具有抗癌活性的吲哚2,3‑a吡咯3,4‑c咔唑‑5,7‑二酮‑6‑缩氨基硫脲类化合物及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种具有抗癌活性的吲哚[2,3‑a]吡咯[3,4‑c]咔唑‑5,7‑二酮‑6‑缩氨基硫脲类化合物及其制备方法和应用。本发明的技术方案要点为：具有抗癌活性的吲哚[2,3‑a]吡咯[3,4‑c]咔唑‑5,7‑二酮‑6‑缩氨基硫脲类化合物，是以取代异硫氰酸酯类化合物R‑NCS和6‑氨基‑吲哚[2,3‑a]吡咯[3,4‑c]咔唑‑5,7‑二酮

说明书

技术领域

本发明属于具有抗癌活性的新化合物合成技术领域，具体涉及一种具有抗癌活性的吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮-6-缩氨基硫脲类化合物及其制备方法和应用。

背景技术

双吲哚马来酰亚胺衍生物是以Staurosporine为先导物设计的一类具有良好活性的生物碱，因为与吲哚咔唑类衍生物合成上的相关性，因此也被归入吲哚咔唑类化合物。吲哚咔唑核可以由相应的双吲哚马来酰亚胺化合物氧化或者光照关环得到，Arcyriaflavia的合成方程式如下^[1]。

吲哚并[2,3-a]咔唑类化合物最早从棍孢链霉菌Streptomyces staurosporeus的发酵液中分离得到，该天然生物碱被命名为星形孢菌素(staurosporine)。X单晶衍射分析表明其由吲哚[2,3-α]吡咯并[3,4-c]咔唑环，通过两个C-N键和一个氨基吡喃糖结合形成的，其结构式如下。1986年发现该生物碱具有抗真菌、抗高血压、抗肿瘤和抑制血小板聚集等作用^[2]，吲哚咔唑类化合物抗肿瘤活性作用靶点包括与细胞周期有关的多种激酶、细胞核拓扑异构酶(topoisomerase,Top)以及与肿瘤细胞生长或凋亡有关的酶等。现已知吲哚咔唑类化合物是拓扑异构酶的致毒剂,它对蛋白激酶(protein>

吲哚咔唑化合物在哺乳动物细胞中至少显示了三类作用方式：抑制蛋白激酶、抑制真核细胞DNA拓扑异构酶I以及与DNA嵌入式的结合。蛋白激酶是一个家族，包括多种酶，这些酶催化蛋白质氨基酸残基的磷酸化，在细胞内的任务是控制多种信号转导。经研究发现星形孢菌素既抑制蛋白激酶C，还抑制其他蛋白激酶，因此该化合物虽然高效但却是蛋白激酶的非特异性抑制剂。晶体结构显示星形孢菌素位于三磷酸腺苷(ATP)结合位点，任何一种吲哚咔唑抑制剂作用位点都是如此，在两个蛋白酶裂片的缝隙中吲哚咔唑占据了疏水的腺嘌呤结合袋，内酰胺基通过激酶的N-末端和C-末端区域形成两个氢键，处于船式构象且垂直于吲哚咔唑环的糖基在核糖结合位点内部形成了疏水连接和氢键。星形孢菌素与三磷酸腺苷(ATP)结合位点配合如此默契，致使星形孢菌素活性很高，但是相对而言其特异性较低^[3]。

DNA拓扑异构酶是治疗肿瘤和治疗细菌的靶标，其参与多种与DNA双链分开有关的细胞过程，如复制、翻译、重组和修复。雷别卡霉素能够在体外经由DNA拓扑异构酶Ⅰ诱导DNA裂解，从而导致细胞中毒而引起细胞凋亡^[4]。星形孢菌素则通过阻止从DNA向活性酪氨酸位点转移磷酸二酯键而抑制Top>[5]。通过与已经发现的激酶抑制剂结构种类的多样性相比，与DNA有显著结合或者是对拓扑异构酶Ⅰ起毒性作用的吲哚咔唑只有与雷别卡霉素类似的吲哚咔唑化合物。

