新型吲哚苯醌衍生物的合成及抗腫瘤活性

阮銥瞳, 何 菱

(四川大學(xué) 華西藥學(xué)院，四川 成都 610041)

醌類衍生物表現(xiàn)出良好抗腫瘤活性，尤其蒽醌類化合物是天然醌類結(jié)構(gòu)中數(shù)量最多、應(yīng)用最廣、最受關(guān)注的化合物。其藥理作用較為廣泛，大多數(shù)蒽醌類化合物均具有抗菌抗炎、抗病毒、抗腫瘤作用，另外還可用于治療慢性腎炎，抗衰老，抗誘變，降血脂等[1-4]，如臨床一線抗腫瘤藥物米托蒽醌，阿霉素等(Chart 1)[5-8]。同時，具有“2-苯基萘型”結(jié)構(gòu)單元的喜樹堿和棕霉素等(Chart 1)也在臨床應(yīng)用中顯示良好的抗腫瘤活性[9]。

基于吲哚醌類衍生物的多樣生物活性[10-15]，結(jié)合藥物設(shè)計學(xué)中的拼合原理，我們認為組合后的新結(jié)構(gòu)可能會具有抗腫瘤活性或新的生物活性。因此，本課題組在前期工作中，以“一勺燴”方式合成系列雙取代相同吲哚苯醌衍生物和兩步式合成雙取代不同吲哚苯醌衍生物并進行了抗腫瘤活性研究[17]。并提出了改進文獻[16]方法的建議：(1)不能一鍋煮同時合成雙吲哚取代苯醌衍生物；(2)添加相轉(zhuǎn)移催化劑縮短反應(yīng)時間;(3)雖然不能區(qū)域選擇性獲得2,5-雙取代吲哚苯醌衍生物，但可通過柱層析快速分離，避免全合成路線過長和使用金屬催化劑。由于抗腫瘤活性不理想，合成方法和底物拓展還有待進一步研究。

本文擬通過改變?nèi)〈淖兤渲峙湎禂?shù)，同時增加可供氫鍵形成的結(jié)合位點，希望改善抗腫瘤活性；并擬優(yōu)化合成方法，進一步考察該合成方法的普適性，為生物活性篩選提供保障。因此，以2-取代吲哚衍生物(1a～1c)為底物，以無水乙腈為反應(yīng)溶劑，在相轉(zhuǎn)移催化劑芐基三乙基氯化銨(TEBA)和無水碳酸鉀存在下，與四溴苯醌在室溫及N2環(huán)境下反應(yīng)，合成了9個未見文獻報道的2-取代吲哚-1,4-醌衍生物(2a～2c,3a～3c,4a～4c, Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI)表征。并進行了初步的抗腫瘤活性研究，發(fā)現(xiàn)化合物2b和3c對人乳腺癌細胞系MDA-MB-231具有良好的抑制活性，其IC50分別分別低于0.7 μmol·L-1和0.1 μmol·L-1，較課題組前期獲得衍生物的抗腫瘤活性有所改善，為進一步構(gòu)建抗腫瘤活性吲哚苯醌衍生物庫和獲得候選化合物建立基礎(chǔ)。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

YRT-3型熔點儀；Varian Mercury 400 MHz/600 MHz型核磁共振儀(DMSO-d6, Methanol-d4或CD3Cl為溶劑，TMS 為內(nèi)標(biāo))；Bruker Daltonics Data analysis 3.2 Mass Spectrometer型質(zhì)譜儀。

2-取代基吲哚(1a～1c)按文獻[18-19]方法合成；乙腈，成都恒信化學(xué)試劑有限公司；其余所用試劑均為分析純或化學(xué)純。

1.2 合成

(1)2a～2c的合成通法

稱取化合物1a～1c0.33 mmol，四溴苯醌 65 mg(0.25 mmol)，芐基三乙基氯化銨(TEBA)75mg(0.33 mmol)和無水K2CO345mg(0.33 mmol)置于密閉反應(yīng)裝置中，置換氮氣，加入無水乙腈5 mL，室溫攪拌2～6 h(TLC檢測)，待原料四氯苯醌反應(yīng)完全，蒸除溶劑，再將殘余物溶于乙酸乙酯，用飽和食鹽水20 mL洗滌，乙酸乙酯(3×20 mL)萃取，合并有機層，經(jīng)無水硫酸鈉干燥，蒸除溶劑，殘余物經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑：V(石油醚)/V(乙酸乙酯)=10/1]純化得2a～2c。

