姜黄素类似物合成与体外抗肿瘤活性研究

第23卷第7期 2011年 7月 化 学 研 究 与 应 用 ChemieM Research and Application Vo1．23，No．7 July．2011 文章编号：1004—1656(201 1)07-0923-05 姜黄素类似物合成与体外抗肿瘤活性研究 刘 洋 ，许建华 ，黄秀旺。，刘 锋 ，吴梅花2 (1．福建医科大学药学院 药物化学系，福建 福州 350004； 2．福建医科大学药学院 药理学系，福建 福州 350004； 3．福建医科大学 新药研究所，福建 福州 350004) 摘要：以芳香醛、4-哌啶酮为原料，Claisen·Schimidt缩合制备 3，5．(E)-二亚苄基哌啶_4．酮类化合物。采用 MTY法测试目标化合物对人类慢性粒细胞自血病急变细胞 K562，人结肠癌细胞 SW1116增殖的抑制活性。 化合物 1-19的结构经核磁和质谱确证，化合物 7、lO、l1对 SW1116的抑制活性比EF-24强 ，化合物 1-5、9、14、 18对 K562的抑制活性均比EF-24强。 关键词：姜黄素；姜黄素类似物；EF-24；3，5-( )．二亚苄基哌啶_4．酮；抗肿瘤活性 中图分类号：0626．3 文献标识码 ：A Synthesis and antitumor activity in vitro of curcumin analogs LIU Yang ，XU Jian．hua ，¨ ， HUANG Xiu．wang’ ，LIU Feng ，WU Mei．hua (1．Department of medical chemistry，School of Pharmacy，Fujian Medical University，Fuzhou 350004，China； 2．Department of Pharmacology，School of Pharmacy，Fujian Medical University，Fuzhou 350004，China； 3．New drug research insititute，Fujian Medical University，Fuzhou 350004，China) Abstract：Nineteen eurcumin analogs were designed and synthesized from aromatic aldehydes and 4-piperidone by elaisen—schmidt condensation．Their structures were characterized by H—NMR and MS．Th eir antitumor activities in vitro were evaluated against K562 and SW 1116 tumor cell Lines by MTY assay．Th e results showed that compounds 1，2，3，4，5，9，14，18 had significantly better activity against K562 ceHs than EF-24(IC5o=1．58 p．mol·L )．Compounds 7，10，11 weld stronger than EF-24(IC50=11．7 mol · L )on SW1116． Key words：eurcumin；eurcumin analogs；EF-24；3，5-bis(benzylidene)piperidin-4一one；antitumor activity 姜黄素(curcumin)(化学结构见图 1)是从姜 科姜黄属植物姜黄(Curcuma longa L )的主要活 性成分。研究表明，姜黄素可以用于预防和治疗 肿瘤，其抗肿瘤谱广、分子量小、毒性低，是一种极 具开发前景的化学治疗药物⋯。但是姜黄素活性 偏低、水溶性差，口服后在体内代谢快，生物利用 度低，限制了其临床应用 ．3 J。