新型去氫木香內(nèi)酯/郁金香素A拼接螺環(huán)氧化吲哚的合成及其抗白血病活性

任 娜, 石慶輝, 姜維艷,2*, 王慧娟, 劉雄利, 鄧國(guó)棟*.

(1. 貴州大學(xué) 西南藥食兩用資源開(kāi)發(fā)利用技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心,貴州 貴陽(yáng) 550025; 2. 貴州裝備制造職業(yè)學(xué)院,貴州 貴陽(yáng) 550025)

開(kāi)發(fā)天然產(chǎn)物優(yōu)勢(shì)骨架的多樣性衍生物庫(kù)是天然有機(jī)化學(xué)的一個(gè)重要課題[1-5]。(1)去氫木香內(nèi)酯(Dehydroxylone)和郁金香素A(Tulipalin A)屬于倍半萜內(nèi)酯家族,具有廣泛的生物活性,其丁內(nèi)酯結(jié)構(gòu)也是藥物化學(xué)結(jié)構(gòu)修飾的基本骨架[6-7]; (2)螺環(huán)氧化吲哚類化合物也廣泛存在于天然產(chǎn)物和合成藥物活性分子中[8-11],例如:Pteropodine, Alstonisine和Satavaptan。哈佛大學(xué)Schreiber教授于2000年提出“多樣性導(dǎo)向合成(DOS)”概念,以一種“高通量”的方式產(chǎn)生“類天然產(chǎn)物”的衍生物庫(kù)[12-16]。因此,用容易獲得的原料多樣性導(dǎo)向合成一系列具備潛在生物活性的未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道的去氫木香內(nèi)酯/郁金香素A拼接螺環(huán)氧化吲哚衍生物,對(duì)于發(fā)現(xiàn)新的生物活性分子來(lái)說(shuō)具有重要的研究意義,但也具有挑戰(zhàn)性。

本文參考類似文獻(xiàn)方法[17-18,21-22],以靛紅和脯氨酸為起始原料,先與去氫木香內(nèi)酯/郁金香素A發(fā)生[3+2]環(huán)加成反應(yīng),生成環(huán)加成中間體3,然后中間體3中的氮原子在氧化劑m-CPBA(間氯過(guò)氧苯甲酸)的作用下發(fā)生N-氧化反應(yīng)[17-19],得到不穩(wěn)定的中間體3′,隨后中間體3′發(fā)生分子內(nèi)1,2-遷移引發(fā)的擴(kuò)環(huán)反應(yīng),得到8個(gè)未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道的去氫木香內(nèi)酯/郁金香素A拼接螺環(huán)氧化吲哚(4a～4h)(圖1),總產(chǎn)率43%～63%,dr值大于20 ∶1,其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI-TOF)表征,化合物4e的相對(duì)構(gòu)型通過(guò)單晶X-射線衍射進(jìn)一步進(jìn)行了確定。該類衍生物可為生物活性測(cè)試提供物質(zhì)基礎(chǔ)[20-22]。

圖1 去氫木香內(nèi)酯/郁金香素A拼接螺環(huán)氧化吲哚的合成路線

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

WRS-1B型數(shù)字熔點(diǎn)儀;Bruker-400 MHz型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑,TMS為內(nèi)標(biāo));MicroTMQ-TOF型高分辨質(zhì)譜儀。

所用試劑均為分析純。

1.2 4a～4h的合成(以4a為例)

在裝有磁力攪拌子的密封管中,將0.3 mmol靛紅1、 0.2 mmol去氫木香內(nèi)酯2a、 0.5 mmol脯氨酸2加入2.0 mL的CH3CN中, 80 ℃下攪拌3 h,然后使用石油醚 ∶乙酸乙酯(4 ∶1,V∶V)作為洗脫劑,通過(guò)快速色譜法純化,得到所需的中間體3。然后,將0.2 mmol中間體3,m-CPBA(2.2 eq)加入2.0 mL的CH2Cl2中,在室溫下攪拌30 min,再使用甲醇 ∶乙酸乙酯(1 ∶15,V∶V)作為洗脫劑,通過(guò)快速色譜法純化,得到所需的終產(chǎn)物去氫木香內(nèi)酯拼接螺環(huán)氧化吲哚4a: 淡黃色固體,m.p.173.2～173.4 ℃,總產(chǎn)率43%,dr=18∶1;1H NMRδ: 1.20～1.25(m, 1H), 1.47～1.72(m, 5H), 1.73～1.81(m, 1H), 1.87～1.89(m, 1H), 2.03(s, 1H), 2.20～2.45(m, 7H), 2.92(s, 1H), 3.19(s, 1H), 3.24～3.31(m, 1H), 3.45(s, 1H), 3.79～3.82(m, 1H), 4.58～4.59(m, 1H), 4.61(s, 1H), 4.71(s, 1H), 4.95～5.04(m, 3H), 6.58～6.61(m, 1H), 6.86～6.91(m, 1H), 7.19～7.27(m, 5H), 7.35(s, 1H);13C NMRδ: 23.1, 24.2, 26.8, 29.3, 29.5, 32.0, 37.1, 43.9, 45.7, 46.4, 46.8, 52.6, 58.4, 61.8, 79.8, 82.8, 106.9(d,JCF=8.1 Hz), 111.4, 111.8, 115.1(d,JCF=24.0 Hz), 115.4 (d,JCF=26.1 Hz), 123.8(d,JCF=8.2 Hz), 129.1, 130.5, 133.6, 136.2, 144.0, 149.7, 158.6(d,JCF=241.0 Hz), 172.0, 176.1; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd. for C34H35FN2NaO4{[M+Na]+}577.2473, found 577.2478。

