新型1,4-苯并二氮杂-5-酮衍生物的合成及抗肿瘤活性初探

2022-06-01邓惠文

合成化学 2022年5期

邓惠文, 何菱

(四川大学华西药学院，四川成都 610041)

在过去的几十年中，七元杂环化合物已展现出吸引人的生物学特性，如抗艾滋病病毒[1]、抗焦虑药[2-3]、抗菌药物、抗血栓、抗氧化、抗高血压[4]和治疗糖尿病[5]等。近年来，研究人员主要报道了七元杂环分子在抗肿瘤[6-8]、抗菌[9-10]和抗炎[11-13]等三方面的生物活性(Chart 1)。七元氮杂环是一类重要的活性结构单元，尤其包含苯并七元氮杂环的化合物具有突出的抗肿瘤活性。

Chart 1

本文以简单的邻硝基苯甲酸衍生物为底物，共经3步反应，最后一步反应在乙酰丙酮钼和三氟甲磺酸铜的催化下最终共合了8个新型七元氮杂环1，4-苯并二氮杂-5-酮衍生物(4a～4h, Scheme 1)。其结构经1H NMR，13C NMR和HR-MS(ESI)表征。

Scheme 1

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Varian Mercury 400/600 MHz型核磁共振仪(DMSO-d6为溶剂，TMS为内标)；Bruker Daltonics Data analysis 3.2 mass spectrometer型质谱仪。

所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1) 化合物2a～2h的合成(以2a为例)[14]

将邻硝基苯甲酸(500 mg， 3 mmol)置于干净无水的反应瓶中，氮气保护，向反应瓶中加入二氯亚砜(4 mL)， 80 ℃反应2 h。反应完全后，将多余二氯亚砜旋出，得到邻硝基苯甲酰氯。将呋喃甲胺(320 mg， 3.3 mmol)置于另一装有搅拌子的干燥反应瓶内，氮气保护，无水操作，加入无水二氯甲烷(20 mL)和吡啶(3 mL)，冰浴冷却，加入邻硝基苯甲酰氯，升温至室温，反应10 h(TLC监测)。加入饱和碳酸氢钠溶液淬灭反应，依次用乙酸乙酯萃取，有机相用饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，减压浓缩，再经硅胶柱层析(石油醚/乙酸乙酯=2/1,V/V)纯化得白色固体2a664 mg。用类似的方法合成2b～2h。

14-(呋喃-2-基甲基)-2-硝基苯甲酰胺(2a): 灰白色固体,收率90%, m.p.108～109 ℃(m.p.108～110 ℃);1H NMR (400 MHz, Chloroform-d)δ: 8.06(dd,J=8.0 Hz, 1.4 Hz, 1H), 7.67(td,J=7.5 Hz, 1.3 Hz, 1H), 7.58(td,J=8.0 Hz, 1.6 Hz, 1H), 7.52(dd,J=7.5 Hz, 1.6 Hz, 1H), 7.38(t,J=1.2 Hz, 1H), 6.35(d,J=1.2 Hz, 2H), 6.21(s, 1H), 4.65(d,J=5.5 Hz, 2H)。

N-(呋喃-2-基甲基)-甲氧基-2-硝基苯甲酰胺(2b): 棕色固体,收率95%, m.p.131～133 ℃;

1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ: 8.11(d,J=9.1 Hz, 1H), 7.37(s, 1H), 6.97(dd,J=9.1 Hz, 1.8 Hz, 1H), 6.93(d,J=1.8 Hz, 1H), 6.35(s, 2H), 6.15(s, 1H), 4.64(d,J=5.4 Hz, 2H), 3.90(s, 3H);13C{1H} NMR(150 MHz, Chloroform-d)δ: 166.4, 163.7, 150.3, 142.3, 138.7, 135.1, 127.1, 115.0, 113.9, 110.6, 108.0, 56.2, 37.2。

