李遠省, 蘇 甫, 何 菱(四川大學 華西藥學院，四川 成都 610041)

·研究論文·

新型1,4-二苯并二氮雜酮類衍生物的合成及其抗癌活性

李遠省, 蘇 甫*, 何 菱*
(四川大學 華西藥學院，四川 成都 610041)

以取代鄰硝基苯甲酸為起始原料，與二氯亞砜反應制得鄰硝基苯甲酰氯，再與苯胺在堿性條件下反應制得酰胺衍生物(6a～6d);以醋酸鈀為催化劑，6a～6d經(jīng)NBS溴代制得溴代衍生物(7a～7d); 7a～7d依次經(jīng)N-烷基化反應，還原反應和分子內(nèi)C—N鍵環(huán)合反應合成了10個新型的1,4-二苯并二氮雜酮類化合物(10a～10j),產(chǎn)率61%～78%，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI)表征。初步體外活性測試結(jié)果表明:10a～10j對非小細胞肺癌細胞(A549),人乳腺癌細胞(MDA-MB-231)和宮頸癌細胞(HeLa)均有抑制作用。其中,10g和10i對A549, 10g對MDA-MB-231, 10h和10i對HeLa的抑制率大于50%。

鄰硝基苯甲酸; 1,4-二苯并二氮雜酮; 合成; 體外活性; 抗癌活性

BU-4664L是由Bristol M S于1996年首次在放線菌微單孢菌發(fā)酵液中發(fā)現(xiàn)的化合物。該化合物除對多種腫瘤細胞具有顯著的體外細胞毒性外(IC501.1～18 μmol·L-1)，在抗M990-6腫瘤細胞實驗中也顯示出對大鼠5-脂氧合酶具有顯著的抑制作用(IC501.7 μmol·L-1)[1]。此外,該化合物還具有良好的抗菌和結(jié)合外周苯二氮卓受體等活性[1-3]。BU-4664L的首次全合成由Takahashi Y等[4]于2015年完成。關(guān)于BU-4664L衍生物活性的研究很少，僅2010年由Miyanaga S等[5]報道了BU-4664L苯環(huán)上的三個羥基甲基化和酯化衍生物的抗侵潤和抗血管生成活性的研究結(jié)果。

Scheme 1

為進一步研究BU-4664L衍生物的抗癌活性，我們嘗試對其進行結(jié)構(gòu)改造。(1)BU-4664L分子中含有3個羥基，分子穩(wěn)定性較差，容易被氧化。通過去掉3個羥基，保留母核結(jié)構(gòu)，可以增強分子穩(wěn)定性。(2)以較短的不飽和脂肪鏈替換分子中氮原子上的長側(cè)鏈，增強分子水溶性。(3)在BU-4664L分子的兩個苯環(huán)上引入鹵原子，通過影響分子的電荷分布，增強對組織的滲透性。

基于此，本文以取代鄰硝基苯甲酸(4a～4d)為起始原料，與二氯亞砜反應制得鄰硝基苯甲酰氯，再與苯胺在堿性條件下反應制得酰胺衍生物(6a～6d);以醋酸鈀為催化劑，6a～6d經(jīng)N-溴代丁二酰亞胺(NBS)溴代制得溴代衍生物(7a～7d)[6]; 7a～7d依次經(jīng)N-烷基化反應，還原反應和分子內(nèi)C—N鍵環(huán)合反應合成了10個新型的1,4-二苯并二氮雜酮類化合物(10a～10j, Scheme 1)[7-8],產(chǎn)率61%～78%，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI)表征。并初步研究了10a～10j對非小細胞肺癌細胞(A549),人乳腺癌細胞(MDA-MB-231)和宮頸癌細胞(HeLa)的體外抑制作用。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Varian Mercury 600 MHz型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標)；Bruker Daltonics Data Analysis型質(zhì)譜儀；Beckman Coulter型細胞活力分析儀。

所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) 6a～6d的合成(以6a為例)

在反應瓶中加入4a 500 mg(2.99 mmol)和二氯亞砜3.4 mL(23.9 mmol)，氮氣保護下回流反應2 h。真空濃縮除去過量二氯亞砜，殘余物用二氯甲烷(11.5 mL)溶解后加入5a 289 mg(3.11 mmol)和吡啶2.4 mL的二氯甲烷(3 mL)溶液中，攪拌下反應6 h(TLC監(jiān)控)。加入飽和碳酸氫鈉溶液50 mL，用乙酸乙酯(3×50 mL)萃取，合并有機相，用無水硫酸鎂干燥，濃縮，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=石油醚/乙酸乙酯=2/1,V/V)純化得白色固體6a 711 mg。

