本发明属于新药发现与创新药物合成技术领域，具体涉及一种N-甲基加替沙星醛缩氨基硫脲类衍生物，同时还涉及一种N-甲基加替沙星醛缩氨基硫脲类衍生物的制备方法，以及其在抗肿瘤药物中的应用。
背景技术：
新药创新起源于先导物的发现，而基于优势药效团骨架的拼合构建先导物分子是最经济和有效的策略。由醛或酮与氨基硫脲类构建的缩氨基硫脲类衍生物因其与大分子或金属离子易产生配合物或螯合作用而表现出广泛的药理活性备受关注。然而，构建缩氨基硫脲分子的醛或酮多为常见的苯类或杂环芳香类的醛和酮，而对喹啉醛，尤其是氟喹啉酮醛类形成的缩氨基硫脲类目前尚未见报道。另一方面，喹啉优势药效团骨架不仅是重要天然产物生物碱，如奎宁和喜树碱类的重要结构单元，也是抗菌氟喹诺酮类药物的药效团骨架。同时，氟喹诺酮类药物因有亲水性的哌嗪基存在而增大其水溶性，提高生物利用度。尤其是氟喹诺酮类药物的作用靶点—拓扑异构酶也是抗肿瘤药物的重要作用靶点，可将其抗菌活性转化为抗肿瘤活性。为此，将氟喹诺酮C-3羧基转化为甲酰基形成相应的氟喹诺酮C-3醛，然后与氨基硫脲类缩合，进而实现喹啉骨架与缩氨基硫脲药效团间的拼合，以期达到不同结构药效团间的活性叠加，从中发现具有抗肿瘤活性的氟喹诺酮候选化合物。
技术实现要素：
为此，本发明的目的是提供一种N-甲基加替沙星醛缩氨基硫脲类衍生物，具有抗肿瘤的作用和功效，同时提供了上述N-甲基加替沙星醛缩氨基硫脲类衍生物的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种N-甲基加替沙星醛缩氨基硫脲类衍生物，其化学结构式如通式(I)所示：
其中，取代基R为H原子或1～5个碳原子的烃基或环丙基。该类化合物为以下的具体结构的典型化合物：
本发明同时提供了一种N-甲基加替沙星醛缩氨基硫脲类衍生物的制备方法，以式(II)所示的加替沙星为原料制备而成，
所述N-甲基加替沙星醛缩氨基硫脲类衍生物的制备方法具体制备步骤如下：
1)将式(II)所示的加替沙星与甲酸和甲醛发生哌嗪的甲基化反应制得式(III)所示N-甲基加替沙星；
2)将式(III)所示的N-甲基加替沙星与水合肼发生肼解反应制得式(IV)所示N-甲基加替沙星酰肼；
3)将式(IV)所示N-甲基加替沙星酰肼化合物与铁氰化钾在氯仿的氨水碱性介质中常温反应8～12小时，分出有机层，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压蒸除溶剂，制得式(V)所示的N-甲基加替沙星C-3醛中间体粗品，直接用于下步反应；
4)将式(V)所示的N-甲基加替沙星醛与式(VI)所示的肼基二硫代甲酸甲酯缩合，待反应完全后经处理可制得(VII)所示的N-甲基加替沙星醛缩肼基二硫代甲酸甲酯；具体操作步骤可参考文献(胡惟孝，等，缩氨基硫脲化合物的合成及其抗癌活性的研究，高等学校化学学报，2001，22(12)：2014-2017)的制备方法；
5)将式(VII)所示的N-甲基加替沙星醛缩肼基二硫代甲酸甲酯与胺类化合物在有机溶剂中发生亲核取代反应，或式(V)所示的N-甲基加替沙星C-3醛粗品与氨基硫脲在有机溶剂中进行缩合反应，待反应完全后经处理得目标化合物如式(I)所示，其中，取代基R为H原子或1～5个碳原子的烃基或环丙基。
作为进一步的改进，制备式I所用的有机溶剂可选择甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、异丁醇、正丁醇中的至少一种，其中优选乙醇或正丁醇。
优选的，所述步骤3)中式(IV)所示的N-甲基加替沙星酰肼与铁氰化钾的摩尔比为1:3.0～5.0。所述步骤5)中式(VII)所示的N-甲基加替沙星醛缩肼基二硫代甲酸甲酯与胺类化合物的摩尔比为1:3.0～10.0；所述胺类化合物为脂肪胺或环丙胺。
