新型1,4-二苯并二氮杂酮类衍生物的合成及其抗癌活性

李远省, 苏 甫, 何 菱(四川大学 华西药学院，四川 成都 610041)

·研究论文·

新型1,4-二苯并二氮杂酮类衍生物的合成及其抗癌活性

李远省, 苏 甫*, 何 菱*
(四川大学 华西药学院，四川 成都 610041)

以取代邻硝基苯甲酸为起始原料，与二氯亚砜反应制得邻硝基苯甲酰氯，再与苯胺在碱性条件下反应制得酰胺衍生物(6a～6d);以醋酸钯为催化剂，6a～6d经NBS溴代制得溴代衍生物(7a～7d); 7a～7d依次经N-烷基化反应，还原反应和分子内C—N键环合反应合成了10个新型的1,4-二苯并二氮杂酮类化合物(10a～10j),产率61%～78%，其结构经1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI)表征。初步体外活性测试结果表明:10a～10j对非小细胞肺癌细胞(A549),人乳腺癌细胞(MDA-MB-231)和宫颈癌细胞(HeLa)均有抑制作用。其中,10g和10i对A549, 10g对MDA-MB-231, 10h和10i对HeLa的抑制率大于50%。

邻硝基苯甲酸; 1,4-二苯并二氮杂酮; 合成; 体外活性; 抗癌活性

BU-4664L是由Bristol M S于1996年首次在放线菌微单孢菌发酵液中发现的化合物。该化合物除对多种肿瘤细胞具有显著的体外细胞毒性外(IC501.1～18 μmol·L-1)，在抗M990-6肿瘤细胞实验中也显示出对大鼠5-脂氧合酶具有显著的抑制作用(IC501.7 μmol·L-1)[1]。此外,该化合物还具有良好的抗菌和结合外周苯二氮卓受体等活性[1-3]。BU-4664L的首次全合成由Takahashi Y等[4]于2015年完成。关于BU-4664L衍生物活性的研究很少，仅2010年由Miyanaga S等[5]报道了BU-4664L苯环上的三个羟基甲基化和酯化衍生物的抗侵润和抗血管生成活性的研究结果。

Scheme 1

为进一步研究BU-4664L衍生物的抗癌活性，我们尝试对其进行结构改造。(1)BU-4664L分子中含有3个羟基，分子稳定性较差，容易被氧化。通过去掉3个羟基，保留母核结构，可以增强分子稳定性。(2)以较短的不饱和脂肪链替换分子中氮原子上的长侧链，增强分子水溶性。(3)在BU-4664L分子的两个苯环上引入卤原子，通过影响分子的电荷分布，增强对组织的渗透性。

基于此，本文以取代邻硝基苯甲酸(4a～4d)为起始原料，与二氯亚砜反应制得邻硝基苯甲酰氯，再与苯胺在碱性条件下反应制得酰胺衍生物(6a～6d);以醋酸钯为催化剂，6a～6d经N-溴代丁二酰亚胺(NBS)溴代制得溴代衍生物(7a～7d)[6]; 7a～7d依次经N-烷基化反应，还原反应和分子内C—N键环合反应合成了10个新型的1,4-二苯并二氮杂酮类化合物(10a～10j, Scheme 1)[7-8],产率61%～78%，其结构经1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI)表征。并初步研究了10a～10j对非小细胞肺癌细胞(A549),人乳腺癌细胞(MDA-MB-231)和宫颈癌细胞(HeLa)的体外抑制作用。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Varian Mercury 600 MHz型核磁共振仪(DMSO-d6为溶剂，TMS为内标)；Bruker Daltonics Data Analysis型质谱仪；Beckman Coulter型细胞活力分析仪。

所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1) 6a～6d的合成(以6a为例)

