吡咯并嘧啶—5,7-二酮及芳基取代苯甲酸類化合物的合成及其應(yīng)用研究.pdf

1、第一部分:多取代吡咯并嘧啶-5，7-二酮類化合物合成及其熒光性質(zhì)
　　 研究背景:
　　 大多數(shù)有機(jī)熒光分子在稀溶液中都具有很好的發(fā)光性能，但在濃溶液中或固態(tài)時(shí)，發(fā)光減弱甚至消失，這一現(xiàn)象被稱為聚集誘導(dǎo)猝滅效應(yīng)(aggregationcaused quenching，ACQ)，極大地限制了這些熒光分子的應(yīng)用范圍。2001年，唐本忠等率先發(fā)現(xiàn)了硅雜環(huán)戊二烯(Silole)具有不同于普通有機(jī)熒光分子的特性，即在稀溶液時(shí)不發(fā)光

2、，而在聚集態(tài)或固態(tài)時(shí)呈現(xiàn)很強(qiáng)的熒光發(fā)射。他將這一現(xiàn)象命名為聚集誘導(dǎo)發(fā)光效應(yīng)(aggregation-induced emission，AIE)，并認(rèn)為聚集態(tài)下的分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)受限(restriction of intra-molecular rotation，RIR)是產(chǎn)生AIE的主要原因，即當(dāng)分子之間的規(guī)整聚集增強(qiáng)彼此相互作用時(shí)，限制了芳香環(huán)的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而降低了其非輻射能量轉(zhuǎn)移，使熒光發(fā)射得以增強(qiáng)。在應(yīng)用方面，自發(fā)現(xiàn)聚集誘導(dǎo)發(fā)光效應(yīng)以來，

3、科學(xué)家們已經(jīng)在多個(gè)方面成功將其應(yīng)用，主要集中在:實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬離子、陰離子、生物蛋白的識(shí)別;制備的納米顆?；螂娊赓|(zhì)應(yīng)用于生物體內(nèi)成像、結(jié)構(gòu)分析、生物檢測(cè)等。
　　 本課題組通過多組分(multicomponent reactions，MCRs)一鍋法合成了多取代四氫嘧啶類化合物，具有較強(qiáng)的聚集誘導(dǎo)發(fā)光性質(zhì)，其熒光量子產(chǎn)率最高可達(dá)到93％。本課題組已將其成功應(yīng)用于金屬離子檢測(cè)，表面活性劑檢測(cè)等方面，另外在蛋白檢測(cè)方面的應(yīng)用研究正在進(jìn)行

4、中。本論文是在前期研究的基礎(chǔ)上，合成了具有新穎結(jié)構(gòu)的多取代吡咯并嘧啶-5，7-二酮類化合物，同樣也具有較好的AIE性質(zhì)，本文對(duì)其合成條件進(jìn)行了優(yōu)化，合成了一系列類似物，并對(duì)其熒光性質(zhì)進(jìn)行了初步測(cè)試。
　　 方法:
　　 以丁炔二羧酸二甲酯(DMAD)、甲醛、取代胺、取代醛為原料，L-脯氨酸為催化劑，采用多組分合成方法合成取代吡咯并嘧啶-5，7-二酮類化合物。在探索反應(yīng)初期，采取的是五組分一步法合成五取代的吡咯并嘧啶-5，

5、7-二酮類化合物。雖然能得到最終產(chǎn)物，但產(chǎn)率較低，而在監(jiān)測(cè)反應(yīng)過程中，分離得到吡咯衍生物中間體（即化合物4）。最終分成兩步，先合成吡咯衍生物中間體（即化合物4），第二步再與不同胺和醛，三組分反應(yīng)合成得到五取代的吡咯并嘧啶-5，7-二酮類化合物。實(shí)驗(yàn)過程中，分別依次探討催化劑、溶劑、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間及反應(yīng)物比例對(duì)產(chǎn)率的影響。
　　 六取代的吡咯并嘧啶-5，7-二酮類化合物的合成同樣是以吡咯衍生物(化合物4)作為中間體，與不同的胺

