本发明属于杂环化合物制备技术领域，更具体地，涉及一种C3取代的四氢异喹啉衍生物及其制备方法和应用。
背景技术：
目前，全世界大约有3亿人患哮喘，且发病率呈上升趋势。(临床医药文献杂志.2016,22,4513)哮喘属于一种慢性气道炎症疾病，多发病于幼年，与过敏和嗜酸性细胞有关。慢性阻塞性肺炎和哮喘类似，但常中年发病；(疑难病杂志.2015,7,759)二者具有共同的临床表现，但属于两种不同的疾病，(中国呼吸与危重监护杂志.2014,2,219)在2014年，相关组织提出了哮喘-慢性阻塞性肺炎重叠综合征(ACOS)的概念，但并未提出对应的治疗手段。(临床肺科杂志.2016,10,1897-1898)而且这类慢性肺部疾病严重危害地人类的健康。目前市面上没有根治这类疾病的药物，只能在发病时缓解病症，(中华肺部疾病杂志(电子版).2014,5,573)因此治疗费用也给患者带来了经济上的负担。
人体的环腺苷酸(cMAP)和环鸟苷酸(cGMP)的平衡调节支气管的正常状态，(李峰,2008,山东大学硕士学位论文)哮喘病人发病时，体内的cMAP的含量相对下降。(临床军医杂志,2003,45,16)磷酸二酯酶IV(PDE4)能够水解cMAP，可以作为哮喘、慢性阻塞性肺病等疾病的一个治疗靶点。(中国药理学通报.2014,2,283-284)研究表明PDE4抑制剂能有效抑制PDE4的活性，升高cMAP的水平，可用于治疗哮喘等疾病。(中国药理学通报.2006,10,1164-1165)
罗氟司特(Roflumilust)是已经通过美国FDA批准上市使用的一种PDE-4抑制剂，用于哮喘、慢性阻塞性肺炎的治疗。同时，西洛司特(Cliomilast)、阿罗茶碱(Arofylline)等化合物已进入临床Ⅲ期的研究。(沈阳药科大学学报.2013,7,569)
因此，寻求具有高效的PDE4抑制活性的化合物具有极大的现实意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种C3取代的四氢异喹啉衍生物，该化合物具有良好的生物活性，是一类磷酸二酯酶PDE4抑制剂。
本发明的另一目的在于提供上述C3取代的四氢异喹啉衍生物的制备方法。
本发明的再一目的在于提供在制备与磷酸二酯酶(PDE4)抑制作用相关的疾病药物中的应用。
本发明提供的C3取代的四氢异喹啉衍生物，其具有良好的磷酸二酯酶IV活性抑制效果。所述C3取代的四氢异喹啉衍生物及其药用盐具有潜在的预防和治疗哮喘和慢性肺栓塞疾病的作用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种C3取代的四氢异喹啉衍生物，所述C3取代的四氢异喹啉衍生物具有如式I或式II所示结构：
所述R1基为氢、环烷基、烷基、苯基或取代苯基；
所述R2基为氢或烷基；
所述R3基为烷基；
取代基为碳原子数为1～3的烷基。
优选地，所述R1基为氢、碳原子数为3～10的环烷基、碳原子数为1～10的烷基或苄基。
优选地，R2基为氢或碳原子数为1～10的烷基，R3基为碳原子数为1～10的烷基。
优选地，所述R1基为氢、甲基、乙基、正戊基、环戊基或苄基。
R2基为氢、甲基或乙基，R3基为甲基或乙基。
更优选地，当R2基为氢，R3基为甲基。
当R2基为甲基或乙基时，R3基与R2基相同。
本发明同时提供所述含四氢异喹啉并氨基甲酸酯类化合物的制备方法，包括如下步骤：
S1.将经取代、加成消除反应，得到化合物1，
S2.将化合物1经过还原反应，得到化合物2，
S3.将化合物2经过缩合反应，得到化合物3，
S4.将化合物3经过Bischler-Napieralski反应关环后用氢气还原C＝N双键得到四氢异喹啉衍生物4，