在反应瓶中加入4a 500 mg(2.99 mmol)和二氯亚砜3.4 mL(23.9 mmol)，氮气保护下回流反应2 h。真空浓缩除去过量二氯亚砜，残余物用二氯甲烷(11.5 mL)溶解后加入5a 289 mg(3.11 mmol)和吡啶2.4 mL的二氯甲烷(3 mL)溶液中，搅拌下反应6 h(TLC监控)。加入饱和碳酸氢钠溶液50 mL，用乙酸乙酯(3×50 mL)萃取，合并有机相，用无水硫酸镁干燥，浓缩，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂：A=石油醚/乙酸乙酯=2/1,V/V)纯化得白色固体6a 711 mg。

用类似的方法合成白色固体6b～6d。

(2) 7a～7d的合成(以7a为例)

在反应瓶中加入6a 500 mg(2.07 mmol), TsOH·H2O 197 mg (1.03 mmol), NBS 380 mg(2.15 mmol)，醋酸钯23 mg(0.104 mmol)和甲苯8 mL，搅拌下于室温反应12 h(TLC监控)。加入饱和碳酸氢钠溶液40 mL，用乙酸乙酯(3×50 mL)萃取，合并有机相，用饱和食盐水(3×50 mL)洗涤,过滤，滤液用无水硫酸镁干燥，减压浓缩,残余物经硅胶柱层析(洗脱剂：A)纯化得白色固体7a 554 mg。

用类似的方法合成白色固体7b～7d。

(3) 8a～8d的合成(以8a为例)

在反应瓶中加入7a 150 mg(0.467 mmol)和THF 5 mL，搅拌使其溶解；加入2.0 mol·L-1LDA溶液0.26 mL(0.554 mmol),于0 ℃搅拌15 min；加入1-溴-3-甲基-2-丁烯0.15 mL(0.577 mmol)，反应3 h(TLC监控)。加入饱和NH4Cl溶液淬灭反应，用乙酸乙酯(3×20 mL)萃取，合并有机相，用饱和食盐水(3×20 mL)洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，滤液减压浓缩，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂：A=3/1)纯化得黄色固体8a 160 mg。

用类似的方法合成淡黄色固体8b～8d。

(4) 9a～9d的合成(以9a为例)

在反应瓶中加入8a 100 mg(0.257 mmol),铁粉72 mg(1.29 mmol),氯化铵28 mg(0.515 mmol)和混合溶剂(乙醇/水=3/1,V/V)2.5 mL,搅拌下回流反应1.5 h(TLC监控)。用饱和碳酸氢钠溶液淬灭反应，用硅藻土过滤，滤液用乙酸乙酯萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压浓缩，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂：A=5/1)纯化得无色液体9a 82 mg。

用类似的方法合成无色液体9b～9d。

(5) 10a～10j的合成(以10a为例)

在反应瓶中加入9a 50 mg(0.139 mmol), Pd(dba)24.0 mg(0.006 95 mmol), Davephos 5.5 mg(0.013 9 mmol),叔丁醇钠18.7 mg(0.195 mmol)和甲苯2 mL，氮气保护下回流反应3 h(TLC监控)。加入饱和氯化铵溶液10 mL，用硅藻土过滤，滤液用乙酸乙酯(3×20 mL)萃取，合并有机相，用饱和食盐水(3×10 mL)洗涤，无水硫酸钠干燥，减压浓缩,残余物经硅胶柱层析(洗脱剂：A=5/1)纯化得无色固体10a 28 mg。

用类似的方法合成10b～10j。

10a: 白色固体;1H NMRδ: 7.83(s, 1H), 7.62(d,J=7.6 Hz, 1H), 7.33～7.27(m, 2H), 7.13～7.11(m, 1H), 7.08～7.03(m, 3H), 6.94(t,J=7.6 Hz, 1H), 5.25～5.22(m, 1H), 4.51～4.49(m, 2H), 1.64(s, 6H);13C NMRδ: 167.7, 152.1, 145.2, 134.2, 132.4, 132.2, 125.8, 124.8, 123.6, 121.6, 121.5, 120.7, 118.9, 50.0, 25.6, 18.0; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C18H19N2O{[M+H]+}279.149 0, found 279.149 2。

