苯并二氢呋喃新化合物的合成与HIV-1整合酶分子对接研究

罗　杨, 范　晔, 杨旭超, 马　成

(新疆医科大学药学院药物化学与有机化学教研室， 乌鲁木齐　830011)



苯并二氢呋喃新化合物的合成与HIV-1整合酶分子对接研究

罗杨, 范晔, 杨旭超, 马成

(新疆医科大学药学院药物化学与有机化学教研室， 乌鲁木齐830011)

摘要:目的通过与HIV-1整合酶的分子对接，分析合成的苯并二氢呋喃类化合物(3)与整合酶的结合方式和抑制作用。方法以香草醛和丙二酸为原料，经Knoevenagel缩合、酯化、氧化偶联反应，合成苯并二氢呋喃新化合物(3)2-(4-羟基-3-甲氧基)苯基-7-甲氧基-5-[3-(2-甲氧基-2-氧代乙氧基)-3-氧代丙烯基]-2,3-二氢苯并呋喃-3-羧酸甲氧羰基甲酯，采用计算机Autodock软件对化合物(3)进行分子对接，预测分析该化合物是否有抑制HIV-1整合酶的作用。结果合成目标化合物(3)的产率为21.4%，经结构鉴定数据确定为化合物(3)，分子对接显示化合物(3)和HIV-1整合酶(PDB: 1QS4)中的天冬酰胺、谷氨酰胺、组氨酸等氨基酸残基之间存在氢键、π-π共轭叠合作用和疏水作用。结论氧化偶联反应的合成路线较短，反应条件温和，操作简单易控，经柱层析分离获得目标化合物，分子对接显示化合物(3)对HIV-1整合酶有抑制的作用。

关键词：苯并二氢呋喃； 氧化偶联； 合成； HIV-1整合酶； 分子对接

苯并二氢呋喃类化合物是一类在自然界中广泛存在的天然有机化合物，如从丹参、五味子、百部、花椒等药用植物中均可分离得到该类化合物，此类化合物均包含2-芳基苯并二氢呋喃结构，且2-位苯基均含有羟基或甲氧基。苯并二氢呋喃类化合物具多种生物活性，如抗病毒、抗肿瘤、抗氧化和抗真菌等活性[1-3]。L-菊苣酸具有抗HIV-1整合酶活性，因其结构对称，通过化学合成拆解结构进行构效关系研究，发现L-菊苣酸半幅结构类似物对整合酶具有一定的抑制作用，构效关系研究发现阿魏酸酰基是其活性单元[4]。氧化偶联是制备含有特定结构2-芳基苯并二氢呋喃类化合物的重要方法之一[5]。本研究通过氧化偶联的方法合成目标化合物(3)2-(4-羟基-3-甲氧基)苯基-7-甲氧基-5-[3-(2-甲氧基-2-氧代乙氧基)-3-氧代丙烯基]-2,3-二氢苯并呋喃-3-羧酸甲氧羰基甲酯，其具有2-芳基苯并二氢呋喃的结构，经计算机Autodock软件对化合物(3)进行分子对接，预测分析该化合物是否有抑制HIV-1整合酶的作用，现报道如下。

1材料与方法

1.1仪器电子天平SCALE T200-Y(双杰兄弟有限公司，美国)，电子分析天平AB104-N(梅特勒-托利多公司，瑞士)，磁力搅拌锅PS-1000(东京理化器械公司，日本)，恒温循环水槽HX-205(北京长流科技有限公司)，低温恒温槽DC-1006(上海恒平科学仪器有限公司)，TLC硅胶板60F254(默克公司,德国)，X-4显微熔点仪(上海精密科学仪器有限公司)，Varian INOVA-400型核磁共振仪，质谱仪UPLC-TQD (Waters公司，美国)。

