一种氮杂卓吲哚类生物碱及制备和抗疟疾用途

摘要

本发明提供一种氮杂卓吲哚类生物碱及制备和抗疟疾用途，本发明利用色胺和裂环马钱子碱起始原料，通过异胡豆苷合成酶和磷酸催化、化学法修饰后得到二个非对映异构体。本发明通过简单酶化学反应和纯化方法，合成了两个氮杂卓吲哚类生物碱的非对映异构体，研究表明此类化合物及其可药用盐具有突出的抗疟疾活性，可在制备抗疟疾药物中进行应用。两个化合物具有以下结构式：

说明书

发明领域

本发明属药物化学和药理学领域，涉及一种氮杂卓吲哚类生物碱及酶化学法制备，以及该类化合物在制备抗疟疾药物中的应用。

发明背景

不对称Pictet-Spengler(PS)反应是构建具有手性中心的吲哚生物碱的重要方法之一，但是该不对称性往往依赖于结构复杂，价格高昂，还需要配体结合的金属催化剂。异胡豆苷合成酶(Strictosidine Synthase,STR1)是一种能催化Pictet-Spengler(PS)反应的酶，同时是高等植物中单萜吲哚类生物碱生物合成的重要酶之一，具有高效、绿色、高选择性等特点。尽管STR1的酶化学具有多个优势，但是其严格的底物适应性要求限制了其在单萜吲哚生物碱的仿生合成中的应用。探索能被STR1接受并催化的新底物具有重要价值，也是发现新结构母核生物碱的有效途径，并且新母核结构的生物碱有希望被发现具有更优秀的生物活性或全新作用靶点。

氮杂卓吲哚类化合物已有文献报道其合成方法，但合成方法绝大部分没有手性选择性，包括一个无立体选择性的PS方法。因此，不对称的Pictet-Spengler(PS)反应是构建具有手性的氮杂卓吲哚类化合物的一个有效方法。目前，已有氮杂卓吲哚类化合物被发现具有多巴胺受体结合活性，这一类母核结构具有潜在的生物活性。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮杂卓吲哚类生物碱，具有以下式(I)结构通式:

优选的式(I)化合物是：

I-a:(15R，15aS，16aS)-15-乙基-4，5，15，15a，16，16a-六氢苯并[4，5]咪唑并[1，2-b]吲哚[3'，4'：3，4，5]氮杂并[2，1-g][2，7]萘啶-7-(18H)-酮

I-b:(15R，15aS，16aR)-15-乙基-4，5，15，15a，16，16a-六氢苯并[4，5]咪唑并[1，2-b]吲哚[3'，4'：3，4，5]氮杂并[2，1-g][2，7]萘啶-7-(18H)-酮I-3:(R)-11-乙基-4，5，12，12a-四氢吲哚并[3'，4'：3，4，5]氮杂卓[1，2-b][2，7]萘啶-7(14H)-酮

本发明的另一目的是提供一种氮杂卓吲哚类生物碱的制备方法，通过以下方案实现：

I-a：2-(1H-吲哚-4-基)乙胺(II)与裂环马钱子碱(III)在STR1酶催化下26摄氏度孵育12小时，得到氮杂卓类异胡豆苷(VI),氮杂卓类异胡豆苷(VI)在Na₂CO₃碱性条件下70℃加热下内酰胺化制得化合物(V)，然后用H₂、10％Pd/C室温下还原化合物V制得化合物VI，化合物VI在葡萄糖苷酶的水解下得到化合物VII，化合物VII与邻苯二胺在LiBr的催化下在硝基甲烷中回流到化合物I-a；

I-b：2-(1H-吲哚-4-基)乙胺(II)与裂环马钱子碱(III)在KPi缓冲液中加热70℃缩合得到氮杂卓类喜果苷(VIII),氮杂卓类喜果苷(VIII)在Na₂CO₃碱性条件下70℃加热，得化合物IX，然后用H₂、10％Pd/C室温下还原化合物IX制得化合物X，化合物X在葡萄糖苷酶的水解下得到化合物XI，化合物XI与邻苯二胺在LiBr催化下在硝基甲烷中回流到化合物I-b。

