張金龍,陶紫薇,李直坤,劉文俊,戎 強,羅世鵬
(江蘇理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,江蘇 常州 213001)
作為一種吲哚化合物的等電子體,吲唑化合物具有與吲哚化合物相似的生物活性,如具有避孕、抗炎等藥效,還可以作為開發(fā)新型抗腫癌藥物的基礎(chǔ)原料[1-6]。吲唑類化合物是一個重要的醫(yī)藥中間體,目前已有多種吲唑類衍生物已經(jīng)進入臨床研究或上市[7],例如氯尼達明[8]、鹽酸格拉司瓊[9]等。此外,吲唑羧酸化合物由于同時含有易配位的N原子以及O原子,在與過渡金屬或稀土金屬配位時,能夠得到結(jié)構(gòu)和功能多樣的新型配合物,如金屬有機骨架材料[10]。通過調(diào)控合成,在吲唑氮原子上引入不同的基團,可以多樣化地合成各類新穎的配體,以達到合成不同功能金屬配合物的目的。本文設(shè)計并合成了一個新型的吲唑二羧酸化合物,可以進一步進行生物活性測試,并根據(jù)測試結(jié)果進行修飾并優(yōu)化其結(jié)構(gòu)。此外,它兼具吲唑的骨架以及羧酸的配位功能[11],可以作為金屬有機骨架配合物的配體,與各類金屬鹽進行溶劑熱等反應(yīng),從而制備新穎多樣的金屬配合物。
圖1 兩種含吲唑結(jié)構(gòu)的藥物分子Fig.1 The chemical structures of two indazole compounds
400 MHz核磁共振儀, 德國Bruker;Agilent 6460 ESI-MS質(zhì)譜儀,美國安捷倫;DF-101S集熱時恒溫加熱磁力攪拌器,河南予華;RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,上海亞榮;AL204分析天平,瑞士梅特勒-托利多。
1H-吲唑-3-羧酸(98%),氯乙酸乙酯(98%),無水碳酸鉀(99%),氫氧化鈉(97%),安耐吉化學(xué);濃硫酸(GR),無水乙醇(AR),乙腈(AR),乙酸乙酯(AR),國藥集團化學(xué)試劑有限公司;其它試劑或原料均為市售或化學(xué)純,實驗用水為去離子水。
圖2 1-乙酸-吲唑-3-羧酸的合成路線Fig.2 Synthetic route of 1-(carboxymethyl)-indoxazole- 3-carboxylic acid
1.2.1 化合物2的合成
稱取固體1H-吲唑-3-羧酸(8.1 g,50 mmol)加入帶有磁子的250 mL圓底燒瓶之中,然后加入100 mL無水乙醇,在室溫攪拌下緩慢滴加5.0 mL濃硫酸,加完后接冷凝管,并置于油浴中回流攪拌4 h。反應(yīng)結(jié)束后減壓濃縮除去乙醇,然后在攪拌下加入飽和碳酸氫鈉溶液中和反應(yīng)至pH=7~9。該水溶液適量乙酸乙酯萃取3次。有機相用飽和食鹽水洗滌1次,無水硫酸鈉干燥,旋干后用乙酸乙酯重結(jié)晶,得到黃色固體8.80 g,產(chǎn)率為92.7%。熔點:138~139 ℃;1H NMR (CDCl3, 400 MHz):δ13.19 (s, 1H), 8.28~8.22 (m, 1H), 7.93~7.87 (m, 1H), 7.54~7.47 (m, 1H), 7.41~7.33 (m, 1H), 4.60 (q,J=7.2 Hz, 2H), 1.50 (t,J=7.2 Hz, 3H).13C NMR (CDCl3, 100 MHz):δ163.3, 141.5, 136.3, 127.2, 123.2, 122.3, 121.6, 111.6, 61.1, 14.4. ESI-MS (M+H): 191.2。
1.2.2 化合物3的合成