S5.将化合物4与对三氟甲氧基苯甲酰氯等通过酰化反应得到化合物5，
S6.将化合物5与甲醇钠/甲醇发生酯交换反应得到化合物6，
S7.将化合物6用氢氧化钠进行水解反应得到化合物7，
S8.将化合物7在碳酸钾作用下与溴代烃经酯化反应得到式I化合物，
S9.将化合物7与甲胺盐酸盐、二甲胺盐酸盐或二乙胺经缩合反应得到式II化合物
更具体地，S1中取代、加成消除包括以下步骤：
香草醛形成强碱弱酸盐后，采用williamson合成法，与溴代环戊烷发生取代反应，得到中间体；该中间体与硝基乙酸乙酯，二甲胺与氟化钾催化下发生加成消除反应，得到化合物1。
S2中还原反应包括以下步骤：
即用氢气将化合物1结构中的双键和硝基同时还原，得到化合物2。
S3中缩合反应、S4中Bischler-Napieralski反应包括以下步骤：
将该化合物2与甲酸在缩合剂EDC-HCl及DMAP等作用下发生酰化反应，得到中间体3；
该中间体3在三氯氧磷等缩合剂的作用下发生Bischler-Napieralski反应，分子内酰化然后还原形成的C＝N双键得到四氢异喹啉环4；缩合剂优选自P2O5、POCl3、PCl5或PPE中的一种或多种。
作为一种更优选方案，所述缩合剂为POCl3；
S5中四氢异喹啉衍生物4与对三氟甲氧基苯甲酰氯等试剂发生酰化反应形成酰胺键，得到化合物5。
S6中化合物5与甲醇钠/甲醇经酯交换反应得到化合物6，其用氢氧化钠反应得到水解产物7；
S8中化合物7在碳酸钾作用下与不同的溴代烃反应得到系列I化合物
S9中化合物7与甲胺盐酸盐、二甲胺盐酸盐、二乙胺等经缩合反应得到C3取代的四氢异喹啉衍生物II，
所述C3取代的四氢异喹啉衍生物I和II对磷酸二酯酶IV具有较强的抑制作用，在预防和治疗哮喘和慢性肺栓塞疾病中具有潜在的应用价值。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明公开一种C3取代的四氢异喹啉衍生物，所述C3取代的四氢异喹啉衍生物结构新颖，具有良好的生物活性，可以用作选择性PDE4抑制剂。所述C3取代的四氢异喹啉衍生物的制备方法简单，产率高，拓展了四氢异喹啉类结构化合物在制备预防和治疗哮喘和慢性肺栓塞疾病药物方面的应用前景。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。
实施例1：7-环戊氧基-8-甲氧基-1,5,10,10a-四氢-2-对三氟甲氧基苯甲酰[3,4-b]异喹啉-3-甲酸乙酯(5)的制备
以香草醛作为起始原料，经过取代、加成消除、还原、酰化、Bischler-Napieralski反应及酰化反应，得到含四氢异喹啉并氨基甲酸酯类化合物。制备流程如下：
试剂与条件:a.K2CO3,DMF；b.NO2CH2COOEt,(CH3)2NH·HCl,KF；c.H2,10％Pd/C；d.HCOOH,EDC,DMAP；e.I.POCl3,toluene；II.H2,10％Pd/C,MeOH,EtOAc；f.dry CH2Cl2,Et3N,DMAP；g MeONa/MeOH；h 4N NaOH,THF/MeOH；I K2CO3,n-PentylBr,DMF；j EDC-HCl,DMAP,CH2Cl2
(1)制备4-环戊氧基-3-甲氧基苯甲醛(I-A)
将(25g,0.164mol)香草醛，溶于80mL DMF中，加入(33g,0.239mol)碳酸钾固体，常温搅拌半小时后，采用恒压滴液漏斗滴加(22mL,0.193mol)溴代环戊烷溶液，65℃回流6h。减压旋蒸除去DMF溶剂，剩余物用乙酸乙酯溶解，依次用水、饱和NaHCO3溶液、饱和NaCl溶液洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，旋蒸除溶剂，得微黄色液体产物I-A(31.6g，产率87％)。