4b: 淡黃色固體,m.p.179.0～180.7 ℃,總產(chǎn)率51%,dr>20∶1;1H NMRδ: 1.25～1.28(m, 1H), 1.55～1.73(m, 6H), 1.87～1.89(m, 1H), 2.15～2.17(m, 3H), 2.25～2.37(m, 4H), 2.51～2.57(m, 1H), 2.88～2.93(m, 1H), 3.11～3.14(m, 4H), 3.22～3.24(m, 1H), 3.42～3.45(m, 1H), 3.78～3.85(m, 1H), 4.62～4.67(m, 1H), 4.72～4.75(m, 1H), 4.91～4.95(m, 1H), 5.02～5.05(m, 1H), 6.64～6.67(m, 1H), 6.95～7.00(m, 1H), 7.32～7.35(m, 1H);13C NMRδ: 23.2, 24.4, 26.3, 27.9, 28.5, 28.7, 32.4, 36.6, 45.7, 47.0, 47.7, 52.5, 57.3, 60.9, 78.8, 83.6, 107.3, 107.4, 109.5, 111.4, 115.4, 117.8, 126.7(d,JCF=21.1 Hz), 142.3, 147.6, 152.1, 158.6(d,JCF=241.0 Hz), 170.3, 177.6; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd. for C28H32FN2O4{[M+Na]+}479.2341, found 479.2347。

4c: 淡黃色固體,m.p.170.2～170.9 ℃,總產(chǎn)率47%,dr>20∶1;1H NMRδ: 1.27～1.31(m, 1H), 1.63～1.77(m, 6H), 1.85～1.87(m, 1H), 2.04～2.16(m, 3H), 2.30～2.37(m, 4H), 2.53～2.54(m, 1H), 2.92～2.94(m, 1H), 3.05～3.15(m, 4H), 3.23～3.28(m, 1H), 3.41～3.44(m, 1H), 3.76～3.82(m, 1H), 4.63～4.65(m, 1H), 4.72～4.75(m, 1H), 4.93～4.96(m, 1H), 5.04～5.07(m, 1H), 6.01～6.04(m, 1H), 7.40～7.42(m, 1H), 7.66～7.68(m, 1H);13C NMRδ: 25.1, 25.2, 26.2, 26.8, 28.8, 29.5, 32.3, 37.3, 38.1, 45.2, 48.2, 53.3, 57.5, 62.2, 81.2, 83.6, 108.2, 108.8, 111.2, 115.7, 131.6, 133.5, 144.4, 148.6, 152.1, 161.7, 175.1, 175.7; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd. for C28H31BrN2NaO4{[M+Na]+}561.1359, found 561.1354。

4d: 淡黃色固體,m.p.184.7～185.5 ℃,總產(chǎn)率44%,dr>20∶1;1H NMRδ: 1.21～1.23(m, 3H), 1.25～1.32(m, 1H), 1.51～1.78(m, 7H), 1.83～1.85(m, 1H), 2.08～2.17(m, 2H), 2.22(s, 1H), 2.32～2.41(m, 3H), 2.51～2.52(m, 1H), 2.90～2.94(m, 1H), 3.15～3.17(m, 1H), 3.23～3.29(m, 1H), 3.43～3.47(m, 1H), 3.72～3.78(m, 1H), 3.79～3.84(m, 1H), 3.94～3.99(m, 1H);13C NMRδ: 13.5, 21.6, 24.4, 27.1, 28.8, 28.6, 28.9, 32.5, 36.7, 45.7, 45.8, 52.2, 57.3, 61.9, 65.4, 79.7, 83.3, 108.7, 111.0, 117.5(d,JCF=22.3 Hz), 121.5, 122.7, 123.1, 124.8, 144.6(d,JCF=242.3 Hz), 145.4, 152.2, 168.8, 176.5; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd. for C29H34FN2O4{[M+Na]+}493.2497, found 493.2498。

