3,4-二氢萘-1(2H)...生物的合成及其生物活性评价_刘淑莲.pdf

书书书第 3 期科研与开发收稿日期:20220801基金项目:国家自然科学基金资助项目(81601049)作者简介:刘淑莲，女，研究方向为药物合成与质量分析。3，4二氢萘1(2H)酮衍生物的合成及其生物活性评价刘淑莲1，刘连栋2，侯云3，侯桂革3(1山东省标准化研究院，山东 济南250000;2山东师范大学 化学化工与材料科学学院，山东 济南250014;3滨州医学院 药学院，山东 烟台264003)摘要:据报道，3，4二氢萘1(2H)酮类化合物具有潜在的抗肿瘤活性和应用价值。以间苯二甲醛、7甲氧基3，4二氢萘1(2H)酮、7氟3，4二氢萘1(2H)酮为原料，以 20%的氢氧化钠溶液为催化剂，通过 ClaisenSchmidt 缩合反应得到两个苯基桥连的 3，4二氢萘1(2H)酮类化合物1 1 和化合物2 2，并通过 NM、I、HMS 等波谱手段进行结构表征。MTT 法评价了两个化合物对肝癌细胞HepG2、SMMC7721、QGY7703 和正常肝细胞 HHL5 的细胞毒性，ELISA 法评价了化合物对 LPS 诱导的 AW2647 细胞中炎症细胞因子 TNF、IL6 释放的抑制作用。与阳性对照药相比，化合物1 1 和2 2 显示了较好的抗肝癌活性，特别是氟取代的化合物2 2 对 HepG2 的IC50值达到 202 mol/L，对正常细胞 HHL5 的毒性较小，且能有效抑制 LPS 诱导的 AW2647 细胞中炎症细胞因子 TNF、IL6 的释放，表现出较好的抗炎活性。该研究为开发高效低毒的抗肝癌药物提供了有力素材。关键词:3，4二氢萘1(2H)酮;波谱;抗肝癌;细胞毒性;抗炎中图分类号:TQ463;O6573文献标识码:A文章编号:1008021X(2023)03000104Synthesis and Bioactivity Evaluation of 3，4Dihydronaphthalen1(2H)one DerivativesLiu Shulian1，Liu Liandong2，Hou Yun3，Hou Guige3(1Shandong Institute of Standardization，Jinan250000，China;2College of Chemistry，Chemical Engineering and Materials Science，Shandong Normal University，Jinan250014，China;3School of Pharmacy，Binzhou Medical University，Yantai264003，China)Abstract:3，4 dihydronaphthalen 1(2H)one derivatives have been reported to have potential antitumor activity andapplicationIn this thesis，two phenylbridged 3，4dihydronaphthalen1(2H)one compounds(1 1)and(2 2)were synthesized byClaisenSchmidt condensation reaction of mphenylenedicarboxaldehyde，7methoxy3，4dihydronaphthalen1(2H)one and 7fluoro3，4dihydronaphthalen1(2H)oneTheir structures were characterized by NM，I and HMSThe cytotoxicity andantihepatoma activity of both compounds against hepatocellular carcinoma cells HepG2，SMMC7721，QGY7703 and normalhepatocytes HHL 5 was evaluated by MTT method The inhibitory effect of the compounds on LPS induced release ofinflammatory cytokines TNF and IL6 in AW2647 cells was evaluated by ELISACompared with the positive control drug，both compounds showed better antihepatoma activity，especially the fluorinesubstituted compound 2 2 reached an IC50value of202 mol/L against HepG2，was less toxic to normal cells HHL5，and effectively inhibited the release of inflammatory cytokinesTNF and IL6 in LPSinduced AW2647 cells，showing better antiinflammatory activityThis study provides a strongmaterial for the development of efficient and lowtoxic antihepatoma drugsKey words:Nmethyl4piperidinone;spectroscopic methods;antihepatoma activity;cytotoxicity;antiinflammatory，不饱和酮是创新药物中常见的官能团，因其特殊的结构和活性被广泛应用于创新药物领域1。