由于此类吲哚咔唑化合物具有抗菌、抗病毒、抗高血压和抗肿瘤等许多生物活性。科研工作者从发现吲哚咔唑类生物碱开始就吸引了很多生物学家、化学工作者以及医药类公司的广泛兴趣，通过对天然产物分离、全合成以及对其衍生物的合成，该类化合物已超过一百多种。最多的就是抗肿瘤活性的研究，已经有文献报道的具有吲哚咔唑核结构的化合物，如雷别卡霉素类似物^[6]和星形孢菌素衍生物UCN-01、CEP-1347、NB-506、ED-571和JDC-108等^[7]。吲哚咔唑类化合物，尤其是星形孢菌素衍生物表现出不同的生物活性，包括降血压、抑制血小板聚集、抑制平滑肌收缩、激活巨噬细胞、阻止T淋巴细胞向有丝分裂原的增殖反应、抑制体外免疫、抑制破骨细胞质子泵、杀虫活性、逆转多药抗药性和神经保护等^[8]。

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发明内容

本发明的目的是提供了一种具有抗癌活性的吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮-6-缩氨基硫脲类化合物及其制备方法，是利用活性片段拼接的原理合成了一类新化合物，并对其生物活性进行分析，该类新化合物具有抗癌活性，能够用于制备抗癌药物。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：具有抗癌活性的吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮-6-缩氨基硫脲类化合物，其特征在于是以取代异硫氰酸酯类化合物R-NCS和6-氨基-吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮为原料制备而成的，其结构通式为：其中R为

本发明所述的具有抗癌活性的吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮-6-缩氨基硫脲类化合物的制备方法，其特征在于具体合成步骤为：在反应容器中先加入6-氨基-吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮和离子液体BMIM·BF₄，然后加入取代异硫氰酸酯类化合物，于85℃回流条件下反应，TLC跟踪，反应结束后晾至室温，减压蒸去溶剂，柱层析分离得到黄色固体吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮-6-缩氨基硫脲类化合物，具体反应方程式为：

其中取代异硫氰酸酯类化合物为以下所列结构中的一种：

进一步优选，所述的6-氨基-吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮与取代异硫氰酸酯类化合物的投料摩尔比为1:1.2。

进一步优选，所述的6-氨基-吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮是由以下方法制备而成的：

(1)2,3-二氯马来酐的合成

在反应容器中加入马来酐，冰浴条件下加入二氯亚砜，磁力搅拌均匀，用恒压滴液漏斗滴加吡啶，滴加完毕后，冰浴条件下继续搅拌反应，然后撤去冰浴，油浴加热回流，减压蒸去残留的二氯亚砜，得到黄色蜡状固体，然后用甲苯进行浸取，抽滤，得黄色滤液，反复数次至固体泛白为止，合并滤液，减压蒸去溶剂后得到粗产品2,3-二氯马来酐；

(2)2,3-二氯-N-甲基马来酰亚胺的合成

向反应容器中加入2,3-二氯马来酐、甲胺盐酸盐和冰乙酸，回流条件下磁力搅拌反应，TLC跟踪监测至原料反应完全，溶液呈暗褐色，降至室温后加水，以乙酸乙酯萃取，依次用饱和碳酸氢钠溶液和饱和食盐水清洗，减压蒸去溶剂，得到褐色粗品，柱层析分离得到白色片状固体2,3-二氯-N-甲基马来酰亚胺；

(3)2,3-二(3-吲哚)-N-甲基马来酰亚胺的合成

a溴乙烷格氏试剂的制备

N₂保护下，向反应容器中加入镁条和无水乙醚，并滴加溴乙烷，微热引发反应后剧烈搅拌，滴加溴乙烷使溶剂保持微沸状态，滴加完毕后补加无水乙醚，回流使反应充分，得到烟灰色溴乙烷格氏试剂，

b吲哚格氏试剂的制备及2,3-二(3-吲哚)-N-甲基马来酰亚胺的制备

先向反应容器中加入四氢呋喃、吲哚和溴乙烷格氏试剂的甲苯溶液，溶液变黑色，于40℃反应，然后加入2,3-二氯-N-甲基马来酰亚胺的甲苯溶液，滴加完毕，溶液呈红黑色，在回流条件下反应完全，降至室温后加入饱和NH₄Cl溶液猝灭反应，用乙酸乙酯萃取，合并有机相，减压蒸去溶剂，柱层析分离得到红色固体2,3-二(3-吲哚)-N-甲基马来酰亚胺；

