新型烷氧基嘧啶拼接3-吡咯螺環(huán)氧化吲哚類化合物的合成及其抗腫瘤活性

陳 爽, 肖 樂, 陳智勇, 楊 超, 鞏 藝, 余章彪*, 周 英, 劉雄利*

(1. 貴州醫(yī)科大學 生物與工程學院，貴州 貴陽 550025; 2. 郴州市第一中學 化學組，湖南 郴州 423000；3. 貴州大學 貴州省中藥民族藥創(chuàng)制工程中心，貴州 貴陽 550025)

·研究論文·

新型烷氧基嘧啶拼接3-吡咯螺環(huán)氧化吲哚類化合物的合成及其抗腫瘤活性

陳 爽1, 肖 樂2, 3, 陳智勇3, 楊 超3, 鞏 藝3, 余章彪3*, 周 英3, 劉雄利3*

(1. 貴州醫(yī)科大學 生物與工程學院，貴州 貴陽 550025; 2. 郴州市第一中學 化學組，湖南 郴州 423000；3. 貴州大學 貴州省中藥民族藥創(chuàng)制工程中心，貴州 貴陽 550025)

以取代烷氧基嘧啶3-烯鍵氧化吲哚衍生物為原料，與肌氨酸及多聚甲醛在甲苯中回流經1,3-偶極子3+2環(huán)加成反應，合成了8個新型烷氧基嘧啶拼接3-吡咯螺環(huán)氧化吲哚類化合物(3a～3h)，產率67%～82%，d/r值6/1～20/1, 其結構經1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI-TOF)表征。采用MTT法研究了3a～3h對人肺癌細胞(A549)、人前列腺癌細胞(PC-3)和人白血病細胞(K562)的體外抗腫瘤活性。結果表明：3d和3g對人白血病細胞K562具有明顯的活性，IC50分別為24.1 mol·L-1和32.4 μmol·L-1，接近陽性對照藥順鉑。

肌氨酸; 甲醛; 烷氧基嘧啶3-烯鍵氧化吲哚； 烷氧基嘧啶拼接3-吡咯螺環(huán)氧化吲哚; 1,3-偶極環(huán)加成反應; 合成; 抗腫瘤活性

3-吡咯螺環(huán)氧化吲哚具有廣泛的生物活性[1-2]，吸引了許多化學工作者及醫(yī)藥化學團隊的廣泛關注，如Spirotryprostatins B可完全抑制tsFT210細胞，阻斷細胞分裂的G2/M期[3]。天然產物臺鉤藤堿具有調節(jié)大腦皮層M受體亞型和5-羥色胺受體的功能[4]。Alstonisine等也有類似功效[5]。3-吡咯螺環(huán)氧化吲哚的合成方法目前已有一些文獻進行了報道[1-7]。

目前已上市或即將上市的抗腫瘤或抗病毒感染的藥物大多由烷氧基嘧啶衍生而成[8-12]，如齊多夫定、雙脫氧胞苷及拉米夫定等是HIV逆轉錄酶抑制劑;烷氧基嘧啶化合物V-X為藥物分子或具有廣泛的生物活性分子。

鑒于3-吡咯螺環(huán)氧化吲哚和烷氧基嘧啶[13]具有良好的生物活性，根據藥效團和骨架遷越原理，將烷氧基嘧啶骨架拼合到3-吡咯螺環(huán)氧化吲哚骨架中，合成新型的烷氧基嘧啶拼接3-吡咯螺環(huán)氧化吲哚，可為生物活性篩選提供化合物源，對藥物篩選有一定參考意義。

本文以取代烷氧基嘧啶3-烯鍵氧化吲哚衍生物(1a～1h)為原料，與肌氨酸(2)和多聚甲醛在甲苯中回流經1,3-偶極子3+2環(huán)加成反應，合成了8個新型烷氧基嘧啶拼接3-吡咯螺環(huán)氧化吲哚類化合物(3a～3h, Scheme 1)，產率67%～82%，d/r值6/1～20/1,其結構經1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI-TOF)表征。采用MTT法研究了3a～3h對人肺癌細胞(A549)、人前列腺癌細胞(PC-3)和人白血病細胞(K562)的體外抗腫瘤活性。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