以姜黄素为先导化 合物，以保留其安全性、提高抗肿瘤活性和生物利 用度为目的合成衍生物具有重要意义。许多 姜黄素的类似物和衍生物被设计、合成和筛选 ]， 其中代表化合物 EF-24[3，5．(E)---(2．氟亚苄基) 哌啶4-酮乙酸盐，化学结构见图1]是缩短姜黄素不 饱和B-二酮链得到的姜黄素类似物，文献报道，其 收稿 日期：2011-02-17；修回日期：2011-05-06 基金项目：福建省教育厅项目(JA10150)资助；福建省科技重点项目(2009Y0025)资助 联系人简介：许建华(1958-)，男，教授 ，主要研究方向：天然抗癌药物。Email：xjh@mail．旬mu．edu．ca 化 学 研 究 与 应 用 第23卷 体外抗肿瘤活性比姜黄素要强10倍以上 。 0 o H3 H3 F O F 图 1 姜黄素、EF-24的化学结构 Fig．1 Structure of the curcumin and EF-24 以EF-24为先导化合物，根据生物电子等排等原 哌啶4．酮类化合物可由芳醛与4一哌啶酮盐酸盐或 理，设计合成了14个3，5一(E)．二亚苄基哌啶4一酮盐 Ⅳ-Boc4一哌啶酮进行 Claisen—Schimidt反应得到。 酸盐类化合物；为优化药动学性质，在 N原子上引 目标化合物的合成路线和化学结构见图2。十个 入叔丁氧羰基(BOC)，合成了5个3，5．(E)-二亚 化合物(2、5、1O、l1、14一l9)经SCIfinder数据库检 苄基-N-Boc-哌啶4一酮化合物。3，5-(E)-二亚苄基 索为新化合物。 R n+ R— R H “ “ 5：3一OH．4-OCH R O H +[=) R O R 0：2,5-未2O CH3毪 oc c 4：4：吕 b 1 仪器和材料 熔点用上海精密仪器厂x4型显微熔点仪测 定，温度未经校正。 HNMR谱采用 Bruker Avance Ⅲ型核磁共振仪(4OO MHz)测定，TMS为 内标。 质谱采用 Agilent 6410 Triple Quad LC／MS测定。 美国 BIO．RAD公司全自动酶标仪。4-哌啶酮一水 合盐酸盐，N．BOC4．哌啶酮购自徐州诚益化学品 科技有限公司，芳醛购自阿法埃莎(天津)化学有 限公司，氢氧化钠、无水乙醇、盐酸、冰醋酸等购自 国药集团化学试剂有限公司，细胞株：人类慢性粒 细胞 白血病 急变 细 胞 K562，人 结 肠 癌 细 胞 SW1l16。以上细胞均来源于中科院上海细胞库， 由福建医科大学新药研究所常规体外细胞传代。 2 实验方法 2．1 合成方法 2．1．1 3，5．( )-二亚苄基哌啶4．酮盐酸盐的合 成通法 芳醛(10 mmo1)，4-哌啶酮一水合盐酸盐 0．768 g(5 mmo1)置于 100 mL圆底烧瓶中，加入 10 mL饱和HCI冰醋酸，室温搅拌 1 h后放置2 d， 有固体析出，抽滤得到粗产品。用乙醇一水重结晶 得到目标物 1-l4。 饱和 HCI冰醋酸的配制：浓盐酸往浓硫酸中 滴加(浓盐酸：浓硫酸为1：3)，产生的HCI气体经 缓冲瓶后通入冰醋酸直至饱和。 2．1．2 3，5．(E)．二亚苄基-Ⅳ-Boc．哌啶4．酮的合 成通法 将 Ⅳ．Boc4-哌啶酮 0．995 g(5 mmo1)、氢 氧化钠40 mg(1 mmo1)和无水乙醇20 mL置于反 第7期 刘 洋等：姜黄素类似物合成与体外抗肿瘤活性研究 应瓶内，室温搅拌，待澄清后加入相应的芳醛(10 retoo1)，室温下反应 2 d，抽滤，滤饼用元水乙醇洗 涤，真空干燥，即得目标物15-19。 2．2 I~I'IT法测体外抗肿瘤活性 对人类慢性粒细胞白血病急变细胞 K562和人 结肠癌细胞 SWlll6的半数抑制浓度( ，laxnol· )，以EF-24为对照药。 以MTr法测定药物对肿瘤细胞的体外抗肿瘤 活性：将细胞培养于含 10％(体积分数)小牛血清 的RPblI 1640培养中，在 37cI=，置于体积分数为 5％的CO：培养箱中培养，取对数生长期细胞用于 实验。