3-((1R,3aS,3aS,10aR)-十氢-(1H,4H)-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丙-1-胺的合成

江欣育, 胡莉娟, 芦 昕, 赵 帅, 钱明成, 陈 新

(常州大学 药学院，江苏 常州 213164)

苦参碱是一种天然药物，从苦豆子的干燥根、植株、果实经乙醇等有机溶剂提取分离得到。苦参属于豆科(Leguminosae)的苦豆科(SophoraalopecuroidesL.)日本、中国和少数欧洲国家，传统上用于抗炎和抗癌治疗[1]。明代李时珍曾在《本草纲目》言：“苦以味名，参以功名”，这也是“苦参”两字的由来[2]。苦参也可称作川参、苦骨、牛参、凤凰爪等[3]。 苦参碱具有抗病毒，抗菌，抗肿瘤和消炎作用[4-5]。两种代表性苦参碱型生物碱，如苦参碱和氧化苦参碱，已被用于临床治疗乙型肝炎、癌症、痢疾、牛皮癣和皮肤化脓性感染[6]。在苦参碱研究的最初阶段，科学家们采用从苦豆子中提取的生物碱-氧化苦参碱和苦参碱，然后把它制作成含有20%的提取物氧化苦参碱片，并且这种制剂已于1988年上市。近年来，随着医学不断发展，苦参碱逐渐发现有治疗病毒性肝炎、肝纤维化等作用。由于其立体结构复杂以及生物学效应多样，苦参碱型生物碱已成为药理学家和合成化学家有吸引力的研究目标[7-8]。多项研究证实，苦参碱对特定癌细胞具有抗癌活性，如胃癌、肝癌、白血病K-562、肺癌、宫颈癌和神经胶质瘤细胞[9-13]，苦参碱及其衍生物对多种癌细胞系有抑制增殖和诱导凋亡的作用。

有酰胺结构的苦参碱衍生物(D1)具有较好抗癌活性，本课题组近期的研究结果表明，将D1中酰胺位置调换后，所形成的苦参碱衍生物(D2)具有特殊的生物活性(Chart 1)。

2013年，Fan 等[14]报道了一系列苦参碱衍生物的合成(Chart 1)，针对A375， A549， Hela和HepG2细胞系评估这些化合物的抗肿瘤活性，结果表明，其中4种化合物(A1～A4)对以上四种癌细胞系的抗增殖活性比苦参碱本身要强很多。2015年，Li等[15]合成并评价了一系列新的槐酸衍生物的细胞毒性。在新合成的化合物中(Chart 2)，化合物B1～B3对HepG2有很强的抗增殖活性，其中B1的抗增殖活性最强。

本文报道合成D2类化合物所需中间体3-((1R,3aS,3aS,10aR)-十氢-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丙-1-胺(8)的制备方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

SMP50型熔点仪；Bruker 300/400 MHz型核磁共振仪(D2O, CD3OD, CDCl3为溶剂，TMS为内标)； Thermo Orbitrap Elite 型质谱仪。

Chart 1

所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1) 4-(十氢-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丁酸(2)的合成

称取苦参碱20.0 g(80.5 mmol)和氢氧化钠9.1 g(228.0 mmol)溶解于456 mL水中，90 ℃反应12 h (TLC监测)。用2 N 盐酸溶液调pH至 5～7，减压浓缩，再加入乙醇(460 mL)，室温反应30 min，抽滤得白色固体221.0 g，收率97%;1H NMR(300 MHz, D2O)δ: 1.58～1.98(m, 13H), 2.11～2.16(m, 1H), 2.25(t,J=5.1 Hz, 3H), 2.65(s, 1H), 2.85～2.92(m, 2H), 2.71(s, 1H), 3.10(dd,J1=10.2 Hz,J2=4.5 Hz, 1H), 3.23(t,J=10.0 Hz, 1H), 3.34～3.40(m, 1H);13C NMR(75 MHz, D2O)δ: 22.00, 22.26, 23.16, 27.27, 28.33, 32.52, 35.32, 39.68, 40.25, 46.18, 58.64, 58.70, 64.32; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C15H25N2O2{[M-H]-} 265.1922, found 265.1924。

