一种以1-吡啶-β-咔啉为配体的氯化铜(II)螯合物及其合成方法和应用与流程

本发明涉及医药技术领域，具体涉及一种一种以1-吡啶-β-咔啉为配体的氯化铜(II)螯合物及其合成方法和应用。

背景技术：

癌症(又称恶性肿瘤)是一种多基因参与的、逐步发展的全身性、系统性疾病。有资料统计显示，癌症在相当多的国家和地区已成为死亡第一诱因，且呈现多样化、持续增高的发病态势，预计到2020年，全球癌症患者将突破2000万，且这种态势在发展中国家更为严重。如何攻克癌症成为医学界的奋斗目标，随着医学科学的发展人们对肿瘤的认识不断深入，肿瘤发生发展的每个环节都可能成为治疗的潜在靶点。

近年来，随着顺铂等药物的临床应用，金属基螯合物抗肿瘤药物已逐渐成为研究热点。金属的固有属性与生物活性配体分子的结合，为一些高效、低毒、谱广和针对靶向活性的新药研发提供了广阔的空间。

β-咔啉类生物碱是一大类天然来源的生物碱，自然界分布广泛。其中从蒺藜科多年生草本植物骆驼蓬种子中所提取出的最为常见的β-咔啉类生物碱，主要包括去氢骆驼蓬碱及骆驼蓬碱。国内外相关研究发现，β-咔啉类生物碱表现出广谱的抗肿瘤活性，且毒副作用相对较小。β-咔啉类生物碱的结构修饰一直备受科研工作者的关注。一般认为，大多数β-咔啉类生物碱的平面共轭结构以及不同取代基团(如苄基(-C6H5)、甲氧基(-OCH3))的存在与其抗肿瘤活性具有显著关系。目前对β-咔啉类生物碱的研究主要包括以下几个方面：一是基于天然产物化学研究从不同科属的植物中发现并进行分离提纯；二是通过有机合成方法对β-咔啉类生物碱进行全合成或半合成，对其结构进行修饰。另外则是对其药理活性(如抗肿瘤活性)进行分子机理研究。如插入DNA，抑制拓扑异构酶、抑制CDK等。但从目前的研究进展来看，β-咔啉类生物碱在天然植物中的含量一般都比较低，而且提取相对比较复杂，不利于对其进行深入研究，而有机半合成方法在产率上虽具有一定的优势，但受到制取成本的限制，因此目前对β-咔啉类生物碱的拓展研究尚显不足。

另一方面，虽然顺铂已成功上市数十年并成功治疗了多种癌症，但是临床结果显示其仍然存在一些问题，例如抗药性以及毒副作用，有一些癌症天然表现出对顺铂的抗药性，还有的癌症在初步治疗后逐渐也表现出诱发性抗药性。临床前和临床实验均表明：非铂类抗肿瘤药物具有广阔的发展前景，但目前以1-吡啶-β-咔啉为配体的氯化铜(II)螯合物的研究尚属空白。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种结构新颖的以1-吡啶-β-咔啉为配体的氯化铜(II)螯合物，以及它的合成方法和应用。

本发明涉及下式(I)所示化合物或其药学上可接受的盐:

上述式(I)所示化合物的合成方法为：取如下式(II)所示化合物和二水合氯化铜(CuCl2·2H2O)，溶于极性溶剂中，进行配位反应，即得到目标产物；

上述合成方法的合成路线如下：

上述合成方法中所涉及的原料式(II)所示化合物作为配体参与反应，其化学名称为1-吡啶-β-咔啉(1-Pyridine-β-Carboline)，简称KL。该化合物可自行设计合成路线进行制备，优选下述方法进行制备：以色胺和吡啶-2-甲醛为原料，在第一有机溶剂中反应，经过脱水缩合得到化合物1；然后将化合物1置于第二有机溶剂中，加入氧化剂关环并脱氢，即得；其中：

