氟喹諾酮C-3芳芐叉基不飽和酮的合成及抗腫瘤活性研究

趙夢(mèng)濤，曹智威，馮亞莉，胡國(guó)強(qiáng),2*

（1.鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，河南省水環(huán)境與健康工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 451150；2.河南大學(xué) 臨床醫(yī)學(xué)院，河南開(kāi)封 475001）

新藥研發(fā)是一項(xiàng)高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、高耗時(shí)的復(fù)雜智力創(chuàng)新過(guò)程，而基于理性藥物設(shè)計(jì)原理，利用現(xiàn)有藥物的優(yōu)勢(shì)骨架或藥效團(tuán)構(gòu)建結(jié)構(gòu)新穎的化合物庫(kù)，并通過(guò)活性篩選發(fā)現(xiàn)有苗頭的化合物是新藥研發(fā)最經(jīng)濟(jì)有效的策略[1]。α,β-不飽和酮結(jié)構(gòu)單元不僅可作為重要的活性有機(jī)合成子參與構(gòu)建結(jié)構(gòu)多樣的功能有機(jī)化合物，同時(shí)作為天然查爾酮和黃酮類的特征藥效團(tuán)骨架，因其可與大分子配體發(fā)生絡(luò)合及邁克爾加成反應(yīng)而產(chǎn)生廣泛的藥理活性，已成為多種臨床藥物（如小分子靶向酪氨酸激酶抑制劑舒尼替尼[2]和利尿藥依他尼酸[3]及眾多候選藥物）的優(yōu)勢(shì)藥效團(tuán)骨架。另外，拓?fù)洚悩?gòu)酶不僅是氟喹諾酮藥物的抗菌作用靶標(biāo)，同時(shí)也是抗腫瘤藥物的重要作用靶點(diǎn)[4]。基于此，對(duì)前期α,β-不飽和酮修飾的雜環(huán)等排體進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，僅用其中的芳芐叉基作為C-3羧基等排體，與氟喹諾酮C-4羰基構(gòu)建新的α,β-不飽和酮結(jié)構(gòu)，進(jìn)而設(shè)計(jì)合成了C-3芳芐叉基氟喹諾酮不飽和酮類目標(biāo)化合物（3a～3i），進(jìn)一步擴(kuò)展了氟喹諾酮類的結(jié)構(gòu)修飾途徑。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

WK-1B數(shù)字熔點(diǎn)儀，上海申光儀器有限公司；AM-400型核磁共振儀，瑞士Bruker公司；Esquire LC型質(zhì)譜儀，德國(guó)Bruker公司；PE2400-Ⅱ元素分析儀，美國(guó)PE公司；RAD-680型酶標(biāo)儀，美國(guó)Bio-Rad公司。

培氟沙星（1），河南康泰醫(yī)藥有限公司；人肝癌細(xì)胞株SMMC-7721、人胰腺癌細(xì)胞株Capan-1和人白血病細(xì)胞株HL60，中科院上海細(xì)胞生物研究所。

1.2 合成路線

目標(biāo)化合物3a～3i的合成見(jiàn)圖1。培氟沙星（1）用硼氫化鉀在甲醇中經(jīng)2,3-雙鍵的還原后脫C-3羧基生成2,3-二氫-喹啉-4(1H)-酮（2），接著與苯甲醛或取代苯甲醛發(fā)生羥醛縮合反應(yīng)生成相應(yīng)的C-3芳芐叉基氟喹諾酮不飽和酮化合物（3a～3i）。圖1中，化合物3a～3i結(jié)構(gòu)式中的Ar分別為H（a）、4-CH3-C6H4（b）、3-CH3-C6H4（c）、4-CH3O-C6H4（d）、2-CH3O-C6H4（e）、3,4-(OCH2O)-C6H3（f）、3,4-(OCH3)2-C6H3（g）、3,4,5-(OCH3)3-C6H2（h） 以及 4-F-C6H4（i）。

