密級: □ 及時公開 學(xué)號：s1210056 □ ___年公開（最長5年）

碩 士 學(xué) 位 論 文

吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計，合成與

抗腫瘤活性研究

Design, Synthesis, and Anti-tumor Biological Evaluation of Indolo[3,2-c]quinoline Derivatives

學(xué)生姓名 楊鐵 指導(dǎo)教師 姚和權(quán) 教授 學(xué)科專業(yè) 藥物化學(xué) 院部名稱 藥學(xué)院 協(xié)作指導(dǎo) 林愛俊 副教授 畢業(yè)時間 2015年 6月

原 創(chuàng) 性 聲 明

本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，遵照嚴肅求實的科學(xué)精神，進行研究工作所取得的成果。論文中除已注明引用和致謝的內(nèi)容外，不包含其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對論文研究做出貢獻的個人或集體，均在論文中作了明確聲明并表示了謝意。本聲明的法律責任由本人承擔。

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學(xué)位論文作者親筆簽名： 年 月 日

導(dǎo)師親筆簽名： 年 月 日

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目錄

摘要 ................................................................................................................................ I ABSTRACT .................................................................................................................. II 第一章 研究背景 ......................................................................................................... 1

第一節(jié) 抗腫瘤藥物的發(fā)展概述........................................................................... 1

1.1 植物來源的天然產(chǎn)物及其衍生物........................................................... 1 1.2 傳統(tǒng)的細胞毒藥物................................................................................... 2 1.3 靶向抗腫瘤藥物....................................................................................... 4 第二節(jié) 拓撲異構(gòu)酶的簡介及抗菌藥的研究進展............................................... 7

2.1 拓撲異構(gòu)酶簡介....................................................................................... 7 2.2 以細菌拓撲異構(gòu)酶為靶點的抗菌藥物發(fā)展概述................................... 8 第三節(jié) 以人類拓撲異構(gòu)酶為靶點的抗腫瘤藥物簡介..................................... 10

3.1 Top2抑制劑簡介 .................................................................................... 10 3.2 Top1抑制劑發(fā)展概述 ............................................................................ 11 第四節(jié) Mark Cushman小組非喜樹堿類Top1抑制劑研究綜述 ..................... 19

4.1 先導(dǎo)化合物母環(huán)上的初步修飾............................................................. 20 4.2 先導(dǎo)化合物深層次改造......................................................................... 22 4.3 總結(jié)......................................................................................................... 33

第二章 吲哚并喹啉衍生物的設(shè)計，合成與抗腫瘤活性研究 ............................... 34

第一節(jié) 設(shè)計思路................................................................................................. 34 第二節(jié) 合成路線的設(shè)計與優(yōu)化......................................................................... 36

2.1 通過喹啉環(huán)的構(gòu)建合成吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán) .................................. 36 2.2 通過吲哚環(huán)的構(gòu)建合成吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán) .................................. 39 2.3 通過吲哚和喹啉環(huán)的同時構(gòu)建合成吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán) .............. 41 2.4 目標化合物合成..................................................................................... 42 第三節(jié) 抗腫瘤活性活性測試............................................................................. 46

3.1實驗設(shè)備與試劑...................................................................................... 46 3.2 實驗方法................................................................................................. 46 3.3 實驗結(jié)果與討論..................................................................................... 47 第四節(jié) 實驗操作與數(shù)據(jù)..................................................................................... 50 全文總結(jié) ..................................................................................................................... 67 參考文獻 ..................................................................................................................... 68 碩士期間取得的研究成果 ......................................................................................... 77

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吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

致謝 ............................................................................................................................. 78 新化合物數(shù)據(jù)一覽表 ................................................................................................. 79 部分化合物圖譜 ......................................................................................................... 80

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摘要

惡性腫瘤已經(jīng)成為威脅人類健康的第二大疾病殺手，由于惡性腫瘤引起的死亡僅次于心血管疾病。每年，全世界約有760萬的患者死于惡性腫瘤。傳統(tǒng)治療癌癥的方法主要包括以下幾類：手術(shù)治療、化學(xué)治療、激素治療、生物以及靶向治療等?；瘜W(xué)治療無疑在治療領(lǐng)域占首要位置。常見的化療藥物主要包括植物來源的天然產(chǎn)物及其衍生物、細胞毒藥物、靶向抗腫瘤藥物。僅靠這些藥物難以滿足患者需求，要提高治療療效，就必須尋找有效的作用靶點。但是在重多的靶點中，能夠作為治療疾病的靶點卻甚少。Top1是細胞生存的必需酶，參與DNA的復(fù)制、翻譯、重組和修復(fù)等多個過程。作為抗腫瘤的一個有效靶點，臨床卻只有喜樹堿堿類Top1抑制劑。但是由于其具有較多缺陷，如母核內(nèi)酯環(huán)極不穩(wěn)定，很容易水解成羧酸形式；過度表達藥物流出泵ABCG2和ABCB1的細胞會產(chǎn)生耐藥性 ；Top1cc在藥物解離后失活，這便吸引了眾多學(xué)者尋找成藥性更好的非喜樹堿類Top1抑制劑。如今茚并異喹啉酮、吲哚咔唑和苯并菲啶類等已有多個化合物在臨床研究中活性優(yōu)于喜樹堿。1998年， Cushman Mark發(fā)現(xiàn)NSC 314622具有抗增殖活性和中等強度的Top1抑制活性。其后他們對先導(dǎo)化合物進行結(jié)構(gòu)修飾與優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)了一系列的活性較好的化合物，其中，Indimitecan與化合物Indotecan已在臨床研究中。

我們課題組借鑒了Cushman課題組改造NSC 314622的經(jīng)驗，設(shè)計出吲哚并喹啉的母環(huán)。在課題組前人方法學(xué)研究的基礎(chǔ)上，共合成獲得了20個目標化合物，其結(jié)構(gòu)均經(jīng)質(zhì)譜、核磁氫譜和碳譜進行確證。同時，選擇MCF7、DU145和 HCT-116三種腫瘤細胞株，進行了目標化合物的初步藥理活性篩選，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Ic、Ii、Ih和IIj四個化合物的抗增殖活性較好。在此基礎(chǔ)上，我們總結(jié)了初步的構(gòu)效關(guān)系。鑒于吲哚并喹啉類化合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，易于修飾，因此可以作為有潛力的抗腫瘤藥先導(dǎo)化合物進一步進行優(yōu)化研究。論文該部分的初步研究結(jié)果為課題組進一步深入研究提供了有價值的參考。

關(guān)鍵詞：Top1抑制劑，茚并異喹啉酮，先導(dǎo)化合物，吲哚并喹啉，IC50值

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ABSTRACT

Malignant tumor has been the second leading cause of death following cardiovascular disease. Each year, 7.6 million people die from cancer worldwide. The traditional methods of cancer treatment include the following surgery, chemotherapy, hormonotherapy, biotherapy and targeted therapy. Chemotherapy drugs undoubtedly occupy the most important position in this area, and they mainly include the following three categories: natural products and their derivatives, cytotoxic drugs, targeted antitumor drugs. To improve the treatment of tumor, we must start to look for effective targets. However, during the thousands of targets, but few of them can be used to antitumor. DNA topoisomerase I (Top 1) is an enzyme essential for replication, transcription, recombination and repair, during a number of critical cellular processes. Camptothecins are the only clinically proved Top1 inhibitors, but they have many liminations. As discussed above, 1) camptothecins are chemically unstable and rapidly inactivated to carboxylate in blood; 2) Cells overexpressing the drug efflux membrane transporters ABCG2 and ABCB1 are cross-resistant to camptothecins; 3) Top1cc reverses within minutes after drug removal. Many efforts have been taken to overcome those liminations, including development of new noncamptothecin Top1 inhibitor. Nowadays, indenoisoquinolinone, indolocarbazoles, and benzophenanth- ridines that their activities are better than camptothecins’ were under review for clinical trials. In 1998, Mark Cushman group found indenoisoquinoline NSC 314622 was moderately cytotoxic in cancer cell cultures with an IC50 of 20 μmol/L in vitro screen. Following the discovery of NSC 314622 as Top1 inhibitor, a number of promising compounds were developed. Indimitecan and Indotecan had been selected as new drug candidates for clinical development. Based

on

camptothecins

and

indenoisoquinolines,

we

designed

indolo[3,2-c]quinoline skeleton. Continuing our interest in C-H activition, we synthesized 20 target compounds. Their structures were determined by MS, 1H-NMR and 13C-NMR. MTT assay was used to evaluate the antiproliferative activities of these compounds against MCF7, DU145 and HCT-116 cell lines. The experimental results revealed that the antiproliferative activities of four compounds (Ic、Ii、Ih and IIj) of them were fairly potent, thus they could be used as good lead compounds. On the basis of those results, preliminary SAR was summarized. Because target compounds are chemically stable and easy to optimize, they have great potencial to make further

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optimization. These achievements of the dissertation provide valuable information for further research.

Key Words：Top1 inhibitors, indenoisoquinolinone, leading compounds, indolo[3,2-c]quinoline, IC50

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第一章 研究背景

第一節(jié) 抗腫瘤藥物的發(fā)展概述

隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們生活質(zhì)量普遍提高，然而惡性腫瘤（癌癥）卻越來越嚴重地威脅著人類的健康與生命。每年，全世界約有760萬的患者死于惡性腫瘤[1]。究其原因，存在內(nèi)外兩大因素，內(nèi)部原因如遺傳突變、激素因素等；外部原因如煙草、飲食、輻射、環(huán)境以及感染等。癌癥不管在發(fā)達國家或者發(fā)展中國家，都是造成死亡的重要因素。據(jù)推測，到2030年，每年因癌癥死亡人數(shù)將有可能達到1100萬[1]。盡管自上個世紀以來，在對抗癌癥領(lǐng)域已經(jīng)取得了巨大突破，但是惡性腫瘤的治愈仍然是當前的挑戰(zhàn)。在這個領(lǐng)域，仍需要投入大量的精力、財力去進一步的開發(fā)研究新成果來滿足患者的需求。傳統(tǒng)治療癌癥的方法主要包括以下幾類：手術(shù)治療、化學(xué)治療、激素治療、生物以及靶向治療等[1]。化學(xué)治療無疑在這方面占首要位置。常見的化療藥物主要包括以下三類：植物來源的天然產(chǎn)物及其衍生物、細胞毒藥物、靶向抗腫瘤藥物。 1.1 植物來源的天然產(chǎn)物及其衍生物

植物來源的抗腫瘤藥物仍在當今抗腫瘤藥物的市場上占有一席之地。隨著生物學(xué)、藥物化學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，人們對天然產(chǎn)物及其衍生物的研究認識也逐漸加深，已經(jīng)不再僅僅局限于陸地來源的植物，而是向來源更加廣泛的海洋植物去提取開發(fā)。為了滿足藥物市場的需求，必需通過化學(xué)修飾、改造以及骨架躍遷等手段，以備得到活性更好，毒性更低新型天然產(chǎn)物衍生物。 1.1.1 紫杉醇類抗腫瘤藥物

紫杉醇(1, Figure 1.1)是1971年Wani等人從短葉紅豆杉中提取分離得到，具有很好的抗腫瘤活性[2]。1979年，Horwitz等闡明了紫杉醇(1)獨特的抗腫瘤作用機制[3]：紫杉醇(1)可使微管蛋白與組成微管的微管蛋白二聚體失去動態(tài)平衡，誘導(dǎo)和促進微管蛋白聚合、裝配、防止解聚，從而使微管穩(wěn)定并抑制癌細胞的有絲，防止誘導(dǎo)細胞凋亡，進而有效阻止癌細胞的增殖，達到抗腫瘤的目的。紫杉醇于1992年經(jīng)FDA批準上市，主要用于晚期卵巢癌II期治療。在2000年，其銷售額達到了16億美元，創(chuàng)下單一抗癌藥銷售之最。目前，紫杉醇(1)已成為世界銷量第一的抗癌藥物，同時也是世界上廣譜抗癌藥物。

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Figure 1.1 植物來源的抗腫瘤藥物結(jié)構(gòu)

1.1.2 長春堿類抗腫瘤藥物

長春堿(2, Figure 1.1)和長春新堿(3, Figure 1.1)均是從夾竹桃科植物長春花中分離提取得到的雙分子吲哚類生物堿，具有明顯的抗腫瘤活性。自從上世紀70年代起，長春堿(2)、長春新堿(3)、長春地辛(4, Figure 1.1)、長春瑞濱(5, Figure 1.1)等已廣泛應(yīng)用于臨床。盡管長春堿類藥物有不同的抗腫瘤譜和細胞毒性，但其作用機制均是通過與微管蛋白結(jié)合，抑制微管聚合，阻礙紡錘體微管的形成，從而使細胞中期停止，阻止細胞的增殖[4]。而如今像長春福寧(6, Figure 1.1)、長春甘酯(7, Figure 1.1)以及脫水長春堿(8, Figure 1.1)也處在臨床研究中。

雖然植物來源的藥物由于其作用機制獨特，抗癌效果顯著，已經(jīng)在臨床中占主導(dǎo)地位，但是尋找新型骨架的天然分子以及通過結(jié)構(gòu)修飾與改造得到一些活性更好，毒副作用更小的衍生物仍是科學(xué)研究的重點。 1.2 傳統(tǒng)的細胞毒藥物

細胞毒藥物自上個世紀40年以來就開始在臨床中使用，幾十年來，已經(jīng)取得了突破性的進展。傳統(tǒng)的細胞毒藥物主要包括烷化劑、金屬絡(luò)合物、蒽環(huán)類藥物以及破壞DNA的抗生素等[5]。但由于其毒副作用大，現(xiàn)臨床使用相對較少。 1.2.1 烷化劑

早在1932年，法國人就已經(jīng)報道了烷化劑對腫瘤影響的研究性試驗。如芥子氣(9, Figure 1.2)能夠抑制小鼠的Ehrlich癌，從而達到治療乳腺癌的效果，實驗過程中能夠明顯地觀察到腫瘤的消退。二戰(zhàn)期間的“巴里災(zāi)難”更是驅(qū)使藥物

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科學(xué)家又一次深入系統(tǒng)地研究烷化劑，使得烷化劑得到飛躍發(fā)展。常見的烷化劑如卡莫司汀(10, Figure 1.2)，白消安(11, Figure 1.2)，環(huán)磷酰胺(12, Figure 1.2)，塞替派(13, Figure 1.2)等[5]。

Figure 1.2 烷化劑結(jié)構(gòu)

1.2.2 金屬絡(luò)合物

自上個世紀60年代發(fā)現(xiàn)“順鉑(14, Figure 1.3)”具有抗腫瘤的活性以來，金屬鉑類抗腫瘤藥物得到了廣泛應(yīng)用，并進一步發(fā)展了以第一代“順鉑”(14)，第二代卡鉑(15, Figure 1.3)，第三代奧沙利鉑(16, Figure 1.3)為主的藥物，如今已經(jīng)不再局限于金屬鉑的衍生物，而是向其他過渡金屬如金[6,7,8]、釕[9,10,11]等發(fā)展。

Figure 1.3 金屬鉑類抗腫瘤藥物結(jié)構(gòu)

1.2.3 蒽環(huán)類藥物

蒽環(huán)類藥物在抗生素整改之前普遍應(yīng)用，它們在結(jié)構(gòu)上有一個共同的特征，就是在蒽環(huán)并六元環(huán)的基礎(chǔ)上帶有氨基糖類的側(cè)鏈。這類化合物結(jié)構(gòu)相近，作用機制類似，都是通過嵌入DNA雙鏈的堿基之間，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，抑制DNA復(fù)制與RNA合成，從而阻礙癌細胞。這類化合物以阿霉素類為代表，包括表阿霉素(17, Figure 1.4)，洋紅霉素(18, Figure 1.4)，4-去甲氧柔紅霉素(19, Figure 1.4)等。

Figure 1.4 蒽環(huán)類與抗生素類結(jié)構(gòu)

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1.2.4 破壞DNA的抗生素

博來霉素A2(20, Figure 1.4)是從輪枝桿菌(Str.Verticillus)中提取分離得到的。這類化合物通過嵌入DNA，引起DNA單鏈或雙鏈的斷裂，達到殺死腫瘤細胞的目的。絲裂霉素(21, Figure 1.4)作為另一類抗腫瘤抗生素，主要是從鏈霉菌(Streptomyces)中提取的，其化學(xué)結(jié)構(gòu)具有苯醌，乙酰亞胺基及氨甲酰三個活性基團，作用機制與烷化劑相似，與DNA的雙鏈交聯(lián)，抑制DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。

總之，傳統(tǒng)的抗腫瘤藥物有很大的缺陷。雖然其活性很高，但是選擇性太差，在殺死腫瘤細胞的同時，往往還殺死正常細胞，這對于患者來說是致命的傷害。因此臨床上這類藥物用得并不是很多。 1.3 靶向抗腫瘤藥物

隨著腫瘤藥理學(xué)、分子藥理學(xué)等學(xué)科的迅速崛起，靶向抗腫瘤藥物的研究開發(fā)逐漸成為現(xiàn)代抗腫瘤藥物研發(fā)的重要方向之一。由于傳統(tǒng)細胞毒藥物并無特異的選擇性，在殺死腫瘤細胞的同時，也能對正常細胞也造成一定損傷，因此常常給癌癥患者帶來嚴重的不良反應(yīng)與毒副作用。而靶向藥物則具備一定的特異選擇性，能夠識別腫瘤細胞上某些特有基因決定的靶點、靶標，并與之結(jié)合[12]，發(fā)揮抗腫瘤作用的同時還能夠減少毒副作用，提高腫瘤患者生存質(zhì)量，所以靶向抗腫瘤藥物在臨床上的應(yīng)用越來越廣泛。根據(jù)分子量的大小，靶向抗腫瘤藥物可分為單克隆抗體和小分子抑制劑兩大類別。 1.3.1 單克隆抗體