将一定数量处于对数生长期的细胞，按一 定密度接种于 96孔板里，实验组分别加入不同浓 度的受试药物(贴壁细胞待贴壁后加入受试药 物)，对照组加入等体积的培养液，每组设三个平 行孔，37℃培养48h，加入5rag·mL 的l~lTr溶液 20 孔，继续培养4h后 ，离心弃上清，加入 DMSO 150ul，振荡 lOmin，充分裂解后，用全 自动酶标仪 检测57Onto处的吸光度(OD卯。)值。根据吸光度 计算细胞生长抑制率。细胞生长抑制率=[OD对照 一 ∞ 实验]／DD对照xlO0％。以同一药物的不同浓度 对肿瘤细胞生长抑制率作图，可得到剂量反应曲 线，根据线性回归方程求出该药物对细胞生长抑 制率为50％的浓度即半数抑制浓度／Cs。。 3 结果与讨论 3．1 目标化合物结构表征 化合物2、5、10、ll、14-l9经SClfinder数据库 检索为新化合物。 3，5一( )一二 (2-氟亚苄基)哌啶4_．酮盐 酸盐 (EF-24游离碱的盐酸盐)：淡黄色粉末，收率 9O％， m．P．185～188~C(文献【7]：收率91％，m．P．186— 189℃)；ESI-MS(bf+H—HC1)312．1； H NI~IR(D1VI- SO一 ) ：9．98(2H，br，一N -H)，7．91(2H，s，一CH = )，7．60-7．55(2H，tlrl，Ar-H)，7．53-7．50(2H，m， At-H)，7．42-7．36(4H，nl，Ar-H)，4．37(4H，s，- CH2-)。 3，5-(E)-二(2一氯亚苄基)哌啶4-酮盐酸盐 (1)：黄色晶体，收率 85％，n1．P．236—239't2，ESI． MS：344．1(M+1一HC1)； HNMR(DI~ISO·d6) ：8．oo (2I-I，s，一CH=)，7．66-7．64(2H，m，Ar-H)，7．55- 7．5O(6H，m，Ar-H)，4．37(4I-I，s，·CH2一)。 3，5一(E)-二(2-溴亚苄基)哌啶4．酮盐酸盐 (2)：淡黄色粉末，收率 80％，m．P．238～241oC， ESI-MS：434．1(M+1一HCI)； HNblR(DblSO-d6) ： 7．94(2H，s，-CH=)，7．83-7．80(2H，m，Ar-H)， 7．57-7．53(2H，m，Ar-H)，7．48-7．42(4H，m，A卜 H)，4．35(4I-I，s，-CH2-)。 3，5-(E)---(2一硝基亚苄基)哌啶4．．酮盐酸盐 (3)：黄色晶体，收率 60％，in．P．243—246~C，ESI． MS：366．1(M+1一HC1)； HNblR(DMSO—d6) ：9．98 (1H，s—br)，8．30—8．2O(2H，s，Ar-H)，8．17(2H，s，- CH=)，7．96-7．89(2H，m，Ar—H)，7．78-7．75(2H， m，Ar·H)，7．66-7．55(2H，Ar—H)，4．22(4H，s，- I~H2-)。 3，5一( )一--(3-甲氧基4一羟基亚苄基)哌啶4． 酮盐酸盐(4)：红褐色粉末，收率 82％，m．P．255— 258~C(文献 ]：收率 98％，Il1．P．254～256℃)。 ESI-MS：368．2(M+1-HC1)； HNMR(DI~ISO-d6)6： 9．97(br，2H，-OH)，9．84(2H，br，-N4-一H)7．81 (ZrI，S，-CH=)，7．13(2H，s，Ar)，6．98(4H，in， Ar)，4．49(4I-[，S，-CH2-)，3．83(6H，s，-OCH3)。 3，5一(E)---(3一羟基4一甲氧基亚苄基)哌啶4．． 酮盐酸盐(5)：黄色粉末，收率 88％，m．P．312～ 315oC，ESI-MS：368．2(M+I-rlC])； rINMI~(DMSO- cf6)艿：7．72(2H，s，一CH=)，7．07(2H，s，Ar)，7．O0- 6．95(4H，m，AT)，4．44(4H，S，-CH2-)，3．84(6H， s，-OCH3)。 3，5-(E)---(4-甲氧基亚苄基)哌啶_4-酮盐酸 盐(6)：黄色晶体，收率 72％，ITI．