用“點(diǎn)擊化學(xué)”法合成新型他克林-四氫異喹啉異二聯(lián)體*

郭永彪, 劉海波, 許 明

(防化研究院,北京 102205)

他克林(Chart 1)是美國(guó)FDA批準(zhǔn)的第一個(gè)用于治療阿爾茨海默癥的藥物。他克林雖然作用明顯，但肝毒性較大，尤其會(huì)引起轉(zhuǎn)氨酶水平升高，從而限制了其臨床應(yīng)用，這促使人們不斷對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，以期獲得治療效果好、副作用低的候選藥物。近年來(lái)，人們以他克林作為與乙酰膽堿酯酶的外周位點(diǎn)或中心位點(diǎn)結(jié)合的片斷，合成了大量具有雙重作用位點(diǎn)的乙酰膽堿酯酶抑制劑[1～3],雙他克林是其中的代表性化合物。

Sharpless課題組[4～6]在研究靶向誘導(dǎo)合成時(shí)，將“點(diǎn)擊化學(xué)”[7]引入乙酰膽堿酯酶抑制劑的合成中，發(fā)現(xiàn)syn-TZ2/PA6,syn-TZ2PIQ-A6和syn-TZ2PIQ-A5(Chart 1)的抑制活性達(dá)到10-15mol·L-1。Bourne等[8]通過(guò)syn-TZ2/PA6與膽堿酯酶復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)證明，syn-TZ2/PA6不僅與乙酰膽堿酯酶的外周位點(diǎn)和中心位點(diǎn)結(jié)合，而且連接鏈中的三唑環(huán)與乙酰膽堿酯酶芳香峽谷中部的氨基酸形成氫鍵并相互堆垛。這說(shuō)明三唑環(huán)不僅起到連接構(gòu)建基團(tuán)的作用，而且是一個(gè)大大促進(jìn)與蛋白質(zhì)結(jié)合的藥效團(tuán)。

Chart1

Scheme1

本文擬通過(guò)“點(diǎn)擊化學(xué)”法將三唑環(huán)引入他克林二聯(lián)體中，以期得到具有三作用位點(diǎn)的乙酰膽堿酯酶抑制劑，從而提高抑制活性和選擇性。基于此，本文設(shè)計(jì)并合成了3個(gè)他克林-四氫異喹啉異二聯(lián)體(1a～1c, Scheme 1),其結(jié)構(gòu)經(jīng)NMR和HR-MS表征。其中1b和1c未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。合成路線如Scheme 1所示：從2-氯乙胺鹽酸鹽出發(fā)，經(jīng)疊氮化與縮合反應(yīng)制得9-(疊氮基乙基氨基)-1,2,3,4-四氫吖啶類(lèi)衍生物(4a～4c); 以6-庚炔-1-醇為原料，利用微波反應(yīng)合成了2-(6-庚炔基)-6,7-二甲氧基-1-苯基-1,2,3,4-四氫異喹啉(7)；4與7通過(guò)“點(diǎn)擊化學(xué)”法合成了1。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 儀器與試劑

XT4 100B型顯微熔點(diǎn)儀(溫度未經(jīng)校正)；VarianVMS 600 M型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo));TSQ 7000型質(zhì)譜儀；Varian CP-3800型氣相色譜儀(GC); LC/MSDTOF液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(LC-MS); CEM DISCOVER型微波反應(yīng)儀。

2-氯乙胺鹽酸鹽[9]，3[10]和6[11]按文獻(xiàn)方法合成；硅膠200目～300目，青島海洋化工廠；其余所用試劑為市售化學(xué)純或分析純。

1.2 合成

(1) 2-疊氮乙胺(2)的合成

在反應(yīng)瓶中加水50 mL， 2-氯乙胺鹽酸鹽5.8 g(50 mmol)及疊氮化鈉6.5 g(100 mmol),攪拌于80 ℃反應(yīng)12 h。冷卻至室溫，用20%NaOH溶液調(diào)至pH≈10，用乙醚(3×50 mL)萃取，無(wú)水Na2SO4干燥，分餾收集83 ℃～85 ℃餾分得無(wú)色油狀液體2，產(chǎn)率89.3%。