(2)制备2-氨基-3-(4-环戊氧基-3-甲氧苯基)-1-丙酸乙酯(I-C)
取上一步制得的4-环戊氧基-3-甲氧基苯甲醛I-A(24.00g,0.11mol)，与硝基乙酸乙酯(14.4ml,0.13mol)溶于200mL干燥甲苯，依次加入二甲胺盐酸盐(17.9g,0.22mol)和氟化钾(0.96g,16.5mmol)，120℃反应24h。旋蒸除去甲苯，剩余物用二氯甲烷溶解，依次用水、饱和氯化钠溶液洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，旋蒸除溶剂，剩余物经柱层析(V石油醚/V乙酸乙酯＝15/1)得浅黄色固体中间产物I-B(20.2g，产率54.8％)；
取浅黄色固体I-B(11.0g,32.80mmol)溶于150mL甲醇中，加入1.1g Pd/C(10％)，然后在H2氛围下rt反应24h。TLC检测反应完毕后，过滤滤掉Pd/C，旋蒸除溶剂，硅胶柱层析(V二氯甲烷/V甲醇/V三乙胺＝100/2/1)得白色固体产物I-C(6.08g，产率60.3％)。
(3)制备(7-环戊氧基-6-甲氧基-1,2,3,4,-四氢异喹啉-3-基)-甲酸乙酯(I-E)
取上一步制得的2-氨基-3-(4-环戊氧基-3-甲氧苯基)-1-丙酸乙酯I-C(3.40g,11.06mmol)与甲酸(1.45ml,38.46mmol)溶于60mL干燥二氯甲烷，冰浴加入EDC·HCl(7.37g,38.46mmol)和DMAP(0.88g,5.13mmol)，室温反应12h。用100mL二氯甲烷稀释反应液，然后依次用1M HCl、饱和NaHCO3溶液及饱和NaCl溶液萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，旋蒸除溶剂，剩余物经柱层析(V石油醚/V乙酸乙酯＝1/1)得白色固体中间产物I-D(3.05g，产率82.3％)；
取中间产物I-D(1.1g,3.73mmol)溶于20mL干燥甲苯，加入三氯氧磷(0.73ml,7.83mmol)，100℃反应3h。蒸去甲苯，乙酸乙酯溶解剩余物，依次用水、饱和NaHCO3溶液、饱和NaCl溶液萃取，有机相用无水硫酸钠干燥。将剩余物溶于20mL甲醇和二氯甲烷(V:V＝1:1)的混合溶剂，加入0.2g Pd/C(10％)，然后在H2氛围下室温搅拌反应24h。过滤，旋蒸除溶剂，硅胶柱层析(V二氯甲烷/V甲醇＝30/1)得红色粘稠液体I-E(0.8g，产率66.7％)；
(4)C-3乙基修饰的四氢异喹啉衍生物5
取上一步制得的(7-环戊氧基-6-甲氧基-1,2,3,4,-四氢异喹啉-3-基)-甲酸乙酯I-E(1.10g,3.45mmol)溶于20mL干燥的吡啶中，冰浴下依次加入对三氟甲氧基苯甲酰氯(1.01g,4.48mmol)和DMAP(43mg,0.35mmol)，室温反应2h。加入1mL甲醇终止反应，减压蒸除溶剂，剩余物溶于100mL乙酸乙酯中然后依次用1M HCl、饱和碳酸氢钠及饱和氯化钠溶液洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，浓缩，剩余物经柱层析(V石油醚/V乙酸乙酯＝3/1)得白色固体5(1.66g，产率94.9％)。
(5)C-3甲基修饰四氢异喹啉衍生物6
将化合物5(0.20g,0.39mmol)溶于15mL甲醇中，然后加入甲醇钠(50mg)，室温下反应5h。减压浓缩，剩余物经柱层析(V石油醚/V乙酸乙酯＝3/1)得白色固体6(0.18g，产率92.8％)。
