Dorsomorphin的合成

熊正新, 陈冬寅, 李 飞

(南京医科大学 药学院，江苏 南京 211166)

·制药技术·

Dorsomorphin的合成

熊正新, 陈冬寅, 李 飞*

(南京医科大学 药学院，江苏 南京 211166)

以2-氯甲基吡啶盐酸盐为原料，经氰基化、缩合和环合反应制得4-(4-吡啶基)-1H-吡唑-5-胺(5)； 5与2-(4-甲氧基苯基)丙二醛经缩合反应制得化合物6-(4-甲氧基苯基)-3-(4-吡啶基)吡唑并[1,5-a]嘧啶(9)； 9经脱甲基和成醚反应合成了骨形态生成蛋白受体及腺苷酸活化蛋白激酶抑制剂Dorsomorphin,总收率24%，其结构经1H NMR和MS(ESI)确证。

Dorsomorphin; 2-氯甲基吡啶盐酸盐; 中间体; 药物合成

Dorsomorphin(1)是一种有效的、选择性的骨形态生成蛋白(BMPs)信号通路抑制剂。它通过抑制BMP信号因子SMAD1、 SMAD5和SMAD8的磷酸化，下调激活素受体样激酶-2(ALK2)的转录活性，减少异位骨化和功能损伤[1]。1还能够减少BMPs调控的肝脏铁调素基因的转录，导致体内铁含量的增加[2]。因此，对于BMPs信号增强引起的进行性骨化性纤维发育不良综合征(FOP)[3]和慢性病贫血[2]等疾病具有潜在的治疗作用。此外，1还是一种有效的、可逆的腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)选择性抑制剂[4],它能够剂量依赖性地抑制早期阶段的前脂肪细胞3T3-L1成脂分化，具有潜在治疗肥胖的功能[5]。另有研究发现1可以抑制阿尔茨海默(AD)病理模型中异常活跃的AMPK，从而改善β-淀粉样蛋白诱导产生的神经损伤[6]。总而言之，1作为研究多种疾病的工具药物，其分子药理活性和化学合成研究具有重要意义。

Scheme 1

1的合成未见报道，但有文献[7-10]报道了1的类似物的合成路线：以2-芳基乙腈为原料，经缩合和环合两步反应得5-胺基-1H-吡唑类化合物，再与2-芳基丙二醛类化合物经缩合反应制备关键中间体吡唑并[1,5-a]嘧啶类化合物；再进一步衍生化得到一系列1的类似物。

在此基础上，我们对该合成工艺进行探索优化，开发一条完整的、高效的1的合成路线。以2-氯甲基吡啶盐酸盐(2)为原料，经氰基化、缩合和环合反应制得4-(4-吡啶基)-1H-吡唑-5-胺(5)； 以对甲氧基苯乙酸 (6) 为原料，经三步反应制得中间体2-(4-甲氧基苯基)丙二醛(8)； 5与8经缩合反应制得化合物6-(4-甲氧基苯基)-3-(4-吡啶基)吡唑并[1,5-a]嘧啶(9)； 9经脱甲基和成醚反应合成了骨形态生成蛋白受体及腺苷酸活化蛋白激酶抑制剂Dorsomorphin(1),总收率24%，其结构经1H NMR和MS(ESI)确证。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Bruker ARX-300型核磁共振仪(DMSO-d6为溶剂，TMS为内标); Agilent-1100型质谱仪。