(4)6-甲基-吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮的合成

向反应容器中加入2,3-二(3-吲哚)-N-甲基马来酰亚胺，并加入丁酮使其溶解，再加入碳酸钾和氯化铜，将反应装置于85℃油浴锅中反应，反应过程中TLC跟踪监测至原料反应完全，冷却至室温，抽滤，萃取，用摩尔浓度为0.1mol/L的盐酸溶液清洗有机相，然后水洗，无水硫酸镁干燥，减压蒸去溶剂，得到浅黄色固体6-甲基-吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮；

(5)吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,6-二酸酐的合成

向反应容器中加入6-甲基-吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮和质量浓度为10％的氢氧化钾溶液，磁力搅拌下于90℃油浴中回流反应，反应过程TLC跟踪监测至原料反应完全，降至室温后，以摩尔浓度为2mol/L的盐酸溶液淬灭反应，反应容器中出现大量黄色固体，至溶液呈中性后室温搅拌混合均匀，抽滤，水洗，得到黄褐色固体吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,6-二酸酐；

(6)6-氨基-吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮的合成

向反应容器中加入吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,6-二酸酐和四氢呋喃，再滴加水合肼，于45℃的油浴中加热，回流条件下反应，TLC跟踪监测至原料反应完全，减压蒸去溶剂，加水出现大量黄色沉淀，抽滤，石油醚洗，得到黄色固体6-氨基-吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮。

本发明所述的抗癌药物组合物，其特征在于包括具有抗癌活性的吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮-6-缩氨基硫脲类化合物或和其药学上可接受的盐以及药学上可接受的载体。

本发明的制备方法原料价廉易得，操作简单，制备的吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮-6缩氨基硫脲类化合物具有较好的生物活性，在制备抗癌药物化合物中具有较好的应用前景。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

(1)2,3-二氯马来酐的合成

反应路线：

反应步骤：

在干燥的250mL圆底烧瓶中加入9.8g(0.1mol)马来酐，冰浴条件下加入二氯亚砜100mL(1.38mol)，磁力搅拌均匀，用恒压滴液漏斗滴加吡啶16.6mL(0.2mol)，1h滴加完毕。滴加完毕后，冰浴条件下继续搅拌1h。撤去冰浴，油浴加热到75℃，回流40min。减压蒸去残留的二氯亚砜，得到黄色蜡状固体。用甲苯进行浸取，抽滤，得黄色滤液，反复数次至固体泛白为止。合并滤液，减压蒸去溶剂后得到粗产品10.9g，收率65.9％。

(2)2,3-二氯-N-甲基马来酰亚胺的合成

反应路线：

反应步骤：

向250mL圆底烧瓶中加入2,3-二氯马来酐10.9g(65.9mmol)和甲胺盐酸盐4.42g(65.9mmol)，加入冰乙酸100mL，回流条件下磁力搅拌6h，TLC跟踪检测至反应完全。溶液呈暗褐色，降至室温后，加水100mL，以乙酸乙酯萃取，依次用饱和碳酸氢钠溶液和饱和食盐水清洗，减压蒸去溶剂，得到褐色粗品，柱层析分离(体积比石油醚：乙酸乙酯＝9:1，硅胶200-300目)得到白色片状固体7.3g，收率62％。

(3)2,3-二(3-吲哚)-N-甲基马来酰亚胺的合成

反应路线：

反应步骤：

a溴乙烷格氏试剂的制备

N₂保护下，向250mL三颈瓶中加入镁条1.5g(61.6mmol)，加入无水乙醚10mL，滴加溴乙烷4.56mL(61.6mmol)，微热使引发后，剧烈搅拌，缓慢滴加溴乙烷，使溶剂保持微沸状态。滴加完毕，补加无水乙醚10mL，于40℃回流约1h使反应充分，得到烟灰色溴乙烷格氏试剂。

b吲哚格氏试剂的制备及2,3-二(3-吲哚)-N-甲基马来酰亚胺的制备

先向反应瓶中加入THF(10mL)，加入40mL吲哚和7.2g(61.6mmol)溴乙烷格氏试剂的甲苯溶液，溶液变黑色，于40℃反应约1h。加入40mL2,3-二氯-N-甲基马来酰亚胺5g(28mmol)的甲苯溶液，约40min滴加完毕，溶液呈红黑色。回流条件下反应约6h反应完全。降至室温后，加入80mL饱和NH₄Cl溶液猝灭反应，用乙酸乙酯萃取(5×50mL)，合并有机相，减压蒸去溶剂，柱层析分离(体积比石油醚：乙酸乙酯＝3:1，硅胶200-300目)得到红色固体5.26g，收率55.1％。