10b: 淡黄色固体;1H NMRδ: 7.88～7.85(m, 1H), 7.30～7.25(m, 2H), 7.05～7.01(m, 3H), 6.92～6.89(m, 1H), 6.80～6.78(m, 1H);13C NMRδ: 168.3, 150.6, 143.9, 137.9, 134.7, 132.8, 132.3, 131.5, 125.7, 125.3, 124.0, 123.7, 122.5, 121.4, 120.1, 118.3, 49.0, 39.4, 26.3, 25.7, 17.6, 16.3; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C23H27N2O{[M+H]+}347.211 8, found 347.211 8。

10c: 白色固体;1H NMRδ: 7.77～7.73(m, 1H), 7.42～7.38(m, 1H), 7.29～7.27(m, 1H), 7.09～7.07(m, 2H), 7.00～6.92(m, 2H), 6.23(s, 1H), 5.42～5.38(m, 1H), 4.60～4.58(m, 2H), 1.73(s, 3H), 1.71(s, 3H);13C NMRδ: 167.4, 146.6, 143.0, 134.8, 133.4, 131.7, 131.5, 128.9, 128.4, 127.1, 125.9, 124.6, 123.6, 122.7, 122.4, 121.6, 121.0, 49.2, 25.6, 18.0; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C18H18N2OCl{[M+H]+}313.110 2, found 313.110 2。

10d: 淡黄色液体;1H NMRδ: 7.77～7.73(m, 1H), 7.41～7.38(m, 1H), 7.29～7.27(m, 1H), 7.09～7.07(m, 2H), 6.99～6.93(m, 2H), 6.22(s, 1H), 5.40～5.37(m, 1H), 5.03(m, 1H), 4.62～4.60(m, 2H), 2.07～2.00(m, 4H), 1.69(s, 3H), 1.66(s, 3H), 1.59(s, 3H);13C NMRδ: 167.4, 146.6, 138.3, 131.7, 131.5, 130.5, 128.9, 128.4, 127.1, 125.9, 124.6, 123.9, 123.7, 122.7, 122.4, 121.5, 120.9, 48.9, 39.4, 26.3, 25.7, 17.7, 16.3; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C23H26N2OCl{[M+H]+}381.172 6, found 381.172 8。

10e: 白色固体;1H NMRδ: 7.87～7.84(m, 1H), 7.30～7.18(m, 2H), 7.05～7.00(m, 1H), 6.82～6.80(m, 1H), 66.78～6.67(m, 2H), 5.73(s, 1H), 5.41～5.37(m, 1H), 4.57～4.55(m, 2H), 1.71(s, 3H), 1.68(s, 3H);13C NMRδ: 168.2, 161.2, 158.7, 150.2, 145.7, 134.8, 132.7, 132.3, 125.1, 124.8, 122.8, 121.1, 118.5, 110.5, 107.1, 49.3, 25.6, 18.0; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C18H18N2OF{[M+H]+} 297.139 7, found 297.139 8。

10f: 淡黄色液体;1H NMRδ: 7.88～786(m, 1H), 7.30～7.28(m, 1H), 7.22～718(m, 1H), 7.05～7.01(m, 1H), 6.81～6.79(m, 1H), 6.76～6.71(m, 1H), 6.68～6.65(m, 1H), 5.57(s, 1H), 5.39～5.36(m, 1H), 5.03～5.01(m, 1H), 4.58～4.56(m, 2H), 2.03(m, 4H), 1.68(s, 3H), 1.66(s, 3H), 1.58(s, 3H);13C NMRδ: 168.2, 160.8, 159.1, 150.1, 145.6, 138.4, 132.8, 132.4, 131.6, 130.8, 125.2, 123.9, 122.9, 121.1, 118.5, 110.7, 107.3, 49.1, 39.4, 26.3, 25.7, 17.7, 16.3; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C23H26N2OF{[M+H]+}365.202 3, found 356.202 4。