所述的N-甲基加替沙星醛缩氨基硫脲类衍生物在制备抗肿瘤药物中的应用。所述抗肿瘤药物为治疗肝癌、胰腺癌或白血病药物。
本发明的N-甲基加替沙星醛缩氨基硫脲类衍生物基于药效团的拼合理性药物分子设计原理，将氟喹诺酮、亚胺席夫碱及硫脲等三种不同药效团间的有效组合，进而设计了N-甲基加替沙星醛缩氨基硫脲类衍生物，实现了不同结构药效团的互补和活性的叠加，从而达到了增效降毒的效果，可作为全新结构的抗肿瘤药物开发。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。式(III)所示N-甲基加替沙星的制备步骤如下：加替沙星(50.0g，133.0mmol)溶于85％甲酸(100mL)和37％的甲醛(20.0g，200.0mmol)混合溶剂中，搅拌回流反应12小时。减压蒸除溶剂，加水(1000mL)，用30％的氢氧化钠溶液调pH 7.0，放置析出固体。滤集固体，干燥，用无水乙醇-DMF(V:V＝3：2)混合溶剂重结晶，得淡黄色结晶式(III)，产率87％，mp 172～174℃。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:15.64(brs,1H,COOH),8.76(s,1H,1H,2-H),7.78(d,1H,5-H),4.15(m,1H,CH),3.85(s,3H,OCH3),3.38～2.56(m,7H,piperazine-H),2.34(s,3H,N-CH3),1.36(d,3H,CH3),1.22～1.06(m,4H,CH2CH2)；MS(m/z):Calcd.for C20H24FN3O4:389.43[M]+；Found:390[M+H]+。
式(IV)所示N-甲基加替沙星酰肼的制备步骤如下：N-甲基加替沙星(50.0g，129.0mmol)溶于85％水合肼(100mL)和无水乙醇(300mL)的混合溶剂中，搅拌回流反应24小时。减压蒸除溶剂，加无水乙醇(500mL)和活性炭(2.0g)，回流脱色1小时，热过滤，放置析出固体。滤集固体，用无水乙醇洗涤，抽干溶剂，干燥，得淡黄色结晶式(IV)，产率74.6％，mp 175～177℃。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:11.42(s,1H,CONH),8.78(s,1H,1H,2-H),7.82(d,1H,5-H),4.57(s,2H,NH2),4.17(m,1H,CH),3.86(s,3H,OCH3),3.37～2.55(m,7H,piperazine-H),2.34(s,3H,N-CH3),1.37(d,3H,CH3),1.23～1.07(m,4H,CH2CH2)；MS(m/z):Calcd.for C20H26FN5O3:
403.46[M]+；Found:404[M+H]+。
式(V)所示的N-甲基加替沙星C-3醛中间体的制备步骤如下：N-甲基加替沙星酰肼(10.0g，25.0mmol)悬浮于氯仿(200毫升)与浓氨水(浓度为22～25％，20毫升)的混合溶剂中，常温慢慢滴加铁氰化钾(38.0g，115.0mmol)的水(120毫升)溶液，常温搅拌反应8～10小时至原料消失(TLC检测，V氯仿：V甲醇＝5:1)。分出有机层，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压蒸除溶剂，得粗品式(V)所示的N-甲基加替沙星C-3醛中间体备用。