(4)6-甲基-吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮的合成

反应路线：

在250mL圆底烧瓶中加入2,3-二(3-吲哚)-N-甲基马来酰亚胺2.0g(5.87mmol)，并加200mL丁酮使其溶解，再加入碳酸钾4.0g(29mmol)和氯化铜1.58g(11.73mmol)，将反应装置于85℃油浴锅中反应，反应过程中TLC跟踪监测，2h基本反应完全。冷却至室温，抽滤，萃取，用摩尔浓度为0.1mol/L的盐酸溶液清洗有机相，然后水洗，无水硫酸镁干燥，减压蒸馏蒸去溶剂，得到浅黄色固体1.59g，收率80％。

(5)吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,6-二酸酐的合成

反应路线：

在25mL圆底瓶中加入6-甲基-吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮238mg(0.70mmol)，加入质量浓度为10％的氢氧化钾溶液10mL，磁力搅拌下于90℃的油浴锅中回流反应约3h，TLC跟踪监测至原料反应完全。降至室温后，以摩尔浓度为2mol/L的盐酸溶液猝灭反应，烧瓶内出现大量黄色固体，至溶液呈中性后室温搅拌1h，抽滤，然后水洗，得到黄褐色固体205mg(90％)。

(6)6-氨基-吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮的合成。

反应路线：

反应步骤：

在50mL圆底烧瓶中加入吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,6-二酸酐56mg(0.17mmol)和THF(10mL)，滴加水合肼，溶液由浑浊变澄清，于45℃的油浴中加热，回流条件下反应。TLC跟踪监测至原料反应完全，减压蒸去溶剂，加入约30mL水，出现大量黄色沉淀，抽滤，石油醚洗，得到黄色固体20mg，收率34％。

(7)吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮-6-缩氨基硫脲类化合物的合成

反应路线：

反应步骤：

在25mL圆底烧瓶里加入51.2mg(0.15mmol)6-氨基-吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮和离子液体BMIM·BF₄>

吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮-6-缩氨基硫脲的合成

产物数据表征：

1-(5,7-dioxo-5H-indolo[2,3-a]pyrrolo[3,4-c]carbazol-6(7H,12H,13H)-yl)-3-phenylthiourea(3a)

¹H>6)δ11.88(s,2H),10.37(s,1H),10.09(s,1H),9.00(d,J＝8.0Hz,2H),7.87(d,J＝8.0Hz,2H),7.62–7.58(m,2H),7.40(ddd,J＝24.0,16.0,8.0Hz,6H),7.19(d,J＝8.0Hz,1H)。

1-(2-chlorophenyl)-3-(5,7-dioxo-5H-indolo[2,3-a]pyrrolo[3,4-c]carbazol-6(7H,12H,13H)-yl)thiourea(3b)

¹H>6)δ12.51(s,2H),10.33(s,1H),10.22(s,1H),9.00(d,J＝8.0Hz,2H),7.95(s,1H),7.79(d,J＝8.0Hz,2H),7.59(t,J＝6.0Hz,2H),7.49(d,J＝8.0Hz,1H),7.43–7.34(m,3H),7.34–7.26(m,1H)。

1-(3-chlorophenyl)-3-(5,7-dioxo-5H-indolo[2,3-a]pyrrolo[3,4-c]carbazol-6(7H,12H,13H)-yl)thiourea(3c)

¹H>6)δ11.90(s,2H),10.44(s,1H),10.26(s,1H),8.99(d,J＝8.0Hz,2H),7.86(t,J＝10.0Hz,3H),7.64–7.57(m,3H),7.43–7.38(m,3H),7.24(d,J＝8.0Hz,1H)。

