3′-吲哚-3-氧化吲哚與苯基溴化物的多樣性轉(zhuǎn)化及其產(chǎn)物對腫瘤細(xì)胞A549和HepG2的抑制作用

卓宇晴, 崔寶東.

(遵義醫(yī)科大學(xué) 藥學(xué)院,貴州 遵義 563003)

C3-位含季碳手性中心的3,3-二取代氧化吲哚/螺環(huán)氧化吲哚作為重要的雜環(huán)結(jié)構(gòu)單元,廣泛存在于天然產(chǎn)物[1-3]與藥物活性分子中[4-6]。3,3-二取代氧化吲哚/螺環(huán)氧化吲哚分子的多樣性合成主要以靛紅、氧化吲哚、3-單取代氧化吲哚與3-烯基氧化吲哚作為起始原料,通過高效的串聯(lián)反應(yīng)完成[7-9],尤其以螺雜環(huán)氧化吲哚類化合物的合成研究更為矚目。

鈀催化的C—H活化偶聯(lián)反應(yīng)可以有效地構(gòu)建碳-碳鍵與碳-雜鍵,在化合物的多樣性合成中有著廣泛的應(yīng)用[10-12]。文獻(xiàn)[13]采用[Ni(IAP)2]催化3′-吲哚-3-氧化吲哚與硝基烯烴的不對稱Michael加成反應(yīng),以高達(dá)95%的收率和95%的對映選擇性獲得了系列3,3′-雙吲哚衍生物。文獻(xiàn)[14]和文獻(xiàn)[15]相繼以有機(jī)分子催化原位生成的3′-吲哚-3-氧化吲哚分別與硝基烯烴、醛亞胺的不對稱Michael加成和Mannich反應(yīng),分別以高達(dá)20 ∶1的dr值和97%ee值、>95 ∶5dr值和98%ee值獲得3,3′-雙吲哚衍生物。文獻(xiàn)[13-15]證明:3′-吲哚-3-氧化吲哚底物的C3-位具有良好的反應(yīng)活性。此外,文獻(xiàn)[16]以金屬鈀催化1-氨基吲哚與芳基氯化物、2-溴芳基溴化物的N—H和C(sp2)—H芳基化反應(yīng),產(chǎn)物吲哚并酞嗪衍生物的收率高達(dá)98%。文獻(xiàn)[17]以金屬鈀催化N—Ms保護(hù)的苯胺與2-溴芳基溴化物的親核取代/C—H活化/芳構(gòu)化一鍋串聯(lián)反應(yīng),以高達(dá)85%的收率得到了系列菲啶類化合物,并且運(yùn)用此方法一步實現(xiàn)了天然生物堿trisphaeridine的合成。

基于以上研究背景,本文以3′-吲哚-3-氧化吲哚與不同的苯基溴化物為起始原料,在金屬鈀和無機(jī)堿等條件的參與作用下,實現(xiàn)了3′-吲哚-3-氧化吲哚C3-位與吲哚C2-位的系列區(qū)域選擇性反應(yīng),分別合成得到了3-(2-溴芐基)-3-(3′-吲哚基)氧化吲哚3a～3d(收率75%～90%)、螺[5,6-二氫苯并咔唑-11,3′-氧化吲哚]4a～4d(收率45%～60%)、螺[5H-茚并吲哚-10,3′-氧化吲哚]6a～6c(收率42%～48%)、 (2-苯基-1H-吲哚-3-基)氧化吲哚8a、8b(收率51%和69%)(圖1),產(chǎn)物結(jié)構(gòu)由1H NMR、13C NMR和單晶X-射線衍射分析表征。在此基礎(chǔ)上,對合成得到的部分化合物分別考察了其對腫瘤細(xì)胞A549和HepG2的抑制活性,發(fā)現(xiàn)個別化合物對這2株腫瘤細(xì)胞具有一定的抑制作用。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

SuperNova型X-射線單晶衍射儀(美國Agilent公司);DD2400-MR型核磁共振儀(美國Agilent公司,CDCl3為溶劑,TMS為內(nèi)標(biāo));Thermo Multiskan GO型酶標(biāo)儀;96孔細(xì)胞培養(yǎng)板。