1.2试药香草醛(天津市光复精细化工研究所，20141024)，丙二酸(天津市光复精细化工研究所，20140214)，氧化银(天津市光复精细化工研究所，20131130)，碳酸铯(阿拉丁，201406)，吡啶(成都市科龙化工试剂厂，20130123)，苯胺(成都市科龙化工试剂厂，20120719)，石油醚(天津市光复精细化工研究所，20151202)，乙酸乙酯(天津市光复精细化工研究所，20100217)，实验试剂均为分析纯。

1.3合成路径采用香草醛为原料，经与丙二酸进行Knoevenagel缩合反应制得化合物(1)，然后在碳酸铯的催化下与溴乙酸甲酯取代合成得化合物(2)，两分子的化合物(2)以氧化银为氧化剂，在无水甲苯和无水丙酮的条件下氧化偶联合成含有阿魏酰基的2-芳基苯并二氢呋喃结构的化合物(3)，合成路线见图1。

1.3.1化合物(1)的合成路径将香草醛15.2 g (99.9 mmol)、丙二酸10.5 g (100.9 mmol)放入带有冷凝管、温度计的250 mL的三颈圆底烧瓶中，加入12 mL吡啶和24 mL甲苯搅拌均匀，加入25滴苯胺，在75～80℃下磁力搅拌6 h，此时溶液呈红棕色。终止反应，冷至室温，加入60 mL 25% K2CO3溶液搅拌至有结晶生成，加热溶解，趁热用分液漏斗分出水层，用浓盐酸调pH=2，此时有大量气体与白色固体生成，抽滤，滤得粗品用稀盐酸 20 mL洗涤3次，然后用水重结晶得白色固体17.5 g，产率为90.7%。

1.3.2化合物(2)的合成路径在250 mL的单口圆底烧瓶中放入化合物(1) 5.0 g(25.7 mmol)，Cs2CO38.0 g (24.6 mmol)，加入20 mL DMF，在室温下搅拌5 min，将温度降至0℃，加入溴乙酸甲酯2.5 mL(26.3 mmol)，然后室温下搅拌5 h，此时溶液呈明黄色。过滤滤除Cs2CO3，滤液用乙酸乙酯稀释，用水洗涤，浓缩得浅棕黄色液体，经硅胶柱层析[V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=5∶1]得3.1 g白色固体，产率为45.6%。

1.3.3化合物(3)的合成路径在250 mL的单口圆底烧瓶中放入化合物(2)1.5 g(5.6 mmol)，加入40 mL无水甲苯与20 mL丙酮，磁力搅拌溶解后在加入Ag2O 1.7 g(7.3 mmol)，在N2保护下室温反应过夜，此时溶液呈棕红色。反应物过滤，滤液用丙酮洗涤，将洗涤后的溶液与原液合并，减压蒸除溶剂，得红棕色油状物。红棕色油状物经硅胶柱层析[V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=5∶2]得白色固体0.3 g，产率为21.4%。

1.4化合物(3)与HIV-1整合酶(PDB:1QS4) 分子对接参照文献[6-7]的方法，将化合物(3)与HIV-1整合酶蛋白的晶体结构(PDB:1QS4)进行分子对接研究。采用UCSF Chimera软件对晶体结构进行原配体、水分子及金属离子裁剪处理；应用AutoDock Tools软件格式转化和选择活性口袋；经 AutoDock Vina软件以目标化合物为配体，与HIV-1整合酶蛋白的晶体结构(PDB:1QS4)进行分子对接，通过PyMol软件显示结果图谱。

2结果

2.1化合物的结构鉴定

2.1.1化合物(1)化合物(1)为白色针状结晶，mp=173.2～175.1℃，溶于乙醇、甲醇、丙酮等有机溶剂，不溶于水。1H NMR (400 MHz, CDCl3-d6) δ 12.06 (s, 1H, CHCOOH), 9.48 (s, 1H, 4-OH), 7.50 (d, J=16 Hz, 1H, ArCH), 7.24 (d, J=2.0 Hz, 1H, 2-H), 7.08 (dd, J=8.0Hz, 1H, 6-H), 6.80 (d, J= 8.0Hz, 1H, 5-H), 6.35 (d, J=16Hz, 1H, CHCOOH), 3.80 (s, 3H, Ar-OCH3)。以上数据与文献[8]报道的数据一致，确定化合物(1)为(E)-3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)丙烯酸。

