新型二茂鐵基喹喔啉哌嗪的合成及其抗瘧活性研究

譚 平，吳 超，向建南*

(1.湖南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,中國 株洲 412004;2.湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,中國 長沙 410082)

瘧疾(Malaria)與艾滋病、結(jié)核病是世界最嚴重的三大傳染?。懠簿哂懈甙l(fā)病率和高死亡率的特點．據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)報道，全世界每年有2～3億人感染瘧疾，導(dǎo)致80萬人死亡，其中三分之二為兒童及孕婦[1]． 在4種能夠寄生于人體的瘧原蟲中，人類95%的瘧疾是由惡性瘧原蟲引起的[2]．

瘧疾的防治是一個人類共同面臨的難題，如今已經(jīng)有多種化學(xué)類藥物上市，用于瘧疾的治療[3]．氯喹及甲氟奎寧都是常用的氯喹類抗瘧疾藥物．但現(xiàn)有的化學(xué)治療手段具有較大的毒副作用，而且由于瘧原蟲具有高度的交叉變異性，導(dǎo)致化學(xué)治療的效果也變得不盡人意[4-6]．二茂鐵具有獨特的生化性質(zhì)：芳香性、低毒性、親脂性，使其在藥物合成領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用[7-8]．有文獻報道表明，結(jié)構(gòu)中引入二茂鐵取代基，可以有效提高氯喹、奎寧及青蒿素等藥物的抗瘧活性[9-11]．

作為氯喹的結(jié)構(gòu)類似物，有報道表明，吡咯并[1,2-α]喹喔啉也具有優(yōu)異的體外抗惡性瘧原蟲活性[12-14]．基于已有的報道，作者設(shè)計將芳基取代的哌嗪引入二茂鐵基吡咯并喹喔啉母體上，得到新化合物1a-h，并對新合成的化合物進行了體外抗瘧疾活性實驗．

i) C2H5NO2, DBU, CNCH2COOC2H5; ii) 2-fluoro-nitrobenzene, Cs2CO3; iii) Fe, CH3COOH; iv) POCl3; v) piperazine; vi) ArCOCl, Et3N圖1 化合物1的合成路線Fig.1 Synthetic route of compound 1

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

1HNMR用Varian INOVA-400型核磁共振儀測定；IR用美國產(chǎn)FD-5DX型紅外儀，KBr壓片測定；MS譜用Thermo-Finnigan LCQ-Advantage型質(zhì)譜儀(美國)測定，測定模式為Ion Source：APCI(大氣壓化學(xué)電離，正離子模式)；熔點在RY-1型熔點儀上測定，溫度計未作校正．

二茂鐵購于天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司；乙酰氯、無水三氯化鋁購于上海市國藥集團化學(xué)試劑有限公司；其他試劑均為市售分析純．

