羅　楊, 范　曄, 楊旭超, 馬　成

(新疆醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院藥物化學(xué)與有機化學(xué)教研室， 烏魯木齊　830011)

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苯并二氫呋喃新化合物的合成與HIV-1整合酶分子對接研究

羅楊, 范曄, 楊旭超, 馬成

(新疆醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院藥物化學(xué)與有機化學(xué)教研室， 烏魯木齊830011)

摘要:目的通過與HIV-1整合酶的分子對接，分析合成的苯并二氫呋喃類化合物(3)與整合酶的結(jié)合方式和抑制作用。方法以香草醛和丙二酸為原料，經(jīng)Knoevenagel縮合、酯化、氧化偶聯(lián)反應(yīng)，合成苯并二氫呋喃新化合物(3)2-(4-羥基-3-甲氧基)苯基-7-甲氧基-5-[3-(2-甲氧基-2-氧代乙氧基)-3-氧代丙烯基]-2,3-二氫苯并呋喃-3-羧酸甲氧羰基甲酯，采用計算機Autodock軟件對化合物(3)進行分子對接，預(yù)測分析該化合物是否有抑制HIV-1整合酶的作用。結(jié)果合成目標(biāo)化合物(3)的產(chǎn)率為21.4%，經(jīng)結(jié)構(gòu)鑒定數(shù)據(jù)確定為化合物(3)，分子對接顯示化合物(3)和HIV-1整合酶(PDB: 1QS4)中的天冬酰胺、谷氨酰胺、組氨酸等氨基酸殘基之間存在氫鍵、π-π共軛疊合作用和疏水作用。結(jié)論氧化偶聯(lián)反應(yīng)的合成路線較短，反應(yīng)條件溫和，操作簡單易控，經(jīng)柱層析分離獲得目標(biāo)化合物，分子對接顯示化合物(3)對HIV-1整合酶有抑制的作用。

關(guān)鍵詞：苯并二氫呋喃； 氧化偶聯(lián)； 合成； HIV-1整合酶； 分子對接

苯并二氫呋喃類化合物是一類在自然界中廣泛存在的天然有機化合物，如從丹參、五味子、百部、花椒等藥用植物中均可分離得到該類化合物，此類化合物均包含2-芳基苯并二氫呋喃結(jié)構(gòu)，且2-位苯基均含有羥基或甲氧基。苯并二氫呋喃類化合物具多種生物活性，如抗病毒、抗腫瘤、抗氧化和抗真菌等活性[1-3]。L-菊苣酸具有抗HIV-1整合酶活性，因其結(jié)構(gòu)對稱，通過化學(xué)合成拆解結(jié)構(gòu)進行構(gòu)效關(guān)系研究，發(fā)現(xiàn)L-菊苣酸半幅結(jié)構(gòu)類似物對整合酶具有一定的抑制作用，構(gòu)效關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)阿魏酸?；瞧浠钚詥卧猍4]。氧化偶聯(lián)是制備含有特定結(jié)構(gòu)2-芳基苯并二氫呋喃類化合物的重要方法之一[5]。本研究通過氧化偶聯(lián)的方法合成目標(biāo)化合物(3)2-(4-羥基-3-甲氧基)苯基-7-甲氧基-5-[3-(2-甲氧基-2-氧代乙氧基)-3-氧代丙烯基]-2,3-二氫苯并呋喃-3-羧酸甲氧羰基甲酯，其具有2-芳基苯并二氫呋喃的結(jié)構(gòu)，經(jīng)計算機Autodock軟件對化合物(3)進行分子對接，預(yù)測分析該化合物是否有抑制HIV-1整合酶的作用，現(xiàn)報道如下。

1材料與方法

1.1儀器電子天平SCALE T200-Y(雙杰兄弟有限公司，美國)，電子分析天平AB104-N(梅特勒-托利多公司，瑞士)，磁力攪拌鍋PS-1000(東京理化器械公司，日本)，恒溫循環(huán)水槽HX-205(北京長流科技有限公司)，低溫恒溫槽DC-1006(上海恒平科學(xué)儀器有限公司)，TLC硅膠板60F254(默克公司,德國)，X-4顯微熔點儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司)，Varian INOVA-400型核磁共振儀，質(zhì)譜儀UPLC-TQD (Waters公司，美國)。

