萘啶衍生物的合成及其醛糖还原酶抑制活性研究

萘啶衍生物的合成及其醛糖还原酶抑制活性研究杜蕊，朱长进（北京理工大学化工与环境学院，北京，100081）摘要：目的开发一系列带有新型结构的醛糖还原酶抑制剂。方法基于几种已存在的醛糖还原酶抑制剂的结构，经过4步反应，合成了三种萘啶衍生物，并对其进行体外ALR2活性测试。结果三种化合物表现出了一定的酶抑制活性，并且三者活性值相近。结论萘啶化合物的结构骨架合理，经过改进或修饰可能会提高活性。关键词：醛糖还原酶抑制剂；萘啶；抑制活性SynthesisofNaphthyridineDerivativesandResearchoftheirAldoseReductaseInhibitoryActivityDURui,ZHUChang-jin(SchoolofChemicalEngineeringandEnvironment,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China)Abstract:ObjectiveAseriesofaldosereductaseinhibitors(ARIs)withnewstructureshavebeendeveloped.MethodsBasedonseveralARIsexisted,threenaphthyridinederivativeshavebeendesignedandsynthesizedviafourstepsofreaction,andtheALR2activityofthemthreeweretested.ResultsThethreecompoundsshowedacertaininhibitoryactivity,andthedataoftheiractivityweresimilar.ConclusionThebonestructureofnaphthyridinecompoundwasreasonable,theactivitymightbebetterifthestructureofthecompoundwasimprovedormodified.Keywords:aldosereductaseinhibitors;naphthyridine;inhibitoryactivity糖尿病（diabetesmellitus，DM）是一组以持续高血糖为主要特征的代谢综合征。随着人民生活水平的日益提高,糖尿病患病率有急剧增加的趋势,已成为影响人类身体健康的常见疾病之一。大量研究证实,糖尿病并发症是由于糖尿病患者体内多元醇代谢通路异常致使体内山梨醇蓄积造成。大量动物实验和临床研究表明醛糖还原酶抑制剂（aldosereductaseinhibitors,ARIs）可有效改善糖尿病患者多元醇代谢通路异常,从而达到预防和延缓糖尿病并发症的产生[1]。因此，寻找高效低毒的治疗糖尿病并发症药物是国内外新药开发的主要目标之一。对醛糖还原酶抑制剂的开发始于上世纪60年代中期，至今已开发了数量众多的醛糖还原酶抑制剂，目前最为关注的抑制剂主要有三大类[2-4]。第一类是环状酰亚胺衍生物，主要为海因类及其类似物，经典化合物为sorbinil、minalrestat、ranirestat（AS-3201）和fidarestat。其中化合物fidarestat表现出优良特性，对其的进一步设计开发已展开，并已初步显示潜在价值[5]。第二类是羧酸类衍生物。此类代表性化合物有epalrestat、ponalrestat、tolrestat和收稿日期：2008-9-作者简介：杜蕊（1983—），女，博士研究生*通讯作者：朱长进（1958—），男，教授，E-mail:[e-mail]。epalrestat是目前全球唯一的醛糖还原酶抑制剂上市药物，但仅限于日本市场。且羧酸类化合物体内活性低，不易穿过细胞膜，生物利用度小，临床剂量较大，由此会产生毒性作用[6]。第三类是磺酰类化合物。最新报道的芳磺酰类化合物[7]显示了良好的体内体外活性及良好的药代动力学特性，预计可能在未来几年会进入临床试验。第四类是类黄酮化合物。虽然在长期研究中一直没有发现其临床和治疗效果，但在类黄酮结构的基础上设计开发的螺环海因类化合物一跃成为当今醛糖还原酶抑制剂的仅有的几个主力之一。对醛糖还原酶抑制剂的开发目前存在的主要问题之一是化合物种类还不够丰富，选择空间小，不足以满足药物开发的需要。为了克服羧酸类和海因类化合物的弱点和丰富醛糖还原酶抑制剂化合物结构类型的多样性，设计合成全新的、非羧酸、非海因类的化合物是目前研究的一个新焦点。本文设计合成了一系列以1,8-萘啶环为母体结构的化合物，并考察其在体外的生物活性，希望可以初步筛选出表现较好的带有新型母体杂环的化合物。1合成路线本文以2,6-二胺基吡啶为起始原料，经过4步反应合成目标化合物5-7（图1），对化合物5-7进行之后的生物活性测定。NH2NNH2NNH2N24a:4,4-dimethoxybutan-2-oneb:aceticanhydridec:NBSd:DIEANNNH5R=6R=7R=ONNNONNNHO13NNNHOBrRabcd图11,8-萘啶衍生物的合成路线Fig.1Thesyntheticrouteofthe1,8-naphthyridinederivatives2实验部分2.1主要材料与仪器主要材料为2,6-二胺基吡啶，3-羰基丁缩醛，磷酸，乙酸酐，N-溴代琥珀酰亚胺（NBS），吗啡林，六氢吡啶，四氢吡咯，二异丙基乙基胺（DIEA），磷酸二氢钠，磷酸氢二钠，NADPH，乙醇，均为分析纯。主要测试仪器：Varianmercury-Plus400核磁共振波谱仪，BrukerESQUIRE－3000型质谱仪，X-4数字显示显微熔点测定仪，瑞利UV-1201紫外分光光度仪。