探讨N酰基硫色烯并噻唑胺类衍生物的设计论文
20 世纪中叶以来, 随着老年人口的快速增加及老年痴呆症发病率的增高, 老年痴呆症的防治已成为全球关注热点。老年痴呆症病人的平均生存期为5～10 年, 老年痴呆症是老年人群中仅次于心脏病、恶性肿瘤和中风的第4 位死亡原因。临床上老年痴呆有3种: 一是老年性痴呆, 又名阿尔茨海默病 (Alzheimer’sDisease, AD); 二是血管性痴呆, 主要是由脑血管病引发的痴呆, 包括多发性梗死或出血灶所致的老年痴呆; 三是混合型痴呆, 指既有老年性痴呆, 又有血管性痴呆或其他类型的痴呆。其中以AD 最为常见。许多研究都证明AD 患者的认知功能障碍跟他们的前脑胆碱能神经系统受损有关系，从而认为患AD 病的主要原因是脑内胆碱能系统受到损害, 因此Bartus 等提出“胆碱能假说”: 前脑胆碱能神经元系统的神经传递缺陷与大脑皮质、海马体及其他部位胆碱能递质的缺失, 引起乙酰胆碱基转移酶 (ChAT)和乙酰胆碱酯酶 (AChE) 活性降低, 使乙酰胆碱(ACh) 浓度降低, 这是AD 患者认知功能损害的主要原因。大量学者认为增强胆碱能活性的药物可以改善AD 患者的学习记忆能力。中枢胆碱能递质在学习与记忆中起着重要的调节作用。神经递质乙酰胆碱 (ACh) 的降低是AD 最主要的特征。目前治疗AD 的主要药物为抑制乙酰胆碱酯酶降解的乙酰胆碱酯酶抑制剂, 现在用于临床上治疗AD的主要药物有他克林 (tacrine)、多奈哌齐 (donepezil)、加兰他敏 (galantamine)、利斯的明 (rivastigmine)、石杉碱甲 (huerzine A) 和美曲磷酯 (metrifonate)。由于这些药物只能缓解轻、中度AD 患者的病情, 不能从根本上治愈, 对重症AD 的患者的治疗也没有显著的疗效。因此, 迫切需要研发新的高效、低毒的AD药物。本实验室近来合成了一个新化合物I,在抑制AChE 活性方面有一定的效果。硫色满酮是合成杂环化合物的常用试剂, 它们是一类含有硫原子的杂环化合物, 以多种形式存于天然产物中, 有较强的生物活性。近年来, 人们将此类化合物应用于AD治疗领域中, Rampa 等[10]用硫色满酮和利斯的明结构中的氨基甲酸酯药效基团通过长碳链拼接, 合成了具有AChE 抑制活性的硫色满-4-酮类衍生物, 以此类化合物为基础的乙酰胆碱酯酶抑制剂的合成研究成为了目前的一个热点。化合物I 的活性弱于对照药多奈哌齐, 因此对结构进行优化, 将苯基噻唑的'开环结构关环来考察其乙酰胆碱酯酶的抑制活性。本文在化合物I 的化学结构基础上, 以硫色满-4-酮代替苯乙酮, 合成了一系列N-酰基硫色烯并噻唑-2-胺类衍生物II, 并考察了它们对AChE 的抑制作用,为新的乙酰胆碱酯酶抑制剂的开发做探索性研究。具体反应过程见合成路线1。
结果与讨论
1 目标化合物的合成
合成的化合物结构经1H NMR、MS、元素分析及IR 得以确证, 理化数据。
2 乙酰胆碱酯酶体外抑制活性
合成化合物的体外AChE 抑制活性实验表明,制备的18 个化合物均有一定的体外抑制乙酰胆碱酯酶的活性 (如表3 所示)。其中10a 表现出较好的AChE 抑制活性, 其IC50 分别为7.96 μmol·L1 和7.88μmol·L1, 取其平均值为7.92 μmol·L1, 其活性高于对照药利斯的明, 但低于对照药多奈哌齐。从合成的化合物的活性数据可以发现不同取代基与生物活性的部分相互关系如下: 在A 处,苯环上R1 取代基对生物活性的影响: F、Cl、CH3 的活性依次增强, 例如表3 中化合物的IC50 活性大小为: 11a (R1=CH3) > 5a (R1=Cl) > 8a (R1=F)。在B 处,酰基碳链R2 上多了一个碳原子, 抑制酶的效果明显增强, 例如表3 中化合物的IC50 的活性大小为: 6a(R2=CH2CH2) > 5a (R2=CH2), 这说明酰胺N 上碳链的长短对抑制活性起着重要的影响。在C 处, R3 上的取代基丙基代替了乙基, 活性减弱, 如表3 中化合物的IC50 活性大小为: 4a (R3=(CH2)2) > 5a (R3=(CH2)3)。在D 处, 叔胺上的R4 取代基二甲氨基对生物活性的影响要比二乙氨基大, 如表3 中化合物的IC50 活性大小为: 4a (R4=CH3) > 4b (R4=CH2CH3)。
实验部分
所有实验材料除另作说明外, 均为市售。乙酰胆碱 (电鳗) 购自Sigma 公司。用SGW X-4 显微熔点仪测定熔点 (上海精密科学仪器有限公司)。1H NMR由Bruker AVANCE600 核磁共振仪 (CDCl3 为溶剂, TMS 做内标) 测定。高分辨质谱由Bruker apex ultra7.0 T 傅里叶变换型质谱仪测定; 红外光谱采用FTIR-8400S 傅里叶变换红外分光光度计。96 孔板读取用1420 Victor 酶标仪。