2,3,5-三溴-6-(2-甲基-5-三異丙基硅氧基)吲哚-1,4-對苯醌(2a)： 藍色固體131 mg，收率82%， m.p.132～134 ℃;1H NMR(400 MHz, CD3Cl)δ: 8.24(s, 1H), 7.14(d,J=8.6 Hz, 1H), 6.78(dd,J=8.6 Hz, 1.9 Hz, 1H), 6.69～6.56(m, 1H), 2.29(s, 3H), 1.26(t,J=7.4 Hz, 3H), 1.10(s, 18H);13C NMR(100 MHz, CD3Cl)δ: 174.5, 171.7, 150.5, 143.1, 138.3, 137.6, 133.1, 130.4, 127.1, 116.0, 111.2, 109.8, 107.1, 18.0, 14.2, 12.7; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C24H29NO3Br3Si{[M+H]+}643.9461, found 643.9458。

2,3,5-三溴-6-[2-(三異丙基硅基甲基醚)吲哚]-1,4-對苯醌(2b)： 藍色固體136 mg，收率85%, m.p.127～130 ℃;1H NMR(400 MHz, CD3Cl)δ: 8.89(s, 1H), 7.46(d,J=8.1 Hz, 1H), 7.25(t,J=8.3 Hz, 2H), 7.20～7.15(m, 1H), 4.89(d,J=22.8 Hz, 2H), 1.18(dq,J=12.3 Hz, 6.9 Hz, 5.8 Hz, 3H), 1.09(d,J=5.2 Hz, 18H);13C NMR(100 MHz, CD3Cl)δ: 170.5, 167.5, 138.6, 135.9, 134.2, 130.6, 122.1, 118.4, 116.7, 116.4, 107.5, 100.5, 55.3, 49.4, 13.9, 7.9; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C24H28NO3SiBr3Na{[M+Na]+}665.9281, found 665.9275。

Chart 1

Scheme 1

2,3,5-三溴-6-[2-甲基-5-(N-叔丁氧羰基)吲哚]-1,4-對苯醌(2c)：藍色固體126 mg，收率86%, m.p.135～136 ℃;1H NMR(400 MHz, CD3Cl)δ: 8.74(s, 1H), 7.07(s, 2H), 6.60(s, 1H), 2.24(s, 3H), 1.53(s, 9H);13C NMR(100 MHz, CD3Cl)δ: 175.1, 171.8, 153.6, 141.3, 140.6, 139.5, 138.7, 138.6, 132.2, 131.6, 127.1, 111.3, 104.7, 60.5, 28.5, 13.9; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C20H17N2O3Br3K{[M+K]+}608.8631, found 608.8629。

(2)3a～3c和4a～4c的合成通法

稱取2a～2c0.20 mmol，1a～1c0.24 mmol,芐基三乙基氯化銨55 mg(0.24 mmol)和無水K2CO332 mg(0.24 mmol)置于密閉反應(yīng)裝置中，置換氮氣，加入無水乙腈 5 mL，攪拌下反應(yīng)4～24 h(TLC監(jiān)測)。蒸除溶劑，殘余物依次用乙酸乙酯溶解，飽和食鹽水(20 mL)洗滌，乙酸乙酯(3×20 mL)萃取，合并有機層，用無水硫酸鈉干燥，蒸除溶劑，殘余物經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑：V(石油醚)/V(二氯甲烷)=1/1]純化得3a～3c和4a～4c。

2,5-二溴-3,6-(2-甲基-5-三異丙基硅氧基)吲哚-1,4-對苯醌(3a)： 藍色固體52 mg，收率30%, m.p.140～142 ℃;1H NMR(400 MHz, CD3Cl)δ: 8.20(d,J=10.6 Hz, 2H), 7.16(d,J=8.6 Hz, 2H), 6.81～6.72(m, 4H), 2.38(d,J=6.2 Hz, 6H), 1.29(t,J=3.8 Hz, 6H), 1.11(d,J=7.3 Hz, 36H);13C NMR(100 MHz, CD3Cl)δ: 177.0, 177.0, 150.4, 150.4, 142.9, 142.7, 137.8, 137.8, 137.17, 137.15, 135.3, 135.2, 130.5, 130.4, 129.8, 127.5, 127.4, 127.1, 126.6, 125.4, 124.5, 123.9, 121.5, 121.1, 119.1, 115.8, 115.7, 111.0, 111.0, 110.0, 109.9, 107.4, 107.4, 105.0, 105.0, 18.0, 14.3, 14.1, 12.7; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C42H56N2O4Br2Si2Na{[M+Na]+}889.2038, found 889.2041。