單抗主要是通過雜交的腫瘤細胞生產(chǎn)出來的。由于生產(chǎn)單抗的細胞都源于單一細胞，所以單抗識別抗原的能力特別強，也就具備了靶向性。利用這一特性，人們可以研發(fā)診斷試劑和靶向藥物。現(xiàn)在普遍認為，單抗是與腫瘤細胞表面上的抗原結(jié)合，激活補體介導(dǎo)的細胞死亡，誘導(dǎo)腫瘤細胞的凋亡。另外，一些腫瘤細胞生長、分化需要各種因子的刺激，這些因子也參與腫瘤的侵潤、轉(zhuǎn)移，而單抗與受體結(jié)合，可以抑制配體與受體的作用，使腫瘤細胞得不到因子而死亡。到目前為止，臨床上已有多個靶點的單抗，例如，針對HER2/neu的單抗Herceptin用于治療乳腺癌；針對ERFR人/鼠嵌合Ig(1)的單抗cetuximab用于治療轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌；針對VEGF的單抗bevacizumab用于一線治療結(jié)直腸癌。2014年，美國FDA批準上市的41個新分子實體中，其中抗腫瘤單抗就有6個[13]。抗腫瘤單抗已經(jīng)成為人們研究的熱點之一。

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1.3.2 小分子抑制劑

2001年，Bcr-ab酪氨酸激酶抑制劑伊馬替尼(22, Figure 1.5)率先上市，開創(chuàng)了小分子靶向抗腫瘤藥物的新時代。隨后2003年，吉非替尼(23, Figure 1.5)成功用于EGFR突變的肺癌人群，開啟了個體化治療的先河。2011年，用于治療非小細胞型肺癌的克卓替尼(24, Figure 1.5)，從發(fā)現(xiàn)到上市僅僅三年時間[14]。這些例子告訴我們，小分子靶向抑制劑已逐漸成為當今抗腫瘤藥物的主流。在國內(nèi)，更是激起研究的熱潮。根據(jù)靶點的不同，可以分為：蛋白激酶抑制劑，組蛋白去乙?；D(zhuǎn)移酶抑制劑，法尼基轉(zhuǎn)移酶，細胞周期調(diào)節(jié)因子等。其中蛋白激酶抑制劑是研究最廣泛，應(yīng)用最多的小分子靶向抑制劑。蛋白激酶是一種催化蛋白質(zhì)磷酸化的酶，主要包括絲氨酸/蘇氨酸(Ser/Thr)激酶和酪氨酸(Tyr)激酶。酪氨酸激酶與體內(nèi)細胞信號通路相關(guān)，控制細胞的增殖、生長、凋亡等。約80%的致癌基因都有酪氨酸激酶，這使其成為抗腫瘤靶向藥物的重要靶點。

Figure 1.5 蛋白激酶類抑制劑結(jié)構(gòu)

1.3.2.1 EGFR抑制劑

吉非替尼(23)是EGFR抑制劑，競爭性地與EGFR-TK (EGFR-酪氨酸激酶)催化區(qū)域的Mg-ATP結(jié)合，阻斷信號傳遞，促進細胞的凋亡，抑制腫瘤血管的生成[15]。所以吉非替尼(23)作為一線治療EGFR基因突變的晚期非小細胞肺癌的藥物，與傳統(tǒng)的鉑類藥物相比，能夠明顯提高患者的生存率與生存質(zhì)量。 1.3.2.2 VEGFR抑制劑

阿西替尼(25, Figure 1.5)是輝瑞公司開發(fā)的一種強效選擇性VEGFR抑制劑，

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可以持續(xù)、顯著地抑制腫瘤血管的形成。主要是通過抑制VEGFR磷酸化而發(fā)揮抗腫瘤的作用，對VEGFR2的抗增值活性達到0.2 nM?，F(xiàn)用于治療腎細胞癌[16]。阿帕替尼(26, Figure 1.5)是我國恒瑞醫(yī)藥股份有限公司自主研發(fā)的VEGFR抑制劑，于2014年12月經(jīng)SFDA批準上市，用于治療晚期胃癌。 1.3.2.3 c-MET抑制劑

SU11274[17] (27, Figure 1.5)是ATP競爭性Met小分子抑制劑，其IC50為10 nM。其選擇性是其他激酶EGFR、CDK、FGFR等的500倍以上。也能抑制表達c-Met的 NSCLC細胞的活力并抑制HGF誘導(dǎo)的c-Met磷酸化及其下游信號的傳導(dǎo)，尤其是對PI3K及Ras途徑的抑制作用。PHA665752 (28, Figure 1.5)是c-Met特異性小分子抑制劑[18]，對c-Met的多個酪氨酸殘基有抑制作用，也能阻止c-Met途徑中信號調(diào)節(jié)因子與c-Met的結(jié)合。 1.3.2.4 BCR-ABL抑制劑

普納替尼[19](29, Figure 1.5)是第三代酪氨酸激酶抑制劑，靶向于CML和費城染色體陽性急性淋巴細胞白血病特有的酪氨酸激酶。其體外抑制ABL與T315I 突變ABL酪氨酸激酶活性的IC50分別為0.4和2.0 nM，臨床用于治療慢性髓細胞白血病。

近年來，多靶點抗腫瘤藥已經(jīng)引起了重視?，F(xiàn)在已上市或處在臨床不同階段的激酶抑制劑很多都是非選擇性的，可以同時抑制多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。原來在臨床中很多單一靶點的酪氨酸激酶抑制劑被發(fā)現(xiàn)也能作用于其他靶點。隨著CADD、分子生物學(xué)等迅速發(fā)展，小分子靶向藥物將得到進一步的發(fā)展。

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第二節(jié) 拓撲異構(gòu)酶的簡介及抗菌藥的研究進展

2.1 拓撲異構(gòu)酶簡介

拓撲異構(gòu)酶是真核和原核生物體內(nèi)基本酶之一，普遍存在于細胞核（擬核）之中。根據(jù)其功能和作用方式的不同，拓撲異構(gòu)酶可以分為拓撲異構(gòu)酶I、II、III和IV四大類[20,21]。而作為抗腫瘤藥物靶點的主要是拓撲異構(gòu)酶I和拓撲異構(gòu)酶II (Table 1.1)，它們的區(qū)別在于，拓撲異構(gòu)酶I在DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的過程，只能夠解雙螺旋結(jié)構(gòu)中一條DNA鏈釋放負超螺旋，而拓撲異構(gòu)酶Ⅱ能夠同時切斷兩條DNA鏈釋放復(fù)制叉前面的正超螺旋，待其旋轉(zhuǎn)恢復(fù)正確旋轉(zhuǎn)度后，再次將鏈連接起來。而在原核細胞中，抗菌藥往往都是針對細菌拓撲異構(gòu)酶II的靶點[22]。

Table 1.1 拓撲異構(gòu)酶的分類 類型 IA 酶與DNA復(fù)合物 5’-PY 基因 TOP3A TOP3B TOP1 TOPIMT TOP2A IIA 5’-PY TOP2B Top 2β 人類 蛋白 Top 3α Top 3β Top 1 Top 1mt Top 2α 抗腫瘤 藥物 無 無 抗腫瘤 無 GYRA GYRB PARC PARE 基因 TOPA TOPB 細菌 蛋白 Topo I Topo III 無 藥物 無 無 IB 3’-PY Gyrase 抗菌藥 Topo IV

在這里，我們以真核生物的拓撲異構(gòu)酶為例，考察一下拓撲異構(gòu)酶的作用方式[20]。首先Top1與DNA結(jié)合(Figure 1.6)，Top1的723位酪氨酸殘基（Tyr723）上的酚羥基親核進攻DNA的磷酸二酯鍵，形成3’端Top1-DNA的共價復(fù)合物，從而切開DNA的一條鏈，使得5’端游離出來。然后，游離出來的5’端圍繞另一條DNA鏈旋轉(zhuǎn)一周，增加或者減少一個超螺旋。最后，Top1再從斷開的DNA鏈上解離，斷開的DNA重新連接起來。與Top1不同的是，Top2是同時進攻DNA的兩條鏈(Figure 1.6)，游離DNA的3’端，切開DNA的雙鏈，增加或者減少兩個超螺旋。另外Top1參與的解螺旋并不需要能量，而Top2的催化部位與DNA形成Top-DNA復(fù)合物時，需要ATP的結(jié)合，在Tyr親核進攻導(dǎo)致DNA斷裂時需要Mg2+的參與。

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Figure 1.6 拓撲異構(gòu)酶作用機制(左邊Top1，右邊Top2)

2.2 以細菌拓撲異構(gòu)酶為靶點的抗菌藥物發(fā)展概述

在大腸桿菌中存在兩種拓撲異構(gòu)酶II即DNA螺旋酶和TopoIV，這兩種酶都是細菌生長所必須的，缺失其中的一種，就會使得細菌死亡。而喹諾酮類抗菌藥的作用靶點正是細菌的這兩種酶[22]。喹諾酮類藥物通過與這兩種酶結(jié)合作用，使細菌DNA斷裂與再連接的過程中斷，導(dǎo)致細菌DNA的復(fù)制無法進行，最終引起細菌的死亡。而動物體內(nèi)并DNA螺旋酶和TopoIV，所以喹諾酮類藥物對細菌具有選擇性。

Figure 1.7 喹諾酮類藥物結(jié)構(gòu)

根據(jù)喹諾酮抗菌活性強度與毒副作用強弱可以將其發(fā)展分為四個階段[23]：第一階段以萘啶酸(30, Figure 1.7)和吡咯酸(31, Figure 1.7)為典型代表，其特點是抗菌譜窄，對絕大多數(shù)革蘭陰性菌活性中等，對革蘭陽性菌和銅綠假單胞菌無活性，在體內(nèi)容易代謝失活，易產(chǎn)生耐藥性，現(xiàn)在臨床上基本不使用；第二階段以吡哌酸(32, Figure 1.7)和西諾沙星(33, Figure 1.7)為首，其特征為對革蘭陰性菌活性較強，對革蘭陰性菌和銅綠假單胞菌有一定的抑制作用，體內(nèi)代謝相對穩(wěn)定，不易產(chǎn)生耐藥性，毒副作用相對較少。第三階段是以諾氟沙星(34, Figure 1.7)、環(huán)丙沙星(35, Figure 1.7)等為代表的一系列氟喹諾酮類藥物，這類藥物對革蘭陰性菌，

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革蘭陽性菌以及厭氧菌均有較強的作用，副作用小，臨床應(yīng)用相對比較廣泛。是上世紀90年發(fā)上市的新品種。這類藥物以左氧氟沙星(36, Figure 1.7)、帕珠沙星(37, Figure 1.7)等為代表，仍保留了第三代的特點，同時抗菌譜擴大到支原體、衣原體等病毒體。

盡管在2011年抗生素專項整治的大環(huán)境之下，抗菌，抗感染藥物大幅度縮水，喹諾酮類藥物的銷售下降約23%，但是隨著的喹諾酮類藥物研究開發(fā)，能夠彌補該類藥物品種不足的問題，調(diào)整市場格局，給這類藥物的發(fā)展增加新的活力。

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第三節(jié) 以人類拓撲異構(gòu)酶為靶點的抗腫瘤藥物簡介

隨著靶向抑制劑的發(fā)展，拓撲異構(gòu)酶作為抗腫瘤藥物的重要靶點之一，已經(jīng)成為現(xiàn)代藥物研究開發(fā)的熱點。在復(fù)制和轉(zhuǎn)錄時，拓撲異構(gòu)酶能夠催化DNA超螺旋狀態(tài)與解螺旋轉(zhuǎn)態(tài)的相互轉(zhuǎn)化。更重要的是，DNA拓撲異構(gòu)酶在催化DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)解旋時，DNA分子中的結(jié)合位點暴露，從而使得參與DNA復(fù)制以及轉(zhuǎn)錄的各種因子各司其職。按藥物與Top酶的結(jié)合方式和機理可以分為毒性機理和催化抑制機理[24]。而催化抑制劑相對甚少，這里就不再說明。毒性機理 (Figure 1.8)：抑制劑(I)能夠與Top-DNA形成Top-DNA-I三元復(fù)合物。然后提高Top-DNA二元復(fù)合物的濃度來讓Top酶“中毒”。具體來講，正常生理條件下，Top能夠使DNA瞬間斷裂和再連接，當有抑制劑存在時，Top1(或Top2)在切開單鏈(或雙鏈)，與末端DNA形成共價復(fù)合物（Top-DNA復(fù)合物），從而使得平衡向Top-DNA復(fù)合物一端偏移，導(dǎo)致DNA鏈斷裂，并啟動其他相應(yīng)的因子殺死細胞。而下文介紹所有抑制劑基本都是通過毒性機理作用的。

Figure 1.8 毒性機理 3.1 Top2抑制劑簡介 現(xiàn)已有多個Top2抑制劑上市或者處在臨床研究中。Top2毒劑如阿霉素(38, Figure 1.8)、依托泊苷(39, VP-16, Figure 1.8)，米托蒽醌(40, Figure 1.8)，

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CP-115,953 (41, Figure 1.8)等，而催化抑制劑相對較少如新生霉素(42, Figure 1.8)、美巴隆(43, Figure 1.8)、阿柔比星(44, Figure 1.8)以及ICRF系列ICRF-193 (45, Figure 1.8)，ICRF-159 (46, Figure 1.8) 和ICRF-1 (47, Figure 1.8)]等。

Figure 1.8 Top2抑制劑結(jié)構(gòu)

盡管現(xiàn)在已有上百種Top2抑制劑處于臨床或者臨床前研究，但是Top2抑制劑的研究仍是冰山一角，仍有很多生物學(xué)問題亟需解決，如Top2α和Top2β的功能分工問題，以及Top2抑制劑切斷DNA雙鏈容易造成二次惡性腫瘤發(fā)生等問題[24]。

3.2 Top1抑制劑發(fā)展概述

自發(fā)現(xiàn)Top1結(jié)構(gòu)以來，Top1作為抗腫瘤靶點已有近三十多年的歷史。這期間，已經(jīng)有幾十個Top1抑制劑上市或處在臨床研究中。Top1抑制劑可以分為Top1毒劑和Top1催化抑制劑兩大類型，雖然二者均是抑制催化活性，但是Top1毒劑能夠捕獲斷裂復(fù)合物，而Top1催化抑制劑抑制復(fù)合物的形成。細胞對Top1毒劑的敏感性隨Top1的過度表達而增加，反之，如果降低Top1活性最容易引起對Top1毒劑的耐受。在臨床上使用喜樹堿類藥物均是Top1毒劑。根據(jù)藥物的結(jié)構(gòu)類型可以分為喜樹堿類抑制劑和非喜樹堿類抑制[25]。 3.2.1 喜樹堿類抑制劑發(fā)展概述

喜樹堿(48, Scheme 1.1)是從山茱萸目珙桐科植物喜樹(Camptotheca acuminate)中提取分離得到的生物堿。1966年， M. E. Wall和M. C. Wani通過系

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統(tǒng)篩選天然提取物，發(fā)現(xiàn)含有喜樹提取物有較好的抗腫瘤活性，并通過X-ray確定了喜樹堿(48)的結(jié)構(gòu)[26]。在1970年到1972年進行的臨床研究中發(fā)現(xiàn)，喜樹堿(48)對白血病，胃腸道腫瘤，膀胱癌以及肝癌均有較好的抑制活性，但是其膀胱炎癥，腹瀉，嘔吐的毒副作用甚是嚴重，腫瘤患者的生存質(zhì)量相對較差，所以人們不得不中止其進一步研究[27,28]。研究過程中發(fā)現(xiàn)，臨床研究過程中所采用的喜樹堿鈉鹽形式[29](49, Scheme 1.1)是一種非活性的狀態(tài)，所需的給藥劑量大。在體內(nèi)，喜樹堿鈉鹽形式(49)呈游離狀態(tài)，隨著酸堿pH值的變化，很容易發(fā)生閉環(huán)與再開環(huán)的轉(zhuǎn)變。在膀胱內(nèi)，由于酸性環(huán)境，喜樹堿的鈉鹽(48)更加趨向于閉環(huán)，而導(dǎo)致膀胱損傷引發(fā)炎癥。

Scheme 1.1 喜樹堿在酸堿性條件下的形式

直到1985年，Hsiang博士終于發(fā)現(xiàn)了喜樹堿(48, Scheme 1.1)作特異性地用于DNA拓撲異構(gòu)酶1[30](Figure 1.9)，能夠與穩(wěn)定可裂解的Top1-DNA的二元復(fù)合物形成CPTs-Top1-DNA三元絡(luò)合物，這種三元復(fù)合物非常穩(wěn)定，使得裂解的DNA不斷堆積，致使DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄等過程受阻，最終，導(dǎo)致DNA的斷裂，引起細胞的死亡。此后，人們便掀起喜樹堿結(jié)構(gòu)修飾和改造的研究高潮。

喜樹堿的結(jié)構(gòu)(Figure 1.9)是由A、B、C、D和E五個環(huán)稠并在一起。對于喜樹堿類的結(jié)構(gòu)改造主要是針對A、B、E環(huán)進行的。

Figure 1.9 喜樹堿的結(jié)構(gòu)與結(jié)合方式

兩個水溶性的喜樹堿衍生物拓撲替康[31,32](50, Topotecan, Hycamtin, Figure 1.10)和伊立替康[32](51, Irinotecan, CPT-11, Figure 1.10)是上世紀90年代上市的藥物。拓撲替康主要用于治療卵巢癌和小細胞肺癌(SCLC)。但是，口服和靜脈給藥會出現(xiàn)血液系統(tǒng)毒性，表現(xiàn)為有惡心、嘔吐、脫發(fā)和腹瀉等副作用。伊立替康

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(51)臨床用于治療結(jié)腸癌。它是一種前藥，在體內(nèi)，必須經(jīng)酯酶(carboxylesterase)代謝成活性形式SN-38[33](52, Figure 1.10)。伊立替康的嚴重副作用也是腹瀉。另外，還有吉馬替康[34](53, Gimatecan, Figure 1.10)、貝洛替康[35](, Belotecan, Figure 1.10)、勒托替康[36](55, Lurtotecan, Figure 1.10)、依沙替康[37](56, Exatecan, Figure 1.10)等也處在臨床研究中。從這些已經(jīng)上市或處在臨床各期的喜樹堿衍生物結(jié)構(gòu)可以看出，人們主要集中在7位和10位修飾，這兩個位點改造也是決定化合物水溶性的關(guān)鍵。