所用金屬催化劑和膦配體均購置于上海安耐吉化學(xué)試劑公司;無水的均三甲苯購置于北京百靈威科技有限公司;300～400目柱層析硅膠購于青島海洋化工廠;腫瘤細(xì)胞A549和HepG2;陽性對照藥:順鉑(cisplatin);其他試劑均為分析純,除特殊說明外,未經(jīng)進(jìn)一步處理。

1.2 3-(2-溴芐基)-3-(3′-吲哚基)氧化吲哚(3a～3d)的合成(以3a為例)

稱取3′-吲哚-3-氧化吲哚1a(0.20 mmol, 52.4 mg, 1.0 eq.)、 2-溴芐溴2a(0.24 mmol, 59.5 mg, 1.2 eq.),碳酸鈉(53.0 mg, 0.50 mmol, 2.5 eq.)于5 mL的耐壓試管中,加入攪拌子后,向試管中加入2 mL均三甲苯,混合物于80 ℃下封管反應(yīng)10 h, TLC監(jiān)測反應(yīng)完畢后,柱層析分離(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶10～1 ∶5,V∶V)純化得目標(biāo)產(chǎn)物3a,收率78%(圖2)。

圖2 3a～3d的分子結(jié)構(gòu)與3a的單晶結(jié)構(gòu)

用類似方法合成3b～3d。

化合物3a: 黃色固體,收率78%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 2.96(d,J=14.9 Hz, 1H), 3.44(s, 3H), 3.88(d,J=14.8 Hz, 1H), 6.58(d,J=7.5 Hz, 1H), 6.77(t,J=7.5 Hz, 1H), 6.97(d,J=7.8 Hz, 1H), 7.09～7.18(m, 4H), 7.26～7.28(m, 3H), 7.41(t,J=7.2 Hz, 1H), 8.05(d,J=7.6 Hz, 1H), 8.16～8.19(m, 1H), 9.05(s, 1H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 30.6, 42.6, 50.7, 109.8, 110.6, 112.7, 120.4, 120.7, 122.3, 122.5, 123.2, 124.2, 124.7, 124.8, 127.7, 128.6, 128.9, 129.6, 130.5, 133.4, 136.3, 138.4, 138.5, 181.7;HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C24H20BrN2O{[M+H]+} 431.0754, found 431.0752。

化合物3b: 棕色固體,收率75%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 3.76(s, 3H), 4.07(d,J=13.5 Hz, 1H), 4.14(d,J=13.5 Hz, 1H), 4.80(d,J=15.7 Hz, 1H), 4.92(d,J=15.7 Hz, 1H), 6.61(d,J=7.8 Hz, 1H), 6.92～7.01(m, 4H), 7.04～7.08(m, 4H), 7.12(td,J=7.7 Hz, 1.1 Hz, 1H), 7.19～7.24(m, 4H), 7.29～7.33(m, 2H), 7.38～7.41(m, 2H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 33.0, 40.6, 44.1, 54.1, 108.9, 109.6, 114.0, 119.5, 121.3, 122.0, 122.2, 126.0, 126.1, 126.2, 127.0, 127.5, 127.9, 128.2, 128.3, 128.7, 130.9, 131.2, 132.9, 135.8, 136.1, 137.9, 142.9, 178.4;HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C31H26BrN2O{[M+H]+} 521.1223, found 521.1225。

化合物3c: 黃色固體,收率90%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 3.13(s, 3H), 3.77(s, 3H), 3.88(d,J=13.3 Hz, 1H), 4.10(d,J=13.3 Hz, 1H), 6.59(d,J=8.3 Hz, 1H), 6.94(td,J=7.8 Hz, 1.9 Hz, 1H), 7.00～7.05(m, 3H), 7.06～7.09(m, 1H), 7.17(dd,J=8.3 Hz, 2.1 Hz, 1H), 7.21～7.22(m, 2H), 7.30(d,J=8.2 Hz, 1H), 7.33～7.36(m, 2H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 26.5, 33.0, 40.5, 54.3, 108.4, 109.7, 112.7, 119.7, 120.8, 122.1, 125.8, 126.0, 126.7, 126.8, 127.5, 127.8, 128.2, 128.5, 130.8, 132.4, 132.9, 135.5, 137.8, 141.9, 178.1; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C25H21BrClN2O{[M+H]+} 479.0520,found 479.0523。

