一种吡喃并[2,3‑b]喹啉衍生物及其合成方法和在抗肿瘤方面的应用与流程

本发明属于有机合成技术领域，特别涉及吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物及其合成方法和在抗肿瘤方面的应用。

背景技术：

吡喃是一类重要的杂环化合物，它的衍生物具有广泛的生物和药理活性，如抗过敏作用(Witte,E.C.；Neubert,P.；Roesoh,A.DE 3427985,1986)，降血糖作用(姜虹，王丽君，赵志学，北华大学学报(自然科学版)，2001,2,489)，抗癌活性(Hyama,T.；Saimoto,H.JP 62181271,1987)，可用于治疗过敏性气管炎(Chand,N.；Diamantis,W.；Sofia,R.D.Br.J.Pharmacol.,1986,87,443)，抗发育不良(Brooks,G.T.；Ottridge,A.P.；Maee,D.W.Pestic.SCi.,1988,22,41)和治疗糖尿病(Suarez,M.；Ochoa,E.；Verdecia,Y.；Martin,M.；Quinteiro,C.；Seoane,J.；Soto,J.L.；Novoa,N.；Blaton,N.；Peeters,O.M.Tetrahedron,1999,55,875)等。多功能的吡喃是许多天然产物的主要结构单元。

喹啉，也叫苯并吡啶或氮杂萘，是一类非常重要的含氮杂环化合物(Madapa,S.；Tusi,Z.；Batra,S.Curr.Org.Chem.,2008,12,1116)，尤其在制药工业中具有广泛的应用。而且，它们也是许多天然产物和生物活性药物结构的母核，例如：氯喹、骆驼宁碱、喜树碱。经过药物学家的不断研究，大量的喹啉类衍生物被合成出来，而且它们具有广泛的生物活性，例如：抗疟疾、抗菌、抗炎症、抗肿瘤、抗糖尿病、抗哮喘、抗高血压、抗阿尔兹海默尔症、抗血小板聚集、抗HIV等活性(Kumar,S.；Bawa,S.；Gupta,H.Mini-Rev.Med.Chem.,2009,9,1648)。

吡喃并喹啉是一种生物碱的骨架，它存在于芸香科植物中，该类化合物由于具有广泛的药理和生物活性而引起了人们的关注((a)Mabire,D.；Coupa,S.；Adelinet,A.；Simonnet,Y.；Venet,M.；Wouters,R.；Lesage,A.S.J.；Beijsterveldt,L.V.；Bischoff,F.J.Med.Chem.,2005,48,2134.(b)Michael,J.P.Nat.Prod.Rep.,2002,19,742.(c)Michael,J.P.Nat.Prod.Rep.,2003,20,476.(d)Michael,J.P.Nat.Prod.Rep.,2004,21,650.(e)Michael,J.P.Nat.Prod.Rep.,2005,22,627.)。吡喃并喹啉类化合物具有抗菌、抗血小板聚集、抗炎、抗过敏、抗组胺等活性((a)Nahas,N.M.；Abdel-Hafez,A.A.Heterocycl.Commun.,2005,11,263.(b)Chen,I.S.；Tsai,I.W.；Teng,C.M.；Chen,J.J.；Chang,Y.L.；Ko,F.N.；Lu,M.C.；Pezzuto,J.M.Phytochemistry,1997,46,525.(c)Amin,K.M.Egypt.J.Pharm.Sci.,1994,34,741.(d)Magesh,C.J.；Makesh,S.V.；Perumal.P.T.Bioorg.Med.Chem.Lett.,2004,14,2035.(e)Yamada,N.；Kadowaki,S.；Takahashi,K.；Umezu,K.Biochem.Pharmacol.,1992,44,1211.(f)Faber,K.；Stueckler,H.；Kappe,T.J.Heterocycl.Chem.,1984,21,1177.(g)Johnson,J.V.；Rauckmann,B.S.；Baccanari,D.P.；Roth.B.J.Med.Chem.,1989,32,1942.)。基于吡喃并喹啉具有重要的生物活性，这类化合物的合成方法引起了人们的兴趣，Singh等报道了钯催化下2-氯喹啉-3-甲醛与炔烃的偶联环化合成法(Chandra,A.；Singh,B.；Khanna,R.S.；Singh,R.M.J.Org.Chem.,2009,74,5664.)。Verma等报道了碘催化的2-炔基-3-喹啉甲醛与醇的环化及钯催化下的偶联反应合成了一系列吡喃并[4,3-b]喹啉衍生物(Aggarwal,T.；Imam,M.；Kaushik,N.K.；Chauhan,V.S.；Verma,A.K.ACS Comb.Sci.,2011,13,530)。2007年Liu等报道了1-乙酰基-N-芳基环戊甲酰胺在硫酸催化下的环化/开环/环化串联反应合成了一系列吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物(Zhang,Q.；Zhang,Z.；Yan,Z.；Liu,Q.；Wang,Y.Org.Lett.,2007,9,3651.)。但是，这些合成方法有的需要使用贵金属作为催化剂，有的合成原料不易得到。如何使用一些易得的原料，通过一些简单的方法合成一些结构新颖的吡喃并喹啉衍生物具有十分重要的意义。