用類似的方法合成白色固體6b～6d。

(2) 7a～7d的合成(以7a為例)

在反應瓶中加入6a 500 mg(2.07 mmol), TsOH·H2O 197 mg (1.03 mmol), NBS 380 mg(2.15 mmol)，醋酸鈀23 mg(0.104 mmol)和甲苯8 mL，攪拌下于室溫反應12 h(TLC監(jiān)控)。加入飽和碳酸氫鈉溶液40 mL，用乙酸乙酯(3×50 mL)萃取，合并有機相，用飽和食鹽水(3×50 mL)洗滌,過濾，濾液用無水硫酸鎂干燥，減壓濃縮,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A)純化得白色固體7a 554 mg。

用類似的方法合成白色固體7b～7d。

(3) 8a～8d的合成(以8a為例)

在反應瓶中加入7a 150 mg(0.467 mmol)和THF 5 mL，攪拌使其溶解；加入2.0 mol·L-1LDA溶液0.26 mL(0.554 mmol),于0 ℃攪拌15 min；加入1-溴-3-甲基-2-丁烯0.15 mL(0.577 mmol)，反應3 h(TLC監(jiān)控)。加入飽和NH4Cl溶液淬滅反應，用乙酸乙酯(3×20 mL)萃取，合并有機相，用飽和食鹽水(3×20 mL)洗滌，無水硫酸鈉干燥，過濾，濾液減壓濃縮，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=3/1)純化得黃色固體8a 160 mg。

用類似的方法合成淡黃色固體8b～8d。

(4) 9a～9d的合成(以9a為例)

在反應瓶中加入8a 100 mg(0.257 mmol),鐵粉72 mg(1.29 mmol),氯化銨28 mg(0.515 mmol)和混合溶劑(乙醇/水=3/1,V/V)2.5 mL,攪拌下回流反應1.5 h(TLC監(jiān)控)。用飽和碳酸氫鈉溶液淬滅反應，用硅藻土過濾，濾液用乙酸乙酯萃取，合并有機相，用飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=5/1)純化得無色液體9a 82 mg。

用類似的方法合成無色液體9b～9d。

(5) 10a～10j的合成(以10a為例)

在反應瓶中加入9a 50 mg(0.139 mmol), Pd(dba)24.0 mg(0.006 95 mmol), Davephos 5.5 mg(0.013 9 mmol),叔丁醇鈉18.7 mg(0.195 mmol)和甲苯2 mL，氮氣保護下回流反應3 h(TLC監(jiān)控)。加入飽和氯化銨溶液10 mL，用硅藻土過濾，濾液用乙酸乙酯(3×20 mL)萃取，合并有機相，用飽和食鹽水(3×10 mL)洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮,殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=5/1)純化得無色固體10a 28 mg。

用類似的方法合成10b～10j。

10a: 白色固體;1H NMRδ: 7.83(s, 1H), 7.62(d,J=7.6 Hz, 1H), 7.33～7.27(m, 2H), 7.13～7.11(m, 1H), 7.08～7.03(m, 3H), 6.94(t,J=7.6 Hz, 1H), 5.25～5.22(m, 1H), 4.51～4.49(m, 2H), 1.64(s, 6H);13C NMRδ: 167.7, 152.1, 145.2, 134.2, 132.4, 132.2, 125.8, 124.8, 123.6, 121.6, 121.5, 120.7, 118.9, 50.0, 25.6, 18.0; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C18H19N2O{[M+H]+}279.149 0, found 279.149 2。

10b: 淡黃色固體;1H NMRδ: 7.88～7.85(m, 1H), 7.30～7.25(m, 2H), 7.05～7.01(m, 3H), 6.92～6.89(m, 1H), 6.80～6.78(m, 1H);13C NMRδ: 168.3, 150.6, 143.9, 137.9, 134.7, 132.8, 132.3, 131.5, 125.7, 125.3, 124.0, 123.7, 122.5, 121.4, 120.1, 118.3, 49.0, 39.4, 26.3, 25.7, 17.6, 16.3; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C23H27N2O{[M+H]+}347.211 8, found 347.211 8。

10c: 白色固體;1H NMRδ: 7.77～7.73(m, 1H), 7.42～7.38(m, 1H), 7.29～7.27(m, 1H), 7.09～7.07(m, 2H), 7.00～6.92(m, 2H), 6.23(s, 1H), 5.42～5.38(m, 1H), 4.60～4.58(m, 2H), 1.73(s, 3H), 1.71(s, 3H);13C NMRδ: 167.4, 146.6, 143.0, 134.8, 133.4, 131.7, 131.5, 128.9, 128.4, 127.1, 125.9, 124.6, 123.6, 122.7, 122.4, 121.6, 121.0, 49.2, 25.6, 18.0; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C18H18N2OCl{[M+H]+}313.110 2, found 313.110 2。