4e: 淡黃色固體,m.p.268.9～269.6 ℃,總產(chǎn)率63%,dr>20∶1;1H NMRδ: 1.13～1.16(m, 3H), 1.61～1.68(m, 1H), 1.72～1.91(m, 4H), 2.01～2.09(m, 1H), 2.53～2.59(m, 1H), 2.63～2.73(m, 2H), 3.14～3.18(m, 1H), 3.47～3.56(m, 2H), 3.67～3.75(m, 1H), 4.03～4.09(m, 1H), 4.12～4.17(m, 1H), 6.72(d,J=7.6 Hz, 1H), 6.98～7.02(m, 1H), 7.23～7.27(m, 1H), 7.92(d,J=7.2 Hz, 1H);13C NMRδ: 12.4, 18.6, 25.9, 31.2, 34.9, 37.0, 47.8, 52.9, 60.6, 66.3, 80.9, 108.3, 122.3, 127.4, 129.8, 129.9, 142.1, 171.8, 176.4; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd. for C19H22N2NaO4{[M+Na]+}365.1472, found 365.1477。

4f: 淡黃色固體,m.p.252.2～253.3 ℃,總產(chǎn)率62%,dr>20∶1;1H NMRδ: 1.66～1.70(m, 1H), 1.73～1.96(m, 4H), 2.03～2.11(m, 1H), 2.57～2.63(m, 1H), 2.67～2.72(m, 1H), 2.77(s, 1H), 3.15～3.20(m, 1H), 3.55(s, 1H), 3.99～4.05(m, 1H), 4.11～4.16(m, 1H), 4.60(d,J=16.0 Hz, 1H), 4.96(d,J=15.6 Hz, 1H), 6.58(d,J=7.6 Hz, 1H), 6.95～7.00(m, 1H), 7.12～7.18(m, 4H), 7.21～7.25(m, 2H), 7.91(d,J=7.6 Hz, 1H);13C NMRδ: 16.7, 23.7, 29.1, 34.8, 41.8, 45.5, 50.9, 58.5, 64.0, 78.8, 107.1, 120.4, 124.7, 125.5, 126.7, 127.5, 127.8, 132.9, 140.2, 170.2, 174.2; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd. for C24H24N2NaO4{[M+Na]+}427.1628, found 427.1623。

4g: 淡黃色固體,m.p.258.1～258.9 ℃,總產(chǎn)率60%,dr>20∶1;1H NMRδ: 1.13～1.16(m, 3H), 1.58(s, 1H), 1.73～1.78(m, 2H), 1.84～1.91(m, 2H), 2.02～2.10(m, 1H), 2.48～2.53(m, 1H), 2.61～2.71(m, 2H), 3.12～3.17(m, 1H), 3.45～3.54(m, 2H), 3.65～3.72(m, 1H), 4.03～4.10(m, 1H), 4.14～4.18(m, 1H), 6.72(d,J=1.6 Hz, 1H), 6.95～6.97(m, 1H), 7.85(d,J=8.0 Hz, 1H);13C NMRδ: 10.3, 16.4, 23.8, 28.9, 33.0, 35.1, 45.8, 50.7, 58.4, 64.3, 78.6, 106.9, 120.2, 123.7, 128.7, 133.9, 141.2, 169.6, 174.2; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd. for C19H21ClN2NaO4{[M+Na]+}399.1082, found 399.1086。

4h: 淡黃色固體,m.p.266.4～267.4 ℃,總產(chǎn)率63%,dr>20 ∶1;1H NMRδ: 1.62(s, 1H), 1.74～1.95(m, 4H), 2.05～2.13(m, 1H), 2.51～2.57(m, 1H), 2.64～2.74(m, 2H), 3.16～3.21(m, 1H), 3.59(s, 1H), 4.00～4.07(m, 1H), 4.13～4.18(m, 1H), 4.57(d,J=15.6 Hz, 1H), 4.94(d,J=16.0 Hz, 1H), 6.44(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.11～7.27(m, 6H), 8.04(d,J=1.2 Hz, 1H);13C NMRδ: 18.5, 25.8, 31.0, 37.1, 44.1, 48.0, 52.8, 60.5, 66.2, 81.0, 110.6, 115.5, 126.8, 127.9, 129.0, 132.7, 134.6, 141.4, 171.8, 176.1; HR-MS(ESI-TOF)m/z: Calcd. for C24H23BrN2NaO4{[M+Na]+}505.0733, found 505.0735。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)條件的優(yōu)化和底物擴(kuò)展分析