1.3 化合物2的合成

培氟沙星1（20.0 g，60.0 mmol）懸浮于無(wú)水甲醇 500 mL 中，常溫?cái)嚢柘侣尤肱饸浠浄勰?.1 g，150.0 mmol），待物料溶解后水浴加熱至回流，攪拌反應(yīng)2 h。減壓蒸除溶劑，加入飽和食鹽水500 mL，充分振蕩至黏稠物完全分散，轉(zhuǎn)入燒杯中放置固化。過(guò)濾，水洗至中性，干燥。粗品懸浮于蒸餾水200 mL中，慢慢滴加濃鹽酸至粗品溶解，加入活性炭2.0 g，攪拌脫色1 h。濾液用濃氨水堿化至pH≈9.0，放置析出固體。過(guò)濾，自然干燥。用正己烷重結(jié)晶，干燥，得11.5 g淡黃色針狀結(jié)晶物2。

1.4 化學(xué)合物3a～3i的合成

中間體2（1.0 g，3.4 mmol）和新蒸的苯甲醛或新的取代苯甲醛 5.0 mmol溶于無(wú)水乙醇 25 mL和氫氧化鈉（0.54 g，13.6 mmol）的醇鈉溶液中，常溫磁力攪拌至原料2溶解。減壓蒸除溶劑，剩余物加入飽和食鹽水 50 mL，用濃鹽酸調(diào)pH值≈2.0，用乙酸乙酯3×30 mL 提取過(guò)量的醛。水相用濃氨水堿化至pH值≈10.0，放置析出固體。過(guò)濾，用水洗至中性，干燥。粗品用乙酸乙酯-無(wú)水乙醇混合溶劑重結(jié)晶，得淡黃色針狀結(jié)晶目標(biāo)化合物3a～3i。

1.5 抗腫瘤活性實(shí)驗(yàn)

合成的9個(gè)新目標(biāo)化合物（3a～3i）、對(duì)照蒽醌類抗腫瘤藥阿霉素（Doxorubicin）及母體培氟沙星 1 用DMSO配成1.0×10-2mol/L濃度的儲(chǔ)備液，用RPMI 1640培養(yǎng)液稀釋至所需濃度（1.0×10-7mol/L、1.0×10-6mol/L、5.0×10-6mol/L、1.0×10-5mol/L 和5.0×10-5mol/L）即為供試液。取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的人肝癌細(xì)胞 SMMC-7721、人胰腺癌細(xì)胞 Panc-1、人白血病細(xì)胞 HL60，分別以每孔6 000個(gè)細(xì)胞接種于96孔板，培養(yǎng)隔夜后，分別加入上述供試液。

采用MTT方法檢測(cè)細(xì)胞活性，用酶標(biāo)儀在570 nm波長(zhǎng)處測(cè)OD值。細(xì)胞生長(zhǎng)抑制率計(jì)算如式（1）所示。以藥物濃度的負(fù)對(duì)數(shù)值對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)抑制率作劑量-效應(yīng)方程，以此計(jì)算出供試化合物對(duì)實(shí)驗(yàn)細(xì)胞的半數(shù)抑制濃度（IC50）。所有實(shí)驗(yàn)在相同的條件下重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 化合物的結(jié)構(gòu)表征

化合物2：收率65%，熔點(diǎn)132～134 ℃。1H NMR（CDCl3，400 MHz）：7.25（1H，d，J=14.0 Hz，5-H），6.15（1H，d，J=7.50 Hz，8-H），3.50～3.40（4H，m，CH3CH2和3-H），3.06（4H，t，J=7.2 Hz，2′-H），2.80（4H，t，J=7.2 Hz，3′-H），2.62～2.50（2H，m，2-H），2.23（3H，s，N-CH3），1.06（3H，J=7.0 Hz，CH3CH2）。MS，m/z：實(shí)測(cè)值292[M+H]+（計(jì)算值291.37[M]）。元素分析，C16H22FN3O，實(shí)測(cè)值（計(jì)算值），%：C 66.18（65.96）；H 7.44（7.61）；N 14.67（14.42）。

