新型5-氟尿嘧啶-吲哚菁染料偶合物的合成

王时雨, 张俊娜, 冀 楠, 张婧芳, 何 炜

(第四军医大学 药学院 化学教研室，陕西 西安 710032)

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新型5-氟尿嘧啶-吲哚菁染料偶合物的合成

王时雨, 张俊娜, 冀 楠, 张婧芳, 何 炜*

(第四军医大学 药学院 化学教研室，陕西 西安 710032)

以抗癌药5-氟尿嘧啶和近红外荧光探针IR780和IR783为原料，经取代、乙酸化和酰胺化反应合成了两种新型的双效抗肿瘤药物5-FU-780和5-FU-783，其结构经1H NMR，13C NMR， IR和HR-MS表征。

5-氟尿嘧啶; 近红外荧光探针; IR780; IR783; 5-氟尿嘧啶-吲哚菁染料偶合物; 合成; 抗肿瘤药物

肿瘤的治疗在当今仍然是世界性的难题，准确的诊断和针对性的治疗是公认的治疗恶性肿瘤最为有效的途径。近年来，随着分子影像学的飞速发展，分子影像学技术在区分良恶性组织、寻找微小肿瘤病灶、界定肿瘤范围和功能成像等方面发挥了重要作用[1-2]。如果能将分子影像学中肿瘤的准确诊断和肿瘤的靶向治疗有机结合起来，同时实现肿瘤的成像诊断、治疗和疗效评价[3]，这将有利于提升恶性肿瘤的诊治水平，为肿瘤的诊治提供新的思路。

近红外荧光探针发射波长为700～1 100 nm，具有较小的辐射能，这个波长的光子在机体生物组织内的吸收和散射很少，生物分子自身荧光较弱，可避免背景干扰而获得较高的分析灵敏度，因而受到研究人员的重视[4]。其中吲哚菁近红外荧光探针IR780和IR783(Scheme 1)光稳定性和生物安全性较好，而且具有肿瘤组织靶向性，能够很好地实现肺癌及肾癌等肿瘤细胞的成像[5-7]，是美国食品与药品监督管理局(FDA)已批准的可用于临床的重要近红外荧光染料[8]。

5-氟尿嘧啶(5-FU)作为抗癌治疗的首选药物，已广泛应用于各种实体肿瘤的治疗，尤其是在消化道肿瘤的临床治疗方面占据重要地位[9-11]。如果能将其和近红外荧光探针做成前体药物，利用探针的靶向能力携带抗肿瘤药物到达肿瘤部位，在达到肿瘤精确定位的同时提高靶部位药物的分布，同时实现肿瘤的诊断和治疗两种功能。

Scheme 1

本文以近红外荧光探针IR为基础，将5-FU和近红外荧光探针IR780或IR783进行化学键合，以期获得同时具有肿瘤近红外成像和靶向治疗的新化合物，为后续生物学活性研究奠定基础。分别以IR780和IR783与哌嗪经取代反应制得IR780-哌嗪(1)和IR783-哌嗪(2)； 5-FU与氯乙酸反应制得5-氟尿嘧啶-1-乙酸(3)； 3分别与1和2经酰胺化反应合成了两种新型的双效抗肿瘤药物5-FU-780(4)和5-FU-783(5)，其结构经1H NMR，13C NMR， IR和HR-MS表征。并对反应条件进行了优化。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

XRC-1型显微熔点仪(温度未校正)；MERCURY-PLUS 400型核磁共振仪(CDC13为溶剂，TMS为内标)；IR-750型红外光谱仪(KBr压片)；Waters Quatropremier型质谱仪。

IR780和IR783， Sigma-Aldrich公司；哌嗪，5-氟尿嘧啶,氯化亚砜，氯乙酸，1-羟基-7-偶氮苯并三氮唑(HOAt)和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)，百灵威化学试剂公司；其余所用试剂均为化学纯或分析纯。

1.2 合成

(1) 1的合成[12]

避光保护下将IR780 333 mg(0.5 mmol)溶于新蒸DMF 10 mL中，抽真空氮气保护，搅拌下加入哌嗪172 mg(2 mmol)的DMF(5 mL)溶液，于80 ℃反应4 h。冷却至室温，减压蒸除DMF，残余物经硅胶柱层析[洗脱剂：A=V(DCM) ∶V(MeOH)=60 ∶1]纯化得蓝色固体1 269 mg，产率75%;1H NMR(400 MHz)δ: 7.66(d,J=13.2 Hz, 2H), 7.32～7.26(m, 4H), 7.09(t,J=8.0 Hz, 2H), 6.97(d,J=6.4 Hz, 2H), 5.80(d,J=13.2 Hz, 2H), 3.88(m, 8H), 3.26(t,J=6.0 Hz, 4H), 2.44(t,J=6.0 Hz, 4H), 1.84(m, 6H), 1.68(s, 12H), 1.02(t,J=6.0 Hz, 6H)。

