噻唑烷酮是一类广谱的药效基团, 其衍生物多具有抗菌﹑抗病毒﹑抗炎和抗癌等生物活性[1, 2].其中, 2, 3-二芳基-1, 3-噻唑烷-4-酮作为非核苷类逆转录酶抑制剂(NNRTIs)[3], 因具有高的抗艾滋病毒(HIV)活性和选择性引起了广泛关注[4].这类化合物以HIV逆转录酶(RT, 病毒基因复制中的关键酶[5])为靶点, 呈类蝴蝶状(butterfly-like conformation)构象结合在距酶活性中心10Å的变构位点(allosteric binding site)[6], 从而有效抑制酶活.经系统的结构优化, 2-(2, 6-二氯苯基)-3-(4, 6-二甲基嘧啶-2-基)噻唑烷-4-酮1~4较其它芳基取代具有更高的抗HIV活性(图 1)[7~11].因此, 为了增加此类分子的柔性以提高化合物与HIV逆转录酶变构结合位点的构象适配性, 进一步发现抗HIV病毒药物的及构效关系分析(SAR), 本文设计、合成了一系列在噻唑烷-4-酮N-3位上通过柔性侧链连接嘧啶胺的衍生物5aa~5dc(图 2), 并对其HIV逆转录酶的抑制活性进行了评价.
考虑到酰胺键的引入将有利于改善分子的溶解性并增加化合物与酶蛋白氨基酸残基的氢键结合[12, 13], 因此, 我们尝试在噻唑烷-4-酮N-3位上通过酰胺键连接嘧啶胺, 以获得分子更加柔性的图 1所示化合物3的结构类似物.首先, 参考文献报道的合成方法[14, 15], 以2, 6-二氯苯甲醛(6)、氨基丙酸甲酯盐酸盐(7a)[或L-丙氨酸甲酯盐酸盐(7b)]和巯基乙酸(8)为原料, 无水乙醇为溶剂, 微波辐射条件下一锅法反应30 min得到化合物9a和9b, 继而将化合物9a(或9b)碱性条件下水解得到了利于酰胺缩合反应的羧酸类化合物10a(10b) (Scheme 1).在化合物9b的制备中, 三组分一锅法反应得到一对非对映异构体(薄层色谱显示比例约为1:1), 结果与文献报道相似[16, 17].异构体未经分离直接进行水解, 得到其中一个纯净产物10b.
进一步, 分别以合成的10a和10b, 以及之前合成的羧酸类噻唑烷-4-酮10c和10d[18]为原料, 在缩合剂2-(7-偶氮苯并三氮唑)-N, N, N', N'-四甲基脲六氟磷酸酯(HATU)和N, N-二异丙基乙胺(DIPEA)的作用下, 与4, 6-二甲基嘧啶胺(11)缩合反应制备了目标化合物5aa~5db(Scheme 2).新合成的化合物10a, 10b和5aa~5dc通过核磁和元素分析确认.
化合物5aa~5dc通过HIV-RT试剂盒(HIV-RT kit)[19]评价了其酶抑制活性, 化合物3b[10]为阳性对照, 结果见表 1.活性测试表明化合物5bb, 5bc, 5cb和5cc具有较好的HIV-RT抑制活性, 它们的IC50值均低于10 μmol/L, 其中化合物5bc和5cc的抑制活性最好, IC50值分别为3.53和4.06 μmol/L.其它化合物显示了中等偏弱的HIV-RT抑制活性.虽然以上化合物的活性均低于阳性对照3b, 但是较高的酶抑制活性(5bb, 5bc, 5cb和5cc), 提示N-3位引入酰胺键, 适当提高分子的柔性, 对化合物的HIV逆转录酶抑制活性影响不大.进一步构效关系分析(SAR), 化合物5aa~5ac具有较弱的活性, 表明N-3位3个碳及以上的柔性链不利于分子的酶抑制活性, 2个碳的侧链可能更适于分子与酶的结合, 如化合物5bb, 5bc, 5cb和5cc.相对而言, 化合物5bb和5bc的活性分别略高于5cb和5cc, 提示在酰胺键(丙氨酸)的邻位引入甲基, 增加分子的亲脂性, 将有利于提高分子的酶抑制活性.此外, 化合物5da~5dc中C-2位卤原子单取代的苯环也将导致酶抑制活性的下降.以上构效关系分析将有助于指导噻唑烷-4-酮类抗HIV化合物的进一步结构修饰.
