新型醛糖還原酶抑制1-乙?；?1H-吲哚-3-乙酸酯的合成及其抑制活性

李卓玲, 楊威龍, 趙 珊, 王淑紅, 李 臣, 王志兵, 修志明*

(1. 長春工業大學 化學與生命科學學院,吉林 長春 130012;2. 吉林醫藥學院 吉林省抗體工程科技協同創新中心,吉林 吉林 132013;3.長春百純和成醫藥科技有限公司,吉林 長春 130012)

糖尿病是以高血糖為特征的代謝性疾病?；颊唛L期高血糖,會導致各種組織器官的慢性損害、功能障礙,進而產生多種形式的糖尿病并發癥[1-2]。糖尿病并發癥的發病機制雖然復雜,但多元醇途徑的關鍵限速酶醛糖還原酶(AR)在糖尿病并發癥中發揮重要作用。因此,通過醛糖還原酶抑制劑(ARIs)抑制多元醇途徑的醛糖還原酶是治療糖尿病并發癥的重要策略[3-5]。

近年來,已有多種醛糖還原酶抑制劑被合成用于治療糖尿病并發癥[6-8],其中,環狀亞胺類如索比尼爾(Sorbinil)、非達司他(Fidarestat)和雷尼司他(Ranirestat)等被用來治療糖尿病神經病變;另一種羧酸類如芐達賴氨酸(Bendazac lysine)用來治療白內障,依帕司他治療神經性病變和糖尿病腎病等[9-14]。由于羧酸類化合物在正常生理條件下以負離子形式存在,不易透過細胞膜,生物利用度低,臨床劑量大,容易產生毒性,因此,環狀酰亞胺類醛糖還原酶抑制劑具有較好應用前景。

本文依據環狀酰亞胺類化合物的構效關系模型,參考吲哚類衍生物的合成路線方法[15-17],設計并合成了一種新型吲哚類醛糖還原酶抑制劑。以2-氯苯甲酸為起始原料,在堿性條件下經銅催化,與甘氨酸反應生成氯代鄰羧基苯基甘氨酸,再與乙酸酐反應,生成N-乙?；忯然郊姿?。然后在吡啶催化下合環,生成1-乙?；?1H-吲哚-3-乙酸酯(4, 1-acetyl-1H-indole-3-acetate, AIA),總收率為79.0%,純度達到99.0%(圖1)。通過1H NMR、13C NMR和MS(ESI)對其結構進行了表征,并對該化合物的醛糖還原酶抑制活性進行了測定。

圖1 1-乙?；?1H-吲哚-3-乙酸酯的合成路線Figure 1 Synthesis route of 1-acetyl-1H-indole-3-acetate

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

X-6型顯微熔點儀; SHIMADZU UV-2501PC型紫外分光光度計; Bruker AC-E 400 MHz型核磁共振儀(TMS為內標); LC-2010HT型高效液相色譜儀; Agilent 1100型液質連用儀。

牛眼晶狀體醛糖還原酶。其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) 鄰羧基苯基甘氨酸(2)的合成

將15.5 g 2-氯苯甲酸和100 mL二甲基甲酰胺加入到反應器中,攪拌均勻后,依次加入11.0 g甘氨酸和9.5 g銅粉,然后向該懸浮液中加入20.6 g碳酸鉀,于70 ℃加熱3 h,反應完全后,停止反應。將混合物倒入100 mL 18%(質量分數,下同)的稀鹽酸中,攪拌30 min,收集沉淀,60 ℃下干燥3 h,得產物218.0 g,收率93.2%;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 7.66(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.56(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.42(dd,J=8.4 Hz, 1.0 Hz, 2H), 7.29(d,J=1.0 Hz, 2H), 3.49(s, 2H);13C NMR(DMSO-d6, 100 MHz)δ: 170.1, 144.8, 137.7, 131.5, 129.2, 127.9, 124.1, 46.2; MS(ESI)m/z: calcd for C9H9NO4{[M+H+]}195.05, found 196.04。

(2)N-乙?；忯然郊姿?3)的合成

將18.1 g鄰羧基苯基甘氨酸加入反應器中,加入19.0 g碳酸鉀(180 mL水溶液),攪拌均勻后,用恒壓漏斗滴加15 mL乙酸酐,滴加完畢后繼續攪拌1 h,加入18%稀鹽酸酸化至pH=3,過濾,收集濾餅,60 ℃下干燥3 h,得產物320.4 g,收率92.7%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.12(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.69(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.63～7.54(m, 3H), 7.49～7.41(m, 3H), 5.65(s, 2H), 2.05(s, 3H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 168.7, 166.3, 138.7, 136.5, 133.0, 129.5, 129.3, 128.9, 128.6, 128.0, 126.6, 121.9, 71.1, 21.1; MS(ESI)m/z: calcd for C11H11NO5{[M+H+]}237.06, found 238.05。

