2,5-二酮哌嗪衍生物的-锅法合成及其细胞毒活性.pdf

2015 年第 23 卷 第 12 期 1095 1099 合 成 化 学 C h i n ese Jou rnal of S yn th eti c C hem i stry V 01 23 20 15 N o 12 10 95 109 9 研究论文 2 5 二酮哌嗪衍生物的一锅法合成及其细胞毒活性 李晋羿 廖升荣 1 中国科学院 南海海洋研究所 广东 广州 汤 勇 刘永宏 510301 2 中国科学院大学 北京100049 摘要 以DM F 为溶剂 Cs CO 为碱 二乙酰基 2 5 二酮哌嗪 芳醛和卤代烷经一锅法合成了 1O 个 2 5 二 酮哌嗪类衍生物 4a 一 4j 其中4c 4f和4i 为新化合物 收率54 2 一 75 7 其结构经 H NMR C NM R 和 ESI M S 确证 生物活性研究结果表明 Z 1 乙酰基 3 1 亚甲基萘 4 烯丙基 2 5 二酮哌嗪 4c 对 U937 Hela和 Du145 等细胞具有一定的细胞毒活性 关键词 2 5 二酮哌嗪 一锅法 Aldol缩合 合成 细胞毒活性 中图分类号 0626 4 O621 3 文献标识码 A D O I 10 15952 j c nki c jsc 1005 1511 2015 12 1095 S yn th esi s a n d C y totox i c A c ti v i ti es of 2 5 D i k eto pi p era zi n e D eri va ti ves b y O n e p ot M eth od U Ji n sheng L IA O Sheng rong T A N G Y ong LIU Y ong hong 1 South C hi na Sea Insti tute of O c eanology Chi nese A c adem y of Sc i enc es G uan gzhou 5 10301 Chi na 2 Uni versi ty of Chi nese A c adem y of Sc i enc es B eiji ng 100049 C hi na A bstrac t Ten 2 5 di ketopi perazi ne deri vati ves 4a 一4j 4c 4f and 4i were novel c om pounds i n yi eld of 54 2 一75 7 w ere synthesi zed by A ldol reac ti on of N N di ac etyl 2 5 一 di k etop i perazi ne arylaldehyde and R X by on e pot m ethod u si ng D M F as the solvent an d C s2 C O 3 as the alkali Th e stru c tures w ere c onfi rm ed by H N M R C N M R an d E SI M S P reli m i nary bi ologi c al ac ti vi ti es tests i ndi c ated that Z 1 ac etyl 4一 ally1 3 naphthalen一 1一 ylm ethylene pi perazi ne 2 5 di one 4c exhi bi ted better c ytotoxi c ac ti vi ti es agai nst U 9 37 H ela and D u 145 c ell li nes K eyw o rds 2 5 di ketop i p erazi ne on e pot m ethod A ldol c on densati on synthesi s c ytotoxi c ac ti vi ty 2 5 二酮哌嗪 D KPs 类化合物是 一类广泛 存在于自然界中的次生代谢产物 j 具有抗污 抗菌 抗 肿 瘤 抗 病 毒 抗 氧 化 等 多 种 生 物 活 性 I5j 以及特殊的生物活性及生理作用 如神经 保护 代谢节律 跨膜运输等 6 DKPs 的骨架 是稳 定 的六元 环 在药 物化 学 中是重要 的药 效 团 D KPs 因氢键及 与支链 芳香环发 生 订一叮 r 堆叠致使脂溶性差 导致 生物利 用度低 j 在 N 上引入 的保护基 能破坏 分子 内氢键及 订一叮 r 堆 叠 从而改善其溶解性 J 在碱性环境 中的 A ldol 缩合是 D K Ps 骨架引 入不饱和支链 的常见方法之一 具有操作简便 和 反应效率高等优点 这种一侧不饱和取代的 DK Ps衍 生 物 被 报道 具 有 强 的抗 污损 活性 其 EC蚰 达 