化合物3d: 黃色固體,收率76%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 3.37(d,J=2.5 Hz, 3H), 3.76(s, 3H), 3.94(d,J=13.4 Hz, 1H), 4.10(d,J=13.4 Hz, 1H), 6.86～6.94(m, 3H), 6.99～7.07(m, 5H), 7.21(t,J=7.6 Hz, 1H),7.30(d,J=8.2 Hz, 1H), 7.36(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.42(d,J=8.1 Hz, 1H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 28.9(d,J=6.0 Hz, 1C), 33.0, 40.7, 54.4, 109.7, 113.2, 116.2(d,J=19.0 Hz, 1C), 119.6, 120.9, 122.0, 122.1, 122.5(d,J=6.2 Hz, 1C), 125.9, 126.1, 126.9, 127.9, 128.5, 130.0(d,J=8.1 Hz, 1C), 130.7, 132.8, 133.8(d,J=2.8 Hz, 1C), 135.7, 137.8, 147.4(d,J=241.5 Hz, 1C), 178.2; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C25H21BrFN2O{[M+H]+} 463.0816,found 463.0819。

1.3 螺[5,6-二氫苯并咔唑-11,3′-氧化吲哚](4a～4d)的合成(以4a為例)

稱取3′-吲哚-3-氧化吲哚1a(0.22 mmol, 60.8 mg, 1.1 eq.)、 2-溴芐溴2a(0.20 mmol, 50.0 mg, 1.0 eq.), [Pd(u-Br)tBu3P]2(10%, 15.6 mg), (m-MePh)3P(20%, 12.2 mg), Na2CO3(0.50 mmol, 53.0 mg, 2.5 eq.)于5 mL的耐壓試管中,加入攪拌子后,向試管中加入2 mL均三甲苯,混合物于120 ℃和氬氣保護(hù)下封管反應(yīng)12 h, TLC監(jiān)測反應(yīng)完畢后,柱層析分離(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶10～1 ∶5,V∶V)純化得目標(biāo)產(chǎn)物4a,收率57%(圖3)。

圖3 4a～4d的分子結(jié)構(gòu)與4a的單晶結(jié)構(gòu)

用類似方法合成4b～4d。

化合物4a: 黃色固體,收率57%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 3.16(s, 3H), 3.74(s, 3H), 3.96(d,J=13.4 Hz, 1H), 4.12(d,J=13.4 Hz, 1H), 6.71(d,J=7.7 Hz, 1H), 6.91～6.98(m, 2H), 7.02～7.08(m, 4H), 7.21(d,J=7.4 Hz, 1H), 7.24～7.30(m, 2H), 7.34(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.45(d,J=8.0 Hz, 1H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 26.4, 32.9, 40.6, 54.1, 107.6, 109.5, 113.5, 119.4, 121.1, 121.9, 122.1, 126.0, 126.1, 126.7, 127.4, 127.9, 128.2, 128.3, 130.7, 130.8, 132.7, 136.1, 137.8, 143.4, 178.5; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C25H21N2O{[M+H]+} 365.1648, found 365.1647。

化合物4b: 黃色固體,收率45%,1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 3.14(s, 3H), 3.71(s, 3H), 3.75(s, 3H), 3.93(d,J=13.4 Hz, 1H), 4.11(d,J=13.4 Hz, 1H), 6.60(d,J=8.4 Hz, 1H), 6.74(dd,J=8.4 Hz, 2.3 Hz, 1H), 6.89～6.94(m, 2H), 7.01～7.04(m, 2H), 7.10(d,J=7.4 Hz, 1H), 7.20(t,J=7.6 Hz, 1H), 7.29(d,J=8.2 Hz, 1H), 7.34(d,J=7.9 Hz, 1H), 7.40(d,J=8.1 Hz, 1H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 26.5, 33.0, 40.5, 54.5, 56.0, 108.0, 109.5, 113.1, 113.6, 119.5, 121.1, 122.0, 126.0, 126.1, 126.8, 127.8, 128.3, 130.8, 132.0, 132.7, 136.1, 137.0, 137.9, 155.5, 178.2; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C26H23N2O2{[M+H]+} 395.1754, found 395.1757。