1-乙基-6-氟-7-(4-甲基-哌嗪-1-基)-3-苯甲叉基-2,3-二氫-喹啉-4(1H)-酮（3a）：收率 78.6%，熔 點(diǎn) 156～ 158 ℃。1H NMR（CDCl3，400 MHz）：8.02（1H，s，3-=CH），7.74（1H，d，J=13.6 Hz，5-H），7.36～7.00（6H，m，Ph-H和8-H），4.28（2H，q，J=7.2 Hz，CH3CH2），3.74（2H，s，2-H），3.26～3.05（8H，m，2′-H）和3′-H），2.32（3H，s，N-CH3），1.32（3H，t，J=7.0 Hz，CH3CH2）。MS，m/z：實(shí)測(cè)值380[M+H]+（計(jì)算值379.48[M]）。元素分析，C23H26FN3O，實(shí)測(cè)值（計(jì)算值），%：C 73.04（72.80）；H 6.83（6.91）；N 11.30（11.07）。

1-乙基-6-氟-7-(4-甲基-哌嗪-1-基)-3-(4-甲基苯甲叉基)-2,3-二氫-喹啉-4(1H)-酮（3b）收率81.4%，熔點(diǎn)148～150 ℃。1H NMR（CDCl3，400 MHz）：7.95（1H，s，3-=CH），7.74（1H，d，J=13.6 Hz，5-H），7.26～ 6.82（5H，m，Ph-H 和8-H），4.26（2H，q，J=7.2 Hz，CH3CH2），3.66（2H，s，2-H），3.17～2.83（8H，m，2′-H和3′-H），2.30，2.24（6H，2s，N-CH3和 Ph-CH3），1.32（3H，t，J=7.0 Hz，CH3CH2）。MS，m/z：實(shí)測(cè)值 394[M+H]+（計(jì)算值393.51[M]）。元素分析，C24H28FN3O，實(shí)測(cè)值（計(jì)算 值），%：C 73.54（73.26）；H 7.02（7.17）；N 10.84（10.68）。

乙基-6-氟-7-(4-甲基-哌嗪-1-基)-3-(3-甲基苯甲叉基)-2,3-二氫-喹啉-4(1H)-酮（3c）收率75.2%，熔點(diǎn)143～145 ℃。1H NMR（CDCl3，400 MHz）：7.97（1H，s，3-=CH），7.76（1H，d，J=13.6 Hz，5-H），7.28～ 6.87（5H，m，Ph-H 和8-H），4.28（2H，q，J=7.2 Hz，CH3CH2），3.68（2H，s，2-H），3.16～2.87（8H，m，2′-H和3′-H），2.32，2.26（6H，2s，N-CH3和 Ph-CH3），1.32（3H，t，J=7.0 Hz，CH3CH2）。MS，m/z：實(shí)測(cè)值 394[M+H]+（計(jì)算值393.51[M]）。元素分析，C24H28FN3O，實(shí)測(cè)值（計(jì)算 值），%：C 73.52（73.26）；H 7.40（7.17）；N 11.06（10.68）。

乙基-6-氟-7-(4-甲基-哌嗪-1-基)-3-(4-甲氧基苯甲叉基)-2,3-二氫-喹啉-4(1H)-酮（3d）收率76.2%，熔點(diǎn)163～165 ℃。1H NMR（CDCl3，400 MHz）：7.98（1H，s，3-=CH），7.77（1H，d，J=13.6 Hz，5-H），7.26～6.88（5H，m，Ph-H和8-H），4.28（2H，q，J=7.2 Hz，CH3CH2），3.77，3.68（5H，2s，OCH3和 2-H），3.17～ 2.86（8H，m，2′ -H和 3′ -H），2.32（3H，s，N-CH3），1.35（3H，t，J=7.0 Hz，CH3CH2）。MS，m/z：實(shí)測(cè)值：410[M+H]+（計(jì)算值409.51[M]）。元素分析，C24H28FN3O2，實(shí)測(cè)值（計(jì)算值），%：C 70.63（70.39）；H 6.76（6.89）；N 10.50（10.26）。