Figure 1.10 喜樹堿類衍生物結(jié)構(gòu)

所有的喜樹堿衍生物都存在E-環(huán)不穩(wěn)定，易開環(huán)的缺點。針對這種缺陷，有兩種解決的途徑[25]。第一種就是通過擴環(huán)來增加一個碳原子，這樣就能E環(huán)的開環(huán)與閉合。高喜樹堿類化合物(homocamptothecins)如二氟替康[38](57,

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Diflomotecan, Figure 1.10)就是針對這一途徑開發(fā)的。但是這種途徑也存在潛在問題，開環(huán)后的高喜樹堿類化合物是無法再可逆閉環(huán)的。另一個研發(fā)高喜樹堿類衍生物的初衷，是否能夠通過改變E-環(huán)克服喜樹堿藥物流出泵產(chǎn)生的多藥耐藥性。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，高喜樹堿類化合物對ABCG2藥物外排阻力的影響是有限的，也就是說能夠抵制多藥耐藥。第二種途徑就是將原有的六元環(huán)縮為五元環(huán)。α-羥基酮衍生物便是典型代表。處在臨床中的化合物S39625[39](58, Figure 1.10)由于了改變了開環(huán)的內(nèi)酯環(huán)，使得其與Top1cc的結(jié)合更加穩(wěn)定。所有的E環(huán)改變的研究打破了原先不能改變的束縛。

喜樹堿類化合物作為Top1抑制劑是最早上市的，同樣也唯一的一類Top1抑制劑。但是由于喜樹堿存在E環(huán)易開環(huán)，水溶性較差等問題。很多科學(xué)工作者基于喜樹堿母核的改造已經(jīng)取得巨大的成就，研發(fā)了幾十種衍生物已經(jīng)上市或者處在臨床研究中，最近幾年，高喜樹堿（hCTPs）類衍生物以及喜樹堿綴合物(指喜樹堿20位的羥基與聚合物或者小分子化合物連接，以達到增加內(nèi)酯環(huán)穩(wěn)定性，延長開環(huán)時間，減少與血清蛋白親和力的目的)發(fā)展迅速。 3.2.2 非喜樹堿類抑制劑的發(fā)展概述

盡管喜樹堿及其衍生物作為Top1抑制劑在抗腫瘤方面已經(jīng)取得了令人滿意的結(jié)果，但是，喜樹堿衍生物存在很大的局限性，如穩(wěn)定性，水溶性，耐藥性，副作用等問題。這也促使了科學(xué)家把眼光轉(zhuǎn)向?qū)ふ腋玫慕Y(jié)構(gòu)母環(huán)，到目前為止，大概有3類新母環(huán)(5個化合物)已經(jīng)處在臨床研究中。按其結(jié)構(gòu)類型可以分為吲哚咔唑類、苯并菲啶類和茚并異喹啉酮類三類。 3.2.2.1 吲哚咔唑類Top1抑制劑研究進展

吲哚咔唑類化合物是在篩選和優(yōu)化抗生素的過程中發(fā)現(xiàn)的。研究發(fā)現(xiàn)，此類化合物具有廣泛的藥理活，主要包括抗菌、降血壓、抗腫瘤、抗血栓等活性[40]。其中抗腫瘤主要是通過抑制蛋白激酶、拓撲異構(gòu)酶酶來實現(xiàn)的。吲哚咔唑類化合物作為Top1抑制劑有兩個顯著優(yōu)點：第一、即使在Top1不存在的條件下，也不能直接作用于DNA，所以有利于設(shè)計成特異性Top1抑制劑；第二、體外的抗腫瘤活性與誘導(dǎo)DNA的斷裂能力直接相關(guān)。

化合物BE-13793C[41] (59, Figure 1.11)是從鏈霉菌(Streptverticillium)中提取分離得到的，除了具有Top1的抑制活性，還有Top2的活性。經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在吲哚的N原子上引入糖苷鍵，得到化合物ED-105[42] (60, Figure 1.11)，化合物ED-105 (60)對Top1的抑制活性和細胞毒性有了很大提高。在此基礎(chǔ)上，丁烯二酰亞胺的N上以甲酰胺基取代，化合物NB-506[43] (61, Figure 1.11)體外對多種腫

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瘤細胞顯示出很強的活性，但是其溶解性極差。將化合物NB-506 (61)的甲?；鶕Q成1,3-二羥基丙基后，得到J109404 (62, Figure 1.11)，水溶性得到明顯改善。改變J109404 (62)上吲哚咔唑母環(huán)上兩個羥基的位置，化合物J-107088[44] (63, edotecarin, Figure 1.11)，該化合物誘導(dǎo)的DNA裂解復(fù)合物非常穩(wěn)定且活性高于J-109404 (62)。該化合物在III期臨床后，輝瑞公司并沒有讓其上市。

Figure 1.11 吲哚咔唑類Top1抑制劑結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在化合物CEP-751[45] (, Figure 1.11)、BMS-250749[46] (65, Figure 1.11)、Becatecarin[47] (66, Figure 1.11)等處在臨床不同階段，對于吲哚咔唑類Top1抑制劑的研究并沒有終止，仍有很多方面需要進一步的研究開發(fā)。 3.2.2.2 苯并菲啶類Top1抑制劑研究進展

1993年，E Bisagni課題組[48]對苯并菲啶類[如花椒寧堿 (67, Figure 1.12)，兩面針堿 (68, Figure 1.12)，異花椒寧堿 (69, Figure 1.12)等]化合物及其衍生物做了抗腫瘤研究，發(fā)現(xiàn)這類化合物具有較弱的Top1和Top2抑制活性。由于活性較弱，他們并沒有深入探究。對這類化合的深入探究是由羅格斯大學(xué)的E.J. LaVoie教授進行的。

Figure 1.12 苯并菲啶類生物堿結(jié)構(gòu)

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根據(jù)母環(huán)的差異，苯并菲啶類可分為以下五類：苯并[c]菲啶(70, Figure 1.13)、苯并[i]菲啶(71, Figure 1.13)、萘并噌啉(72, Figure 1.13)、二苯并萘啶酮(73, Figure 1.13)和異喹啉噌啉酮(74, Figure 1.13)。

Figure 1.13 苯并菲啶母環(huán)結(jié)構(gòu)

化合物苯并[c]菲啶(70)、苯并[i]菲啶(71)、萘并噌啉(72)和異喹啉噌啉酮(74)的研究相對較少。對于苯并[i]菲啶-12-羧酸類或者苯并[i]菲啶-11-羧酸衍生物雖然細胞抗增殖活性與Top1抑制活性均較好，但是它們很可能是多藥耐藥流出泵的底物。而母環(huán)二苯并萘啶酮(73)的研究相對比較系統(tǒng)。在這里我們先來討論二苯并萘啶酮(73)的研究進展。二苯并萘啶酮(73)結(jié)構(gòu)由A、B、C、D四個環(huán)稠合而成。其中A、D環(huán)為苯環(huán)，B環(huán)為吡啶環(huán)，C環(huán)為六元內(nèi)酰胺環(huán)。二苯并萘啶酮類最早研究的是ARC-111 (75, Figure 1.14)。對于ARC-111 (75)的修飾主要分為兩個方面：A/D環(huán)的取代基變化與B/C環(huán)的結(jié)構(gòu)修飾。

Figure 1.14 ARC-111結(jié)構(gòu)

先導(dǎo)化合物ARC-111 (75)的A/D環(huán)改造(Table 1.2)是相對比較容易的[49]。先導(dǎo)化合物ARC-111 (75, Table 1.2)的Top1活性與喜樹堿相當。如圖所示，當D環(huán)的10位R1被硝基和氨基取代，化合物76、77的Top1活性基本喪失。當8、9位的R1、R3位硝基或氨基的取代，化合物78、79、80、81的活性的活性與先導(dǎo)物(75)相當，甚至優(yōu)于先導(dǎo)物(75)。比較化合物78和80，可以發(fā)現(xiàn)9位引入硝基的Top1活性的要稍微強于8位引入硝基。對比化合物79和81，8位引入氨基的活性要優(yōu)于9位氨基?；衔?8、79與80、81兩組，可知8位或者9位引入硝基的活性要氨基好一些?？傊?位、9位引入氨基或者硝基這些富電子基團，利于活性的增加，并且硝基要強于氨基。關(guān)于A/D環(huán)修飾的化合物深入研

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究仍在進行中。

Table 1.2 化合物ARC-111的A/D環(huán)改造

Compd 75 76 77 78 79 80 81 CPT

R1 H NO2 NH2 H H H H

R2 OMe H H NO2 NH2 H H

R3 OMe H H H H NO2 NH2

IC50(μM) Top1 RPMI8402 CPT-K5 cleavage 0.002 4.8 0.34 0.002 0.025 0.003 8.0 0.005

0.9 >10 3.2 2.8 1.0 0.33 0.8 61

0.5 1000 15 0.1 0.5 0.2 0.38 0.5

對于B/C的改造[50-53](Table 1.3)，主要是內(nèi)酰胺N原子上取代基的變化。C環(huán)側(cè)鏈的變化，對細胞的抗增殖活性與Top1抑制活性的影響是至關(guān)重要的。初步的研究發(fā)現(xiàn)，如果引入2個碳的氨基側(cè)鏈，此時活性最佳。對于引入什么樣的氨基側(cè)鏈，Edmond J. Lavoie課題組做了詳細的比較。比較化合物82 (Table 1.3)、83、84、85和86，可知當氨基為仲氨基時，細胞的抗增殖活性與Top1活性均比較好。隨著R2位基團的增大，抗增殖活性基本保持不變，而Top1的抑制活性略有下降。其中化合物83 (Gen-4282)已經(jīng)處于臨床I期，用于治療固體腫瘤[]。比較化合物87、88和可知，當R1位為甲基，隨著R2位引入的基團大小，活性呈現(xiàn)iPr > Me > Bn的規(guī)律。但是當R1、R2位均為大基團時，此時化合物90、91雖然有一定的細胞抗增殖活性，但是Top1活性已經(jīng)明顯減弱。如果側(cè)鏈末端氨基為環(huán)狀氨基，五元、六元無取代的環(huán)狀氨基化合物92、93活性較好，如果環(huán)上取代如化合物94，那么Top1抑制活性喪失。當末端取代為咪唑或三氮唑，化合物95、96活性基本喪失。

Table 1.3 化合物ARC-111的B/C環(huán)改造修飾

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Compd 82 83 84 85 86 87 88 90 91 92 93 94 95 96 topotecan

R1 H H H H H Me Me Me iPr Bn

R2

MGM(μM) 0.045 0.049 0.032 0.3 0.078 0.257 0.0257 0.44 0.128 0.57 0.067 0.069 0.11 >3 >3

Top1 cleavage

0.02 0.1 0.3 0.068 0.5 0.19 0.125 15.8 4.7 15 0.3 0.6 >100 2.3 >10 1.0

H Me iPr cyclopropyl

Bn Me iPr Bn iPr Bn

pyrrolidine piperidine 4-Methylpiperidine

imidazole 1,2,3-1H-triazole

總之，二苯并萘啶酮這類化合物的構(gòu)效關(guān)系：第一、A環(huán)2、3位的亞甲二氧基是嚴格必需的；第二、D環(huán)8、9位的甲氧基，如果被氨基或者硝基取代，活性能夠保持，且硝基活性強于氨基；第三、C環(huán)內(nèi)酰胺N上引入兩個碳的氨基，此時活性最優(yōu)，如果引入的側(cè)鏈末端大位阻的基團，或者含氮芳環(huán)，此時活性明顯下降甚至消失。在優(yōu)化的過程，已經(jīng)將化合物83推向臨床。對于ARC-111的深層次優(yōu)化仍在進行[55]。

3.2.2.3 茚并異喹啉酮類Top1抑制劑研究進展

茚并異喹啉酮類Top1抑制劑已經(jīng)有15年的發(fā)展歷史，對于這類化合物的結(jié)構(gòu)修飾，Mark Cushman課題組尤為出色，后面的一節(jié)將對Cushman課題組的工作展開系統(tǒng)的介紹。

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第四節(jié) Mark Cushman小組非喜樹堿類Top1抑制劑研究綜述

早在1978年，Mark Cushmann課題組對天然的生物堿比較感興趣。按既定的路線合成氯化兩面針堿時，他們原想通過中間體在二氯亞砜回流制備酰氯，再與重氮甲烷制備中間體，但是并沒有得到100%預(yù)期的產(chǎn)物，而是部分順式中間體直接關(guān)環(huán)得到了茚并異喹啉酮的副產(chǎn)物97[56]。他們也對此化合物進行活性測試，發(fā)現(xiàn)其具有微弱的抗腫瘤活性，但是并沒有對此重視。直到20年后，Cushmann教授和他的藥理合作者Pommier教授發(fā)現(xiàn)化合物97的結(jié)構(gòu)與喜樹堿類似，因此對其活性進行更深入的研究。藥理數(shù)據(jù)表明，具有較強的抗增殖活性(平均半抑制濃度MGM = 8.5 μmol·L-1)和中等的Top1 抑制活性。自此，以化合物97為先導(dǎo)化合物結(jié)構(gòu)修飾與改造拉開了序幕。

Scheme 1.2 茚并異喹啉酮的偶然發(fā)現(xiàn)

由于茚并異喹啉酮的母環(huán)作為非喜樹堿類Top1抑制劑是全新的結(jié)構(gòu)，所以Mark Cushmann課題組以喜樹堿作為陽性藥，先導(dǎo)化合物97為參照對象，建立自己的研究體系：第一、“+”表示較弱活性，“++”表示與參照對象97的活性相近，“+++”表示活性介于喜樹堿與97之間，“++++”表示與喜樹堿的活性相仿，“+++++”表示活性優(yōu)于喜樹堿[57]；第二、GI50指50%生長抑制所需要的藥物濃度；第三、MGM代表所有測試癌細胞GI50的平均值。第四、根據(jù)先導(dǎo)化合物97的結(jié)構(gòu)可以按如圖(Figure 1.15)所示的方法編號計數(shù)。

Figure 1.15 NSC 314622編號

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4.1 先導(dǎo)化合物母環(huán)上的初步修飾 4.1.1 B環(huán)N原子側(cè)鏈的修飾

研究N上取代基對活性的影響是相對比較容易的，也是Mark Cushman課題組最早考察的。N上取代基的疏水親水性，酸堿性，碳鏈的長短程度對其GI50值和Top1的抑制活性影響很大[58]。當改變?nèi)〈兼湹拈L度時，發(fā)現(xiàn)只有2到4碳長度時，活性比較好，增加長度，活性下降甚至消失[59]。如果連接的碳數(shù)為3時，隨著末端取代X變化，GI50和Top1活性均有所變化[60-66]。當X為氯原子時，化合物98 (Table 1.3)，GI50 = 47.9 μM，而此時完全沒有Top1抑制活性。如果X為甲氧基或者或者三氟乙酰氧基(化合物99、100)等疏水性基團，此時GI50和Top1活性均比較好。當X替換成親水性的氨基，不管是伯胺101，仲胺102，還是叔胺103-105，此時GI50 < 5 μM，Top1活性為++++。現(xiàn)在化合物104 (LMP776, Table 1.3)，105 (LMP400, Table 1.3)已進入臨床I期。

Table 1.3 B環(huán)N原子側(cè)鏈修飾

Compd 98

99 100 101 102 103 104 105

X Cl OCH3 OCOCF3 NH2 NH(CH2)2OH N(CH3)2 imidazole morpholine

GI50(μM) 47.9 0.16 0.15 0.16 0.21 0.35 0.079 4.