式(VI)所示的肼基二硫代甲酸甲酯的制备方法如下：水合肼与二硫化碳在碱性介质中缩合后与硫酸二甲酯反应制得式(VI)所示的肼基二硫代甲酸甲酯中间体；具体操作步骤可参考文献(胡惟孝，等，缩氨基硫脲化合物的合成及其抗癌活性的研究，高等学校化学学报，2001，22(12)：2014-2017)的制备方法。
式(VII)所示N-甲基加替沙星醛缩肼基二硫代甲酸甲酯的制备步骤如下：将式(V)所示的N-甲基加替沙星C-3醛粗品(10.0g)溶于无水乙醇(150毫升)中，加入肼基二硫代甲酸甲酯(8.0g)，回流反应10小时，放置冷却至室温。滤集产生的固体，干燥。粗品用甲醇-氯仿(V/V＝3：1)重结晶，得淡黄色结晶式(VI)所示N-甲基加替沙星醛缩肼基二硫代甲酸甲酯12.6g，mp 214～216℃。1H NMR(400MHz，DMSO-d6)：11.72(s,1H,CH＝N),8.88(s,1H，2-H)，8.52(s,1H,NH),7.87(d,1H,5-H),4.17(m,1H,CH),3.85(s,3H,OCH3),3.36～2.57(m,7H,piperazine-H),2.33(s,3H,N-CH3),2.12(s,3H,SCH3),1.36～1.07(m,7H,CH3and CH2CH2)；MS(m/z):Calcd.for C20H25FN5O2S2:477.63[M]+；Found:478[M+H]+。
实施例1
1-环丙基-6-氟-7-(3,4-二甲基-哌嗪-1-基)-8-甲氧基-喹啉-4(1H)-酮-3-醛缩氨基硫脲(I-1)，其化学结构式为：
即式I中的R取代基为H原子。
该化合物的制备方法为：取式(V)所示N-甲基加替沙星醛粗品(1.0g)溶于无水乙醇(20毫升)，加入氨基硫脲(0.5g,5.5mmol)，回流反应10小时，趁热过滤，乙醇洗涤2次，蒸馏水洗涤2次，干燥，用DMF-乙醇(V:V＝5:3)混合溶剂重结晶，制得淡黄色结晶物式(I-1)，得产品0.53g，m.p.232～234℃。1H NMR(400MHz，DMSO-d6)δ:11.78(s,1H,CH＝N),9.06(s,1H，2-H)，8.53(s,1H,NH),8.45(s,1H,NH2),8.34(s,1H,NH2),7.87(d,1H，5-H)，3.83(s,3H,OCH3),4.15(m,1H,CH),3.36～2.55(mt,7H，piperazine-H)，2.33(s,3H，N-CH3)，1.36～1.12(m,7H,CH3and CH2CH2)；MS(m/z)：Calcd.for C21H27FN6O2S：446.55[M]+；Found：447[M+H]+。
实施例2
1-环丙基-6-氟-7-(3,4-二甲基-哌嗪-1-基)-8-甲氧基-喹啉-4(1H)-酮-3-醛缩4-甲氨基硫脲(I-2)，其化学结构式为：
即式I中的R为甲基。
该化合物的制备方法为：取式(VI)所示的N-甲基加替沙星醛缩肼基二硫代甲酸甲酯(1.0g,2.1mmol)溶于无水正丁醇(20毫升)中，加入甲胺(0.53g,17.0mmol)后混合反应物回流反应12小时，趁热过滤，固体依次用乙醇洗涤2次，蒸馏水洗涤2次，干燥，用DMF-乙醇(V:V＝1:5)混合溶剂重结晶，制得黄色结晶物式(I-2)产品0.40g，m.p.223～225℃。1H NMR(400MHz，DMSO-d6)δ:11.76(s,1H,CH＝N),8.97(s,1H，2-H)，8.44(s,1H,NH),8.35(s,1H,NH),7.88(d,1H，5-H)，4.16(m,1H,CH),3.82(s,3H,OCH3),3.53～3.36(m,7H，piperazine-H and CH3)，2.57(m,3H，piperazine-H)，2.33(s,3H，N-CH3)，1.38～1.05(m,7H,CH3and CH2CH2)；MS(m/z)：Calcd.for C22H29FN6O2S：460.58[M]+；Found：461[M+H]+。