1 化合物的合成
1.1 化合物1～3 的合成 (以1 合成为例)
取5.94 g(30 mmol) 6-氯硫色满-4-酮置于250 mL 圆底烧瓶中,加入冰醋酸30 mL 使之完全溶解, 取5.21 g (33 mmol)液溴置于加有适量冰醋酸的恒压漏斗中。温度控制在40 ℃, 将溴的冰醋酸溶液缓慢滴加到上述圆底烧瓶中, 控制滴加速度 (每分钟20 滴), 50～60 min 滴加完毕, 继续在40 ℃下反应3～4 h。反应完毕后静置,冷却至室温。向上述体系中加入饱和亚硫酸氢钠溶液,有大量絮状沉淀析出, 抽滤, 滤饼用大量水洗至中性。室温干燥后得到淡黄色固体3-溴-6-氯硫色满-4-酮。取3.04 g (40 mmol) 硫脲置于250 mL 圆底烧瓶中, 加入70 mL 无水乙醇, 加热回流。待硫脲完全溶解后, 取5.52 g (20 mmol) 3-溴-6-氯硫色满-4-酮, 分批加入反应体系中, 反应1 h 后停止反应, 静置冷却。减压下旋干溶剂, 向残余物中加入饱和碳酸氢钠溶液, 至pH 值为8～9, 然后用二氯甲烷萃取3～4 次,合并有机相。减压下旋干有机溶剂, 剩余物经硅胶色谱柱 (洗脱剂为乙酸乙酯与石油醚, 体积比1∶2) 分离纯化得到黄色固体3.04 g。用类似的方法得到化合物2、3, 物理和光谱数据。
1.2 化合物4～12 的合成 (以4 合成为例)
取2.58 g(10 mmol) 2-[4-(2-溴乙氧基)苯基]乙酸和3.04 g (12mmol) 的1 溶于50 mL 二氯甲烷中, 然后加入3.85 g(12 mmol) TBTU, 常温下反应过夜。反应完后将体系中的溶剂旋干, 剩余物经硅胶色谱柱 (洗脱剂为乙酸乙酯与石油醚, 体积比1∶4) 分离纯化得到黄色固体3.80 g。用类似方法合成化合物5～12, 物理和光谱数据见表4 和表5。
1.3 化合物4a～12a 和4b～12b 的合成 (以4a 合成为例)
取1.98 g (4 mmol) 的化合物4 溶于乙腈, 加入0.53 g (4.8 mmol) 二甲胺盐酸盐、1.1 g (8 mmol)碳酸钾和0.88 g (8 mmol) 碘化钾, 加热回流 (80 ℃),反应2 h 后停止, 静置冷却。然后旋干溶剂, 用饱和碳酸氢钠溶液调节pH 到8～9 左右, 用二氯甲烷萃取3～4 次, 合并有机相, 旋干溶剂。剩余物经硅胶色谱柱 [洗脱剂为乙酸乙酯与石油醚 (含1% 的三乙胺), 体积比1∶1] 分离纯化得到棕色固体1.25 g。用类似方法合成化合物5a～12a 和4b～12b。
2 体外AChE 抑制试验
采用Ellman 分光光度法在体外考察化合物对电鳗乙酰胆碱酶的抑制作用, 同时用空白组, 利斯的明、多奈哌齐为阳性对照组进行实验。配置Tris 缓冲液pH 为7.2, 底物ACTI (碘化硫代乙酰胆碱) 的浓度为0.6 mmol稬1, 显色剂DTNB 的浓度为3 mmol稬1,电鳗AChE 总量为0.035 U, 抑制剂的配置浓度分别为1?105、1?106、1?107、1?108、1?109 mol稬1。分别取20 μL Tris 缓冲液、10 μL 电鳗AChE、10 μL各浓度的抑制剂于96 孔板中, 37 ℃下保温12 min, 然后加入10 μL 底物ACTI 和50 μL 的显色剂DTNB,5 min 后使用1420Victor 多标计数仪在405 nm 处读取每孔吸光度。空白组用10 μL Tris 缓冲液分别代替底物和抑制剂, 标准组用10 μL Tris 缓冲液代替抑制剂, 每个化合物在不同浓度均实验3 次, 然后以抑制率I (I = 100?(A 测A 空)/(A 标A 空)%) 对抑制剂浓度C作图, 进行S 型曲线线性拟合, 得到半数抑制率IC50对应的浓度Cx, 为了得到准确的IC50, 从1?105～1?109 mol稬1 中选择最接近Cx 的浓度1?10xmol稬1, 且1?10x mol稬1 小于Cx。配制1?10x、3?10x、5?10x、7?10x、9?10x mol稬1, 同法操作酶抑制实验, 然后以抑制率I 对抑制剂浓度C 作图,进行直线线性拟合, 求出IC50。
3 小结
合成的大部分的N-酰基硫色烯并噻唑-2-胺类化合物都有一定的乙酰胆碱酯酶抑制活性, 化合物10a 的生物活性是其中最好的, 其IC50 值达到了7.92μmol·L1, 活性优于对照药物利斯的明。这说明N-酰基硫色烯并噻唑-2-胺类化合物的结构值得进一步研究。
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