WRS-1B型數字熔點儀；Bruker-400 MHz型核磁共振儀(CD3Cl為溶劑，TMS為內標); MicroTMQ-TOF型高分辨質譜儀。

所用試劑均為分析純。

1.2 3a～3h的合成(以3a為例)

在反應管中依次加入雙甲氧基嘧啶拼接3-烯鍵氧化吲哚(1a)93.3 mg(0.3 mmol)， 2 53.4 mg(0.6 mmol)，多聚甲醛27.0 mg(0.9 mmol)和甲苯8.0 mL，攪拌下回流反應8 h。經硅膠柱層析[洗脫劑：V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=3 ∶1]純化得3a 87.3 mg。

用類似的方法合成3b～3h。

3a: 黃色固體, m.p. 124.3～126.1 ℃;1H NMRδ: 2.46(s, 3H), 3.02～3.10(m, 2H), 3.13(s, 3H), 3.55(s, 3H), 3.66(t,J=9.2 Hz, 1H), 3.80(s, 6H), 4.10～4.18(m, 2H), 6.62～6.68(m, 1H), 6.93～7.00(m, 2H), 8.07(s, 1H);13C NMRδ: 21.2, 26.4, 29.8, 42.3, 45.3, 54.0, 58.1, 59.5, 67.1, 102.1, 106.8, 114.6, 122.4, 122.8, 125.1, 130.1, 134.3, 139.3, 141.1, 154.9, 168.2, 180.6; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C20H24N4O3Na{[M+Na]+}391.174 6, found 391.174 9。

3b: 白色固體, m.p. 162.7～164.0 ℃;1H NMRδ: 1.35(t,J=7.1 Hz, 6H), 2.49(s, 3H), 2.64(d,J=9.2 Hz, 1H), 3.02(t,J=8.6 Hz, 1H), 3.13(t,J=8.9 Hz, 1H), 3.22(d,J=9.5 Hz, 1H), 3.72～3.82(m, 1H), 4.21～4.32(m, 4H), 6.73～6.77(m, 2H), 6.97～7.04(m, 1H), 7.13(d,J=6.8 Hz, 1H), 7.25(s, 1H), 8.03(s, 1H);13C NMRδ: 14.5, 42.2, 44.5, 47.7, 59.0, 59.6, 62.7, 63.8, 100.0, 109.2, 117.6, 121.7, 124.5, 127.9, 130.7, 140.9, 154.8, 160.5, 168.1, 182.5; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C20H24N4O3Na{[M+Na]+} 391.174 6, found 391.174 2。

3c: 黃色固體, m.p. 148.2～150.1 ℃;1H NMRδ: 1.38(t,J=7.1 Hz, 6H), 2.52(s, 3H), 2.94(d,J=9.2 Hz, 1H), 3.03(s, 1H), 3.09(d,J=9.2 Hz, 1H), 3.13(s, 3H), 3.15～3.19(m, 1H), 3.19～3.24(m, 1H), 4.24～4.31(m, 4H), 6.48～6.52(m, 1H), 6.74～6.79(m, 1H), 7.15～7.18(m, 1H), 8.04(s, 1H);13C NMRδ: 14.5, 22.8, 26.5, 29.8, 32.0, 42.1, 44.4, 58.4, 62.8, 107.4, 113.0, 139.3, 139.4, 135.8, 155.0, 157.5, 159.8, 166.8, 168.0; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C21H25N4O3FNa {[M+Na]+}423.180 8, found 423.180 8。

3d: 淡黃色固體, m.p. 117.1～118.7 ℃;1H NMRδ: 1.34(t,J=7.1 Hz, 6H), 2.50(s, 3H), 2.79(d,J=9.2 Hz, 1H), 2.91(d,J=8.8 Hz, 1H), 3.14(d,J=9.2 Hz, 1H), 3.81～3.87(m, 1H), 4.18～4.30(m, 4H), 4.39～4.45(m, 1H), 4.77(d,J=15.9 Hz, 1H), 4.95(d,J=15.9 Hz, 1H), 6.31～6.34(m, 1H), 6.61～6.67(m, 1H), 7.08～7.11(m, 1H), 7.19～7.22(m, 1H), 7.23～7.25(m, 2H), 7.26(d,J=1.3 Hz, 1H), 7.29(d,J=2.8 Hz, 1H), 8.10(s, 1H);13C NMRδ: 14.5, 29.8, 42.1, 43.8, 44.1, 58.3, 59.2, 62.8, 66.8, 101.5, 108.6, 113.1, 113.4, 114.0, 126.9, 127.8, 128.8, 133.3, 133.4, 135.8, 138.5, 155.1, 168.1, 179.2; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C27H29N4O3FNa{[M+Na]+}499.212 1, found 499.212 1。

