新型脫碳木脂素類化合物合成方法與腫瘤抑制活性研究.pdf

1、 木脂素是一種具有抗病毒、抗腫瘤、延緩衰老、調(diào)節(jié)免疫等生物活性的天然產(chǎn)物,在植物的根、莖、葉和果實中都有發(fā)現(xiàn),其基本骨架結(jié)構(gòu)為苯丙素單元。研究發(fā)現(xiàn),帶有此類結(jié)構(gòu)單元的化合物可能具有與木脂素相似的生物活性,因此對此類化合物的合成方法也成為了化學(xué)家的研究熱點之一。
本論文研究了一系列帶有脫碳木脂素(兩分子苯丙素單元在生物合成的過程中可能通過脫去羰基失去一個碳原子而生成)基本骨架結(jié)構(gòu)的1,3-二芳基丁烯類化合物的合成方法及其生物

2、活性的檢測。多年來,此類化合物的合成已經(jīng)有相當(dāng)多的文獻(xiàn)報道,主要通過布氏酸或者過渡金屬 Pd、Ni、Co、Ru 等催化芳基烯烴進(jìn)行二聚反應(yīng)合成。但是以布氏酸為催化劑的二聚反應(yīng),二聚產(chǎn)物收率較低,且其空間構(gòu)型不具備選擇性,同時生成二氫化茚類等多種副產(chǎn)物,因此該催化方法并不值得推廣。而應(yīng)用過渡金屬催化的方法,雖然能夠控制產(chǎn)物的空間選擇性,但過渡金屬價格昂貴、反應(yīng)條件苛刻、對環(huán)境污染較大,難以滿足進(jìn)一步工業(yè)化生產(chǎn)的要求。
基于以上

3、原因,本論文旨在開發(fā)芳基烯烴二聚反應(yīng)的新型催化體系,為合成脫碳木脂素類化合物提供更多的研究方法。首先,在查閱大量參考文獻(xiàn)和結(jié)合本實驗室研究工作的基礎(chǔ)上,以帶有苯丙素單元的化合物?-細(xì)辛腦為原料,探索了二聚反應(yīng)的新型催化體系(Mn(II)/Co(II)/PhP(O)HOR/O2)用于合成脫碳木脂素類化合物,考察了反應(yīng)的影響因素,優(yōu)化了反應(yīng)條件,同時在該催化體系作用下,本反應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)物的空間選擇性且反應(yīng)產(chǎn)物為反式結(jié)構(gòu)。另外,在此基礎(chǔ)上借鑒

4、了布氏酸催化二聚反應(yīng)的機(jī)理,進(jìn)一步開發(fā)了新的催化體系(H+/PhP(O)HOR),該體系不但能夠?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物的空間選擇性,同時也大大提高了反應(yīng)的收率,所研究的催化體系易于制備,實驗方法簡便、可行,為進(jìn)一步開展工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。本論文應(yīng)用 1H NMR, 13C NMR, HPLC-MS以及元素分析等方法對合成的脫碳木脂素類化合物進(jìn)行表征,同時考察了它們對人肝癌細(xì)胞 Bel-7402、人乳腺癌細(xì)胞MCF-7、人肺癌細(xì)胞A549和人宮頸癌

5、細(xì)胞Hela的體外抗癌效果。主要研究內(nèi)容如下：
1.Mn(II)/Co(II)/PhP(O)HOR/O2催化芳基烯烴類化合物的二聚反應(yīng)研究
在新催化體系確立的基礎(chǔ)上,本論文通過逐一考察單個組分對反應(yīng)的影響,探索發(fā)生該反應(yīng)的必要條件。結(jié)果表明,Mn(II)、Co(II)、O2在反應(yīng)中都缺一不可,同時 PhP(O)HOR 也作為催化劑與 Mn(II)/Co(II)/O2共同作用,促進(jìn)反應(yīng)的發(fā)生。接著,作者進(jìn)一步優(yōu)化反

6、應(yīng)條件,經(jīng)實驗證明最佳反應(yīng)條件為：以乙酸為溶劑,底物與PhP(O)HOR摩爾比為1 ：3,Mn(II)/Co(II)為原料摩爾量的5%,在持續(xù)通入氧氣的條件下90 oC反應(yīng)24 h,其中3a最高收率達(dá)76%。
基于以上研究結(jié)果,本論文考察了反應(yīng)的適用范圍,并對可能的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了初步的推導(dǎo)。通過以帶有不同取代基的芳基烯烴類化合物為原料進(jìn)行反應(yīng),表明芳基烯烴類化合物帶有供電基團(tuán)更有利于反應(yīng)的發(fā)生。在結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)和實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)

7、上,作者提出了該反應(yīng)可能是以自由基的加成-消除反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行的。
總之,本論文開發(fā)出了用于合成脫碳木脂素類化合物芳基烯烴二聚反應(yīng)的新的催化體系,該體系相比較文獻(xiàn)報道的方法,過渡金屬用量更少,能夠降低成本、減少污染,反應(yīng)條件也更為溫和。另外,與經(jīng)典Mn(II)/Co(II)/O2體系催化合成有機(jī)膦化合物反應(yīng)中 PhP(O)HOR 作為反應(yīng)物相比,在該反應(yīng)中 PhP(O)HOR 與Mn(II)/Co(II)/O2共同形成催化體系促