反应合成式为：

本发明的又一目的是提供氮杂卓吲哚类生物碱在制备抗疟疾药物中的应用。体外药理实验表明，氮杂卓吲哚类生物碱I-a和I-b及其可药用盐具有体外抗疟疾活性。

本发明利用STR1催化法和化学的磷酸催化法立体选择性地得到一对氮杂卓吲哚类异胡豆苷对应异构体，并通过后续的结构修饰，提供一种具有结构母核全新的手性的氮杂卓吲哚类生物碱。经实验证明，本发明提供的化合物I-a和I-b及其可要用的盐的抗疟疾活性的IC₅₀分别达3.4μM和6.1μM，具有显著的抗疟疾活性，可在制备抗疟疾药物中的应用。本发明提供的氮杂卓吲哚类生物碱化合物也是第一次被发现具有抗疟疾活性。

具体实施方式

下面通过具体的实施例进一步说明本发明。下述实施例给出了代表性化合物的合成及相关结构鉴定数据。必须说明，下述实施例是用于说明本发明而不是对本发明的限制。根据本发明的实质对本发明进行的简单改进都属于本发明要求保护的范围。

实施例1：氮杂卓吲哚类异胡豆苷(IV)的制备

将化合物II(0.4g,2.5mmol)和化合物III(1.1g,2.5mmol)分别溶解在KPi(50mM,pH＝7.0,200ml)，加入STR1 5mg，在26℃下孵育12h，反应完成后，不经纯化，直接用于实施例2的反应。

实施例2：(10S，11R，11aS，12aR)-10-(((2S，3R，4S，5S，6R)-3，4，5-三羟基-6-(羟甲基)四氢-2H-吡喃-2-基)氧基)-11-乙烯基10，11，11a，12，12A，14六氢-4H-吡喃并[4”，3”：4'，5']吡啶并[1'，2'：1,2]氮杂并[3，4，5-cd]吲哚-7(5H)-酮(V)的制备。

往实施例1的反应液加入5％碳酸钠溶液(500ml)混合得到混悬液，在70℃下反应2小时，待反应完成后，减压蒸馏除去溶剂，快速柱层析，得到黄色固体4,14g，收率86％。¹HNMR(500MHz,CD₃OD):δ7.35(1H,d,J＝2.0Hz),7.21(1H,d,J＝8.0Hz),7.18(1H,d,J＝1.5Hz),7.03(1H,t,J＝8.0Hz),6.84(1H,d,J＝8.0Hz),5.64(1H,dt,J＝17.0,10.0Hz),5.39(1H,d,J＝2.0Hz),5.36(1H,dd,J＝17.0,2.0Hz),5.29(1H,dd,J＝10.0,2.0Hz),4.98(1H,d,J＝5.0Hz),4.76(1H,dt,J＝13.5,3.5Hz),4.58(1H,d,J＝8.0Hz),3.86(1H,dd,J＝12.0,2.0Hz),3.64(1H,dd,J＝12.0,6.0Hz),3.49(1H,m),3.07-3.26(6H,m),2.97(1H,dd,J＝8.5,6.0Hz),2.71(1H,ddd,J＝10.0,6.0,1.5Hz),2.43(1H,ddd,J＝13.5,4.0,1.5Hz),2.02(1H,d,J＝5.5Hz)；¹³C>3OD):δ164.2,147.0,137.8,133.1,132.3,124.8,121.3,119.2,118.9,118.8,115.8,108.7,107.6,99.3,96.9,76.8,76.5,72.9,69.9,61.2,57.9,48.9,43.2,33.2,28.3,23.3；HRMS(ESI):Calcd.for>34H₃₉N₂O₁₂[M+H]⁺m/z499.2080,Found>

实施例3：还原氮杂卓吲哚类内酰胺化异胡豆苷(VI)的制备

将化合物V(3.00g,6.00mmol)溶于50ml甲醇中，加入10％钯碳(300mg)室温下反应过夜，过滤除去钯碳，减压蒸馏除去溶剂，得到黄色固体2.98g,收率98％。