本文设计合成了系列在N-3位上通过柔性酰胺键连接嘧啶胺的二芳基噻唑烷-4-酮衍生物, 并评价了化合物的HIV逆转酶抑制活性.化合物5bb, 5bc, 5cb和5cc具有良好的HIV逆转酶的抑制活性.构效关系分析表明, N-3位2个碳的柔性侧链以及亲脂基如甲基的引入将有利于化合物的抗HIV逆转录酶活性.
微波合成仪为美国CEM公司的DISCOVER S-Class; 熔点由SGW® X-4显微熔点仪(温度计未校正)测定; 核磁共振谱用BRUKER AC-P600 (600 MHz)型核磁共振仪测定, TMS为内标; 质谱(ESI)用Agilent G6300离子阱液相质谱联用仪; 元素分析用HERAEUS (CHNO, rapid)型元素分析仪; 光密度用BioRad 3550型酶标仪测定; 层析用硅胶(200~300目)为青岛海洋化工厂产品.本文所用其他试剂均为分析纯, 无水试剂均按常规方法处理, 水为二次蒸馏水.
以化合物10a的合成为例:向10 mL微波反应管中分别加入2, 6-二氯苯甲醛(6) (1.0 mmol)、3-氨基丙酸甲酯盐酸盐(7a) (1.0 mmol)和巯基乙酸(8)(1.0 mmol), 溶于1 mL无水乙醇中, 在120 ℃封管微波辐射条件下, 搅拌反应30 min.反应结束后, 冷至室温, 加入固体K2CO3中和溶液至中性.加入5 mL乙酸乙酯萃取, 有机相依次用饱和NaHCO3水溶液、水及饱和食盐水洗, 无水MgSO4干燥.抽滤, 减压蒸除溶剂, 剩余固体以硅胶柱色谱[V(石油醚):V(乙酸乙酯)=3:1]分离得化合物9a, 收率55.5%.将化合物9a (1.0 mmol)用10 mL CH3OH溶解, 然后加入NaOH (2.5 mmol), 室温下搅拌反应.用薄层色谱(TLC)监测反应结束后, 用阳离子树酯中和至pH≈5左右, 抽滤, 减压蒸除溶剂, 剩余固体以二氯甲烷和环己烷重结晶得目标化合物3-[2-(2, 6-二氯苯基)-4-氧亚基噻唑烷-3-基]丙酸(10a), 白色固体, 产率55.5%. m.p. 37~39 ℃; 1H NMR (CD3OD, 600 MHz) δ: 2.41~2.46 (m, 1H, CH2), 2.64~2.69 (m, 1H, CH2), 2.87~2.92 (m, 1H, CH2), 3.74~3.79 (m, 1H, CH2), 6.87 (s, 1H, H-2), 7.36 (t, J=15.0 Hz, 1H, Ar-H) 7.47 (t, J=15.0 Hz, 2H, Ar-H); 13C NMR (CD3OD, 150 MHz) δ: 30.8, 33.4, 39.1, 59.0, 128.9, 130.9, 133.4, 135.4, 172.8, 173.1; MS (ESI) m/z: 319.2 ([M-H]+). Anal. calcd for C12H11-Cl2NO3S: C 45.01, H 3.46, N 4.37; found C 45.14, H 3.52, N 4.26.
按相同的方法, 以L-丙氨酸甲酯盐酸盐7b为原料, 得到化合物10b.
(2R)-2-[2-(2, 6-二氯苯基)-4-氧亚基噻唑烷-3-基]丙酸(10b):白色固体, 产率52.0%. m.p. 181~182 ℃, 1H NMR (CD3OD, 600 MHz) δ: 3.29 (d, J=7.2 Hz, 3H, CH3), 3.80 (d, J=15.6 Hz, 1H, H-5), 3.98 (d, J=15.6 Hz, 1H, H-5), 4.82 (q, J=7.2 Hz, 1H, CH), 6.93 (s, 1H, H-2), 7.35 (t, J=7.8 Hz, 1H, Ar-H), 7.46 (t, J=7.8 Hz, 2H, Ar-H); 13C NMR (CD3OD, 150 MHz) δ: 13.2, 33.6, 52.6, 57.2, 128.8, 130.6, 134.5, 135.2, 172.2, 173.9, MS (ESI) m/z: 319.4 ([M-H]+). Anal. calcd for C12H11Cl2NO3S: C 45.01, H 3.46, N 4.37; found C 45.12, H 3.55, N 4.29.
