烷氨基、酰胺基、杂环烷基、芳基、取代苯基、芳杂环基。
2.根据权利要求1所述的一种吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物，其特征在于，所述的吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物其药学上可接受的盐为：盐酸盐、硫酸盐、甲磺酸盐、对甲苯磺酸盐、马来酸盐、富马酸盐、酒石酸盐。
3.根据权利要求1所述的一种吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物，其特征在于，R1为氢、甲氧基、氯或氟、甲基；R2为结构式(2-1)-(2-34)其中的任意一项：
4.根据权利要求1所述的吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物，其特征在于，所述的吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物及其药学上可接受的盐为C1-C39化合物中的一种：
5.一种权利要求1-4任一项所述的吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物其药学上可接受的盐的应用，其特征在于，该类化合物可应用到用于制备抗人红白血病细胞HEL，骨髓性白血病细胞K 562-1，人白血病细胞KG-1a，人白血病细胞CEM-C7H2的药物。
6.一种权利要求1-4任一项所述的吲哚并[2,3-b]咔唑衍生物其药学上可接受的盐的应用，其特征在于，该类化合物具有抑制α-葡萄糖苷酶活性，应用到制备治疗糖尿病的药物。
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