多组分反应是指将三个或者三个以上的起始原料一次或依次加入反应，通过一锅煮的方法得到目标产物，每个中间体都是下一步反应的原料，而在终产物的结构中包含所有原料片段的一种高效合成方法。通过多组分反应可以利用一些简单易得的原料，方便、高效地构建具有结构多样性和复杂性的化合物，该方法已经广泛应用于各种杂环化合物的合成((a)Toure,B.B.；Hall,D.G.Chem.Rev.,2009,109,4439.(b)Domling,A.；Wang,W.；Wang,K.Chem.Rev.,2012,112,3083.(c)Brauch,S.；van Berkel,S.S.；Westermann,B.Chem.Soc.Rev.,2013,42,4948.)。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物及其合成方法，利用一些简单、易得的原料参与的多组分反应，设计并合成一种结构新颖的吡喃并喹啉衍生物。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物，其创新点在于：具有式I所示结构：

其中，R为-H、CH₃O-、Cl-或(CH₃)₃C-中的任意一种。

一种上述吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物的合成方法，其创新点在于：以式II化合物、丙二腈和4-羟基吡喃酮为原料，在溶剂、催化剂催化和在微波辐射下经过三组分反应，一步合成得到目标化合物，即吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物(式I)，其合成路线如下：

其中，R为-H、CH₃O-、Cl-或(CH₃)₃C-中的任意一种。

进一步地，所述II化合物、丙二腈、4-羟基吡喃酮及催化剂的摩尔比为1:1:1:0.1～0.6，优选1:1:1:0.5。

进一步地，所述溶剂为乙醇、甲苯、四氢呋喃、乙二醇、N,N-二甲基甲酰胺、水或乙腈的一种，优选乙醇。

进一步地，所述催化剂可以为碱，所述碱为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸铯或六氢吡啶中的一种；催化剂也可以是酸，所述酸为对甲苯磺酸或醋酸中的一种；所述催化剂也可以是有机小分子催化剂L-丙氨酸、L-苯丙氨酸、L-脯氨酸，优选L-脯氨酸。

进一步地，所述反应温度为80～110℃，反应时间为20～50min；优选反应温度为100℃，反应时间为30min。

一种上述的吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物在抗肿瘤方面的应用，其创新点在于：对人体肝肿瘤细胞系HepG2具有较好的体外抑制增殖的IC₅₀值达到5.04μM；对人体肝肿瘤细胞系HepG2具有较好的体外抑制增殖的IC₅₀值达到9.63μM；对人体肝肿瘤细胞系HepG2具有较好的体外抑制增殖的IC₅₀值达到1.40μM。

本发明的优点在于：本发明的合成方法利用多组分反应，将三种原料通过“一锅煮”的方法合成了一种吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物，这是一种相当稳定的化合物，这些化合物对人体肝肿瘤细胞系HepG2具有较好的体外抑制增殖作用。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

一种吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物，具有式I所示结构：

其中，R为-H、CH₃O-、Cl-或(CH₃)₃C-中的任意一种。

一种吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物的合成方法，以式II化合物、丙二腈和4-羟基吡喃酮为原料，在溶剂、催化剂催化和在微波辐射下经过三组分反应，一步合成得到目标化合物，即吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物(式I)，其合成路线如下：

其中，R为-H、CH₃O-、Cl-或(CH₃)₃C-中的任意一种。

本发明的合成方法中，所述式II化合物、丙二腈、4-羟基吡喃酮及催化剂的摩尔比为1:1:1:0.1～0.6。

本发明的合成方法中，所使用的溶剂为乙醇、甲苯、四氢呋喃、乙二醇、N,N-二甲基甲酰胺、水或乙腈的一种。

本发明的合成方法中，所使用的催化剂可以为碱，可以为酸，也可以是有机小分子催化剂；所述的碱为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸铯或六氢吡啶中的一种，所述的酸为对甲苯磺酸或醋酸中的一种，所述的有机小分子催化剂为L-丙氨酸、L-苯丙氨酸、L-脯氨酸中的一种。