10d: 淡黃色液體;1H NMRδ: 7.77～7.73(m, 1H), 7.41～7.38(m, 1H), 7.29～7.27(m, 1H), 7.09～7.07(m, 2H), 6.99～6.93(m, 2H), 6.22(s, 1H), 5.40～5.37(m, 1H), 5.03(m, 1H), 4.62～4.60(m, 2H), 2.07～2.00(m, 4H), 1.69(s, 3H), 1.66(s, 3H), 1.59(s, 3H);13C NMRδ: 167.4, 146.6, 138.3, 131.7, 131.5, 130.5, 128.9, 128.4, 127.1, 125.9, 124.6, 123.9, 123.7, 122.7, 122.4, 121.5, 120.9, 48.9, 39.4, 26.3, 25.7, 17.7, 16.3; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C23H26N2OCl{[M+H]+}381.172 6, found 381.172 8。

10e: 白色固體;1H NMRδ: 7.87～7.84(m, 1H), 7.30～7.18(m, 2H), 7.05～7.00(m, 1H), 6.82～6.80(m, 1H), 66.78～6.67(m, 2H), 5.73(s, 1H), 5.41～5.37(m, 1H), 4.57～4.55(m, 2H), 1.71(s, 3H), 1.68(s, 3H);13C NMRδ: 168.2, 161.2, 158.7, 150.2, 145.7, 134.8, 132.7, 132.3, 125.1, 124.8, 122.8, 121.1, 118.5, 110.5, 107.1, 49.3, 25.6, 18.0; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C18H18N2OF{[M+H]+} 297.139 7, found 297.139 8。

10f: 淡黃色液體;1H NMRδ: 7.88～786(m, 1H), 7.30～7.28(m, 1H), 7.22～718(m, 1H), 7.05～7.01(m, 1H), 6.81～6.79(m, 1H), 6.76～6.71(m, 1H), 6.68～6.65(m, 1H), 5.57(s, 1H), 5.39～5.36(m, 1H), 5.03～5.01(m, 1H), 4.58～4.56(m, 2H), 2.03(m, 4H), 1.68(s, 3H), 1.66(s, 3H), 1.58(s, 3H);13C NMRδ: 168.2, 160.8, 159.1, 150.1, 145.6, 138.4, 132.8, 132.4, 131.6, 130.8, 125.2, 123.9, 122.9, 121.1, 118.5, 110.7, 107.3, 49.1, 39.4, 26.3, 25.7, 17.7, 16.3; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C23H26N2OF{[M+H]+}365.202 3, found 356.202 4。

10g: 淡黃色液體;1H NMRδ: 7.88～7.85(m, 1H), 7.30～7.26(m, 1H), 7.22～7.18(m, 1H), 7.05～7.01(m, 1H), 6.81～6.79(m, 1H), 6.76～6.71(m, 1H), 6.68～6.66(m, 1H), 5.57(s, 1H), 5.40～5.37(m, 1H), 5.07～5.06(m, 2H), 4.58～4.57(m, 2H), 2.10～2.03(m, 8H), 1.69(s, 3H), 1.67(s, 3H), 1.58(s, 3H), 1.57(s, 3H);13C NMRδ: 168.2, 160.8, 159.1, 150.1, 145.7, 138.5, 135.2, 132.8, 132.4, 131.3, 130.8, 125.2, 124.3, 123.7, 122.9, 121.0, 118.5, 110.7, 107.1, 49.1, 39.7, 39.4, 26.7, 26.3, 25.7, 17.6, 16.4, 16.0; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C28H34N2OF{[M+H]+}433.264 5, found 433.265 0。

10h: 白色固體;1H NMRδ: 7.97(s, 1H), 7.64(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.36(t,J=6.8 Hz, 1H), 7.30(d,J=7.2 Hz, 1H), 7.21～7.20(m, 1H), 7.12～7.09(m, 1H), 7.05(d,J=8.0 Hz, 1H), 6.99(t,J=7.2 Hz, 1H), 5.21(s, 1H), 4.50(d,J=6.0 Hz, 2H), 1.66(s, 3H), 1.65(s, 3H);13C NMRδ: 167.3, 151.2, 146.5, 134.7, 133.1, 132.7, 132.3, 129.4, 125.3, 124.6, 123.3, 122.0, 121.1, 120.1, 119.0, 47.9, 25.6, 18.1; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C18H18N2OCl{[M+H]+}313.110 1, found 313.110 2。