6、和甲醛、苯甲醛四組分反應(yīng)合成得到。
　　 熒光性質(zhì)方面測(cè)試從兩類化合物各挑選出一個(gè)典型化合物進(jìn)行熒光性質(zhì)的測(cè)定，五取代化合物7ha和六取代化合物9a，它們?cè)诓煌囊掖?水比例混合溶液中，熒光強(qiáng)度也相應(yīng)變化。
　　 結(jié)果:
　　 (1)得到吡咯衍生物中間體（即化合物4），共11個(gè)化合物。第二步再與甲醛、不同胺一鍋法得到最終產(chǎn)物，共26個(gè)化合物。
　　 (2)六取代吡咯并嘧啶-5，7-二酮類化合物合成是在第二

7、步時(shí)加入了苯甲醛，減少了甲醛的比例，四組分一鍋法合成得到最終產(chǎn)物，共7個(gè)化合物。
　　 (3)對(duì)比可知六取代化合物9a的AIE特性明顯強(qiáng)于五取代，其中六取代化合物9a的相對(duì)熒光量子產(chǎn)率可達(dá)到37％。
　　 結(jié)論:
　　 (1)從26個(gè)五取代吡咯并嘧啶-5，7-二酮類化合物看出，該多組分反應(yīng)的產(chǎn)率均較高，在75％～91％之間，并且合成簡便，原料便宜，反應(yīng)經(jīng)濟(jì)性和可行性較好。
　　 取代基團(tuán)上來看，R1、R2

8、基團(tuán)分別都均有芳香基團(tuán)和脂肪基團(tuán)?？偟膩碚f，在RI基團(tuán)固定的情況下，R2不管是吸電子還是推電子基取代，對(duì)產(chǎn)率的影響都不大。
　　 從兩個(gè)可以取代位點(diǎn)來看，上述26個(gè)化合物已包含芳香基團(tuán)、脂肪基團(tuán)取代。化合物的種類較多，取代基豐富，并且產(chǎn)率可觀，該多組分反應(yīng)已經(jīng)足以滿足化合物的多樣性和復(fù)雜性。
　　 (2)從7個(gè)六取代吡咯并嘧啶-5，7-二酮類化合物看出，R1基團(tuán)有苯基、對(duì)氟苯基、對(duì)溴苯基，R2基團(tuán)主要是芐基和甲基，還有一

9、個(gè)噻吩乙基，R3為苯基。
　　 從產(chǎn)率上來看，基本上在30～50％之間，明顯低于五取代類化合物。可能是由于甲醛與苯甲醛存在競(jìng)爭，而甲醛相對(duì)于苯甲醛更加容易反應(yīng)，使得六取代吡咯并嘧啶-5，7-二酮類化合物產(chǎn)率下降。
　　 (3)兩類化合物均具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光性質(zhì)，六取代化合物熒光性質(zhì)更強(qiáng)。
　　 第二部分:以HIV gp41為靶點(diǎn)的芳基取代苯甲酸類化合物合成及活性研究
　　 研究背景:
　　 我國現(xiàn)有

10、艾滋病病毒感染者約70萬人，其中艾滋病病人8萬例。根據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，目前我國艾滋病病毒感染者占總?cè)丝诘谋壤m然很低，但感染人數(shù)在亞洲位居第二位，在全球居第十四位。疫苗應(yīng)是艾滋病防治最好的手段，但二十多年來，還沒有一個(gè)HIV疫苗的臨床方案被證明是有效的。在今后相當(dāng)長的一段時(shí)期內(nèi)，有效的HIV疫苗恐難有重大突破。因此，發(fā)現(xiàn)安全有效利用率高的抗艾滋病藥物，依然是當(dāng)前艾滋病預(yù)防和治療的重點(diǎn)方向。
　　 迄今為止，已有三大類26種抗H

11、IV藥物被美國FDA批準(zhǔn)用于臨床，分別是逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑，蛋白酶抑制劑和HIV進(jìn)入抑制劑。前兩類藥物易誘導(dǎo)HIV耐藥性突變，而且對(duì)人體有較大的毒副作用，導(dǎo)致越來越多的艾滋病患者無法持續(xù)地接受抗HIV藥物的治療。而HIV進(jìn)入抑制劑，盡管目前僅有Fuzeon和Maraviroc兩種，但它們對(duì)耐受前兩類抗HIV藥物的病毒依然有效，并可組成更多的“雞尾酒”方案，用于艾滋病的治療。因此，開發(fā)新的阻止病毒進(jìn)入融合的第三類抗HIV藥物已經(jīng)成為目前抗艾滋

