本發(fā)明涉及合成醫(yī)藥化工領(lǐng)域，主要涉及一種含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物及其快速、高選擇性的化學(xué)合成方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

苯并噁唑衍生物是構(gòu)建天然產(chǎn)物和合成一些重要藥物的中心骨架，其具有較好的殺菌、防腐、除草、抗癌等生物活性，因此，其化合物的合成及其生物活性研究在合成化學(xué)和藥物化學(xué)界受到研究人員的極大關(guān)注。Farfán以鄰氨基苯酚為起始原料，經(jīng)四步合成苯并噁唑哌嗪類(lèi)衍生物(Tetrahedron:Asymmetry 1999 10 799-811)；Muthusubramanian發(fā)現(xiàn)分子間發(fā)生環(huán)化作用也能得到苯并噁唑哌嗪類(lèi)衍生物(Indian J.Chem.,SecB,2007,46,1047-1050)。之后陸續(xù)也有人發(fā)現(xiàn)了新合成方法，但這些合成方法和路線均有步驟長(zhǎng)、反應(yīng)條件苛刻，成本高、耗時(shí)長(zhǎng)、產(chǎn)率低、操作及后處理煩瑣等缺點(diǎn)，在工業(yè)化方面很難大規(guī)模的應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)價(jià)值有限。因此，上述方法都不利于含合成苯并噁唑哌嗪類(lèi)衍生物在有機(jī)合成中的應(yīng)用及其工業(yè)化合成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物及其合成方法。本發(fā)明的方法以α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物(制備方法見(jiàn)專(zhuān)利申請(qǐng)：201710004520.3)為原料，在金屬催化劑的催化作用下，制備得到所述含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物。本發(fā)明使用金屬催化劑來(lái)活化炔基，一步構(gòu)建得到多環(huán)的苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物。本發(fā)明以廉價(jià)易得的化合物為原料，具有反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)路線短、反應(yīng)快、效率高、成本低、廢物少、操作簡(jiǎn)單、原子經(jīng)濟(jì)性高等特點(diǎn)，本發(fā)明的合成方法在藥物合成領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

本發(fā)明提出的含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物，如式(II)所示，

其中，

Ar為芳基，選自于苯基、鹵素取代的苯基、硝基取代的苯基、甲氧基取代的苯基、三氟甲基取代的苯基、C1-C10烷基取代的苯基；

R¹為C1-C10烷基、苯基、C1-C10烷基取代的苯基、芐基；

R²為帶有鹵素、C1-C10烷基、硝基、甲氧基、三氟甲基、酯基取代的苯環(huán)，呋喃環(huán)，噻吩環(huán)，吡咯環(huán)；

R³為氫、鹵素、硝基、三氟甲基、甲氧基、C1-C10烷基；

R⁴為氫、C1-C10烷基、苯基、芐基。

優(yōu)選地，

Ar為苯基、4-氯苯基、3-氯苯基、2-氯苯基、4-硝基苯基、3-氟苯基、2-甲氧基苯基、4-甲氧基苯基或4-溴苯基；

R¹為甲基、乙基、甲苯或芐基；

R²為4-硝基苯基、4-氟苯基、3-氟苯基、2-氟苯基、4-溴苯基、3-溴苯基、2-溴苯基、4-氯苯基、3-氯苯基、3-溴-4-氟苯基、1,2-二氯苯基、4-甲氧基苯基、4-三氟甲基苯基、呋喃環(huán)或2-苯甲酸甲酯基；

R³為氫、2-氯、3-氯、4-氯、4-甲氧基、4-溴、4-氟、4-甲基。

R⁴為氫、甲基、乙基。

進(jìn)一步優(yōu)選地，

Ar為苯基；

R¹為甲基；

R²為4-溴苯基、4-甲氧基苯基、4-三氟甲基苯基；

R³為氫；

R⁴為氫。

本發(fā)明提出的含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物的合成方法，以α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物為原料，在有機(jī)溶劑中，在分子篩存在下和氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在金屬催化劑的催化作用下，經(jīng)一步反應(yīng)制備得到式(II)所示含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物。所述合成反應(yīng)如式(1)所示：

