2-芳基-4-三氟甲基喹唑...生物的合成及抗肿瘤活性研究_陈明秀.pdf

2-芳基-4-三氟甲基喹唑啉衍生物的合成及抗肿瘤活性研究陈明秀1,2,3 程 莎1,3 代 兴1,2,3 孟雪玲1,3 徐广灿1,3 徐必学1,3(1 贵州医科大学 省部共建药用植物功效与利用国家重点实验室贵阳550014;2 贵州医科大学药学院贵阳550025;3 贵州省中国科学院天然产物化学重点实验室贵阳550014)联系人,徐广灿博士,助理研究员,E-mail:xgc0707 ;徐必学博士,研究员,博士生导师,E-mail:bixue_xu 贵州省高层次创新型人才培养计划项目(黔科合平台人才20165678)和贵州省科技计划项目(黔科合基础-ZK2021一般 070,黔科中引地20224015)资助2022-10-13 收稿,2022-11-18 接受摘要为寻找高效低毒的含三氟甲基取代的喹唑啉类新型抗肿瘤活性化合物,以 2-硝基-5-氯苯甲酸为原料,通过水解、还原、偶联、环合、三氟甲基加成消除等反应,合成了 14 个 2-芳基-4-三氟甲基喹唑啉衍生物,并通过1H NMR、13C NMR、19F NMR 等进行了结构确证。采用 MTT 法评价了目标化合物对 PC3(前列腺癌细胞)、LNCaP(前列腺癌细胞)、K562(人慢性髓系白血病细胞)、HeLa(宫颈癌细胞)和 A549(人肺癌细胞)等肿瘤细胞株的生长抑制活性。结果显示,在 5mol/L 浓度下,部分目标化合物对上述 5 种肿瘤细胞均具有较好的生长抑制活性,其中,化合物 8c、13e 对 LNCaP 细胞的 IC50(半数抑制浓度)分别为 2.9 和 1.9 mol/L,值得进一步深入研究。关键词喹唑啉三氟甲基抗肿瘤活性MTT 法Synthesis and Antitumor Activity of 2-Aryl-4-Trifluoromethylquinazoline DerivativesChen Mingxiu1,2,3,Cheng Sha1,3,Dai Xing1,2,3,Meng Xueling1,3,Xu Guangcan1,3,Xu Bixue1,3(1 State Key Laboratory of Functions and Applications of Medicinal Plants,Guizhou Medical University,Guiyang,550014;2 School of Pharmaceutical Sciences,Guizhou Medical University,Guiyang,550025;3 The Key Laboratory of Chemistry for Natural Products of Guizhou Province and Chinese Academy of Sciences,Guiyang,550014)AbstractTo find anti-tumor quinazoline compounds with high efficiency and low toxicity,a series of novel 2-aryl-4-trifluoromethylquinazoline derivatives were synthesized starting from 5-chloro-2-nitrobenzoic acid by hydrolysis,reduction,coupling,cyclization,trifluoromethyl addition,and elimination reactions.The structure of target compounds were characterized by 1H NMR,13C NMR and 19F NMR.Their antitumor activities in vitro against five human cancer cell lines(PC3,LNCaP,K562,HeLa and A549)were demonstrated by MTT assay.The results indicated that some target compounds show inhibitory effect on five human cancer cell lines at 5 molL-1.Among them,compounds 8c and 13e showed better activities against LNCaP with IC50 values of 2.9 molL-1 and 1.9 mol L-1,respectively.The results of this study will provide a basis for further research on the derivatives of 2-aryl-4-trifluoromethylquinazoline.KeywordsQuinazoline,Trifluoromethyl,Antitumor activity,MTT assays癌症,已成为严重威胁人类身体健康、阻碍社会经济发展的主要疾病之一,癌症的攻克仍是世界性难题1。2021 年 1 月,国际癌症研究机构(IARC)发布的全球癌症统计 2020 显示,2020年全球癌症新发病例 1929 万例,死亡病例 996 万例,较 2018 年同比分别增长了 6.57%、3.61%。此外,到 2040 年,预计将有 2840 万例新发癌症患者,相比于 2020 年,增幅达 47%2。在世界范围895化学通报2023 年 第 86 卷 第 5 期http:/www.hxtb.orgDOI:10.14159/ki.0441-3776.2023.05.014内,癌症发病率和死亡率正呈逐年上升趋势,且中国的癌症新增病例和死亡病例均居世界首位。