本發(fā)明屬于有機(jī)合成技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物及其合成方法和在抗腫瘤方面的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

吡喃是一類重要的雜環(huán)化合物，它的衍生物具有廣泛的生物和藥理活性，如抗過(guò)敏作用(Witte,E.C.；Neubert,P.；Roesoh,A.DE 3427985,1986)，降血糖作用(姜虹，王麗君，趙志學(xué)，北華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2001,2,489)，抗癌活性(Hyama,T.；Saimoto,H.JP 62181271,1987)，可用于治療過(guò)敏性氣管炎(Chand,N.；Diamantis,W.；Sofia,R.D.Br.J.Pharmacol.,1986,87,443)，抗發(fā)育不良(Brooks,G.T.；Ottridge,A.P.；Maee,D.W.Pestic.SCi.,1988,22,41)和治療糖尿病(Suarez,M.；Ochoa,E.；Verdecia,Y.；Martin,M.；Quinteiro,C.；Seoane,J.；Soto,J.L.；Novoa,N.；Blaton,N.；Peeters,O.M.Tetrahedron,1999,55,875)等。多功能的吡喃是許多天然產(chǎn)物的主要結(jié)構(gòu)單元。

喹啉，也叫苯并吡啶或氮雜萘，是一類非常重要的含氮雜環(huán)化合物(Madapa,S.；Tusi,Z.；Batra,S.Curr.Org.Chem.,2008,12,1116)，尤其在制藥工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用。而且，它們也是許多天然產(chǎn)物和生物活性藥物結(jié)構(gòu)的母核，例如：氯喹、駱駝寧堿、喜樹(shù)堿。經(jīng)過(guò)藥物學(xué)家的不斷研究，大量的喹啉類衍生物被合成出來(lái)，而且它們具有廣泛的生物活性，例如：抗瘧疾、抗菌、抗炎癥、抗腫瘤、抗糖尿病、抗哮喘、抗高血壓、抗阿爾茲海默爾癥、抗血小板聚集、抗HIV等活性(Kumar,S.；Bawa,S.；Gupta,H.Mini-Rev.Med.Chem.,2009,9,1648)。

吡喃并喹啉是一種生物堿的骨架，它存在于蕓香科植物中，該類化合物由于具有廣泛的藥理和生物活性而引起了人們的關(guān)注((a)Mabire,D.；Coupa,S.；Adelinet,A.；Simonnet,Y.；Venet,M.；Wouters,R.；Lesage,A.S.J.；Beijsterveldt,L.V.；Bischoff,F.J.Med.Chem.,2005,48,2134.(b)Michael,J.P.Nat.Prod.Rep.,2002,19,742.(c)Michael,J.P.Nat.Prod.Rep.,2003,20,476.(d)Michael,J.P.Nat.Prod.Rep.,2004,21,650.(e)Michael,J.P.Nat.Prod.Rep.,2005,22,627.)。吡喃并喹啉類化合物具有抗菌、抗血小板聚集、抗炎、抗過(guò)敏、抗組胺等活性((a)Nahas,N.M.；Abdel-Hafez,A.A.Heterocycl.Commun.,2005,11,263.(b)Chen,I.S.；Tsai,I.W.；Teng,C.M.；Chen,J.J.；Chang,Y.L.；Ko,F.N.；Lu,M.C.；Pezzuto,J.M.Phytochemistry,1997,46,525.(c)Amin,K.M.Egypt.J.Pharm.Sci.,1994,34,741.(d)Magesh,C.J.；Makesh,S.V.；Perumal.P.T.Bioorg.Med.Chem.Lett.,2004,14,2035.(e)Yamada,N.；Kadowaki,S.；Takahashi,K.；Umezu,K.Biochem.Pharmacol.,1992,44,1211.(f)Faber,K.；Stueckler,H.；Kappe,T.J.Heterocycl.Chem.,1984,21,1177.(g)Johnson,J.V.；Rauckmann,B.S.；Baccanari,D.P.；Roth.B.J.Med.Chem.,1989,32,1942.)?；谶拎⑧哂兄匾纳锘钚?，這類化合物的合成方法引起了人們的興趣，Singh等報(bào)道了鈀催化下2-氯喹啉-3-甲醛與炔烴的偶聯(lián)環(huán)化合成法(Chandra,A.；Singh,B.；Khanna,R.S.；Singh,R.M.J.Org.Chem.,2009,74,5664.)。Verma等報(bào)道了碘催化的2-炔基-3-喹啉甲醛與醇的環(huán)化及鈀催化下的偶聯(lián)反應(yīng)合成了一系列吡喃并[4,3-b]喹啉衍生物(Aggarwal,T.；Imam,M.；Kaushik,N.K.；Chauhan,V.S.；Verma,A.K.ACS Comb.Sci.,2011,13,530)。2007年Liu等報(bào)道了1-乙?；?N-芳基環(huán)戊甲酰胺在硫酸催化下的環(huán)化/開(kāi)環(huán)/環(huán)化串聯(lián)反應(yīng)合成了一系列吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物(Zhang,Q.；Zhang,Z.；Yan,Z.；Liu,Q.；Wang,Y.Org.Lett.,2007,9,3651.)。但是，這些合成方法有的需要使用貴金屬作為催化劑，有的合成原料不易得到。如何使用一些易得的原料，通過(guò)一些簡(jiǎn)單的方法合成一些結(jié)構(gòu)新穎的吡喃并喹啉衍生物具有十分重要的意義。