Top1 0 +++ ++++ +++ ++++ ++++ ++++ ++++

4.1.2 A/D環(huán)結(jié)構(gòu)修飾

早期的實驗探討了A/D環(huán)的2、3位，8、9位含氧取代基對活性的影響，去掉或者改變這些含氧的基團，活性顯著下降甚至某些化合物并不呈現(xiàn)活性，化合物101 (MGM = 0.16 μM，Top1 “+++”)是活性較好的化合物[,68]，但其Top1的抑制活性相比喜樹堿仍稍遜一籌。如何進一步改變A/D環(huán)的取代基，來提高Top1的抑制活性仍是巨大挑戰(zhàn)。Mark Cushman在在篩選大量的取代基后，發(fā)現(xiàn)A環(huán)

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3位引入硝基，化合物106能夠大幅度的提高Top1的抑制活性[67-70]。基于此，他們又對D環(huán)的含氧取代基進行了進一步的篩選。篩選結(jié)果表明，若D環(huán)上含有一個取代基時，化合物107、108、113和115-117活性均比較好，但是當R5位為大位阻的苯基時，化合物114的Top1抑制活性喪失；若D環(huán)上含有兩個取代基時，化合物109、110的細胞的抗增殖活性和Top1抑制活性均有所下降；若D環(huán)上同時存在3個基團時，化合物111、112的抗增殖活性相對于單取代已經(jīng)擴大幾十倍，Top1的抑制活性也很微弱。從表中可以看出，化合物108（MGM = 0.027 μM，Top1 “+++++”）抗增殖活性已經(jīng)達到27 nM，Top1抑制活性強于喜樹堿。對于這樣的結(jié)果已經(jīng)相當令人滿意，該化合物的臨床前研究仍在進行之中。

Table 1.3 A/D環(huán)修飾

Compd 101

106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117

R1 OMe H H H H H H H H H H H H

R2

R3

R4

R5

R6

MGM(μM) 0.16 0.09 1.41 0.027 1.26 0.912 3.16 1.27 0.244 0.6 0.146 0.040

Top1 +++ ++++ ++++ +++++ +++ ++ ++ + ++++ 0 ++++ ++++ ++++

OMe H OCH2O H NO2 H OCH2O H NO2 OMe H H H NO2 H H OMe H NO2 OMe OMe H H NO2 H OMe OMe H NO2 OMe OMe OMe H NO2 H OMe OMe OMe NO2 H H Me H NO2 H H Ph H NO2 H H SMe H NO2 H H F H NO2 H H CN H

4.1.3 B/C環(huán)的修飾改造

對于B/C環(huán)的改造也是相當重要的，畢竟B/C是保持化合物平面結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，也是活性保持的關(guān)鍵。所以，Mark Cushman課題組也對B/C環(huán)的改造變化作了系統(tǒng)的介紹。首先就對C環(huán)的11位的羰基作了研究，當把羰基還原成羥基時，化合物118 (Table 1.4)的Top1活性基本喪失[61]，若把羰基直接去除，化合物120的活性同樣的不盡人意[61]。在后期的研究中也發(fā)現(xiàn)，11位的羰基與Top1靶

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點上3位的精氨酸殘基(Arg3)能夠形成氫鍵，是Top1活性保持的關(guān)鍵。但是，如果將羰基氧換成3碳氨基鏈時，化合物119 (MGM = 0.34μM，Top1 “+++”)仍有較好的抗增殖活性和不錯的Top1抑制活性。這又是為什么呢？在后來的研究中發(fā)現(xiàn)，11位的氨基側(cè)鏈能夠插入到DNA的小溝之中[71]。如果將12、13位的雙鍵還原，化合物121平面性喪失，所以也就沒有Top1抑制活性[57]。平面結(jié)構(gòu)是活性保持的關(guān)鍵。如果將C環(huán)擴環(huán)成內(nèi)酰胺環(huán)，化合物122活性也喪失[72]。如果將B環(huán)酰胺原子換成氧，化合物123活性也同樣喪失[73]。

Table 1.4 B/C環(huán)修飾

Compd 118

119 120 121 122 123

MGM(μm) 0.34 13 0.8 >100

Top1 + +++ ++ 0 0 0

4.2 先導(dǎo)化合物深層次改造 4.2.1 雙茚并異喹啉酮的設(shè)計與優(yōu)化

茚并異喹啉酮與喜樹堿一樣，都是通過插入DNA的剪切位點來穩(wěn)定DNA-Top1二元復(fù)合物。所以說，它們其實都歸屬于Top1毒劑。既然茚并異喹啉酮不能形成DNA-Top1三元復(fù)合物，那么藥物就會從二元復(fù)合物表面解離而失活。為了解決這一問題，Mark Cushman課題組首先想到了可以設(shè)計雙茚并異喹

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啉酮，雙茚并異喹啉酮作為雙DNA雙插入劑從理論上是能夠延緩藥物的解離時間。原理(Figure 1.15)：雙茚并異喹啉酮的每一個單體從Top1-DNA復(fù)合物上的解離都是可逆，但是當其中的一個單體解離時，而另一個單體卻還結(jié)合Top1-DNA復(fù)合物上，這使得藥物無法迅速離開，解離的單體就有可能再次與Top1-DNA復(fù)合物結(jié)合，延緩作用時間[74]。

Figure 1.16 雙茚并異喹啉酮作用機制

但是在單體茚并異喹啉酮哪個位置引入連接鏈，連接鏈的長度為多少合適？帶著這樣的問題，Cushman課題組在研究了大量文獻之后，設(shè)計并合成如下圖所示的化合物[74,75]。從圖中可以看出當連接的多胺鏈過短(化合物124和125)、過長(化合物129)或者體積過大(化合物130)，都使得Top1的抑制活性基本喪失，若當連接鏈滿足“2-3-2”(化合物126), “3-2-3”(化合物127), “3-3-3”(化合物128)時，Top1抑制活性達到“++++”。

Table 1.5 雙茚并異喹啉酮的設(shè)計改造

Compd 124

125 126 127 128

X

CH2CH2NHCH2 CH2NH(CH2)2NHCH2 CH2NH(CH2)3NHCH2 (CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)2 (CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)2

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MGM (μM) 5.25 0.427 0.122 0.152 44.8

Top1 + + ++++ ++++ 0

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129 130

(CH2)2NH(CH2)3NH(CH2)2 (CH2)2NBoc(CH2)2NBoc(CH2)2

0.394 28.2

++++ 0

4.2.2 N雜茚并異喹啉酮的設(shè)計與優(yōu)化

人們在喜樹堿的改造中發(fā)現(xiàn)，喜樹堿的14位引入N原子之，由于水溶性的增加，活性明顯提高?；诖?，Mark Cushman課題組率先在茚并異喹啉酮的7位引入N原子，也希望能夠通過增加水溶性來提高活性。所以他們課題組合成了一系列A環(huán)2、3位取代，N原子側(cè)鏈上不同取代的7-氮雜茚并異喹啉酮類化合物，并進行了體外活性測試[76]。研究結(jié)果表明，此類化合物的水溶性得到了不同程度的提高，Top1活性基本與喜樹堿相當[76,77]。若A、D環(huán)上無取代，化合物131的 MGM為1.78 μM，Top1抑制活性為“+++”，當A環(huán)上R1、R2均為甲氧基時，此時化合物132 的MGM略有增大，而Top1抑制活性基本保持。如果在A環(huán)3位引入硝基，化合物133的Top1抑制活性基本與喜樹堿相當[67,69]。以此結(jié)構(gòu)為研究基礎(chǔ)，如果將R4引入甲氧基，同時側(cè)鏈R為嗎啡啉，得到化合物134，134的MGM明顯下降至85 nM，此時Top1活性略有提高。在此基礎(chǔ)上如果將R換為咪唑，得到化合物135 (MGM = 21 nM，++++(+))，135不但細胞毒作用和Top1抑制活性突出，而且作用時間持久，抵制多藥耐藥，是良好的Top1抑制劑，進一步的研究仍在進行中。

Table 1.6 N-雜茚并異喹啉酮的設(shè)計改造

Compd 131 132 133 134 135 R1 H OMe H H H R2 H OMe NO2 NO2 NO2 R3 H H H H H R4 H H H OMe OMe R NMe2 NMe2 NMe2 morpholine imidazole MGM(μM) 1.78 4.50 1.86 0.085 0.0208 Top1 +++ +++ +++(+) ++++ ++++(+)

為什么3-硝基-9-甲氧基-7-氮雜茚并異喹啉酮能有如此高的活性呢？Mark Cushman課題組又從抑制劑與酶結(jié)合的層面上進行深入研究。他們發(fā)現(xiàn)除了傳統(tǒng)的氫鍵結(jié)合外，氮雜茚并異喹啉酮母核的電子云密度對于二者結(jié)合有著很大的影

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響。通過計算機模擬與計算，他們得出以下結(jié)論：第一、茚并異喹啉酮在鄰近堿基對中取向?qū)Ζ?π堆積有著重要影響，第二、π-π堆積在茚并異喹啉酮與DNA-Top1復(fù)合物的結(jié)合中占主導(dǎo)地位，而茚并異喹啉酮與鄰近蛋白氨基酸殘基的作用（氫鍵）次之；第三、茚并異喹啉酮與鄰近堿基的靜電作用與色散力起關(guān)鍵作用，而電荷轉(zhuǎn)移作用次之。

Figure 1.17 茚并異喹啉酮與堿基對結(jié)合的電勢圖，紅色代表富電子區(qū)域（負電荷），藍色代

表正缺電子區(qū)域（正電荷），左邊是-1堿基對模型圖，右邊為+1堿基對模型圖。

從圖中(Figure 1.17)我們不難發(fā)現(xiàn)，7-氮雜茚并異喹啉酮的3位處于缺電子區(qū)域，所以所當3位引入富電子的硝基，甲氧基等都利于靜電作用，相比而言，硝基電子氧周圍云密度更高，所以3位引入硝基活性會顯著提高。同樣的道理，7-氮雜茚并異喹啉酮的9位處于缺電子區(qū)域，9位引入甲氧基能夠形成靜電互補，利于活性的增加。對于化合物135的進一步研究仍在進行，有望成為另一個候選藥物[79]。

4.2.3 茚并異喹啉酮代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)體內(nèi)代謝尋找新藥也是藥物研發(fā)的一種手段。藥物進入人體后, 通常在體內(nèi)各種酶的作用下經(jīng)氧化還原、水解結(jié)合等反應(yīng)將藥物轉(zhuǎn)化成易排泄的形式排出體外。通常情況下,這種轉(zhuǎn)化就是將藥理學(xué)活性高的化合物轉(zhuǎn)化成無活性的形式。但也有許多藥物經(jīng)代謝后產(chǎn)生較原型藥更高的藥理活性或者更理想藥代動力學(xué)性質(zhì)的代謝物,進而被開發(fā)成高效、低毒性的新藥?；衔?04、105按照體內(nèi)

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的代謝途徑可以分為三種途徑代謝[79]：第一、11位的酮羰基經(jīng)過還原變成醇羥基形如化合物136、137；第二、2、3的甲氧脫甲基化形成化合物140、141、142、143；第三、8、9位亞甲二氧基中的亞甲基脫除形成鄰二酚的形式化合物138、139。化合物138、139在體內(nèi)能夠進一步甲基化形成化合物144、145、146、147。 將化合物104、105與代謝產(chǎn)物136-147進行活性抗增殖活性和Top1抑制活性的測試。我們驚奇地發(fā)現(xiàn)化合142、143、144不管是抗增殖活性還是Top1抑制活性均與原型化合物104、105活性相當或者優(yōu)于原型化合物。從Table 1.7可以看出2、3位的甲氧基脫甲基化與8、9位脫除亞甲二氧基甲基化均是活性代謝。

Table 1.7 茚并異喹啉酮代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

Compd 104 105 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147

MGM(μM) 0.079 4. 1.66 3.16 0.224 0.602 41.8 3.07 0.055 0.087 0.049 0.412 0.043 0.056

Top1 +++++ +++++ ++ ++ ++ ++++ ++(+) +++ ++++(+) +++++ +++++ ++(+) ++++ ++(+)

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4.2.4 茚并異喹啉酮側(cè)鏈引入糖環(huán)的設(shè)計與修飾

Figure 1.18 模擬結(jié)合圖(紫色代表茚并異喹啉酮，綠色代表吲哚咔)

吲哚咔唑類和茚并異喹啉酮類Top1抑制劑在與DNA-Top1二元復(fù)合物結(jié)合的位點與方向存在著相似之處(Figure 1.18)。它們的稠合母環(huán)都是插在DNA堿基對之間，而其側(cè)鏈則需插入DNA的大溝中[81]。在空間結(jié)合結(jié)構(gòu)上，茚并異喹啉酮B環(huán)內(nèi)酰胺的N原子與吲哚咔唑糖苷鍵所連的N原子很靠近。所以，將茚并異喹啉酮內(nèi)酰胺N原子上引入糖環(huán)，理論上能夠增強與DNA-Top1二元復(fù)合物的親和力(Figure 1.19)。Mark Cushman課題組，基于糖基的不同，設(shè)計并合成了一系列化合物[80,81]。實驗結(jié)果表明，側(cè)鏈糖鏈的長度與抗增殖活性相關(guān)，立體構(gòu)型與活性的關(guān)系卻不是很明確。通過活性篩選，得到了12個Top1活性與喜樹堿相當，或者高于喜樹堿的化合物。

Figure 1.19 茚并異喹啉酮側(cè)鏈引入糖基的設(shè)計思想

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4.2.5 芳香喜樹堿的設(shè)計與優(yōu)化

Figure 1.20 芳香喜樹堿設(shè)計思想

眾所周知，喜樹堿雖有較強的Top1抑制活性，但是由于其化學(xué)穩(wěn)定性問題難以成藥。駱駝寧A (148, Figure 1.20)是從天然植物駱駝蓬(Peganum nigellastrum)提取分離得到的，具有較弱的Top1活性。先前對茚并異喹啉酮的構(gòu)效關(guān)系(SAR)研究的相對比較透徹。所以，Mark Cushman課題組猜想是不是可以將喜樹堿(48, Figure 1.20)、駱駝寧A(148)以及茚并異喹啉酮(102, Figure 1.20)三者結(jié)構(gòu)組合“Composite”在一起構(gòu)成芳香喜樹堿的母環(huán)(aromathecin)[82] (149, Figure 1.20)。將芳香喜樹堿的三維結(jié)構(gòu)與茚并異喹啉酮的結(jié)構(gòu)比較(Figure 1.21)，不難發(fā)現(xiàn)，如果在方像喜樹堿14位引入一些極性基團，就有和茚并異喹啉酮6位內(nèi)酰胺N上引入的側(cè)鏈有相似之處。

Figure 1.21 芳香喜樹堿與茚并異喹啉酮三維比較

基于此，他們課題組合成一系列芳香喜樹堿類衍生物，并進行活性篩選[82-84]?；钚詳?shù)據(jù)表明，當R1甲氧基取代的化合物152 (MGM = 91.2 μM，Top1 “+”)的活

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性數(shù)據(jù)不如R1無取代的化合物153 (MGM = 58.9 μM，Top1 “++”)。當考察14位碳鏈的長度時，發(fā)現(xiàn)雖然化合物151 (MGM = 12.6 μM，Top1 “+++”)和1 (MGM = 1.6 μM，Top1 “+++”)的Top1活性相當，但是細胞的平均IC50卻有著近10倍的差異。最后，又對末端的取代不同的化合物1-158進行了篩選，我們得到了活性最好的化合物157 (MGM = 2.8 μM，Top1 “++++”)。對于化合物157的進一步研究仍在進行中。

Table 1.8 芳香喜樹堿類化合物優(yōu)化

Compd 152

153 151 1 155 156 157 158

R1 OMe H H H H H H H

n 0 0 1 3 3 3 3 3

R H H imidazole imidazole morpholine NH(CH2)2OH

NH2 NMe2

MGM (μM)

91.2 58.9 12.6 1.6 5.9 2.8 2.14

Top1 + ++ +++ +++ ++ ++++ +++ +++

4.2.6 Tdp1與Top1雙重抑制劑的設(shè)計與優(yōu)化

Figure 1.22 正常細胞與腫瘤細胞Top1cc修復(fù)

在正常細胞中，存在兩條途徑修復(fù)Top1-DNA復(fù)合物[85](Figure 1.22)。第一條是正常細胞可以通過檢查點激酶1和2 (Chk 1, Chk2)參與的3'-核苷酸內(nèi)切酶旁

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路，將與Top1相連的一段DNA切除，再通過DNA聚合酶和連接酶將其修復(fù)。第二條是通過酪氨酰-DNA磷酸二酯酶（Tdp1）參與的途徑(Figure 1.23)。Tdp1是一類催化水解3’-磷酸酪氨酸鍵的酶，當細胞內(nèi)存在 DNA-Top1復(fù)合物時，泛素首先會對DNA-Top1復(fù)合物進行初步降解[86]。然后Tdp1親核進攻3’-磷酸鍵形成瞬時Tdp1-DNA中間體，釋放出降解剩余的Top1，隨后Tdp1再從Tdp1-DNA上水解分離，DNA雙鏈在DNA聚合酶和DNA連接酶的作用下再次連接，使得解旋的DNA得以修復(fù)[87,88]。所以說，Tdp1的作用就是降解Top1-DNA復(fù)合物。但在腫瘤細胞中，研究表明，在正常細胞中其他修復(fù)Top1cc的相應(yīng)幾個已知基因在腫瘤細胞中并不活躍（例如，Mrel1 或BRAC1等）。所以說，Tdp1是一個很好的抗腫瘤靶點[]。

Figure 1.23 Tdp1參與的Top1cc修復(fù)途徑

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Figure 1.24 Tdp1抑制劑

迄今為止，關(guān)于Tdp1抑制劑的報到很少[90]。例如，釩酸鈉(159, Figure 1.24)和鎢酸(160, Figure 1.24)可以通過模擬過渡態(tài)的磷酸，在毫摩爾單位級別上達到抑制的效果，但是由于缺少特異性和敏感性，無法在臨床中使用。而氨基糖苷類的新霉素B (162, Figure 1.24) (IC50 = 8 mM)用藥劑量大，抑制活性也不佳。Furamidine(161, Figure 1.24) (IC50 = 30 μM)具有DNA結(jié)合活性，因此對Tdp1抑制活性數(shù)據(jù)并不可靠。經(jīng)高通量篩選的甾體類NSC 815 (163, Figure 1.24)雖然IC50 = 7.7 μM，但是其存在藥代動力學(xué)吸收差，容易脫靶等問題，也無法深入研究。因此設(shè)計研發(fā)Tdp1抑制劑迫在眉睫，更何況設(shè)計同時Top1和Tdp1兩個靶點藥物更加引起人們的興趣。

在尋找Top1和Tdp1雙催化劑之前，我們先考察一下Tdp1具體作用機制

[90]

(Figure 1.25)。眾所周知，Tdp1上有四個活性氨基酸殘基His263、Lys265、

His493和Lys495。Tdp1的Lys265和Lys495的兩個末端銨正離子與Top1-DNAcc的磷酸基團氫鍵作用，而后His263上的咪唑氮的孤對電子親核進攻磷酸中心從而使Top1與DNA分離開來；后續(xù)在另一個His493和一個水分子的輔助下，最終使Tdp1與磷酸基團分離。

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Figure 1.25 Tdp1作用機制

Figure 1.26 茚并異喹啉酮側(cè)鏈引入磺酸酯結(jié)構(gòu)

Mark Cushman課題組通過計算機模擬，發(fā)現(xiàn)化合物163有Tdp1的抑制作用，主要是其中磺酸酯的結(jié)構(gòu)與磷酸酪氨酸的相匹配，而磺酸酯的結(jié)構(gòu)又正好在釩酸

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作用的位置上?；诖?，他們也將此結(jié)構(gòu)引入茚并異喹啉酮的結(jié)構(gòu)中，通過改變側(cè)鏈的長度和磺?；系娜〈鶃碚{(diào)整磺酸酯的位置與結(jié)合能力。很遺憾，結(jié)果并不理想[90]。

