β-氨基酮及L-酪氨酸衍生物的设计、合成及抗糖尿病活性初步研究

摘要

糖尿病(Diabetes Mellitus,DM)是一种以高血糖为主要特征、严重危害健康的内分泌代谢疾病,是世界上第三大非传染性慢性疾病。中国糖尿病患者总数已居世界第二位,仅次于印度。糖尿病作为一种严重的非传染性慢性疾病,已成为世界各国关注的重大公共卫生问题。研发新型抗糖尿病药物已是迫不及待的任务。某些β-氨基酮类化合物具有止咳、抗菌、抗炎、抗癌、抗病毒、镇静、止痛、降压、抑制水肿、抗凝血、抗结核、抗雄激素、碳酸酐酶抑制活性等多种生物活性。本研究室首次将β-氨基酮型Mannich碱用于抗糖尿病活性研究,发现某些化合物具有很好的抑制α-葡萄糖苷酶、激活过氧化物酶体增殖物激活受体反应元件(PPRE)、胰岛素增敏及抑制蛋白质酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)等生物活性。
　　本文在前期研究工作的基础上,根据药物设计原理,结合生物活性实验结果,设计并合成了以下6个系列的β-氨基酮型Mannich碱(TM-1- TM-6),化学结构如下:本文首次将磺胺、磺胺甲噁唑等结构单元引入三芳基β-氨基酮型Mannich碱分子之中,结合文献报道的类似物合成方法,对该类化合物的合成进行了方法学研究,探索出了该类化合物的最佳合成条件和合成通法。在乙醇或乙醇/氯仿溶剂中,以浓盐酸为催化剂,室温反应20h-96h,可以直接生成目标化合物,收率为30.7％-97.5％。合成了88个目标化合物,其中86个为未见文献报道的新物质;所有化合物的结构经1H NMR、13C NMR、ESI MS确证,部分产物还经过IR和HR MS确证。噻唑烷二酮(thiazolidinedione,TZD)类药物是目前治疗Ⅱ型糖尿病的主要药物之一。但研究发现仅S-构型的TZDs药物能与PPARγ高亲和力地结合,而在生理条件下TZDs化合物倾向以外消旋体的形式存在,这表明TZDs化合物只有50％能与PPARγ靶标结合。L-酪氨酸具有天然、稳定的S-构型,L-酪氨酸衍生物是迄今为止发现的活性最强的PPARγ合成激动剂。我们选取L-酪氨酸为起始原料,保留酪氨酸衍生物的基本药效结构,根据药物设计原理,对其亲脂性部分进行一些改造,并研究羧基酯化、成盐、游离对生物活性的影响,设计了两类L-酪氨酸衍生物(TM-7-TM-12),化学结构如下:以L-酪氨酸为起始原料,经羧基甲酯化、α-氨基保护、酚羟基烃基化、脱去氨基保护基,再与Fmoc-AA-OH偶联制备A类目标分子(2S)-2-(2-((9H-芴甲氧基)羰基氨基)-2-烃基乙酰氨基)-3-(4-丁氧苯基)丙酸甲酯(TM-7),5步反应总收率为38.4％-69.2％;以L-酪氨酸为起始原料,经羧基甲酯化、α-氨基修饰、酚羟基溴乙基化,再与胺发生亲核取代制备B类目标分子(2S)-2-烃基酰胺基-3-{4-[(烃胺基)乙氧基]苯基}丙酸甲酯(TM-10),4步反应总收率为18.9％-57.4％。TM-7和TM-10经水解即得到目标化合物TM-8和TM-11,再将羧基游离即得目标化合物TM-9和TM-12。合成得到10个中间体(其中4个为新物质)、72个未见文献报道的目标分子。多数反应操作简便、收率较高,具有一定绿色化学特性。所有目标化合物的结构都得到1H NMR验证,部分产物还经过13C NMR、ESI MS和HR MS确证。进行了β-氨基酮型Mannich碱的生物活性测试。(1)α-葡萄糖苷酶抑制活性筛选实验发现,8个化合物(1e、1g、4b、4h、4k、5d、5e、5n)的α-葡萄糖苷酶抑制活性达到了50％-79.7％(10μg·mL-1),是10倍浓度阿卡波糖活性(74.1％,100μg·mL-1)的50％以上,其中化合物5e的活性最好,其α-葡萄糖苷酶的抑制活性达到了79.7％(IC502.92μg·mL-1)。(2)PPAR反应元件(PPRE)激动活性筛选发现,有11个化合物(2d、2i、2j、3b、3e、3f、3i、3k、3m、3p、4n)的PPRE激动活性达到了20倍浓度罗格列酮的50％以上(其中化合物2j达到了20倍浓度罗格列酮的86.7％);5个化合物(2c、4d、4f、4m、4o)的PPRE激动活性达到了10倍浓度罗格列酮的50％以上(10μg·mL-1时,化合物4m活性为135.5％)。(3)胰岛素增敏活性测得有4个化合物(1a、1d、1f、1k)的胰岛素增敏活性(241.7％-129.2％,10μg·mL-1)远远超过了10倍浓度罗格列酮的活性(100％,100μg·mL-1);还有7个化合物(5i、5l、6g、6h、6j、6l、6m)的活性达到了10倍浓度的罗格列酮胰岛素增敏活性的60％以上。(4)蛋白质酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)抑制活性筛选,测得化合物4k的活性为74.6％,达到了10倍浓度对照药(钒酸钠)的80％;化合物3d、4l的相对活性也达到了10倍浓度对照药(钒酸钠)的40％以上。L-酪氨酸为结构母核的目标化合物(TM-7-TM-12)的生物活性测试正在进行之中,目前还未得到相关数据。
　　本文共合成了160个目标化合物,其中162个为新化合物(含4个中间体)。测试了β-氨基酮型Mannich碱的抗糖尿病活性,初步讨论了它们的结构——活性关系。本文为寻找高效、低毒的抗糖尿病药物提供了新的方向。