P．274～277cc， ESI-MS：336．2(M+1-HC1)； HNMR(DMSO一 )6： 7．83(2H，s，一CH =)，7．51(2H，d，Ar—H，J= 8．8nz)，7．O9(2H，d，Ar-H，J=8．8Hz)，4．47(4H， s，一CH2一)，3．34(61-1，s，一OCH3)。 3，5-(E)·--(3-甲氧基亚苄基)哌啶4．酮盐酸 盐(7)：黄色晶体，收率 66％，m．P．241～244~C， ESI-MS：336．2(M+1-HC1)； HNMR(DMSO-d6)6： 7．86(21-I，s，-CH=)，7．45(21-I，s，Ar—I-I)，7．09-7．07 (6ri，m，Ar-H)，4．48(41-I，8，-CH2-)，3．32(6ri，s，- OCH3)。 3，5一(E)---(2-甲氧基亚苄基)哌啶_4．酮盐酸 化 学 研 究 与 应 用 第23卷 盐(8)：黄色晶体，收率 58％，m．P．252～255℃， ESI-MS：336．2(M+1-HC1)； HNMR(DMSO-d6) ： 8．03(2H，8，一CH=)，7．52-7．47(2H，m，Ar—H)， 7．31-7．29(2H，In，Ar-H)，7．17—7．15(2H，rll，A卜 H)，7．10-7．06(2H，111，Ar-H)，4．34(4H，s，一 CH2-)，3．33(6I-I，s，一OCH3)。 3，5一(E)---(3，4一二甲氧基亚苄基)哌啶_4-酮 盐酸盐(9)：黄色粉末，收率 77％，m．P．234～ 237oC，ESI—MS：396．2(M+1一HC1)； HNmrt(DMSO一 比)6：7．84(2H，s，-CH=)，7．14(2H，s，Ar-H)， 7．11-7．09(4H，m，Ar-H)，4．51(4H，s，一CH2一)， 3．83(12H，s，一OCH3)。 3，5-(E)一--(2，5一二甲氧基亚苄基)哌啶4·酮 盐酸盐(10)：桔黄色粉末，收率 73％，m．P．215— 218oC，ESI—MS：396．2 (M + 1-HCI)； HNMR (CDCI3) ：8．08(2H，s，-CH=)，6．88(2H，d，Ar-H， -，=8Hz)，6．8o(2i-i，d，Ar-H，J=8nz)，6．70(2I-I，s， Ar—I-I)，4．26(4I-I，s，-CH2-)，3．76(6H，s，-OCH3)。 3，5．(E)一--(2，4，5．三甲氧基亚苄基)哌啶_4． 酮盐酸盐(11)：红褐色晶体，收率 60％，m．P．245 — 248℃，ESI-MS：456．3(M+1·HC1)； HNMR(DM- SO—d6)6：8．O1(2ri，s，-CH=)，6．86(2H，s，Ar—H)， 6．81(2H，s，Ar-H)，4．41(4H，s，一CH2一)，3．88 (18H，s，·OCH3)。 3，5一( )---(3，4，5-三甲氧基亚苄基)哌啶4．- 酮盐酸盐(12)：红褐色晶体 ，收率 60％，m．P．237 ～ 240oC，ESI-MS：456．3(M+I—i-ic])； HnMrt(DM- SO—d6) ：7．84(2H，s，一CHN--．)，6．86(4H，s，Ar—H)， 4．57(4H，s，一CH2-)，3．85(18H，s，一OCH3)。 3，5．(E)一二亚苄基哌啶一4一酮盐酸盐 (13)：白 色粉末 ，收率 90％，rn．P．250-252 c【=，ESI—MS： 276．2(M+1-HC1)； HNMR(DMSO—d6)占：8．O0 (2I-i，s，-CH=)，7．66-7．64(2H，m，Ar—H)，7．55— 7．50(6H，m，Ar—I-i)，4．37(4H，s，一CH2一)。 3，5．(E)---(4-叔丁基亚苄基)哌啶4一酮盐酸 盐(14)：黄色晶体，收率 69％，m．P．262—265~C， ESI—MS：388．3(M+1-HC1)； HNMI~(DMSO-d6)6： 7．85(2H，s，一CH=)，7．55(4H，d，Ar—H，J=8Hz)， 7．