化合物4c: 黃色固體,收率60%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 3.14(s, 3H), 3.77(s, 3H), 3.91(d,J=13.3 Hz, 1H), 4.12(d,J=13.4 Hz, 1H), 6.60(dd,J=8.4 Hz, 4.1 Hz, 1H), 6.88～6.96(m, 2H), 7.00～7.04(m, 3H), 7.09(d,J=7.6 Hz, 1H), 7.21(t,J=7.6 Hz, 1H), 7.30(d,J=8.2 Hz, 1H), 7.36(dd,J=7.7 Hz, 4.0 Hz, 2H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 26.5, 33.0, 40.5, 54.5, 107.9(d,J=8.1 Hz, 1C), 109.7, 113.0, 114.4(d,J=25.0 Hz, 1C), 114.5(d,J=23.6 Hz, 1C), 119.7, 120.9, 122.1, 125.9, 126.0, 127.8, 128.2, 128.4, 130.8, 132.5(d,J=8.1 Hz, 1C), 132.9, 135.7, 137.9, 139.4, 158.9(d,J=240.1 Hz, 1C), 178.3; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C25H20N2OF {[M+H]+} 383.1554, found 383.1554。

化合物4d: 黃色固體,收率48%,1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 3.13(s, 3H), 3.77(s, 3H), 3.88(d,J=13.3 Hz, 1H), 4.10(d,J=13.3 Hz, 1H), 6.59(d,J=8.3 Hz, 1H), 6.94(td,J=7.8 Hz, 1.9 Hz, 1H), 7.00～7.05(m, 3H), 7.06～7.09(m, 1H), 7.17(dd,J=8.3 Hz, 2.1 Hz, 1H), 7.22(d,J=2.1 Hz, 1H), 7.30(d,J=8.2 Hz, 1H), 7.33～7.36(m, 2H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 26.5, 33.0, 40.5, 54.3, 108.4, 109.7, 112.7, 119.7, 120.8, 122.1, 125.8, 126.0, 126.7, 126.8, 127.5, 127.8, 128.2, 128.5, 130.8, 132.4, 132.9, 135.5, 137.8, 141.9, 178.1; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C25H20N2OCl {[M+H]+} 399.1259, found 399.1257。

1.4 螺[5H-茚并吲哚-10,3′-氧化吲哚](6a～6c)的合成(以6a為例)

稱取3′-吲哚-3-氧化吲哚1a(0.22 mmol, 55.3 mg, 1.0 eq.)、鄰二溴苯5(0.24 mmol, 56.1 mg, 1.2 eq.), [Pd(u-Br)tBu3P]2(10%, 15.6 mg), (m-MePh)3P(20%, 12.2 mg), Na2CO3(0.50 mmol, 53.0 mg, 2.5 eq.)于5 mL的耐壓試管中,加入攪拌子后,向試管中加入2 mL均三甲苯,混合物于120 ℃和氬氣保護(hù)下封管反應(yīng)12 h, TLC監(jiān)測反應(yīng)完畢后,柱層析分離(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶10～1 ∶5,V∶V)純化得目標(biāo)產(chǎn)物6a,收率48%(圖4)。

圖4 螺[5H-茚并吲哚-10,3′-氧化吲哚]類化合物的分子結(jié)構(gòu)