所述的第一有机溶剂为选自甲苯、甲醇、乙醇、二氯甲烷和三氯甲烷中的一种或两种以上的组合；

所述的第二有机溶剂为选自苯、甲苯、对二甲苯、冰乙酸和二氯甲烷中的一种或两种以上的组合；

所述的氧化剂为钯碳、醋酸锰水合物(Mn(Ac)3·nH2O)、四乙酸铅(Pb(Ac)4)或2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌。

上述制备式(II)所示化合物方法的合成路线如下：

试剂：(a)第一有机溶剂；(b)氧化剂，第二有机溶剂。

上述式(II)所示化合物更为具体的合成方法，包括以下步骤：

①以色胺和吡啶-2-甲醛为原料，在第一有机溶剂中反应，反应过程中排出反应生成的水，待反应结束后蒸干溶剂，得到化合物1；

②将化合物1置于第二有机溶剂中，加入氧化剂，加热条件下反应，待反应结束，过滤，收集滤液，蒸干，得到式(II)所示化合物即化合物2。

上述式(II)所示化合物合成方法的步骤①中，色胺和吡啶-2-甲醛的物质的量之比通常为0.8～1.2：1，反应可以在加热或不加热的条件下进行，反应过程中可以用分水器排出反应生成的水，反应是否完全可以可采用薄层层析(TLC)跟踪检测；优选地，反应采用加热回流反应，此时反应的时间控制在2～6h较合适。该步骤中，得到的是化合物1的粗产物，为了减少后续反应中的杂质，提高后序反应的产率，优选是对所得残渣进行纯化操作后再进行后序反应。具体的纯化操作可以是对所得残渣用小极性溶剂重结晶，所得重结晶产物再用于后序反应。所述用于重结晶的小极性溶剂与现有技术相同，具体可以是石油醚和/或正己烷等。

上述式(II)所示化合物合成方法的步骤②中，反应优选采用加热回流反应，反应是否完全可以可采用薄层层析跟踪检测。该步骤中，根据氧化剂的不同，选用不同的第二有机溶剂，具体如下：

(1)当氧化剂的选择为钯碳时，第二有机溶剂优选为苯、甲苯和对二甲苯中的一种或两种以上的组合，当二有机溶剂的选择为上述两种以上的组合时，它们之间的配比可以为任意配比。所述钯碳的加入量通常按10mmol化合物1加入2～3g钯碳，所述的钯碳可以是5％Pd/C或10％Pd/C。

(2)当氧化剂的选择为醋酸锰水合物或四乙酸铅时，第二有机溶剂优选为冰乙酸；所述醋酸锰水合物或四乙酸铅的加入量通常为化合物1物质的量的2～8倍。当氧化剂的选择为醋酸锰水合物或四乙酸铅时，优选反应结束后用碱液调节体系的pH≥7，再对其进行萃取，收集有机相，蒸干溶剂所得的残渣再上硅胶柱层析纯化；其中，所述的碱液可以是氨水、乙酸钠、碳酸钠、磷酸钠、碳酸氢钠或碳酸钾等碱性物质的水溶液，所述碱液的浓度优选为5～30/w/w％；用于萃取调pH值后体系的溶剂具体可以是乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿或乙醚等。

(3)当氧化剂的选择为2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌时，第二有机溶剂优选为苯、甲苯和二氯甲烷的一种或两种以上的组合，当二有机溶剂的选择为上述两种以上的组合时，它们之间的配比可以为任意配比。所述2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌的加入量通常为化合物1物质的量的1～4倍。

上述方法制备得到的是式(II)所示化合物的粗产物，为了进一步提高其纯度，有利于后续反应的进行，优选对上述所得粗产物进行纯化，纯化后再用于本发明目标产物的合成方法中。所述的纯化操作与现有技术相同，具体的纯化操作可以是对所得残渣用甲醇重结晶，或者是将所得残渣上硅胶柱层析纯化，在上硅胶柱层析时，所用的洗脱剂为石油醚和二氯甲烷按6：1～1：1的体积比组成的混合溶剂。