10i: 淡黃色液體;1H NMRδ: 7.86(d,J=7.2 Hz, 1H), 7.29(t,J=7.2 Hz, 1H), 7.17( d,J=8.4 Hz, 1H), 7.06～6.99(m, 2H), 6.93(s, 1H), 6.79(d,J=8.0 Hz, 1H), 5.47(s, 1H), 5.37(t,J=6.0 Hz, 1H), 5.03(t,J=6.0 Hz, 1H), 4.57(d,J=6.0 Hz, 2H), 2.07～2.02(m, 4H), 1.68(s, 3H), 1.66(s, 3H), 1.59(s, 3H);13C NMRδ: 168.0, 149.9, 145.0, 138.4, 133.4, 132.8, 132.5, 131.6, 130.7, 125.1, 124.7, 124.0, 123.0, 121.0, 120.2, 118.5, 49.0, 39.4, 26.3, 25.7, 17.7, 16.3; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C23H26N2OCl{[M+H]+}381.172 7, found 381.172 8。

10j: 淡黃色液體;1H NMRδ: 7.86(d,J=8.0 Hz, H), 7.27(t,J=8.0 Hz, 1H), 7.17(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.04～6.79(m, 2H), 6.94(s, 1H), 6.79(d,J=8.0 Hz, 1H), 5.66(s, 1H), 5.39(t,J=6.0 Hz, 1H), 5.08～5.06(m, 2H), 4.57(d,J=6.0 Hz, 2H), 2.08～2.04(m, 8H), 1.67(s, 3H), 1.58(s, 3H), 1.57(s, 3H), 1.40(s, 3H);13C NMRδ: 168.1, 150.1, 145.1, 141.1, 138.5, 135.2, 133.4, 132.8, 132.5, 131.3, 130.6, 125.1, 124.6, 124.3, 123.9, 122.9, 121.0, 120.2, 118.6, 49.0, 39.7, 39.4, 26.7, 26.3, 25.7, 17.7, 16.4, 16.0; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C28H34N2OCl{[M+H]+}449.235 4, found 449.235 4。

1.3 抗癌活性測定

將腫瘤細胞加入含10%胎牛血清,42 mmol·L-1谷氨酰胺，1 mmol·L-1丙酮酸鈉，100 μg·mL-1青霉素，100 μg·mL-1鏈霉素和0. 25 μg·mL-1兩性霉素的DMEM培養(yǎng)基中，于37 ℃, 5%CO2中常規(guī)培養(yǎng)24 h。將細胞接種在含10%胎牛血清的DMED培養(yǎng)基的24孔板上,接種密度為20 000個/孔，然后將細胞置于0.01 mmol·L-1～1 nmol·L-1BU-4664L衍生物中培養(yǎng)5 d。用等體積DMSO作空白對照。通過細胞活力分析儀計數(shù)，計算抑制率。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成

通過Scheme 1所示路線成功合成了10個未見文獻報道的化合物，除最后一步外，其余各步反應產(chǎn)率均大于85%。我們嘗試修改部分合成路線，希望將8經(jīng)一步C—N鍵環(huán)合反應獲得終產(chǎn)物，以縮短反應路線[9-10]，但沒有成功。

我們還對BU-4664L的全合成路線進行了優(yōu)化。文獻[4]報道的方法是在6的結(jié)構(gòu)中先接上側(cè)鏈，再引入Br,但作者在衍生物的合成中未獲成功。最后，我們改為先引入Br,再上側(cè)鏈，順利完成了目標化合物的合成。此外，我們還優(yōu)化了8經(jīng)鐵粉還原反應的條件。在最佳反應條件[Fe 5 eq., NH4Cl 2 eq.,V(乙醇)/V(水)=3/1]下，產(chǎn)率大于85%(78%[4])。

2.2 抗癌活性

表1為10a～10j對A549, MB231和HeLa的抑制活性。由表1可見，10a～10j對3種癌細胞均有一定的抑制作用。其中，10d和10g對A549的抑制率分別為52.1%和50.3%; 10g對MDA-MB-231的抑制率為58.5%; 10c和10d對HeLa的抑制率分別為70.1%和69.2%。初步的構(gòu)效分析表明，引入F, Cl能增強化合物對細胞的滲透性，也能改變化合物的極性，這可能是明顯提高其對癌細胞的抑制作用的原因之一。