硅胶(200～300目)，青岛海洋化工厂；其余所用试剂均为分析纯或化学纯；除注明外，所有反应均在空气下进行，溶剂使用前未经纯化。

1.2 合成

(1) 4-吡啶乙腈(3)的合成

在干燥的三颈瓶中依次加入2 1.0 g(6.0 mmol)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)5 mL和氰化亚铜0.64 g(7.2 mmol)，氮气保护，加热至130 ℃回流反应3 h(TLC监测)。加浓氨水15 mL淬灭反应，过滤，滤液加水50 mL，用乙酸乙酯(3×30 mL)萃取，合并有机相，用饱和食盐水30 mL洗涤，无水硫酸钠干燥。过滤，滤液减压蒸除乙酸乙酯，所得油状物经硅胶柱层析[洗脱剂：A=V(PE) ∶V(EtOAc)=10 ∶1]纯化得淡紫色固体3 0.63 g，收率88%；1H NMRδ: 8.56(d,J=8.12 Hz, 2H), 7.22(d,J=7.90 Hz, 2H), 4.32(s, 2H); MS(ESI)m/z: 117.1{[M-H]+}。

(2) 3-二甲氨基-2-吡啶丙烯腈(4)的合成

在干燥的茄形瓶中加入3 0.5 g(4.0 mmol)和DMF 5 mL，搅拌至溶解；加入N,N-二甲基甲酰胺二甲基缩醛8 mL，加热至110 ℃反应5 h(TLC监测)。冷却至室温，加水30 mL，用乙酸乙酯(3×10 mL)萃取，合并有机层，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥。过滤，滤液减压除去有机相，所得油状物经硅胶柱层析(洗脱剂：A=40 ∶1)纯化得棕色固体4 0.70 g，收率95%；1H NMRδ: 8.55(d,J=7.92 Hz, 2H), 7.47(d,J=7.80 Hz, 2H), 6.89(s, 1H), 3.02(s, 6H); MS(ESI)m/z: 174.1{[M+H]+}。

(3) 5的合成

在干燥的茄型瓶中依次加入4 173 mg(1.0 mmol)，无水乙醇2 mL和水0.3 mL，搅拌均匀，加入80%的水合肼125 mg(2.0 mmol)和盐酸联氨140 mg(2.0 mmol)，加热至110 ℃反应5 h。冷却至室温，加入饱和Na2CO3溶液至反应液呈碱性，用混合溶剂[V(EtOAc) ∶V(EtOH) =3 ∶1](3×5 mL)萃取，合并有机相，经无水硫酸钠干燥，过滤，滤液减压除去溶剂得红色固体5 144 mg，收率90%；1H NMRδ: 8.55(d,J=8.45 Hz, 2H), 7.96(d,J=8.12 Hz, 2H), 7.85(s, 1H), 7.60(s, 2H); MS(ESI)m/z: 161.1 {[M+H]+}。

(4) 2-(4-甲氧基苯基)丙二醛(8)的合成

在干燥的茄型瓶中加入无水DMF 3.8 mL，降温至5～10 ℃，搅拌下缓慢滴加POCl35 mL,滴毕，升温至室温反应1 h，加入对甲氧基苯乙酸 (6) 0.5 g(3 mmol)，加热至90～95 ℃反应4 h。冷却至室温，静置过夜，将反应液倒入碎冰10 g中，搅拌，滴加高氯酸钠1.4 g的饱和水溶液(白色固体生成)，过滤，滤饼用水(2×1 mL)洗涤，干燥得(Z)-N-(3-(二甲基氨基)-2-(4-甲氧基苯基)亚烯丙基)-N-甲基甲铵 (7) 0.67 g。

在干燥的茄形瓶中加入7 0.67 g， NaOH 0.23 g和水6 mL，升温至90 ℃反应15 min，待7溶解。冷却至室温，用10%盐酸调节反应液pH至5(白色沉淀产生)，过滤，滤饼经干燥得白色固体8 0.44 g，收率85%；1H NMRδ: 12.01(s,1H), 8.43(s, 2H), 7.42(d,J=8.4 Hz, 2H), 6.89(d,J=8.1 Hz, 2H), 3.74(s, 3H); MS(ESI)m/z: 179.0{[M+H]+}。