12、病藥物研究的熱點(diǎn)。
　　 由于進(jìn)入抑制劑是作用在HIV感染的早期階段，能夠阻止HIV與靶細(xì)胞的融合，因此被認(rèn)為在艾滋病的防治上具有更好的應(yīng)用前景。Fuzeon的作用靶點(diǎn)為HIV gp41，是gp41衍生的36個(gè)氨基酸組成的多肽，在體內(nèi)易水解，用藥量大，治療費(fèi)用昂貴。因此，近年來研究熱點(diǎn)集中在能否發(fā)現(xiàn)小分子的HIV進(jìn)入抑制劑，用于艾滋病的治療。在以HIV gp41為作用靶點(diǎn)的小分子抑制劑研究方面，Jiang等人首次報(bào)道了兩個(gè)含吡咯

13、烷取代的苯甲酸類化合物，NB-2和NB-64，它們能抑制gp41六螺旋束核心結(jié)構(gòu)(6-HB)的形成，因此具有一定的抗HIV活性。然而，NB-2、NB-64相對(duì)分子質(zhì)量較小，分子結(jié)構(gòu)成藥性差，只能作為先導(dǎo)化合物。以NB-2和NB-64為先導(dǎo)物，科學(xué)家也做了一些結(jié)構(gòu)改造工作，以期發(fā)現(xiàn)新的小分子HIV進(jìn)入抑制劑。Teixeira，Liu，Wang等分別以N取代吡咯或苯并吡咯為母核;Meanwell和Zhou等分別以吲哚環(huán)為母核，設(shè)計(jì)合成了一系

14、列化合物，均有不同程度的抑制HIV病毒復(fù)制的作用，活性在微摩爾級(jí)。研究發(fā)現(xiàn)，分子結(jié)構(gòu)中的羧酸官能團(tuán)是活性必需基團(tuán)，經(jīng)Docking軟件模擬，羧基可能與gp41中的K574的殘基形成鹽橋。
　　 方法:
　　 本實(shí)驗(yàn)以艾滋病病毒(HIV) gp41為作用靶點(diǎn)，其中關(guān)鍵中間體14的制備是以溴代物與硼酸酯為原料，通過鈀催化的Suzuki-Miyaura偶連反應(yīng)，形成C-C鍵的結(jié)合，使兩個(gè)芳環(huán)或芳雜環(huán)連接。反應(yīng)過程中由于用到了鈀

15、催化劑，因此需要通氮?dú)獗Ｗo(hù)。目標(biāo)化合物16的合成，以中間體14與取代羅丹寧15為原料，哌啶作催化劑，乙醇作溶劑，通過Knoevenagel縮合反應(yīng)合成，產(chǎn)率為40％～56％。通過條件優(yōu)化，合成了12個(gè)化合物，用于抗HIV活性篩選。ELISA法檢測(cè)其抑制HIV gp41六螺旋束形成的活性。熒光素酶法檢測(cè)化合物抗HIV活性。
　　 結(jié)果:
　　 化合物結(jié)構(gòu)經(jīng)NMR、MS得到確認(rèn)，活性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所合成的12個(gè)化合物中有5個(gè)

16、化合物(16b、16c、16d、16e、16g)在較低濃度(25μmol/，)時(shí)具有抑制HIV gp41六螺旋束形成的活性，抑制率為29％～79％。抗HIV-1 SF33病毒復(fù)制的活性實(shí)驗(yàn)表明，這5個(gè)化合物均有不同程度抑制HIV-1 SF33病毒復(fù)制的活性，其中16d的IC50為20μmol/L。
　　 結(jié)論:
　　 因此，本文以NB-2和NB-64為先導(dǎo)物，引入含羧基取代的芳環(huán)或芳雜環(huán)，使目標(biāo)化合物更具有成藥性，合成的