天然产物姜黄素(Curcumin，图 1)及其衍生物因具有两个，不饱和酮药效团，可与肿瘤细胞中巯基化合物发生连续两次烷基化反应而发挥了抗肿瘤作用2，但因其稳定性差、生物利用度低、假阳性等问题，限制了其临床应用3。为了提高其生物活性和生物利用度，以姜黄素为基础的结构改造、修饰及其药物制剂研究，成为当前的研究热点46。如姜黄素中，不饱和酮可以通过 N取代4哌啶酮官能团来代替，改造后得到 3，5二芳亚甲基4哌啶酮(EF24 和 BAP6d，图 1)，表现出显著的水溶性、抗肿瘤活性和抗炎活性78;分别将 3，4二氢苯并 b 氧杂艹卓5(2H)酮、7甲氧基3，4二氢萘1(2H)酮与芳醛通过 ClaisenSchmidt 缩合反应得到含有，不 饱 和 酮 药 效 团 的 苯 并b 氧 杂艹卓衍 生 物(Benzoxepane derivatives，10i)和新型苯亚甲基3，4二氢萘1(2H)酮 衍 生 物(3，4 Dihydronaphthalen 1(2H)onederivative，DHN 6m，图 1)其中 10i 可以通过抑制 PKM2 介导的糖酵解及 NLP3 的激活发挥抗炎作用9;DHN 6m 可以通过抑制 NFB 活化发挥抗神经炎症和抗肝癌活性，但是抗炎和抗肿瘤活性有待进一步提升10。本团队还发现 3，4二氢萘1(2H)酮的结构改造对于提升其生物活性是有利的，因此，本论文通过双取代的苯甲醛与3，4二氢萘1(2H)酮发生 ClaisenSchmidt 缩合反应得到目标化合物1 1 和2 2(图 2)，并通过 NM、FTI、元素分析等手段表征。采用 MTT 法，评价其对 3 种肝癌细胞(HepG2、SMMC7721、QGY7703)和 1 种正常肝细胞(HHL5)的细胞毒性，期望得到双，不饱和酮和双活性基团的创新型候选药物。1刘淑莲，等:3，4二氢萘1(2H)酮衍生物的合成及其生物活性评价DOI:10.19319/ki.issn.1008-021x.2023.03.067山东化工图 1文献报道含有，不饱和酮的化合物图 2化合物1 1 和2 2 的合成与结构1实验部分11主要仪器与试剂MidI FTI 型红外光谱仪、240c 型元素分析仪(美国Perkin Elmer 公司);Bruker 600 核磁共振仪(德国 Bruker 公司)。间苯二甲醛、7氟3，4二氢萘1(2H)酮、7甲氧基3，4二氢萘1(2H)酮、醋酸、盐酸、乙酸乙酯、氢氧化钠、石油醚、甲醇(分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司)。12化合物的合成化合物1 1 的合成:在 50 mL 的两口烧瓶中，将 1 34 g(100 mmol)间苯二甲醛和 387 g(220 mmol)7甲氧基3，4二氢萘1(2H)酮溶于 30 mL 无水乙醇中，磁力搅拌下缓慢加入 50 mL(20%)NaOH 溶液，在常温条件下持续搅拌 24 h，薄层色谱跟踪(V(二氯甲烷)V(石油醚)=1 1)检测反应进程。反应结束后，抽滤，用 20%的乙醇溶液洗涤沉淀 3 次，滤饼用无水乙醇重结晶得到 306 g 浅黄色的目标产物1 1，产率 682%，mp18871902。I(KBr)，cm1:3 089(m)，3 009(m)，2 973(m)，2 834(m)，1 660(s)，1 595(s)，1 492(s)，1 422(s)，1 251(s)，873(s)，832(s)，759(s)，744(s)。1H NM(CDCl3，600 MHz)，:785(s，2H)，762(d，J=28 Hz，2H)，744(t，J=26 Hz，2H)，717(d，J=39 Hz，4H)，706(d，J=28 Hz，2H)，386(s，6H)，310(td，J=65，17 Hz，4H)，290(td，J=65，17 Hz，4H)。13C NM(DMSO，150 MHz)，:18771，15873，13616，13608，13603，13593，13419，13104，12984，12951，12863，12167，11036，5559，2806，2747。元素分析，C30H28O4，实测值(计算值)，%:C 7959(7962);H 623(624)。