1.2試藥香草醛(天津市光復(fù)精細化工研究所，20141024)，丙二酸(天津市光復(fù)精細化工研究所，20140214)，氧化銀(天津市光復(fù)精細化工研究所，20131130)，碳酸銫(阿拉丁，201406)，吡啶(成都市科龍化工試劑廠，20130123)，苯胺(成都市科龍化工試劑廠，20120719)，石油醚(天津市光復(fù)精細化工研究所，20151202)，乙酸乙酯(天津市光復(fù)精細化工研究所，20100217)，實驗試劑均為分析純。

1.3合成路徑采用香草醛為原料，經(jīng)與丙二酸進行Knoevenagel縮合反應(yīng)制得化合物(1)，然后在碳酸銫的催化下與溴乙酸甲酯取代合成得化合物(2)，兩分子的化合物(2)以氧化銀為氧化劑，在無水甲苯和無水丙酮的條件下氧化偶聯(lián)合成含有阿魏?；?-芳基苯并二氫呋喃結(jié)構(gòu)的化合物(3)，合成路線見圖1。

1.3.1化合物(1)的合成路徑將香草醛15.2 g (99.9 mmol)、丙二酸10.5 g (100.9 mmol)放入帶有冷凝管、溫度計的250 mL的三頸圓底燒瓶中，加入12 mL吡啶和24 mL甲苯攪拌均勻，加入25滴苯胺，在75～80℃下磁力攪拌6 h，此時溶液呈紅棕色。終止反應(yīng)，冷至室溫，加入60 mL 25% K2CO3溶液攪拌至有結(jié)晶生成，加熱溶解，趁熱用分液漏斗分出水層，用濃鹽酸調(diào)pH=2，此時有大量氣體與白色固體生成，抽濾，濾得粗品用稀鹽酸 20 mL洗滌3次，然后用水重結(jié)晶得白色固體17.5 g，產(chǎn)率為90.7%。

1.3.2化合物(2)的合成路徑在250 mL的單口圓底燒瓶中放入化合物(1) 5.0 g(25.7 mmol)，Cs2CO38.0 g (24.6 mmol)，加入20 mL DMF，在室溫下攪拌5 min，將溫度降至0℃，加入溴乙酸甲酯2.5 mL(26.3 mmol)，然后室溫下攪拌5 h，此時溶液呈明黃色。過濾濾除Cs2CO3，濾液用乙酸乙酯稀釋，用水洗滌，濃縮得淺棕黃色液體，經(jīng)硅膠柱層析[V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=5∶1]得3.1 g白色固體，產(chǎn)率為45.6%。

1.3.3化合物(3)的合成路徑在250 mL的單口圓底燒瓶中放入化合物(2)1.5 g(5.6 mmol)，加入40 mL無水甲苯與20 mL丙酮，磁力攪拌溶解后在加入Ag2O 1.7 g(7.3 mmol)，在N2保護下室溫反應(yīng)過夜，此時溶液呈棕紅色。反應(yīng)物過濾，濾液用丙酮洗滌，將洗滌后的溶液與原液合并，減壓蒸除溶劑，得紅棕色油狀物。紅棕色油狀物經(jīng)硅膠柱層析[V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=5∶2]得白色固體0.3 g，產(chǎn)率為21.4%。

1.4化合物(3)與HIV-1整合酶(PDB:1QS4) 分子對接參照文獻[6-7]的方法，將化合物(3)與HIV-1整合酶蛋白的晶體結(jié)構(gòu)(PDB:1QS4)進行分子對接研究。采用UCSF Chimera軟件對晶體結(jié)構(gòu)進行原配體、水分子及金屬離子裁剪處理；應(yīng)用AutoDock Tools軟件格式轉(zhuǎn)化和選擇活性口袋；經(jīng) AutoDock Vina軟件以目標(biāo)化合物為配體，與HIV-1整合酶蛋白的晶體結(jié)構(gòu)(PDB:1QS4)進行分子對接，通過PyMol軟件顯示結(jié)果圖譜。