其中，

Ar為芳基，選自于苯基、鹵素取代的苯基、硝基取代的苯基、甲氧基取代的苯基、三氟甲基取代的苯基、C1-C10烷基取代的苯基；

R¹為C1-C10烷基、苯基、C1-C10烷基取代的苯基、芐基；

R²為帶有鹵素、C1-C10烷基、硝基、甲氧基、三氟甲基、酯基取代的苯環(huán)、呋喃環(huán)，噻吩環(huán)，吡咯環(huán)；

R³為氫、鹵素、硝基、三氟甲基、甲氧基、C1-C10烷基；

R⁴為氫、C1-C10烷基、苯基、芐基。

優(yōu)選地，

Ar為苯基、4-氯苯基、3-氯苯基、2-氯苯基、4-硝基苯基、3-氟苯基、2-甲氧基苯基、4-甲氧基苯基或4-溴基苯基；

R¹為甲基、乙基、甲苯或芐基；

R²為4-硝基苯基、4-氟苯基、3-氟苯基、2-氟苯基、4-溴苯基、3-溴苯基、2-溴苯基、4-氯苯基、3-氯苯基、3-溴-4-氟苯基、1,2-二氯苯基、4-甲氧基苯基、4-三氟甲基苯基、呋喃環(huán)或2-苯甲酸甲酯基；

R³為氫、2-氯、3-氯、4-氯、4-甲氧基、4-溴、4-氟、4-甲基。

R⁴為氫、甲基、乙基。

進(jìn)一步優(yōu)選地，

Ar為苯基；

R¹為甲基；

R²為4-溴苯基、4-甲氧基苯基、4-三氟甲基苯基；

R³為氫；

R⁴為氫。

本發(fā)明方法中，所述α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物和金屬催化劑的投料量摩爾比為α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物：金屬催化劑＝1.0:0.10～0.20，優(yōu)選地，α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物：金屬催化劑的摩爾比為1.0:0.20。

本發(fā)明方法中，有機(jī)溶劑用量與α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物的比例為5mL～10mL:1mmol。優(yōu)選地，有機(jī)溶劑用量與α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物用量的比例為10mL:1mmol。

本發(fā)明方法中，分子篩與α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物的用量比為100mg-200mg:1mmol。優(yōu)選地，分子篩與α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物的用量比為150mg:1mmol。

本發(fā)明方法中，所述反應(yīng)溫度為-20～40℃。優(yōu)選地，所述反應(yīng)溫度為0～25℃。

本發(fā)明方法中，所述反應(yīng)時(shí)間為1～6h。優(yōu)選地，所述反應(yīng)時(shí)間為2～4h；進(jìn)一步優(yōu)選地，先在0℃條件下反應(yīng)1h，然后在25℃條件下反應(yīng)2h。

本發(fā)明方法中，所述式(I)所示α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物為原料。所述原料為鄰羥基苯基取代的α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物。

本發(fā)明方法中，所述有機(jī)溶劑包括二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯、四氫呋喃、乙酸乙酯、1,2-二氯乙烷、乙腈。優(yōu)選地，所述有機(jī)溶劑為無(wú)水二氯甲烷。

本發(fā)明方法中，采用的金屬催化劑包括三氟甲磺酸銀(AgOTf)、三氟甲磺酸銅。優(yōu)選地，所述金屬催化劑為三氟甲磺酸銀(AgOTf)。

本發(fā)明方法中，所述反應(yīng)需在無(wú)水環(huán)境下進(jìn)行，分子篩的作用是除水。

本發(fā)明方法中，優(yōu)選地，所述反應(yīng)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，通過(guò)油泵換氣，防止空氣進(jìn)入反應(yīng)體系；

本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述方法為：將α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物、分子篩溶于有機(jī)溶劑，于0℃加入三氟甲磺酸銀后。室溫繼續(xù)反應(yīng)。經(jīng)反應(yīng)、純化得到高非對(duì)映選擇性的式(II)所示含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物，