更具体地，本发明的合成方法的反应温度为80～110℃，反应时间为20～50min。

经过多次反应条件的筛选，并考虑到反应的效果和绿色化学的原则，作为优选，确定以乙醇作为溶剂，L-脯氨酸作为催化剂，将式II化合物、丙二腈、4-羟基吡喃酮及催化剂按照1:1:1:0.5的摩尔比，在反应温度100℃的条件下反应30min，得到的目标产物的收率最高。

下面由以下实施例对该种吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物的合成方法进行详细举例和说明：

实施例1

将2-氯喹啉-3-甲醛(0.2mmol)、丙二腈(0.2mmol)和4-羟基-6-甲基-2-吡喃酮(0.2mmol)加入到5mL微波反应管中，再加入L-脯氨酸(0.1mmol)及乙醇2mL，将反应管密封，预先搅拌10秒，混合物在微波辐射下于100℃反应30分钟，反应结束后，将反应体系冷却到室温，待析出固体后进行抽滤，再用DMF和水的混合溶剂进行重结晶得到2-(3-甲基-1-氧代-1,12-二氢化吡喃并[3’,4’:5,6]吡喃并[2,3-b]喹啉-12-基)丙二腈(Ia)：

收率65％；m.p.:228-230℃；IR(KBr,ν,cm^-1):2895,2256,1707,1647,1589,1488,1439,1399,1346,1256,1234,1195,1166,996,841,793；¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆)(δ,ppm):8.76(s,1H,ArH),8.11(d,J＝8.0Hz,1H,ArH),7.96(d,J＝8.4Hz,1H,ArH),7.91-7.87(m,1H,ArH),7.69-7.65(m,1H,ArH),6.64(s,1H,ArH),5.31(d,J＝4.0Hz,1H,CH),5.18(d,J＝3.6Hz,1H,CH),2.36(s,3H,CH₃).¹³C NMR(75MHz,DMSO-d₆)(δ,ppm):165.4,163.8,162.1,154.3,146.0,141.2,132.3,128.6,128.0,127.3,127.2,113.7,113.2,112.8,99.5,95.3,35.1,30.7,20.1.HRMS Calcd for C₁₉H₁₂N₃O₃[(M+H)⁺]330.0879；Found 330.0875。

实施例2

按照实施例1的方法，将2-氯喹啉-3-甲醛换成6-甲氧基-2-氯喹啉-3-甲醛，以L-脯氨酸为催化剂，在微波辐射下反应30分钟，反应结束后，将反应体系冷却到室温，待析出固体后进行抽滤，用DMF和水的混合溶剂重结晶得到目标产物2-(9-甲氧基-3-甲基-1-氧代-1,12-二氢化吡喃并[3’,4’:5,6]吡喃并[2,3-b]喹啉-12-基)丙二腈(Ib)：

收率67％；m.p.:270-272℃；IR(KBr,ν,cm^-1):2896,2257,1706,1646,1590,1505,1364,1234,1024,993,827,764；¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆)(δ,ppm):8.61(s,1H,ArH),7.86(d,J＝9.2Hz,1H,ArH),7.35-7.48(m,2H,ArH),6.62(s,1H,ArH),5.29(d,J＝3.2Hz,1H,CH),5.15(d,J＝3.2Hz,1H,CH),3.93(s,3H,CH₃O),2.35(s,3H,CH₃).¹³C NMR(75MHz,DMSO-d₆)(δ,ppm):165.2,163.8,162.2,158.0,152.6,141.7,139.5,129.4,128.3,124.8,113.6,113.2,112.9,106.3,99.5,95.1,56.2,35.1,30.6,20.0.HRMS Calcd for C₂₀H₁₄N₃O₄[(M+H)⁺]360.0984；Found 360.0974。

