含哌嗪基噻吩并［3，2-d］嘧啶类抗癌试剂的设计与合成
蒋达洪*，黄敏
( 广东石油化工学院 化学与生命科学学院，广东 茂名 525000)
摘要: 基于蛋白酪氨酸激酶为靶点的抗癌试剂的结构特点，设计与合成了系列含哌嗪基的噻吩并［3，2-d］嘧啶衍生物。以巯基乙酸为原料，经酯化、两次缩合成环、氯代等 4 步反应得 4-氯噻吩并［3，2-d］嘧啶母核，再与不同的哌嗪衍生物在DMF 中发生亲核取代反应，制备了 4 个未见报道的含哌嗪基噻吩并［3，2-d］嘧啶化合物，产物结构经1HNMR和 HRMS表征。
关键词: 哌嗪; 噻吩并［3，2-d］嘧啶; 抗癌试剂; 设计; 合成
中图分类号: O626． 13; R914． 5 文献标识码: A 文章编号:0258-3283( 2012) 09-0797-03
噻吩并嘧啶类化合物由于具有重要的生理活性而在新药开发中常常被作为先导化合物进行研究。最近有研究发现，一些具有噻吩并嘧啶结构的化合物对蛋白酪氨酸激酶( PTKs) 具有较强的抑制作用，而蛋白酪氨酸激酶的过度表达常常与某些肿瘤的发生有关［1，2］。这就使得这类化合物有可能发展成为新一代抗癌药物，因此设计与合成不同结构的噻吩并嘧啶衍生物在抗癌新药的筛选和发现中具有特殊意义，成为人们研究热点之一［3，4］。噻吩并嘧啶母核按其结构可分为噻吩并［2，3-d］嘧啶和噻吩并［3，2-d］嘧啶，前者的衍生物已有较多报道，但目前报道的噻吩并［3，2-d］嘧啶类化合物还不多见［5，6］。
在前期工作中，我们利用生物电子等排原理，将文献报道具有抗癌活性的噻吩并［2，3-d］嘧啶变换成噻吩并［3，2-d］嘧啶，合成了系列衍生物。初步的体外活性实验结果表明，此类化合物对某些癌细胞具有良好的抑制作用［7］。哌嗪结构片断能改善药物水溶性、增加药物活性，广泛出现在一些已上市的蛋白酪氨酸激酶抑制剂抗癌药物中，如伊马替尼、达沙替尼等［8］。本文将哌嗪结构引入到噻吩并［3，2-d］嘧啶母核上，设计出了一类结构新颖的含哌嗪基的噻吩并［3，2-d］嘧啶衍生物( 6a ～ 6d) 作为小分子抗癌试剂。以巯基乙酸为起始原料，经与乙醇酯化、Michael 加成与环化、与甲酰胺缩合成环、嘧啶环的氯代得到共同中间体 4-氯噻吩并［3，2-d］嘧啶( 5) ，化合物 5 与哌嗪单甲酰胺衍生物经亲核取代合成了 4 个未见文献报道的噻吩并［3，2-d］嘧啶衍生物如下所示。所合成的化合物和部分中间体经1HNMR 和HRMS 鉴定，确定了它们的结构。该合成路线共五步，总收率在 28% ～37%。
1 实验部分
1. 1 主要仪器与试剂
300 MHz 型超导核磁仪测定( CDCl3为溶剂，TMS 为内标，德国 Bruker 公司) ; P-SIMS-Gly 傅里叶变换离子回旋共振高分辨质谱仪( 温度计未经校正，德国 Bruker 公司) 。
所用试剂均为国产分析纯，使用前未经进一步处理。哌嗪单甲酰胺衍生物按我们实验室前期工作自制［9］; 巯基乙酸乙酯按文献［10］方法制备，表征数据与文献值相符。
1. 2 3-氨基噻吩-2-甲酸乙酯( 3) 的合成
取 120 g( 1. 0 mol) 巯基乙酸乙酯溶于 1 000mL 乙醇中，然后加入 136 g( 2. 0 mol) 乙醇钠，搅拌下待乙醇钠溶解完全后将反应体系置于冷水浴中，再将 88 g 2-氯丙烯腈( 1. 0 mol) 溶于 100 mL乙醇中通过恒压滴液漏斗于 3 h 内缓慢加入到反应体系中，在 20 ～ 25 ℃ 之间搅拌过夜( 24 h) 。TLC 跟踪反应，待反应完毕，浓缩反应液，然后加入500 mL 冰水溶解粘稠残余物，用乙酸乙酯萃取3 次( 300 mL × 3) ，无水硫酸镁干燥，过滤。所得溶液浓缩，经柱层析纯化得淡黄色液体 3-氨基噻吩-2-甲酸乙酯，产率 86%。1HNMR ( 300 MHz，CDCl3) ，δ: 7. 23 ～ 7. 24 ( d，1H，J = 5. 3 Hz) ;6. 50 ～ 6. 52 ( d，1H，J = 5. 3 Hz) ; 6. 00 ( br，2H) ;4. 24 ～ 4. 31 ( q，2H，J = 7. 1 Hz) ; 1. 30 ～ 1. 35 ( t，3H，J = 7. 1 Hz) 。表征数据与文献值符合［11］。