(2) 4-(十氢-1H, 4H-吡啶并 [1, 6]萘啶-1-基)丁酸甲酯(3)的合成

在1 L圆底烧瓶中加入MeOH(336 mL)， 0 ℃下缓慢加入SOCl230 mL(40.7mmol)，反应1 h。接着将溶于MeOH(168 mL)的化合物213.0 g(48.8 mmol)的溶液加入其中，冰浴反应2 h后加热回流3 h (TLC监测)。冷却至室温，加入CHCl3(356 mL)和NaHCO350.0 g(595.2 mmol)，室温反应30 min，抽滤，滤液浓缩得白色固体39.0 g，收率68%;1H NMR(300 MHz , CD3OD)δ: 1.44～1.69(m, 10H), 1.71～1.80(m, 3H), 1.93(d,J=13.0 Hz, 1H), 1.99～2.08(m, 3H), 2.26(s, 1H), 2.37～2.41(m, 2H), 2.80～2.86(m, 2H), 2.96(dd,J1=12.0 Hz,J2=4.0 Hz, 1H), 3.43(t,J=12.8 Hz, 1H), 3.54～3.60(m, 1H), 3.64(d,J=5.4 Hz, 3H);13C NMR(75 MHz, CD3OD)δ: 20.44, 20.63, 25.63, 26.66, 30.47, 33.68, 33.90, 38.51, 44.51, 48.15, 49.85, 49.85, 53.92, 57.27, 62.93, 175.06; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C16H28O2Na{[M+Na]+}303.2043, found 303.2039。

(3) 叔丁基(1R,3aS,3aS,10aR)-1-(4-甲氧基-4-氧代丁基)八氢-1H,4H-吡啶并[1,6]二氮杂萘-2(3H)-甲酸乙酯(4)的合成

称取36.5 g(23.2 mmol)和4-二甲氨基吡啶650.0 mg(5.3 mmol)溶于116 mL二氯甲烷中，接着将含有二碳酸二叔丁酯7.6 g(34.8 mmol)的二氯甲烷(23 mL)溶液溶入其中，室温反应16 h (TLC监测)。减压浓缩，经硅胶柱层析[洗脱剂：V(二氯甲烷)/V(甲醇)=50/1]纯化得黄色黏稠状液体47.3 g，产率83%;1H NMR(300MHz, CDCl3)δ: 1.17～1.40(m, 3H), 1.45(s, 11H), 1.61～1.58(m, 2H), 1.83～1.63(m, 9H), 1.96(t,J=3.1 Hz, 1H), 2.31～2.38(m, 2H), 2.68(t,J=6.8 Hz, 2H), 3.30(dd,J1=13.6 Hz,J2=7.4 Hz, 1H), 3.54(dd, 1H,J1=13.6 Hz,J2=8.3 Hz ), 3.65(s, 3H), 3.78～3.86(m, 1H);13C NMR(75MHz, CDCl3)δ: 20.81, 20.97, 21.67, 27.95, 28.22, 28.90, 31.15, 33.50, 34.70, 40.14, 43.89, 51.04, 53.81, 56.48, 56.67, 63.01, 78.53, 155.45, 173.71; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C21H37N2O4{[M+H]+} 381.2748, found 381.2749。

(4) 4-((1R,3aS,3aS,10aR)-2-(叔丁氧基羰基)十氢-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丁酸(5)的合成