在此之前，他們課題曾經(jīng)設(shè)計雙茚并異喹啉酮類Top1抑制劑[75,91,92]。研究其機制發(fā)現(xiàn)，當它們作為一元DNA插入劑時，能夠插在Top1-DNA-藥物三元復(fù)合物的堿基對上抑制DNA的再連接。這就是很可能這類化合物在抑制Top1的同時，還能夠抑制Tdp1。研究結(jié)果表明，化合物129 [IC50(Tdp1) = 1.52 μM，Top1 “++++”]不僅有與喜樹堿相當?shù)腡op1活性，而且還有對抗Tdp1的活性。對于雙茚并異喹啉酮的Top1和Tdp1雙抑制劑的研究仍在進行中。在后來的研究中，又找到了另外兩個雙重抑制劑107 (Top1 “++++”，Tdp1 “+++”)和108 (Top1 “++++”，Tdp1 “+++”)有與喜樹堿相當?shù)腡op1抑制劑活性和“+++”的Tdp1抑制活性。

Table 1.9 Top1與Tdp1雙重抑制劑設(shè)計與優(yōu)化

Compd 129 107 108

MGM (μM)

0.02 1.41

Top1 ++++ ++++ +++++

Tdp1 ++++ +++ +++

Tdp1 (μM) 1.52 5.8 11

Tdp1活性“0”代表IC50大于111 μM；“+”代表IC50在37到111 μM之間；“++”代表IC50在12到37 μM之間；“+++”代表IC50在1到12 μM之間；“++++”代表IC50小于1 μM。

4.3 總結(jié)

Mark Cushman課題組在發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)化合物NSC 314622具有Top1抑制活性后，綜合運用基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計理念，以計算機輔助藥物設(shè)計為工具，通過生物電子等排替換、前藥修飾、骨架躍遷、代謝研究等藥物化學(xué)手段對先導(dǎo)化合物進行優(yōu)化。在最近的15年研究歷程中，他們尋找了茚并異喹啉酮類Top1抑制劑的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢片段。從400多合成的衍生物中，他們總結(jié)這類化合物的構(gòu)效關(guān)系，篩選出幾十個活性優(yōu)良的Top1抑制劑。2010年，他們又將化合物NSC 725776 (Indimitecan, LMP776)與化合物NSC 743400 (indotecan, LMP400)推向臨床。他們的研究經(jīng)驗值得我們借鑒與參考。

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吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

第二章 吲哚并喹啉衍生物的設(shè)計，合成與抗腫瘤活性研究

第一節(jié) 設(shè)計思路

Figure 2.1 喜樹堿類與茚并異喹啉酮類Top1抑制劑結(jié)合模式圖

之前，我們課題組叢蔚博士，在研究喜樹堿與茚并異喹啉酮類Top1抑制劑的結(jié)合模式(Figure 2.1)的基礎(chǔ)上，將Mark Cushman課題組的茚并異喹啉酮母環(huán)進行骨架躍遷 (Scaffold Hopping) (Figure 2.2)，首先將A/B環(huán)組成的異喹啉-1-酮環(huán)簡化為吲哚環(huán)；其次把茚并異喹啉酮6位的內(nèi)酰胺取代基轉(zhuǎn)換為11位羰基類的取代；茚并異喹啉酮11位的酮羰基仍由6位的羰基來保持；最后A環(huán)上的甲氧基，可以用2位甲氧基代替。設(shè)計出異吲哚并[2,1-a]吲哚酮的母核，并進行衍生化，合成了一系列的化合物。令人遺憾的是，這類化合物對HCT-116、DU-145和MCF-7的抗增殖活性均不太理想。究其原因，可能是因為五元的內(nèi)酰胺環(huán)容易水解，而使其活性降低。

Figure 2.2 本課題組對茚并異喹啉酮的初步改造

那么，究竟如何改造出母環(huán)更加穩(wěn)定的化合物？我們先來熟悉一下羅格斯大學(xué)大學(xué)的Lavoie課題組對于茚并異喹啉酮環(huán)的改造[49-53] (Figure 2.3)。他們課題

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碩士研究生學(xué)位論文

組在先導(dǎo)化合物NSC 314622的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化找到了活性更好的1 (Figure 2.3)。以1為苗頭化合物進行骨架躍遷，將茚并異喹啉酮11位的酮羰基替換成環(huán)狀亞胺； 5、6位的N-取代內(nèi)酰胺的結(jié)構(gòu)，2、3位的甲氧基和8、9位的亞甲二氧基仍保持不變，得到含喹啉并異喹啉酮的結(jié)構(gòu)的ARC-111 (topovale)。該化合物抗細胞增殖活性和Top1的抑制活性，均遠遠超過了其先導(dǎo)化合物1。其中該類化合物的衍生物Genz-4282現(xiàn)已進入臨床I期，用于治療固體腫瘤，顯示出良好的開發(fā)前景。

Figure 2.3 化合物ARC-111設(shè)計以及吲哚并[3,2-c]喹啉的設(shè)計思路

受Lavoie課題組研究思路的啟發(fā)，我們繼續(xù)采用骨架躍遷的手段進行改造。我們以化合物1為先導(dǎo)化合物，將較為復(fù)雜茚并異喹啉酮母環(huán)5、6位的N-取代內(nèi)酰胺環(huán)簡化成直接N原子取代，把11位的酮羰基按照Lavoie課題組的策略改造成環(huán)狀亞胺，其余保持不變，這樣就得到了我們設(shè)計的吲哚并[3,2-c]喹啉的母環(huán)165。在此基礎(chǔ)上，開展吲哚并[3,2-c]喹啉類化合物的優(yōu)化設(shè)計、合成與抗腫瘤活性測試，是一項非常有意義又極具挑戰(zhàn)的工作，希望能夠找到活性更好，抵抗耐藥性的新型Top1抑制劑。

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吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

第二節(jié) 合成路線的設(shè)計與優(yōu)化

Figure 2.4 吲哚并[3,2-c]喹啉

我們設(shè)計的吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)165，查閱相關(guān)文獻，發(fā)現(xiàn)構(gòu)建該母環(huán)的方法很多，根據(jù)成環(huán)的決定步驟，可以分為吲哚環(huán)的構(gòu)建、喹啉環(huán)的構(gòu)建以及吲哚和喹啉環(huán)的同時構(gòu)建。

2.1 通過喹啉環(huán)的構(gòu)建合成吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)

通過構(gòu)建喹啉環(huán)來合成吲哚并[3,2-c]喹啉的母環(huán)是最常見的。對其逆合成分析可知，有a、b、c、d四種斷鍵方式 (Figure 2.4)。

從a處斷裂，需要構(gòu)建sp2 C-N來該反應(yīng)有一定的性，但是隨著過渡金屬催化的C-H活化的發(fā)展，使得這種反應(yīng)相對比較容易。2011年，Kusurkar RS等報道了化合物166在鹽酸羥胺的作用下形成中間體肟酸166a，166a環(huán)合，形成7,8,9,10-四氫吲哚并[3,2-c]喹啉167，再脫氫便可以得到目標化合物165 (Scheme 2.1)[93]。

Scheme 2.1 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

2013年，Zhao K課題組在J. Org. Chem.報道了N-甲氧基-2-苯基-吲哚-3-甲酰胺168在氧化劑PIDA或PIFA的作用下環(huán)合，形成六元內(nèi)酰胺環(huán)化合物169 ,化合物169還原、脫水形成母環(huán)165。(Scheme 2.2)[94]。

Scheme 2.2 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

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從b處斷裂，最早1993年，Turner W R報道了化合物170在鈀碳催化劑的作用還原縮合形成N-氧化合物171，化合物171在還原劑的作用便可得到目標化合物 (Scheme 2.3)[95]。

Scheme 2.3 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

2014年，Butin A V報道了通過還原環(huán)合構(gòu)建母環(huán)。這種方法雖然只有一步就能構(gòu)建多取代的吲哚并喹啉的結(jié)構(gòu)，但是其底物172的合成相對比較困難，需要合成特定的底物才能完成相應(yīng)的反應(yīng) (Scheme 2.4)[96]。

Scheme 2.4 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

從c處斷裂，2009年，Kundu B在Eur. J. Org. Chem.上發(fā)表了通過Pictet-Spengler縮合反應(yīng)構(gòu)建喹啉，合成吲哚并[3,2-c]喹啉環(huán)，但是合成2-(吲哚-2-基)-苯胺173相對比較困難，所以合成含各種取代吲哚并喹啉的結(jié)構(gòu)有一定的局限性 (Scheme 2.5)[97]。

Scheme 2.5 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

2011年，南京大學(xué)Yao Z J課題組報道酰胺化合物174在Hendrickson試劑作用下環(huán)合生成目標化合物 (Scheme 2.6)[98]。

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吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

Scheme 2.6 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

從d處斷裂，2000年，Mérour J Y等報道了底物175通過Pd(II)催化的Heck反應(yīng)構(gòu)建六元內(nèi)酰胺化合物176 (Scheme 2.7)[99]。

Scheme 2.7 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

2002年，Mohan P S課題組報道了化合物177在光照、氧化的條件下經(jīng)中間體177a可以以67%的收率得到目標產(chǎn)物。該反應(yīng)相對比較經(jīng)濟環(huán)保 (Scheme 2.8)[100]。

Scheme 2.8 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

2012年，Tummatorn J等在Tetrahedron上發(fā)表了N-苯磺?；Ｗo的吲哚178與芐基疊氮化物179在酸促進下經(jīng)Boyer-Schmidt-Aube重排后發(fā)生氮雜[4+2]環(huán)加成構(gòu)建四氫吲哚并[3,2-c]喹啉結(jié)構(gòu)180，再經(jīng)過脫氫，水解保護基團，便可得到吲哚并[3,2-c]喹啉(Scheme 2.9)[101]。

Scheme 2.9 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

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2012年，Hibino S等報道了，底物181通過微波介導(dǎo)的串聯(lián)Curtius重排和N-雜電環(huán)化反應(yīng)來構(gòu)建吲哚并喹啉的母環(huán)。若吲哚N上無保護基團時，經(jīng)Curtius重排，會有吲哚N直接親核進攻的副產(chǎn)物；若吲哚的N原子以Boc保護時，此時反應(yīng)產(chǎn)率僅為6%。最終選甲氧甲基來保護吲哚的N原子，能夠以幾乎定量的收率得到內(nèi)酰胺的中間體182。該間體再經(jīng)過3步反應(yīng)就能得到目標產(chǎn)物 (Scheme 2.10)[102]。

Scheme 2.10 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

2014年本課題組Chen X B等發(fā)表了通過吲哚-3-甲酸酰胺與碘苯一步構(gòu)建吲哚并[3,2-c]喹啉酮的結(jié)構(gòu)，該方法合成較為方便 (Scheme 2.11)[103]。

Scheme 2.11 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

2.2 通過吲哚環(huán)的構(gòu)建合成吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)

從e處斷裂，2003年，Dommisse R A等報道了化合物185通過鈀催化的分子內(nèi)芳基化來構(gòu)建吲哚并吡啶或者喹啉的結(jié)構(gòu)186 (Scheme 2.12)[104]。

Scheme 2.12 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

2006年，Mohan P S等報道了與上述反應(yīng)類似的底物187通過微波反應(yīng)成功

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吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

構(gòu)建了吲哚并喹啉的母環(huán) (Scheme 2.13)[105]。

Scheme 2.13 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

2011年，Murray P E等人報道了通過點擊反應(yīng)合成的三氮唑底物188實現(xiàn)了母環(huán)的合成 (Scheme 2.14)[106]。

Scheme 2.14 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

從f處斷裂，1995年，Quéguiner G等在Syn Commun上報道了，通過疊氮化合物1來構(gòu)架吲哚環(huán)，合成稠雜的吲哚并喹啉環(huán) (Scheme 2.15)[107]。

Scheme 2.15 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

2014年，Ess DH等在Angew. Chem. Int. Ed.上報道了他們課題組發(fā)展一種通過底物190形成N-雜卡賓中間體190a來合成咔唑類化合物，該方法存在很多優(yōu)點比如低溫、無需過渡金屬、高選擇性分子內(nèi)sp2 C-H氨化等 (Scheme 2.16)[108] 。

Sch

eme 2.16 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

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碩士研究生學(xué)位論文

2008年，Maes B U W等在Adv. Synth. Catal.發(fā)表了通過串聯(lián)分子間的Buchwald-Hartwig交叉偶聯(lián)反應(yīng)（底物191、192）和分子內(nèi)的Pd催化的芳基化來構(gòu)建吲哚并喹啉的結(jié)構(gòu)。該反應(yīng)的歷程經(jīng)過中間體，2-氯苯胺上不管是供電子基還是吸電子，都能夠以中等以上的收率一步得到產(chǎn)物 (Scheme 2.17)[109]。

Scheme 2.17 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

底物酮193與苯肼194通過Fischer合成法是構(gòu)建吲哚環(huán)是最常見的方法，但是所合成的吲哚卻有一定的局限性 (Scheme 2.18)[110]。

Scheme 2.18 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

2.3 通過吲哚和喹啉環(huán)的同時構(gòu)建合成吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)

2012年，Arcadi A等在Org. Biomol. Chem.雜志上報道了底物195和醛類化合物在Au的催化“一鍋煮”合成吲哚并喹啉的結(jié)構(gòu)。雖然該方法簡潔方便，通過一步便能得到相應(yīng)的產(chǎn)物，但是如果要合成A/D環(huán)有取代的產(chǎn)物，相對而言，比較困難 (Scheme 2.19)。

Scheme 2.19 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

2013年，Org. Lett.報道了Takemoto Y課題組通過Pd(II)催化的異氰插入一步構(gòu)建四元稠雜環(huán)的方法 (Scheme 2.20)。機理如圖 (Figure 2.5)：首先Pd(0)插

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吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

入到異氰底物上，ArI氧化加成，形成Pd(II)中間體196a，接著，Pd(II)活化中間體分子內(nèi)的炔烴，羧基或者羰基進攻形成六元環(huán)中間體196b。然后，中間體經(jīng)C-C還原消除產(chǎn)生中間體196c和Pd(0)。中間體繼續(xù)異構(gòu)化形成芳香化形式196d。最后再經(jīng)過分子內(nèi)的親核反應(yīng)便可得到產(chǎn)物。如果X為O或者N時，中間體直接碳鈀化形成196e，再經(jīng)過C-X還原消除便可得到目標產(chǎn)物。

Scheme 2.20 吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)合成

Figure 2.5 異氰插入構(gòu)建吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)機理

2.4 目標化合物合成

雖然每一種方法各有利弊，但我們課題組在這些文獻的基礎(chǔ)上，根據(jù)課題組的C-H活化的優(yōu)勢，對吲哚并喹啉的結(jié)構(gòu)進行了逆合成分析(Scheme 2.21)。吲哚并喹啉母環(huán)按照紅線所示切斷，那么構(gòu)建母環(huán)最方便的方法便是Pictet-Spengler反應(yīng)或者Morgan-Walls反應(yīng)。合成2-(吲哚-2-基)苯胺的方法很多。傳統(tǒng)Fischer合成吲哚的方法，需要多取代的苯肼和多取代的苯乙酮，而這些試劑往往比較昂貴。如果通過Suzuki偶聯(lián)等來構(gòu)建聯(lián)芳基的結(jié)構(gòu)，底物也有一定的性。

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Scheme 2.21 吲哚并[3,2-c]喹啉逆合成分析

所以結(jié)合我們課題組的優(yōu)勢，能不能通過選擇性的C-H鍵活化，實現(xiàn)吲哚2-位的芳基？我們查閱相關(guān)文獻可知，2010年，Djakovitch課題組報道了，通過堿與鹵代苯的種類實現(xiàn)了Pd催化的吲哚2、3位選擇性C-H活化(Scheme 2.22)。但是他們并沒有將底物拓展到含氮碘苯（硝基碘苯，氨基碘苯或者保護的氨基碘苯等）。

Scheme 2.22 吲哚C2/C3選擇性芳基化

為此，我們應(yīng)用他們課題組的最優(yōu)條件來探究反應(yīng)性(Table 2.1)。當我們用無保護的鄰氨基碘苯作為底物時，反應(yīng)48小時后，發(fā)現(xiàn)吲哚和鄰碘苯胺的原料都在(entry 1)。當我們把氨基用乙?；Ｗo起來時，反應(yīng)停止后，TLC監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)原料部分分解(entry 2)。當我們使用鄰硝基苯胺時，24小時后，原料反應(yīng)完畢，分離后，經(jīng)1H NMR確定的確是我們的預(yù)期產(chǎn)物，產(chǎn)率73%。

Table 2.1 吲哚C2偶聯(lián)條件篩選

entry 1 2 3

R NH2 NHAc NO2

Yield NR ND 73%

C2/C3 > 20:1

根據(jù)我們的逆合成分析與預(yù)實驗，我們設(shè)計了如下可行合成路線。2-硝基苯胺經(jīng)過桑德邁爾反應(yīng)生成2-硝基碘苯；2-硝基碘苯與吲哚經(jīng)選擇性C-H活化，生成硝基化合物198；硝基化合物在Pd/C加氫催化劑下，經(jīng)水合肼還原得到氨基化合物199；199與多聚甲醛在三氟乙酸催化下，經(jīng)Pictet-Spengler反應(yīng)關(guān)環(huán)

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吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

得到吲哚并喹啉化合物。最后在母核的基礎(chǔ)上進行衍生化。

Figure 2.6 吲哚并喹啉衍生物合成路線

根據(jù)既定合成路線，我們設(shè)計并合成了兩個系列化合物，進行體外抗腫瘤活性活性測試。

Figure 2.7 第I系列化合物結(jié)構(gòu)

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Figure 2.8 第II系列化合物結(jié)構(gòu)

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吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