(2)4的合成(以4a為例)

在反應(yīng)瓶中加入苯酚3.76 g(40 mmol), 9-氯-1,2,3,4-四氫吖啶(3a) 2.18 g(10 mmol),22.58 g(30 mmol)和碘化鈉0.15 g(1 mmol)，攪拌下緩慢升溫至100 ℃,反應(yīng)3 h。冷卻至室溫，加CH2Cl250 mL稀釋?zhuān)来斡?0%NaOH溶液(40 mL),水(40 mL)，飽和NaCl溶液(40 mL)洗滌，無(wú)水Na2SO4干燥，濃縮后經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑: A=V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=1 ∶1]分離得深黃色固體9-(疊氮基乙基氨基)-1,2,3,4-四氫吖啶(4a),產(chǎn)率95.5%, m.p.44 ℃～46 ℃。

用類(lèi)似的方法合成淺黃色固體4b(產(chǎn)率98.7%, m.p.62 ℃～63 ℃)和4c(產(chǎn)率97.6%, m.p.63 ℃～64 ℃)。

4a～4c表征數(shù)據(jù)[14]與Scheme 1預(yù)期吻合。

(3) 6-庚炔-1-碘(5)的合成

在反應(yīng)瓶中加入POCl318.2 mL(200 mmol)，冰浴冷卻，攪拌下緩慢滴加6-庚炔-1-醇5.6 g(50 mmol，保持內(nèi)溫低于10 ℃)，滴畢，緩慢升溫至室溫反應(yīng)至終點(diǎn)(GC監(jiān)測(cè))。緩慢倒入盛有200 g碎冰的大燒杯中，攪拌至碎冰完全融化，靜置1 h，待燒杯底部有深紅色油狀物出現(xiàn)時(shí)，用二氯甲烷(2×50 mL)萃取,合并萃取液，用無(wú)水Na2SO4干燥，旋蒸脫溶，殘余物減壓分餾，收集68 ℃～70 ℃餾分得無(wú)色油狀液體6-庚炔-1-氯。

在微波反應(yīng)管(30 mL)中加入丙酮10 mL， 6-庚炔-1-氯1.96 g(15 mmol)和碘化鈉4.50 g(30 mmol)，置于微波反應(yīng)器(40 W輻射)中，中速攪拌下于80 ℃反應(yīng)1 h(GC監(jiān)測(cè))。冷卻至室溫，抽濾，濾液旋除絕大部分溶劑后加正己烷50 mL，過(guò)濾，濾液旋蒸至干得淺黃色油狀液體5,產(chǎn)率90.0%。

(4)7的合成

在微波反應(yīng)管(30 mL)中加入乙腈10 mL,61.35 g(5 mmol)及51.11 g(5 mmol)，置于微波反應(yīng)器(40 W輻射)中，中速攪拌下于80 ℃反應(yīng)10 min(GC監(jiān)測(cè))。濃縮后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:A=1 ∶2)分離得白色粉末7,產(chǎn)率93.6%, m.p.55 ℃～56 ℃; HR-MSm/z: Calcd for [M+H]+364.227 1, found 364.227 6。NMR表征數(shù)據(jù)[14]與Scheme 1預(yù)期吻合。

表 1 1a～1c的NMR數(shù)據(jù)

(5)1的合成(以1a為例)