化合物2 2 的合成:于 50 mL 的两口烧瓶中，将 1 34 g(100 mmol)间苯二甲醛和 361 g(220 mmol)7氟3，4二氢萘1(2H)酮溶于 30mL 无水乙醇中，磁力搅拌下缓慢加入50 mL(20%)NaOH 溶液，常温搅拌 24 h，薄层色谱跟踪(V(石油醚)V(乙酸乙酯)=5 1)检测反应进程。反应结束后，抽滤，所得固体用硅胶柱层析纯化(V(石油醚)V(乙酸乙酯)=5 1)，得 1 56 g 浅黄色固体2 2，产率 37 5%，m p 189 1 1912。I(KBr)，cm1:3 080(m)，3 023(m)，2 929(m)，1 665(s)，1 586(s)，1 490(s)，1 422(s)，1 251(s)，1 240(s)，883(s)，809(s)，743(s)。1H NM(CDCl3，600 MHz)，:789(s，2H)，780(dd，J=91，27 Hz，2H)，750(m，2H)，743(m，2H)，725(m，2H)，721(td，J=82，28 Hz，2H)，313(td，J=64，17 Hz，4H)，294(td，J=64，17 Hz，4H)。13C NM(DMSO，150 MHz)，:186 82，161 91(d，J=2459 Hz)，13888(d，J=31 Hz)，13664，13599，13537，13497(d，J=68 Hz)，13110，13007(d，J=75 Hz)，13002，12874，12067(d，J=222 Hz)，11424(d，J=222 Hz)，2812，2722。元素分析，C28H22F2O2，实测值(计算值)，%:C 7841(7849);H 516(518)。13抗肿瘤活性测试选用 3 种肝癌细胞(包含 HepG2、SMMC7721、QGY7703)和 1 种正常肝细胞(HHL5)。采用 MTT 法，将 1104/100 L细胞接种在 96 孔板中，于 37 细胞培养箱内培养 24 h，然后加入 20 L 不同浓度(200，100，10，1，01，001 g/mL)的化合物1 1或2 2，培养 48 h 后往其中加入 10 L MTT 溶液，继续孵育 4 h，然后用多功能酶标仪检测其吸光度(OD 值)，根据测得的 OD 值计算候选药物的 IC50值。该实验以姜黄素和阿霉素(DOX)为药性 对 照 药，实 验 质 量 浓 度 分 别 为 200，20，2 0，0 20，0020 g/mL。2结果与讨论21化合物合成与结构分析本文以 7甲氧基或 7氟取代的 3，4二氢萘1(2H)酮以及间苯二甲醛为原料，通过 ClaisenSchmidt 缩合反应制备得到两种双，不饱和酮和双活性基团的候选化合物1 1 和2 2。文献报道显示，干燥的 HCl 气体或稀 NaOH 溶液可以作为该缩合反应的催化剂8。为了弘扬“绿色化学”理念，本文选用(20%)NaOH 溶液为催化剂，实验操作简便、产率适中，在常温常压下反应即可。本文得到的化合物的结构通过如下表征。如图 3A 和 3B，化合物1 1 和2 2 的1H NM 数据显示，785，788 ppm 处的单峰分别为化合物中，不饱和酮(CH=CC=O)上的质子氢;386 ppm处的单峰对应化合物1 1 中OCH3上的三个质子氢;310，290 ppm(1 1)和 313，294 ppm(2 2)处的两组 td 峰，属于3，4二氢萘1(2H)酮基团中两组亚甲基的质子氢，因为化学环境的不同，导致这两组氢分裂为 td 峰，如化合物1 1 中，耦合常数是 65，17 Hz;化合物2 2 中，耦合常数是 64，17 Hz。另外，7078 ppm 范围内的质子信号属于化合物芳香环上的质子氢。如图 3C 和 3D，化合物1 1 和2 2 的13C NM 数据显示，18771和 18682 ppm 处的单峰，分别对应化合物C=O 的碳原子。2806，2747 ppm 和 2812，2722 ppm 处的两组信号，对应化合物中环境不同的两个亚甲基碳原子。在图 3C 中，5559 ppm对应化合物1 1 中 7甲氧基的碳原子。15873 ppm 处的信号对应化合物 1 中与甲氧基相连的芳环碳原子。如图 3D 所示，化合物2 2 中氟原子与芳环碳原子的耦合反应，导致了碳信号的分裂，如 16191(d，J=2459 Hz)，13888(d，J=31 Hz)，13497(d，J=68 Hz)，13007(d，J=75 Hz)，12067(d，J=2222SHANDONG CHEMICAL INDUSTY2023 年第 52 卷第 3 期Hz)，114 24(d，J=22 2 Hz)。FT I 显 示，在 1 660，1 665 cm1处的强峰是因为两个化合物中，不饱和酮(CH=CC=O)的伸缩振动吸收形成的。另外，化合物的元素分析数据与计算结果吻合，进一步说明了结构的正确性。为了研究结构改造后化合物的溶解性能，本研究测试了两个化合物在水和常用有机溶剂中的溶解度。实验结果显示，这两个化合物在二甲基亚砜(DMSO)、N，N二甲基甲酰胺、二氯甲烷、甲醇、乙醇、丙酮中溶解度较姜黄素有了很大的改善，但在水中几乎不溶。因此，为便于进一步的生物活性实验，本研究采用适量的 DMSO 溶解再用缓冲溶液稀释后使用。