以化合物5aa的合成为例:将酸10a(1.0 mmol)溶解在5 mL二氯甲烷中, 再向溶液中加入HATU (1.0 mmol)、DIPEA (2.0 mmol), 氮气保护, 室温条件下搅拌反应15 min, 再往混合溶液中加入嘧啶胺11a (2.0 mmol), 加热至回流.用TLC监测反应结束后, 蒸干溶剂, 剩余固体以硅胶柱色谱[V(石油醚):V(乙酸乙酯)=1:1]分离得到目标化合物. 3-[2-(2, 6-二氯苯基)-4-氧亚基噻唑烷-3-基]-N-(4, 6-二甲基嘧啶-2-基)丙酰胺(5aa), 白色固体, 产率65.5%. m.p. 201~203 ℃; 1H NMR (DMSO-d6, 600 MHz) δ: 2.34 (s, 6H, 2CH3), 2.60~2.65 (m, 1H, H-5), 2.82~2.93 (m, 2H, CH2), 3.69~3.73 (m, 1H, H-5), 3.78 (s, 2H, CH2), 6.71 (s, 1H, H-2), 6.92 (s, 1H, Ar-H), 7.43 (t, J=7.8 Hz, 1H, Ar-H), 7.54 (t, J=7.8 Hz, 1H, Ar-H), 10.45 (s, 1H, N-H); 13C NMR (DMSO-d6, 150 MHz) δ: 23.8, 33.8, 34.2, 39.3, 58.6, 115.6, 129.7, 131.7, 132.7, 134.5, 135.2, 157.5, 168.0, 172.3; MS (ESI) m/z: 448.4 ([M+Na]+). Anal. calcd for C18H18Cl2N4O2S: C 50.83, H 4.27, N 13.17; found C 50.81, H 4.26, N 13.19.
按相同的方法, 以不同的噻唑烷-4-酮酸10和嘧啶胺11为原料, 得到化合物5.所有化合物脂溶性较好, 水溶性差.但与化合物3b相比, 化合物5cb在V(石油醚):V(乙酸乙酯)=1:1体系中, Rf值为0.25 (3b为0.52), 极性有所增大.
3-[2-(2, 6-二氯苯基)-4-氧亚基噻唑烷-3-基]-N-(4, 5, 6-三甲基嘧啶-2-基)丙酰胺(5ab):白色固体, 产率60.0%. m.p.>250 ℃; 1H NMR (DMSO-d6, 600 MHz) δ: 2.18 (s, 3H, CH3), 2.43 (s, 6H, 2CH3), 3.08~3.13 (m, 2H, CH2), 6.84 (s, 1H, H-2), 7.37~7.39 (m, 3H, Ar-H), 10.48 (s, 1H, N-H); 13C NMR (DMSO-d6, 150 MHz) δ: 17.3, 26.1, 38.0, 38.1, 43.3, 63.2, 133.0, 134.4, 134.9, 136.1, 138.9, 139.7, 169.3, 170.0, 176.4; MS (ESI) m/z: 462.3 ([M+Na]+). Anal. calcd for C19H20Cl2N4O2S: C 51.94, H 4.59, N 12.75; found C 52.15, H 4.61, N 12.69.
3-[2-(2, 6-二氯苯基)-4-氧亚基噻唑烷-3-基]-N-(5-乙基-4, 6-二甲基嘧啶-2-基)丙酰胺(5ac):白色固体, 产率65.1%. m.p. 105~107 ℃; 1H NMR (DMSO-d6, 600 MHz) δ: 1.05 (t, J=7.8 Hz, 3H, CH3), 2.38 (s, 6H, 2CH3), 2.58 (q, J=7.8 Hz, 2H, CH2), 2.60 (t, J=7.8 Hz, 1H, CH2), 2.83~2.85 (m, 1H, H-5), 2.87 (t, J=7.8 Hz, 1H, CH2), 3.70~3.72 (m, 1H, H-5), 3.76 (s, 2H, CH2), 6.70 (s, 1H, H-2), 7.42 (t, J=7.8 Hz, 1H, Ar-H), 7.53 (d, J=7.8 Hz, 2H, Ar-H), 10.32 (s, 1H, N-H); 13C NMR (DMSO-d6, 150 MHz) δ: 13.4, 20.8, 21.7, 33.8, 34.1, 39.4, 58.6, 128.1, 129.7, 131.7, 132.7, 134.7, 135.2, 154.9, 165.6, 171.3; MS (ESI) m/z: 476.4 ([M+Na]+). Anal. calcd for C20H22Cl2-N4O2S: C, 52.98, H 4.89, N 12.36; found C 53.12, H 4.97, N 12.39.