10g: 淡黄色液体;1H NMRδ: 7.88～7.85(m, 1H), 7.30～7.26(m, 1H), 7.22～7.18(m, 1H), 7.05～7.01(m, 1H), 6.81～6.79(m, 1H), 6.76～6.71(m, 1H), 6.68～6.66(m, 1H), 5.57(s, 1H), 5.40～5.37(m, 1H), 5.07～5.06(m, 2H), 4.58～4.57(m, 2H), 2.10～2.03(m, 8H), 1.69(s, 3H), 1.67(s, 3H), 1.58(s, 3H), 1.57(s, 3H);13C NMRδ: 168.2, 160.8, 159.1, 150.1, 145.7, 138.5, 135.2, 132.8, 132.4, 131.3, 130.8, 125.2, 124.3, 123.7, 122.9, 121.0, 118.5, 110.7, 107.1, 49.1, 39.7, 39.4, 26.7, 26.3, 25.7, 17.6, 16.4, 16.0; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C28H34N2OF{[M+H]+}433.264 5, found 433.265 0。

10h: 白色固体;1H NMRδ: 7.97(s, 1H), 7.64(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.36(t,J=6.8 Hz, 1H), 7.30(d,J=7.2 Hz, 1H), 7.21～7.20(m, 1H), 7.12～7.09(m, 1H), 7.05(d,J=8.0 Hz, 1H), 6.99(t,J=7.2 Hz, 1H), 5.21(s, 1H), 4.50(d,J=6.0 Hz, 2H), 1.66(s, 3H), 1.65(s, 3H);13C NMRδ: 167.3, 151.2, 146.5, 134.7, 133.1, 132.7, 132.3, 129.4, 125.3, 124.6, 123.3, 122.0, 121.1, 120.1, 119.0, 47.9, 25.6, 18.1; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C18H18N2OCl{[M+H]+}313.110 1, found 313.110 2。

10i: 淡黄色液体;1H NMRδ: 7.86(d,J=7.2 Hz, 1H), 7.29(t,J=7.2 Hz, 1H), 7.17( d,J=8.4 Hz, 1H), 7.06～6.99(m, 2H), 6.93(s, 1H), 6.79(d,J=8.0 Hz, 1H), 5.47(s, 1H), 5.37(t,J=6.0 Hz, 1H), 5.03(t,J=6.0 Hz, 1H), 4.57(d,J=6.0 Hz, 2H), 2.07～2.02(m, 4H), 1.68(s, 3H), 1.66(s, 3H), 1.59(s, 3H);13C NMRδ: 168.0, 149.9, 145.0, 138.4, 133.4, 132.8, 132.5, 131.6, 130.7, 125.1, 124.7, 124.0, 123.0, 121.0, 120.2, 118.5, 49.0, 39.4, 26.3, 25.7, 17.7, 16.3; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C23H26N2OCl{[M+H]+}381.172 7, found 381.172 8。

10j: 淡黄色液体;1H NMRδ: 7.86(d,J=8.0 Hz, H), 7.27(t,J=8.0 Hz, 1H), 7.17(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.04～6.79(m, 2H), 6.94(s, 1H), 6.79(d,J=8.0 Hz, 1H), 5.66(s, 1H), 5.39(t,J=6.0 Hz, 1H), 5.08～5.06(m, 2H), 4.57(d,J=6.0 Hz, 2H), 2.08～2.04(m, 8H), 1.67(s, 3H), 1.58(s, 3H), 1.57(s, 3H), 1.40(s, 3H);13C NMRδ: 168.1, 150.1, 145.1, 141.1, 138.5, 135.2, 133.4, 132.8, 132.5, 131.3, 130.6, 125.1, 124.6, 124.3, 123.9, 122.9, 121.0, 120.2, 118.6, 49.0, 39.7, 39.4, 26.7, 26.3, 25.7, 17.7, 16.4, 16.0; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C28H34N2OCl{[M+H]+}449.235 4, found 449.235 4。

1.3 抗癌活性测定

将肿瘤细胞加入含10%胎牛血清,42 mmol·L-1谷氨酰胺，1 mmol·L-1丙酮酸钠，100 μg·mL-1青霉素，100 μg·mL-1链霉素和0. 25 μg·mL-1两性霉素的DMEM培养基中，于37 ℃, 5%CO2中常规培养24 h。将细胞接种在含10%胎牛血清的DMED培养基的24孔板上,接种密度为20 000个/孔，然后将细胞置于0.01 mmol·L-1～1 nmol·L-1BU-4664L衍生物中培养5 d。用等体积DMSO作空白对照。通过细胞活力分析仪计数，计算抑制率。