47(4H，d，Ar—H，J=8Hz)，4．47(4H，s，一CH2-)， 1．32(18H，s，一C(CH3)3)。 3，5一(E)一--(4一甲氧基亚苄基)-Ⅳ．Boc一哌啶4一 酮(15)：淡黄色粉末，收率81％，m．P．193．196℃。 ESI—MS：458．2(M+Na)； H-NMR(CDC13) ：7．76 (2H，s，一CH=)，7．41(4H，d，J=8Hz，Ar—H)，6．95 (4H，d，J=8Hz，Ar-H)，4．73(4H，s，一CH2一)，3．85 (6I-I，s，-OCH3)，1．31(9rI，s，一C(CH3)3)。 3，5一(E)。--(z一甲氧基亚苄基)一N-Boo。哌啶4． 酮(16)：亮 黄色粉末，收率 66％，m．P．162～ 164℃。ESI-MS：458．2(M+Na)； H-NMR(CDC13) 8：8．O0(2H，s，一CH=)，7．36-7．24(4H，m，Ar—H)， 6．99-6．91(4H，m，Ar—H)，4．60(4H，s，一CH2一)， 3．86(6H，s，-OCH3)，1．26(9H，s，一C(CH3)3)。 3，5一(E)．--(2，6．二甲氧基亚苄基)．N-Boo一哌 啶．4一酮(17)：淡黄色粉末，收率 88％，In．P．200～ 203℃．Es1-MS：518．2(M+Na)； H—NMR(CDC13)6： 7．78(2I-I，s，一CH=)，7．30-7．25(2H，dd，J=8Hz， At-H)，6．56(4H，d，．，=8Hz，Ar—H)，4．24(4H，s，一 CH2-)，3．83(12H，s，一OCH3)，1．2O(9H，s，一C (CH3) )。 3，5·(E)-二 (2，5一甲氧基亚苄基)一Ⅳ一Boe一哌 啶4．酮(18)：亮黄色粉末，收率82％，m．P．177— 179℃．ESI—MS：518．2(i~l+Na)；。H—NMR(CDCI3) ： 7．95(2H，s，一CH=)，6．91-6．83(4H，m，Ar—H)， 6．79(2H，s，Ar-H)，4．59(4H，s，一CH2一)，3．8O (12H，s，-OCH3)，1．26(9I-1，s，-C(CH3)3)。 3，5一(E)---(2，4，5一三甲氧基亚苄基)一N-Boe一 哌啶4一酮(19)：桔黄色粉末，收率 80％，m．P．180 ～ 182"(2．ESI．MS：578．3(M +Na)； H NMR (CDC13) ：7．98(2H，s，-CH：)，6．82(2H，s，Ar— H)，6．54(2H，s，Ar—H)，4．63(4H，s，一CH2一)，3．86 (18H，s，·OCH3)，1．3o(9I-I，s，一C(CH3)3)。 3．2 目标化合物的合成 EF-24和3，5一(E)．二亚苄基哌啶4．酮盐酸盐 类化合物合成是用饱和HC1的冰醋酸等作催化剂 和反应溶剂，反应时间一般为 2 d，有的目标化合 物副反应较多不易纯化。目标化合物3，5．(E)．二 亚苄基一Ⅳ-Boc4．哌啶酮中在酸性条件下不稳定易 脱去 Boc基团，故改用碱催化，乙醇为溶剂，反应 时间明显缩短，一般在O．5—24 h。由于碱性条件 下副反应少，所用NaOH为催化量，未反应的原料 又都溶于乙醇，故经数次洗涤后剩下的主要就是 目标化合物。目标化合物氢谱中双键 6均在7．7 第7期 刘 洋等：姜黄素类似物合成与体外抗肿瘤活性研究 927 ～ 8．0(2H，S，一CH=)，而双键的构型反式 大于 7．2，顺式 在 6．8附近，所以双键应为反式【9]。 3．3 3。5-(E卜二亚苄基哌啶4-酮的体外抗肿精 3，5-(E)-二亚苄基哌啶4-酮盐酸盐对体外培 养肿瘤细胞的 ∞见表 1。从结果可见，19个 目标 化合物对所选的肿瘤细胞株的抗肿瘤活性具有一 定的细胞株依赖性。化合物7、1O、11对 SW1 116 的抑制活性比EF-24强，化合物 1-5、9、14、18对 K562的抑制活性均比EF-24强。 