0 034 M 此类衍生物也具有潜在 的 细胞毒活性 能作为 中间体后续合成 出具有显著 细胞毒活性 的 目标化 合物 j 而选 用烯丙基 作 为保护基不仅能解决溶解性问题 而且还有望提高 收稿 日期 2015 01 16 修订 日期 2015 08 20 基金项 目 国家 自然科 学基金青年基金资助项 目 21402218 作者简介 李晋舁 1989 一 男 汉族 广东广州人 硕士研究生 主要从事天然产物的合成研究 E mai l liji nshengl2 mai ls ueas ac c n 通信联系人 刘永宏 研究 员 Tel 020 9023174 E m ai l yonghongli u sc si o ac c a 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 1096 合 成 化 学 V o1 23 2015 C om p A r C 6H 5 3 C 1C 6H 4一 ArCH O 2a 一2e 2g 2h RX 3a 3e 3h D M F Cs2C O 3 rt d e C 2H 5 2 F C 6H 4 g A O 0 4a 一4j h n C 3H 7 3 B rC 6H 4一 J n C 3H 7一 R X 一 B r 一 B r 一 B r 一 B r M eI M eI M eI B n B r B n B r B nB r Y i eld of 4 6 1 8 54 5 5 9 6 5 6 6 5 3 2 74 8 6 6 3 54 2 75 5 60 4 Sc h em e 1 细胞毒活性 但引入 N 上保护基通常是在 A l dol缩合结束后再进行 其反应中间体因溶解性差 而导致操作繁琐 产率较低 为此 本文探究在 D K Ps 骨架上 同时引入醛 基与保护基 以合成易溶产物 采用一锅法直接合 成具有 N 保护基 的 A ldol缩合产物 以 D M F 为 溶剂 Cs CO 为碱 J7 r 二 乙酰基一 2 5 二酮哌嗪 1 苯甲醛 2a 和烯丙基溴 3a 经一锅法合成 了 4a Sc hem e 1 并对合成 4a 的最佳反应条件 进行优化 在最 佳 反应 条件 以 DM F 为溶剂 Cs2C O3 为碱 1 0 252 4 m m ol n 1 n 2a 1 0 1 0 当量 比 g Cs2CO 3 3a 2 0 2 5 于室温反应 4 h 下对底物进行扩展 1 分别 与芳醛 2b 一 2e 2g 和 2h 和卤代烃 3e 和 3h 经一 锅 法合 成 了 9 个 2 5 二 酮 哌 嗪类衍 生 物 4b 一 4j Sc hem e 1 收率 54 2 一 75 7 4c 4f和4i 为新化合物 其结构 H NM R C NM R 和 ESI M S 确证 并研究 了 4a 一4j 的细胞毒活性 1实验部分 1 1 仪 器与试 剂 Bruker A V 500 M H z 型核磁共振仪 C D C1 为 溶剂 TM S 为内标 A PI 2000 型 ESI质谱仪 ZYJ s 型超净工作台 薄层色谱硅胶和柱色谱硅胶 青 岛海洋化工厂 所用试剂均为分析纯 无水溶剂用前按标准 方法纯化 1 2 4 的合 成 通 法 在反 应 瓶 中依 次 加 入 1 50 m g 0 252 4 m m o 2 0 252 4 m m ol D M F 1 5 m L Cs2CO 3 164 5 m g 0 504 9 m m o1 和 3 0 631 m m ol 搅拌 下于室温反应24 h TLC 跟踪 加水 7 m L 终止 反应 用乙酸乙酯 3 X 20 m L 萃取 合并萃取液 用水洗涤 无水硫 酸钠干燥 旋蒸除溶后经硅胶 200 目 一 300 目 柱层析 洗脱剂 石油醚 V 乙酸乙酯 10 1 纯化得淡黄色固体4 4a c 16H 16N203 收率 61 8 H NM R 6 2 63 s 3H 4 10 d J 6 5 H z 2tt 4 53 s 2H 4 74 d J 8 5 H z 1H 5 03 d J 10 0 H z 1H 5 48 5 56 In 1H 7 30 S 1H 7 34 7 37 In 2H 7 38 7 4l i n 3H C N M R 126 M H z 下 同 171 41 164 90 164 45 132 7 1 13 1 10 129 78 129 66 129 34 128 81 126 77 118 97 46 4 7 45 33 26 72 ESI M S m z 285 M H 307 M Na 4b c l6H 15N2O3C1 收率54 5 H NMR 6 2 63 S 3H 4 10 d J 6 0 H z 2H 4 54 S 2H 4 74 d J 16 5 H z 1H 