3e: 蒼黃色固體, m.p. 216.5～217.9 ℃;1H NMRδ: 0.97(t,J=7.4 Hz, 6H), 1.71～1.81(m, 4H), 2.48(s, 3H), 2.65(d,J=9.5 Hz, 1H), 3.14(t,J=8.3 Hz, 1H), 3.21(d,J=10.5 Hz, 2H), 3.74(t,J=9.1 Hz, 1H), 4.09～4.19(m, 4H), 6.72～6.77(m, 2H), 6.97～7.01(m, 1H), 7.12(d,J=7.4 Hz, 1H), 8.02(s, 1H), 9.16(br s, 1H);13C NMRδ: 10.8, 22.3, 29.8, 42.2, 44.4, 51.9, 58.7, 68.6, 101.9, 103.0, 109.4, 121.6, 124.4, 127.9, 136.9, 141.0, 154.7, 157.8, 161.8, 168.2, 183.5; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C22H28N4O3Na{[M+Na]+}419.205 9, found 419.206 2。

3f: 黃色油狀液體;1H NMRδ: 2.47(s, 3H), 2.51～2.58(m, 1H), 3.17(t,J=8.3 Hz, 1H), 3.25(d,J=9.6 Hz, 1H), 3.49～3.55(m, 1H), 3.78(s, 6H), 3.80(s, 3H), 4.08～4.12(m, 1H), 6.72～6.78(m, 2H), 6.98～7.04(m, 2H), 8.25(br s, 1H);13C NMRδ: 29.8, 42.4, 44.6, 53.7, 54.5, 58.5, 67.3, 94.4, 109.0, 121.7, 124.6, 127.8, 131.8, 162.5, 169.9; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C19H22N4O4Na{[M+Na]+}393.153 9, found 393.153 5。

3g: 黃色固體, m.p. 79.5～82.6 ℃;1H NMRδ: 2.46(s, 3H), 2.65(d,J=9.4 Hz, 1H), 2.92～2.98(m, 1H), 3.06～3.11(m, 1H), 3.13(s, 3H), 3.62～3.67(m, 1H), 3.79(s, 6H), 3.80(s, 3H), 4.12～4.16(m, 1H), 6.49～6.52(m, 1H), 6.73～6.78(m, 1H), 7.01～7.04(m, 1H);13C NMRδ: 26.4, 29.9, 36.0, 42.2, 44.6, 47.5, 52.2, 53.9, 59.0, 66.0, 93.9, 107.5, 113.8, 114.0, 133.3, 139.3, 157.4, 159.8, 162.5, 163.7, 169.7, 179.9; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C20H23N4O4FNa{[M+Na]+} 425.160 1, found 425.160 3。

3h: 黃色油狀液體;1H NMRδ: 1.36～1.23(m, 9H), 2.47(s, 3H), 3.35～3.39(m, 1H), 3.48～3.52(m, 1H), 3.72～3.76(m, 1H), 3.77～3.82(m, 2H), 4.05～4.34(m, 6H), 6.70～6.78(m, 1H), 6.96～7.05(m, 1H), 7.16(t,J=8.2 Hz, 1H), 7.25(s, 1H), 8.25(br s, 1H);13C NMRδ: 14.4, 29.9, 33.3, 35.9, 42.3, 44.3, 47.6, 52.3, 58.7, 60.1, 62.6, 93.8, 103.0, 109.3, 121.6, 124.6, 127.8, 141.2, 162.1, 163.8, 169.4, 183.4; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C22H28N4O4Na{[M+Na]+}435.200 8, found 435.201 1。

1.3 體外抗腫瘤活性測試

采用MTT法[14-15]測試了3a～3h對人肺癌細胞(A549)、人前列腺癌細胞(PC-3)和人白血病細胞(K562)的體外抗腫瘤活性,以順鉑為陽性對照藥。

2 結果與討論

2.1 合成

通過底物擴展，我們發(fā)現(xiàn)該反應的活性普遍較高，12 h內基本反應完全(TLC檢測)。TLC顯示反應有少量的副產物產生，核磁和質譜不能對其進行結構鑒定，可能為分解產物或聚合物。其中，底物1中嘧啶取代基位阻較大時產率較低，但非對映選擇性較高(3e,產率67%,d/r值20/1)。