分析对K562细胞的，c 值可得出初步的构效关 系：当芳环上取代基吸电子或给电子增强时，化合物 的抗肿瘤活性均有增强的趋势，例如：硝基的吸电子 能力比卤素的吸电子能力强，化合物3的活性比 EF-24、化合物1和2都强；羟基的给电子能力比 甲氧基的给电子能力强，化合物4和5的活性比 化合物9、10等都强。芳环上对位取代基为弱的 给电子基团，活性也增强，例如化合物14的活性 比多数化合物都要强；化合物1-14体外活性多比 化合物 15-19强，可能是因为盐酸盐水溶性好。 表1 3。5一(E)-二亚苄基哌啶4．-酮抑制K562、SW1 116肿瘤细胞活性 Tab．1 In vitro cytotoxic of3-5-Bis(Benzylidene)piperidin-4一one against K562、SW1116 cell lines(p,mol·L ) 参考文献： [1]Aggarwal B B，Kumar A，Bharti A C．Anticancer potential of cureumin：preclinical and clinical studies[J]．Antican- cer．Res．，2003，23：363-398． [2]Anand P，Kunnumakkara AB，Newman RA，et a1．Bioavail- ability of eta'cumin：problems and promises[J]．Mo1． Pharm．，2007，4(6)：807-818． [3]William P．Steward，Andreas J．Geseher．Curcumin in cancer management：Recent results of analogue design and clinical studies and desirable future research[J]．MolecIt- lar Nutrition&Food Research，2008，52(9)：1005—1009． [4]Anand P，Thomas SG，Kunnumakkara AB，et a1．Biological activities of curcumin and its analogues(Congeners)made by mall and Mother Nature[J]．Biochem Pharmaco1．， 2008，76(11)：1590-1611． [5]Mosley CA，Liotta DC，Snyder JP．Hishly active anticancer curcumin analogues．[J]．Adv．Exp．Med．BioL，2007， 595：77-103． [6]Itokawa H，Shi Q，Akiyama T，et a1．Recent advances in the investigation of curcuminoids[J]．Chin．Med．，2008， 3：11． [7]Adams BK，Fersfl EM，Davis MC，etSynthesis and biologi— cal evaluation of novel eurcumin analogs as anti-cancer and anti—angiogenesis agents[J]．Bioo罾 Med．Chem．， 2004，12(14)：3871-3883． [8]DU z Y，LIU R R，SHAO W Y，et a1． —Glucosidase inhi— bition of natural curcuminoids and eurcumin analogs[J]． Eur． Med．Chem．，2006。41(2)：213-218． [9]A．George，HJ Roth．Photoisomerisierung and cyclo-1，2- addition d，13-unges~ittigter eyclanone[J]．Tetrahedron Lett．，1971，12(43)：4057-4060． (责任编辑 罗 娟)