(2R)-2-[2-(2, 6-二氯苯基)-4-氧亚基噻唑烷-3-基]-N-(5-乙基-4, 5, 6-二甲基嘧啶-2-基)丙酰胺(5bb):白色固体, 产率41.0%. m.p. 172~174 ℃; 1H NMR (DMSO-d6, 600 MHz) δ: 0.96 (d, J=7.8 Hz, 3H, CH3), 2.14 (s, 3H, CH3), 2.37 (s, 6H, 2CH3), 3.72 (d, J=15.6 Hz, 1H, H-5), 3.92 (d, J=15.6 Hz, 1H, H-5), 5.01 (s, 1H, CH), 6.99 (s, 1H, H-2), 7.39 (t, J=7.8 Hz, 1H, Ar-H), 7.53 (t, J=7.2 Hz, 2H, Ar-H), 10.58 (s, 1H, N-H); 13C NMR (DMSO-d6, 150 MHz) δ: 13.6, 15.4, 22.4, 34.1, 54.1, 57.6, 123.0, 129.7, 131.4, 133.8, 136.4, 154.6, 165.7, 173.1; MS (ESI) m/z: 462.5 ([M+Na]+). Anal. calcd for C19H20Cl2-N4O2S: C 51.94, H 4.59, N 12.75; found C 52.08, H 4.67, N 12.81.
(2R)-2-[2-(2, 6-二氯苯基)-4-氧亚基噻唑烷-3-基]-N-(5-乙基-4, 6-二甲基嘧啶-2-基)丙酰胺(5bc):白色固体, 产率45.5%. m.p. 205~207 ℃; 1H NMR (DMSO-d6, 600 MHz) δ: 0.96 (d, J=7.2 Hz, 3H, CH3), 1.06 (t, J=7.2 Hz, 3H, CH3), 2.39 (s, 6H, 2CH3), 2.58 (q, J=7.8 Hz, 2H, CH2), 3.71 (d, J=15.6 Hz, 1H, H-5), 3.92 (d, J=15.6 Hz, 1H, H-5), 5.01 (s, 1H, CH), 6.98 (s, 1H, H-2), 7.39 (t, J=7.8 Hz, 1H, Ar-H), 7.53 (t, J=7.2 Hz, 2H, Ar-H), 10.58 (s, 1H, N-H); 13C NMR (DMSO-d6, 150 MHz) δ: 13.4, 15.4, 20.8, 21.7, 34.1, 54.2, 57.6, 128.5, 129.7, 131.4, 133.8, 136.4, 154.6, 165.7, 173.1; MS (ESI) m/z: 476.2 ([M+Na]+). Anal. calcd for C20H22Cl2N4O2S: C 52.98, H 4.89, N 12.36; found C 53.05, H 4.91, N 12.44.
2-[2-(2, 6-二氯苯基)-4-氧亚基噻唑烷-3-基]-N-(4, 6-二甲基嘧啶-2-基)乙酰胺(5ca):白色固体, 产率71.3%. m.p. 123~125 ℃; 1H NMR (DMSO-d6, 600 MHz) δ: 2.34 (s, 6H, 2CH3), 3.83 (d, J=18.0 Hz, 1H, H-5), 3.87 (s, 2H, CH2), 5.14 (d, J=18.0 Hz, 1H, H-5), 6.68 (s, 1H, H-2), 6.95 (s, 1H, Ar-H), 7.21 (t, J=7.8 Hz, 1H, Ar-H), 7.31 (d, J=7.8 Hz, 1H, Ar-H), 7.36 (d, J=7.8 Hz, 1H, Ar-H), 8.14 (s, 1H, N-H); 13C NMR (DMSO-d6, 150 MHz) δ: 23.7, 33.4, 46.1, 58.3, 115.8, 129.7, 131.7, 131.8, 134.7, 135.5, 157.2, 165.7, 168.1, 171.5; MS (ESI) m/z: 434.2 ([M+Na]+). Anal. calcd for C17H16Cl2N4O2S: C 49.64, H 3.92, N 13.62; found C 49.80, H 4.01, N 13.57.