2.1.2化合物(2)化合物(2)为白色固体，m.p= 84.6～86.8℃，溶于丙酮、乙酸乙酯、氯仿等有机溶剂，不溶于甲醇、乙醇。MS m/s 288 (M+);1H NMR (400 MHz, acetone-d6) δ 7.68 (d, J=15.9 Hz, 1H, Ar-CH=CH-), 7.40 (s, 1H, Ar-2-H), 7.19 (d, J=8.2 Hz, 1H, Ar-5-H), 6.90 (d, J=8.2 Hz, 1H, Ar-6-H), 6.49 (d, J=15.9 Hz, 1H, Ar-CH=CH-), 4.75 (s, 2H, -CH2-), 3.95 (s, 3H, Ar-OCH3), 3.74 (s, 3H, -OCH3);13C NMR (acetone-d6) δ 169.2, 166.9, 150.4, 148.8, 147.0, 127.3, 124.3, 116.1, 114.6, 111.4, 61.1, 56.4, 52.2。结合对化合物的质谱、氢谱与碳谱数据的综合分析，确定化合物(2)为(E)-3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)丙烯酸甲氧羰基甲酯。

2.1.3化合物(3)化合物(3)为白色固体，m.p= 161.2～163.3℃。溶于丙酮、乙酸乙酯、氯仿等有机溶剂，不溶于甲醇、乙醇。MS m/s 532 (M+)，1H NMR (400 MHz, acetone-d6) δ 7.73(d, 1H, J=16Hz, Ar-CH=CH-), 7.48(s, 1H, Ar-H), 7.41(s, 1H, Ar-H), 7.15(d, 1H, Ar-H), 6.98(dd, J=8.0Hz, 1H, Ar-H), 6.88(d, J=8.0Hz, 1H, Ar-H), 6.55(1H, d, J=16Hz, Ar-CH=CH-), 6.07(d, 1H, J=8.4Hz, Ar-CH-O-), 4.81(q, 2H, -CH2-), 4.77 (s, 2H, -CH2-), 3.96 (s, 3H, OCH3), 3.87 (s, 3H, OCH3), 3.75 (s, 6H, -OCH3);13C NMR (acetone-d6) δ 167.0, 168.2, 167.8, 165.9, 150.4, 147.7, 147.6, 145.8, 145.0, 130.9, 128.4, 125.1, 119.4, 118.6, 117.6, 114.6, 112.96, 109.9, 87.7, 61.2, 60.3, 55.6, 55.4, 55.0, 51. 6, 51.3。结合化合物(3)的质谱、氢谱与碳谱数据的综合分析，确定化合物(3)为2-(4-羟基-3-甲氧基)苯基-7-甲氧基-5-[3-(2-甲氧基-2-氧代乙氧基)-3-氧代丙烯基]-2,3-二氢苯并呋喃-3-羧酸甲氧羰基甲酯。

2.2分子对接图谱显示化合物(3)中苯并二氢呋喃的共轭平面结构能与HIV-1整合酶中的谷氨酰胺Gln-148、天冬氨酸Asp-116等氨基酸残基的双键能形成π-π共轭叠合作用；支链上的羰基分别与天冬酰胺Asn-155、天冬氨酸Asp-116和Asp-64以氢键作用力与受体结合，并且化合物处于组氨酸His-67、苯丙氨酸Phe-121、Phe-139共轭五元环或者六元环的疏水基团之中，存在分子间的范德华力作用，见图2。