实施例3

按照实施例1的方法，将2-氯喹啉-3-甲醛换成6-叔丁基-2-氯喹啉-3-甲醛，以L-脯氨酸为催化剂，在微波辐射下反应30分钟，反应结束后，将反应体系冷却到室温，待析出固体后进行抽滤，用DMF和水的混合溶剂重结晶得到目标产物2-(9-叔丁基-3-甲基-1-氧代-1,12-二氢化吡喃并[3’,4’:5,6]吡喃并[2,3-b]喹啉-12-基)丙二腈(Ic)：收率63％；m.p.:280-282℃；IR(KBr,ν,cm^-1):2926,2256,1699,1656,1498,1435,1359,1269,1256,1236,1194,1024,991,829；¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆)(δ,ppm):8.73(s,1H,ArH),8.05-8.03(m,1H,ArH),7.99(d,J＝2.0Hz,1H,ArH),7.92(d,J＝8.8Hz,1H,ArH),6.66(s,1H,ArH),5.32(d,J＝3.6Hz,1H,CH),5.17(d,J＝3.6Hz,1H,CH),2.38(s,3H,CH₃),1.43(s,9H,(CH₃)₃C).¹³C NMR(75MHz,DMSO-d₆)(δ,ppm):165.3,163.8,162.1,154.0,149.8,144.5,141.0,131.2,127.7,126.9,123.3,113.4,113.2,112.8,99.4,95.2,35.2,35.1,31.3,30.7,20.0.HRMS Calcd for C₂₃H₂₀N₃O₃[(M+H)⁺]386.1505；Found 386.1505。

实施例4

按照实施例1的方法，将2-氯喹啉-3-甲醛换成2,6-二氯喹啉-3-甲醛，以L-脯氨酸为催化剂，在微波辐射下反应30分钟，反应结束后，将反应体系冷却到室温，待析出固体后进行抽滤，用DMF和水的混合溶剂重结晶得到目标产物2-(9-氯-3-甲基-1-氧代-1,12-二氢化吡喃并[3’,4’:5,6]吡喃并[2,3-b]喹啉-12-基)丙二腈(Id)：

收率62％；m.p.:>300℃；IR(KBr,ν,cm^-1):2895,2254,1709,1644,1592,1369,1263,1039,894；¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆)(δ,ppm):8.73(s,1H,ArH),8.29(s,1H,ArH),7.97(d,J＝9.2Hz,1H,ArH),7.89(d,J＝9.2Hz,1H,ArH),6.65(s,1H,ArH),5.31(d,J＝3.6Hz,1H,CH),5.18(d,J＝3.6Hz,1H,CH),2.36(s,3H,CH₃).¹³C NMR(75MHz,DMSO-d₆)(δ,ppm):165.5,163.7,162.8,162.0,154.6,144.6,140.5,132.8,131.7,130.1,127.9,127.3,115.0,113.1,112.8,99.4,95.3,36.1,35.1,31.2,30.7,20.1.HRMS Calcd for C₁₉H₁₁ClN₃O₃[(M+H)⁺]364.0489；Found 364.0484。

实施例5实施例1～4中化合物Ia～Id在抗肿瘤方面的应用

使用SRB法研究化合物Ia～Id的抗肿瘤活性。将化合物用二甲亚砜(DMSO)溶解，稀释。在96孔板中每孔接种4000个HepG2肿瘤细胞，在37℃、5％CO₂细胞培养培养箱中培育24小时。每孔中加入不同浓度的化合物(浓度为10μM,20μM,30μM)，共同于37℃、5％CO₂细胞培养培养箱中孵育48小时，以DMSO(1％)为空白对照，用SRB法(Sun,H.X.；He,H.W.；Zhang,S.H.；Liu,T.G.；Ren,K.H.；He,Q.Y.；Shao,R.G.Cancer Gene Ther.,2009,16,693.)确定并计算IC₅₀值。结果表明，该系列化合物具有显著的抗肝癌活性，化合物Ia、Ib、Ic、Id体外抑制HepG2细胞增殖的均显示出一定的生物活性。其中，化合物2-(3-甲基-1-氧代-1,12-二氢化吡喃并[3’,4’:5,6]吡喃并[2,3-b]喹啉-12-基)丙二腈(Ia)、2-(9-甲氧基-3-甲基-1-氧代-1,12-二氢化吡喃并[3’,4’:5,6]吡喃并[2,3-b]喹啉-12-基)丙二腈(Ib)和2-(9-叔丁基-3-甲基-1-氧代-1,12-二氢化吡喃并[3’,4’:5,6]吡喃并[2,3-b]喹啉-12-基)丙二腈(Ic)具有很好的抗肿瘤活性，它们的IC₅₀值如下：

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。