2-[2-(2, 6-二氯苯基)-4-氧亚基噻唑烷-3-基]-N-(4, 5, 6-三甲基嘧啶-2-基)乙酰胺(5cb):白色固体, 产率72.0%. m.p. 153~155 ℃; 1H NMR (DMSO-d6, 600 MHz) δ: 2.11 (s, 3H, CH3), 2.32 (s, 6H, 2CH3), 3.52 (d, J=17.4 Hz, 1H, H-5), 3.87 (s, 2H, CH2), 4.64 (d, J=17.4 Hz, 1H, H-5), 6.96 (s, 1H, H-2), 7.44 (t, J=8.4 Hz, 1H, Ar-H), 7.52~7.57 (m, 2H, Ar-H), 10.48 (s, 1H, N-H); 13C NMR (DMSO-d6, 150 MHz) δ: 13.5, 22.5, 33.4, 46.0, 58.4, 122.6, 129.7, 131.7, 131.9, 134.8, 135.5, 154.5, 165.8, 171.5; MS (ESI) m/z: 448.5 ([M+Na]+). Anal. calcd for C18H18Cl2N4O2S: C 50.83, H 4.27, N 13.17; found C 50.62, H 4.32, N 13.09.
2-[2-(2, 6-二氯苯基)-4-氧亚基噻唑烷-3-基]-N-(5-乙基-4, 6-二甲基嘧啶-2-基)乙酰胺(5cc):白色固体, 产率54.7%. m.p. 137~140 ℃; 1H NMR (DMSO-d6, 600 MHz) δ: 1.09 (t, J=7.8 Hz, 3H, CH3), 2.37 (s, 6H, 2CH3), 2.57 (q, J=7.8 Hz, 2H, CH2), 3.82 (d, J=17.4 Hz, 1H, H-5), 3.87 (s, 2H, CH2), 5.13 (d, J=17.4 Hz, 1H, H-5), 6.96 (s, 1H, H-2), 7.20 (t, J=7.8 Hz, 1H, Ar-H), 7.31 (d, J=7.2 Hz, 1H, Ar-H), 7.36 (d, J=8.4 Hz, 1H, Ar-H), 8.02 (s, 1H, N-H); 13C NMR (DMSO-d6, 150 MHz) δ: 13.3, 20.8, 21.7, 33.4, 46.0, 58.4, 128.3, 129.7, 131.8, 134.7, 135.6, 154.6, 165.7, 166.6, 171.5; MS (ESI) m/z: 462.4 ([M+Na]+). Anal. calcd for C19H20Cl2N4O2S: C 51.94, H 4.59, N 12.75; found C 51.96, H 5.02, N 12.67.
2-[2-(2-氯苯基)-4-氧亚基噻唑烷-3-基]-N-(4, 6-二甲基嘧啶-2-基)乙酰胺(5da):白色固体, 产率66.5%. m.p. 150~152 ℃; 1H NMR (DMSO-d6, 600 MHz) δ: 2.31 (s, 6H, 2CH3), 3.73 (d, J=15.6 Hz, 2H, CH2), 3.83 (d, J=17.4 Hz, 1H, H-5), 4.68 (d, J=17.4 Hz, 1H, H-5), 6.13 (s, 1H, H-2), 6.92 (s, 1H, Ar-H), 7.38~7.43 (m, 3H, Ar-H), 7.51 (d, J=7.8 Hz, 1H, Ar-H), 10.61 (s, 1H, N-H); 13C NMR (DMSO-d6, 150 MHz) δ: 23.7, 31.63, 47.0, 60.0, 115.8, 128.5, 130.5, 130.7, 132.5, 137.2, 157.3, 166.8, 168.1, 172.3; MS (ESI) m/z: 399.3([M+Na]+). Anal. calcd for C17H17ClN4O2S: C 54.18, H 4.55, N 14.87; found C 54.05, H 4.57, N 14.92.