第三節(jié) 抗腫瘤活性活性測試

3.1實驗設(shè)備與試劑 儀器 試劑

實驗所用細胞株： 人乳腺癌細胞MCF-7； 前列腺癌細胞DU-145； 人結(jié)腸癌細胞HCT-116。

3.2 實驗方法

Ⅰ 細胞消化、計數(shù)、制成濃度為5×104個/mL的細胞懸液，96孔板中每孔加入100 μL細胞懸液（每孔4×103個細胞）；

Ⅱ 96孔板置于37 ℃，5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24小時；

Ⅲ 用完全培養(yǎng)基稀釋藥物至所需濃度，每孔加入100 μL相應(yīng)的含藥培養(yǎng)基，同時設(shè)立陰性對照組，溶媒對照組，陽性對照組； Ⅳ 96孔板置于37 ℃，5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72小時； Ⅴ MTT法：

1) 將96孔板進行MTT染色，λ = 490 nm，測定OD值。

2) 每孔加入20 μL MTT（5 mg / mL），在培養(yǎng)箱繼續(xù)培養(yǎng)4小時；

3) 棄去培養(yǎng)基，每孔加入150 μL DMSO溶解，搖床10分鐘輕輕混勻；λ = 490 nm，酶標儀讀出每孔的OD值。 Ⅵ CCK-8法：

1) 將96孔板進行CCK-8染色，λ = 450 nm，測定OD值： 2) 每孔加入10 μL CCK-8，在培養(yǎng)箱繼續(xù)培養(yǎng)2小時；

超凈工作臺 恒溫CO2培養(yǎng)箱 酶聯(lián)免疫檢測儀 倒置生物顯微鏡 青、鏈霉素混合液 胰蛋白酶消化液 PBS

MTT (BIOSHARP) DMSO (SIGMA)

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碩士研究生學(xué)位論文

3) λ = 450 nm，酶標儀測定每孔的OD值，計算抑制率。 Ⅶ 計算抑制率。 生長抑制率% =

陰性對照組OD值－化合物組OD值

陰性對照組OD值

×100%

應(yīng)用SPSS19.0計算GI50。

3.3 實驗結(jié)果與討論

Table 2.1 第I系列化合物活性

Compd Ia Ib Ic Id Ie 阿霉素

MCF-7 38% 26% 94% 46% 36% 92%

DU-145 17% 13% 78% 18% 17% 84%

HCT-116 24% 12% 60% 35% 30% 56%

Compd If Ig Ih Ii Ij

MCF-7 94% 92% 94% 93% 53%

DU-145 33% 25% 67% 73% 5%

HCT-116 58% 45% 57% 60% 25%

加粗的表示活性優(yōu)于阿霉素或者與阿霉素活性相當

Table 2.2 第II系列化合物活性

Compd IIa IIb IIc IId IIe 阿霉素

MCF-7 7% 30% 12% 30% 48% 92%

DU-145 59% 79% 65% 79% 23% 84%

HCT-116 52% 74% 59% 74% 45% 56%

Compd IIf IIg IIh IIi IIj

MCF-7 48% 32% 31% 34% 95%

DU-145 10% 67% 91% 96% 97%

HCT-116 42% 69% 76% % 88%

加粗的表示活性優(yōu)于阿霉素或者與阿霉素活性相當

從Table2.1、Table2.2可以看出，多個化合物在MCF-7、DU-145和HCT-116三個細胞株上表現(xiàn)出與陽性藥阿霉素相近的抗增殖活性。雖然無取代母核 (Ia&Ib, Table 2.1; IIe, Table 2.2)并未顯示出很強的抗增殖活性，但是連有取代基的衍生物的抗增殖活性都高于母核，這表明側(cè)鏈取代基對于活性的高低有著決定性的作用。

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吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

根據(jù)兩個系列的活性數(shù)據(jù)，可以總結(jié)出如下規(guī)律：(1)雖然8位引入甲氧基對細胞的抗增殖活性的影響不是很大，但是8位引入甲氧基能夠增強對HCT-116細胞株的抗增殖活性 (Ic vs IIi, Ii vs IIj, If vs IIg等)；(2)與茚并異喹啉酮類似的是，11位N上取代的碳鏈的長度對活性至關(guān)重要，當碳鏈的長度為2時，活性較弱，當碳鏈的長度為3或者4時，此時活性最優(yōu) (Table 2.3)。(3)末端含有伯氨基的化合物和對三種腫瘤細胞株的抑制活性最強，與阿霉素相當 (Figure 2.9)；(4)末端連有叔胺的化合物對MCF7和HCT116的抑制活性與伯胺相當 (If, Ig, Ih, IIg, IIh vs Ic, Ii, IIi, IIj)，但對DU145的抑制活性明顯弱于伯胺化合物；(5)末端連有五元含氮雜環(huán)的化合物的活性最弱，提示我們含氮芳雜環(huán)不適用于此類母核 (Id, Ie, Ij, IIf)；

Figure 2.9 側(cè)鏈末端氨基對細胞活性的影響

Table 2.3 側(cè)鏈取代長度對細胞活性的影響

R, R1

conclusion

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碩士研究生學(xué)位論文

R = NH2, R1 = H R = triazole, R1 = H R = NMe2, R1 = H

R = NH2, R1 = OMe

“n = 3” ≈ “n = 4”

對活性最好的四個化合物測定IC50，從Table 2.2和Table 2.3中可以看出，雖然Ic、Ii、Ih和IIj對三個細胞株MCF7、DU145和HCT-116的抗增殖活性較好，但是從Table 2.4的IC50數(shù)據(jù)可知，它們的IC50均比陽性藥阿霉素的要高，達不到進一步篩選活性的要求，所有仍需要以Ic、Ii、Ih和IIj四個化合物為先導(dǎo)化合物，進行進一步的篩選。

Table 2.4 抗細胞增殖活性IC50 Compound MCF7 DU145 HCT-116 阿霉素 0.65 0.69 1.32 Ic 1.30 4.43 3.91 Ii 1.93 5.90 4.31 Ih 3.03 13.05 7.00 IIj 3.40 3.18 0.

下一步篩選的計劃：第一、吲哚并[3,2-c]喹啉母環(huán)的8位引入硝基，來考察電性的影響；第二、參照Mark Cushman課題組對茚并異喹啉酮的改造，吲哚并[3,2-c]喹啉的2、3位引入N原子；第三、吲哚并喹啉的側(cè)鏈引入糖基，或者羧基等親水性基團；第四、設(shè)計Tdp1與Top1雙抑制活性的吲哚并[3,2-c]喹啉類的衍生物等。

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吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

第四節(jié) 實驗操作與數(shù)據(jù)

2-硝基碘苯(197) 1-iodo-2-nitrobenzene

操作：將1.38 g (10 mmol, 1 equiv) 2-硝基苯胺溶于5 mL濃鹽酸之中，加熱至100℃，保持10 min，使其溶解，然后用冰鹽浴將其冷卻至0 ℃，將0.83 g (12 mmol, 1.2 equiv) 亞鈉溶于3 mL水中，冰鹽浴條件下緩慢滴入其中，滴畢，保持0℃，攪拌30 min，將碘化鉀溶液 (2.5 g溶于5 mL水中) 滴入反應(yīng)液中，滴畢，將反應(yīng)液升溫至70 ℃反應(yīng)3 h。將反應(yīng)液冷卻至室溫，加入15 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，依次用稀鹽酸，氫氧化鈉溶液，飽和亞硫酸鈉溶液，飽和氯化鈉溶液洗滌，用無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得黃色固體2.824 g，產(chǎn)率98.5%。

1

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 8.04 (dd, J = 7.9 Hz, J = 1.1 Hz, 1H), 7.86 (dd, J = 7.9

Hz, J = 1.4 Hz, 1H), 7.52-7.47 (m, 1H), 7.30-7.25 (m, 1H) ppm.

2-(2-硝基苯基)-1H-吲哚(198a) 2-(2-nitrophenyl)-1H-indole

操作：在封管中依次加入299 mg (1.2 mmol, 1.2 equiv) 2-硝基碘苯197，117 mg (1.0 mmol, 1 equiv) 吲哚，19.2 mg (0.05 mmol, 0.05 equiv) 雙(二苯基膦)甲烷(dppm)，11.3 mg (0.05 mmol, 0.05 equiv) 醋酸鈀，294 mg (3 mmol, 3 equiv) 醋酸鉀，加入1 mL二氯甲烷，加入3 mL水，于110 ℃油浴下加熱回流24 h。將封管冷卻至室溫，加入5 mL 稀鹽酸溶液，用5 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用飽和氯化鈉溶液洗滌，用無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得紅色油狀液體173 mg，產(chǎn)率72.6%。

1

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 8.50 (s, 1H), 7.81 (dd, J = 8.0 Hz, J = 1.0 Hz, 1H),

7.69-7. (m, 2H), 7.62-7.59 (m, 1H), 7.51-7.45 (m, 1H), 7.40 (dd, J = 8.1 Hz, J = 0.8 Hz, 1H), 7.28-7.23 (m, 1H), 7.19-7.14 (s, 1H), 6.73 (dd, J = 2.2 Hz, J = 0.8 Hz, 1H) ppm.

50

碩士研究生學(xué)位論文

2-(1H-吲哚-2-基)苯胺(199a) 2-(1H-indol-2-yl)aniline

操作：將423 mg (1.78 mmol, 1 equiv) 2-(2-硝基苯基)-1H-吲哚198a溶于6 mL甲醇之中，加入20 mg鈀碳加氫催化劑，0.72 mL (14.3 mmol, 8 equiv) 80% 水合肼，于75 ℃油浴中回流5 h，點板監(jiān)控。將反應(yīng)液冷卻，旋干，用乙酸乙酯15 mL萃取三次，合并萃取液，飽和氯化鈉溶液洗滌，用無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得固體226 mg，產(chǎn)率61.0%。

1

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 8.40 (s, 1H), 7.63 (d, J = 7.7 Hz, 1H), 7.38-7.34 (m,

2H), 7.22-7.10 (m, 3H), 6.85 (dt, J = 7.4 Hz, J = 0.7 Hz, 1H), 6.78 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 6.70 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 4.05 (s, 2H) ppm.

11H-吲哚[3,2-c]喹啉(Ia) 11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：將186 mg (0. mmol, 1 equiv) 2-(2-氨基苯基)-1H-吲哚199a溶于無水乙腈，加入80 mg (2.67 mmol, 3 equiv) 多聚甲醛，再加入催化當量的三氟乙酸，于80 ℃油浴中，回流反應(yīng)3 h。將反應(yīng)液冷卻至室溫，向反應(yīng)液中加入20 mL水，再用15 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用飽和碳酸氫鈉溶液，飽和氯化鈉溶液依次洗滌，用無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得產(chǎn)物150 mg，產(chǎn)率77.3%。

1

H NMR (300 MHz, d6-DMSO) δ 12.72 (s, 1H), 9.60 (s, 1H), 8.53 (dd, J = 7.7 Hz, J

= 1.4 Hz, 1H), 8.32 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 8.14 (dd, J = 8.6 Hz, J = 0.9 Hz, 1H), 7.78-7.67 (m, 3H), 7.50 (t, J = 7.7 Hz, 1H), 7.34 (t, J = 7.6 Hz, 1H) ppm; MS (ESI) m/z 219.1 [M+H]+.

7H-吲哚并[2,3-c]喹啉(Ib) 7H-indolo[2,3-c]quinoline

51

吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

操作：將208 mg (1 mmol, 1 equiv) 3-(2-氨基苯基)-1H-吲哚溶于無水乙腈，加入90 mg (3 mmol, 3 equiv)多聚甲醛，再加入催化當量的三氟乙酸，于80 ℃油浴中，回流反應(yīng)3 h。將反應(yīng)液冷卻至室溫，向反應(yīng)液中加入20 mL水，再用20 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用飽和碳酸氫鈉溶液，飽和氯化鈉溶液依次洗滌，用無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得產(chǎn)物162 mg，產(chǎn)率74.3%。

1

H NMR (300 MHz, d6-DMSO) δ 12.19 (s, 1H), 9.33 (s, 1H), 8.84 (d, J = 8.1 Hz,

1H), 8.72 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 8.24 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 7.82-7.61 (m, 4H), 7.44 (t, J = 7.2 Hz, 1H) ppm; MS (ESI) m/z 219.1 [M+H]+.

11-(4-氯丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(200a) 11-(4-chlorobutyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：將109 mg (0.5 mmol, 1 equiv) 11H-吲哚[3,2-c]喹啉Ia溶于5 mL無水N,N-二甲基甲酰胺之中，加入研成粉末的140 mg (2.5 mmol, 5 equiv) 氫氧化鉀，于室溫下攪拌反應(yīng)30 min，滴入255 mg (1.5 mmol, 3 equiv) 1-溴-4-氯丁烷，室溫下攪拌3 h。向反應(yīng)液中加入20 mL水，用乙酸乙酯40 mL萃取，萃取液依次用水,飽和氯化鈉溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥，柱層析分離，得油狀液體120 mg，產(chǎn)率77.9%。

1

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.44 (s, 1H), 8.29 (d, J = 8.5 Hz, 1H), 8.23 (d, J = 7.5

Hz, 1H), 8.13 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7. (dt, J = 8.1 Hz, J = 1.1 Hz, 1H), 7.55 (dt, J = 8.3 Hz, J = 1.2 Hz, 1H), 7.46 (d, J = 3.7 Hz, 2H), 7.36-7.29 (m, 1H), 4.67 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 3.48 (t, J = 6.3 Hz, 2H), 2.18-2.08 (m, 1H), 1.92-1.78 (m, 1H) ppm.

11-(4-疊氮丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(201a) 11-(4-azidobutyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

將170 mg (0.55 mmol, 1 equiv) 11-(4-氯丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉200a溶于5 mL二甲亞砜之中,加入 mg (0.83 mmol, 1.5 equiv) 疊氮鈉，于100 ℃油浴反應(yīng)12 h。將反應(yīng)液冷卻，加入20 mL水，用60 mL二氯甲烷萃取，萃取液用水，飽和氯化鈉溶液依次分別洗2次，無水硫酸鈉干燥，低溫旋干，得158 mg油狀物，

52

碩士研究生學(xué)位論文

產(chǎn)率91.1%。

4-(11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)丁基-1-胺(Ic) 4-(11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)butan-1-amine

操作：將158 mg (0.5 mmol, 1 equiv) 11-(4-疊氮丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉201a溶于4.5 mL四氫呋喃和1.5 mL水的混合溶劑中，加入262 mg (1.0 mmol, 2 equiv)三苯基膦，于室溫下攪拌12 h。將反應(yīng)液旋干，加入20 mL水，用20 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用飽和氯化鈉溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得134 mg產(chǎn)物，產(chǎn)率92.7%。

黃色固體, m.p. 102-104 oC; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.53 (s, 1H), 8.40 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.30 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.22 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.74-7.69 (m, 1H), 7.-7.50 (m, 3H), 7.41-7.36 (m, 1H), 4.74 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 2.77 (t, J = 7.0 Hz, 2H), 2.07 (quint, J = 7.5 Hz, 1H), 1.67 (quint, J = 7.5 Hz, 1H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.9, 144.6, 140.2, 138.8, 130.9, 127.6, 125.8, 125.7, 121.8, 121.6, 121.2, 119.8, 117.9, 115.3, 109.6, 45.6, 41.8, 30.9, 27.3 ppm; IR (KBr) 3021, 2968, 2932, 21, 1629, 1602, 1503, 1467, 1441, 1415, 1361, 1334, 1249, 1207, 1134, 1016, 753 cm-1; MS (ESI) m/z 290.2 [M+H]+.

11-(4-(1H-咪唑-1-基)丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(Id) 11-(4-(1H-imidazol-1-yl)butyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：將30 mg (0.42 mmol, 2 equiv) 1H-咪唑溶于3 mL干燥DMF，加入11 mg (0.42 mmol, 2 equiv) 鈉氫，拔氫，室溫攪拌30 min，將66 mg (0.21 mmol, 1 equiv) 11-(4-氯丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉200a溶于3 mL DMF滴入反應(yīng)液中，室溫反應(yīng)3 h。向反應(yīng)液中加入20 mL水中，用20 mL乙酸乙酯萃取三次，合并萃取液，用飽和氯化鈉溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得產(chǎn)物22 mg，產(chǎn)率30.8%。

黃色固體, m.p. 76-80 oC; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.47 (s, 1H), 8.47 (d, J = 8.2

53

吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

Hz, 2H), 8.30 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 8.24 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.73 (m, 1H), 7.59 (m, 3H), 7.40 (d, J = 7.1 Hz, 1H), 6.99 (s, 1H), 6.78 (s, 1H), 4.61(t, J = 6.6 Hz, 2H), 3.82 (t, J = 6.9 Hz, 2H), 1.97 (m, 2H), 1.84 (m, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.7, 144.4, 140.0, 138.6, 130.9, 129.7, 127.7, 126.0, 125.9, 121.7, 121.4, 121.2, 119.9, 118.6, 117.7, 115.3, 109.3, 46.5, 44.9, 28.5, 26.9 ppm; IR (KBr) 3121, 2924, 28, 1638, 1618, 1513, 1467, 1442, 1372, 1348, 1220, 1080, 743 cm-1; MS (ESI) m/z 341.3 [M+H]+.

11-(4-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(Ie) 11-(4-(1H-1,2,4-triazol-1-yl)butyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：將45 mg (0.65 mmol, 2 equiv) 1,2,4-1H-三氮唑溶于3 mL干燥DMF，加入15 mg (0.65 mmol, 2 equiv)鈉氫，拔氫，室溫攪拌30 min，將102 mg (0.3 mmol, 1equiv) 11-(4-氯丁基)-11 H-吲哚[3,2-c]喹啉200a溶于3 mL DMF滴入反應(yīng)液中，室溫反應(yīng)3 h。向反應(yīng)液中加入20 mL水中，用20 mL乙酸乙酯萃取三次，合并萃取液，用飽和氯化鈉溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得產(chǎn)物51 mg，產(chǎn)率49.9%。

黃色固體, m.p. -58 oC; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9. (s, 1H), 8.31 (d, J = 8.6 Hz, 2H), 8.23 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.94 (s, 2H), 7.73 (t, J = 7.8 Hz, 1H), 7.70 (m, 3H), 7.41(m, 1H), 4.78 (s, 2H), 4.14 (s, 2H), 2.06 (s, 4H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 152.1, 147.0, 144.2, 143.0, 140.0, 138.7, 130.5, 127.8, 126.1, 126.0, 121.7, 121.5, 121.3, 119.9, 117.7, 115.4, 109.4, 49.0, 44.9, 27.2, 26.7 ppm; IR (KBr) 2958, 2873, 1719, 1626, 1331, 1308, 1276, 1209, 1179, 980, 700 cm-1; MS (ESI) m/z 342.0 [M+H]+.