用類似方法合成6b和6c。

化合物6a: 黃色固體,收率48%,1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 3.43(s, 3H), 4.10(s, 3H), 6.72(d,J=7.4 Hz, 1H), 6.90～6.96(m, 4H), 7.06～7.17(m, 3H), 7.33～7.37(m, 3H), 7.67(d,J=7.6 Hz, 1H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 27.2, 31.4, 58.2, 108.4, 110.2, 118.4, 118.6, 120.2, 121.2, 121.8, 122.5, 123.2, 123.9, 124.1, 126.2, 128.3, 128.7, 130.0, 136.0, 142.2, 145.0, 145.9, 150.6, 176.5; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C24H19N2O {[M+H]+} 351.1492, found 351.1490。

化合物6b: 黃色固體,收率45%,1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 3.42(s, 3H), 4.10(s, 3H), 6.71(d,J=1.2 Hz, 1H), 6.94～7.02(m, 4H), 7.12～7.20(m, 2H), 7.30～7.33(m, 1H), 7.36～7.39(m, 2H), 7.67(d,J=7.6 Hz 1H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 27.4, 31.5, 58.0, 109.3, 110.3, 118.2, 118.7, 120.3, 120.4, 122.0, 122.4, 124.1, 124.3, 126.3, 128.5, 128.6, 128.7, 131.9, 135.9, 142.2, 143.6, 145.9, 149.9, 176.0; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C24H18ClN2O {[M+H]+} 385.1102, found 385.1104。

化合物6c: 黃色固體,收率42%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 3.64(s, 3H), 4.10(s, 3H), 6.49(d,J=7.6 Hz, 1H), 6.81～6.86(m, 1H), 6.97～7.00(m, 3H), 7.04～7.09(m, 1H), 7.11～7.19(m, 2H), 7.35～7.38(m, 2H), 7.66(d,J=7.6 Hz 1H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 27.4, 31.5, 58.1, 110.2, 110.8, 116.6, 116.7, 118.3, 118.6, 119.7, 119.8, 120.3, 121.9, 122.4, 123.5, 123.6, 124.0, 126.3, 127.4, 128.5, 135.8, 142.3(d,J=290 Hz, 1C), 146.6, 172.7; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C24H18FN2O {[M+H]+} 369.1398, found 369.1397。

1.5 (2-苯基-1H-吲哚-3-基)氧化吲哚8a、 8b的合成(以8a為例)

稱取3′-吲哚-3-氧化吲哚1a(0.22 mmol, 55.3 mg, 1.0 eq.)、溴苯7a(0.24 mmol, 37.4 mg, 1.2 eq.), [Pd(u-Br)tBu3P]2(10%, 15.6 mg), (m-MePh)3P(20%, 12.2 mg), Na2CO3(0.50 mmol, 53.0 mg, 2.5 eq.)于5 mL的耐壓試管中,加入攪拌子后,向試管中加入2 mL均三甲苯,混合物于120 ℃和氬氣保護(hù)下封管反應(yīng)12 h, TLC監(jiān)測反應(yīng)完畢后,柱層析分離(洗脫劑:乙酸乙酯 ∶石油醚=1 ∶10)純化得目標(biāo)產(chǎn)物8a,收率69%(圖5)。

圖5 (2-苯基-1H-吲哚-3-基)氧化吲哚類化合物的分子結(jié)構(gòu)

用類似方法合成8b。

化合物8a: 白色固體,收率69%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 3.23(s, 3H), 3.62(s, 3H), 4.77(s, 1H), 6.86～6.93(m, 3H), 7.00(d,J=7.2 Hz, 1H), 7.16(t,J=7.7 Hz, 1H),7.22～7.31(m, 3H), 7.43～7.45(m, 4H), 7.59(s, 1H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 26.5, 31.1, 44.2, 107.9, 109.7, 118.8, 119.8, 122.0, 122.6, 124.7, 128.0, 128.5, 128.6, 131.0, 131.1, 137.4, 144.1, 177.1; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd for C24H21N2O {[M+H]+} 353.1648, found 353.1651。