本發(fā)明另一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物的合成方法，包括以下步驟：α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物：三氟甲磺酸銀＝1.0:0.2摩爾比(以α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物用量為基準(zhǔn))，稱(chēng)取原料。將α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物和分子篩混合于有機(jī)溶劑，氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至0℃，將AgOTf加入上述混合溶液中，0℃繼續(xù)反應(yīng)1h，然后室溫下繼續(xù)攪拌1～5小時(shí)，直至α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物消耗完全；將粗產(chǎn)物進(jìn)行柱層析(以石油醚：乙酸乙酯＝20:1～15:1～10:1為洗脫劑)，得到高非對(duì)應(yīng)選擇性的含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物。

本發(fā)明還提出了依本發(fā)明合成方法制備得到的式(II)含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物。

本發(fā)明還提出了式(II)含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物在制備抗腫瘤的藥物中的應(yīng)用。

本發(fā)明還提出了式(II)所示含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物在制備抗結(jié)腸癌藥物中的應(yīng)用。

本發(fā)明還提出了式(II)所示含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物在制備抗人結(jié)腸癌HCT116細(xì)胞的藥物中的應(yīng)用。

本發(fā)明含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物是重要的化工和醫(yī)藥中間體，在醫(yī)藥化工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，具有很大應(yīng)用前景。本發(fā)明的合成方法以廉價(jià)易得的化合物為原料，具有反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)步驟少、反應(yīng)快、成本低、產(chǎn)生的廢物少、操作簡(jiǎn)單安全、原子經(jīng)濟(jì)性高、選擇性高等有益效果。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例13所得產(chǎn)物的¹H NMR示意圖。

圖2為實(shí)施例13所得產(chǎn)物的¹³C NMR示意圖。

圖3為實(shí)施例13所得產(chǎn)物的¹⁹F NMR示意圖。

圖4為實(shí)施例14所得產(chǎn)物的¹H NMR示意圖。

圖5為實(shí)施例14所得產(chǎn)物的¹³C NMR示意圖。

圖6為實(shí)施例15所得產(chǎn)物的¹H NMR示意圖。

圖7為實(shí)施例15所得產(chǎn)物的¹³C NMR示意圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合以下具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不局限于以下實(shí)施例。在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn)都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權(quán)利要求書(shū)為保護(hù)范圍。實(shí)施本發(fā)明的過(guò)程、條件、試劑、實(shí)驗(yàn)方法等，除以下專(zhuān)門(mén)提及的內(nèi)容之外，均為本領(lǐng)域的普遍知識(shí)和公知常識(shí)，本發(fā)明沒(méi)有特別限制內(nèi)容。

本發(fā)明合成含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物的制備方法，將α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物(0.2mmol)(或和分子篩(300mg))混合于2mL有機(jī)溶劑，在一定溫度下，將AgOTf或Cu(OTf)₂(0.04mmol)加入上述混合溶液中，繼續(xù)反應(yīng)1h，而后室溫下繼續(xù)攪拌1～5小時(shí)，直至α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物消耗完全；將粗產(chǎn)物進(jìn)行柱層析(以石油醚：乙酸乙酯＝20:1～15:1～10:1為洗脫劑)，得到高非對(duì)應(yīng)選擇性含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物。

實(shí)施例1～12不同實(shí)驗(yàn)條件下合成含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物

本發(fā)明在不同實(shí)驗(yàn)條件下所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表1所示^a：

表1

^a除有說(shuō)明，I：[M]＝1:0.2(摩爾比)；I：溶劑＝1mmol:10mL。

^bII通過(guò)薄層色譜法純化得到。

^c先在不同溫度反應(yīng)1h，之后室溫反應(yīng)3h。

^d40℃反應(yīng)1小時(shí)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)雜質(zhì)點(diǎn)，即原料變質(zhì)，說(shuō)明溫度太高不利于反應(yīng)。

本發(fā)明根據(jù)如上表1結(jié)果，最終確定實(shí)驗(yàn)方法為12，具體制備方法為：將α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物(0.2mmol)和分子篩(300mg))混合于2mLDCM溶劑中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下和0℃下，將AgOTf(0.04mmol)加入上述混合溶液中，0℃繼續(xù)反應(yīng)1h，而后室溫下繼續(xù)攪拌1～5小時(shí)，直至α-芳基-α,β-二氨基酸酯類(lèi)化合物消耗完全；將粗產(chǎn)物進(jìn)行柱層析(以石油醚：乙酸乙酯＝20:1～15:1～10:1為洗脫劑)，得到高非對(duì)應(yīng)選擇性含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物。