本发明所述式(I)所示化合物的合成方法中，所述的极性溶剂为二甲基亚砜，或者是二甲基亚砜与选自水、甲醇、丙酮、氯仿、N，N-二甲基甲酰胺和乙腈中的一种或任意两种以上的组合。优选二甲基亚砜在极性溶剂中所占的比例为10～100v/v％。当极性溶剂中含有水、甲醇、丙酮、氯仿、N，N-二甲基甲酰胺和乙腈中的任意两种以上的选择时，在它们的总量不超出90％的前提条件下，它们的配比可以为任意配比。所述极性溶剂的用量可根据需要确定，通常情况下，1mmol式(II)所示化合物和1mmol二水合氯化铜使用35～40mL的极性溶剂来溶解。在具体的溶解步骤中，一般将式(II)所示化合物和二水合氯化铜混合后再加入极性溶剂；也可将式(II)所示化合物和二水合氯化铜分别使用极性溶剂进行溶解，再混合进行反应。

本发明所述式(I)所示化合物的合成方法中，所述二水合氯化铜和式(II)所示化合物的摩尔比为化学计量比为1:1。

本发明所述的式(I)所示化合物具体在合成时，可采用常压溶液法或高压溶剂热法进行合成。

当采用常压溶液法时，其合成方法包括：取式(II)所示化合物和二水合氯化铜溶于极性溶剂中，所得混合液于加热条件下反应，反应物除去部分溶剂，静置，析出，分离出固体，即得目标产物。

上述常压溶液法中，反应优选采用回流反应，反应优选是在45℃至极性溶剂的回流温度范围内进行。判断反应是否完全可采用薄层层析跟踪检测。在上述限定条件下，反应时间控制在24～48h较为合适。反应物采用浓缩的方式除去部分溶剂，通常是浓缩除去极性溶剂加入量的70～90％。

当采用高压溶剂热法时，其合成方法包括：取式(II)所示化合物和二水合氯化铜溶于极性溶剂中，所得混合液置于容器内，经液氮冷冻后抽至真空，熔封，然后在加热条件下反应，得到目标产物。

上述高压溶剂热法中，所述的容器通常为厚壁硼硅玻璃管，反应温度通常在45～65℃条件下进行，在此温度条件下，反应时间优选控制在48～72h，也可根据实际情况延长至72h以上。

本发明还包括上述式(I)所示化合物或其药学上可接受的盐在制备抗肿瘤药物当中的应用。

本发明还包括上述式(I)所示化合物或其药学上可接受的盐作为活性成分制备的抗肿瘤药物。

与现有技术相比，本发明提供了一种结构新颖的以1-吡啶-β-咔啉为配体的氯化铜(II)螯合物，以及它的合成方法和应用。申请人通过考察其对多种肿瘤细胞株的抑制作用，结果表明该螯合物表现出比其配体及顺铂更强的抗肿瘤活性，具有较好的潜在药用价值，有望应用于各种抗肿瘤药物的制备。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的最终产物的核磁共振氢谱图；

图2为本发明实施例1制得的最终产物的核磁共振碳谱图；

图3为本发明实施例1制得的最终产物的电喷雾质谱谱图；

图4为本发明实施例1制得的最终产物的X射线单晶结构图；

图5为本发明实施例5制得的最终产物的X射线单晶结构图；

图6为本发明实施例5制得的最终产物的电喷雾质谱谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述,以更好地理解本发明的内容,但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：式(II)所示化合物即1-吡啶-β-咔啉(KL)的合成

1)将1.60g(10mmol)色胺溶于70mL二氯甲烷中，再加入1.07g(10mmol)吡啶-2-甲醛，加热至回流反应8小时；反应结束后，减压蒸馏得粗产物化合物1；