(5) 9的合成

在干燥的茄型瓶中依次加入5 0.5 g(3.1 mmol)， 8 0.55 g(3.1 mmol)，无水乙醇7.5 mL和冰醋酸5 mL，加热至110 ℃反应6 h。冷却至室温(析出固体)，过滤，滤饼用少量乙醇洗涤，干燥得淡褐色固体9 0.45 g，收率54%；1H NMRδ: 9.67(d,J=2.01 Hz, 1H), 9.27～9.28(m, 2H), 8.84(d,J=6.51 Hz, 2H), 8.72(d,J=6.59 Hz, 2H), 7.87(d,J=8.64 Hz, 2H), 7.13(d,J=8.67 Hz, 2H), 3.84(s, 3H); MS(ESI)m/z: 303.2{[M+H]+}。

(6) 4-(3-(4-吡啶基)吡唑并[1，5-a]嘧啶-6-基)苯酚(10)的合成

在干燥的茄型瓶中加入9 0.5 g(1.66 mmol)

和45%的冰醋酸-氢溴酸溶液6 mL，加热至130 ℃反应10 min。冷却至室温，加入乙酸乙酯10 mL，搅拌10 min(固体析出)，过滤，滤饼用少量乙酸乙酯洗涤，干燥得淡黄色固体10 0.42 g，收率88%； MS(ESI)m/z: 289.2{[M+H]+}。

(7) 1的合成

在干燥的茄形瓶中加入10 0.5 g(1.74 mmol)和DMF 5 mL，依次加入60%的氢化钠0.02 g(0.5 mmol)， 1-(2-氯乙基)哌啶盐酸盐0.32 g(1.74 mmol)，氮气保护，升温至45 ℃反应12 h。加水30 mL，用乙酸乙酯(3×15 mL)萃取，合并有机相，用饱和食盐水30 mL洗涤，无水硫酸钠干燥。过滤，滤液减压蒸除乙酸乙酯，所得油状物经硅胶柱层析[洗脱剂：V(CH2Cl2) ∶V(CH3OH)=44 ∶3]纯化得类白色固体1 0.55 g，收率80%；1H NMRδ: 9.52(s, 1H), 9.09～9.12(m, 1H), 8.95(s, 1H), 8.59(s, 2H), 8.16(d,J=5.04 Hz, 2H), 7.82(d,J=8.49 Hz, 2H), 7.11(d,J=8.58 Hz, 2H), 4.14(t,J=5.88 Hz, 2H), 2.66～2.73(m, 2H), 2.43～2.50(m, 4H), 1.47～1.54(m, 4H), 1.38～1.41(m, 2H); MS(ESI)m/z: 400.2{[M+H]+}。

2 结果与讨论

2.1 3的合成

常见的合成3的反应有两种： (1)以Pd为催化剂，卤代烷与氰基化试剂通过偶联反应制得； (2)以CuCN， NaCN和KCN等作为氰基化试剂，经取代反应制得。本研究尝试了上述两种方法，首先采用不同的Pd催化剂，Pd(PPh3)4和Pd2(dba)3，收率均很低；其次，NaCN和KCN具有很强的毒性，综合考虑原料的成本及反应的可操作性，我们采用2与CuCN在N-甲基吡咯烷酮中回流制备3，反应操作简便，收率较高。

2.2 1的合成

在1的合成过程中，考察了碱、反应温度和反应时间对收率的影响，结果见表1。由表1可见，反应温度45 ℃时，NaH为碱，反应时间为12 h，产率最高(80%)。因此，合成1的最佳反应条件为：DMF为溶剂，NaH为碱，氮气保护，于45 ℃反应12 h。

表1 反应条件对1收率的影响Table 1 Effect of the reaction conditions on the synthesis of 1

*10 1.74 mmol，其余反应条件同1.2(7)。

本文以4-氯甲基吡啶盐酸盐为原料，经氰基化、缩合、环合、脱甲基和成醚等8步反应，完成了Dorsomorphin的合成，总收率24%。整个合成路线具有原料廉价易得、反应条件温和、反应时间短、后处理方便、收率较高以及成本较低等优点。

[1] Hayano S, Komatsu Y, Pan H,etal. Augmented BMP signaling in the neural crest inhibits nasal cartilage morphogenesis by inducing p53-mediated apoptosis[J].Development,2015,142(7):1357-67.