乙基-6-氟-7-(4-甲基-哌嗪-1-基)-3-(2-甲氧基苯甲叉基)-2,3-二氫-喹啉-4(1H)-酮（3e）收率65.0%，熔點(diǎn)136～138 ℃。1H NMR（CDCl3，400 MHz）：7.97（1H，s，3-=CH），7.75（1H，d，J=13.6 Hz，5-H），7.27～ 6.86（5H，m，Ph-H 和8-H），4.27（2H，q，J=7.2 Hz，CH3CH2），3.75，3.65（5H，2s，OCH3和2-H），3.16～2.87（8H，m，2′-H 和 3′-H），2.34（3H，s，N-CH3），1.33（3H，t，J=7.0 Hz，CH3CH2）。MS，m/z：實(shí)測(cè)值 410[M+H]+（計(jì)算值409.51[M]）。元素分析，C24H28FN3O2，實(shí)測(cè)值（計(jì)算值），%：C 70.60（70.39）；H 6.72（6.89）；N 10.53（10.26）。

乙基-6-氟-7-(4-甲基-哌嗪-1-基)-3-(3,4-二氧亞甲基苯甲叉基)-2,3-二氫-喹啉-4(1H)-酮（3f）收率85.7%，熔點(diǎn)162～164 ℃；1H NMR（CDCl3，400 MHz）：8.04（1H，s，3-=CH），7.78（1H，d，J=13.6 Hz，5-H），7.02～6.73（4H，m，Ph-H和8-H），5.94（2H，s，OCH2O），4.27（2H，q，J=7.2 Hz，CH3CH2），3.63（2H，s，2-H），3.20～3.00（8H，m，2′-H 和 3′-H），2.32（3H，s，N-CH3），1.32（3H，t，J=7.0 Hz，CH3CH2）。MS，m/z：實(shí)測(cè)值 424[M+H]+（計(jì)算值423.49[M]）。元素分析，C24H26FN3O3，實(shí)測(cè)值（計(jì)算值），%：C 68.32（68.07）；H 5.96（6.19）；N 10.15（9.92）。

乙基-6-氟-7-(4-甲基-哌嗪-1-基)-3-(3,4-二甲氧基苯甲叉基)-2,3-二氫-喹啉-4(1H)-酮（3g）收率74.5%，熔點(diǎn)152～154 ℃。1H NMR（CDCl3，400 MHz）：8.02（1H，s，3-=CH），7.72（1H，d，J=13.6 Hz，5-H），7.13～6.86（4H，m，Ph-H和8-H），4.26（2H，q，J=7.2 Hz，CH3CH2），3.76，3.70，3.64（8H，3s，2′OCH3和 2-H），3.13 ～ 2.87（8H，m，2′-H 和 3′-H），2.34（3H，s，N-CH3），1.33（3H，t，J=7.0 Hz，CH3CH2）。MS，m/z：實(shí)測(cè)值 440[M+H]+（計(jì)算值439.53[M]）。元素分析，C25H30FN3O3，實(shí)測(cè)值（計(jì)算值），%：C 68.57（68.32）；H 6.68（6.88）；N 9.82（9.56）。