合成反應(yīng)過(guò)程如式(3)：

Ar為芳基，選自于苯基；

R¹為甲基；

R²為4-溴苯基、4-甲氧基苯基、4-三氟甲基苯基；

R³為氫；

R⁴為氫。

實(shí)施例13

將丙炔酰基二氨酯類(lèi)化合物(0.2mmol)和分子篩(300mg)混合于2mLDCM溶劑中，于0℃氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入三氟甲磺酸銀(0.04mmol)，繼續(xù)反應(yīng)1h。1h后升溫至室溫(25℃)下，繼續(xù)攪拌2h。反應(yīng)混合物通過(guò)柱層析進(jìn)行純化，得到純產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)如式(a)所示，為甲基-10a-甲基-1-氧-3-苯基-4-(4-(三氟甲基)苯基)-1,3,4，10a-四氫-2H-苯并[4,5]噁唑酮[3,2-a]吡嗪-3-羧酸酯。產(chǎn)率為65％，dr值等于>95:5。式(a)所示化合物的¹H NMR示意圖如圖1所示，其¹³C NMR示意圖如圖2所示，其¹⁹F NMR示意圖如圖3所示。

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.76(d,J＝7.7Hz,2H),7.49(t,J＝7.3Hz,2H),7.43(m,4H),7.32(d,J＝8.1Hz,2H),6.72(dd,J＝18.1,7.5Hz,2H),6.63(m,2H),5.91(s,1H),3.54(s,3H),1.05(s,3H).¹³C NMR(100MHz,CDCl3)δ168.36,149.95,135.46(J＝250.1Hz),129.36,129.18,129.12,128.59(J＝27.0Hz),126.47,126.16(J＝3.78Hz),125.18,123.57,121.51,114.58,109.84,95.86,67.18,63.47,53.61,24.90.HRMS(ESI)m/z calcd for C₂₆H₂₁F₃N₂O₄Na([M+Na]⁺)505.1353,found 505.1351.

實(shí)施例14

將丙炔?；滨ヮ?lèi)化合物(0.2mmol)和分子篩(300mg)混合于2mLDCM溶劑中，于0℃氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入三氟甲磺酸銀(0.04mmol)，繼續(xù)反應(yīng)1h。1h后升溫至室溫下，繼續(xù)攪拌2h。反應(yīng)混合物通過(guò)柱層析進(jìn)行純化，得到純產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)如式(b)所示，為甲基-10a-甲基-1-氧-3-苯基-4-(4-溴苯基)-1,3,4,10a-四氫-2H-苯并[4,5]噁唑酮[3,2-a]吡嗪-3-羧酸酯。產(chǎn)率為60％，dr值等于>95:5。式(b)所示化合物的¹H NMR示意圖如圖4所示，其¹³C NMR示意圖如圖5所示。

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.67(d,J＝7.5Hz,2H),7.43-7.37(m,3H),7.19(m,2H),6.99(d,J＝8.1Hz,3H),6.69-6.61(m,2H),6.61-6.50(m,2H),5.73(s,1H),3.46(s,3H),0.97(s,3H).¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ167.47,166.93,148.50,137.10,134.62,132.54,130.91,130.44,129.55,128.05,127.39,125.48,122.42,120.41,113.69,108.73,94.87,66.37,62.29,52.53,23.93.HRMS(ESI)m/z calcd for C₂₅H₂₁BrN₂O₄Na([M+Na]⁺)515.0582,found 515.0569.