(2) 2的合成[13]

避光条件下将IR783 363 mg(0.5 mmol)溶于新蒸DMF 10 mL中，抽真空氮气保护，搅拌下加入哌嗪172 mg(2 mmol)的DMF(5 mL)溶液，于80 ℃反应1.5 h。冷却至室温，减压蒸除DMF，残余物用DCM溶解，过滤除去不溶物，滤液蒸干后经硅胶柱层析(洗脱剂：A=60 ∶1)纯化得蓝色固体2 178 mg，产率46%;1H NMR (400 MHz, CD3OD)δ: 7.73(d,J=13.2 Hz, 2H), 7.43(t,J=8.0 Hz, 2H), 7.36(d,J=7.3 Hz, 2H), 7.26(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.20(t,J=7.3 Hz, 2H), 6.07(d,J=13.2 Hz, 2H), 4.16～4.11(m, 4H), 3.90～3.84(m, 4H), 2.91～2.78(m, 6H), 2.58～2.52(m, 4H), 2.10～1.48(m, 12 H), 1.68(s, 12H)。

(3) 3的合成[14]

在反应瓶中依次加入5-FU 1.30 g(10 mmol)和KOH(20 mmol)的水(10 mL)溶液，搅拌使其溶解；缓慢滴加氯乙酸(10 mmol)的水(10 mL)溶液，滴毕，于60 ℃反应5 h(TLC监测)。冷却至室温，用浓盐酸调至pH 2，冷却静置12 h，过滤，沉淀用水(3×20 mL)洗涤，用水重结晶，烘干得针状白色晶体3 1.63 g，产率87%；1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 11.53(s, 1H), 10.75(d,J=5.2 Hz, 1H), 7.76(t,J=6.0 Hz, 1H), 4.10(s, 2H)； IRν: 3 198, 1 669, 1 424 cm-1。

(4) 4的合成

将3 120 mg(0.64 mmol)溶于新蒸二氯甲烷(10 mL)中，冷却至0 ℃，加入EDC·HCl(0.96 mmol)，搅拌3 min，加入1-羟基-7-偶氮苯并三氮唑(HOAt)(0.96 mmol)，反应25 min；依次加入1 458 mg(0.64 mmol)的DCM(10 mL)溶液和Et3N 0.2 mmol，反应8 h。减压蒸除溶剂，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂：A=80 ∶1)纯化得蓝绿色固体4 423.9 mg，产率76%；1H NMR (400 MHz)δ: 11.12(s, 1H), 8.49(s, 2H), 8.18(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.33(d,J=7.6 Hz, 2H), 7.23(d,J=6.4 Hz, 2H), 6.68(s, 2H), 5.87(s, 2H), 5.80(d,J=13.6 Hz, 2H), 3.97(s, 1H), 3.87(t,J=8.4 Hz, 2H), 3.65(m, 2H), 3.48(s, 1H), 3.40(t,J=6.6 Hz, 2H), 2.82(s, 1H), 2.44(t,J=6.4 Hz, 1H), 2.02(t,J=5.8 Hz, 6H), 1.84(m, 2H), 1.66(s, 4H), 1.38(t,J=7.2 Hz, 1H), 1.32(d,J=6.8 Hz, 1H), 1.22(m, 2H), 1.10(t,J=7.0 Hz, 12H), 1.04(d,J=7.2 Hz, 2H), 0.90(dd,J=16.0 Hz, 6.8 Hz, 1H);13C NMR(100 MHz)δ: 171.77, 171.40, 169.62, 157.34, 149.61, 143.99, 141.89, 140.37, 138.42, 130.5, 129.58, 125.22, 123.20, 121.33, 111.29, 79.59, 56.07, 48.63, 47.76, 46.15, 45.97, 29.18, 26.07, 22.83, 21.46, 11.67; HR-MSm/z: Calcd for C46H56N6O3FI{[M-I]-}759.973 9, found 759.972 3。