第二步N-氧化導(dǎo)致的擴(kuò)環(huán)反應(yīng)中(圖1),本文首先采用了H2O2做氧化劑氧化,發(fā)現(xiàn)得到復(fù)雜難以鑒定的混合物,再采用間氯過(guò)氧苯甲酸(m-CPBA)做氧化劑,才得到所需的終產(chǎn)物。再對(duì)底物通過(guò)擴(kuò)展可以發(fā)現(xiàn)(圖1),該類反應(yīng)能以較好的產(chǎn)率(總產(chǎn)率43%～63%)和優(yōu)異的非對(duì)映選擇性(dr>20 ∶1)得到目標(biāo)產(chǎn)物4a～4h,表現(xiàn)出良好的立體控制能力。但采用去氫木香內(nèi)酯2a作為親偶極子,產(chǎn)率比郁金香素A2b低,可能因?yàn)槿淠鞠銉?nèi)酯的反應(yīng)位點(diǎn)較多,產(chǎn)生了少量的副產(chǎn)物。

表1 4a～4h的體外抗腫瘤活性

2.2 單晶分析

由圖2化合物4e的單晶結(jié)構(gòu)圖可知,化合物4e屬monoclinic晶系,P21/n空間群,晶胞參數(shù)a=9.5125(9) ?,b=20.6955(12) ?,c=9.6344(9) ?,α=90°,β=119.217(12)°,γ=90°。

圖2 化合物4e的單晶結(jié)構(gòu)

2.3 反應(yīng)機(jī)理分析

該反應(yīng)的可能機(jī)理如圖3所示。以去氫木香內(nèi)酯(2a)的反應(yīng)為例,靛紅1和脯氨酸通過(guò)脫羧過(guò)程產(chǎn)生甲亞胺葉立德A。所形成的葉立德A繼續(xù)和底物2a發(fā)生[3+2]環(huán)加成反應(yīng),從而得到環(huán)加成中間體3。中間體3在間氯過(guò)氧苯甲酸(m-CPBA)的氧化下,發(fā)生N-氧化反應(yīng)得到中間體3′,然而中間體3′不穩(wěn)定,其中N-氧化物基團(tuán)中的氧原子通過(guò)1,2-遷移過(guò)程攻擊氧化吲哚的C3螺環(huán)季碳中心,發(fā)生擴(kuò)環(huán)反應(yīng),得到終產(chǎn)物去氫木香內(nèi)酯拼接螺環(huán)氧化吲哚(4)。

圖3 一種可能的反應(yīng)機(jī)理

2.4 抗腫瘤活性

采用MTT法[20-22]研究了4a～4h對(duì)K562的體外抗腫瘤活性,陽(yáng)性對(duì)照藥順鉑IC50為22.3 μmol·L-1。由表1可見(jiàn),去氫木香內(nèi)酯拼接螺環(huán)氧化吲哚4b,4c和郁金香素A拼接螺環(huán)氧化吲哚4f,4g對(duì)K562具有一定的抑制活性,說(shuō)明去氫木香內(nèi)酯/郁金香素A拼接螺環(huán)氧化吲哚骨架可以作為抗腫瘤先導(dǎo)化合物進(jìn)一步研究。

本文以靛紅和脯氨酸為起始原料,先與去氫木香內(nèi)酯/郁金香素A發(fā)生[3+2]環(huán)加成反應(yīng),生成環(huán)加成中間體3,然后中間體3中的氮原子在氧化劑m-CPBA的作用下發(fā)生N-氧化反應(yīng),得到不穩(wěn)定的中間體3′,隨后中間體3′發(fā)生分子內(nèi)1,2-遷移引發(fā)的擴(kuò)環(huán)反應(yīng),得到8個(gè)未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道的最終產(chǎn)物去氫木香內(nèi)酯/郁金香素A拼接螺環(huán)氧化吲哚(4a～4h),總產(chǎn)率43%～63%,dr>20 ∶1,其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI-TOF)表征,化合物4e的相對(duì)構(gòu)型通過(guò)單晶X-射線衍射進(jìn)一步進(jìn)行了確定。且化合物4e屬P21/n空間群,monoclinic晶系?；衔?a～4h對(duì)人白血病細(xì)胞(K562)的體外抗腫瘤活性結(jié)果表明:去氫木香內(nèi)酯拼接螺環(huán)氧化吲哚(4b,4c)和郁金香素A拼接螺環(huán)氧化吲哚(4f,4g)對(duì)K562具有一定的抑制活性,說(shuō)明去氫木香內(nèi)酯/郁金香素A拼接螺環(huán)氧化吲哚骨架可以作為抗腫瘤先導(dǎo)化合物進(jìn)一步研究。