(3) 1-乙?；?1H-吲哚-3-乙酸酯(4)的合成

將20.4 gN-乙?；忯然郊姿峒尤敕磻髦?依次加入45 mL乙酸酐,21 mL三乙胺,攪拌下加入0.2 g芐基三乙基氯化銨(TEBA),緩慢升溫至65 ℃,控溫反應2 h。反應完畢后,減壓蒸餾至無餾出液,將濃縮物倒入400 mL水中,過夜放置,過濾,收集固體,60 ℃下干燥3 h。然后用無水乙醇重結晶,過濾,收集,干燥,得產物417.09 g,收率91.5%,純度99.0%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.08(d,J=8.8 Hz, 1H), 7.91(d,J=8.8 Hz, 1H), 7.79(s, 1H), 7.44(d,J=8.0 Hz, 1H), 2.22(s, 3H);13C NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 170.2, 166.2, 140.5, 129.8, 125.9, 124.8, 123.7, 111.0, 61.3, 20.7, 14.2; MS(ESI)m/z: calcd for C12H11NO3{[M+H+]}233.07, found 234.06。

1.3 醛糖還原酶抑制活性測定

參考文獻[12]方法測定醛糖還原酶抑制活性。將AIA加入0.1 M磷酸緩沖液溶解(可加入不超過測試體系體積分數5% DMSO助溶),并稀釋成不同濃度梯度。在同一條件下測得各化合物在各濃度下對AR的抑制率,并用依帕司他(EPST)做陽性對照,用各濃度下AR抑制百分率對抑制劑濃度作圖,根據抑制曲線,得EPST及終產物的IC50。

2 結果與討論

2.1 鄰羧基苯基甘氨酸的合成分析

本反應是2-氯苯甲酸和甘氨酸在堿性條件下,以銅粉催化氨基的烷基化反應。銅粉作為金屬催化劑,在反應中起到了至關重要的作用,它可以顯著影響反應的速率。不同的金屬催化劑對不同類型的反應具有不同的催化效果,選擇合適的催化劑可以使反應具有更高的效率,不同金屬催化劑對鄰羧基苯基甘氨酸收率的影響見表1。由表1可知,不同金屬催化劑催化效率有所差異,進而影響反應收率,當選用Cu作為催化劑時,產物收率最高,可達到90%以上。

表1 催化劑對鄰羧基苯基甘氨酸收率的影響Table 1 Effect of catalysts on yield of O-carboxyphenyl glycine

2.2 N-乙?；忯然郊姿岬暮铣煞治?/h3>

本反應屬于亞氨基的?；磻??；磻谒嘀袎A性條件下進行,實驗結果表明,氫氧化鈉或氫氧化鉀堿性過強,副反應增加;碳酸氫鈉或碳酸氫鉀堿性過弱,影響產物的生成;碳酸鉀堿性適中,反應效率較高。?；噭┓謩e選用了酰氯、酸酐和冰醋酸,其中,酰氯?；^于劇烈,副產物較多,收率低;冰醋酸作為?；瘎?反應速率過低,反應時間較長;乙酸酐作為?；瘎?反應效率高,產物純度較高。

2.3 1-乙?；?1H-吲哚-3-乙酸酯的合成分析

本反應是吡啶催化合環反應,因此考察了催化劑對1-乙?；?1H-吲哚-3-乙酸酯收率的影響,結果如表2所示。由表2可知,單獨使用吡啶催化反應,于110 ℃下反應3 h才能夠反應完全,反應溫度較高;加入乙酸鈉/吡啶催化反應,于70 ℃下反應3 h可以反應完全,但收率下降;加入TEBA/吡啶催化反應,于65 ℃下反應3 h可以完全反應,反應條件更溫和,反應效率更高,產物純度提高,收率也大幅度提高。

表2 催化劑對1-乙?；?1H-吲哚-3-乙酸酯收率的影響Table 2 Effect of catalysts on yield of 1-acetyl-1H-indole-3-acetate

2.4 ARIs抑制活性

按照醛糖還原酶抑制活性測定方法,測得AIA和EPST的IC50值如表3所示。由表3可見,AIA的IC50低于EPST,說明AIA具有較高的醛糖還原酶抑制活性,作為先導化合物分子,有進一步研究的潛力和價值。

表3 AIA和EPST醛糖還原酶抑制活性Table 3 AR inhibitory activity of AIA and EPST

本文通過3步反應合成了1-乙?；?1H-吲哚-3-乙酸酯(AIA)。通過1H NMR、13C NMR和MS(ESI)對其結構進行了表征,確定為目標產物,并進一步對AIA的醛糖還原酶抑制活性進行測定。結果表明:AIA具有較高的醛糖還原酶抑制活性。本方法合成工藝簡單,反應條件溫和,副產物少,成本低,產物純度高,收率高,能為醛糖還原酶抑制劑的研究提供新的候選藥物分子。