2.2 抗腫瘤活性

表1為3a～3h對K562、 PC-3和A549的體外抗腫瘤活性。雖然僅僅從以上幾例體外活性數據很難總結其構效關系, 但由表1可見，化合物3d和3g對人白血病細胞K562具有明顯的抑制活性，IC50分別為24.1 μmol·L-1和32.4 μmol·L-1，接近陽性對照藥順鉑。其他測試化合物對A549、 PC-3和K562的抑制活性弱于順鉑。以上結果表明化合物3a～3h可作為先導化合物的骨架進一步研究。

表1 3a～3h的體外抗腫瘤活性

以取代烷氧基嘧啶3-烯鍵氧化吲哚衍生物為原料，與肌氨酸及多聚甲醛經1,3-偶極子3+2環(huán)加成反應合成了8個新型烷氧基嘧啶拼接3-吡咯螺環(huán)氧化吲哚類化合物(3a～3h),產率67%～82%，d/r值6/1～20/1。并用MTT法研究了3a～3h對人肺癌細胞(A549)、人前列腺癌細胞(PC-3)和人白血病細胞(K562)的體外抗腫瘤活性。結果表明：化合物3d和3g對人白血病細胞K562具有明顯的抑制活性，接近陽性對照藥順鉑。以上結果表明化合物3可作為先導化合物的骨架進一步研究，其他相關藥理活性的研究正在進行中。

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2017年第25卷合 成 化 學Vol.25, 2017 第1期, 26～31Chinese Journal of Synthetic ChemistryNo.1, 26～31

Synthesis and Antitumor Activities of Novel Pyrimidine-fused Spiropyrrolidine Oxindoles

CHEN Shuang1, XIAO Le2,3, CHEN Zhi-yong3, YANG Chao3, GONG Yi3, YU Zhang-biao3*, ZHOU Ying3, LIU Xiong-li3*

(1. Institute of Biology and Engineering, Guizhou University of Medical Sciences, Guiyang 550025, China; 2. Chemical Group, Chenzhou City First Middle School, Chenzhou 423000, China; 3. Guizhou Engineering Center for Innovative Traditional Chinese Medicine and Ethnic Medicine, Guizhou University, Guiyang 550025, China)

Eight novel pyrimidine-fused spiropyrrolidine oxindoles(3a～3h)were synthesized by 1,3-dipolar reaction of pyrimidine-fused 3-alkenyloxindoles with azomethine ylides(thermally generatedinsitufrom sarcosine and formaldehyde). The yields andd/rof 3a～3h were 67%～82% and 6/1～20/1， respectively. The structures were characterized by1H NMR,13C NMR and HR-MS(ESI-TOF). Theinvitroantitumor activities against human lung cancer cells(A549), human prostate cancer cells PC-3 and human leukemia cells(K562) were demonstrated by MTT assays. The results showed that 3d and 3g exhibited certaininvitroinhibitory activities against K562 with IC50of 24.1 mol·L-1and 32.4 mol·L-1, respectively, equipotent to the positive control of Cisplatin.

sarcosine; formaldehyde; pyrimidine-fused 3-alkenyloxindole; pyrimidine-fused 3-alkenyloxindole; 1,3-dipolar cycloaddition reaction; synthesis; antitumor activity

2016-09-21

國家自然科學基金地區(qū)基金資助項目(81560563); 貴州省教學改革創(chuàng)新項目(SJJG201423);貴州省制藥工程專業(yè)學位研究生工作站(黔教研合JYSZ字【2014】002)； 貴州省研究生教改課題(黔教研合JG字[2016]06)

陳爽(1995-)，女，仡佬族，貴州安順人，本科生，主要從事天然產物活性成分研究。 E-mail: 2568715818@qq.com

劉雄利，博士，副教授，碩士生導師, E-mail: xlliu1@gzu.edu.cn; 余章彪，教授，碩士生導師, E-mail: gym.zbyu@gzu.edu.cn

O626.13; O623.7

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2017.01.16243