新型六氫吡啶-2,3-并吲哚化合物的合成及其抗腫瘤活性

張文會, 王丹丹, 劉歡歡, 鞏　藝, 劉雄利*, 陳智勇, 周　英*, 李午戊

(1. 貴州大學 藥學院 貴州省中藥民族藥創制工程中心，貴州 貴陽　550025;2. 咸陽師范學院 化學與化工學院，陜西 咸陽　712000)

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·研究論文·

新型六氫吡啶-2,3-并吲哚化合物的合成及其抗腫瘤活性

張文會1, 王丹丹1, 劉歡歡1, 鞏藝1, 劉雄利1*, 陳智勇1, 周英1*, 李午戊2

(1. 貴州大學 藥學院 貴州省中藥民族藥創制工程中心，貴州 貴陽550025;2. 咸陽師范學院 化學與化工學院，陜西 咸陽712000)

摘要：以3-取代氧化吲哚與丙烯酸酯為原料，經Michael加成反應制得中間體——3-丙酸酯取代氧化吲哚(3a～3d); 3a～3d與甲胺發生酰胺化反應制得3-丙酰胺取代氧化吲哚(4a～4d)； 4a～4d用氫化鋁鋰還原-環化，合成了4個六氫吡啶-2,3-并吲哚化合物(5a～5d); 5a和5b用氫化鋁鋰還原合成了2個六氫吡啶-2,3-并吲哚化合物(6a和6b), 5a～5d, 6a和6b均為新化合物，總產率42%～61%，其結構經1H NMR,13C NMR和HR-ESI-MS表征。采用MTT法研究了5a～5d, 6a和6b對人肺癌細胞(A549)，人前列腺(PC-3)和人白血病細胞(K562)的體外抗腫瘤活性。結果表明：5b對A549, PC-3和K562的抑制活性均較好，其IC50分別為27.2 μmol·L-1, 37.5 μmol·L-1和21.7 μmol·L-1。

關鍵詞：3-取代氧化吲哚; 六氫吡啶-2,3-并吲哚化合物; Michael加成反應; 酰胺化反應; 還原-環化反應; 合成; 抗腫瘤活性

六氫吡啶-2,3-并吲哚骨架廣泛存在于許多吲哚生物堿中,且具有良好的生物活性。如Hirano A等[1]從曲霉培養液fg-551中分離得到的Neoxaline，可抑制細胞增殖，阻滯細胞分裂進程，表現出較強的抗癌活性。從青霉菌培養液中分離得到的9-epi-neoxaline[2], oxaline[3], glandicolins[4]和meleagrins[5]均具有抗癌活性。此外，Kapakahine A[6]也在抗腫瘤藥物開發中有潛在的應用前景。

因此，合成含六氫吡啶-2,3-并吲哚骨架的化合物可為生物活性篩選提供來源，對尋找新型抗腫瘤活性先導化合物有實際意義。本文以3-取代氧化吲哚(1a～1d)與丙烯酸酯為原料，經Michael加成反應制得中間體——3-丙酸酯取代氧化吲哚(3a～3d); 3a～3d與甲胺發生酰胺化反應制得3-丙酰胺取代氧化吲哚(4a～4d)； 4a～4d用氫化鋁鋰還原-環化,合成了4個六氫吡啶-2,3-并吲哚化合物(5a～5d); 5a和5b用氫化鋁鋰還原合成了2個六氫吡啶-2,3-并吲哚化合物(6a和6b)， 5a～5d, 6a和6b均為新化合物，總收率42%～61%，其結構經1H NMR,13C NMR和HR-ESI-MS表征。采用MTT法研究了5a～5d, 6a和6b對人肺癌細胞(A549)，人前列腺(PC-3)和人白血病細胞(K562)的體外抗腫瘤活性。

1實驗部分

1. 1儀器與試劑

WRS-1B型熔點儀；Bruker-300 MHz型核磁共振儀(CD3Cl為溶劑，TMS為內標);MicroTMQ-TOF型高分辨質譜儀。

1a～1d按文獻[7]方法合成；其余所用試劑均為分析純。

1.2合成

(1) 3a～3d的合成(以3a為例)