实施例4:还原氮杂卓吲哚类内酰胺化异胡豆苷苷元(VII)的制备

将化合物VI(900mg,1.8mmol)溶于pH 5.0的乙酸-乙酸钠缓冲液(100ml)，加入5.0mg葡萄糖苷酶，37℃孵育3天，然后用乙酸乙酯萃取(50ml×3)，收集有机相，快速柱层析，得到白色油状液体249mg，收率49％。

实施例5:(15R，15aS，16aR)-15-乙基-4，5，15，15a，16，16a-六氢苯并[4，5]咪唑并[1，2-b]吲哚[3'，4'：3，4，5]氮杂并[2，1-g][2，7]萘啶-7-(18H)-酮(I-a)的制备

将化合物VII(130mg)和邻苯二胺(84mg)溶于10ml硝基甲烷，加入一水溴化锂(71mg)，回流反应8小时。待反应完成后，用乙酸乙酯萃取(5mL×3)，减压蒸馏除去溶剂得粗产物，经柱层析得到白色固体46mg，收率48％。¹H>3):δ8.37(1H,s),8.20(1H,s),7.83(1H,d,J＝7.5Hz),7.35(2H,m),7.26(1H,d,J＝7.5Hz),7.21(1H,d,J＝1.0Hz),7.17(1H,d,J＝7.5Hz),7.00(1H,d,J＝7.5Hz),5.26(1H,dd,J＝11.0,3.5Hz),4.71(1H,dd,J＝11.0,5.5Hz),3.56(2H,m),3.33(1H,m),3.11(1H,tt,J＝13.0,3.5Hz),3.05(1H,d,J＝13.0Hz),2.77(1H,dt,J＝13.0,3.5Hz),2.57(1H,br),2.14(1H,tq,J＝7.0,2.5Hz),1.99(1H,m),1.23(1H,t,J＝7.5Hz)；¹³C>3):δ163.2,152.2,136.0,133.8,125.3,124.0,122.4,120.4,119.6,118.2,109.1,108.7,99.9,56.7,46.8,40.2,38.3,35.5,32.8,20.2,9.7；HRMS(ESI):Calcd.for>26H₂₅N₄O[M+H]⁺m/z>

实施例6：氮杂卓吲哚类喜果苷(VIII)的制备

将化合物II(0.4g,2.5mmol)和化合物III(1.1g,2.5mmol)分别溶解在KPi(50mM,pH＝7.0,200ml)，在70℃下搅拌3h，反应完成后，不经纯化，直接用于实施例7的反应。

实施例7：(10S，11R，11aS，12aS)-10-(((2S，3R，4S，5S，6R)-3，4，5-三羟基-6-(羟甲基)四氢-2H-吡喃-2-基)氧基)-11-乙烯基10，11，11a，12，12A，14六氢-4H-吡喃并[4”，3”：4'，5']吡啶并[1'，2'：1,2]氮杂并[3，4，5-cd]吲哚-7(5H)-酮(IX)的制备。

往实施例6的反应液加入5％碳酸钠溶液(500ml)混合得到混悬液，在70℃下反应2小时，待反应完成后，减压蒸馏除去溶剂，快速柱层析，得到黄色固体4,14g，收率86％。¹HNMR(500MHz,CD₃OD):δ7.38(1H,d,J＝2.0Hz),7.18(1H,s),7.17(1H,d,J＝8.0Hz),7.00(1H,t,J＝8.0Hz),6.81(1H,d,J＝8.0Hz),5.54(1H,dt,J＝17.0,10.5Hz),5.47(1H,d,J＝1.5Hz),5.27(1H,dd,J＝17.0,1.5Hz),5.17(1H,dd,J＝10.0,1.5Hz),5.16(1H,d,J＝10.0Hz),4.68(1H,d,J＝8.0Hz),4.46(1H,dd,J＝8.0,4.0Hz),3.89(1H,dd,J＝12.0,1.5Hz),3.67(1H,dd,J＝12.0,5.5Hz),3.17-3.42(8H,m),2.70(1H,ddd,J＝9.5,5.5,1.5Hz),2.36(1H,dt,J＝13.0,4.0Hz),1.61(1H,dd,J＝13.5,5.5Hz)；¹³C>3OD):δ165.6,146.7,136.3,132.8,132.5,123.5,121.0,120.9,118.8,118.0,117.0,108.5,108.4,98.2,96.0,76.9,76.5,73.4,70.1,61.2,57.2,46.6,43.2,35.9,35.3,25.8；HRMS(ESI):Calcd.for>34H₃₉N₂O₁₂[M+H]⁺m/z 499.2080,Found>