2)将2.49g(10mmol)化合物1溶于80mL冰醋酸中，再加入13.4g醋酸锰水合物(Mn(Ac)3·nH2O)，加热至80℃，反应隔夜，蒸干溶剂，加入100mL水，用乙酸乙酯萃取3次，合并有机相，蒸干溶剂得到油状粗产物，之后上快速液相色谱进行纯化(V石油醚：V二氯甲烷＝1:1)，得到浅黄色晶体化合物2(产率约为73％)。

对所得浅黄色晶体进行核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、电喷雾质谱和单晶衍射分析，具体波谱特性如下：

(1)核磁共振氢谱和碳谱，它们的谱图分别如图1和2所示。

¹H NMR(500MHz,CDCl3)δ:11.22(s,1H),8.82～8.74(m,2H),8.53(d,J＝5.1Hz,1H),7.98(d,J＝5.1Hz,1H),7.90(td,J＝7.8,1.8Hz,1H),7.60(d,J＝2.4Hz,1H),7.54(d,J＝8.8Hz,1H),7.37–7.32(m,1H),7.25(dd,J＝8.8,2.5Hz,1H),3.96(s,J＝4.0Hz,3H)。1H NMR(500MHz,DMSO-d6)δ11.97(s,1H),8.90(d,J＝4.7Hz,1H),8.65(d,J＝8.0Hz,1H),8.51(d,J＝5.0Hz,1H),8.30(d,J＝7.8Hz,1H),8.25(d,J＝5.0Hz,1H),8.05(t,J＝7.7Hz,1H),7.90(d,J＝8.2Hz,1H),7.60(t,J＝7.7Hz,1H),7.53(m,1H),7.29(t,J＝7.5Hz,1H)。

¹³C NMR(126MHz,CDCl3)δ:157.87,154.08,148.25,138.09,137.44,136.83,135.68,135.30,130.36,122.92,121.41,121.35,118.51,115.36,112.67,103.57,77.30,77.25,77.04,76.79,56.02 13C NMR(150MHz,DMSO-d6)δ157.10,148.72,141.01,138.08,137.70,137.24,133.54,129.90,128.36,123.38,121.62,120.83,120.33,119.56,115.68,112.91。

(2)电喷雾质谱，如图3所示，ESI-MS m/z:246.10[M+H]⁺.

(3)X射线单晶衍射分析，确定其单晶结构如图4所示。

因此，可确定上述浅黄色固体产物即为1-吡啶-β-咔啉，其化学结构式如下述式(II)所示：

实施例2：配体KL的合成

1)将1.60g(10mmol)色胺溶于70mL甲苯中，再加入1.07g(10mmol)吡啶-2-甲醛，加热至回流反应6小时，反应结束后，减压蒸馏得粗产物化合物1；

2)将2.49g(10mmol)化合物1溶于80mL冰醋酸中，再加入13.4g醋酸锰水合物(Mn(Ac)3·nH2O)，加热至70℃，反应隔夜，蒸干溶剂，加入100mL水，用乙酸乙酯萃取3次，合并有机相，蒸干溶剂得到油状粗产物，之后上快速液相色谱进行纯化(V石油醚：V二氯甲烷＝2:3)，得到浅黄色晶体化合物2(产率约为55％)。

对所得浅黄色晶体进行核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、电喷雾质谱和单晶衍射分析，确定为目标产物1-吡啶-β-咔啉。

实施例3：配体KL的合成

1)将1.60g(10mmol)色胺溶于由30mL的甲醇和40mL的乙醇组成的混合溶剂中，再加入1.07g(10mmol)吡啶-2-甲醛，加热至回流12小时，反应结束后，减压蒸馏得粗产物化合物1；

2)将2.49g(10mmol)化合物1溶于80mL冰醋酸中，再加入20mmol Pb(Ac)4，加热至90℃，反应隔夜，蒸干溶剂，加入100mL水，用乙酸乙酯萃取3次，合并有机相，蒸干溶剂得到油状粗产物，之后上快速液相色谱进行纯化(V石油醚：V二氯甲烷＝3:2)，得到得到浅黄色晶体化合物2(产率约为67％)。