1.2 合成步驟

化合物6依據(jù)文獻[13]合成．

1-(3-二茂鐵基-2-甲基吡咯并[1,2-α]喹喔啉-4-烷基)-4-芳甲?；?哌嗪(1)的合成步驟 化合物6 (4 mmol)和三乙胺 (1.0 mL, 7.8 mmol)溶于無水二氯甲烷 (10 mL)中，冰浴冷卻后，加入芳基酰氯 (3.5 mmol)，保持冰浴繼續(xù)反應(yīng)，TLC檢測．反應(yīng)結(jié)束后，加入少量碎冰淬滅反應(yīng)，有機層分離并水洗滌，濃縮后的粗產(chǎn)品，重結(jié)晶純化 (乙酸乙酯/正己烷)得到產(chǎn)物1．1a, 淺黃色固體 (產(chǎn)率86%), mp 145～146 ℃,1HNMR (CDCl3)δ: 7.93～7.91 (m, 2H), 7.73～7.71 (m, 1H), 7.69～7.62 (m, 2H), 7.59～7.48 (m, 3H), 7.30～7.27 (m, 2H), 4.65 (s, 2H), 4.32 (s, 2H), 4.04 (s, 5H), 3.33～3.25(m, 4H), 2.80～2.73 (m, 4H), 2.67 (s, 3H). C33H30N4OFe元素分析理論值：C 71.48, H 5.45, N 10.10. 實驗值: C 71.50, H 5.42, N 10.03;1b, 黃色固體 (產(chǎn)率88%), mp 153～154 ℃,1HNMR (CDCl3)δ: 7.88 (d,J=8.0 Hz, 2H), 7.72 (s, 1H), 7.59 (d,J=8.0 Hz, 2H), 7.44～7.39 (m, 2H), 7.30～7.27 (m, 2H), 4.65 (s, 2H), 4.31 (s, 2H), 4.07 (s, 5H), 3.34～3.30 (m, 2H), 3.04～2.95 (m, 2H), 2.82～2.77 (m, 4H), 2.67 (s, 3H), 2.33 (s, 3H). C34H32N4OFe元素分析理論值: C 71.83, H 5.67, N 9.86. 實驗值: C 71.85, H 5.66, N 9.88;1c, 棕色固體 (產(chǎn)率80%), mp 161～162 ℃,1HNMR (CDCl3)δ: 7.91 (d,J=8.0 Hz, 2H), 7.69 (s, 1H), 7.67 (d,J=8.0 Hz, 2H), 7.44～7.39 (m, 2H), 7.30～7.27 (m, 2H), 4.66 (s, 2H), 4.32 (s, 2H), 4.08 (s, 5H), 3.34～3.28 (m, 2H), 2.82～2.77 (m, 4H), 2.66 (s, 3H). C33H29N4ClOFe元素分析理論值: C 67.30, H 4.96, N 9.51. 實驗值: C 67.28, H 54.95, N, 9.53;1d, 褐色固體 (產(chǎn)率82%), mp 166～168 ℃,1HNMR (CDCl3)δ: 7.88 (d,J=7.8 Hz, 2H), 7.70 (d,J=7.8 Hz, 2H), 7.67 (s, 1H), 7.46～7.41 (m, 2H), 7.31～7.29 (m, 2H), 4.54 (s, 2H), 4.40 (s, 2H), 4.10 (s, 5H), 3.29～3.10 (m, 4H), 2.81～2.77 (m, 4H), 2.66 (s, 3H). C33H29N4BrOFe元素分析理論值: C 62.58, H 4.62, N 8.85. 實驗值: C 62.55, H 4.63, N 8.86;1e, 棕色固體 (產(chǎn)率74%), mp 156～158 ℃,1HNMR (CDCl3)δ: 7.92～7.90 (m, 1H), 7.81～7.80 (m, 1H), 7.67 (s, 1H), 7.44～7.39 (m, 4H), 7.32～7.27 (m, 2H), 4.66 (s, 2H), 4.32 (s, 2H), 4.08 (s, 5H), 3.36～3.21 (m, 4H), 2.91～2.79 (m, 4H), 2.65 (s, 3H). C33H29N4ClOFe元素分析理論值: C 67.30, H 4.96, N 9.51. 實驗值: C 67.29, H 54.94, N, 9.52;1f, 黃色固體 (產(chǎn)率79%), mp 153～155 ℃,1HNMR (CDCl3)δ: 8.02 (d,J=8.4 Hz, 2H), 7.71 (d,J=8.4 Hz, 2H), 7.69～7.68 (m, 1H), 7.47～7.44 (m, 2H), 7.37～7.35 (m, 1H), 7.30～7.27 (m, 1H), 4.58 (s, 2H), 4.30 (s, 2H), 4.06 (s, 5H), 3.41～3.33 (m, 2H), 2.82～2.77 (m, 4H), 2.64 (s, 3H). C33H29N5O3Fe元素分析理論值: C 66.12, H 4.88, N 11.68. 實驗值: C 66.10, H 4.85, N 11.69;1g, 棕色固體 (產(chǎn)率73%), mp 158～160 ℃,1HNMR (CDCl3)δ: 8.44～8.41 (m, 1H), 8.19～8.18 (m, 1H), 7.99～7.97 (m, 1H), 7.67～7.55 (m, 3H), 7.31～7.28 (m, 1H), 7.17～7.15 (m, 2H), 4.57 (s, 2H), 4.30 (s, 2H), 4.08 (s, 5H), 3.34～3.31(m, 2H), 3.05～2.94 (m, 2H), 2.78～2.72 (m, 4H), 2.64 (s, 3H). C33H29N5O3Fe元素分析理論值: C 66.12, H 4.88, N 11.68. 實驗值: C 66.11, H 4.83, N 11.67;1h, 黃色固體 (產(chǎn)率70%), mp 140～141 ℃,1HNMR (CDCl3)δ: 8.38～8.36 (m, 1H), 8.12～8.10 (m, 1H), 7.90～7.88 (m, 1H), 7.69～7.66 (m, 1H), 7.59～7.67 (m, 2H), 7.31～7.28 (m, 1H), 7.17～7.15 (m, 2H), 4.55 (s, 2H), 4.29 (s, 2H), 4.08 (s, 5H), 3.34～3.28 (m, 2H), 3.04～2.95 (m, 2H), 2.82～2.71 (m, 4H), 2.65 (s, 3H). C33H29N5O3Fe元素分析理論值: C 66.12, H 4.88, N 11.68. 實驗值: C 66.11, H 4.85, N 11.70．