N-(呋喃-2-基甲基)-5-甲基-2-硝基苯甲酰胺(2c): 灰白色固体,收率93%, m.p.135～137 ℃;1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ: 7.97(d,J=8.3 Hz, 1H), 7.38(s, 1H), 7.34(d,J=8.3 Hz, 1H), 7.29(s, 1H), 6.35(s, 2H), 6.18(s, 1H), 4.63(d,J=5.4 Hz, 2H), 2.44(s, 3H);13C{1H} NMR(150 MHz, Chloroform-d)δ: 166.6, 150.4, 145.4, 143.9, 142.4, 132.7, 130.9, 129.3, 124.7, 110.6, 108.0, 37.2, 21.4; HR-MS(ESI-TOF)m/z: calcd for C13H13O4N2{[M+H]+}261.0870, found 261.0868。

2-硝基-N-(2-(吡啶-2-基)乙基)苯甲酰胺(2d): 黄色固体，收率89%, m.p. 102～103 ℃；1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 8.43(dd,J=4.5 Hz, 0.4 Hz, 1H), 8.00(dd,J=8.1 Hz, 0.8 Hz, 1H), 7.64(td,J=7.6 Hz, 1.6 Hz, 2H), 7.54(td,J=8.0 Hz, 1.4 Hz, 1H), 7.49(dd,J=7.5 Hz, 1.4 Hz, 1H), 7.27～7.24(m, 1H), 7.22(s, 1H), 7.17～7.12(m, 1H), 3.87(q,J=6.0 Hz, 2H), 3.12(t,J=6.2 Hz, 2H)。

3-氯-2-硝基-N-(2-(噻吩-2-基)乙基)苯甲酰胺(2e): 黄色固体，收率90%, m.p.134～136 ℃；1H NMR(600 MHz, Chloroform-d)δ: 7.59(d,J=7.8 Hz, 1H), 7.48～7.43(m, 2H), 7.18(d,J=5.0 Hz, 1H), 6.97(t,J=4.1 Hz, 1H), 6.89(d,J=2.4 Hz, 1H), 6.18(s, 1H), 3.67(q,J=6.3 Hz, 2H), 3.13(t,J=6.5 Hz, 2H)。

3-氯-2-硝基-N-(噻吩-2-基甲基)苯甲酰胺(2f): 灰白色固体，收率91%， m.p.164～165 ℃；1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 7.59(dd,J=7.7 Hz, 1.0 Hz, 1H), 7.44～7.51(m, 2H), 7.25(d,J=1.7 Hz, 1H), 7.02(d,J=1.7 Hz, 1H), 6.96(t,J=4.2 Hz, 1H), 6.38(s, 1H), 4.73(d,J=5.6 Hz, 2H)。

5-甲基-2-硝基-N-(噻吩-2-基甲基)苯甲酰胺(2g): 棕色固体，收率88%， m.p.138～139 ℃;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 7.96(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.33(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.27(d,J=1.1 Hz, 1H), 7.25(dd,J=5.1, 1.2 Hz, 1H), 7.06(d,J=2.9 Hz, 1H), 6.97(dd,J=5.1 Hz, 3.5 Hz, 1H), 6.23(s, 1H), 4.79(d,J=5.6 Hz, 2H), 2.44(s, 3H);13C{1H} NMR(150 MHz, Chloroform-d)δ:166.4, 145.4, 143.8, 139.8, 132.6, 130.8, 129.2, 127.0, 126.5, 125.5, 124.6, 38.8, 21.4; HR-MS(ESI-TOF)m/z: calcd for C13H13O3N2S{[M+H]+}277.0641, found 277.0639。

2-硝基-N-(噻吩-2-基甲基)苯甲酰胺(2h): 灰白色固体，收率86%, m.p.117～119 ℃；1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 8.05(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.66(t,J=7.4 Hz, 1H), 7.57(t,J=7.3 Hz, 1H), 7.52(d,J=7.4 Hz, 1H), 7.25(d,J=4.3 Hz, 1H), 7.07(d,J=3.0 Hz, 1H), 6.98(dd,J=4.8, 3.6 Hz, 1H), 6.24(s, 1H), 4.81(d,J=5.6 Hz, 2H)。