实施例8:(15R，15aS，16aS)-15-乙基-4，5，15，15a，16，16a-六氢苯并[4，5]咪唑并[1，2-b]吲哚[3'，4'：3，4，5]氮杂并[2，1-g][2，7]萘啶-7-(18H)-酮(I-b)的制备

操作过程参见实施例3，4，5，只是用化合物IX代替V，得到淡黄色固体，总产率26％。¹H>3):δ8.29(1H,s),8.13(1H,d,J＝3.0Hz),7.75(1H,m),7.42(1H,m),7.27(1H,m),7.25(1H,d,J＝7.5Hz),7.17(1H,d,J＝7.5Hz),7.09(1H,t,J＝2.0Hz),7.01(1H,d,J＝7.5Hz),5.09(1H,d,J＝4.5Hz),4.98(1H,dt,J＝13.5,3.0Hz),3.81(1H,m),3.25(3H,m),3.09(1H,dq,J＝14.0,3.5Hz),2.88(1H,m),2.61(1H,dq,J＝7.0,3.0Hz),2.28(1H,td,J＝13.0,5.0Hz),2.15(1H,m),1.19(1H,t,J＝7.5Hz)；¹³C>3):δ162.0,152.4,143.1,137.3,133.4,132.4,125.4,124.9,123.5,123.2,122.7,120.5,119.7,118.1,117.2,116.3,108.9,108.8,57.7,49.4,40.0,33.3,30.6,30.4,19.5,9.4.HRMS(ESI):Calcd.for>26H₂₅N₄O[M+H]⁺m/z>

为了更好地理解本发明的实质，下面通过药理实施例进一步说明本发明。药理实施例给出了代表性化合物的部分活性数据。必须说明，下述药理实施例是用于说明本发明而不是对本发明的限制，根据本发明的实质对本发明进行的简单改进都属于本发明要求保护的范围。

实施例9:抗疟疾生物活性测试方法：

恶性疟原虫3D7离体培养：

将恶性疟原虫3D7转移至3％血细胞比容A型人红细胞中(含有25mM HEPES，24mMNaHCO₃和0.03％L-谷氨酰胺的RPMI1640)，在3.0％CO₂和5％O₂的37℃下培养，此外，往培养基中补充有0.4％葡萄糖，20μg/ml次黄嘌呤，24μg/ml庆大霉素和0.25％AlbuMax>

测定氮杂卓吲哚类生物碱对恶性疟原虫3D7的体外抗增殖作用：

将100μL的0.3％寄生的红细胞和2％的血细胞比容分配到96孔板中。暴露于测试样品72小时后，将板在-70℃下冷冻过夜，然后在室温下解冻至少4小时。为评估LDH活性，150μL新鲜制备的反应混合物(166mM乳酸钠，166μM3-乙酰基吡啶腺嘌呤二核苷酸，208μM硝基蓝四唑氯化物，150μg/mL心肌黄酶(22.5U/mL)，0.8％加入吐温20,116mM Tris-HCl，pH8.0)。摇动平板以确保混合，并在室温下孵育10分钟后在平板读数器(PerkinElmer)中监测650nm处的吸光度。化合物I-a和I-b的抗疟疾活性的IC₅₀分别达3.4μM和6.1μM。