2-[2-(2-氯苯基)-4-氧亚基噻唑烷-3-基]-N-(4, 5, 6-三甲基嘧啶-2-基)乙酰胺(5db):白色固体, 产率52.0%. m.p. 122~124 ℃; 1H NMR (DMSO-d6, 600 MHz) δ: 2.12 (s, 3H, CH3), 2.33 (s, 6H, 2CH3), 3.71 (d, J=15.6 Hz, 2H, CH2), 3.84 (d, J=16.8 Hz, 1H, H-5), 4.68 (d, J=17.4 Hz, 1H, H-5), 6.14 (s, 1H, H-2), 7.38~7.44 (m, 3H, Ar-H), 7.51 (d, J=7.5 Hz, 1H, Ar-H), 10.45 (s, 1H, N-H); 13C NMR (DMSO-d6, 150 MHz) δ: 13.5, 22.5, 31.6, 40.5, 46.9, 60.0, 122.5, 122.9, 128.5, 130.6, 132.4, 154.6, 161.8, 165.8, 172.3; MS (ESI) m/z: 413.4 ([M+Na]+). Anal. calcd for C18H19ClN4O2S: C 55.31, H 4.90, N 14.33; found C 55.29, H 5.03, N 14.46.
2-[2-(2-氯苯基)-4-氧亚基噻唑烷-3-基]-N-(5-乙基-4, 6-二甲基嘧啶-2-基)乙酰胺(5dc):白色固体, 产率51.5%. m.p. 73~75 ℃; 1H NMR (DMSO-d6, 600 MHz) δ: 1.09 (t, J=4.2 Hz, 3H, CH3), 2.37 (s, 6H, 2CH3), 2.57 (q, J=7.8 Hz, 2H, CH2), 3.82 (s, 2H, CH2), 4.16 (d, J=18.8 Hz, 1H, H-5), 5.16 (d, J=18.8 Hz, 1H, H-5), 6.35 (s, 1H, H-2), 7.27 (t, J=6.0 Hz, 1H, Ar-H), 7.33 (t, J=7.2 Hz, 1H, Ar-H), 7.38 (t, J=6.6 Hz, 2H, Ar-H) 8.15 (s, 1H, N-H); 13C NMR (DMSO-d6, 150 MHz) δ: 13.4, 20.8, 21.7, 31.6, 46.9, 60.2, 128.1, 128.5, 130.5, 130.6, 130.8, 132.5, 140.4, 154.7, 165.7, 172.3; MS (ESI) m/z: 427.3 ([M+Na]+). Anal. calcd for C19H21ClN4O2S: C 56.36, H 5.23, N 13.84; found C 56.38, H 5.31, N 13.79.
抗HIV-RT活性测试使用的是从罗氏公司购买的逆转录酶试剂盒, 操作遵循试剂盒上的实验说明.简单的实验操作过程如下[19]:将装有2'-脱氧-核苷酸-5'-三磷酸盐(dNTPs)、用缓冲溶液配制的逆转录酶和抑制剂的实验组和没有加抑制剂的阳性对照组的多孔37 ℃恒温1 h后, 将反应液转移到涂有链霉菌类抗生物素蛋白的微孔板(MTP)上, 具有活性的逆转录酶与链霉菌类抗生物素蛋白结合, 生物素标记的dNTPs被吸附到多孔板上, 用洗液洗去未被吸附的dNTPs, 向MTP中加入抗地高辛-氧化酶(DIG-POD), 吸附到微孔板上的被DIG标记的dNTPs与抗-DIG-POD抗体结合.洗去未结合的抗-DIG-POD, 在MTP中加入过氧化底物(ABST), 经过氧化酶的催化得到颜色不同的反应液, 通过酶标仪在OD405 nm下测定样品的吸光率, 所得吸光强度与逆转录酶活性成正比.样品逆转录酶抑制活性计算公式如下:
样品逆转录酶抑制活性(%)=(100-样品组OD405 nm/空白组OD 405 nm)×100%
辅助材料(Supporting Information) 化合物10a~10b和5aa~5dc的核磁共振氢谱和碳谱.这些材料可以免费从本刊网站(http://sioc-journal.cn/)上下载.