(2) 化合物3a～3h的合成(以3a为例)

将化合物2a(246 mg，1 mmol)置于干燥的反应瓶中，注入干燥的四氢呋喃(10 mL)，氮气保护，无水无氧操作。将反应瓶置于冰浴之中，向其中加入二异丙基氨基锂(LDA)(2.0 M， 0.75 mL， 1.5 mmol)，充分搅拌15 min后。用注射器向其中缓慢滴加烯丙基溴化物(220 mg， 1.5 mmol)，反应3 h后，TLC监测反应结束。向反应中加入饱和氯化铵淬灭反应，用乙酸乙酯萃取，有机相经饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压旋蒸浓缩，得淡黄色油状液体3a，不经分离纯化，继续下一步反应。用类似的方法合成3b～3h。

(3)4a～4h的合成(以4a为例)

将化合物3a(30 mg， 0.096 mmol)置于装有搅拌子的反应管中，随后依次加入三苯基膦(75 mg ， 0.29 mmol)，乙酰丙酮钼(3.1 mg， 0.0096 mmol)，三氟甲烷磺酸酮(3.5 mg， 0.0096 mmol)，注入干燥甲苯(3 mL)。置于110 ℃的油浴锅中反应12 h。整个操作过程严格在氮气下无水无氧进行。TLC监测反应结束，用乙酸乙酯萃取，有机相用饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，减压浓缩，再经硅胶柱层析(石油醚/乙酸乙酯=4/1,V/V)纯化得白色固体1,4-苯并二氮杂-5-酮4a24.4 mg。用类似的方法合成4b～4h。

4-(呋喃-2-基甲基)-2-(丙-1-烯-2-基)-1,2,3,4-四氢-5H-苯并[e][1,4]二氮杂-5-酮(4a): 白色固体，收率90%， m.p. 120～122 ℃;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 7.80(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.37(s, 1H), 7.26(t,J=7.6 Hz, 2H), 6.96(t,J=7.6 Hz, 1H), 6.84(d,J=7.7 Hz, 1H), 6.34(s, 1H), 5.02(s, 2H), 4.96(d,J=15.5 Hz, 2H), 4.53(d,J=15.4 Hz, 1H), 4.03(dd,J=8.8 Hz, 3.1 Hz, 1H), 3.54(dd,J=15.2 Hz, 8.8 Hz, 1H), 3.41(dd,J=15.2 Hz, 3.1 Hz, 1H), 1.73(s, 3H);13C NMR(100 MHz, Chloroform-d)δ: 169.6, 150.8, 145.4, 144.4, 142.4, 132.4, 132.1, 122.5, 119.6, 119.2, 113.0, 110.6, 109.0, 65.3, 48.6, 43.8, 19.4; HR-MS(ESI-TOF)m/z:calcd for C17H19N2O2{[M+H]+}283.1441, found 283.1440。

4-(呋喃-2-基甲基)-7-甲氧基-2-(丙-1-烯-2-基)-1,2,3,4-四氢-5H-苯并[e][1,4]二氮杂-5-酮(4b): 淡黄色油状液体，收率81%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 7.39(s, 1H), 7.32(d,J=3.0 Hz, 1H), 6.87(dd,J=8.7 Hz, 3.0 Hz, 1H), 6.62(d,J=8.7 Hz, 1H), 6.35(s, 2H), 5.08(d,J=15.3 Hz, 1H), 5.04(s, 1H), 4.90(s, 1H), 4.47(d,J=15.3 Hz, 1H), 3.94(dd,J=8.3 Hz, 3.4 Hz, 1H), 3.88(s, 1H), 3.79(s, 3H), 3.55(dd,J=15.1 Hz, 8.3 Hz, 1H), 3.40(dd,J=15.1 Hz, 3.5 Hz, 1H), 1.71(s, 3H);13C NMR(100 MHz, Chloroform-d)δ: 169.5, 153.4, 150.7, 145.6, 142.3, 138.4, 124.1, 121.0, 120.3, 114.2, 112.6, 110.5, 108.8, 65.5, 55.6, 48.5, 43.7, 19.3; HR-MS(ESI-TOF)m/z: calcd for C18H21N2O3{[M+H]+}313.1547, found 313.1546。