2 結(jié)果與討論

采用新合成的二茂鐵吡咯并[1,2-α]喹喔啉哌嗪衍生物1a-h進行了對CQ敏感的惡性瘧原蟲菌株F32和耐CQ的惡性瘧原蟲菌株FcB1和K1的體外抗瘧活性實驗．如表1所示，新化合物1a-h在惡性瘧原蟲菌株上的IC50值為：F32菌株在0.16～0.67 μM，F(xiàn)cB1菌株在0.23～0.81 μM，K1菌株在0.38～0.98 μM的范圍內(nèi)．這表明在吡咯并[1,2-α]喹喔啉哌嗪骨架引入帶有不同取代的芳?；鶊F對這3種惡性瘧原蟲均具有一定的抗瘧活性，不過與原藥氯喹相比抗瘧活性有一定差距．而對比化合物1a-h的抗瘧活性數(shù)據(jù)，可以看到，苯環(huán)4位甲基取代的化合物1b，活性與苯環(huán)上無取代的1a活性基本相同，而芳環(huán)4位取代基為鹵素或者硝基時，體外抗瘧活性有顯著提高．對比化合物1c、1d，發(fā)現(xiàn)4位為溴取代的化合物抗瘧活性優(yōu)于相應(yīng)氯取代的化合物．而芳環(huán)上取代基同樣是氯時，取代基在對位的化合物活性優(yōu)于鄰位取代．在所有新合成的化合物中，芳環(huán)上硝基取代的結(jié)構(gòu)具有相對較好的抗瘧活性，比較化合物1f-h，可以看出硝基在芳環(huán)上不同的取代位點對活性影響十分明顯，這其中鄰位硝基取代的結(jié)構(gòu)活性優(yōu)于間位取代，而對位硝基取代的化合物活性最優(yōu)．

表1 化合物體外抗瘧疾活性及細胞毒性Tab.1 Antimalarial activity of compound 1 in vitro

3 結(jié)論

設(shè)計合成了一系列芳甲?；〈亩F基吡咯并[1,2-α]喹喔啉哌嗪類化合物1a-h，并考察了其對3種惡性瘧原蟲的體外抑制活性，結(jié)果表明新化合物二茂鐵吡咯并[1,2-α]喹喔啉哌嗪衍生物1a-h均具有一定的體外抗瘧原蟲活性，并且取代哌嗪的芳環(huán)上4位取代基為硝基時，化合物活性最好．本工作為進一步研究開發(fā)更有效的新型抗瘧疾藥物奠定了一定的基礎(chǔ)．

參考文獻：

[1] MEARA W P, MANGENI J N, STEKETE R,etal. Changes in the burden of malaria in subSaharan Africa[J]. Lancet Infect Dis, 2010,10(8):545-55.

[2] 孫懷寶, 楊黎青. 人體寄生蟲學(xué)[M]. 上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社, 2001.

[3] PEREZ B C, TEIXEIRA C, ALBUQUERQUE I S,etal. N-cinnamoylated chloroquine analogues as dual-stage antimalarial leads[J]. J Med Chem, 2013,56(2):556-567.

[4] MURAMBIWAA P, MASOLAB B, GOVENDERC T,etal. Anti-malarial drug formulations and novel delivery systems: A review[J]. Acta Trop, 2011,118(2):71-79.

[5] GUANTAI E, CHIBALE K. Chloroquine resistance: proposed mechanisms and countermeasures[J]. Current Drug Delivery, 2010,7(4):312-323.

[6] SHARMA V. Therapeutic drugs for targeting chloroquine resistance in malaria[J]. Mini-Rev Med Chem, 2005,5(4):337-351.

[7] MIAO R, WEI J, LV M,etal. Conjugation of substituted ferrocenyl to thiadiazine as apoptosis-inducing agents targeting the Bax/Bcl-2 pathway[J]. Eur J Med Chem, 2011,46(10):5000-5009.

[8] SHEN S L, ZHU J, LI M,etal. Synthesis of ferrocenyl pyrazole-containing chiral aminoethanol derivatives and their inhibition against A549 and H322 lung cancer cells[J]. Eur J Med Chem, 2012,54(8):287-294.

[9] SALAS P F, HERRMANN C, ORVIG C. Metalloantimalarials[J]. Chem Rev, 2013,113(5):3450-3492.

[10] BIOT C, DELHAES L, N’DIAYE C M,etal. Synthesis and antimalarial activity in vitro of potential metabolites of ferrochloroquine and related compounds[J]. Bioorg Med Chem, 1999,7(6):2843-2847.

[11] HERRMANN C, SALAS P F, PATRICK B O,etal. Modular synthesis of 1,2- and 1,1′-disubstituted ferrocenyl carbohydrate chloroquine and mefloquine conjugates as potential antimalarial agents[J]. J Med Chem, 2012,31(16):5748-5759.

[12] GUILLON J, MOREAU S, MOURAY E,etal. New ferrocenic pyrrolo[1,2-α]quinoxaline derivatives: Synthesis, and in vitro antimalarial activity[J]. Bioorg Med Chem, 2008,16(20):9133-9144.

[13] GUILLON J, MOURAY E, MOREAU S,etal. New ferrocenic pyrrolo[1,2-α]quinoxaline derivatives: Synthesis, and in vitro antimalarial activity-Part Ⅱ[J]. Eur J Med Chem, 2011,46(6):2310-2326.

[14] YASHCHENKOL G N, SHASHMURINAL A A, ANOSHINAL G M,etal. Synthesis and study of antitumor activity of ferrocene-containing alkylating compounds[J]. J Org Chem, 1978,12(10):68-72.