5 05 d J l0 5 I Iz 1H 5 48 5 56 m 1H 7 22 s 1H 7 23 7 25 nl 1H 7 32 s 1H 7 35 7 38 ITI 2H C NN R 6 171 31 164 73 163 99 134 89 134 55 130 92 130 4 8 130 05 129 73 129 38 127 6 1 124 76 119 14 46 66 45 29 26 76 ESI M S m z 341 M N a 4c C 20H 18N 2O 3 收率 59 6 H N M R 6 2 68 S 3H 3 91 d J 6 0 H z 2H 4 40 d J 17 5 H z 1H 4 61 s 2H 4 85 d J 10 0 H z 1H 5 35 5 44 m 1H 7 42 d J 7 0 H z 1H 7 50 t J 7 5 H z 1H 7 53 7 61 m 2H 7 87 s 1H 7 89 7 95 m 3H C N M R 6 171 64 164 63 164 14 C 二 一 b A a 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第 l2 期 李晋异等 2 5一 二酮哌嗪衍生物的一锅法合成及其细胞毒活性 一 1097 133 64 13 1 35 13 1 O0 130 88 130 37 130 26 128 96 127 31 127 28 126 81 125 27 124 55 124 49 l19 ar7 46 06 45 49 26 96 E SI M S m z 335 M H 357 l M Na 4d c l2H 16N203 收率 56 6 H NMR 1 13 t J 7 5 H z 3H 2 22 2 33 m 2H 2 57 s 3i i 4 29 d J 5 5 H z 2I I 4 39 s 2i i 5 12 5 22 m 2R 5 72 5 82 m lri 6 32 t J 7 5 H z 1H C N M R 6 171 43 164 79 164 20 133 13 131 85 13 1 26 l 18 06 48 54 45 37 26 63 2 1 8 1 13 28 E SI M S m z 237 M H 259 M Na 4e Cl4H l3N 203F 收率 53 2 H N M R 2 63 s 3i i 2 87 s 3H 4 53 s 2H 7 13 t J 9 5 H z 1H 7 20 t J 7 5 H z 1H 7 28 t J 7 5 H z 1H 7 31 s 1H 7 34 7 42 m i n C N M R 6 171 61 164 64 163 31 13 1 53 131 46 130 68 124 4 1 124 38 l17 87 l16 17 l16 00 45 4 1 33 99 26 96 E SI M S m z 277 M H 299 M Na 4f C18H l6N203 收率 74 8 H NM R 2 68 s 3ri 2 69 s 3rI 4 60 s 2i i 7 35 d J 7 0 H z 1I I 7 49 t J 7 5 H z lrI 7 54 7 62 m 2H 7 87 s 1H 7 90 t J 7 5 H z 2H 7 97 d J 8 0 H z 1H C N M R 6 17 1 75 16 4 5 8 163 39 133 57 133 35 131 52 130 42 130 04 128 97 127 43 l27 33 126 77 l25 20 124 49 l23 22 45 54 34 17 26 99 ESI M s m z 309 M H 331 f M N a 4g C 11H 16N 20 3 收率 66 3 H N M R 6 0 94 t J 7 0 H z 3I I 1 46 1 56 m 2H 2 24 q J 7 5 H z 2H 2 5 1 s 3H 3 19 s 3ri 4 34 s zi i 6 29 t J 7 5 H z lrI C N M R 171 74 164 97 163 82 132 94 131 14 45 2 1 35 06 3O 30 27 02 22 35 14 08 ESI M s m z 225 M H 247 M Na 4h C 20H 17N 20 3Br 收率 54 2 H N M R 2 55 s 3H 4 56 s 2H 4 66 s 2H 6 83 6 89 m 2n 7 16 s lri 7 19 7 24 m 3H 7 30 7 36 m 2H 7 5O s 1ri 7 55 d J 