新型醛糖还原酶抑制1-乙酰基-1H-吲哚-3-乙酸酯的合成及其抑制活性

李卓玲, 杨威龙, 赵 珊, 王淑红, 李 臣, 王志兵, 修志明*

(1. 长春工业大学 化学与生命科学学院,吉林 长春 130012;2. 吉林医药学院 吉林省抗体工程科技协同创新中心,吉林 吉林 132013;3.长春百纯和成医药科技有限公司,吉林 长春 130012)

糖尿病是以高血糖为特征的代谢性疾病。患者长期高血糖,会导致各种组织器官的慢性损害、功能障碍,进而产生多种形式的糖尿病并发症[1-2]。糖尿病并发症的发病机制虽然复杂,但多元醇途径的关键限速酶醛糖还原酶(AR)在糖尿病并发症中发挥重要作用。因此,通过醛糖还原酶抑制剂(ARIs)抑制多元醇途径的醛糖还原酶是治疗糖尿病并发症的重要策略[3-5]。

近年来,已有多种醛糖还原酶抑制剂被合成用于治疗糖尿病并发症[6-8],其中,环状亚胺类如索比尼尔(Sorbinil)、非达司他(Fidarestat)和雷尼司他(Ranirestat)等被用来治疗糖尿病神经病变;另一种羧酸类如苄达赖氨酸(Bendazac lysine)用来治疗白内障,依帕司他治疗神经性病变和糖尿病肾病等[9-14]。由于羧酸类化合物在正常生理条件下以负离子形式存在,不易透过细胞膜,生物利用度低,临床剂量大,容易产生毒性,因此,环状酰亚胺类醛糖还原酶抑制剂具有较好应用前景。

本文依据环状酰亚胺类化合物的构效关系模型,参考吲哚类衍生物的合成路线方法[15-17],设计并合成了一种新型吲哚类醛糖还原酶抑制剂。以2-氯苯甲酸为起始原料,在碱性条件下经铜催化,与甘氨酸反应生成氯代邻羧基苯基甘氨酸,再与乙酸酐反应,生成N-乙酰基邻羧基苯甲酸。然后在吡啶催化下合环,生成1-乙酰基-1H-吲哚-3-乙酸酯(4, 1-acetyl-1H-indole-3-acetate, AIA),总收率为79.0%,纯度达到99.0%(图1)。通过1H NMR、13C NMR和MS(ESI)对其结构进行了表征,并对该化合物的醛糖还原酶抑制活性进行了测定。

图1 1-乙酰基-1H-吲哚-3-乙酸酯的合成路线Figure 1 Synthesis route of 1-acetyl-1H-indole-3-acetate

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

X-6型显微熔点仪; SHIMADZU UV-2501PC型紫外分光光度计; Bruker AC-E 400 MHz型核磁共振仪(TMS为内标); LC-2010HT型高效液相色谱仪; Agilent 1100型液质连用仪。

牛眼晶状体醛糖还原酶。其余所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1) 邻羧基苯基甘氨酸(2)的合成

将15.5 g 2-氯苯甲酸和100 mL二甲基甲酰胺加入到反应器中,搅拌均匀后,依次加入11.0 g甘氨酸和9.5 g铜粉,然后向该悬浮液中加入20.6 g碳酸钾,于70 ℃加热3 h,反应完全后,停止反应。将混合物倒入100 mL 18%(质量分数,下同)的稀盐酸中,搅拌30 min,收集沉淀,60 ℃下干燥3 h,得产物218.0 g,收率93.2%;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 7.66(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.56(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.42(dd,J=8.4 Hz, 1.0 Hz, 2H), 7.29(d,J=1.0 Hz, 2H), 3.49(s, 2H);13C NMR(DMSO-d6, 100 MHz)δ: 170.1, 144.8, 137.7, 131.5, 129.2, 127.9, 124.1, 46.2; MS(ESI)m/z: calcd for C9H9NO4{[M+H+]}195.05, found 196.04。

(2)N-乙酰基邻羧基苯甲酸(3)的合成

将18.1 g邻羧基苯基甘氨酸加入反应器中,加入19.0 g碳酸钾(180 mL水溶液),搅拌均匀后,用恒压漏斗滴加15 mL乙酸酐,滴加完毕后继续搅拌1 h,加入18%稀盐酸酸化至pH=3,过滤,收集滤饼,60 ℃下干燥3 h,得产物320.4 g,收率92.7%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.12(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.69(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.63～7.54(m, 3H), 7.49～7.41(m, 3H), 5.65(s, 2H), 2.05(s, 3H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 168.7, 166.3, 138.7, 136.5, 133.0, 129.5, 129.3, 128.9, 128.6, 128.0, 126.6, 121.9, 71.1, 21.1; MS(ESI)m/z: calcd for C11H11NO5{[M+H+]}237.06, found 238.05。