图 3化合物1 1、2 2 的核磁共振氢谱和碳谱22抗肿瘤活性及细胞毒性分析化合物1 1 和化合物2 2 的抗肿瘤活性和细胞毒性如表 1 所示。表 1化合物1 1 和化合物2 2 的抗肿瘤活性和细胞毒性化合物HepG2IC50/(molL1)SIaSMMC7721IC50/(molL1)SIaQGY7703IC50/(molL1)SIaHHL5IC50/(molL1)1393 036518521 084390735 0182772034 3032202 0201219427 090577536 0294592462 152DOX221 072326189 062381212 017340721 105Curcumin1625 1291991922 1011682416 2171343227 321注:a 选择性系数，是化合物对正常肝细胞的 IC50值与癌细胞的 IC50值的比值。从表 1 数据可知，化合物1 1 和化合物2 2 对 HepG2、SMMC7721、QGY7703 等 3 种肝癌细胞均表现出较好的抗肝癌活性，其 IC50值均小于 10 mol/L。以 DOX 和 Curcumin 作为阳性对照，7甲氧基取代的双，不饱和酮化合物1 1 对 HePG2 的 IC50值为 393 mol/L，相对于正常肝细胞 HHL5 的选择性系数(SI)为 518;化合物1 1 对 SMMC7721 和 QGY7703 的抑制活性相对较弱一些，其 IC50值均大于 50 mol/L，SI4。相比而言，7氟取代的双，不饱和酮化合物2 2 对 HePG2 的 IC50值仅有202 mol/L，SI 值达到 1219，其抗肿瘤活性优于阳性对照 DOX和 Curcumin。对于另外两种肝癌细胞系，化合物2 2 也有较好的抗肝癌活性，实验测试所得的 IC50值为 427 mol/L(对于SMMC7721)和 536 mol/L(对于 QGY7703)，SI 值达到 577和 459。说明化合物 2 对实验的三种肝癌细胞系具有较好的抗肝癌活性，且细胞毒性较低。结构分析显示，化合物1 1 和2 2 均具有双 3，4二氢萘1(2H)酮和双，不饱和酮结构单元，而不同的取代基(如OMe 和F)对分子的抗肝癌活性影响较大，充分体现了取代基效应11。对于实验用的3 种肝癌细胞 HepG2、SMMC7721、QGY7703 而言，化合物2 2 的抗肝癌活性明显优于化合物1 1，说明氟原子对于抗肝癌活性有利。3刘淑莲，等:3，4二氢萘1(2H)酮衍生物的合成及其生物活性评价山东化工23抗炎活性分析为了测试化合物1 1 和2 2 的抗炎活性，本论文采用 MTT 法和ELISA 法测试了化合物对 AW2647 细胞的细胞毒性以及对LPS 诱导的 AW2647 细胞炎性因子(如 TNF、IL6)释放的抑制作用，以吡咯烷二硫代甲酸铵盐(PDTC)作为阳性对照，结果见表 2。从表 2 数据可知，化合物1 1 和2 2 对 AW2647 细胞的细胞存活性均大于 90%，说明在 5 mol/L 浓度下，两个化合物对实验用 AW2647 细胞无毒性作用。表 2化合物1 1 和化合物2 2 对 LPS 诱导的 AW2647 细胞的细胞存活率和抗炎活性化合物AW2647 细胞的存活率/%化合物(5 mol/L)+LPS(1 g/mL)的抑制率/%TNFIL61935 32627025845154482921 2269263216030220LPS00PDTC(30 mol/L)67353295912294TNF、IL6 是活化的 AW2647 巨噬细胞普遍分泌的促炎症细胞因子12。30 mol/L PDTC 处理的细胞与单独用 LPS处理的细胞相比，细胞中 TNF、IL6 分泌被抑制了约 6735%和 5912%。而当用50 mol/L 的化合物处理时，7甲氧基取代的化合物1 1 表现出一定的抑制活性，对 TNF、IL6 的抑制率分别为 6270%，4515%，这两个抑制率略低于阳性对照 PDTC。有趣的是，7氟取代的化合物 2 表现出明显高于 PDTC 和化合物1 1 的抗炎活性，对炎性因子(如 TNF、IL6)的抑制率分别为 6926%，6030%。说明化合物2 2 具有较好的抗炎活性，其抗炎活性与文献报道的类似化合物相当10。这可能是因为化合物2 2 氟原子更容易如细胞活性蛋白或受体之间通过氢键作用结合，导致更加优越的抗炎活性引起的1314。3结论通过 ClaisenSchmidt 缩合反应得到 2 个双，不饱和酮取代的 3，4二氢萘1(2H)酮衍生物1 1、2 2，并通过多种光谱手段进行了结构表征。MTT 法评价了其对 HepG2、SMMC7721、QGY7703 等肝癌细胞的抑制活性和对正常肝细胞 HHL5 的毒性，ELISA 法评价了其对 LPS 诱导的 AW2647 细胞炎性因子 TNF、IL6 释放的抑制作用。结果显示，氟取代的双 3，4二氢萘1(2H)酮衍生物(2 2)抑制活性高于甲氧基取代的双 3，4二氢萘1(2H)酮衍生物(1 1)，特别是2 2 对 HePG2 的 IC50值达到 202 mol/L，SI 值 1219，且对实验细胞中 TNF、IL6 释放的抑制作用优于阳性对照 PDTC，表现出较好的抗肝癌和抗炎活性。