1. 3 噻吩并［3，2-d］嘧啶-4( 3H) -酮( 4) 的合成
将 12. 0 g 3-氨基噻吩-2-甲酸乙酯( 3) ( 70. 0mmol) 加 入到 15 mL 甲酰胺 中，混 合 物 加 热 到140 ℃ 反应 5 h，冷却，加入 30 mL 蒸馏水，产生大量固体。过滤，所得滤饼水洗 2 次( 30 mL × 2) ，真空 干 燥 得 白 色 固 体 噻 吩 并［3，2-d］嘧 啶-4( 3H) -酮 ( 4 ) 9. 8 g，产 率 92% 。1HNMR ( 300MHz，DMSO-d6) ，δ: 12. 5( br，1H) ; 8. 15( s，1H) ;8. 17 ～ 8. 19 ( d，1H，J = 5. 1 Hz) ; 7. 39 ～ 7. 41 ( d，1H，J = 5. 1 Hz) 。表征数据与文献值符合［12］。
1. 4 4-氯噻吩并［3，2-d］嘧啶( 5) 的合成
将 1. 52 g 噻吩并［3，2-d］嘧啶-4( 3H) -酮( 4)( 10 mmol) 溶于 20 mL 甲苯，加入 2. 0 mL( 22. 5mmol) 的三氯氧磷和 0. 3 mL( 22. 5 mmol) 的三乙胺。加完后将该混合物在 100 ℃的条件下反应，TLC 检测反应至原料消失为止。在旋转蒸发仪上蒸发掉大部分溶剂后冰浴下加入碳酸氢钠溶液，然后加入 20 mL 乙酸乙酯提取产物。分出有机层，水层各用20 mL 乙酸乙酯再萃取2 次，合并有机层，用饱和食盐水洗 3 次，硫酸镁干燥，浓缩，以石油醚∶ 乙酸乙酯 =10/1 为洗脱剂硅胶柱层析得黄色固体即为化合物 5，产率 70%。1HNMR( 300MHz，CDCl3) ，δ: 9. 06( s，1H) ; 8. 19( d，1H，J =5. 5Hz) ; 7. 79 ( d，1H，J = 5. 5 Hz) 。HRMS-( ESI ) ，［M + H］+，C6H5ClN2S，实 测 值 ( 计 算 值) ，m / z:171. 989 4( 171. 986 2) 。
1. 5 化合物 6a ～ 6d 的合成
将 1. 0 mmol 的哌嗪单甲酰胺衍生物和 1. 0mmol 的 4-氯噻吩并［3，2-d］嘧啶( 5) 置于一圆底烧瓶中，加入 2 mL 的 DMF 溶解，搅拌下反应过夜。向反应液中加入 5 mL 水稀释，然后用 10 mL乙酸乙酯提取生成物，分出有机层。水层各用 10mL 乙酸乙酯萃取 2 次，合并有机层并依次用水和饱和食盐水洗 3 次。向有机相中加入无水硫酸镁干燥，过滤，滤液在旋转蒸发仪上减压蒸发掉大部分溶剂后以乙酸乙酯为洗脱剂在硅胶柱上柱层析分离得噻吩并［3，2-d］嘧啶纯品化合物 6a ～6d。
化合物 6a: 白色固体，产率 83%。1HNMR( 300 MHz，CDCl3) ，δ: 8. 61( s，1H) ; 7. 78( d，1H，J = 5. 5 Hz) ; 7. 46 ( d，1H，J = 5. 5 Hz) ; 7. 33 ( d，2H，J = 8. 9 Hz) ; 7. 25 ( d，2H，J = 8. 9 Hz) ; 6. 50( br，1H) ; 4. 14( t，4H，J = 5. 5 Hz) ; 3. 73( t，4H，J = 5. 5 Hz) 。HRMS-( ESI) ，［M + H］+，C17H17-ClN5OS，实 测 值 ( 计 算 值 ) ，m / z: 374. 084 0( 374. 083 7) 。
化合物 6b: 白色固体，产率 61%。1HNMR( 300 MHz，CDCl3) ，δ: 8. 63 ( s，1H) ; 8. 00 ( br，1H) ; 7. 77( d，1H，J = 5. 5 Hz) ; 7. 48 ( d，1H，J =5. 5 Hz) ; 7. 17 ( m，2H) ; 6. 72 ( m，2H) ; 4. 16 ( t，4H，J = 5. 5 Hz ) ; 3. 74 ( t，4H，J = 5. 5 Hz ) 。HRMS-( ESI) ，［M + H］+，C17H17FN5OS，实测 值( 计算值) ，m/z: 358. 113 6( 358. 113 2) 。