对所得浅黄色晶体进行核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、电喷雾质谱和单晶衍射分析，确定为目标产物1-吡啶-β-咔啉。

实施例4：配体KL的合成

1)将1.6g(10mmol)色胺、1.1g(10mmol)吡啶-2-甲醛和50ml三氯甲烷加入150ml圆底烧瓶，加热至回流反应4小时，待反应结束后蒸干溶剂，残渣用100ml正己烷重结晶得到化合物1(2.3g,产率92％)；

2)将2.5g(10mmol)化合物1、2.5g钯碳(10％Pd/C)和100ml对二甲苯加入250ml圆底烧瓶，加热至回流，并用薄层层析跟踪检测至反应结束，静置抽滤并将滤液蒸干，所得残渣上硅胶柱(层析纯化(V石油醚：V二氯甲烷＝1:1)，得到浅黄色晶体化合物2(2.1g,产率86％)。

对所得浅黄色晶体进行核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、电喷雾质谱和单晶衍射分析，确定为目标产物1-吡啶-β-咔啉。

实施例5：螯合物[Cu^II(KL)Cl2(DMSO)]的合成

在一端开口的厚壁硼硅玻璃管中，直接加入0.1mmol二水合氯化铜和0.1mmol配体KL，再加入1.7mL由甲醇和二甲基亚砜组成的混合溶剂(甲醇和二甲基亚砜的体积比为13:5)；经液氮冷冻后抽至真空，将开口端熔封，然后在45℃条件下充分反应48h；反应结束后，每小时降温5℃，直至降到室温，即有墨绿色片状结晶型固体产物析出。

将上述所得墨绿色产物经电喷雾质谱(如图6所示)及X射线单晶衍射分析结构(如图5所示)测定，确定为本发明所述的以1-吡啶-β-咔啉为配体的氯化铜(II)螯合物，即目标螯合物[Cu^II(KL)Cl2(DMSO)]，其结构式如下述式(I)所示：

实施例6：螯合物[Cu^II(KL)Cl2(DMSO)]的合成

重复实施例5，不同的是：

极性溶剂改为由二甲基亚砜和水组成的混合溶剂(二甲基亚砜和水的体积比为9:1)，反应温度改为60℃，反应时间为72h，反应结束后，直接冷却(产率79％)。

析出墨绿色产物经电喷雾质谱和X射线单晶衍射分析进行结构测定，确定为目标螯合物[Cu^II(KL)Cl2(DMSO)]。

实施例7：螯合物[Cu^II(KL)Cl2(DMSO)]的合成

重复实施例5，不同的是：

极性溶剂改为二甲基亚砜，反应时间改为72h，反应结束后，直接冷却(产率82％)。

析出墨绿色产物经电喷雾质谱和X射线单晶衍射分析进行结构测定，确定为目标螯合物[Cu^II(KL)Cl2(DMSO)]。

实施例8：螯合物[Cu^II(KL)Cl2(DMSO)]的合成

分别称取配体KL 0.1mmol、二水合氯化铜0.1mmol，将配体KL溶解于25mL二甲基亚砜中，将二水合氯化铜溶解于10mL的N,N-二甲基甲酰胺中，均匀混合两种溶液；在65℃下反应24h，减压蒸馏除去大部分溶剂(溶剂加入量的80％)，冷却至室温，静置，析出墨绿色固体，分离出固体，用水洗涤、干燥，得到墨绿色固体产物(产率80％)。

