药学学报  2016, Vol. 51 Issue (3): 420-424   PDF    
引用本文
YANG Jia-qiang, LEI Jing, LI Gang, WAN Xiao-qiang. Synthesis and antitumor activity of cinnamoyloxy phosphonate derivatives[J]. Acta Pharm Sin, 2016, 51(3): 420-424.  
杨家强, 雷静, 黎刚, 万小强. 肉桂酰氧基膦酸酯衍生物的合成与抗肿瘤活性[J]. 药学学报, 2016, 51(3): 420-424.  
肉桂酰氧基膦酸酯衍生物的合成与抗肿瘤活性
杨家强 , 雷静, 黎刚, 万小强    
遵义医学院药学院, 贵州遵义 563003
收稿日期: 2015-09-16; 修回日期: 2015-10-21.
基金项目: 贵州省科技厅基金资助国际合作项目(黔科合外G字[2014]7013);遵义市汇川区科技局资助项目(E-123).
* 通讯作者: 杨家强, Tel: 86-852-28609461, Fax: 86-852-28609343, E-mail: yjqcn@126.com
摘要: 为了寻找抗肿瘤先导化合物,在微波辅助下,以肉桂酰氯与α-羟基膦酸酯为原料,设计合成了12个新化合物,经IR、1H NMR、13C NMR及元素分析进行结构确认。采用MTT法对目标化合物进行体外抗肿瘤活性测试,结果表明:该类衍生物对所测肿瘤细胞有一定增殖抑制作用,其中化合物3c在20μmol·L-1下对SGC-7901抑制率为68.8%,化合物3h在5μmol·L-1下对SGC-7901抑制率达48.0%,有较好的抗肿瘤活性。
关键词: 肉桂酸     膦酸酯     微波辐射     抗肿瘤活性    
Synthesis and antitumor activity of cinnamoyloxy phosphonate derivatives
YANG Jia-qiang , LEI Jing, LI Gang, WAN Xiao-qiang    
School of Pharmacy, Zunyi Medical College, Zunyi 563003, China
Abstract: In search of more effective anticancer agents, twelve compounds were designed and synthesized via microwave-assisted reactions of cinnamoyl chloride with α-hydroxyphosphonate. The structures of all the compounds were confirmed by IR, NMR and elemental analysis. Bioassay of the compounds were tested. They exhibited certain antitumor activities. Especially, compound 3c had obvious inhibitory effect on growth of SGC-7901 cells in vitro at 20 μmol·L-1, and compound 3h showed better inhibitory effect on growth of SGC-7901 cells in vitro at 5 μmol·L-1, the inhibition ratio were 68.8% and 48.0%, respectively.
Key words: cinnamic acid     α-hydroxyphosphonate     microwave irradiation     antitumor activity    

肉桂酸 (cinnamic acid, CINN), 化学名: E-3-苯基-2-丙烯酸, 是从肉桂皮或安息香中分离出来的有机酸, 在植物中经由苯丙氨酸脱氨降解而生成[1]。肉桂酸及其衍生物作为常见的芳香化合物, 具有香味、防腐等特点, 广泛应用于食品、化妆品等领域; 同时还具有抗肿瘤、抗病毒、抗菌等生物活性, 进而应用于医药、农药等多个领域。文献[2]报道, 肉桂酸及其衍生物可抑制多种肿瘤细胞的增殖, 诱导其分化与凋亡[3], 抑制肿瘤细胞的侵袭[4]、生长及转移[5], 进一步促进肿瘤细胞死亡[6]等作用。

鉴于肉桂酸及其类似物结构简单、易于合成, 代谢迅速、毒性极低, 具有良好的抗肿瘤活性以及对肿瘤细胞较强的选择性, 目前被认为是具有重大开发价值的一类天然产物。以肉桂酸为先导化合物开发低毒、高效和经济的抗肿瘤药物, 具有重要意义和良好的发展前景。

