金剛烷席夫堿類衍生物的設計合成及其初步抗腫瘤活性研究

宮旭陽，郭瑞春，2，朱佳慧，2，夏 艷，2*

(1.長春工業(yè)大學 化學與生命科學學院, 吉林 長春 130012；2.長春工業(yè)大學 材料高等研究院, 吉林 長春 130012)

0 引 言

研究發(fā)現(xiàn)，席夫堿化合物可以廣泛地應用于催化[10]、藥物[11]和光電材料[12]等領域，同樣，席夫堿衍生物的電分析應用也很熱門[13-16]。金剛烷席夫堿類化合物一方面有金剛烷類化合物優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、脂溶性好等特點，同時也具有席夫堿化合物的結構特點和較大的π共軛體系，預期將金剛烷骨架與席夫堿結構相結合會得到結構新穎和性能獨特的新化合物。文中以金剛烷為母體,通過一系列化學反應合成得到金剛烷席夫堿衍生物5a-f，并進行了抗癌細胞增殖活性的研究。目的為了篩選出結構新穎、低毒性和抗癌效果好的先導化合物。

目標化合物5a-f的合成路線如圖1所示。

圖1 目標化合物5a-f的合成路線

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

實驗中所需藥品購于北京百靈威科技有限公司；

試劑購于北京化工廠；

實驗中甲苯應實驗前用鈉和二苯甲酮除水、回流精制；

其他試劑均為市售分析純。

AVANCE 400核磁共振波譜儀，購于Bruker瑞士公司；

日前，中國農(nóng)業(yè)大學果樹園藝系教授李光晨通過多年研究、選育，培育出我國首個具有自主知識產(chǎn)權的鮮食型芭蕾蘋果優(yōu)良新品種“金蕾1號”和“金蕾2號”。

Autoflex speed MALDI-TOF飛行時間質(zhì)譜儀，購于Bruker德國公司；

Lambda 25紫外-可見吸收光譜儀，購于美國Perkin Elmer公司；

RFG5301PC熒光光譜儀，購于日本島津公司。

1.2 實驗過程

1.2.1 1-(對甲苯)金剛烷2的合成

向反應瓶(100 mL)中加入金剛烷溴(1 g)，加入無水K2CO3(321 mg)，量取15 mL精制甲苯加入反應瓶，再加入10%Pd/C 攪拌均勻。氮氣保護下115 ℃加熱回流反應24 h。反應結束待溫度降至40 ℃后，過濾，用二氯甲烷多次沖洗，得到透明溶液，旋出多余溶劑，選擇合適的洗脫劑(石油醚)，用柱層析法純化，最后得到白色固體0.870 5 g，產(chǎn)率82.9%。1H-NMR (CDCl3,400 MHz)δ7.28(d,J=8 Hz,2H),7.14(d,J= 8 Hz,2H),2.33(s,3H),2.10(s,3H),1.91(s,6H),1.81～1.74(m,6H);13C-NMR (CDCl3,100 MHz)δ148.49,134.88,128.82,124.72,49.39,43.34,36.90,29.07。

1.2.2 1-[4-(溴甲基)苯基]金剛烷3的合成

向反應瓶(100 mL)中加入中間體2(200 mg)，加入NBS(188.72 mg)，加入BPO(10 mg)，量取10 mL四氯化碳加入反應瓶。氮氣保護下80 ℃加熱回流反應16 h。反應結束待溫度降至40 ℃后，用四氯化碳多次沖洗，過濾，旋出多余溶劑，選擇合適的洗脫劑(DCM∶PE(v∶v)=1∶30)，用柱層析法純化，最后得到淡黃色固體166.7 mg，產(chǎn)率62%。1H-NMR (CDCl3,400 MHz)δ7.19(s,4H),4.43(s,2H),2.03(b,3H),1.83(s,6H),1.71～1.69 (m,6H);13C-NMR(CDCl3,100 MHz)δ151.78,134.80,128.82,125.37,43.13,36.79,28.95。