在反應瓶中加入N-甲基-3-間甲基芐基氧化吲哚(1a)100.4 mg(0.4 mmol)和丙烯酸乙酯(2)97 mg(0.6 mmol)，二氯甲烷5.0 mL，攪拌使其溶解；加入10 mol%四丁基溴化銨(TBAB)12.8 mg和20 mol%K2CO311.0 mg，氮氣保護下于室溫反應24 h(TLC檢測)。反應液直接經硅膠柱層析[梯度洗脫劑A：V(乙酸乙酯) ∶V(石油醚)=10 ∶1～5 ∶1]純化得黃色液體3a 127.8 mg,收率91%； HR-ESI-MSm/z: Calcd for C22H25NO3Na{[M+Na]+}374.173 2, found 374.173 9。

以1b～1d替換1a,用類似的方法合成3b～3d。

Scheme 1

(2) 4a～4d的合成通法

在反應瓶中加入3a～3d 0.40 mmol和MeOH 3.0 mL，攪拌使其溶解；加入30%MeNH23 mL，于室溫反應48 h(TLC檢測)。減壓蒸除溶劑，殘余物用二氯甲烷溶解后經硅膠柱層析(洗脫劑：A=5 ∶1)純化得黃色液體4a～4d。

(3) 5a～5d的合成通法

在反應瓶中加入4a～4d 0.4 mmol和干燥THF 6.0 mL，攪拌使其溶解；于0 ℃加入LiAlH4152 mg，反應5 h(TLC檢測)。用飽和NH4Cl溶液淬滅反應，用乙酸乙酯(3×60 mL)萃取，合并有機相，用硫酸鈉干燥，減壓蒸除溶劑，殘余物用二氯甲烷溶解后經硅膠柱層析 (洗脫劑：A=3 ∶1)純化得5a～5d。

5a: 蒼黃色油狀液體，收率56%;1H NMRδ: 2.06～2.28(m, 7H), 2.64(s, 3H), 2.84～2.88(m, 1H), 2.93～3.00(m, 4H), 4.63(s, 1H), 6.30～6.34(m, 1H), 6.67(s, 1H), 6.70～6.78(m, 2H), 6.90～6.94(m, 1H), 6.98～7.03(m, 1H), 7.07～7.15(m, 2H);13C NMRδ: 21.3, 29.9, 31.6, 34.6, 34.8, 47.4, 49.9, 86.9, 106.6, 118.2, 123.0, 127.4, 127.8, 128.6, 131.1, 132.0, 136.4, 137.5, 150.9, 173.6; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C21H24N2ONa{[M+Na]+}343.178 6, found 343.178 6。

5b: 白色固體，收率53%; m.p.95.2～95.9 ℃;1H NMRδ: 1.19～1.22(m, 6H), 2.06～2.28(m, 4H), 2.64(s, 3H), 2.81～2.90(m, 2H), 2.92(s, 3H), 2.94～2.99(m, 1H), 4.62(s, 1H), 6.30～6.35(m, 1H), 6.72～6.77(m, 1H), 6.81～6.85(m, 2H), 6.90～6.95(m, 1H), 7.04～7.09(m, 2H), 7.10～7.15(m, 1H);13C NMRδ: 23.9, 24.0, 29.9, 31.7, 33.6, 34.6, 34.8, 46.9, 49.9, 86.9, 106.6, 118.2, 123.0, 126.0, 128.6, 130.2, 132.2, 133.7, 147.4, 150.8, 173.6; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C23H28N2ONa{[M+Na]+}371.209 9, found 371.209 7。

5c: 蒼黃色油狀物，收率60%;1H NMRδ: 2.02～2.07(m, 2H), 2.13～2.23(m, 5H), 2.58(s, 3H), 2.81(d,J=8.2 Hz, 1H), 2.93(s, 3H), 2.97(d,J=9.0 Hz, 1H), 4.42(s, 1H), 6.73(d,J=4.0 Hz, 1H), 6.78～6.82(m, 3H), 6.92(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.18～7.19(m, 3H);13C NMRδ: 18.5, 29.1, 29.6, 32.5, 40.4, 48.8, 50.2, 89.0, 120.4, 120.8, 122.2, 126.8, 127.8, 130.2, 131.2, 133.5, 136.5, 150.4, 171.7; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C21H24N2ONa{[M+Na]+}343.178 6, found 343.178 9。