有机磷化合物由于具有丰富的生物活性及多变的结构类型, 一直是药物研究的热点[7]。其中, 在抗肿瘤方面的应用一直受到人们的重点关注, 从早期的抗癌药物环磷酰胺到双磷酸盐类抗肿瘤药物的出现, 人们对含磷抗癌新药的探索始终没有停止。近年研究报道, 部分膦酸酯类衍生物具有抗肿瘤作用[8, 9, 10]。前期, 本课题组设计合成的膦酸酯衍生物对SGC-7901、A549等肿瘤细胞有较好的增殖抑制作用[11, 12, 13, 14, 15]。进一步证实膦酸酯类化合物的潜在抗肿瘤活性。

基于上述实验和理论依据, 在前期研究的基础上, 根据活性结构拼合原理, 将肉桂酸与膦酸酯结构组合, 设计合成系列肉桂酰氧基膦酸酯衍生物, 进行体外抗肿瘤活性评价。目标化合物的合成如合成路线1所示。

3a: R1 = H, R = C2H5; 3b: R1 = 2-F, R = C2H5; 3c: R1 = 4-F, R = C2H5; 3d: R1 = 4-OCH3, R = C2H5; 3e: R1 = H, R = CH(CH3)2; 3f: R1 = 2-F, R = CH(CH3)2; 3g: R1 = 4-F, R = CH(CH3)2; 3h: R1 = 4-OCH3, R = CH(CH3)2; 3i: R1 = H, R = n-C4H9; 3j: R1 = 2-F, R = n-C4H9; 3k: R1 = 4-F, R = n-C4H9; 3l: R1 = 4-OCH3, R = n-C4H9 Scheme 1 Synthetic route of target compounds
结果与讨论 1 中间体2的合成

参考相关文献[16]的类似方法制备中间体2, 其理化数据见表 1。

Table 1 Physical property of compounds 2a-2l
2 目标化合物的合成 2.1 时间对目标化合物3a产率的影响

以3a的合成为例。在功率600 W、温度20 ℃的反应条件下, 考察反应时间对化合物3a的产率影响, 当时间从20 min升至60 min, 化合物3a的产率从10.3% 增加到57.5%, 当反应时间为80 min时, 产率降低到43.4%。其中, 当反应时间从50 min到60 min, 目标物的产率仅仅增加了0.7%, 综合考虑, 确定50 min为最佳反应时间。

2.2 温度对目标化合物3a产率的影响

在功率 600 W、反应时间50 min的条件下, 考察反应温度对产率的影响。温度由10 ℃升高至30 ℃, 目标物3a的产率增加了22.1%, 随着反应温度的进一步提高, 产率降低。因此, 确定30 ℃为反应的最佳温度。

2.3 微波辐射功率对目标化合物3a产率的影响

控制反应时间在50 min、温度30 ℃的条件下, 考察微波辐射功率对产率的影响。随着功率从200 W增至800 W, 化合物3a的产率从26.4% 上升至74.6%, 当功率进一步上升至900 W、1 000 W时, 产率分别为74.9%、74.8%, 产率变化较小。因此, 800 W为该反应的最佳反应功率。

通过上述试验, 筛选出微波辅助合成目标物3a的最佳条件: 温度30 ℃、功率800 W、反应时间50 min。同时, 以3a为例, 考察了无微波辐射下的合成, 结果表明: 在30 ℃下, 反应10～15 h, 产率可达30.7%。因此, 与传统方法比较, 微波辅助合成具有反应时间短、产率高等优点。