實(shí)施例15

將丙炔?；滨ヮ?lèi)化合物(0.2mmol)和分子篩(300mg)混合于2mL DCM溶劑中，于0℃氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入三氟甲磺酸銀(0.04mmol)，繼續(xù)反應(yīng)1h。1h后升溫至室溫下，繼續(xù)攪拌2h。反應(yīng)混合物通過(guò)柱層析進(jìn)行純化，得到純產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)如式(c)所示，為甲基-10a-甲基-1-氧-3-(4-甲氧基苯基)-4-(4-溴苯基)-1,3,4,10a-四氫-2H-苯并[4,5]噁唑酮[3,2-a]吡嗪-3-羧酸酯。產(chǎn)率為50％，dr值等于>95:5。式(c)所示化合物的¹H NMR示意圖如圖6所示，其¹³C NMR示意圖如圖7所示。

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.56(d,J＝8.7Hz,2H),7.19(s,2H),6.97(d,J＝8.3Hz,2H),6.91(d,J＝8.7Hz,2H),6.64(q,J＝7.6Hz,2H),6.57(t,J＝7.2Hz,1H),6.51(d,J＝7.1Hz,2H),5.68(s,1H),3.77(s,3H),3.46(s,3H),1.00(s,3H).¹³C NMR(101MHz,CDCl₃)δ167.70,166.98,159.02,148.49,134.67,132.64,130.41,129.54,128.71,126.78,122.33,120.39,113.60,113.34,108.70,94.91,65.95,62.35,54.36,52.43,24.02.HRMS(ESI)m/z calcd for C₂₆H₂₄BrN₂O₅([M+H]⁺)523.0869,found 523.0851.

實(shí)施例16抗腫瘤活性測(cè)試

IC₅₀值測(cè)試

人結(jié)腸癌HCT116細(xì)胞接種于McCoy,s5A培養(yǎng)液(10％血清，1％青-鏈霉素)和1640培養(yǎng)液中。置于37℃，5％CO₂培養(yǎng)箱中，每2-3天傳代一次，試驗(yàn)取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞。CCK-8法測(cè)定IC₅₀值。

取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞，以配置好的新鮮培養(yǎng)液調(diào)整細(xì)胞懸液至2500～4000/ml，取100ul(2千細(xì)胞/孔)細(xì)胞懸液接種到96孔培養(yǎng)板。置于5％CO₂，37℃培養(yǎng)箱中過(guò)夜孵育培養(yǎng)后，更換新鮮細(xì)胞培養(yǎng)液，每孔加入200ul DMSO等體積稀釋的濃度梯度藥物與細(xì)胞共孵育72h，更換新鮮細(xì)胞培養(yǎng)液，每孔加100ul+10ulCCK-8溶液繼續(xù)孵育1-4小時(shí)，終止培養(yǎng)，用多功能酶標(biāo)儀(Molecular Devices M5)檢測(cè)450nm的吸光度，620nm的吸光度校正細(xì)胞數(shù)差異。

將待測(cè)化合物(實(shí)施例13～實(shí)施例15)溶解在DMSO中，并用培養(yǎng)液進(jìn)一步稀釋。DMSO最終濃度不超過(guò)0.1％(v/v)。對(duì)照組為加入等體積DMSO的腫瘤細(xì)胞；空白組無(wú)細(xì)胞，在培養(yǎng)液中加入等體積DMSO。在一次實(shí)驗(yàn)內(nèi)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件均設(shè)3個(gè)復(fù)孔。計(jì)算各濃度的化合物對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的抑制率，計(jì)算公式為：抑制率(％)＝{1-[(加藥組)-(空白組)]/[(對(duì)照組)-(空白組)]}×100％，用GraphPad Prim6計(jì)算出IC₅₀(為將細(xì)胞生長(zhǎng)降至對(duì)照組的50％所需的藥物濃度)。其檢測(cè)結(jié)果如下表2。

表2：本發(fā)明含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物在HCT116細(xì)胞中的生物活性數(shù)據(jù)

“---”表示無(wú)活性；“/”表示未測(cè)該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。^a表示陽(yáng)性藥在腫瘤細(xì)胞中的抑制率(％)。

綜上，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，含苯并噁唑哌嗪酮類(lèi)衍生物對(duì)人結(jié)腸癌細(xì)胞具有顯著的抑制作用，實(shí)施例14中，活性可達(dá)5.541μM。因此，本發(fā)明為開(kāi)發(fā)治療結(jié)腸癌藥物提供了非常廣闊的發(fā)展空間。

本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不局限于以上實(shí)施例。在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn)都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權(quán)利要求書(shū)為保護(hù)范圍。