多組分反應(yīng)是指將三個(gè)或者三個(gè)以上的起始原料一次或依次加入反應(yīng)，通過(guò)一鍋煮的方法得到目標(biāo)產(chǎn)物，每個(gè)中間體都是下一步反應(yīng)的原料，而在終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)中包含所有原料片段的一種高效合成方法。通過(guò)多組分反應(yīng)可以利用一些簡(jiǎn)單易得的原料，方便、高效地構(gòu)建具有結(jié)構(gòu)多樣性和復(fù)雜性的化合物，該方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種雜環(huán)化合物的合成((a)Toure,B.B.；Hall,D.G.Chem.Rev.,2009,109,4439.(b)Domling,A.；Wang,W.；Wang,K.Chem.Rev.,2012,112,3083.(c)Brauch,S.；van Berkel,S.S.；Westermann,B.Chem.Soc.Rev.,2013,42,4948.)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物及其合成方法，利用一些簡(jiǎn)單、易得的原料參與的多組分反應(yīng)，設(shè)計(jì)并合成一種結(jié)構(gòu)新穎的吡喃并喹啉衍生物。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：具有式I所示結(jié)構(gòu)：

其中，R為-H、CH₃O-、Cl-或(CH₃)₃C-中的任意一種。

一種上述吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物的合成方法，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：以式II化合物、丙二腈和4-羥基吡喃酮為原料，在溶劑、催化劑催化和在微波輻射下經(jīng)過(guò)三組分反應(yīng)，一步合成得到目標(biāo)化合物，即吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物(式I)，其合成路線如下：

其中，R為-H、CH₃O-、Cl-或(CH₃)₃C-中的任意一種。

進(jìn)一步地，所述II化合物、丙二腈、4-羥基吡喃酮及催化劑的摩爾比為1:1:1:0.1～0.6，優(yōu)選1:1:1:0.5。

進(jìn)一步地，所述溶劑為乙醇、甲苯、四氫呋喃、乙二醇、N,N-二甲基甲酰胺、水或乙腈的一種，優(yōu)選乙醇。

進(jìn)一步地，所述催化劑可以為堿，所述堿為氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸銫或六氫吡啶中的一種；催化劑也可以是酸，所述酸為對(duì)甲苯磺酸或醋酸中的一種；所述催化劑也可以是有機(jī)小分子催化劑L-丙氨酸、L-苯丙氨酸、L-脯氨酸，優(yōu)選L-脯氨酸。

進(jìn)一步地，所述反應(yīng)溫度為80～110℃，反應(yīng)時(shí)間為20～50min；優(yōu)選反應(yīng)溫度為100℃，反應(yīng)時(shí)間為30min。

一種上述的吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物在抗腫瘤方面的應(yīng)用，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：對(duì)人體肝腫瘤細(xì)胞系HepG2具有較好的體外抑制增殖的IC₅₀值達(dá)到5.04μM；對(duì)人體肝腫瘤細(xì)胞系HepG2具有較好的體外抑制增殖的IC₅₀值達(dá)到9.63μM；對(duì)人體肝腫瘤細(xì)胞系HepG2具有較好的體外抑制增殖的IC₅₀值達(dá)到1.40μM。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明的合成方法利用多組分反應(yīng)，將三種原料通過(guò)“一鍋煮”的方法合成了一種吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物，這是一種相當(dāng)穩(wěn)定的化合物，這些化合物對(duì)人體肝腫瘤細(xì)胞系HepG2具有較好的體外抑制增殖作用。

具體實(shí)施方式

下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。

一種吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物，具有式I所示結(jié)構(gòu)：

其中，R為-H、CH₃O-、Cl-或(CH₃)₃C-中的任意一種。

一種吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物的合成方法，以式II化合物、丙二腈和4-羥基吡喃酮為原料，在溶劑、催化劑催化和在微波輻射下經(jīng)過(guò)三組分反應(yīng)，一步合成得到目標(biāo)化合物，即吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物(式I)，其合成路線如下：