乙基-6-氟-7-(4-甲基-哌嗪-1-基)-3-(3,4,5-三甲氧基苯甲叉基)-2,3-二氫-喹啉-4(1H)-酮（3h）收率74.8%，熔點(diǎn)147～149 ℃。1H NMR（CDCl3，400 MHz）：8.00（1H，s，3-=CH），7.78（1H，d，J=13.6 Hz，5-H），7.02（1H，d，J=7.0 Hz，8-H），6.64（2H，s，Ph-H），4.30（2H，q，J=7.2 Hz，CH3CH2），3.71，3.68，3.60（11H，3s，3′OCH3和2-H），3.30～3.16（8H，m，2′-H和3′-H），2.32（3H，s，N-CH3），1.33（3H，t，J=7.0 Hz，CH3CH2）。MS，m/z：實(shí)測(cè)值 470[M+H]+（計(jì)算值469.56[M]）。元素分析，C26H32FN3O4，實(shí)測(cè)值（計(jì)算值），%：C 66.74（66.51）；H 6.72（6.87）；N 9.18（8.95）。

乙基-6-氟-7-(4-甲基-哌嗪-1-基)-3-(4-氟苯甲叉基)-2,3-二氫-喹啉-4(1H)-酮（3i）收率 83.0%，熔 點(diǎn) 158～ 160 ℃。1H NMR（CDCl3，400 MHz）：8.06（1H，s，3-=CH），7.74（1H，d，J=13.6 Hz，5-H），7.36～7.00（5H，m，Ph-H和8-H），4.27（2H，q，J=7.2 Hz，CH3CH2），3.70（2H，s，2-H），3.24 ～ 3.05（8H，m，2′-H 和 3′-H），2.33（3H，s，N-CH3），1.32（3H，t，J=7.0 Hz，CH3CH2）。MS，m/z：實(shí)測(cè)值398[M+H]+（計(jì)算值397.47[M]）。元素分析，C23H25F2N3O，實(shí)測(cè)值（計(jì)算值），%：C 69.71（69.50）；H 6.16（6.34）；N 10.73（10.57）。

2.2 抗腫瘤活性測(cè)定

培氟沙星（1）的2,3-雙鍵受3-位羧基和4-位羰基吸電子基的影響易被硼氫化鉀釋放出的氫負(fù)離子（H-）加成生成相應(yīng)的2,3-二氫-喹啉-4-酮-3-羧酸，接著發(fā)生脫羧反應(yīng)到中間體2,3-二氫-喹啉-4-酮（2），它與芳香醛在堿性催化下發(fā)生Claisen-Schmidt縮合反應(yīng)形成C-3芳叉基而構(gòu)建目標(biāo)化合物氟喹諾酮C-3芳芐叉基不飽和酮（3a～3i）。

體外抗細(xì)胞增殖活性結(jié)果表明（表1），9個(gè)目標(biāo)化合物對(duì)3種試驗(yàn)?zāi)[瘤細(xì)胞株的IC50均低于40.0 μmol/L，強(qiáng)于對(duì)照母體培氟沙星（100 μmol/L）的活性。與此同時(shí)，初步的構(gòu)效關(guān)系表明，參與構(gòu)建不飽和酮的芳芐叉基，其苯環(huán)的取代基用鹵素，尤其是氟原子取代可提高其抗腫瘤活性，而較大的其他取代基取代可導(dǎo)致活性降低，因此，選擇適當(dāng)?shù)谋江h(huán)取代基仍值得關(guān)注。

表1 化合物3a～3i對(duì)SMMC-7721、Capan-1和HL60細(xì)胞的抗增殖活性 IC50（n=3）

3 結(jié)論

基于前期的研究基礎(chǔ)和本文的工作結(jié)果表明，用芳芐叉基替代C-3羧基構(gòu)建的氟喹諾酮衍生物可提高氟喹諾酮的抗腫瘤活性，表明C-3羧基用雜環(huán)或α,β-不飽和酮修飾雜環(huán)替代并非必要，而用芳芐叉基替代C-3羧基可產(chǎn)生類似的抗腫瘤效果，提示α,β-不飽和酮結(jié)構(gòu)片段可能是一個(gè)潛在的優(yōu)勢(shì)藥效團(tuán)，這將大大擴(kuò)展氟喹諾酮的結(jié)構(gòu)修飾途徑，為進(jìn)一步抗腫瘤氟喹諾化合物分子的構(gòu)建提供新思路。