(5) 5的合成

将3 231 mg(1.23 mmol)溶于新蒸DCM(10 mL)中，搅拌下于0 ℃加入EDC·HCl(1.85 mmol)，搅拌3 min；加入HOAt(1.85 mmol)，反应25 min；加入2 953 mg(1.23 mmol)的DCM(20 mL)溶液，加入Et3N(0.37 mmol)，反应8 h。减压蒸除溶剂，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂：A=8 ∶1)纯化得蓝绿色固体5 687 mg，产率60%；1H NMR(400 MHz)δ: 11.09(s, 1H), 8.47(s, 2H), 8.16(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.32(m, 2H), 7.20(m, 3H), 6.99(d,J=8.0 Hz, 1H), 6.78(s, 1H), 5.66(s, 4H), 3.96(s, 2H), 3.70(m, 4H), 3.41(d,J=6.4 Hz, 1H), 2.35(s, 1H), 2.00(s, 8H), 1.88(m, 10H), 1.66～1.43(m, 12H), 1.06(d,J=7.2 Hz, 4H);13C NMR(100 MHz, DMSO-d6)δ: 169.71, 169.31, 157.34, 157.03, 149.61, 142.61, 140.70, 140.44, 139.12, 131.15, 128.41, 124.60, 123.74, 122.13, 110.55, 97.61, 54.26, 50.43, 49.03, 48.14, 45.72, 43.41, 28.23, 25.90, 24.89, 22.63, 21.33; HR-MSm/z: Calcd for C48H58N6O9S2F-{[M-I]}946.137 6, found 946.135 9。

2 结果与讨论

5-FU-780和5-FU-783的合成中所用原料价廉易得，所用反应均为经典的有机合成反应，但由于菁染料极性较大，在反应的选择性和后处理方面均存在一定的困难。我们对其中关键步骤进行了条件探索，简化了反应操作过程，有效提高了反应产率。

2.1 1和2的合成

在1和2的合成中，荧光探针IR780和IR783中的氯为活性部位，当和哌嗪反应时，实验发现哌嗪的用量和反应温度是影响该反应的关键。针对这两个关键条件进行较为深入的考察，实验结果见表1。

表1 哌嗪用量和反应温度对产率的影响

由表1可见，当哌嗪用量过大时，副产物比例非常大，难以进行分离纯化。实验还发现，哌嗪用量少时反应难以发生，这可能是由于菁染料分子中氯的位阻较大，少量的仲胺难以进行亲核反应。经条件筛选最终确定哌嗪用量为4 eq.，可以顺利制得目标产物。

在上述基础上进一步考察反应温度对反应的影响，实验发现在DMF中回流反应时，副产物特别多，降温至120 ℃，副产物有所减少，于100 ℃反应时TLC显示仍有3个产物点生成。而在室温进行反应，混合物中副反应最少，但收率特别低，延长反应时间也未能提高产率。当反应在80 ℃进行时，IR780和哌嗪以75%的分离产率制得目标产物，而IR783的极性较大，和哌嗪的反应副产物更多，纯化过程需要多次柱层析才能获得目标产物，分离产率为46%。

2.2 4和5的合成

3分别与1和2反应合成4和5，该步反应为经典的有机反应，本文选择常用的EDC·HCl和HOAt作为偶联剂[15]。实验中发现只用上述两种偶联试剂，而没有其他碱存在下，该偶联反应不能发生。因此，本实验考察了三乙胺、吡啶及碳酸钾等添加剂促进反应进行，实验结果见表2。实验结果发现当以三乙胺为添加剂时，分别以76%和60%的分离产率成功合成目标化合物4和5。

表2 添加剂对产率的影响

在吲哚菁近红外荧光探针基础上，通过取代、乙酸化和酰胺化等一系列化学反应将抗癌药物5-FU与近红外荧光探针IR780和IR783偶联，制得同时具有肿瘤近红外成像和靶向治疗的新化合物5-FU-780和5-FU-783，并对其结构进行了表征，为进一步肿瘤诊断与治疗研究奠定了基础。这种基于近红外荧光探针构建同时具有诊断和靶向治疗作用的新型多功能抗肿瘤药物具有重要的意义，为肿瘤的诊疗提供了新的思路。

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Synthesis of Novel 5-Fluorouracil-coupled Indocyanine Dye Compounds

WANG Shi-yu, ZHANG Jun-na, JI Nan, ZHANG Jing-fang, HE Wei*

(Department of Chemistry, School of Pharmacy, The Fourth Military Medical University, Xi’an 710032, China)

Two new 5-fluorouracil-coupled indocyanine dye compounds(5-FU-780 and 5-FU-783) were synthesizedviasubstitution, acetoxylation and amidation reaction, using antitumor drug 5-fluorouracil and near-infrared fluorescent dyes IR780 and IR783 as the starting materials. The structures were characterized by1H NMR，13C NMR， IR and HR-MS.

5-fluorouracil； near-infrared fluorescent probe； IR780； IR783； 5-fluorouracil-coupled indocyanine dye; synthesis; antitumor drug

2016-11-18

陕西省科技统筹计划重点项目(2012KTCQ03-02)

王时雨(1992-)，女，汉族，陕西汉中人，硕士研究生，主要从事抗肿瘤药物合成研究。 Tel. 029-84774470, E-mail: wangshiyuwang@163.com

何炜，教授，博士生导师， Tel. 029-84774470， E-mail: weihechem@fmmu.edu.cn

R979.1； O621.3

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2017.04.16290