4-(呋喃-2-基甲基)-7-甲基-2-(丙-1-烯-2-基)-1,2,3,4-四氢-5H-苯并[e][1,4]二氮杂-5-酮(4c): 淡黄色油状液体，收率83%；1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 7.61(s, 1H), 7.40(s, 1H), 7.08(d,J=8.0 Hz, 1H), 6.60(d,J=8.1 Hz, 1H), 6.37(s, 2H), 5.09(d,J=15.3 Hz, 1H), 5.08(s, 1H), 4.92(s, 1H), 4.48(d,J=15.3 Hz, 1H), 3.96(dd,J=8.4 Hz, 3.1 Hz, 1H), 3.58(dd,J=15.1 Hz, 8.4 Hz, 1H), 3.42(dd,J=15.0, 3.1 Hz, 1H), 2.29(s, 3H), 1.73(s, 3H);13C NMR(100 MHz, Chloroform-d)δ: 169.8, 150.8, 145.7, 142.3, 142.2, 133.2, 131.8, 129.0, 122.7, 119.3, 112.7, 110.5, 108.9, 65.4, 48.6, 43.7, 20.2, 19.3; HR-MS(ESI-TOF)m/z: calcd for C18H21N2O2{[M+H]+}297.1598, found 297.1596。

2-(丙-1-烯-2-基)-4-(2-(吡啶-2-基)乙基)-1,2,3,4-四氢-5H-苯并[e][1,4]二氮杂-5-酮(4d): 淡黄色油状液体，收率63%；1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 8.55(d,J=4.9 Hz, 1H), 7.76(dd,J=7.8 Hz, 1.6 Hz, 1H), 7.63(td,J=7.6 Hz, 1.6 Hz, 1H), 7.29(s, 1H), 7.23(td,J=7.6, 1.6 Hz, 1H), 7.16(t,J=5.0 Hz, 1H), 6.87(td,J=7.5 Hz, 1.0 Hz, 1H), 6.63(d,J=8.0 Hz, 1H), 5.05(s, 1H), 4.90(s, 1H), 4.05～ 4.02(m, 1H), 3.99(dd,J=8.3 Hz, 3.1 Hz, 1H), 3.88～3.81(m, 1H),3.48(dd,J=15.0 Hz, 8.3 Hz, 1H), 3.29(dd,J=15.0 Hz, 3.1 Hz, 1H), 3.24～3.10(m, 2H), 1.71(s, 3H);13C NMR(100 MHz, Chloroform-d)δ: 168.8, 158.1, 148.1, 144.4, 143.6, 135.8, 131.2, 130.7, 123.0, 122.0, 120.6, 118.6, 118.1, 112.1, 64.8, 49.2, 48.3, 35.7, 18.3; HR-MS(ESI-TOF)m/z: calcd for C19H22N3O{[M+H]+}308.1757, found 308.1755。