本研究为开发高效低毒的抗肝癌候选药物提供了有利素材。参考文献 1 ELSUBBAGH H I，ABUZAID S M，MAHAN M A，et alSynthesis and biological evaluation of certain alpha，beta unsaturated ketones and their corresponding fused pyridinesas antiviral and cytotoxic agentsJ Journal of MedicinalChemistry，2000，43(15):29152921 2崔明花，付二花，林贞花，等姜黄素抗肿瘤药理作用的研究进展 J 中国临床药理学杂志，2021，37(2):186188 3NELSON K M，DAHLIN J L，BISSON J，et alThe essentialmedicinal chemistry of curcuminJ Journal of MedicinalChemistry，2017，60(5):16201637 4 SUN Y，GAO Z F，YAN W B，et alDiscovery of novel NFBinhibitor based on scaffold hopping:1，4，5，6，7，8 hexahydropyrido 4，3dpyrimidineJ European Journal ofMedicinal Chemistry，2020，198:112366 5ZHU H，XU T，QIU C，et alSynthesis and optimization ofnovel allylated monocarbonyl analogs of curcumin(MACs)act as potent antiinflammatory agents against LPSinducedacute lung injury(ALI)in ratsJ European Journal ofMedicinal Chemistry，2016，121:181193 6 刘梅，陈琴，李宁，等两个，不饱和酮药物的合成与活性研究 J 山东化工，2016，45(7):45+9 7 YIN D L，LIANG Y J，ZHENG T S，et alEF24 inhibits tumorgrowth and metastasis via suppressing NFkappaB dependentpathwaysinhumancholangiocarcinoma J Scientificeports，2016，6:32167 8 LI N，XIN W Y，YAO B，et alNovel dissymmetric 3，5bis(arylidene)4piperidones as potential antitumor agents withbiological evaluation in vitro and in vivo J European Journalof Medicinal Chemistry，2018，147:2133 9GAO C L，HOU G G，LIU J，et al Synthesis and targetidentification of benzoxepane derivatives as potential antineuroinflammatoryagentsforischemicstroke J Angewandte Chemie International Edition，2020，59:24292439 10 SUN Y，ZHOU Y Q，LIU Y K，et alPotential antineuroinflammatoryNF Binhibitorsbasedon3，4 dihydronaphthalen1(2H)one derivativesJ Journal ofEnzyme Inhibition and Medicinal Chemistry，2020，35(1):16311640 11王晗光，刘晓强，田之悦，等 吡啶与苄基溴衍生物Menschutkin 反应的溶剂和取代基效应的理论研究J 化学研究与应用，2021(7):13121320 12 王立楠，李艳宁，刘建，等结核分枝杆菌 H37a 感染的THP1 细胞 TGF1，Smad2，Smad3，TNF，IL6 mNA表达变化 J 山东医药，2022，62(3):4449 13 桑鹏，邹建卫，许林，等氟在药物设计与开发中的应用 J 化学通报，2009(11):973978 14 田忠贞，李冬梅苯并咪唑并苯并异喹啉酮腙类衍生物的合成及用于氟离子检测 J 山东化工，2021，50(15):56(本文文献格式:刘淑莲，刘连栋，侯云，等3，4二氢萘1(2H)酮衍生物的合成及其生物活性评价 J 山东化工，2023，52(3):14)4SHANDONG CHEMICAL INDUSTY2023 年第 52 卷