2 结果与讨论

2.1 合成

通过Scheme 1所示路线成功合成了10个未见文献报道的化合物，除最后一步外，其余各步反应产率均大于85%。我们尝试修改部分合成路线，希望将8经一步C—N键环合反应获得终产物，以缩短反应路线[9-10]，但没有成功。

我们还对BU-4664L的全合成路线进行了优化。文献[4]报道的方法是在6的结构中先接上侧链，再引入Br,但作者在衍生物的合成中未获成功。最后，我们改为先引入Br,再上侧链，顺利完成了目标化合物的合成。此外，我们还优化了8经铁粉还原反应的条件。在最佳反应条件[Fe 5 eq., NH4Cl 2 eq.,V(乙醇)/V(水)=3/1]下，产率大于85%(78%[4])。

2.2 抗癌活性

表1为10a～10j对A549, MB231和HeLa的抑制活性。由表1可见，10a～10j对3种癌细胞均有一定的抑制作用。其中，10d和10g对A549的抑制率分别为52.1%和50.3%; 10g对MDA-MB-231的抑制率为58.5%; 10c和10d对HeLa的抑制率分别为70.1%和69.2%。初步的构效分析表明，引入F, Cl能增强化合物对细胞的渗透性，也能改变化合物的极性，这可能是明显提高其对癌细胞的抑制作用的原因之一。

表1 10a～10j的抗肿瘤活性Table 1 Antitumor activities of 10a～10j

*μmol·L-1。

合成了10个新型的1,4-二苯并二氮杂酮类化合物(10a～10j),产率61%～78%，其结构经1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI)表征。体外初步活性测试表明:10a～10j对非小细胞肺癌细胞(A549),人乳腺癌细胞(MDA-MB-231)和宫颈癌细胞(HeLa)均有抑制作用。其中,10d和10g对A549, 10g对MDA-MB-231, 10c和10d对HeLa的抑制率大于50%。结构中含卤素的化合物(10c, 10d和10g)对癌细胞的抑制作用明显增强，这为BU-4664L衍生物的结构改造和抗癌活性研究有一定借鉴意义。10还具有调节神经系统的活性，相关研究正在进行之中。

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Synthesis of Novel 1,4-Dibenzodiazepin Compounds and Their Anticancer Activities

LI Yuan-sheng, SU Fu*, HE Ling*

(West China School of Pharmacy, Sichuan University, Chengdu 610041, China)

The amide derivatives(6a～6d) were obtained by the reaction of substitutedo-nitrobenzoic acids with SOCl2, then reaction with aniline under basic condition. The brominated derivatives(7a～7d) were prepared by NBS-bromination of 6a～6d, using Pd(OAc)2as the catalyst. Ten novel 1,4-dibenzodiazepin compounds(10a～10j) were synthesized by the reaction ofN-alkylation, reduction and intramolecular C—N bond cyclization from 7a～7d, respectively. The structures were characterized by1H NMR,13C NMR and HR-MS(ESI). The preliminaryinvitrobio-activity tests showed that 10a～10j had certain inhibitory effects on non-small cell lung cancer cell(A549), human breast cancer cell(MDA-MB-231) and cervical cancer cell(HeLa). Among them, the inhibition rates of 10g and 10i on A549, 10g and 10h on MDA-MB-231 and 10i on HeLa were above 50%.

o-nitrobenzoic acid; 1,4-dibenzodiazepinone; synthesis;invitrobioactivity; anticancer activity

2017-04-15

川大-泸州战略合作基金资助项目(2013CDLZ-S18)

李远省(1988-)，男，汉族，山东菏泽人，硕士研究生，主要从事药物化学的研究。 E-mail: 377095649@qq.com

苏甫,实验师, E-mail: sufu@scu.edu.cn; 何菱，教授， E-mail: lhe2001@sina.com

O624.6; O626

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2017.08.17087