目录

英文缩略词表

摘要

ABSTRACT

第1章 文献综述

1.1 糖尿病概述

1.2 PPAR激动剂的研究进展

1.2.1 PPARα激动剂的研究进展

1.2.2 PPARγ激动剂的研究进展

1.2.3 PPARα/γ双重激动剂的研究进展

1.3 α-葡萄糖苷酶抑制剂的研究进展

1.3.1 上市药物

1.4 蛋白质酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)抑制剂研究进展

1.4.1 基于天然产物的抑制剂

1.4.2 合成抑制剂

1.5 课题的目的和意义

第2章 β氨基酮类化合物的设计、合成

2.1 前言

2.1.1 课题设计思想

2.1.2 目标分子设计

2.1.3 合成路线设计

2.2 目标化合物的合成

2.2.1 试剂与仪器

2.2.2 目标化合物一般合成方法

2.2.3 实验结果

2.2.4 讨论

附录Ⅰ 波谱数据(1)

第3章 L-酪氨酸衍生物的设计、合成

3.1 前言

3.1.1 课题设计思想

3.1.2 目标分子设计

3.1.3 合成路线设计

3.2 实验内容

3.2.1 试剂

3.2.2 目标化合物的合成

3.3 结果与讨论

3.3.1 L-Tyr-OCH_3·HCl(M-1)的合成结果与讨论

3.3.2 L-Boc-Tyr-OCH_3 (M-2)的合成结果与讨论

3.3.3 L-Boc-Tyr(n-Bu)-OCH_3(M-3)的合成结果与讨论

3.3.4 L-Tyr(n-Bu)-OCH_3·HCl(M-4)的合成结果与讨论

3.3.5 L-Z-Tyr-OCH_3(M-5-1)的合成结果与讨论

3.3.6 N-PhCH=CHCO-Tyr-OCH_3(M-5-2)的合成结果与讨论

3.3.7 L-Boc-Tyr(CH_2CH_2Br)-OCH_3(M-6-1)的合成结果与讨论

3.3.8 L-Z-Tyr(CH_2CH_2Br)-OCH_3(M-6-2)的合成结果与讨论

3.3.9 N-PhCH=CHCO-L-Tyr(CH_2CH_2Br)-OCH_3(M-6-3)的合成结果与讨论

3.3.10 1-苄基哌嗪的合成结果与讨论

3.3.11 (2S)-2-(2-((9H-芴甲氧基)羰基氨基)-2-烃基乙酰氨基)-3-(4-丁氧苯基)丙酸甲酯(TM-7)的合成结果与讨论

3.3.12 (2S)-2-(2-((9H-芴甲氧基)羰基氨基)-2-烃基乙酰氨基)-3-(4-丁氧苯基)丙酸锂(TM-8)的合成结果与讨论

3.3.13 (2S)-2-(2-((9H-芴甲氧基)羰基氨基)-2-烃基乙酰氨基)-3-(4-丁氧苯基)丙酸(TM-9)的合成结果与讨论

3.3.14 (2S)-2-烃基酰胺基-3-{4-[(烃胺基)乙氧基]苯基}丙酸甲酯(TM-10)的合成结果与讨论

3.3.15 (2S)-2-烃基酰胺基-3-{4-[(烃胺基)乙氧基]苯基}丙酸锂(TM-11)的合成结果与讨论

3.3.16 (2S)-2-烃基酰胺基-3-{4-[(烃胺基)乙氧基]苯基}丙酸(TM-12)的合成结果与讨论

3.3.17 波谱解析

附录Ⅱ 波谱数据(2)

第4章 目标化合物的生物活性研究

4.1 前言

4.2 α-葡萄糖苷酶抑制活性

4.2.1 实验原理

4.2.2 实验方法

4.2.3 实验结果

4.2.4 讨论

4.3 PPAR反应元件(PPRE)激动活性

4.3.1 实验原理

4.3.2 实验方法

4.3.3 实验结果

4.3.4 讨论

4.3 胰岛素增敏活性

4.3.1 实验原理

4.3.2 实验方法

4.3.3 实验结果

4.3.4 讨论

4.4 蛋白质酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)抑制活性

4.4.1 实验原理

4.4.2 实验方法

4.4.3 实验结果

4.4.4 讨论

4.5 其他生物活性

4.6 小结

第5章 结论与展望

参考文献

致谢

硕士研究生期间科研成果

谱图