1-(4-chlorophenyl)-3-(5,7-dioxo-5H-indolo[2,3-a]pyrrolo[3,4-c]carbazol-6(7H,12H,13H)-yl)thiourea(3d)

¹H>6)δ11.91(s,2H),10.42(s,1H),10.21(s,1H),9.00(d,J＝8.0Hz,2H),7.93–7.81(m,3H),7.61(t,J＝8.0Hz,2H),7.51(d,J＝8.0Hz,1H),7.41(t,J＝8.0Hz,4H)。

1-(5,7-dioxo-5H-indolo[2,3-a]pyrrolo[3,4-c]carbazol-6(7H,12H,13H)-yl)-3-(2-fluorophenyl)thiourea(3e)

¹H>6)δ11.89(s,2H),10.28(s,1H),10.25(s,1H),9.01(d,J＝8.0Hz,2H),7.87(d,J＝8.0Hz,2H),7.61(t,J＝6.0Hz,2H),7.45–7.21(m,6H)。

1-(5,7-dioxo-5H-indolo[2,3-a]pyrrolo[3,4-c]carbazol-6(7H,12H,13H)-yl)-3-(4-fluorophenyl)thiourea(3f)

¹H>6)δ11.98(s,2H),10.38(s,1H),10.14(s,1H),8.99(d,J＝8.0Hz,2H),7.85(d,J＝8.0Hz,2H),7.60(t,J＝8.0Hz,3H),7.39(dd,J＝12.0,8.0Hz,3H),7.28–7.09(m,2H)。

1-(5,7-dioxo-5H-indolo[2,3-a]pyrrolo[3,4-c]carbazol-6(7H,12H,13H)-yl)-3-(3-methoxyphenyl)thiourea(3g)

¹H>6)δ12.82(s,2H),10.34(s,1H),10.07(s,1H),8.99(d,J＝8.0Hz,2H),7.80(d,J＝8.0Hz,2H),7.58(t,J＝8.0Hz,2H),7.38(s,2H),7.22(d,J＝8.0Hz,1H),7.14(s,1H),7.05(d,J＝4.0Hz,1H),6.75(d,J＝8.0Hz,1H),3.80–3.72(m,3H)。

1-(5,7-dioxo-5H-indolo[2,3-a]pyrrolo[3,4-c]carbazol-6(7H,12H,13H)-yl)-3-(3-nitrophenyl)thiourea(3h)

¹H>6)δ11.90(s,2H),10.67(s,1H),10.44(s,1H),9.00(d,J＝8.0Hz,2H),8.47(s,1H),8.08–8.01(m,2H),7.87(d,J＝8.0Hz,2H),7.64–7.55(m,3H),7.41(t,J＝8.0Hz,2H)。

1-(4-bromophenyl)-3-(5,7-dioxo-5H-indolo[2,3-a]pyrrolo[3,4-c]carbazol-6(7H,12H,13H)-yl)thiourea(3i)

¹H>6)δ11.95(s,2H),10.40(s,1H),10.19(s,1H),8.99(d,J＝8.0Hz,2H),7.84(t,J＝12.0Hz,2H),7.63–7.36(m,8H)。

1-(5,7-dioxo-5H-indolo[2,3-a]pyrrolo[3,4-c]carbazol-6(7H,12H,13H)-yl)-3-(pyridin-3-yl)thiourea(3j)

¹H>6)δ11.91(s,2H),10.50(s,1H),10.34(s,1H),9.00(d,J＝8.0Hz,2H),7.94–7.82(m,4H),7.60(t,J＝8.0Hz,2H),7.46–7.36(m,4H)。

化合物高分辨数据

活性研究

初步的生物活性测试表明，3,4-二(3-吲哚)-3-吡咯啉-2,5-二酮-1-氨基硫脲类化合物对细胞周期分裂蛋白25B(CDC 25B)有很好的抑制作用，3,4-二(3-吲哚)-3-吡咯啉-2,5-二酮-1-氨基硫脲类化合物对CDC 25B抑制率见下表。测试浓度均在20μg/mL。

吲哚[2,3-a]吡咯[3,4-c]咔唑-5,7-二酮-6缩氨基硫脲对CDC25B抑制率

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。