所得产物经过电喷雾质谱结合X射线单晶衍射分析进行结构测定，确定为目标螯合物[Cu^II(KL)Cl2(DMSO)]。

实施例9：螯合物[Cu^II(KL)Cl2(DMSO)]的合成

重复实施例8，不同的是：

将极性溶剂中N,N-二甲基甲酰胺改为丙酮，其中二甲基亚砜和丙酮的体积比为1:9，反应温度为50℃，反应时间为48h(产率73％)。

所得产物经过电喷雾质谱结合X射线单晶衍射分析进行结构测定，确定为目标螯合物[Cu^II(KL)Cl2(DMSO)]。

实施例10：螯合物[Cu^II(KL)Cl2(DMSO)]的合成

分别称取配体KL 0.1mmol、二水合氯化铜0.1mmol，将配体KL和二水合氯化铜溶解于由2mL二甲基亚砜、1mL乙腈和1mL水组成的混合溶剂中，在45℃下反应48h，减压蒸馏除去大部分溶剂(溶剂加入量的90％)，冷却至室温，静置，析出墨绿色固体；分离出固体，用水洗涤、干燥，得到墨绿色固体产物(产率75％)。

所得产物经过电喷雾质谱结合X射线单晶衍射分析进行结构测定，确定为目标螯合物[Cu^II(KL)Cl2(DMSO)]。

为了充分说明本发明所述的以1-吡啶-β-咔啉为配体的氯化铜(II)螯合物在制药中的用途，申请人对该螯合物及其配体KL进行了抗肿瘤活性实验。

实验例1：以1-吡啶-β-咔啉为配体的氯化铜(II)螯合物(按实施例5所述方法制得)及配体KL(按实施例1所述方法制得)对多种人类肿瘤株进行体外抑制活性实验

1、细胞株与细胞培养

本实验选用NCI-H-460(人大细胞肺癌)、SK-OV-3(人卵巢腺癌细胞株)、Hep G2(人肝癌细胞)、MGC803(人胃癌细胞)、T24(人膀胱癌细胞)等。

所有细胞株均培养在含10％FBS牛胎血清、1％青链霉素混合液的DMEM培养液内，置37℃含体积浓度5％CO2孵箱中培养。

2、初筛

各株细胞种96孔板贴壁后换无血清DMEM，12至18小时后加药。本实验用化合物(纯度均≥95％)，将化合物配制成200μmol/L中间浓度，取20μL中间浓度化合物溶液，加入已有180μL细胞液的96孔板内，化合物终浓度为20μmol/L。DMSO终浓度≤1％，测试该浓度下化合物对肿瘤细胞生长的抑制程度。凡是抑制率大于50％，且符合光镜下细胞受抑(或受损)的形态变化(如细胞皱缩，破碎，漂浮等)的，则判定为初筛有效，求得抑制率结果如下述表1所示。

3、细胞生长抑制实验(MTT法)

将待测的受试化合物以DMSO溶解后，无血清培养基稀释中间浓度为200μmol/L，100μmol/L，50μmol/L，25μmol/L，12.5μmol/L，再用直径d＝0.22μm的微孔滤膜过滤除菌，置于4℃下保存。

分别将处于对数生长期的系列肿瘤细胞株以每孔180μL分别接种于96孔板，边缘孔加200μL PBS(磷酸缓冲盐粉剂配制溶液)，细胞浓度约为1×10⁴/孔，培养12小时，待细胞贴壁后，换无血清DMEM，12至18小时化合物中间浓度液体，化合物每个浓度平行设5个复孔，其中DMSO终浓度≤1％，同时设相应的阴性对照组(培养液中只有细胞和等量DMSO，无药物)和空白对照组(培养液中只有等量的药物，无细胞)，每个组也平行设5个复孔，药物作用时间为48h。培养结束前4小时每孔加入10μL MTT(5mg/mL PBS)，继续培养4h后，倾去培养液，加入DMSO 100μL/孔，平板震荡器振荡7min，使结晶物充分溶解，空白对照组调零，用酶标仪以570nm/630nm双波长测定去除本底光吸收值后的吸光度(A)值，测得抑制率，IC50，其测试结果如以下表2所示：

表1：