(3) 1-乙酰基-1H-吲哚-3-乙酸酯(4)的合成

将20.4 gN-乙酰基邻羧基苯甲酸加入反应器中,依次加入45 mL乙酸酐,21 mL三乙胺,搅拌下加入0.2 g苄基三乙基氯化铵(TEBA),缓慢升温至65 ℃,控温反应2 h。反应完毕后,减压蒸馏至无馏出液,将浓缩物倒入400 mL水中,过夜放置,过滤,收集固体,60 ℃下干燥3 h。然后用无水乙醇重结晶,过滤,收集,干燥,得产物417.09 g,收率91.5%,纯度99.0%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.08(d,J=8.8 Hz, 1H), 7.91(d,J=8.8 Hz, 1H), 7.79(s, 1H), 7.44(d,J=8.0 Hz, 1H), 2.22(s, 3H);13C NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 170.2, 166.2, 140.5, 129.8, 125.9, 124.8, 123.7, 111.0, 61.3, 20.7, 14.2; MS(ESI)m/z: calcd for C12H11NO3{[M+H+]}233.07, found 234.06。

1.3 醛糖还原酶抑制活性测定

参考文献[12]方法测定醛糖还原酶抑制活性。将AIA加入0.1 M磷酸缓冲液溶解(可加入不超过测试体系体积分数5% DMSO助溶),并稀释成不同浓度梯度。在同一条件下测得各化合物在各浓度下对AR的抑制率,并用依帕司他(EPST)做阳性对照,用各浓度下AR抑制百分率对抑制剂浓度作图,根据抑制曲线,得EPST及终产物的IC50。

2 结果与讨论

2.1 邻羧基苯基甘氨酸的合成分析

本反应是2-氯苯甲酸和甘氨酸在碱性条件下,以铜粉催化氨基的烷基化反应。铜粉作为金属催化剂,在反应中起到了至关重要的作用,它可以显著影响反应的速率。不同的金属催化剂对不同类型的反应具有不同的催化效果,选择合适的催化剂可以使反应具有更高的效率,不同金属催化剂对邻羧基苯基甘氨酸收率的影响见表1。由表1可知,不同金属催化剂催化效率有所差异,进而影响反应收率,当选用Cu作为催化剂时,产物收率最高,可达到90%以上。

表1 催化剂对邻羧基苯基甘氨酸收率的影响Table 1 Effect of catalysts on yield of O-carboxyphenyl glycine

2.2 N-乙酰基邻羧基苯甲酸的合成分析

本反应属于亚氨基的酰化反应,酰化反应在水相中碱性条件下进行,实验结果表明,氢氧化钠或氢氧化钾碱性过强,副反应增加;碳酸氢钠或碳酸氢钾碱性过弱,影响产物的生成;碳酸钾碱性适中,反应效率较高。酰化试剂分别选用了酰氯、酸酐和冰醋酸,其中,酰氯酰化过于剧烈,副产物较多,收率低;冰醋酸作为酰化剂,反应速率过低,反应时间较长;乙酸酐作为酰化剂,反应效率高,产物纯度较高。

2.3 1-乙酰基-1H-吲哚-3-乙酸酯的合成分析

本反应是吡啶催化合环反应,因此考察了催化剂对1-乙酰基-1H-吲哚-3-乙酸酯收率的影响,结果如表2所示。由表2可知,单独使用吡啶催化反应,于110 ℃下反应3 h才能够反应完全,反应温度较高;加入乙酸钠/吡啶催化反应,于70 ℃下反应3 h可以反应完全,但收率下降;加入TEBA/吡啶催化反应,于65 ℃下反应3 h可以完全反应,反应条件更温和,反应效率更高,产物纯度提高,收率也大幅度提高。

表2 催化剂对1-乙酰基-1H-吲哚-3-乙酸酯收率的影响Table 2 Effect of catalysts on yield of 1-acetyl-1H-indole-3-acetate

2.4 ARIs抑制活性

按照醛糖还原酶抑制活性测定方法,测得AIA和EPST的IC50值如表3所示。由表3可见,AIA的IC50低于EPST,说明AIA具有较高的醛糖还原酶抑制活性,作为先导化合物分子,有进一步研究的潜力和价值。

表3 AIA和EPST醛糖还原酶抑制活性Table 3 AR inhibitory activity of AIA and EPST

本文通过3步反应合成了1-乙酰基-1H-吲哚-3-乙酸酯(AIA)。通过1H NMR、13C NMR和MS(ESI)对其结构进行了表征,确定为目标产物,并进一步对AIA的醛糖还原酶抑制活性进行测定。结果表明:AIA具有较高的醛糖还原酶抑制活性。本方法合成工艺简单,反应条件温和,副产物少,成本低,产物纯度高,收率高,能为醛糖还原酶抑制剂的研究提供新的候选药物分子。