2結(jié)果

2.1化合物的結(jié)構(gòu)鑒定

2.1.1化合物(1)化合物(1)為白色針狀結(jié)晶，mp=173.2～175.1℃，溶于乙醇、甲醇、丙酮等有機溶劑，不溶于水。1H NMR (400 MHz, CDCl3-d6) δ 12.06 (s, 1H, CHCOOH), 9.48 (s, 1H, 4-OH), 7.50 (d, J=16 Hz, 1H, ArCH), 7.24 (d, J=2.0 Hz, 1H, 2-H), 7.08 (dd, J=8.0Hz, 1H, 6-H), 6.80 (d, J= 8.0Hz, 1H, 5-H), 6.35 (d, J=16Hz, 1H, CHCOOH), 3.80 (s, 3H, Ar-OCH3)。以上數(shù)據(jù)與文獻[8]報道的數(shù)據(jù)一致，確定化合物(1)為(E)-3-(4-羥基-3-甲氧基苯基)丙烯酸。

2.1.2化合物(2)化合物(2)為白色固體，m.p= 84.6～86.8℃，溶于丙酮、乙酸乙酯、氯仿等有機溶劑，不溶于甲醇、乙醇。MS m/s 288 (M+);1H NMR (400 MHz, acetone-d6) δ 7.68 (d, J=15.9 Hz, 1H, Ar-CH=CH-), 7.40 (s, 1H, Ar-2-H), 7.19 (d, J=8.2 Hz, 1H, Ar-5-H), 6.90 (d, J=8.2 Hz, 1H, Ar-6-H), 6.49 (d, J=15.9 Hz, 1H, Ar-CH=CH-), 4.75 (s, 2H, -CH2-), 3.95 (s, 3H, Ar-OCH3), 3.74 (s, 3H, -OCH3);13C NMR (acetone-d6) δ 169.2, 166.9, 150.4, 148.8, 147.0, 127.3, 124.3, 116.1, 114.6, 111.4, 61.1, 56.4, 52.2。結(jié)合對化合物的質(zhì)譜、氫譜與碳譜數(shù)據(jù)的綜合分析，確定化合物(2)為(E)-3-(4-羥基-3-甲氧基苯基)丙烯酸甲氧羰基甲酯。

2.1.3化合物(3)化合物(3)為白色固體，m.p= 161.2～163.3℃。溶于丙酮、乙酸乙酯、氯仿等有機溶劑，不溶于甲醇、乙醇。MS m/s 532 (M+)，1H NMR (400 MHz, acetone-d6) δ 7.73(d, 1H, J=16Hz, Ar-CH=CH-), 7.48(s, 1H, Ar-H), 7.41(s, 1H, Ar-H), 7.15(d, 1H, Ar-H), 6.98(dd, J=8.0Hz, 1H, Ar-H), 6.88(d, J=8.0Hz, 1H, Ar-H), 6.55(1H, d, J=16Hz, Ar-CH=CH-), 6.07(d, 1H, J=8.4Hz, Ar-CH-O-), 4.81(q, 2H, -CH2-), 4.77 (s, 2H, -CH2-), 3.96 (s, 3H, OCH3), 3.87 (s, 3H, OCH3), 3.75 (s, 6H, -OCH3);13C NMR (acetone-d6) δ 167.0, 168.2, 167.8, 165.9, 150.4, 147.7, 147.6, 145.8, 145.0, 130.9, 128.4, 125.1, 119.4, 118.6, 117.6, 114.6, 112.96, 109.9, 87.7, 61.2, 60.3, 55.6, 55.4, 55.0, 51. 6, 51.3。結(jié)合化合物(3)的質(zhì)譜、氫譜與碳譜數(shù)據(jù)的綜合分析，確定化合物(3)為2-(4-羥基-3-甲氧基)苯基-7-甲氧基-5-[3-(2-甲氧基-2-氧代乙氧基)-3-氧代丙烯基]-2,3-二氫苯并呋喃-3-羧酸甲氧羰基甲酯。

2.2分子對接圖譜顯示化合物(3)中苯并二氫呋喃的共軛平面結(jié)構(gòu)能與HIV-1整合酶中的谷氨酰胺Gln-148、天冬氨酸Asp-116等氨基酸殘基的雙鍵能形成π-π共軛疊合作用；支鏈上的羰基分別與天冬酰胺Asn-155、天冬氨酸Asp-116和Asp-64以氫鍵作用力與受體結(jié)合，并且化合物處于組氨酸His-67、苯丙氨酸Phe-121、Phe-139共軛五元環(huán)或者六元環(huán)的疏水基團之中，存在分子間的范德華力作用，見圖2。