[2] Yui P, Hong C, Sachidanandan C,etal. Dorsomorphin inhibits BMP signals required for embryogenesis and iron metabolism[J].Nature Chemical Biology,2008,4(1):33-41.

[3] Duncan E, Brown M, Shore E M. Therevolution in human monogenic disease mapping[J].Genes,2014,5(3):792-803.

[4] Liu X, Chhipa R R, Nakano I,etal. The AMPK inhibitor compound C is a potent AMPK-independent antiglioma agent[J].Molecular Cancer Therapeutics,2014,13(3):596-605.

[5] Gao Y, Zhou Y, Xu A,etal. Effects of an AMP-activated protein kinase inhibitor,compound C,on adipogenic differentiation of 3T3-L1 cells[J].Biological & Pharmaceutical Bulletin,2008,31(9):1716-1722.

[6] Tao M, Yiran C, Valerie V,etal. Inhibition of AMP-activated protein kinase signaling alleviates impairments in hippocampal synaptic plasticity induced by amyloidβ[J].Journal of Neuroscience,2014,34(36):12230-12238.

[7] Daniels R N, Kim K, Lebois E P,etal. Microwave-assisted protocols for the expedited synthesis of pyrazolo[1,5-a] and [3,4-d]pyrimidines[J].Tetrahedron Letters,2008,49(2):305-310.

[8] Fraley M E, Hoffman W F, Rubino R S,etal. Synthesis and initial SAR studies of 3,6-disubstituted pyrazolo[1,5-a]pyrimidines:A new class of KDR kinase inhibitors[J].Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,2002,12:2767-2770.

[9] Cuny G D, Yu P B, Laha J K,etal. Structure-activity relationship study of bone morphogenetic protein (BMP) signaling inhibitors[J].Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,2008,18(15):4388-4392.

[10] Engers D W, Frist A Y, Lindsley C W,etal. Synthesis and structure-activity relationships of a novel and selective bone morphogenetic protein receptor (BMP) inhibitor derived from the pyrazolo[1.5-a]pyrimidine scaffold of Dorsomorphin:The discovery of ML347 as an ALK2versusALK3 selective MLPCN probe[J].Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,2013,23(11):3248-3252.

Synthesis of Dorsomorphin

XIONG Zheng-xin, CHEN Dong-yin, LI Fei*

(School of Pharmacy, Nanjing Medical University, Nanjing 211166, China)

4-(Pyridin-4-yl)-1H-pyrazol-5-amine(5) was prepared by cyanation, condensation and cyclization reaction, using 2-(chloromethyl)pyridine hydrochloride as the raw material. 6-(4-Methoxyphenyl)-3-(pyridin-4-yl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidine(9) was obtained by condensation of 5 with (4-methoxyphenyl)malondialdehyde. The bone morphogenetic protein receptor and adenosine monophosphate activated protein kinase inhibitor, Dorsomorphin, was successfully synthesized by the sequential demethylation and etherification from 9. The overall yield was 24%. The structure was confirmed by1H NMR and MS(ESI).

Dorsomorphin; 2-(chloromethyl)pyridine hydrochloride; intermediate; drug synthesis

2016-11-22；

2017-03-20

国家自然科学基金资助项目(21172108)； 南京医科大学科技发展基金资助项目(2014NJMUZD019)

熊正新(1992-)，男，汉族，江苏宿迁人，硕士研究生，主要从事抗肿瘤药物的合成研究。E-mail: 15895822203@163.com

李飞，教授， Tel. 025-86868485， E-mail: kldlf@njmu.edu.cn

O626； R914.5

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2017.06.16291