7 0 H z 1H C N M R 171 41 165 10 164 03 135 65 134 9 1 132 89 132 4 9 130 91 130 47 12 8 82 128 22 127 84 124 98 123 12 47 6 1 45 33 26 74 E SI M S m z 4 14 M H 436 M Na 4i C24H 20N 20 3 收率 75 7 H N M R 6 2 62 s 3i i 4 48 s 2i i 4 65 s 2i i 6 58 d J 7 5 H z 2H 7 04 t J 7 5 H z 2ri 7 12 t J 7 5 H z 1H 7 47 d J 7 5 H z 1H 7 53 q J 8 0 H z 2H 7 57 t J 7 5 H z 1I i 7 71 d J 8 0 H z 1H 7 80 s 1H 7 93 t J 8 5 H z 2H C NM R 17 1 64 164 95 164 08 135 53 133 62 13 1 46 130 92 130 50 130 2 1 128 9 1 128 50 127 84 127 80 127 46 127 29 126 8 1 125 27 124 77 124 52 46 79 45 44 26 85 E SI M S m z 385 M H 407 M Na 4j C17H 20N 203 收率 6O 4 H N M R 6 0 90 t J 7 0 H z 3H 1 45 1 54 m 2H 2 18 q J 7 5 H z 2H 2 47 s 3H 4 39 s 2H 4 86 s 2H 6 30 t J 7 5 H z 1H 7 10 d J 7 0 Hz 2H 7 22 7 36 m 3I i C NM R 6 171 26 165 06 164 15 136 O0 132 03 13 1 90 128 68 127 75 127 00 49 24 4 5 20 30 34 26 38 2 1 97 l3 69 E SI M S m z 301 M H 323 M Na 2 结果与讨论 2 1反应条件优化 以 1 2a 和 3a 合成 4a 为模板反应 对反应条 件进行优 化 1 0 252 4 m m ol n 1 n 2a 1 1 其余反应条件同 1 2 考察 3a 和碱用量 溶 剂 反应温度以及时间对反应的影响 结果见表 1 从表 1 的 No 1 一 No 8 可见 在其余反应条 件下 同 的条 件 下 以 Cs C O 为 碱 时产 率 最 高 37 8 No 2 Cs C O 用量对产 率的影 响见 N o 2 和 N o 9 一N o 11 从 中发现 Cs2c o 3 用量 为 2 eq 0 504 9 m m o1 时产率最佳 No 2 3a 用 量对产率的影响见 N o 13 一N o 15 从 中发现 3a 用时为2 0 eq 时 产率最高 58 2 No 14 当 量比q Cs2CO n 3a 对产率的影响见 No 16 N0 20 从中发现 当q 2 0 2 5 时 产率最 高 61 8 No 18 反应时间对产率的影响见 No 2 和 No 12 发现时间并不是提高产率的因 素 且反应时间为4 h 时基本完成 故选择 4 h 为 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 一 1o98 一 合 成 化 学 表 1 反应条件优化 T a ble 1 O pti m i zati on of reac ti on c ond i ti ons 1 0 252 4 mmol n 1 n 2a 1 1 其余反应条件同1 2 最佳反应时间 温度也不是提高产率的关键因 素 而且温度过高会有其他的副产物出现 TLC 杂点 导致产率下降 No 21 一 No 22 溶剂对 反应 的影响见 No 18 和 N0 23 N o 27 实验 中发 现 非极性非质子溶剂二 甲苯与 甲苯只能部分溶 解反应物 严 重影响 了产率 而在极性质子溶剂 M eOH 中 反应没有进行 与 DM F 同为极性非质 子溶剂的 DM SO 与 TH F 在 24 h 内能使反应基本 完成 但 产率远 低 于 D M F 为溶剂 时 的产率 故 D M F 为最佳反应溶剂 61 8 No 18 综上 所述 合成 4a 最佳 的反应条 件为 N o 18 即以 D M F 为 溶剂 Cs2CO 3 为碱 1 0 252 4 m m o n 1 n 2a 1 0 1 0 q Cs2CO 3 3a 2 0 2 5 于室温反应 4 h 产率 61 8 2 2 底 物扩 展 在最佳反应条件下对底物进行扩展 结果见 Sc hem e 1 从 Sc