2,6-二溴-3,5-(2-甲基-5-三異丙基硅氧基)吲哚-1,4-對苯醌(4a)： 藍色固體59 mg，收率34%, m.p.138～139 ℃;1H NMR(400 MHz, CD3Cl)δ: 8.13(s, 2H), 7.15～7.10(m, 2H), 6.78～6.68(m, 4H), 2.29(d,J=15.1 Hz, 6H), 1.20(dd,J=14.9 Hz, 7.2 Hz, 6H), 1.07(dd,J=21.6 Hz, 7.1 Hz, 36H);13C NMR(100 MHz, CD3Cl)δ: 180.2, 174.1, 174.0, 150.4, 150.3, 143.5, 139.8, 139.3, 137.9, 137.4, 137.2, 136.7, 134.0, 133.7, 133.6, 130.5,130.4, 127.8, 127.7, 127.5, 127.3, 124.5, 124.0, 119.1, 115.7, 115.6, 111.0, 110.9, 109.9, 107.5, 107.4, 105.4, 105.2, 18.0, 14.0, 12.7; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C42H56N2O4Si2Br2Na{[M+Na]+}889.2038, found 889.2041。

Scheme 2

2,5-二溴-3,6-二[2-(三異丙基硅基甲基醚)吲哚]-1,4-對苯醌(3b)： 藍色固體36 mg，收率21%, m.p.141～143 ℃;1H NMR(400 MHz, CD3Cl)δ: 8.33(s, 1H), 8.03(s, 1H), 7.54(s, 1H), 7.42(d,J=8.1 Hz, 1H), 7.22～7.14(m, 3H), 7.10～7.04(m, 3H), 4.93(s, 2H), 4.26(s, 2H), 1.21～1.13(m, 6H), 1.09(d,J=6.6 Hz, 36H);13C NMR(100 MHz, CD3Cl)δ: 147.7, 147.1, 138.6, 138.0, 136.0, 135.2, 134.9, 130.0, 128.9, 128.5, 124.5, 124.0, 122.0, 120.9, 119.8, 119.5, 119.1, 118.6, 111.0, 110.5, 107.3, 99.8, 57.6, 18.0, 11.9; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C42H56N2O4Si2Br2Na{[M+Na]+}889.2038, found 889.2039。

2,6-二溴-3,5-二[2-(三異丙基硅基甲基醚)吲哚]-1,4-對苯醌(4b)： 藍色固體40 mg，收率23%, m.p.140～141 ℃;1H NMR(400 MHz, CD3Cl)δ: 8.85(d,J=10.0 Hz, 2H), 7.45(dd,J=8.0 Hz, 4.5 Hz, 2H), 7.26～7.17(m, 6H), 4.32(s, 2H), 4.23(s, 2H), 1.20～1.16(m, 6H), 1.11～1.08(m, 36H);13C NMR(100 MHz, CD3Cl)δ: 177.7, 177.4, 174.7, 174.0, 157.2, 156.7, 142.2, 140.7, 140.0, 140.0, 139.1, 134.7, 132.0, 129.9, 126.3, 124.5, 124.0, 122.4, 122.3, 120.6, 120.2, 111.5, 59.4, 18.0, 11.9; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C42H56N2O4Si2Br2Na{[M+Na]+}889.2038, found 889.2039。

2,5-二溴-3,6-二[2-甲基-5-(N-叔丁氧羰基)吲哚]-1,4-對苯醌(3c)： 藍色固體 33 mg，收率22%, m.p.136～138 ℃;1H NMR(400 MHz, Methanol-d4)δ: 7.35(s, 1H), 7.20(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.12(s, 1H), 7.01(d,J=8.5 Hz, 1H), 2.31(d,J=8.9 Hz, 6H), 1.48(d,J=11.0 Hz, 18H);13C NMR(100 MHz, DMSO-d6)δ: 177.2, 177.2, 153.6, 153.6, 143.0, 137.8, 137.7, 135.5, 132.4, 132.3, 132.1, 132.0, 127.1, 111.1, 107.2, 78.7, 28.7, 14.4, 13.9; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C34H34N4O6Br2Na{[M+Na]+}775.0737, found 775.0741。