化合物8b: 棕色固體,收率51%,ee1 ∶1;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 2.08(s, 1.5H), 2.24(s, 1.5H), 3.14(s, 3H), 3.47(s, 1.5H), 3.49(s, 1.5H), 4.62(s, 1H), 6.76～6.84(m, 1H), 6.91～7.08(m, 4H), 7.18～7.41(m, 7H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 19.8, 20.0, 26.3, 26.4, 30.3, 30.4, 44.1, 107.5, 107.7, 107.9, 109.5, 109.6, 118.6, 118.7, 119.6, 119.7, 121.7, 122.4, 122.5, 124.5, 124.6, 125.5, 125.8, 127.9, 128.0, 129.2, 129.3, 129.9, 130.1, 130.6, 130.7, 131.6, 132.4, 136.9, 137.1, 138.7, 144.1, 144.2, 176.7, 176.9, HR-MS( ESI-TOF)m/z: Calcd for C25H23N2O {[M+H]+} 367.1805, found 367.1805。

1.6 MTT法測試化合物對腫瘤細(xì)胞A549和HepG2的抑制作用

實驗過程:收集對數(shù)生長期的A549和HepG2細(xì)胞,調(diào)整細(xì)胞懸液濃度,每孔加入100 μL,鋪板使待測細(xì)胞調(diào)密度1000～10000孔(邊緣孔用無菌PBS填充),于5% CO2, 37 ℃孵育,至細(xì)胞單層鋪滿孔底(96孔平底板),加入0.01、 0.1、 1、 10、 100 μM 5個濃度梯度的化合物(每孔100 μL)。同時設(shè)陽性對照組,細(xì)胞加入化合物后,于5% CO2, 37℃ 孵育16～48 h,倒置顯微鏡下觀察。每孔加入20 μL MTT溶液(5 mg/mL,即0.5% MTT),繼續(xù)培養(yǎng)4 h。若化合物與MTT能夠反應(yīng),可先離心后棄去培養(yǎng)液,小心用PBS沖2～3次后,再加入含MTT的培養(yǎng)液。終止培養(yǎng)后,小心吸去孔內(nèi)培養(yǎng)液,每孔加入150 μL二甲基亞砜,置搖床上低速振蕩10 min,使結(jié)晶物充分溶解,在酶聯(lián)免疫檢測儀OD=490 nm處測量各孔的吸光值。

統(tǒng)計方法:所有實驗獨(dú)立測試3次,采用PRISM 5.0(GraphPad軟件)分析,結(jié)果用平均值“±”標(biāo)準(zhǔn)誤表示,評價整體性差異,組間均數(shù)采用One-Way ANOVA分析法進(jìn)行方差齊性分析,并結(jié)合Dunnett’s test分析方法進(jìn)行組間比較。多樣本方差齊性檢驗采用Levene檢驗,當(dāng)p>0.05,方差是齊的,采用Dunnett’s雙側(cè)T檢驗多組間均數(shù)的差異,當(dāng)p<0.05,方差不齊,采用Dunnett T3檢驗多組間均數(shù)的差異。最后,將各劑量和抑制率等參數(shù)用非線性回歸擬合計算IC50。

2 結(jié)果與討論

2.1 3′-吲哚-3-氧化吲哚與不同苯基溴化物反應(yīng)的區(qū)域選擇性分析

在堿的催化作用下,底物3′-吲哚-3-氧化吲哚(1)與2-溴甲基溴苯(2)反應(yīng)生成3-(2-溴芐基)-3-(3′-吲哚基)氧化吲哚(3)(圖2)。在此基礎(chǔ)上,向反應(yīng)體系中加入[Pd(u-Br)tBu3P]2和(m-MePh)3P作為催化劑,反應(yīng)過程則生成螺[5,6-二氫苯并咔唑-11,3′-氧化吲哚]4(圖3)。以上實驗結(jié)果說明:化合物1與化合物2在堿和金屬鈀的同時作用下,3′-吲哚-3-氧化吲哚的C3-位芐基化反應(yīng)和吲哚C2-位的芐基化反應(yīng)存在明顯的競爭效應(yīng),整個反應(yīng)過程可同時生成化合物3和4,這也可以從化合物4的分離收率較低進(jìn)一步說明。在相同條件下,化合物1與溴苯類底物(7)反應(yīng)生成吲哚C2-位芳基化的產(chǎn)物(8)(圖5)?？墒?在相同條件下,3-(2-溴芐基)-3-(3′-吲哚基)氧化吲哚(3a)卻不能通過進(jìn)一步分子內(nèi)的吲哚C2-位芳基化反應(yīng)生成相應(yīng)的螺環(huán)產(chǎn)物(9)[圖6, (1)]。此外,在相同條件下,1,3-二甲基吲哚(10)分別和溴苯和溴化芐反應(yīng)也不能生成相應(yīng)吲哚C2-位反應(yīng)的產(chǎn)物(11)和(12)[圖6, (2)～(3)]。這些實驗結(jié)果表明,3′-吲哚-3-氧化吲哚C3-位互變后的烯醇式結(jié)構(gòu)可能是鈀催化的吲哚C2-位C-H(sp2)鍵活化反應(yīng)的關(guān)鍵導(dǎo)向基團(tuán)。