化合物 6c: 淡黄色固体，产率 78%。1HNMR( 300 MHz，CDCl3) ，δ: 8. 61( s，1H) ; 7. 79( d，1H，J = 5. 5 Hz) ; 7. 42 ( m，3H) ; 7. 26 ( m，2H) ; 6. 62( br，1H) ; 4. 11( t，4H，J = 5. 4 Hz) ; 3. 72( t，4H，J = 5. 4 Hz) 。HRMS-( ESI) ，［M + H］+，C17H17-BrN5OS，实 测 值 ( 计 算 值 ) ，m / z: 418. 032 9( 418. 033 2) 。
化合物 6d: 白色固体，产率 76%。1HNMR( 300 MHz，CDCl3) ，δ: 8. 57 ( s，1H) ; 8. 12 ( m，1H) ; 7. 73( d，1H，J = 5. 5 Hz) ; 7. 41 ( d，1H，J =5. 5 Hz) ; 7. 31 ( m，1H) ; 7. 20 ( m，1H) ; 7. 04 ( br，1H) ; 6. 94( m，1H) ; 4. 08( t，4H，J = 5. 5 Hz) ; 3. 72( t，4H，J = 5. 5 Hz) 。HRMS-( ESI) ，［M + H］+，C17H17ClN5OS，实测值( 计算值) ，m / z: 374. 084 2( 374. 083 7) 。
2 结果与讨论
2. 1 薄层色谱( TLC) 分析
选取乙酸乙酯和石油醚的混和溶剂为基本展开体系，测定不同展开剂比例对 4-氯噻吩并［3，2-d］嘧啶( 5) Rf值的影响，得到最佳展开剂比例为V( 乙酸乙酯) ∶ V( 石油醚) = 1 ∶ 10，此时化合物 5的 Rf值为 0. 25。
2. 2 溶剂对合成化合物 6a 的影响
4-氯-7-溴噻吩并［3，2-d］嘧啶与芳胺的反应一般是在异丙醇溶液中直接加热即可进行，反应完毕将生成的固体滤出，用乙醚洗涤后即为目标产物［7］。由于该方法后处理简单，本实验首先尝试此方法合成化合物 6a，采用 TLC 跟踪检测。结果发现几乎得不到产物。我们推测，这可能是因为反应底物中噻吩环上少了一个吸电子基团溴，使其亲电性下降所造成的。溶剂的极性对亲核取代具有重要影响，为了能使亲核取代反应顺利进行，分别使用甲苯、丙酮、乙腈、水-乙醇、DMF 为溶剂，在 50 ℃下反应过夜，结果见表 1。
由表 1 可见，非极性溶剂不适用于此类反应，增加溶剂极性对反应是有利的。实验证明以DMF 为溶剂时效果最好。
2. 3 反应温度及反应物浓度对化合物 6a 产率的影响
以 DMF 为溶剂，在反应温度 50 ℃下，TLC 跟踪检测发现，还有一副产物存在。为了提高收率，减少副反应，本实验尝试了降低反应温度。结果发现，降低反应温度并没有影响化合物 6a 的生成。采用室温放置过夜，原料仍然完全消失，以80% 的产率获得了化合物 6a。
经过仔细筛选，发现反应液中的原料浓度为0. 5 mol / L 为 宜，产 率 可达 到 83% 。这 是 因 为DMF 易溶于水，溶剂用量过多时在水洗过程中会将部分产品带入水层，造成产品损失。而溶剂过少，又会造成部分原料不能完全溶解。
2. 4 系列目标化合物的合成
在获得最佳反应条件后，将此反应条件应用于化合物 6b ～ 6d 的合成。哌嗪单甲酰芳胺的芳基上和空间位置的取代基对反应基本没有影响，均能获得比较满意的产率。但是，当哌嗪单甲酰芳胺的芳基上取代基为硝基时，TLC 跟踪检测显示其与 4-氯噻吩并［3，2-d］嘧啶的反应生成物很复杂，没有分离价值。
3 结论
将具有良好水溶性和生理活性的哌嗪结构引入噻吩并嘧啶母核中，设计了结构新颖的一类噻吩并［3，2-d］嘧啶型抗癌试剂。以巯基乙酸为原料，经酯化、Michael 加成与环化、与甲酰胺缩合、嘧啶环氯代得 4-氯噻吩并［3，2-d］嘧啶，再与哌嗪单甲酰胺衍生物反应合成了 4 个未见文献报道的噻吩并［3，2-d］嘧啶类化合物。对目标产物的合成条件进行了初步探讨，结果表明，以 DMF 为溶剂时，常温反应过夜产率最高。该方法对合成类似的含哌嗪结构的噻吩并［3，2-d］嘧啶类化合物具有一定的意义。
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来源：中国化学试剂网