实施例3
1-环丙基-6-氟-7-(3,4-二甲基-哌嗪-1-基)-8-甲氧基-喹啉-4(1H)-酮-3-醛缩4-乙氨基硫脲(I-3)，其化学结构式为：
即式I中的R为乙基。
该化合物的制备方法为：取式(VI)所示的N-甲基加替沙星醛缩肼基二硫代甲酸甲酯(1.0g,2.1mmol)溶于无水正丁醇(20毫升)中，加入乙胺(0.77g,17.0mmol)后混合反应物回流反应12小时，趁热过滤，固体依次用乙醇洗涤2次，蒸馏水洗涤2次，干燥，用DMF-乙醇(V:V＝1:5)混合溶剂重结晶，制得黄色结晶物式(I-3)产品0.42g，m.p.225～227℃。1H NMR(400MHz，DMSO-d6)δ:11.78(s,1H,CH＝N),8.93(s,1H，2-H)，8.44(s,1H,NH),8.37(s,1H,NH),7.88(d,1H，5-H)，4.17(m,1H,CH),3.82(s,3H,OCH3),3.36～3.14(m,6H，piperazine-H and CH2)，2.56(m,3H，piperazine-H)，2.33(s,3H，N-CH3)，1.68～1.06(m,10H,2×CH3and CH2CH2)；MS(m/z)：Calcd.for C23H31FN6O2S：474.60[M]+；Found：475[M+H]+。
实施例4
1-环丙基-6-氟-7-(3,4-二甲基-哌嗪-1-基)-8-甲氧基-喹啉-4(1H)-酮-3-醛缩4-异丙氨基硫脲(I-4)，其化学结构式为：
即式I中的R为异丙基。
该化合物的制备方法为：取式(VI)所示的N-甲基加替沙星醛缩肼基二硫代甲酸甲酯(1.0g,2.1mmol)溶于无水正丁醇(20毫升)中，加入异丙胺(0.89g,15.0mmol)后混合反应物回流反应10小时，趁热过滤，固体依次用乙醇洗涤2次，蒸馏水洗涤2次，干燥，用DMF-乙醇(V:V＝1:5)混合溶剂重结晶，制得黄色结晶物式(I-4)产品0.48g，m.p.216～218℃。1H NMR(400MHz，DMSO-d6)δ:11.78(s,1H,CH＝N),8.90(s,1H，2-H)，8.45(s,1H,NH),8.37(s,1H,NH),7.88(d,1H，5-H)，4.15(m,1H,CH),3.82(s,3H,OCH3),3.36～3.22(m,5H，piperazine-H and CH)，2.56～2.45(m,3H，piperazine-H)，2.33(s,3H，N-CH3)，1.36～1.03(m,13H，3×CH3and CH2CH2)；MS(m/z)：Calcd.for C24H33FN6O2S：488.63[M]+；Found：489[M+H]+。
实施例5
1-环丙基-6-氟-7-(3,4-二甲基-哌嗪-1-基)-8-甲氧基-喹啉-4(1H)-酮-3-醛缩4-环丙氨基硫脲(I-5)，其化学结构式为：
即式I中的R为环丙基。