1.2.3 4-(1-金剛烷基)苯甲醛4的合成

向反應瓶(100 mL)中加入中間體3(100 mg)，加入(CH2)6N4(64.29 mg)，依次向反應瓶中加入乙醇(5 mL)和水(5 mL)。氮氣保護下85 ℃加熱回流反應30 min后，將量取好的冰醋酸倒入恒壓液滴漏斗中，并逐滴加入上述溶液中。反應3～4 h，TLC追蹤反應，反應結束冷卻到室溫，逐滴加入濃HCl(1 mL)到反應液中，繼續(xù)反應1.5 h。反應結束待溫度降至室溫，用氫氧化鈉溶液調(diào)整pH至中性，用二氯甲烷萃取，過濾，用無水硫酸鎂干燥，減壓抽濾，旋出多余溶劑，選擇合適的洗脫劑(EA∶PE(v∶v)=1∶20)，用柱層析法純化。最后得到白色固體(52.7 mg)，產(chǎn)率66.9%。1H-NMR(CDCl3,400 MHz)δ9.98(s,1H),7.83(d,J=8 Hz,2H),7.53(d,J=8 Hz,2H),2.12(s,3H),1.94(b,6H),1.83～1.75(m,6H);13C-NMR (CDCl3,100 MHz)δ191.82,158.43,129.65,125.56,42.94,36.69,29.10。

1.2.4 目標產(chǎn)物的合成

向反應瓶(100 mL)中加入化合物4(1當量)，加入乙醇，使其充分溶解，將含有不同取代基的苯胺(1.2當量)溶于乙醇中，并將其逐滴加入化合物4的乙醇溶液中，加入少量冰乙酸。氮氣保護下混合物在80 ℃加熱回流反應24 h。待反應冷卻至室溫，過濾，乙醇多次沖洗，粗產(chǎn)物經(jīng)過柱層析色譜得到席夫堿衍生物5a-f。

5a:1H-NMR (CDCl3,400 MHz)δ8.49(s,1H),7.88(d,J=8 Hz,2H),7.48(d,J=8 Hz,2H),7.15(s,4H),2.13(s,3H),1.96(s,6H),1.84～1.76(m,6H);13C-NMR (CDCl3, 100 MHz)δ162.88,155.55,153.94,140.40,133.49,128.87,126.36,125.49,124.42,122.09,116.18,42.95,36.73,28.90;FT-IR(KBr,cm-1):2 898,2 848(C-H),1 626(C=N),1 239,1 093(C-N),975(=C-H);TOF-MS:m/z334.198 7 [M+H]+。

5b:1H-NMR(CDCl3,400 MHz)δ8.43(s,1H),7.88(d,J=8 Hz,2H),7.47(d,J=8 Hz,2H),7.15～7.10(m,1H),6.98～6.96(m,3H),3.88(s,3H),2.13(s,3H),1.95(s,6H),1.84～1.76(m,6H);13C-NMR(CDCl3, 100 MHz)δ161.33,155.05,152.25,142.38,133.84,128.79,126.33,125.44,121.06,120.34,111.66,55.93,42.97,36.66,28.86;FT-IR(KBr,cm-1):2 904,2 843(C-H),1621(C=N),1 291,1 256(C-N),971(=C-H);TOF-MS:m/z346.228 9[M+H]+。

5c:1H-NMR(CDCl3,400 MHz)δ8.40(s,1H),7.89～7.83(m,2H),7.48(d,J=8 Hz,2H),7.36～7.27(m,1H),6.98～6.90(m,4H),2.16(s,3H),1.95(s,6H),1.81～1.76(m,6H);13C-NMR (CDCl3,100 MHz)δ164.55,161.17,154.93,154.22,133.35,130.41,128.85,125.51,116.68,112.32,108.13,42.95,36.68,28.90;FT-IR (KBr,cm-1):2 894,2 843(C-H),1 637(C=N),1 306,1 256(C-N),977(=C-H);TOF-MS:m/z334.201 0[M+H]+。

5d:1H-NMR (CDCl3,400 MHz)δ8.44(s,1H),7.85(d,J=8 Hz,2H),7.47(d,J=8 Hz,2H),7.20(d,J=8 Hz,2H),7.13(d,J=8 Hz,2H),2.38(s,3H),2.13(s,3H),1.96(s,6H),1.84～1.76(m,6H);13C-NMR(CDCl3,100 MHz)δ159.58,154.94,149.84,135.49,133.83,129.72,128.59,125.32,120.79,43.04,36.69,28.92,20.98;FT-IR(KBr,cm-1):2 904,2 844(C-H),1 596(C=N),1 317,1 251(C-N),957(=C-H);TOF-MS:m/z 330.214 5[M+H]+。