目标化合物结构经IR、1H NMR、13C NMR及元素分析得以确证, 理化数据见表 2和表 3。

Table 2 Physical property of compounds 3a-3l

Table 3 Spectral data of target compounds
3 抗肿瘤活性

抗肿瘤活性筛选表明: 目标化合物对肿瘤细胞A549和SGC-7901有一定增殖抑制活性, 结果见表 4。从表中可以看出: 目标物对肿瘤细胞A549和SGC-7901有不同程度的增殖抑制作用。目标物3b、3c、3f、3h对所测肿瘤细胞有较好的抑制作用, 在20 μmol·L-1下对A549的抑制率分别为40.7%、53.2%、41.6%、55.3%, 而对SGC-7901的抑制率分别为56.8%、68.8%、56.3%、62.3%; 其中化合物3h在5 μmol·L-1下对SGC-7901抑制率达48.0%, 化合物3c在20 μmol·L-1下对SGC-7901抑制率为68.8%, 与对照药5-FU较为接近, 表现出较好的抗肿瘤活性。初步构效关系分析发现, 当R = C2H5、CH(CH3)2时的化合物有较好的抗肿瘤活性, 当R = n-C4H9, 该类化合物的抗肿瘤活性较差, 表明R取代烷基碳链的增长, 化合物的抗肿瘤活性减弱; 同时, 大多数氟取代的目标物比不含氟的目标物呈现较优的活性, 为后期优化与结构改造提供了依据。

Table 4 The inhibition rate of target compounds for different tumor cells

进一步测试了抗肿瘤活性较好的化合物3c、3h的IC50, 对肿瘤细胞A549的IC50分别为 (11.6 ± 1.2) μmol·L-1、(12.1 ± 0.9) μmol·L-1 [对照品IC50 = (6.9 ± 0.7) μmol·L-1], 对肿瘤细胞SGC-7901的IC50分别为 (9.2 ± 1.4) μmol·L-1、(10.0 ± 1.9) μmol·L-1 [对照品IC50 = (5.6 ± 1.0) μmol·L-1], 两个化合物的IC50都接近对照药, 进一步说明对肿瘤细胞有增殖抑制作用。

4 小结

一系列肉桂酰氧基膦酸酯衍生物被设计合成, 抗肿瘤活性测试表明, 部分目标物对所测肿瘤细胞有较好的增殖抑制作用, 尤以3c、3h最为突出, 值得进一步结构优化与深入抗肿瘤研究。

实验部分

用SGW X-4显微熔点仪测定熔点 (温度未校正, 上海精密科学仪器有限公司); NMR用Bruker Avance 400型核磁共振仪测定 (TMS为内标); 红外光谱采用Varian傅里叶变换红外分光光度计; 元素分析数据用德国Elementar Vavio-III型元素分析仪测得; 96孔板读取用ELX800酶标仪; 药品与试剂均为分析纯。

1 化合物的合成 1.1 中间体1的合成

参照文献[17]制备中间体1, 产率: 62.6%, 熔点: 37.5～39.2 ℃, 密封备用。

1.2 中间体2的合成

参照文献[16]类似方法合成, 分别将10 mmol苯甲醛和6 mmol三乙胺加入50 mL圆底烧瓶中, 室温下向其滴加10 mmol亚磷酸二烷基酯, 60～80 ℃油浴反应1.5 h, 浓缩溶剂, 用石油醚-乙醚混合溶剂重结晶 [R=C2H5; CH(CH3)2] 或柱色谱纯化 [R=n-C4H9]。

1.3 目标化合物的合成

称取2.5 mmol中间体2、2.5 mmol三乙胺加入50 mL三颈瓶中, 向其加入 20 mL无水二氯甲烷, 冰浴下, 搅拌反应, 再向其缓慢滴加2.5 mmol中间体1 (用10 mL二氯甲烷作为溶剂), 然后转移至微波合成仪中, 控制微波功率800 W, 30 ℃下反应50 min。反应完毕, 浓缩溶剂, 柱色谱分离 (乙酸乙酯-石油醚, 4∶1), 得目标化合物3。

2 MTT法抗肿瘤活性实验

采用MTT法[18], 以氟尿嘧啶为对照, 测定目标化合物在5和20 μmol·L-1浓度下对肿瘤细胞A549与SGC-7901的抑制活性, 测定结果见表 4。

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