(6)C-3为羧基的四氢异喹啉衍生物7
将化合物6(0.50g,1.01mmol)溶于10mL甲醇与四氢呋喃的混合溶剂(V:V＝1:1)中，然后加入4N NaOH(5mL)，室温下反应2h。用3M HCl调pH＝7，减压浓缩，剩余物加入50mL氯仿，然后依次用水及饱和氯化钠溶液洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，浓缩，剩余物经柱层析(V石油醚/V乙酸乙酯＝3/1)得白色固体7(0.46g，产率94.8％)。
(7)C-3正戊基修饰四氢异喹啉衍生物8
将化合物7(0.20g,0.42mmol)溶于10mLDMF中，加入碳酸钾(88mg,0.84mmol)室温下搅拌反应4h后加入溴代正戊烷(0.18mL,1.68mmol)。该反应体系在室温下继续搅拌3h。减压蒸去溶剂，剩余物溶于100mL乙酸乙酯中，然后依次用水和饱和氯化钠溶液洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，浓缩，剩余物经柱层析(V石油醚/V乙酸乙酯＝6/1)得白色固体8(0.22g，产率95.7％)。
(8)C-3二甲酰胺基修饰四氢异喹啉衍生物II-1
将化合物7(0.20g,0.42mmol)溶于10mL干燥的二氯甲烷中，冰浴下依次加入EDC-HCl(182mg,0.84mmol)、二甲胺盐酸盐(68mg,0.84mmol)和DMAP(10mg,0.084mmol)，室温下搅拌反应8h。加入50mL二氯甲烷稀释反应液，然后依次用1M HCl、饱和碳酸氢钠和饱和氯化钠溶液洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，浓缩，剩余物经柱层析(V石油醚/V乙酸乙酯＝6/1)得白色固体II-1(0.18g，产率90.1％)。
将式I所示化合物中的R1取代基按照表1所示进行替换，得到相应的式I所示产物；化合物7与甲胺盐酸盐、二乙胺等试剂反应可得到得到相应的式II所示产物。上述化合物的外观、核磁氢谱检测结果均列于表1中。由上可知，上述化合物结构正确，均为式I和II所示化合物。
表1
实施例2式I及II所示C3取代的四氢异喹啉衍生物对磷酸二酯酶IV的抑制活性。
底物与PDE酶的准备用缓冲液将酶稀释2.5倍，分别向实验板中加入4μL(空白组只有DMSO，对照组只有酶控制不加化合物)，充分振摇。同理底物也用缓冲液稀释2.5，分别向实验板加4μL，充分振摇。盖住实验板室温下培育60min。(Curr in Pulm Med,2005,11,129-134)
反应检测制备抗体荧光标记溶液，分别向每个实验板中加入5μL并培育60min。在仪器上可以看到结果。从仪器上将RFU(相对荧光单位)曲线复制下来，将RFU曲线转变成百分浓度抑制曲线。按公式计算百分浓度抑制率：百分浓度抑制率＝(样品的RFU－最小值)/(最大值－最小值)，“最小值”表示没有酶控制组的RFU值，“最大值”表示空白组的RFU值。根据化合物浓度与相应抑制率用MicroSoft excel制作散点图，添加趋势线，计算斜率求出IC50值。
抑酶活性测试结果对合成出来的I和II两类化合物进行了抑酶活性测试，采用荧光标记抗体方法，测定各个实验组化合物的相对荧光单位，并转化成百分浓度抑制率，利用MicroSoft excel计算出IC50值，见表2。
表2四氢异喹啉并氨基甲酸酯类化合物I和II对PDE4的抑制活性(μM)
从表2中可以看出，式I和II所示化合物普遍有较好的抑制活性，该类化合物对磷酸二酯酶IV有明显抑制效果，在预防与治疗磷酸二酯酶调控的疾病，如：哮喘和急、慢性肺梗阻等的防治上有良好的应用前景。