2.2合成实验2.2.12-胺基-7-甲基-1，8-萘啶2的合成于三口烧瓶中加入3.0g2,6-二胺基吡啶和25ml磷酸，加热将固体溶解，量取5ml3-羰基丁缩醛缓慢滴加至反应瓶中，升温至100℃反应6hr。将反应液中和至PH=8，二氯甲烷萃取，有机层干燥、浓缩，得产品5.447g，产率62%。2.2.22-乙酰胺基-7-甲基-1，8-萘啶3的合成将1.0g2-胺基-7-甲基-1，8-萘啶溶在10ml乙酸酐中，120℃下反应1hr。冷却后将固体过滤并用乙醚洗2-3次，得黄色固体0.51g。产率51%。2.2.32-乙酰胺基-7-溴甲基-1，8-萘啶4的合成将1.0g2-乙酰胺基-7-甲基-1，8-萘啶，1.0gN-溴代琥珀酰亚胺（NBS）置于反应瓶中，加入三氯甲烷溶解，加热回流反应4hr。冷却后，混合物用水洗2遍，有机层干燥，浓缩后柱层析分离，得产物0.36g。产率24%。2.2.42-乙酰氨基-7-吗啡林基甲基-1，8-萘啶5的合成将0.03g2-乙酰胺基-7-溴甲基-1，8-萘啶置于反应瓶中，用1,4-二氧六环溶解，加入15ml吗啡林和0.5ml二异丙基乙基胺（DIEA），常温反应48hr。反应液浓缩，柱层析分离得产物0.02g。产率65%。2.2.52-乙酰氨基-7-六氢吡啶基甲基-1，8-萘啶6的合成合成步骤同化合物5。产率61%。2.2.62-乙酰氨基-7-四氢吡咯基甲基-1，8-萘啶7的合成合成步骤同化合物5。产率49%。2.3生物活性实验从正常处死的大鼠（MaleSDmice,重量约250g）眼球中迅速取出晶状体，放入匀浆器4℃下匀浆。匀浆液在低温离心机中0-4℃离心30min。取上清液（ALR2）用于体外酶活测试。利用紫外分光光度计监测反应液在340nm（辅酶NADPH的吸收波长）处吸光度的变化来测试酶活。由所测得的紫外数据分别求出酶活I0和加入化合物后的抑制百分数Ix。每种化合物在至少四种不同的浓度值下测得其抑制百分数，由此可以求得该化合物的IC50值。3结果与讨论将化合物5-7分别加入到生物活性测定体系中，依照上述的生物活性实验方法测得其IC50值，并在最后附上在本文实验体系中所测得化合物Fidarestat的数据作为对照，表1中列出了化合物5-7在不同浓度下的抑制百分数和IC50值。测定结果表明化合物5-7的IC50值已经处于微摩尔级，显示出了一定的酶抑制水平，虽然相较于Fidarestat活性差了很多，但是对于一种全新的母体结构来说，此种结构已经表现出了一定的发展潜力，在此基础上加以修饰改进可能会得到更好的结果，显现出更大的应用价值。将几种醛糖还原酶抑制剂与化合物5-7的结构（图2）进行观察比较，我们发现其共同之处为都是一个芳香并杂环通过单碳链与另一个环相连，这种结构骨架可能使得化合物可以较好的与酶相契合，从而结合到酶上。因此三种化合物都显示出了一定的活性，说明这种基本的骨架结构还是有其合理性的。而三种化合物在结构上的相近也表现在其IC50值相差不大，都在同一个数量级上。三种化合物之间相比较，5的活性明显好于6和7，我们推测可能是由于化合物5中吗啡林基的氧原子有形成氢键的可能，而6、7中的脂环链根本无任何氢键的供体或受体，因而化合物5与酶的结合活性可能会高于6和7。当然，化合物5-7的活性与其它一些成熟的醛糖还原酶抑制剂相比，还有很大的差距，作为研究的敲路石，这些结果还是显现出了一些潜在价值，我们可以在这种结构的基础上加以改进或是添加不同的修饰基团，使化合物可以更好的与酶结合。表1化合物Fidarestat,5-7体外ALR2活性测试结果Tab.1ALR2activityofthecompound5-7andFidarestatNNNH5R=6R=7R=ONNNONO化合物抑制百分数(%)IC50a10-8M10-7M5×10-6M10-6M10-5M524-b4435673.563339-45508.872531-36557.8Fidarestat3852-64700.088caIC50(µM)(95%C.L.)；b未测；c本实验测得值NHNBrFOOOOAS-3201FONHHNOOONH2NNHHNOOFBrFOOFidarestatMinalrestatNNSNCO2HOCF3NNCO2HOFBrZopolrestatPonalrestatNNR1OR4R3R2nn=0,1R1,R2=H,OHR3,R4=H,OCH3,OHpyrido[1,2-a]pyrimidine衍生物NNNHONONNNHONNNNHON567图2几种醛糖还原酶抑制剂和化合物5-7的结构Fig.2Thestructureofsevaralaldosereductaseinhibitorsandcompound5-7本文设计合成的一类带有新型母体结构——萘啶环的化合物显现出一定的生物活性潜力，为醛糖还原酶抑制剂的结构设计提供了新的思路与方向，希望经过结构的改进或修饰可以得到活性更好的化合物，能够丰富醛糖还原酶抑制剂的种类。参考文献：[1]AshizawaN,AotsukaT.Benzothiazolealdoseinhibitors[J].DrugsoftheFuture,1998,23(5):521-529.[2]KadorPF,KinoshitaJH,SharplessNE.Aldosereductaseinhibitors:apotentialnewclassofagentsforthepharmacologicalcontrolofcertaindiabeticcomplications[J].J.Med.Chem.,1985,28:841-849.[3]OatesPJ,MylariBL.Aldosereductaseinhibitors:therapeuticimplicationsfordiabeticcomplications[J].Exp.Opin.Invest.Drugs.,1999,8:2095-2119.[4]DemopoulosVJ,ZaherN,ZikaC,etal.Compoundstha