hem e 1 结果可见 一锅法 能推广 应用 此条件能用于常见醛 芳香醛 脂肪醛等 及常用保护基 溴丙烯 碘 甲烷 溴苄等 反应基 本都能在 4 h 内完成 且产率较高 平均大于 60 其中 4f 和 4i 的产率达 70 以上 溶解 度实 验结 果 表 明 4a 一4j 均 溶 于常 见溶 剂 如 DM F 乙酸乙酯 二氯 甲烷 氯仿等 2 3 合成 1 与 2a 进行 A ldol 缩合 产物再 与溴丙烯进 行 SN2 反应能得到易溶性产物 但 由于中间步骤 得到 的反应产物脂溶性差 后处理 以及纯化相对 困难 直接影 响到合 成的效 率 两步法产率低 于 40 E9 2 与 3 的同时引入理论上是可行的 在初 步尝试后 证明了其可行性 2 4 反 应 机 理 1 2 和 3 的一锅法反应机理见 Sc hem e 2 实 验初期 TLC 跟踪发现只观察到中间产物 证明 d0l缩合先于 SN2 反应发生 投料 5 m i n 检测到中 间产物和目 标产物同时存在 故推测碱诱导进行了 Aldol缩合 缩合后裸露的氮负离子进攻溴丙烯 S 2 反应 反应 4 h 检测发现只有产物 证 明 AJ do1缩合后的产物中间体与溴丙烯反应完全 2 5 细胞 毒活性 对 4a 一 4j 进行细胞毒活性测定 发现只有 4c 具有细胞毒活性 结果见表 2 从表 2 可见 4c对 人类肿瘤细胞株有一定 的抑制活性 特别对 U973 及 Hela癌细胞有较明显的细胞毒活性 而同样是 引入萘甲醛 4f 和 4i 并没发现活性 由此推导烯丙 基作为保护基更有利于细胞毒活性 相对萘甲醛 引入苯甲醛 或取代苯甲醛 与脂肪醛的化合物均 没有显示出活性 初步推导以双键连接的类三环结 构为活性结构 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第 12 期 李晋异等 2 5一 二酮哌嗪衍生物的一锅法合成及其细胞毒活性 一 1099 一 N Ar 一 一 表 2 4c 的细胞毒活性 T ab le 2 Cytotoxi e ac ti vi ti es of 4 c A c O A r 按文献 方法测定 3 结论 以 D M F 为溶剂 Cs CO 3 为碱 二 乙酰 基 2 5一 二酮哌嗪 芳醛和卤代烷经一锅法合成了 10 个 2 5 二 酮哌嗪类衍生物 此一锅法合成反 应条件温和 反应时间短且产率较高 省去了中 间难溶产物的分离纯化步骤 经过实验验证能推 广应用于常见醛 芳香醛及脂肪醛 及保护基 溴 丙烯 碘 甲烷及 溴苄 所得 的化 合物具有 良好 的脂溶性 易溶于常见 的有机溶剂 生物活 性研 究 结果 表 明 z 1 乙酰 基 3 1一 亚 甲基 萘 4 烯 丙 基 2 5一 二酮 哌 嗪 4c 对 U937 H ela 和 Du145 等细胞具有一定的细胞毒 活性 为进一 步研究提供 了良好 的基础 因此 本合成方法有大规模合成及高通量筛选的潜力 能为 2 5一 二酮哌嗪类物质进一步的合成以及构 效关系研究做贡献 参考文献 1 2 3 郭秀春 郑立 周文辉 等 海洋微生物中二酮哌嗪 类化合物的研究进展 J 微生物学通报 2009 36 10 1596 1603 H uan g R Z h ou X X u T et a L D i k etop i p erazi n es from m ari ne organi sms J Chemi stry Bi odi versi ty 2010 7 12 2809 2829 B olognesi M T ran H S taderi ni M et a1 D i sc overy of a c lass of di ketop i p erazi n es as anti pri on c om p ound s 4 5 6 7 8 9 1o 11 123 J Chem M ed Chem 2010 5 8 1324 1334 B orthw i c k A 2 5 D i k etopi perazi nes Syn thesi s reac ti ons m ed i c i n al c hem i stry and b i oac ti ve n atural p rod uc ts J Chem R ev 2012 112 7 3641 3716 W ang Y W an g P M a H et a 1 D evelopm ents aroun d the bi oac ti ve di ketopi perazi nes A patent revi ew J Expert O pi ni on on Therapeuti c Patents 20 13 23 1 1 14 15 14 33 T ei xi do M Z uri ta E