称取化合物45.0 g(13.1 mmol)溶解于59 mL甲醇中，加入4N 氢氧化钠溶液(13 mL)，室温反应4 h (TLC监测)。减压浓缩，经硅胶柱层析[洗脱剂：V(二氯甲烷)/V(甲醇)=10/1]纯化得白色固体54.0 g，产率85%, m.p.135～137 ℃;1H NMR(400MHz, CDCl3)δ: 1.32～1.35(m, 1H), 1.40(s, 10H), 1.46～1.64(m, 6H), 1.76～1.78(d,J=7.1 Hz, 2H), 1.85～1.88(m, 3H), 2.01(s, 1H), 2.15(t,J=11.6 Hz, 2H), 2.26～2.32(m, 1H), 2.38～2.44(m, 1H), 2.58(s, 1H), 3.26(dd,J1=20.4 Hz,J2=11.3 Hz, 2H), 3.37～3.44(m, 1H), 3.63(dd,J1=13.6 Hz,J2=5.0 Hz, 1H), 3.76～3.83(m, 1H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 19.90, 20.19, 21.93, 26.47, 27.37, 28.56, 29.45, 34.51, 35.92, 39.60, 47.72, 54.89, 56.09, 56.20, 65.28, 79.75, 156.12, 177.82; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C20H35N2O4{[M+H]+} 367.2591, found 367.2593。

(5) (1R,3aS,3aS,10aR)-1-(3-(((苄氧基)羰基)氨基)丙基)八氢-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-2(3H)-羧酸叔丁酯(6)的合成

氮气保护下，称取化合物53.0 g(8.2 mmol)溶解于90 mL甲苯中，加入三乙胺(2 mL)后再逐滴加入叠氮磷酸二苯酯(2 mL)，室温反应1 h后加热反应2 h，然后加入苄醇(4 mL), 加热反应10 h (TLC监测)。减压浓缩，经硅胶柱层析[洗脱剂：V(二氯甲烷)/V(甲醇)=50/1]纯化得黄色粘稠液体62.4 g，产率62%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 1.29 ～1.41(m, 4H), 1.43(s, 9H), 1.52～1.63(m, 5H), 1.67～1.76(m, 3H), 1.81～1.86(m, 4H), 1.97(s, 1H), 2.68(s, 2H), 3.21～3.22(m, 2H), 3.34(dd,J1=18.3 Hz,J2=1.7 Hz, 1H), 3.47(dd,J1=3.3 Hz,J2=2.2 Hz, 1H), 3.76(s, 1H), 5.09～5.13(m,2H), 7.28-7.35(m, 5H);13C NMR(75MHz, CDCl3)δ: 21.17, 21.23, 26.69, 28.01, 28.56, 28.96, 35.34, 40.41, 41.10, 45.22, 54.76, 56.84, 57.01, 63.54, 66.45, 128.00, 128.06, 128.49, 136.81, 155.88, 156.50; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C27H41N3O4{[M+H]+} 472.3170, found 472.3169。

(6) (1R,3aS,3aS,10aR)-1-(3-氨基丙基)八氢-1H,4H-吡啶并[1,6]二氮杂萘-2(3H)-羧酸叔丁酯(7)的合成

称取化合物61.4 g(3.0 mmol)溶解于30 mL甲醇中，再加入10% Pd/C(140.0 mg)，通入氢气，室温反应 (TLC监测)。加硅藻土抽滤，滤液浓缩，经硅胶柱层析[洗脱剂：V(二氯甲烷)/V(甲醇)=10/1(1% Et3N)]纯化得黄色液体71.0 g，产率99%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 1.26～1.36(m, 4H), 1.38(s, 9H), 1.44～1.50(m, 5H), 1.58(s, 2H), 1.64(s, 1H), 1.66(d,J=2.5 Hz, 2H), 1.72～1.80(m, 4H), 1.91(t,J=0.8 Hz, 1H), 2.62～2.67(m, 4H), 3.27(dd,J1=3.3 Hz,J2=1.8 Hz, 1H), 3.45(dd,J1=3.3 Hz,J2=2.2 Hz, 1H), 3.69～3.75(m, 1H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 21.15, 21.30, 28.25, 29.04, 29.42, 30.72, 35.13, 40.45, 42.28, 44.71, 54.72, 56.83, 56.99, 63.48, 78.88, 155.84; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C19H35N3O2{[M+H]+} 338.2802, found 338.2805。