5e:1H-NMR (CDCl3,400 MHz)δ8.51(s,1H),7.85(d,J=8 Hz,2H),7.48(d,J=8 Hz,2H),7.41～7.37(m,2H),7.22～7.19(m,3H),2.12(s,3H),1.95(s,6H),1.83～1.75(m,6H);13C-NMR(CDCl3,100 MHz)δ160.36,155.14,152.43,133.68,129.10,128.68,125.68,125.36,120.85,43.02,36.69,28.90;FT-IR(KBr,cm-1):2 898,2 838(C-H),1 626(C=N),1 301,1 174(C-N),977(=C-H);TOF-MS:m/z 316.201 3[M+H]+。

5f:1H-NMR(CDCl3,400 MHz)δ8.50(s,1H),7.83(d,J=8 Hz,2H),7.46(d,J=8 Hz,2H),7.17(t,J=8 Hz,2H),7.06(t,J=8 Hz,2H),2.12(s,3H),1.94(s,6H),1.83～1.75(m,6H);13C-NMR(CDCl3,100 MHz)δ162.35,160.12,155.23,148.43,133.56,128.67,125.38,122.24,115.84,43.03,36.70,28.99;FT-IR(KBr,cm-1):2 904,2 844(C-H),1 616(C=N),1 309,1 193(C-N),978(=C-H);TOF-MS:m/z 334.200 9[M+H]+。

2 結果與討論

2.1 結構表征

由圖1可知，以1-溴金剛烷為原料，經(jīng)過付克烷基化反應、自由基取代、氧化反應和脫水反應得到目標化合物5a-f。在FT-IR譜圖中，目標化合物在1 600～1 650 cm-1左右出現(xiàn)C=N 雙鍵的吸收峰，1 000～700 cm-1左右出現(xiàn)=C-H雙鍵的吸收峰；1H NMR譜圖中，席夫堿基-CH=N-上的質(zhì)子信號在8.51和8.44左右處，在δ1.94，1.85和1.41處為金剛烷骨架的質(zhì)子信號，化合物5f的核磁共振氫譜如圖2所示。

圖2 化合物5f的核磁共振氫譜

TOF-MS譜圖中，所有化合物均出現(xiàn)[M+1]+峰。

2.2 細胞毒活性

為了篩選具有抗腫瘤活性的先導化合物，用CCK-8法測定化合物對三種腫瘤癌細胞系(HeLa、MCF-7和A549)以及一種正常細胞(HEK-293)的生長抑制活性，20 μM濃度下化合物的抑制活性見表1。

表1 化合物對細胞的生長抑制活性 %

具體步驟如下：收集對數(shù)期細胞，調(diào)整細胞懸液濃度約為5×103cell/mL，接種于96孔板，每孔加入100 μL；37 ℃，5%CO2孵育至細胞單層鋪滿孔板，加入濃度梯度的小分子，待測小分子的終濃度分別為2.5,5.0,10.0,20.0,40.0 μmol/L；37 ℃，5%CO2孵育48 h，倒置顯微鏡下觀察；每孔加入100 μL的CCK-8溶液，繼續(xù)培養(yǎng)1 h；終止培養(yǎng)，選擇490 nm波長，在酶聯(lián)免疫監(jiān)測儀上測定各孔光吸收值，記錄結果，以時間為橫坐標，吸光值為縱坐標繪制細胞生長曲線，以5-氟尿嘧啶作為陽性參照。從表中可以看出,合成的化合物對宮頸癌細胞沒有抑制作用，而鄰位上有甲氧基的化合物5f相對于間位上有氟原子的5a對人乳腺癌細胞的抑制活性好，但是跟陽性對照相比稍差。而化合物5b比5c對人肺癌細胞有更好的抑制活性，不帶取代基的化合物5e對人肺癌細胞的抑制活性最好，陽性對照則對人的肺癌細胞無抑制活性。以上結果說明基團的空間位阻也可以影響化合物對癌細胞活性，為以后計算機輔助設計該類化合物起到了指導性作用，此類化合物的構效關系和作用機理有待進一步研究。

3 結 語

利用經(jīng)典而有效的制備途徑，首次合成了新型含金剛烷結構的席夫堿類衍生物5a-f。通過研究化合物對腫瘤細胞的抑制活性實驗發(fā)現(xiàn)：相對于陽性參照5-氟尿嘧啶目標化合物5e對人肺癌細胞A549有較好的抑制活性，充分說明此設計達到了預期的效果。該研究對設計新型具有抗癌活性含金剛烷骨架的化合物、構效關系以及作用機理的研究有一定的參考價值。