5d: 蒼黃色油狀物，收率61%;1H NMRδ: 2.04～2.09(m, 2H), 2.15～2.18(m, 1H), 2.17～2.27(m, 1H), 2.74(s, 3H), 2.82(d,J=8.2 Hz, 1H), 2.95(s, 3H), 2.98(d,J=9.0 Hz, 1H), 4.48(s, 1H), 6.78～6.81(m, 4H), 7.08～7.11(m, 1H), 7.20～7.21(m, 3H);13C NMRδ: 29.2, 29.7, 32.9, 39.2, 48.5, 50.4, 88.6, 117.9, 121.0, 121.3, 127.1, 128.0, 130.1, 130.4, 135.8, 136.0, 147.5, 171.6; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C20H21N2OClNa{[M+Na]+}363.124 0, found 363.124 7。

(4) 6a和6b的合成通法

在反應瓶中加入5a或5b 0.4 mmol和干燥THF 6.0 mL，攪拌使其溶解；于0 ℃加入LiAlH4152 mg，回流反應6 h(TLC檢測)。用飽和NH4Cl溶液淬滅反應，用乙酸乙酯(3×60 mL)萃取，合并有機相，用硫酸鈉干燥，減壓蒸除溶劑，殘余物用二氯甲烷溶解后經硅膠柱層析(洗脫劑：A=3 ∶1)純化得蒼黃色油狀液體6a或6b。

6a: 收率46%;1H NMRδ: 1.67～1.87(m, 4H), 2.21(s, 3H), 2.45～2.51(m, 1H), 2.52(s, 3H), 2.57(s, 3H), 2.58～2.66(m, 1H), 2.81(d,J=13.3 Hz, 1H), 2.92(d,J=13.3 Hz, 1H), 3.90(s, 1H), 6.34(d,J=7.8 Hz, 1H), 6.63～6.72(m, 3H), 6.84～6.96(m, 2H), 6.99～7.10(m, 2H);13C NMRδ: 18.9, 21.3, 29.6, 30.5, 36.8, 43.1, 45.6, 48.1, 88.8, 107.1, 117.3, 122.7, 126.7, 127.3, 127.5, 131.3, 134.3, 136.9, 137.7, 152.2; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C21H26N2Na{[M+Na]+}329.199 3, found 329.199 6。

6b: 收率42%;1H NMRδ: 1.16～1.21(m, 6H), 1.30～1.39(m, 1H), 1.65～1.89(m, 3H), 2.46～2.50(m, 1H), 2.53(s, 3H), 2.56(s, 3H), 2.59～2.66(m, 1H), 2.78～2.85(m, 2H), 2.92～2.95(m, 1H), 3.91(s, 1H), 6.32～6.37(m, 1H), 6.66～6.71(m, 1H), 6.77～6.83(m, 2H), 6.87～6.92(m, 1H), 6.97～7.03(m, 2H), 7.04～7.10(m, 1H);13C NMRδ: 18.8, 24.0, 30.7, 33.6, 36.8, 43.1, 45.1, 45.6, 48.0, 88.7, 107.2, 117.3, 122.3, 125.6, 127.6, 130.4, 134.5, 135.1, 146.5, 152.2; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C23H30N2Na{[M+Na]+}357.230 6, found 357.230 2。

1.3體外抗腫瘤活性測定

采用MTT法[8-9]測定了5a～5d, 6a和6b對A549, PC-3及K562的體外抗腫瘤活性,以順鉑為陽性對照藥。

(1) 待測樣制備

用DMEM培養基(含10%胎牛血清，100 U·mL-1青霉素和100 U·mL-1鏈霉素)培養A549。細胞以4 000個/孔濃度加入至96孔板中，于37 ℃， 5%CO2潮濕空氣培養箱中培養24 h。以RPMI-1640培養基替代DMEM培養基，用類似的方法制備K562和PC-3待測樣。

(2) 測定方法

將新配5a～5d, 6a和6b的二甲基亞砜溶液以加入孔中，終濃度分別為5 μmol·L-1, 10 μmol·L-1, 20 μmol·L-1, 40 μmol·L-1和80 μmol·L-1。靜置48 h，每孔加入5 mg·mL-1MTT磷酸鹽緩沖液10 μL，于37 ℃培養4 h。離心5 min除去未轉化MTT，每孔加入二甲基亞砜150 μL，用酶標儀在波長490 nm處測定OD值，用Spss軟件分析5和6對A549, K562和PC-3的IC50。