3讨论

以香草醛和丙二酸为原料，经过Knoevenagel缩合反应得(E)-3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)丙烯酸(化合物1)，化合物(1)在碳酸铯的催化下与溴乙酸甲酯合成(E)-3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)丙烯酸甲氧羰基甲酯(化合物2)，两分子的化合物(2)以Ag2O为氧化剂，在无水甲苯和无水丙酮的条件下氧化偶联合成2-(4-羟基-3-甲氧基)苯基-7-甲氧基-5-[3-(2-甲氧基-2-氧代乙氧基)-3-氧代丙烯基]-2,3-二氢苯并呋喃-3-羧酸甲氧羰基甲酯(化合物3)。在实验过程中氧化偶联合成是关键步骤，该反应模拟仿生氧化，是自由基反应，产率不高，适合于含有特殊结构的2-苯基苯并二氢呋喃的制备(2-苯基结构单元中含有4-位羟基、3-位甲氧基)；在实验合成的过程中，氧化偶联的合成路线较短，反应条件简单易控，产物经柱层析分离获得，适用于β-(4-羟基苯基)丙烯酸酯类结构偶联合成苯并二氢呋喃类衍生物的合成。本实验通过Knoevenagel缩合、酯化、氧化偶联反应制备未见报道的苯并二氢呋喃类新化合物(3)，产物经柱层析分离和光谱确证结构；以HIV-1整合酶(1QS4)为靶标，通过分子对接分析发现该化合物和整合酶氨基酸残基之间存在氢键、π-π共轭叠合作用和疏水作用力，故化合物(3)有抑制HIV-1整合酶作用，为进一步测定其生物活性提供参考依据。

参考文献：

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[8]罗俊霞.生物活性苯并呋喃类新木脂素衍生物的合成研究[D]. 长沙: 湖南大学,2005.

(本文编辑施洋)

Synthesis and molecular docking towards HIV-1 integrase of the new dihydrobenzofuran

LUO Yang, FAN Ye, YANG Xuchao, MA Cheng

(DepartmentofMedicinalChemistryandOrganicChemistry,CollegeofPharmacy,XinjiangMedicalUniversity,Urumqi830011,China)

Abstract:ObjectiveWith the HIV-1 integrase enzyme molecular docking analysis synthetic dihydrobenzofuran compounds (3) and the integrase binding mode and inhibition. MethodsFrom vanillin and malonic acid as raw material, the Knoevenagel condensation, esterification, oxidation coupling reaction, synthesis of dihydro-benzofuran new compounds (3) 2-(4-hydroxy-3-methoxy)phenyl-7-methoxy-5-[3-(2-methoxy-2-oxoethoxy)-3-oxopropenyl]-2,3-dihydrobenzofuran-3-carboxylic acid methoxycarbonyl methyl ester. Using the computer software of Autodock compound (3) by molecular docking, prediction and analysis of the compounds have inhibition of HIV-1 integrase. ResultsThe yield of the synthetic target compound (3) was 21.4%, which was determined by the structural identification data (3), Molecular docking showed that the compounds by docking analysis to HIV integrase (PDB:1QS4) indicates that the amino acids residue of asparagine, glutamine and histidine interact with the enzyme through hydrogen bond, π-π coincidence and hydrophobic force. ConclusionThe synthesis route of the oxidative coupling reaction is short, the reaction condition is mild, the operation is simple and easy to control, the target compound is obtained by column chromatography, docking displayed that compounds inhibited the HIV-1 integration enzyme.

Keywords:dihydrobenzofuran; oxidative coupling; synthesis; HIV-1 integrase; molecule docking

[收稿日期：2015-12-12]

doi:10.3969/j.issn.1009-5551.2016.04.015

中图分类号：R914

文献标识码：A

文章编号：1009-5551(2016)04-0445-04

作者简介：罗杨(1990-)，女，在读硕士，研究方向:药物化学。通信作者：马成，男，博士，副教授，研究方向：天然产物活性成分结构修饰与合成研究，E-mail: mac2008hk@126.com。

基金项目：新疆维吾尔自治区自然科学基金(2011211B21)； 新疆维吾尔自治区高校科研计划重点项目(XJEDU2011I35)