Chart 2

Scheme 1

(7) 3-((1R,3aS,3aS,10aR)-十氢-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丙-1-胺(8)的合成

称取化合物71.1 g(3.4 mmol)溶解于15 mL二氯甲烷中， 0 ℃下通入氯化氢气体，反应30 min (TLC监测)。减压浓缩，加入10% Na2CO3溶液调节pH至7～8，过滤浓缩，得白色黏稠固体化合物8800.0 mg，产率99%;1H NMR(400 MHz, CD3OD)δ: 1.74 ～1.81(m, 4H), 1.84～1.92(m, 3H), 1.95～2.11(m, 5H), 2.32(d,J=12.1 Hz, 1H), 2.59(d,J=12.6 Hz, 1H), 3.00～3.05(m, 2H), 3.07(s, 1H), 3.09～3.10(m, 1H), 3.32～3.33(m, 1H), 3.38～3.44(m, 2H), 3.74(s, 1H), 3.83(t,J=3.4 Hz, 1H), 4.08～4.13(m, 1H);13C NMR(100 MHz, CD3OD)δ: 19.47, 19.58, 23.78, 24.40, 25.39, 28.26, 32.64, 37.77, 40.21, 43.86, 53.26, 56.54, 56.59, 62.58; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C14H27N3{[M+H]+}238.2278, found 238.2280。

Scheme 2

根据文献[16-18]方法，设计的合成路线如(Scheme1)所示，苦参碱在加热下被NaOH水解，开环得到4-(十氢-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丁酸(2)。该步反应不需要纯化，直接经过氯化亚砜/甲醇体系处理，酯化反应得到4-(十氢-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丁酸甲酯(3)，前两步总产率为66%。 经过二碳酸二叔丁酯/4-二氨基吡啶的作用，3中的氨基被Boc保护，以83%产率得到叔丁基(1R,3aS,3aS,10aR)-1-(4-甲氧基-4-氧代丁基)八氢-1H,4H-吡啶并[1,6]二氮杂萘-2(3H)-甲酸乙酯(4)。然后，4在常温下被NaOH水解，得到4-((3aS,3aS,10aR)-2-(叔丁氧基羰基)十氢-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丁酸(5)，产率85%。5与叠氮磷酸二苯酯(DPPA)、三乙胺以及苄醇溶于甲苯中，在回流条件下发生Curtius重排反应[19]，以62%产率得到叔丁基(1R,3aS,3aS,10aR)-1-(3-(((苄氧基)羰基)氨基)丙基)八氢-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-2(3H)-羧酸叔丁酯(6)。Curtius重排的机理如Scheme 2所示。6中Cbz保护基团在催化氢化条件下脱去，生成(1R,3aS,3aS,10aR)-1-(3-氨基丙基)八氢-1H,4H-吡啶并[1,6]二氮杂萘-2(3H)-羧酸叔丁酯(7)，产率99%。最后，7在氯化氢作用下脱去Boc基团，以99%产率得到苦参碱二胺中间体3-((1R,3aS,3aS,10aR)-十氢-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丙-1-胺(8)。氯化氢气体是由浓盐酸滴加至浓硫酸中而现制现用，需要保证反应仪器干燥，通过调节浓盐酸滴加的速度来控制氯化氢气体产生的速度，从而控制反应的进行，几乎定量地得到预期产物。产物8及其它中间体的结构经1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI)确证。

以苦参碱为起始原料，经过7步反应，合成了3-((1R,3aS,3aS,10aR)-十氢-1H,4H-吡啶并[1,6]萘啶-1-基)丙-1-胺(8)，总收率28%。该方法具有原料廉价易得、反应条件温和，操作简便等特点, 为合成更多具有抗癌活性的苦参碱衍生物提供了重要中间体。