在反應(yīng)瓶中加入50%丁醇2 mL,4a75 mg (0.25 mmol),791 mg(0.25 mmol)，五水硫酸銅6 mg(0.025 mmol)及抗壞血酸鈉(NaAsc)10 mg(0.05 mmol),攪拌下于室溫反應(yīng)5 h(TLC跟蹤)。加二氯甲烷20 mL稀釋?zhuān)来斡盟?10 mL)和飽和NaCl溶液(10 mL)洗滌，無(wú)水Na2SO4干燥，濃縮后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:A=1 ∶4)分離得淺黃色固體1a。用類(lèi)似的方法合成淺黃色固體1b和深黃色固體1c, NMR數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

1a: 產(chǎn)率88.9%, m.p.64 ℃～67 ℃; HR-MSm/z: Calcd for [M+H]+631.375 5, found 631.372 7。

1b: 產(chǎn)率89.2%, m.p.103 ℃～105 ℃; HR-MSm/z: Calcd for [M+H]+665.336 5, found 665.336 4。

1c: 產(chǎn)率85.2%, m.p.65 ℃～67 ℃; HR-MSm/z: Calcd for [M+H]+665.336 5, found 665.335 3。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成4的方法改進(jìn)

Sharpless等[4]首次合成了4a，其反應(yīng)路線存在的問(wèn)題是：(1) 中間體及目標(biāo)化合物均需要柱分離純化，效率低; (2)反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、收率較低；(3)4a衍生物的合成效率低。

本文設(shè)計(jì)了新的合成路線(Scheme 1),以2-氯乙胺鹽酸鹽為原料經(jīng)疊氮化得到2;2與3縮合得4。與文獻(xiàn)方法比較，改進(jìn)方法減少了柱分離純化次數(shù)(兩次[4])，簡(jiǎn)化了操作，提高了效率；縮短了反應(yīng)時(shí)間(25 h[4])，明顯提高了收率(73%[4])。尤其在合成4a衍生物4b和4c時(shí)充分體現(xiàn)了改進(jìn)方法的優(yōu)越性。

2.2 微波方法合成5和7

本文將微波合成技術(shù)引入5和7的合成中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與常規(guī)方法的比較見(jiàn)表2。從表2可以看出,5的合成采用常規(guī)與微波兩種方法都可得到較高產(chǎn)率，但微波反應(yīng)僅需要1 h；相比于常規(guī)條件下的48 h大大縮短了反應(yīng)時(shí)間。采用微波法合成7，不僅大大縮短了反應(yīng)時(shí)間，并且顯著提高產(chǎn)率。

表 2 微波方法合成5和7與常規(guī)方法的比較

2.3 “點(diǎn)擊化學(xué)”合成1

炔烴與疊氮發(fā)生Huisgen[3+2]環(huán)加成反應(yīng)生成三唑是“點(diǎn)擊化學(xué)”思想的重要體現(xiàn)。近年來(lái)對(duì)Cu(Ⅰ)催化[12,13]炔烴與疊氮反應(yīng)得到選擇性較高的1,4-二取代三唑化合物的研究較多，其反應(yīng)機(jī)理為：末端炔先與Cu(Ⅰ)生成銅鹽，然后銅和有機(jī)疊氮絡(luò)合，再進(jìn)一步關(guān)環(huán)得到六元環(huán)過(guò)渡態(tài)，通過(guò)重排得到三唑環(huán)的銅鹽，氫化脫去Cu(Ⅰ)就得到1,4-二取代-1,2,3-三唑化合物。

Cu(Ⅰ)可來(lái)源于銅鹽，如CuCl, CuBr, CuI等，但反應(yīng)過(guò)程中需要隔絕空氣；還可來(lái)源于Cu(0)，反應(yīng)過(guò)程不需隔絕空氣，后處理簡(jiǎn)單，但反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)；另外通過(guò)還原Cu(Ⅱ)得到，反應(yīng)過(guò)程不需隔絕空氣，反應(yīng)時(shí)間較短。綜合考慮，本文選擇通過(guò)NaAsc還原五水硫酸銅原位制備Cu(Ⅰ)催化4與7反應(yīng)生成1。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)新路線合成了9-(疊氮基乙基氨基)-1,2,3,4-四氫吖啶及其衍生物(4a～4c)。該方法具有反應(yīng)時(shí)間短，后處理簡(jiǎn)單、收率高等優(yōu)點(diǎn)，為今后合成基于他克林的三作用位點(diǎn)乙酰膽堿酯酶抑制劑提供重要中間體奠定了良好基礎(chǔ)。