8、進(jìn)反應(yīng)的完成。
2.H+/PhP(O)HOR催化合成脫碳木脂素類化合物(3a-3g、3i、3j)方法研究
在結(jié)合文獻(xiàn)報道應(yīng)用布氏酸能夠催化芳基烯烴類化合物的二聚反應(yīng),以及制備PhP(O)HOR過程中,同時也會產(chǎn)生布氏酸(HCl),因此作者以?-細(xì)辛腦為原料通過應(yīng)用未純化的PhP(O)HOR為催化劑,開展二聚反應(yīng)合成脫碳木脂素類化合物,經(jīng)多種表征方法證實為目標(biāo)產(chǎn)物,同時產(chǎn)物為反式構(gòu)型,且最高產(chǎn)率達(dá)到95%。至此,本

9、論文建立了H+/PhP(O)HOR催化芳基烯烴二聚反應(yīng)的體系。
根據(jù)以上結(jié)果,作者通過逐一考察單個組分對反應(yīng)的影響,探索發(fā)生該反應(yīng)的必要催化條件。結(jié)果表明,單一酸催化雖然能夠引發(fā)反應(yīng),但存在反應(yīng)收率低、目標(biāo)產(chǎn)物空間構(gòu)型不具備選擇性、副產(chǎn)物多等問題,而PhP(O)HOR的參與能夠大大提高反應(yīng)的收率、抑制副反應(yīng)的發(fā)生、并對產(chǎn)物起到空間控制的作用。接著,作者進(jìn)一步優(yōu)化反應(yīng)條件表明,本反應(yīng)在室溫和無溶劑的條件下同樣能夠得到高收率產(chǎn)物

10、,經(jīng)實驗探索的最佳反應(yīng)條件為：未純化的PhP(O)HOR與α-細(xì)辛腦摩爾比為1：2,在室溫?zé)o溶劑條件下反應(yīng)2 h。
基于以上研究結(jié)果,作者考察了反應(yīng)的適用范圍,并對可能的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了初步的推導(dǎo)。通過以帶有不同取代基的芳基烯烴類化合物為原料進(jìn)行反應(yīng),表明芳基烯烴類化合物帶有供電基團(tuán)更有利于反應(yīng)的發(fā)生。在結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)和實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,作者提出了該反應(yīng)可能是以酸催化形成碳正離子和PhP(O)HOR促進(jìn)叔氫質(zhì)子消去兩個過程進(jìn)行的

11、。
總之,作者提出了 H+/PhP(O)HOR 的催化體系應(yīng)用于合成脫碳木脂素類化合物,相比較傳統(tǒng)布氏酸催化芳基烯烴二聚反應(yīng),該體系克服了單獨酸催化條件下存在的問題,具有收率高、無副產(chǎn)物并且產(chǎn)物構(gòu)型具有空間選擇性等優(yōu)點,同時基于PhP(O)HOR的合成特點,該催化體系易于制備,反應(yīng)條件溫和,實驗方法簡便、可行,并能避免應(yīng)用過渡金屬帶來的毒性問題,為進(jìn)一步工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
3. 所合成脫碳木脂素類化合物(3a

12、-3g)腫瘤抑制活性測定及作用機(jī)制分析
首先,本論文通過 MTT 法考察了所合成化合物對人肺癌細(xì)胞 A549、人肝癌細(xì)胞Bel-7402、人宮頸癌細(xì)胞Hela和人乳腺癌細(xì)胞MCF-7的抗癌活性,檢測表明,所合成脫碳木脂素類化合物對這些腫瘤細(xì)胞都具有一定的抑制作用,其中對人肝癌細(xì)胞Bel-7402的抑制效果最好,并且化合物3b的半數(shù)抑制濃度(IC50)為18.9?g/mL,低于相同條件下的對照組紫杉醇的半數(shù)抑制濃度(28.0

13、?g/mL),說明針對Bel-7402細(xì)胞化合物3b表現(xiàn)出比紫杉醇更好的抑制作用。另外,我們以作用于Bel-7402 細(xì)胞的 IC50值分析了化合物結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系,初步分析得出了該類化合物具備更高抗癌活性的基本骨架結(jié)構(gòu),即3f結(jié)構(gòu)。
其次,作者以 Bel-7402細(xì)胞為研究對象,應(yīng)用 Hoechst-PI雙染色法和流式細(xì)胞儀法對化合物的抗癌作用機(jī)制進(jìn)行了分析?；衔?a、3b、3c和3f作用Bel-7402細(xì)胞后,通過熒光

14、顯微鏡可明顯觀察到凋亡細(xì)胞增多,核仁收縮,染色質(zhì)濃縮呈腎形或新月型,并伴有凋亡小體的出現(xiàn),而其它三種化合物細(xì)胞形態(tài)變化并沒有上述四種明顯,這也與它們對應(yīng)的 IC50值結(jié)果相吻合。這些結(jié)果從細(xì)胞形態(tài)學(xué)角度表明這些化合物對 Bel-7402 細(xì)胞的抑制可能是通過凋亡機(jī)制進(jìn)行的。利用流式細(xì)胞儀對化合物作用后的細(xì)胞周期分析發(fā)現(xiàn),這些脫碳木脂素類化合物表現(xiàn)出與紫杉醇相似的抑制作用,即將細(xì)胞周期阻斷于G2期和M期而導(dǎo)致癌細(xì)胞死亡。
總之