4-(4-(11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)丁基)嗎啡啉(If) 4-(4-(11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)butyl)morpholine

操作：將80 mg (0.26 mmol, 1 equiv) 11-(4-氯丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉200a溶于

碩士研究生學(xué)位論文

5 mL乙腈之中，加入106 mg (0.52 mmol, 2 equiv) 碳酸鈉和50 mg (0.52 mmol, 2 equiv) 嗎啡啉，于80 ℃油浴之中回流過夜。將反應(yīng)液直接旋干，制沙，柱層析分離，得產(chǎn)物40 mg，產(chǎn)率42.9%。

黃色固體, m.p. 66-70 oC; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.56 (s, 1H), 8.45 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.32 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.25 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.74 (t, J = 7.6 Hz, 1H), 7.66-7.53 (m, 3H), 7.41 (t, J = 7.6 Hz, 1H), 4.80 (t, J = 7.7 Hz, 2H), 3.70 (t, J = 4.4 Hz, 4H), 2.42 (t, J = 5.8 Hz, 6H), 2.14 (quint, J = 7.5 Hz, 2H), 1.72 (quint, J = 7.5 Hz, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.7, 144.4, 140.1, 138.9, 130.8, 127.6, 125.8, 125.7, 121.8, 121.6, 121.2, 119.8, 117.9, 115.3, 109.6, 66.9, 58.1, 53.7, .5, 27.5, 23.8 ppm; IR (KBr) 3050, 2936, 2855, 2804, 1637, 1617, 1571, 1514, 1467, 1442, 1335, 1271, 1143, 1117, 10, 742 cm-1; MS (ESI) m/z 360.3 [M+H]+.

11-(4-(4-甲基哌嗪-1-基)丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(Ig) 11-(4-(4-methylpiperazin-1-yl)butyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：將80 mg (0.26 mmol, 1 equiv) 11-(4-氯丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉200a溶于5 mL乙腈之中，加入106 mg (0.52 mmol, 2 equiv) 碳酸鈉和52 mg(0.52 mmol, 2 equiv) 4-甲基哌嗪，于80 ℃油浴之中回流過夜。將反應(yīng)液直接旋干，制沙，柱層析分離，得產(chǎn)物33 mg，產(chǎn)率34.2%。

黃色固體, m.p. 132-134 oC; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.51 (s, 1H), 8.39 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.30 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.21 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.71 (t, J = 7.1 Hz, 1H), 7.52 (m, 3H), 7.38 (m, 1H), 4.71 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.43 (m, 10H), 2.30 (s, 3H), 2.04 (m, 2H), 1.71 (m, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.7, 144.4, 140.1, 138.9, 130.8, 127.6, 125.8, 125.7, 121.8, 121.6, 121.2, 119.8, 117.9, 115.3, 109.6, 66.9, 58.1, 53.7, .5, 27.5, 23.8 ppm; IR (KBr) 3050, 2936, 2855, 2804, 1638, 1618, 1572, 1515, 1467, 1443, 1368, 1336, 1271, 1226, 1144, 1117, 10, 742 cm-1; MS (ESI) m/z 373.4 [M+H]+.

11-(4-(哌啶-1-基)丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(Ih) 11-(4-(piperidin-1-yl)butyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

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吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

操作：將80 mg (0.26 mmol, 1 equiv) 11-(4-氯丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉200a溶于5 mL乙腈之中，加入106 mg (0.52 mmol, 2 equiv) 50 mg (0.52 mmol, 2 equiv) 哌啶，于80 ℃油浴之中回流過夜。將反應(yīng)液直接旋干，制沙，柱層析分離，得產(chǎn)物38 mg，產(chǎn)率40.9%。

黃色固體, m.p. 132-134 oC; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.55 (s, 1H), 8.47 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 8.31 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 8.24 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.73 (dt, J = 7.0 Hz, J = 1.0 Hz, 1H), 7.66-7.52 (m, 3H), 7.40 (t, J = 7.1 Hz, 1H), 4.78 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.39 (t, J = 7.2 Hz, 6H), 2.08 (quint, J = 7.6 Hz, 2H), 1.76 (quint, J = 7.6 Hz, 2H), 1.60 (quint, J = 5.6 Hz, 4H), 1.46-1.43 (m, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.4, 144.0, 139.6, 138.3, 130.3, 127.0, 125.2, 125.1, 121.2, 120.6, 119.2, 117.4, 116.2, 114.7, 109.0, 58.0, .1, 45.0, 27.2, 25.4, 23.9, 23.7 ppm; IR (KBr) 3057, 3032, 2940, 2870, 2743, 2670, 2551, 1627, 1601, 15, 1501, 1467, 1439, 1405, 1358, 1246, 1134, 1066, 753 cm-1; MS (ESI) m/z 358.4 [M+H]+.

11-(3-氯丙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(202a) 11-(3-chloropropyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：將115 mg (0.53 mmol, 1 equiv) 11H-吲哚[3,2-c]喹啉Ia溶于5 mL無水N,N-二甲基甲酰胺之中，加入研成粉末的140 mg (2.7 mmol, 5 equiv) 氫氧化鉀，于室溫下攪拌反應(yīng)30 min，滴入250 mg (1.6 mmol, 3 equiv) 1-溴-3-氯丙烷，室溫下攪拌3 h。向反應(yīng)液中加入20 mL水，用乙酸乙酯40 mL萃取，萃取液依次用水，飽和氯化鈉溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥，柱層析分離，得油狀液體80 mg，產(chǎn)率51.3%。

1

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.59 (s, 1H), 8.50 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 8.31 (m, 2H),

7.66 (m, 4H), 7.44 (t, J = 7.8 Hz, 1H), 5.03 (t, J = 7.1 Hz, 2H), 3.70 (t, J = 5.8 Hz, 2H), 2.56 (m, 2H) ppm

11-(3-疊氮丙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(203a)

56

碩士研究生學(xué)位論文

11-(3-azidopropyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：將80 mg (0.27 mmol, 1 equiv) 11-(3-氯丙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉202a溶于5 mL二甲亞砜之中,加入27 mg (0.41 mmol, 1.5 equiv) 疊氮鈉，于100 ℃油浴反應(yīng) 12 h。將反應(yīng)液冷卻，加入20 mL水，用60 mL二氯甲烷萃取，萃取液用水，飽和氯化鈉溶液依次分別洗2次，無水硫酸鈉干燥，低溫旋干，得71 mg油狀物，產(chǎn)率87.3%。

3-(11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)丙基-1-胺(Ii) 3-(11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)propan-1-amine

操作：將71 mg (0.23 mmol, 1 equiv) 11-(3-疊氮丙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉203a溶于3 mL四氫呋喃和1 mL水的混合溶劑中，加入124 mg (0.47 mmol, 2 equiv)三苯基膦，于室溫下攪拌12 h。將反應(yīng)液旋干，加入20 mL水，用20 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用飽和氯化鈉溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得32 mg產(chǎn)物，產(chǎn)率50.5%。

黃色固體, m.p. 114-116 oC; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.53 (s, 1H), 8.55 (d, J = 8.1 Hz, 1H), 8.32 (d, J = 7.5 Hz, 1H), 8.26 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.69 (m, 3H), 7.56 (t, J = 8.0 Hz, 1H), 7.41 (t, J = 7.6 Hz, 1H), 4.92 (t, J = 7.3 Hz, 2H), 2.90 (t, J = 6.7 Hz, 2H), 2.20 (m, 2H), ppm; 13C NMR (75 MHz, d6-DMSO) δ 151.7, 149.8, 145.2, 143.2, 135.5, 132.8, 131.1, 130.9, 127.7, 126.2, 126.1, 125.0, 122.6, 120.0, 115.6, 48.2, 45.2 38.2 ppm; IR (KBr) 3038, 2920, 1638, 1618, 1572, 1515, 1490, 1466, 1334, 1122, 743 cm-1; MS (ESI) m/z 276.1 [M+H]+.

11-(3-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)丙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(Ij) 11-(3-(1H-1,2,4-triazol-1-yl)propyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

57

吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

操作：將38 mg (0.55 mmol, 2 equiv) 1,2,4-1H-三氮唑溶于2 mL干燥DMF，加入13 mg (0.55 mmol, 2 equiv) 鈉氫，拔氫，室溫攪拌30 min，將80 mg (0.27 mmol, 1 equiv) 11-(3-氯丙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉202a溶于2 mL DMF滴入反應(yīng)液中，室溫反應(yīng)3小時。向反應(yīng)液中加入20 mL水中，用20 mL乙酸乙酯萃取三次，合并萃取液，用飽和氯化鈉溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得產(chǎn)物32 mg，產(chǎn)率36.2%。

黃色固體, m.p. 58-60 oC; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.38 (s, 1H), 8.18 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.10 (s, 2H), 7.96 (d, J = 7.8 Hz, 2H), 7.58 (t, J = 7.4 Hz, 1H), 7.43 (m, 2H), 7.30 (m, 2H), 4.74 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 4.18 (t, J = 6.3 Hz, 2H), 2.50 (m, 2H), ppm;

13

C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 152.3, 146.9, 143.7, 143.5, 129.9, 128.2, 126.4, 126.3,

121.9, 121.2, 120.0, 109.3, 46.6, 42.9, 29.7 ppm; IR (KBr) 2955, 2924, 2853, 1635, 1616, 14, 1372, 1119, 621 cm-1; MS (ESI) m/z 328.2 [M+H]+.

2-(3-(11H-吲哚并[3,2-c]喹啉-11-基)丙胺)乙醇(IIa) 2-(3-(11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)propylamino)ethanol

操作：將178 mg (0.5 mmol, 1 equiv) 1-(3-氯丙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉202a溶于無水乙腈之中，加入150 mg (1.5 mmol, 3 equiv) 碳酸鈉，91.5 mg (1.5 mmol, 3equiv) 乙醇胺，于80 ℃油浴中回流過夜反應(yīng)。將反應(yīng)液直接旋干，制沙，柱層析分離，得到59 mg產(chǎn)物，收率31.3%。

1

H NMR (75 MHz, CDCl3) δ 9.52 (s, 1H), 8.42 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 8.30 (d, J = 8.2

Hz, 1H), 8.25 (d, J = 7.7 Hz, 1H), 7.74 (t, J = 7.6 Hz, 1H), 7.65-7. (m, 3H), 7.43 (t, J = 7.6 Hz, 1H), 4.76 (t, J = 7.2 Hz, 2H), 3.48 (t, J = 5.7 Hz, 2H), 2. (m, 2H), 2.57 (m, 2H), 2.19 (s, 1H), 1.81-1.80 (m, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.9, 144.4, 140.4, 138.9, 130.8, 127.6, 125.7, 125.3, 121.8, 121.2, 119.7, 117.9, 115.4, 109.8, 60.8, 58.4, 45.5, 45.3, 27.8 ppm; MS (ESI) m/z 320.2 [M+H]+.

11-(2-氯乙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(204) 11-(2-chloroethyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

58

碩士研究生學(xué)位論文

操作：將11H-吲哚[3,2-c]喹啉Ia溶于5 mL無水N,N-二甲基甲酰胺之中，加入研成粉末的氫氧化鉀，于室溫下攪拌反應(yīng)30 min，滴入1-溴-2-氯乙烷，室溫下攪拌3 h。向反應(yīng)液中加入20 mL水，用乙酸乙酯40 mL萃取，萃取液依次用水，飽和氯化鈉溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥，柱層析分離，得油狀液體。

11-(2-疊氮乙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(205) 11-(2-azidoethyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：將140 mg (0.5 mmol, 1 equiv) 11-(2-氯乙基)-11H-吲哚并[3,2-c]喹啉204溶于5 mL二甲亞砜之中,加入163 mg (2.5 mmol, 5 equiv) 疊氮鈉，于100 ℃油浴反應(yīng) 12 h。將反應(yīng)液冷卻，加入20 mL水，用60 mL二氯甲烷萃取，萃取液用水，飽和氯化鈉溶液依次分別洗2次，無水硫酸鈉干燥，低溫旋干，得油狀物130 mg，產(chǎn)率90.5%。

2-(11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)乙胺(IIb) 2-(11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)ethanamine

操作：將130 mg (0.45 mmol, 1 equiv) 11-(2-三氮乙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉205溶于3 mL四氫呋喃和1 mL水的混合溶劑中，加入240 mg (0.9 mmol, 2 equiv)三苯基膦，于室溫下攪拌12 h。將反應(yīng)液旋干，加入20 mL水，用20 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用飽和氯化鈉溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得32 mg產(chǎn)物，產(chǎn)率27.2%。

1

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.51 (s, 1H), 8.45 (d, J =8.3 Hz, 1H), 8.30 (d, J = 8.2

Hz, 1H), 8.19 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.73-7.51 (m, 3H), 7.39 (t, J = 7.8 Hz, 1H), 4.78 (t, J = 7.3 Hz, 2H), 2.63 (t, J = 7.3 Hz, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.9, 144.4, 140.3, 139.0, 130.7, 127.5, 125.8, 125.7, 121.7, 121.3, 119.6, 117.9, 115.3, 109.8, 58.4, 47.8 ppm; IR (KBr) 3053, 2942, 1638, 1620, 1513, 1466, 1450, 1341,

59

吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

1260, 1247 cm-1; MS (ESI) m/z 262.2 [M+H]+.

4-(11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)-N,N-二甲基丁基-1-胺(IIc) 4-(11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)-N,N-dimethylbutan-1-amine

操作：將4-(11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)丁基-1-胺Ic 123 mg (0.42 mmol, 1 equiv)溶于5 mL EtOH和2.5 mL AcOH之中，加入37%甲醛溶液2 mL，室溫條件下攪拌2 h，后加入氰基硼化鈉81 mg (1.28 mmol, 3 equiv), 再室溫反應(yīng)3 h，點板監(jiān)測。將反應(yīng)液旋干，加入20%氫氧化鈉溶液中和，用乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，以飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得87 mg淺黃色固體，產(chǎn)率49.7%。

1

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.48 (s, 1H), 8.55 (dd, J = 7.6 Hz, J = 7.6 Hz, 1H),

8.29 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.17 (dd, J = 7.8 Hz, J = 0.9 Hz, 1H), 7.71-7.48 (m, 3H), 7.38-7.33 (m, 1H), 4.65 (q, J = 6.5 Hz, 2H), 2.31 (t, J = 6.8 Hz, 2H), 2.22 (s, 6H), 2.01 (quint, J = 7.5 Hz, 2H), 1.66 (quint, J = 7.4 Hz, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.9, 144.4, 140.1, 138.8, 130.8, 127.5, 125.7, 125.6, 121.7, 121.1, 119.7, 117.9, 115.2, 109.5, 58.9, 45.5, 45.3, 29.7, 27.5, 24.9 ppm; IR (KBr) 3050, 2939, 2855, 2808, 2772, 1637, 1617, 1569, 1558, 1513, 1466, 1442, 1362, 1331, 1269, 1245, 1136, 1121, 743 cm-1; MS (ESI) m/z 318.2 [M+H]+.

3-(11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)-N,N-二甲基丙基-1-胺(IId) 3-(11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)-N,N-dimethylpropan-1-amine

操作：將3-(11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)丙基-1-胺Ii 100 mg (36.3 mmol, 1 equiv)溶于5 mL EtOH和2.5 mL AcOH之中，加入37% HCHO溶液2 mL，室溫條件下攪拌2 h，后加入氰基硼化鈉再室溫反應(yīng)3 h，點板監(jiān)測。將反應(yīng)液旋干，加入20%氫氧化鈉溶液中和，用乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，以飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得51 mg淺黃色固體，產(chǎn)率56.2%。

1

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.50 (s, 1H), 8.46 (d, J =8.3 Hz, 1H), 8.29 (dd, J = 8.4

60

碩士研究生學(xué)位論文

Hz, J = 1.0 Hz, 1H), 8.18 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.71-7.49 (m, 3H), 7.37 (t, J = 7.7 Hz, 1H), 4.78 (t, J = 7.3 Hz, 2H), 2.39 (t, J = 6.6 Hz, 2H), 2.26 (s, 6H), 2.14 (quint, J = 6.8 Hz, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.8, 144.4, 140.3, 138.9, 130.7, 127.5, 125.7, 125.7, 121.7, 121.2, 119.6, 117.9, 115.3, 109.8, 58.3, 45.5, 43.5, 29.7, 27.7 ppm; IR (KBr) 3056, 2961, 2920, 2820, 1638, 1618, 1570, 1517, 1466, 1444, 1334, 1213, 1121, 1051, 968, 924, 759 cm-1; MS (ESI) [M+H]+ 304.1.

5-甲氧基-2-(2-硝基苯基)-1H-吲哚(198b) 5-methoxy-2-(2-nitrophenyl)-1H-indole

操作：在封管中依次加入299 mg (1.2 mmol, 1.2 equiv) 2-硝基碘苯，147 mg (1.0 mmol, 1 equiv) 5-甲氧基吲哚，19.2 mg (0.05 mmol, 0.05 equiv)雙(二苯基膦)甲烷(dppm)，11.3 mg (0.05 mmol, 0.05 equiv) 醋酸鈀，294 mg (3 mmol, 3 equiv) 醋酸鉀，加入1 mL二氯甲烷，加入3 mL水，于110 ℃油浴下加熱回流24 h。將封管冷卻至室溫，加入5 mL 1N鹽酸溶液，用5 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用飽和氯化鈉溶液洗滌，用無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得紅色油狀液體131 mg，產(chǎn)率55.0%。

1

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ = 11.38 (s, 1 H), 7.95 (d, J =7.9 Hz, 1 H), 7.78 (d, J =

3.7 Hz, 2H), 7.60 (m, 1H), 7.30 (d, J = 8.7 Hz, 1H), 7.07 (d, J = 2.3 Hz, 1H), 7.80 (dd, J = 8.8Hz, J = 2.4Hz, 1H), 6.45 (d, J = 1.5 Hz,1H), 3.75 (s, 3H) ppm.