稱取1.92 g (10 mmol) 化合物2以及2.76 g無水碳酸鉀(20 mmol)于150 mL燒瓶中,然后再加入25 mL乙腈。于室溫攪拌下加入1.61 mL(15 mmol)氯乙酸乙酯,接冷凝管后置于油浴中攪拌回流。薄層色譜跟蹤反應(yīng),約6 h后原料反應(yīng)完全,將反應(yīng)液降至室溫,抽濾并用二氯甲烷洗滌濾渣,將母液旋干后用乙酸乙酯重結(jié)晶,抽濾,正己烷洗滌后得到白色固體2.42 g,產(chǎn)率87.5%。熔點:76~78 ℃。1H NMR (CDCl3, 400 MHz):δ8.32~8.26 (m, 1H), 8.28~8.22 (m, 1H), 7.56~7.47 (m, 1H), 7.45~7.35 (m, 1H), 5.29 (s, 2H), 4.55 (q,J=7.2 Hz, 2H), 4.24 (q,J=7.2 Hz, 2H), 1.51 (t,J=7.2 Hz, 3H), 1.27 (t,J=7.2 Hz, 3H).13C NMR (CDCl3, 100 MHz):δ167.0, 162.4, 141.2, 136.1, 127.3, 123.6, 123.2, 122.3, 109.3, 61.9, 61.0, 50.9, 14.4, 14.0. ESI-MS (M+H): 277.1。
1.2.3 化合物4的合成
稱取5.52 g(20 mmol)化合物3于150 mL燒瓶中,加入40 mL無水乙醇,攪拌溶解,然后加入40 mL 5 mol/L NaOH水溶液,并置于60 ℃ 油浴下反應(yīng)18 h。待反應(yīng)結(jié)束旋出乙醇,剩余水溶液用鹽酸調(diào)節(jié)pH至2~3,產(chǎn)生大量白色絮狀固體,中和完畢后置于4 ℃靜置6 h進一步冷卻析出白色固體。抽濾,依次用冰水、乙醇洗滌,得到白色固體4.11 g,產(chǎn)率為93.3%,熔點:284~286 ℃。1H NMR (DMSO-d6, 400 MHz):δ8.12~8.08 (m, 1H), 7.63~7.57 (m, 1H), 7.45~7.37 (m, 1H), 7.28~7.22 (m, 1H), 5.03 (s, 2H).13C NMR (DMSO-d6, 100 MHz):δ169.7, 164.7, 141.4, 136.3, 126.4, 123.6, 122.5, 122.0, 111.4, 53.2. ESI-MS (M-H): 219.2。
通過控制變量法,如其它條件不變,改變反應(yīng)底物的摩爾數(shù)之比,反應(yīng)溫度等條件,考察每一步反應(yīng)的最佳反應(yīng)條件。結(jié)果表明,在化合物2的合成過程中乙醇的含水量對產(chǎn)率有較大影響,反應(yīng)溶劑最好是經(jīng)過干燥的無水乙醇,水分較多時會導(dǎo)致產(chǎn)率降低;此外,在中和硫酸的過程中,由于要加入大量的碳酸氫鈉,會產(chǎn)生大量氣泡,因此要控制加入速度,或采用大口錐形瓶進行中和反應(yīng),防止反應(yīng)溶液隨氣泡噴濺造成危險和損失。在化合物3的合成過程中,反應(yīng)溫度以及反應(yīng)摩爾數(shù)有較大影響,當氯乙酸乙酯與原料(化合物2)的摩爾數(shù)之比超過2.0時,對后期重結(jié)晶有影響,不利于產(chǎn)物純化;而摩爾數(shù)比過小時(小于1.2)原料反應(yīng)不完,綜合發(fā)現(xiàn),摩爾數(shù)為1.5時可以達到最佳效果;而且反應(yīng)溫度以及反應(yīng)濃度對反應(yīng)產(chǎn)率均有較大影響,該步驟的反應(yīng)濃度為0.5 mol/L時達到最佳,當濃度較小時,原料反應(yīng)不完,濃度太大時原料無法完全溶解,而反應(yīng)在回流條件下,能夠以較快的速度達到反應(yīng)完全。在同時水解兩個酯基得到二羧酸化合物4的反應(yīng)步驟中,反應(yīng)溫度應(yīng)嚴格控制在60 ℃以達到最佳效果,當反應(yīng)溫度過低時,反應(yīng)較慢水解不完全,而當反應(yīng)溫度過高(回流)時,吲唑3位的羧基會發(fā)生脫羧副反應(yīng),無法得到目標產(chǎn)物。
本文以1-氫吲唑-3-羧酸為起始原料,通過在硫酸催化下與無水乙醇化生酯化,然后與氯甲酸乙酯發(fā)生取代反應(yīng),最后同時將兩個酯基水解,以三步76%的總收率得到一個全新的吲唑二羧酸衍生物。本路線簡潔高效,純化步驟簡便易行,為后期生物活性測試及作為配體進行金屬配合物的制備奠定基礎(chǔ)。