將微波合成技術(shù)引入碘代及親核取代反應(yīng)，大大縮短了反應(yīng)時(shí)間，并可提高產(chǎn)率。

通過(guò)“點(diǎn)擊化學(xué)”法，采用Cu(Ⅰ)催化成功地合成了三個(gè)他克林-四氫異喹啉異二聯(lián)體(1a～1c)，但均為1,4-二取代三唑化合物，1,5-二取代三唑化合物的合成無(wú)疑具有更大的挑戰(zhàn)性，這些是我們今后研究的重點(diǎn)。

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[14]4a:1H NMRδ: 7.93～7.91(m, 2H), 7.58～7.54(m, 1H), 7.40～7.27(m, 1H), 4.21(s, 1H), 3.57(t,J=5.1 Hz, 2H), 3.50(t,J=5.4 Hz, 2H), 3.08(t,J=6.0 Hz, 2H), 2.77(t,J=5.7 Hz, 2H), 1.96～1.91(m, 4H);13C NMRδ: 158.92, 147.30, 147.41, 128.99, 128.35, 124.24, 122.24, 120.85, 118.20, 52.09, 47.78, 34.05, 24.71, 22.95, 22.74; HR-MSm/z: Calcd for [M+H]+268.155 7, found 268.158 2.4b:1H NMRδ: 7.92(d,J=9.0 Hz, 1H), 7.41(d,J=2.4 Hz, 1H), 7.30～7.28(m, 2H), 3.91(t,J=5.4 Hz, 1H), 3.58(t,J=5.4 Hz, 1H), 2.79(t,J=5.7 Hz, 1H), 2.46(t,J=5.7 Hz, 1H), 1.79～1.75(m, 4H);13C NMRδ: 156.66, 151.80, 138.66, 138.35, 126.69, 125.90, 118.98, 114.12, 113.37, 50.89, 46.96, 28.21, 23.48, 21.40, 20.30; HR-MSm/z: Calcd for [M+H]+302.116 7, found 302.117 1.4c: m.p.63 ℃～64 ℃;1H NMRδ: 7.85～7.84(m, 1H), 7.44～7.40(m, 2H), 5.79(t,J=6.9 Hz, 1H), 3.53(t,J=5.7 Hz, 2H), 3.38～3.35(m, 2H), 3.07(t,J=6.9 Hz, 2H), 2.80(t,J=6.9 Hz, 2H), 1.98～1.84(m, 4H);13C NMRδ: 159.86, 150.46, 144.88, 129.01, 127.80, 127.65, 127.42, 121.98, 119.06, 51.86, 47.74, 33.50, 26.39, 22.98, 22.68; HR-MSm/z: Calcd for [M+H]+302.116 7, found 302.118 8.7:1H NMRδ: 7.54～7.28(m, 5H), 6.69(s, 1H), 6.13(s, 1H), 5.28(s, 1H), 3.89(s, 3H), 3.64(s, 3H), 3.33～3.26(m, 1H), 3.05～3.00(m, 2H), 2.62～2.47(m, 2H), 2.36(m, 1H), 2.19 (m, 2H), 1.76(s, 1H), 1.54～1.24(m, 6H);13C NMRδ: 149.40, 146.89, 144.24, 130.11, 129.48, 128.01, 126.97, 126.87, 111.58, 110.68, 83.67, 68.78, 66.96, 55.97, 55.89, 53.31, 46.38, 27.51, 25.80, 24.11, 22.67, 18.10.