该化合物的制备方法为：取式(VI)所示的N-甲基加替沙星醛缩肼基二硫代甲酸甲酯(1.0g,2.1mmol)溶于无水正丁醇(20毫升)中，加入环丙胺(0.91g,16.0mmol)后混合反应物回流反应12小时，趁热过滤，固体依次用乙醇洗涤2次，蒸馏水洗涤2次，干燥，用DMF-乙醇(V:V＝1:5)混合溶剂重结晶，制得黄色结晶物式(I-5)产品0.32g，m.p.231～233℃。1H NMR(400MHz，DMSO-d6)δ:11.78(s,1H,CH＝N),8.92(s,1H，2-H)，8.54(s,1H,NH),8.46(s,1H,NH),7.88(d,1H，5-H)，4.18(m,1H,CH),3.84(s,3H,OCH3),3.52～3.35(m,5H，piperazine-H and CH)，2.57(m,3H，piperazine-H)，2.33(s,3H，N-CH3)，1.36～0.76(m,11H，CH3and 2×CH2CH2)；MS(m/z)：Calcd.for C24H31F2N6O2S：486.62[M]+；Found：487[M+H]+。
实施例6
1-环丙基-6-氟-7-(3,4-二甲基-哌嗪-1-基)-8-甲氧基-喹啉-4(1H)-酮-3-醛缩4-叔丁氨基硫脲(I-6)，其化学结构式为：
即式I中的R为叔丁基。
该化合物的制备方法为：取式(VI)所示的N-甲基加替沙星醛缩肼基二硫代甲酸甲酯(1.0g,2.1mmol)溶于无水正丁醇(20毫升)中，加入叔丁胺(0.88g,12.0mmol)后混合反应物回流反应10小时，趁热过滤，固体依次用乙醇洗涤2次，蒸馏水洗涤2次，干燥，用DMF-乙醇(V:V＝1:5)混合溶剂重结晶，制得黄色结晶物式(I-6)产品0.57g，m.p.225～227℃。1H NMR(400MHz，DMSO-d6)δ:11.77(s,1H,CH＝N),8.89(s,1H，2-H)，8.46(s,1H,NH),8.38(s,1H,NH),7.88(d,1H，5-H)，4.16(m,1H,CH),3.81(s,3H,OCH3),3.37(m,4H，piperazine-H)，2.55(m,3H，piperazine-H)，2.33(s,3H，N-CH3)，1.36～1.03(m,16H，4×CH3and CH2CH2)；MS(m/z)：Calcd.for C25H35FN6O2S：502.66[M]+；Found：503[M+H]+。
实施例7
1-环丙基-6-氟-7-(3,4-二甲基-哌嗪-1-基)-8-甲氧基-喹啉-4(1H)-酮-3-醛缩4-正丁基氨基硫脲(I-7)，其化学结构式为：
即式I中的R为正丁基。
该化合物的制备方法为：取式(VI)所示的N-甲基加替沙星醛缩肼基二硫代甲酸甲酯(1.0g,2.1mmol)溶于无水正丁醇(20毫升)中，加入正丁胺(0.88g,12.0mmol)后混合反应物回流反应10小时，趁热过滤，固体依次用乙醇洗涤2次，蒸馏水洗涤2次，干燥，用DMF-乙醇(V:V＝1:5)混合溶剂重结晶，制得黄色结晶物式(I-7)产品0.63g，m.p.214～216℃。1H NMR(400MHz，DMSO-d6)δ:11.77(s,1H,CH＝N),8.88(s,1H，2-H)，8.45(s,1H,NH),8.36(s,1H,NH),7.88(d,1H，5-H)，4.16(m,1H,CH),3.80(s,3H,OCH3),3.36～3.23(m,6H，piperazine-H and CH2)，2.53(m,3H，piperazine-H)，2.33(s,3H，N-CH3)，1.37～0.72(m,14H，CH3and CH2CH2and CH2CH2CH3)；MS(m/z)：Calcd.for C25H35FN6O2S：502.66[M]+；Found：503[M+H]+。
实施例8
1-环丙基-6-氟-7-(3,4-二甲基-哌嗪-1-基)-8-甲氧基-喹啉-4(1H)-酮-3-醛缩4-正戊基氨基硫脲(I-8)，其化学结构式为：
即式I中的R为正戊基。