目前,手术治疗、放疗、化疗和免疫治疗是治疗癌症的主要方法,其中,化学药物治疗是目前针对恶性肿瘤治疗的重要有效手段之一3。但是,在肿瘤的发生发展过程中,随着肿瘤细胞特质的变化,现有临床药物多表现出易产生耐药和毒副作用大等缺陷,使其应用受到了极大的限制。因此,研究开发新型高效低毒的抗肿瘤药物具有十分重要的科学意义。喹唑啉类化合物是广泛存在于自然界的苯并嘧啶氮杂环类生物碱,具有抗炎、抗菌、抗疟、抗病毒、抗肿瘤等广泛的生物活性4 10。喹唑啉作为优势骨架结构被广泛应用于药物化学研究领域,特别是抗肿瘤药物的研究开发11。近年来,对喹唑啉母核 2-位和 4-位的修饰已成为探索喹唑啉类化合物药用潜力的一大热点,其中,多种 2-位芳基取代的喹唑啉类抗肿瘤生物活性分子已被研究报道,如细胞周期检测点激酶 2(CHK2)抑制剂CCT241533312、聚 腺 苷 二 磷 酸 核 糖 聚 合 酶(PARP)抑制剂13、乳腺癌耐药蛋白(BCRP)抑制剂14、拓扑异构酶(TOP)抑制剂15、Aurora A激酶抑制剂16以及血管内表 皮生长因子 受体(VEGFR)抑制剂17(图式 1)等。图式 12-芳基喹唑啉类抗肿瘤活性分子Scheme 1Active antitumor compounds with 2-arylquinazoline skeleton氟原子,具有与氢原子相近的原子半径和高电负性等特性,使得含氟基团在许多研究领域,尤其是医药领域得到了广泛的应用18。在抗肿瘤药物的设计过程中,含氟基团的引入使得药物分子代谢稳定性得到了提高、对生物膜和组织的穿透能力得到了增强19。三氟甲基(-CF3)是一类常见的含氟基团,药物分子中引入三氟甲基可以显著提高化合物的代谢稳定性、亲脂性、生物膜通透性以及与蛋白酶的结合能力等20。2015 年至2020 年 6 月,美国食品药品监督管理局(FDA)新批准上市的 49 种小分子抗肿瘤药物中,含氟药物分子有 23 种,约占 47%21,可见含氟基团的引入为新型抗肿瘤药物研究开发提供了一个重要的突破点。因此,基于喹唑啉环上 2-和 4-位取代位点修饰在抗肿瘤药物研发中的重要性,以及结合药物分子设计中三氟甲基引入的优势,本文在 2-芳基喹唑啉类化合物的研究基础上,通过在其 4-位引入三氟甲基,设计合成了 14 个 2-芳基-4-三氟甲基喹唑啉衍生物,并以阿霉素和紫杉醇为阳性对照,采用 MTT 法测试了目标化合物对 5 种肿瘤细胞株的体外抗增殖活性。1实验部分1.1主要仪器与试剂WRX-4 显微熔点仪(上海易测仪器设备有限公司);Bruker Avance NEO 600MHz 型核磁共振谱仪(DMSO-d6、CD3OD 或 CDCl3为溶剂,TMS 为内标,瑞士 Bruker 公司)。噻唑蓝(MTT,德国 Sigma 公司);前列腺癌(PC3)细胞、前列腺癌(LNCaP)细胞、人慢性髄系白血病(K562)细胞、人肺癌(A549)细胞、宫颈癌(HeLa)细胞(贵州省中国科学院天然产物化学重点实验室);2-硝基-5-氯苯甲酸(99%,上海麦克林生化科技有限公司);TMSCF3(98%,萨恩化学995http:/www.hxtb.org化学通报2023 年 第 86 卷 第 5 期技术有限公司)。所用试剂均为市售分析纯或化学纯级。1.2目标化合物的合成采用如图式 2 所示合成路线,以 2-硝基-5-氯苯甲酸为原料,经过水解、苄基保护、还原等反应得中间体 1;中间体 1 与适宜的取代苯甲酸进行偶联后再经酯水解、酸催化环合、三氟甲基加成消除、樟脑磺酸催化闭环等系列反应得中间体 6a、6b;中间体 6a 经氢氧化钯脱苄基得目标化合物7;化合物 7 经酚羟基烷基化反应得目标化合物8a 8c;中间体 6b 经硝基还原、脱苄基保护得目标化合物 10;化合物 10 经酚羟基甲基化得目标化合物 11;中间体 6b 经硝基还原、氨基酰化和脱苄基保护等反应得目标化合物 13a 13h。试剂和条件:A:(i)20%NaOH 水溶液、四正丁基溴化铵(TBAB),110;(ii)溴苄(BnBr)、碳酸钾、无水 DMF,室温;(iii)铁粉、氯化铵、甲醇,90;B:对 甲氧基苯甲酸 或对硝基苯甲酸、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二 亚 胺 盐 酸 盐(EDCI)、4-二 甲 氨 基 吡 啶(DMAP)、N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)、无水 DCM,室温;C:TBAB、10mol/L NaOH 水溶液、THF,50;D:乙酸酐、THF,50;E:三氟甲基三甲基硅烷(TMSCF3)、四正丁基氟化铵(TBAF)、无水 DCM,室温;F:氯化铵、樟脑磺酸、吡啶、DMF,135;G:H2、Pd(OH)2(15%)、THF,室温;H:溴代烷、碳酸钾、DMF,室温;I:氯化铵、铁粉、甲醇、水,90;J:碘甲烷、碳酸钾、DMF,室温;K:酸酐、吡啶、室温;L:酰氯、碳酸钾、无水 DCM,室温。图式 2目标化合物的合成路线Scheme 2Synthetic route of target compounds1.2.1中间体 1 的合成称取 10.0g(49.6mmol)2-硝基-5-氯苯甲酸和1.6g(5.0mmol)TBAB 于反应瓶中,加入 65.0mL(396.9mmol)20%NaOH 水溶液,110 搅拌下回流 31h,待反应体系冷却至室温后加入 40.0mL水,搅拌下加入浓盐酸调节反应液 pH 至酸性(pH5),加入乙酸乙酯萃取。有机相依次以水、饱和 NaCl 溶液洗涤,无水硫酸镁干燥,减压浓缩得8.1g 黄色固体 2-硝基-5-羟基苯甲酸,产物未经纯化直接用于下一步反应。称取 2-硝基-5-羟基苯甲酸 8.1g(44.1mmol)于反应瓶中,加入 60.0mL 无水 DMF 溶解。氩气置换,再 依 次 加 入 14.6g(105.9mmol)碳 酸 钾、11.1mL(90.5mmol)BnBr,室温搅拌 12.5h,将反006化学通报2023 年 第