圖6 控制實驗

2.2 化合物4和化合物5的生成機(jī)理

基于以上實驗結(jié)果和前文報道[18-19],本文提出了鈀催化的串聯(lián)反應(yīng)用于生成化合物4和化合物5的可能機(jī)理,如圖7所示。首先,在催化循環(huán)1(Cycle 1)中,苯基溴化物2a/3與原位生成的Pd0L2通過氧化加成生成中間體(Ⅰ),中間體(Ⅰ)與在堿作用下產(chǎn)生的3′-吲哚-3-氧化吲哚C3負(fù)離子通過親核鈀化生成中間體(Ⅱ),中間體(Ⅱ)經(jīng)還原消除產(chǎn)生3′-吲哚-3-氧化吲哚C3(sp3)—H芳基化產(chǎn)物(Ⅲ)。在接下來的催化循環(huán)2(Cycle 2)中,中間體(Ⅲ)再與原位生成的Pd0L2通過氧化加成生成中間體(Ⅳ),中間體(Ⅳ)在堿的作用下通過分子內(nèi)的親核鈀化生成中間體(Ⅴ),中間體(Ⅴ)最后經(jīng)還原消除生成最終的化合物4/5。

圖7 化合物4和5的生成機(jī)理

2.3 化合物對腫瘤細(xì)胞A549和HepG2的抑制作用

如表1所示,通過測試合成的化合物3a、3c、3d、4b和4d分別對腫瘤細(xì)胞A549和HepG2的抑制作用發(fā)現(xiàn),與陽性對照藥順鉑相比,合成的5個化合物對2種腫瘤細(xì)胞的抑制活性總體較弱。相比較而言,對肺癌細(xì)胞HepG的抑制作用整體要強(qiáng)于對肝癌細(xì)胞A549的抑制作用。具體到化合物而言,化合物3a對腫瘤細(xì)胞A549和HepG2的抑制作用要明顯強(qiáng)于其它4個化合物。

表1 化合物對腫瘤細(xì)胞A549和HepG2的抑制作用

本文研究了不同條件下3′-吲哚-3-氧化吲哚與不同苯基溴化物的多樣性轉(zhuǎn)化過程中,氧化吲哚C3-位與吲哚C2-位的不同區(qū)域選擇性調(diào)控。在金屬鈀和無機(jī)堿等參與的條件下,分別合成得到了3-(2-溴芐基)-3-(3′-吲哚基)氧化吲哚(3a～3d)、螺[5,6-二氫苯并咔唑-11,3′-氧化吲哚](4a～4d)、螺[5H-茚并吲哚-10,3′-氧化吲哚](6a～6c)、(2-苯基-1H-吲哚-3-基)氧化吲哚(8a～8b)共4類結(jié)構(gòu)的化合物,提出了鈀催化的串聯(lián)反應(yīng)的可能機(jī)理,并對部分化合物對腫瘤細(xì)胞A549和HepG2的抑制活性進(jìn)行了考察。本研究為進(jìn)一步探究金屬催化的3′-吲哚-3-氧化吲哚參與的碳-氫鍵活化串聯(lián)反應(yīng),用于構(gòu)建其它新型結(jié)構(gòu)的化合物奠定了基礎(chǔ)。