该化合物的制备方法为：取式(VI)所示的N-甲基加替沙星醛缩肼基二硫代甲酸甲酯(1.0g,2.1mmol)溶于无水正丁醇(20毫升)中，加入正戊胺(0.87g,10.0mmol)后混合反应物回流反应10小时，趁热过滤，固体依次用乙醇洗涤2次，蒸馏水洗涤2次，干燥，用DMF-乙醇(V:V＝1:5)混合溶剂重结晶，制得黄色结晶物式(I-8)产品0.73g，m.p.210～212℃。1H NMR(400MHz，DMSO-d6)δ:11.76(s,1H,CH＝N),8.88(s,1H，2-H)，8.45(s,1H,NH),8.35(s,1H,NH),7.88(d,1H，5-H)，4.16(m,1H,CH),3.80(s,3H,OCH3),3.36～3.07(m,6H，piperazine-H and CH2)，2.55(m,3H，piperazine-H)，2.33(s,3H，N-CH3)，1.36～0.67(m,16H，CH3and CH2CH2and CH2CH2CH2CH3)；MS(m/z)：Calcd.for C26H37FN6O2S：516.69[M]+；Found：517[M+H]+。
试验例
一、实施例1-8提供的N-甲基加替沙星醛缩氨基硫脲类衍生物的体外抗肿瘤活性测定
1、供试样品
以实施例1-8提供的N-甲基加替沙星醛缩氨基硫脲类衍生物，及经典抗肿瘤TOPO抑制剂10-羟基喜树碱(HC)和加替沙星(GF)为供试样品，共10种，其中HC和GF为对照组，实施例1-8样品为实验组；
实验癌细胞株分别为人肝癌Hep-3B细胞、人胰腺癌Panc-1细胞和人白血病HL60细胞株均购买自中国科学院上海细胞库。正常细胞采用VERO非洲绿猴肾细胞，购买于上海通派生物科技有限公司。
2、测定方法
测定方法的具体步骤为：
1)首先将上述10种供试样品分别用二甲基亚砜(DMSO)溶解，配制成1.0×10-2mol·L-1浓度的储备液，之后用质量百分比浓度为10％的小牛血清的RPMI-1640培养液将储备液稀释成具有5个浓度梯度(0.1、1.0、5.0、10.0、50.0μmol·L-1)的工作液；
2)取对数生长期的人肝癌Hep-3B细胞、人胰腺癌Panc-1细胞和人白血病HL60细胞及VERO细胞株，以每孔6000个细胞接种于96孔板，随后分别加入上述10种样品的具有5个浓度梯度的工作液。培养48小时后每孔加入5g·L–1MTT(噻唑蓝)溶液10μL，继续培养4小时后加入100μL质量百分比浓度为10％的十二烷基硫酸钠(SDS)溶液再培养24小时，然后用酶标仪在570nm波长处测定各自的吸光度(OD)值；
3)按下述所示公式计算不同浓度的供试样品对癌细胞的抑制率，
癌细胞抑制率＝[(1－实验组OD值)/对照组OD值]×100％，
然后以供试样品的各浓度的对数值对各浓度对应的癌细胞抑制率作线性回归，得到剂量-效应方程，从所得剂量-效应方程计算出各供试样品对实验癌细胞的半数抑制浓度(IC50)；每个数据平行测定三次，求其平均值，结果见表1所示。
表1各供试样品的抗肿瘤活性(IC50)
从表1的初步体外抗肿瘤活性筛选结果可以看出，实施例1-8提供的化合物对3种实验癌细胞的生长抑制活性显著强于母体化合物加替沙星(GF)的活性，尤其是较小取代基或环丙基取代的化合物对人胰腺癌Panc-1细胞的活性相当于对照羟喜树碱的抗肿瘤活性，其IC50值已达到微摩尔浓度。更有意义的是，实施例1-8提供的化合物正常对VERO细胞表现出较低的细胞毒性，表明对肿瘤细胞具有较强的选择性，提示该类化合物具有成药性开发的潜力和进一步新药开发研究的价值。因此，按照药物开发的一般途径是先进行常规的抗肿瘤体外筛选，然后进行针对性的研究，所以本发明的化合物具有强的抗肿瘤活性和较低的毒性，可通过与人体可接受的酸成盐或与药用载体混合制备抗肿瘤药物。