9-氯-2-(丙-1-烯-2-基)-4-(2-(噻吩-2-基)乙基)-1,2,3,4-四氢-5H-苯并[e][1,4]二氮杂-5-酮(4e): 淡黄色油状液体，收率53%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 7.70(dd,J=7.9, 1 Hz.5 Hz, 1H), 7.40(dd,J=7.8 Hz, 1.5 Hz, 1H), 7.17(dd,J=5.0 Hz, 0.8 Hz, 1H), 6.98～6.92(dd,J=5.0 Hz, 3.0 Hz, 1H), 6.88(d,J=3.0 Hz, 1H), 6.79(t,J=7.8 Hz, 1H), 5.13(s, 1H), 4.96(s, 1H), 4.53(s, 1H), 4.05(dd,J=8.1 Hz, 2.4 Hz, 1H), 3.98～3.85(m, 1H), 3.71～3.64(m, 1H), 3.48(dd,J=15.2 Hz, 8.1 Hz, 1H), 3.30～3.13(m, 2H), 3.20(dd,J=15.2 Hz, 2.4 Hz, 1H), 1.73(s, 3H);13C NMR(100 MHz, Chloroform-d)δ: 167.8, 143.3, 140.4, 139.5, 131.1, 129.8, 126.1, 124.6, 123.0, 122.9, 121.5, 118.1, 112.8, 64.6, 50.7, 49.5, 27.5, 17.9; HR-MS(ESI-TOF)m/z: calcd for C18H20N2OClS{[M+H]+}347.0979, found 347.0977。

9-氯-2-(丙-1-烯-2-基)-4-(噻吩-2-基甲基)-1,2,3,4-四氢-5H-苯并[e][1,4]二氮杂-5-酮(4f): 淡黄色油状液体，收率59%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 7.76(dd,J=7.8 Hz, 1.3 Hz, 1H), 7.41(dd,J=7.8 Hz, 1.3 Hz, 1H), 7.28(s, 1H), 7.05(d,J=2.9 Hz, 1H), 6.97(dd,J=4.9 Hz, 3.6 Hz, 1H), 6.79(t,J=7.8 Hz, 1H), 5.20(d,J=15.1 Hz, 1H), 5.12(s, 1H), 4.96(s, 1H), 4.66(d,J=15.1 Hz, 1H), 4.06(dd,J=8.2 Hz, 2.7 Hz, 1H), 3.56(dd,J=15.2 Hz, 8.2 Hz, 1H), 3.38(dd,J=15.2 Hz, 2.7 Hz, 1H), 1.72(s, 3H);13C NMR(100 MHz, Chloroform-d)δ: 167.5, 143.3, 139.5, 138.2, 131.2, 130.2, 126.1, 125.7, 124.9, 122.3, 121.4, 117.9, 112.7, 64.3, 47.5, 45.2, 17.9; HR-MS(ESI-TOF)m/z: calcd for C17H18N2OClS{[M+H]+}333.0823, found 333.0820。

7-甲基-2-(丙-1-烯-2-基)-4-(噻吩-2-基甲基)-1,2,3,4-四氢-5H-苯并[e][1,4]二氮杂-5-酮(4g): 淡黄色油状液体，收率64%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 7.62(s, 1H), 7.25(d,J=8.1 Hz, 1H), 7.07～7.03(m, 2H), 6.96(t,J=8.1 Hz, 1H), 6.58(d,J=8.1 Hz, 1H), 5.13(d,J=15.1 Hz, 1H), 5.08(s, 1H), 4.91(s, 1H), 4.68(d,J=15.1 Hz, 1H), 4.00(dd,J=8.2 Hz, 3.2 Hz, 1H), 3.52(dd,J=15.1 Hz, 8.2 Hz, 1H), 3.36(dd,J=15.1 Hz, 3.2 Hz, 1H), 2.28(s, 3H), 1.70(s, 3H);13C NMR(100 MHz, Chloroform-d)δ: 169.8, 145.5, 142.2, 139.8, 133.3, 131.8, 129.1, 126.8, 126.6, 125.7, 122.7, 119.4, 112.9, 65.5, 48.5, 46.0, 20.3, 19.3; HR-MS(ESI-TOF)m/z: calcd for C18H21N2OS{[M+H]+}313.1369, found 313.1367。