2-(5-甲氧基-1H-吲哚-2-基)苯胺(199b) 2-(5-methoxy-1H-indol-2-yl)aniline

操作：將250 mg (0.93 mmol, 1 equiv) 2-(2-硝基苯基)-5-甲氧基-1H-吲哚198b溶于6 mL甲醇之中，加入15 mg鈀碳加氫催化劑，0.37 mL (7.5 mmol, 8 equiv) 80%水合肼，于75 ℃油浴中回流5 h，點板監(jiān)控。將反應(yīng)液冷卻，旋干，用乙酸乙酯15 mL萃取三次，合并萃取液，飽和氯化鈉溶液洗滌，用無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得固體162 mg，產(chǎn)率63.3%。

1

H NMR (300 MHz, d6-DMSO) δ 11.04 (s, 1H), 7.33 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 7.27 (d, J =

61

吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

8.7 Hz, 1H), 7.06 (m, 2H), 6.82 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 6.70 (m, 2H), 6.59 (s, 1H), 5.15 (s, 2H), 3.75 (s, 3H) ppm

8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(IIe) 8-methoxy-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：將105 mg (0.45 mmol, 1 equiv) 2-(2-氨基苯基)-1H-吲哚199b溶于無水乙腈，加入80 mg (2.67 mmol, 3 equiv) 多聚甲醛，再滴入催化當量的三氟乙酸，于80 ℃油浴中，回流反應(yīng)3 h。將反應(yīng)液冷卻至室溫，向反應(yīng)液中加入20 mL水，再15 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用飽和碳酸氫鈉溶液，飽和氯化鈉溶液依次洗滌，用無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得產(chǎn)物150 mg，產(chǎn)率77.3%。

1

H NMR (300 MHz, d6-DMSO) δ 12.56 (s, 1H), 9.59 (s, 1H), 8.49 (d, J = 7.7 Hz,

1H), 8.12 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.90 (d, J = 2.3 Hz, 1H), 7.70 (m, 3H), 7.12 (dd, J = 8.8 Hz, J = 2.4 Hz, 1H), 3.90 (s, 3H) ppm; MS (ESI) m/z 248.1 [M+H]+.

11-(4-氯丁基)-8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(200b) 11-(4-chlorobutyl)-8-methoxy-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：將100 mg (0.40 mmol, 1 equiv) 5-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉IIe溶于5 mL無水N,N-二甲基甲酰胺之中，加入研成粉末的140 mg (2.5 mmol, 5 equiv) 氫氧化鉀，于室溫下攪拌反應(yīng)30 min，滴入207 mg (1.2 mmol, 3 equiv) 1-溴-4-氯丁烷，室溫下攪拌3 h。向反應(yīng)液中加入20 mL水，用乙酸乙酯40 mL萃取，萃取液依次用水，飽和氯化鈉溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥，柱層析分離，得油狀液體103 mg，產(chǎn)率76.2%。

1

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.46 (s, 1H), 8.32 (d, J = 8.8 Hz, 1H), 8.28 (d, J =

8.5Hz, 1H), 7.72 (t, J = 8.0 Hz, 1H), 7.60 (m, 2H), 7.42 (d, J = 8.9 Hz, 1H), 7.16 (dd, J = 8.9 Hz, J = 2.4 Hz, 1H), 4.68(t, J = 7.4 Hz, 2H), 3.96 (s, 3H), 3. (t, J = 6.3 Hz, 2H), 2.17 (m, 2H), 1.94 (m, 2H) ppm.

62

碩士研究生學(xué)位論文

11-(4-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)丁基)-8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(IIf) 11-(4-(1H-1,2,4-triazol-1-yl)butyl)-8-methoxy-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：將69 mg (0.9 mmol, 3 equiv) 1,2,4-1H-三氮唑溶于3 mL干燥DMF，加入24 mg (0.9 mmol, 3 equiv) 鈉氫，拔氫，室溫攪拌30 min，將103 mg (0.3 mmol, 1 equiv) 11-(4-氯丁基)-8-甲氧基吲哚[3,2-c]喹啉200b溶于3 mL DMF滴入反應(yīng)液中，室溫反應(yīng)3 h。向反應(yīng)液中加入20 mL水中，用20 mL乙酸乙酯萃取三次，合并萃取液，用飽和氯化鈉溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得產(chǎn)物52 mg，產(chǎn)率46.7%。

黃色固體, m.p. 143-150 oC; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.50 (s, 1H), 8.30 (d, J = 8.6 Hz, 2H), 8.30 (d, J = 1.8 Hz, 2H), 7.66 (m, 3H), 7.44 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.27 (s, 1H), 7.18 (dd, J = 8.9 Hz, J = 2.4 Hz, 1H), 4.76 (s, 2H), 4.14 (s, 2H), 3.98 (s, 3H), 2.05 (s, 4H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 155.4, 152.1, 145.9, 143.8, 143.0, 139.0, 135.0, 130.2, 127.8, 126.0, 122.2, 121.2, 117.7, 115.7, 115.1, 110.3, 101.9, 56.0, 48.9, 45.1, 27.3, 26.8 ppm; IR (KBr) 3121, 3050, 2973, 2943, 2855, 1614, 1567, 1511, 1470, 1440, 1366, 1345, 1272, 1257, 1219, 1139, 1121, 1011, 748 cm-1; MS (ESI) m/z 371.2 [M+H]+.

4-(4-(8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)丁基)嗎啡啉(IIg) 4-(4-(8-methoxy-11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)butyl)morpholine

操作：將11-(4-氯丁基)-8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉200b 100 mg (0.29 mmol, 1 equiv) 溶于10 mL無水MeCN之中，加入嗎啡啉77 mg (0.88 mmol, 3 equiv)，無水碳酸鈉94 mg (0.88 mmol, 3 equiv)，于80 ℃油浴之中，回流過夜反應(yīng)。將反應(yīng)液旋干，加入20 mL水，用乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得產(chǎn)物53 mg，產(chǎn)率47.0%。

1

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.51 (s, 1H), 8.43 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.32 (d, J = 8.3

Hz, 1H), 7.76-7.63 (m, 3H), 7.50 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.19 (dd, J = 8.9 Hz, J = 2.4 Hz, 1H), 4.76 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 4.00 (s, 3H), 3.70 (t, J =4.6 Hz, 4H), 2.41 (t, J =6.6 Hz,

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吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

6H), 2.13-2.00 (m, 2H), 1.71 (quint, J =7.3 Hz, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 155.3, 146.2, 144.0, 139.0, 135.0, 130.4, 127.6, 125.7, 122.1, 121.5, 117.9, 115.5, 115.0, 110.4, 101.8, 66.9, 58.0, 56.0, 53.6, 45.5, 27.4, 23.7 ppm; IR (KBr) 3056, 2926, 28, 2808, 1624, 1578, 1515, 1483, 1442, 1358, 1305, 1271, 1248, 1214, 1196, 1176, 1116, 1057, 759 cm-1; MS (ESI) m/z 3.2 [M+H]+.

8-甲氧基-11-(4-(4-甲基哌嗪-1-基)丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(IIh) 8-methoxy-11-(4-(4-methylpiperazin-1-yl)butyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：將11-(4-氯丁基)-8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉200b 100 mg (0.29 mmol, 1 equiv) 溶于10 mL無水MeCN之中，加入N-甲基哌嗪 mg (0.88 mmol, 3 equiv)，無水碳酸鈉94 mg (0.88 mmol, 3 equiv)，于80 ℃油浴之中，回流過夜反應(yīng)。將反應(yīng)液旋干，加入20 mL水，用乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得產(chǎn)物57 mg，產(chǎn)率49.1%。

1

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.50 (s, 1H), 8.41 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.30 (d, J = 8.3

Hz), 7.75-7.60 (m, 3H), 7.49 (d, J = 8.9 Hz, 1H), 7.17 (dd, J = 8.9 Hz, J = 2.4 Hz, 1H), 4.73 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 3.98 (s, 3H), 2.61-2.31 (m, 10H), 2.29 (s, 3H), 2.05 (quint, J = 7.3 Hz, 2H), 1.71 (quint, J = 7.4 Hz, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 155.3, 144.5, 139.1, 133.3, 130.8, 127.5, 125.7, 125.5, 121.6, 118.1, 115.5, 110.5, 101.8, 53.7, 56.1, .9, 52.8, 27.6, 24.1 ppm; IR (KBr) 2927, 2849, 2804, 1618, 1578, 1482, 1442, 1359, 1305, 1249, 1206, 1157, 10, 1021, 759 cm-1; MS (ESI) m/z 402.2 [M+H]+.

4-(8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)丁基-1-胺(IIi) 4-(8-methoxy-11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)butan-1-amine

操作：將180 mg (0.53 mmol, 1 equiv) 11-(4-氯丁基)-8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉200b溶于5 mL二甲亞砜之中,加入51 mg (0.80 mmol, 1.5 equiv) 疊氮鈉，于100 ℃油浴反應(yīng)過夜。將反應(yīng)液冷卻，加入20 mL水，用60 mL二氯甲烷萃取，

碩士研究生學(xué)位論文

萃取液用水，飽和氯化鈉溶液依次分別洗2次，無水硫酸鈉干燥，低溫旋干，繼續(xù)投下一步。將11-(4-疊氮丁基)- 8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉201b溶于4.5 mL四氫呋喃和1.5 mL水的混合溶劑中，加入288 mg (1.1 mmol, 2 equiv) 三苯基膦，于室溫下攪拌12 h。將反應(yīng)液旋干，加入20 mL水，用20 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用飽和氯化鈉溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得101 mg產(chǎn)物，產(chǎn)率59.7%。

1

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.48 (s, 1H), 8.37 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 8.27 (d, J = 8.4

Hz, 1H), 7.72-7.67 (m, 3H), 7. (dd, J = 7.3 Hz, J = 2.3 Hz, 1H), 7.17 (dd, J = 9.0 Hz, J = 2.4 Hz, 1H), 4.74 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 3.96 (s, 3H), 2.84 (t, J = 7.1 Hz, 1H), 2.09 (quint, J = 7.2 Hz, 2H), 1.75 (quint, J = 7.4 Hz, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 1.9, 146.8, 144.5, 139.1, 133.5, 130.7, 127.6, 125.8, 122.2, 121.5, 118.0, 115.5, 115.2, 110.5, 101.8, 58.8, 56.0, 45.6, 41.2, 27.3 ppm; IR (KBr) 3003, 2955, 2925, 2861, 1637, 1618, 1481, 1437, 1400, 1304, 1248, 1118, 1045, 759, 688 cm-1; MS (ESI) m/z 320.2 [M+H]+.

3-(8-甲氧基-11H-吲哚并[3,2-c]喹啉-11-基)丙基-1-胺(IIj) 3-(8-methoxy-11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)propan-1-amine

操作：將160 mg (0.49 mmol, 1 equiv) 11-(3-氯丙基)-8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉202b溶于5 mL二甲亞砜之中,加入48 mg (0.75 mmol, 1.5 equiv) 疊氮鈉，于100 ℃油浴反應(yīng)過夜。將反應(yīng)液冷卻，加入20 mL水，用60 mL二氯甲烷萃取，萃取液用水，飽和氯化鈉溶液依次分別洗2次，無水硫酸鈉干燥，低溫旋干，繼續(xù)投下一步。將11-(3-疊氮丙基)- 8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉203b溶于4.5 mL四氫呋喃和1.5 mL水的混合溶劑中，加入288 mg (1.1 mmol, 2 equiv) 三苯基膦，于室溫下攪拌12 h。將反應(yīng)液旋干，加入20 mL水，用20 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用飽和氯化鈉溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥，旋干，柱層析分離，得 mg產(chǎn)物，產(chǎn)率59.5%。

1

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.50 (s, 1H), 8.48 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 8.48 (dd, J = 8.3

Hz, J = 0.8 Hz, 1H), 7.74-7.55 (m, 4H), 7.18 (dd, J = 9.0 Hz, J = 2.4 Hz, 1H), 4.86 (t, J = 7.2 Hz, 2H), 3.98 (s, 3H), 2.87 (t, J = 6.7 Hz, 2H), 2.17 (quint, J = 7.1 Hz, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 155.2, 146.8, 144.6, 140.3, 135.2, 130.8, 127.5, 125.7, 122.3, 121.7, 118.1, 115.4, 115.2, 110.5, 101.7, 56.0, 43.4, 39.3, 33.3 ppm; IR

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吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

(KBr) 2927, 1638, 1624, 1578, 1482, 1440, 1306, 1248, 1207, 1121, 10, 830, 750 cm-1; MS (ESI) m/z 306.1 [M+H]+.

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碩士研究生學(xué)位論文

全文總結(jié)

拓撲異構(gòu)酶（Top）是調(diào)節(jié)控制DNA的拓撲形態(tài)關(guān)鍵酶，是抗癌藥和抗菌藥研發(fā)的有效的靶點。喜樹堿是最早應(yīng)用于臨床的Top1抑制劑，但是它卻存在很多缺陷，如母核內(nèi)酯環(huán)極不穩(wěn)定，很容易水解成羧酸形式；過度表達藥物流出泵ABCG2和ABCB1的細胞，產(chǎn)生耐藥性；Top1cc在藥物解離后失活，這便吸引了眾多研發(fā)者尋找成藥性更好的非喜樹堿類Top1抑制劑。Mark Cushman課題組在發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化茚并異喹啉酮類Top1抑制劑上作出了巨大貢獻，其中化合物Indimitecan與Indotecan已處在臨床研究中。

我們課題組借鑒了Mark Cushman改造NSC 314622的經(jīng)驗，設(shè)計出吲哚并喹啉的母環(huán)。在課題組前期方法學(xué)研究的基礎(chǔ)上，共合成獲得了20個目標化合物，其結(jié)構(gòu)均經(jīng)均經(jīng)質(zhì)譜、核磁氫譜和碳譜進行確證。同時，選擇MCF7、DU145和 HCT-116三種腫瘤細胞株，進行了目標化合物的初步藥理活性篩選，發(fā)現(xiàn)有4個抗增殖活性良好的先導(dǎo)化合物。在此基礎(chǔ)上，我們總結(jié)了初步的構(gòu)效關(guān)系。鑒于吲哚并喹啉類化合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，易于修飾，因此可以作為有潛力的抗腫瘤藥先導(dǎo)化合物進一步進行優(yōu)化研究。

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吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

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碩士研究生學(xué)位論文

碩士期間取得的研究成果

1. 姚和權(quán), 楊鐵, 孫鵬, 林愛俊, 徐進宜, 吳曉明. 一種異白葉藤堿類衍生物的制備方法及用途. 專利申請?zhí)? 2015100242857

2. Sun P, Wu Y, Yang T, Wu X, Xu J, Lin A, Yao H. Synthesis of Heterocycle-fused-pyridine N-Oxides from Oximes and Diazo via Rh(III) Catalyzed C-H Activation and Annulation, Adv. Synth. Catal, under review.

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吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

致謝

本論文是在我敬愛的導(dǎo)師姚和權(quán)教授悉心指導(dǎo)下完成的。感謝三年來姚老師在我學(xué)業(yè)上嘔心瀝血的指導(dǎo)和在生活上無微不至的關(guān)懷。姚老師深厚學(xué)術(shù)造詣，嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，科學(xué)的思維方式深深地感染著我。感謝林愛俊副教授，林老師幽默風趣的交談方式，敏銳犀利的科研眼光，嚴謹求實的人生態(tài)度是值得我們學(xué)習(xí)的。另外同課題組的徐進宜教授、謝唯佳老師、黃玥老師在我的課題上也提供了建設(shè)性的指導(dǎo)。他們孜孜不倦的科研精神，平易近人的處世方式也使我受益匪淺。在這我向各位師長表示由衷的感謝。

在論文工作期間，同實驗室的叢蔚博士、趙磊博士、周海嬪博士、蘇優(yōu)拉博士、孫鵬博士、陳騰博士、高尚博士、嚴芹芹碩士、徐偉碩士、陳學(xué)兵碩士、李宣儀碩士、江惠碩士、吳有智碩士、蓋闊碩士、袁振波碩士、方新新碩士、許秀艷碩士、章凱帆碩士、楊池碩士等給予我莫大的幫助，2012級藥化班鄧邦、裴玲玲、宋壯、李春紅、方建根、康峰華、喬祎雪、趙天笑、蔣天澤，以及王程、陳紹春、胡明陽、朱俊峰等也提供了諸多幫助，在此一并表示感謝（排名不分先后）。

結(jié)構(gòu)鑒定工作中，核磁1H NMR和 13C NMR由周海嬪博士、蘇優(yōu)拉博士、高尚博士、孫鵬博士、李宣儀碩士、吳有智碩士于藥學(xué)院實驗中心完成，MS由中藥學(xué)院孔令義教授、羅俊副教授、徐德然老師完成，藥學(xué)院實驗中心的李志裕教授、聶映老師在核磁與紅外測試方面也提供了一定的幫助。在此我表示真誠的謝意。

最后感謝我的父母，感謝他們二十多年來對我的栽培，他們總是默默的支持我，無怨無悔；感謝所有的親朋好友，謝謝你們的支持與鼓勵。

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碩士研究生學(xué)位論文

新化合物數(shù)據(jù)一覽表

New compound No. Ic Id Ie If Ig Ih Ii Ij IIa IIb IIc IId IIe IIf IIg IIh IIi IIj

m.p. ? ? ? ? ? ? ? ? b.p. IR ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1H-NMR ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 13C-NMR ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ESI HRMS 79

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部分化合物圖譜

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碩士研究生學(xué)位論文 部分化合物圖譜

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吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的設(shè)計,合成與抗腫瘤活性研究

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碩士研究生學(xué)位論文 部分化合物圖譜

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碩士研究生學(xué)位論文 部分化合物圖譜

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