3討論

以香草醛和丙二酸為原料，經(jīng)過Knoevenagel縮合反應(yīng)得(E)-3-(4-羥基-3-甲氧基苯基)丙烯酸(化合物1)，化合物(1)在碳酸銫的催化下與溴乙酸甲酯合成(E)-3-(4-羥基-3-甲氧基苯基)丙烯酸甲氧羰基甲酯(化合物2)，兩分子的化合物(2)以Ag2O為氧化劑，在無水甲苯和無水丙酮的條件下氧化偶聯(lián)合成2-(4-羥基-3-甲氧基)苯基-7-甲氧基-5-[3-(2-甲氧基-2-氧代乙氧基)-3-氧代丙烯基]-2,3-二氫苯并呋喃-3-羧酸甲氧羰基甲酯(化合物3)。在實驗過程中氧化偶聯(lián)合成是關(guān)鍵步驟，該反應(yīng)模擬仿生氧化，是自由基反應(yīng)，產(chǎn)率不高，適合于含有特殊結(jié)構(gòu)的2-苯基苯并二氫呋喃的制備(2-苯基結(jié)構(gòu)單元中含有4-位羥基、3-位甲氧基)；在實驗合成的過程中，氧化偶聯(lián)的合成路線較短，反應(yīng)條件簡單易控，產(chǎn)物經(jīng)柱層析分離獲得，適用于β-(4-羥基苯基)丙烯酸酯類結(jié)構(gòu)偶聯(lián)合成苯并二氫呋喃類衍生物的合成。本實驗通過Knoevenagel縮合、酯化、氧化偶聯(lián)反應(yīng)制備未見報道的苯并二氫呋喃類新化合物(3)，產(chǎn)物經(jīng)柱層析分離和光譜確證結(jié)構(gòu)；以HIV-1整合酶(1QS4)為靶標(biāo)，通過分子對接分析發(fā)現(xiàn)該化合物和整合酶氨基酸殘基之間存在氫鍵、π-π共軛疊合作用和疏水作用力，故化合物(3)有抑制HIV-1整合酶作用，為進一步測定其生物活性提供參考依據(jù)。

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(本文編輯施洋)

Synthesis and molecular docking towards HIV-1 integrase of the new dihydrobenzofuran

LUO Yang, FAN Ye, YANG Xuchao, MA Cheng

(DepartmentofMedicinalChemistryandOrganicChemistry,CollegeofPharmacy,XinjiangMedicalUniversity,Urumqi830011,China)

Abstract:ObjectiveWith the HIV-1 integrase enzyme molecular docking analysis synthetic dihydrobenzofuran compounds (3) and the integrase binding mode and inhibition. MethodsFrom vanillin and malonic acid as raw material, the Knoevenagel condensation, esterification, oxidation coupling reaction, synthesis of dihydro-benzofuran new compounds (3) 2-(4-hydroxy-3-methoxy)phenyl-7-methoxy-5-[3-(2-methoxy-2-oxoethoxy)-3-oxopropenyl]-2,3-dihydrobenzofuran-3-carboxylic acid methoxycarbonyl methyl ester. Using the computer software of Autodock compound (3) by molecular docking, prediction and analysis of the compounds have inhibition of HIV-1 integrase. ResultsThe yield of the synthetic target compound (3) was 21.4%, which was determined by the structural identification data (3), Molecular docking showed that the compounds by docking analysis to HIV integrase (PDB:1QS4) indicates that the amino acids residue of asparagine, glutamine and histidine interact with the enzyme through hydrogen bond, π-π coincidence and hydrophobic force. ConclusionThe synthesis route of the oxidative coupling reaction is short, the reaction condition is mild, the operation is simple and easy to control, the target compound is obtained by column chromatography, docking displayed that compounds inhibited the HIV-1 integration enzyme.

Keywords:dihydrobenzofuran; oxidative coupling; synthesis; HIV-1 integrase; molecule docking

[收稿日期：2015-12-12]

doi:10.3969/j.issn.1009-5551.2016.04.015

中圖分類號：R914

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-5551(2016)04-0445-04

作者簡介：羅楊(1990-)，女，在讀碩士，研究方向:藥物化學(xué)。通信作者：馬成，男，博士，副教授，研究方向：天然產(chǎn)物活性成分結(jié)構(gòu)修飾與合成研究，E-mail: mac2008hk@126.com。

基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金(2011211B21)； 新疆維吾爾自治區(qū)高?？蒲杏媱澲攸c項目(XJEDU2011I35)