2-(丙-1-烯-2-基)-4-(噻吩-2-基甲基)-1,2,3,4-四氢-5H-苯并[e][1,4]二氮杂-5-酮(4h): 淡黄色油状液体，收率65%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 7.83(dd,J=7.6 Hz, 0.9 Hz, 1H), 7.26～7.22(m, 2H), 7.03(d,J=3.1 Hz, 1H), 6.95(dd,J=4.9 Hz, 3.6 Hz, 1H), 6.90(t,J=7.5 Hz, 1H), 6.70(d,J=8.0 Hz, 1H), 5.14(d,J=15.1 Hz, 1H), 5.05(s, 1H), 4.92(s, 1H), 4.68(d,J=15.1 Hz, 1H), 4.02(dd,J=8.3 Hz, 3.1 Hz, 1H), 3.52(dd,J=15.1, 8.3 Hz, 1H), 3.37(dd,J=15.1 Hz, 3.1 Hz, 1H), 1.70(s, 3H);13C NMR(100 MHz, Chloroform-d)δ: 169.6, 145.2, 144.5, 139.7, 132.5, 132.1, 127.0, 126.7, 125.8, 122.3, 119.6, 119.2, 113.2, 65.4, 48.5, 46.1, 19.4; HR-MS(ESI-TOF)m/z: calcd for C17H19N2OS{[M+H]+}299.1213, found 299.1211。

1.3 抗肿瘤活性测试

在含10%胎牛血清，42 mmol·L-1谷氨酰胺，1 mmol·L-1丙酮酸钠，100 μg·mL-1链霉素，100 μg·mL-1青霉素和0. 25 μg ·mL-1两性霉素的DMEM培养基中常规培养乳腺癌细胞MDA-MB-231，非小细胞肺癌细胞A549和宫颈癌细胞HeLa。在37 ℃下，5%二氧化碳中培养24 h。将肿瘤细胞接种在含有10%胎牛血清的 DMED 培养基的24孔板培养板上，接种密度为每孔20000个。将细胞以苯并二氮杂产物在0.01～1 nmol·L-1之间的5种剂量浓度培养5 d。使用相同体积二甲基亚砜作为空白对照。以苯达莫司汀(Bendamustiune,双功能烷化剂)和伏立诺他(SAHA， HDAC抑制剂)作为阳性药物对照，利用细胞数与细胞活力分析仪进行计数。化合物的抗肿瘤活性用IC50(50%抑制浓度)表示。

2 结果与讨论

2.1 抗肿瘤活性

选用该8个产物进行体外抗肿瘤实验。分别选取了非小细胞肺癌细胞A549，人乳腺癌细胞MDA-MB-231，和宫颈癌细胞HeLa进行测试。实验结果如表1所示，化合物中对这3种肿瘤细胞有一定的抑制作用。其中4c的测试结果显示，呋喃环的引入使得该类化合物对A549和MDA-MB-231肿瘤细胞均有较好的抑制作用，IC50值均在10 μmol·L-1以下，但是对于Hela细胞却效果甚微。4d的结果显示，引入吡啶使得化合物对3种肿瘤细胞的均有一定的抑制作用，IC50值均低于50 μmol·L-1。其中对Hela细胞系的抑制作用稍好。4e的结果显示，引入噻吩乙基，同时R1=9-Cl,化合物对A549的选择性抑制作用明显增强，IC50值可达1.7 μmol·L-1。另外，当R1=7-Me时，衍生物对A549的活性提高，IC50达8.5 μmol·L-1(4c)和5.4 μmol·L-1(4g)。但当R1=7-CH3O时，对各细胞系的抑制活性均降低，这说明7-位引入甲氧基对细胞活性不利。苯并二氮杂化合物引入呋喃、噻吩以及吡啶等不同杂环，以及在苯环上的氯、甲基以及甲氧基取代，对A549，MDA-MB-231，HeLa均有不同程度影响，初步抗肿瘤活性研究揭示该类化合物具有进一步研究的潜力。