表1 10a～10j的抗腫瘤活性Table 1 Antitumor activities of 10a～10j

*μmol·L-1。

合成了10個新型的1,4-二苯并二氮雜酮類化合物(10a～10j),產(chǎn)率61%～78%，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI)表征。體外初步活性測試表明:10a～10j對非小細胞肺癌細胞(A549),人乳腺癌細胞(MDA-MB-231)和宮頸癌細胞(HeLa)均有抑制作用。其中,10d和10g對A549, 10g對MDA-MB-231, 10c和10d對HeLa的抑制率大于50%。結(jié)構(gòu)中含鹵素的化合物(10c, 10d和10g)對癌細胞的抑制作用明顯增強，這為BU-4664L衍生物的結(jié)構(gòu)改造和抗癌活性研究有一定借鑒意義。10還具有調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)的活性，相關(guān)研究正在進行之中。

[1] Charan R D, Schlingmann G, Janso J,etal. A new antimicrobi al alkaloid from a marine mi cromonospora sp[J].J Nat Prod,2004,67:1431-1433.

[2] Gourdeau H, McAlpine J B, Ranger M,etal. Cancer chemother[J].Pharmacol,2008,61:911-921.

[3] Bertomeu T, Zvereff V, Ibrahim A,etal. Gourdeau,H TLN-4601 peripheral benzodiazepine receptor(PBR/TS PO) binding properties do not mediate apoptosis but confer tumor-specific accumulation[J].Biochem Pharmac Ol,2010,80:1572-1579.

[4] Takahashi Y, Hirokawa T, Watanabe M,etal. First synthesis of BU-4664L[J].Tetrahedron Letters,2015,56:5670-5672.

[5] Miyanaga S, Sakurai H, Saiki I,etal. Anti-invasive and anti-angiogenic activities of naturally occurring diben zodiazepine BU-4664L and its derivatives [J].Bioorg Med Chem Lett,2010,20:963-965.

[6] Bedford R B, Haddow M F, Mitchell C J,etal. Mild C—H halogenation of anilides and the isolation of an unusual palladium(I)-palladium(II) species[J].Angew Chem Int Ed,2011,50:5524-5527.

[7] Surry D S, Buchwald.Dialkylbiaryl phosphines in Pd-catalyzed amination:A user’s guide[J].Chem Sci,2011,2:27-50.

[8] Majumdar K C, Ganai S. CuI/L-proline-catalyzed intramolecular aryl amination:An efficient route for the synthesis of 1,4-benzodiazepinones[J].Synlett,2011,13:1881-1887.

[9] Sanz R, Escribano J, Pedrosa M R,etal. Dioxomolybdenum(VI)-catalyzed reductive cyclization of nitroaromatics:Synthesis of carbazoles and indoles[J].Adv Synth Catal,2007,349:713-718.

[10] Siddiqui I R, Srivastava A, Singh A,etal. MoO2Cl2(DMF)2catalyzed microwave assisted reductive cyclisation of nitroaromatics into dibenzodiazepines[J].RSC Adv,2015,5:5256-5260.

Synthesis of Novel 1,4-Dibenzodiazepin Compounds and Their Anticancer Activities

LI Yuan-sheng, SU Fu*, HE Ling*

(West China School of Pharmacy, Sichuan University, Chengdu 610041, China)

The amide derivatives(6a～6d) were obtained by the reaction of substitutedo-nitrobenzoic acids with SOCl2, then reaction with aniline under basic condition. The brominated derivatives(7a～7d) were prepared by NBS-bromination of 6a～6d, using Pd(OAc)2as the catalyst. Ten novel 1,4-dibenzodiazepin compounds(10a～10j) were synthesized by the reaction ofN-alkylation, reduction and intramolecular C—N bond cyclization from 7a～7d, respectively. The structures were characterized by1H NMR,13C NMR and HR-MS(ESI). The preliminaryinvitrobio-activity tests showed that 10a～10j had certain inhibitory effects on non-small cell lung cancer cell(A549), human breast cancer cell(MDA-MB-231) and cervical cancer cell(HeLa). Among them, the inhibition rates of 10g and 10i on A549, 10g and 10h on MDA-MB-231 and 10i on HeLa were above 50%.

o-nitrobenzoic acid; 1,4-dibenzodiazepinone; synthesis;invitrobioactivity; anticancer activity

2017-04-15

川大-瀘州戰(zhàn)略合作基金資助項目(2013CDLZ-S18)

李遠省(1988-)，男，漢族，山東菏澤人，碩士研究生，主要從事藥物化學的研究。 E-mail: 377095649@qq.com

蘇甫,實驗師, E-mail: sufu@scu.edu.cn; 何菱，教授， E-mail: lhe2001@sina.com

O624.6; O626

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2017.08.17087