2結果與討論

2.1合成

以3a的合成為模板反應，研究了催化劑，堿和溶劑對3收率的影響，結果見表1。

表13a的合成條件優化

Table 1　Optimization of reaction condition for synthesizing 3a

a10 mol%;b20 mol%;c5.0 mL;d分離收率。

由表1可見，以TBAB為催化劑，K2CO3為堿，Toluene為溶劑時，3a收率最高(91%)。

2.2抗腫瘤活性

表2為5和6的抗腫瘤活性。由表2可見，5b對A549, PC-3和K562的抑制活性均較好，其IC50分別為27.2 μmol·L-1, 37.5 μmol·L-1和21.7 μmol·L-1。

表2　5和6的體外抗腫瘤活性

3結論

合成了6個新型的六氫吡啶-2,3-并吲哚類化合物(5a～5d, 6a和6b)。采用MTT法研究了5a～5d, 6a和6b對人肺癌細胞(A549)，人前列腺(PC-3)和人白血病細胞(K562)的體外抗腫瘤活性。結果表明：5b對A549, PC-3和K562的抑制活性均較好，其IC50分別為27.2 μmol·L-1, 37.5 μmol·L-1和21.7 μmol·L-1。5和6可作為先導化合物進一步研究。其他相關藥理活性正在進行中。

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Synthesis and Anti-tumor Activities of Novel Hexahydro-1H-pyrido[2,3-b]indole Compounds

ZHANG Wen-hui1,WANG Dan-dan1,LIU Huan-huan1,Gong Yi1,LIU Xiong-li1*,CHEN Zhi-yong1,ZHOU Ying1*,LI Wu-wu2

(1. Guizhou Engineering Center for Innovative Traditional Chinese Medicine and Ethnic Medicine,College of Pharmacy, Guizhou University, Guiyang 550025, China;2. College of Chemistry & Chemical Engineering, Xianyang Normal University, Xianyang 712000, China)

Abstract：Four intermediates, 3-propionate oxindole(3a～3d), were obtained by Michael addition, using 3-substituted oxindoles and acrylates as starting materials. 3-Propionamide oxindoles(4a～4d) were prepared by the reaction of 3a～3d with methylamine. Four novel hexahydro-1H-pyrido[2,3-b]indole compounds(5a～5d) were synthesized by reductive-cyclization from 4a～4d, using LiAlH4 as reductant. Two novel hexahydro-1H-pyrido[2,3-b]indole compounds(6a and 6d) were synthesized by reduction of 5a and 5b with LiAlH4. The overall yield of 5a～5d, 6a and 6b were 42%～61%. The structures were characterized by1H NMR,13C NMR and HR-ESI-MS. The in vitro anti-tumor activities of 5 and 6 against human prostate cancer cells(PC-3), human lung cancer cells(A549) and human

leukemia cells(K562) were investgated by MTT method. The results demonstrated that 5b exhibited better inhibition activity against K562, A549 and PC-3. IC50were 27.2 μmol·L-1, 37.5 μmol·L-1and 21.7 μmol·L-1, respectively.

Keywords：3-substituted oxindole; hexahydro-1H-pyrido[2,3-b]indole compound; Michael addition; amidation; reductive-cyclization; synthesis; anti-tumor activity

收稿日期：2016-02-23

基金項目：國家自然科學基金青年基金資助項目(21302024)； 國家自然科學地區基金資助項目(81560563)； 貴州省教學改革創新項目(SJJG201423)； 貴州省制藥工程專業學位研究生工作站[黔教研合JYSZ字(2014)002]； 咸陽師范學院專項科研基金資助項目(10XSYK311)

作者簡介：張文會(1990-)，女，土家族，貴州銅仁人，碩士研究生，主要從事天然活性物質全合成及結構修飾的研究。通信聯系人： 劉雄利，副教授，碩士生導師, E-mail: ls.liuxl@gzu.edu.cn; 周英，教授，博士生導師, E-mail: yzhou@gzu.edu.cn

中圖分類號：O625.6; O626.1

文獻標志碼：A

DOI：10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.05.16034