2,6-二溴-3,5-二[2-甲基-5-(N-叔丁氧羰基)吲哚]-1,4-對苯醌(4c)： 藍色固體38 mg，收率25%, m.p.136～138 ℃;1H NMR(400 MHz, methanol-d4)δ: 7.35(s, 1H), 7.20(d,J=8.4 Hz, 3H), 7.12(s, 1H), 7.01(d,J=8.6 Hz, 1H), 2.31(d,J=8.1 Hz, 6H), 1.48(d,J=11.0 Hz, 18H);13C NMR(100 MHz, DMSO-d6)δ: 180.8, 180.3, 170.8, 153.4, 143.7, 137.8, 133.8, 133.6, 132.4, 132.4, 132.0, 131.9, 129.1, 127.3, 127.0, 111.1, 107.4, 107.1, 78.7, 28.7, 14.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C34H34N4O6Br2Na{[M+Na]+}775.0737, found 775.0745。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成

以2-甲基吲哚衍生物為底物在堿性條件以及相轉(zhuǎn)移催化下與四溴苯醌縮合[17]，為優(yōu)化反應(yīng)條件，提高雙取代收率，以3d和4d的合成反應(yīng)為模型反應(yīng)(Scheme 2)，對催化劑、溶劑、堿、反應(yīng)溫度進行了篩選。

(1) 催化劑

表1為催化劑的優(yōu)化。由表1可見，相轉(zhuǎn)移催化劑對反應(yīng)影響的都能得到預(yù)期產(chǎn)物，但三乙基芐基氯化銨反應(yīng)效果最好。無相轉(zhuǎn)移催化劑雙吲哚取代產(chǎn)物僅痕跡量，可獲得部分單取代產(chǎn)物。于是作者選用三乙基芐基氯化銨作為催化劑進行進一步探索。

表1 催化劑的優(yōu)化

aA～D:三乙基芐基氯化銨,四丁基氯化銨,18-冠-6,聚乙二醇400;b3+4,下同。

(2) 溶劑

表2為溶劑的優(yōu)化。由表2可見，在甲苯、四氫呋喃溶液中只有微量產(chǎn)物，在DMF中反應(yīng)較雜亂,在CH3CN 溶劑中反應(yīng)效果最好。

表2 溶劑的優(yōu)化

(3) 堿

表3為堿對反應(yīng)的影響。由表3可見，反應(yīng)體系中不加堿，反應(yīng)難以發(fā)生。在反應(yīng)體系加入堿，對反應(yīng)有明顯的促進作用。加入碳酸鉀和碳酸銫的收率相當(dāng)，碳酸鉀較廉價，最終選擇碳酸鉀為堿進行底物拓展反應(yīng)。

表3 堿對反應(yīng)的影響

(4) 反應(yīng)溫度

表4為反應(yīng)溫度對收率的影響。由表4可見，隨著反應(yīng)溫度的升高，收率逐漸降低。因此采用室溫為反應(yīng)溫度。

表4 最佳反應(yīng)溫度

(5) 底物

作者對催化劑、溶劑、堿、反應(yīng)溫度進行篩選后，對底物的適應(yīng)性進行了研究。對反應(yīng)底物而言，僅當(dāng)2-位有取代基(如苯基、烷基等衍生物)的吲哚衍生物才能獲得雙吲哚取代苯醌衍生物(投料比和反應(yīng)時間可控制單取代和雙取代)，否則反應(yīng)雜亂，收率低，難于分離，這也是該合成方法的不足之處。2-苯基(2-p-甲苯基)取代吲哚衍生物的反應(yīng)性優(yōu)于2-烷基取代吲哚衍生物。

2.2 體外細胞毒性

以苯達莫司汀(Bendamustiune,雙功能烷化劑)和伏立諾他(SAHA, HDAC抑制劑)作為陽性藥物對照，測試了目標(biāo)化合物對人肺癌細胞系(A549)、人乳腺癌細胞(MDA-BM-231)和宮頸癌細胞系(Hela)的體外細胞毒性，結(jié)果見表5。由表5可知，所有化合物對A549, MDA-BM-231和Hela均有抑制活性。其中，化合物2b和3c對A549的IC50低于3 μmol·L-1，對MDA-BM-231的IC50低于0.7 μmol·L-1和0.1 μmol·L-1，對Hela的IC50低于2 μmol·L-1和0.4 μmol·L-1。

表5 化合物的體外抗腫瘤活性

以吲哚衍生物為底物，在相轉(zhuǎn)移催化劑存在下，以碳酸鉀為堿，在室溫下與四溴苯醌反應(yīng)，合成了9個新型的吲哚-1,4-對苯醌衍生物。該方法具有條件溫和、操作簡單、試劑價廉等優(yōu)點。部分化合物對人肺癌細胞系、人乳腺癌細胞和宮頸癌細胞系的抑制活性較好。有關(guān)化合物的進一步合成及深入的抗腫瘤活性研究正在進行中。