其中，R為-H、CH₃O-、Cl-或(CH₃)₃C-中的任意一種。

本發(fā)明的合成方法中，所述式II化合物、丙二腈、4-羥基吡喃酮及催化劑的摩爾比為1:1:1:0.1～0.6。

本發(fā)明的合成方法中，所使用的溶劑為乙醇、甲苯、四氫呋喃、乙二醇、N,N-二甲基甲酰胺、水或乙腈的一種。

本發(fā)明的合成方法中，所使用的催化劑可以為堿，可以為酸，也可以是有機(jī)小分子催化劑；所述的堿為氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸銫或六氫吡啶中的一種，所述的酸為對(duì)甲苯磺酸或醋酸中的一種，所述的有機(jī)小分子催化劑為L(zhǎng)-丙氨酸、L-苯丙氨酸、L-脯氨酸中的一種。

更具體地，本發(fā)明的合成方法的反應(yīng)溫度為80～110℃，反應(yīng)時(shí)間為20～50min。

經(jīng)過(guò)多次反應(yīng)條件的篩選，并考慮到反應(yīng)的效果和綠色化學(xué)的原則，作為優(yōu)選，確定以乙醇作為溶劑，L-脯氨酸作為催化劑，將式II化合物、丙二腈、4-羥基吡喃酮及催化劑按照1:1:1:0.5的摩爾比，在反應(yīng)溫度100℃的條件下反應(yīng)30min，得到的目標(biāo)產(chǎn)物的收率最高。

下面由以下實(shí)施例對(duì)該種吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物的合成方法進(jìn)行詳細(xì)舉例和說(shuō)明：

實(shí)施例1

將2-氯喹啉-3-甲醛(0.2mmol)、丙二腈(0.2mmol)和4-羥基-6-甲基-2-吡喃酮(0.2mmol)加入到5mL微波反應(yīng)管中，再加入L-脯氨酸(0.1mmol)及乙醇2mL，將反應(yīng)管密封，預(yù)先攪拌10秒，混合物在微波輻射下于100℃反應(yīng)30分鐘，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)體系冷卻到室溫，待析出固體后進(jìn)行抽濾，再用DMF和水的混合溶劑進(jìn)行重結(jié)晶得到2-(3-甲基-1-氧代-1,12-二氫化吡喃并[3’,4’:5,6]吡喃并[2,3-b]喹啉-12-基)丙二腈(Ia)：

收率65％；m.p.:228-230℃；IR(KBr,ν,cm^-1):2895,2256,1707,1647,1589,1488,1439,1399,1346,1256,1234,1195,1166,996,841,793；¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆)(δ,ppm):8.76(s,1H,ArH),8.11(d,J＝8.0Hz,1H,ArH),7.96(d,J＝8.4Hz,1H,ArH),7.91-7.87(m,1H,ArH),7.69-7.65(m,1H,ArH),6.64(s,1H,ArH),5.31(d,J＝4.0Hz,1H,CH),5.18(d,J＝3.6Hz,1H,CH),2.36(s,3H,CH₃).¹³C NMR(75MHz,DMSO-d₆)(δ,ppm):165.4,163.8,162.1,154.3,146.0,141.2,132.3,128.6,128.0,127.3,127.2,113.7,113.2,112.8,99.5,95.3,35.1,30.7,20.1.HRMS Calcd for C₁₉H₁₂N₃O₃[(M+H)⁺]330.0879；Found 330.0875。

實(shí)施例2

按照實(shí)施例1的方法，將2-氯喹啉-3-甲醛換成6-甲氧基-2-氯喹啉-3-甲醛，以L-脯氨酸為催化劑，在微波輻射下反應(yīng)30分鐘，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)體系冷卻到室溫，待析出固體后進(jìn)行抽濾，用DMF和水的混合溶劑重結(jié)晶得到目標(biāo)產(chǎn)物2-(9-甲氧基-3-甲基-1-氧代-1,12-二氫化吡喃并[3’,4’:5,6]吡喃并[2,3-b]喹啉-12-基)丙二腈(Ib)：

收率67％；m.p.:270-272℃；IR(KBr,ν,cm^-1):2896,2257,1706,1646,1590,1505,1364,1234,1024,993,827,764；¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆)(δ,ppm):8.61(s,1H,ArH),7.86(d,J＝9.2Hz,1H,ArH),7.35-7.48(m,2H,ArH),6.62(s,1H,ArH),5.29(d,J＝3.2Hz,1H,CH),5.15(d,J＝3.2Hz,1H,CH),3.93(s,3H,CH₃O),2.35(s,3H,CH₃).¹³C NMR(75MHz,DMSO-d₆)(δ,ppm):165.2,163.8,162.2,158.0,152.6,141.7,139.5,129.4,128.3,124.8,113.6,113.2,112.9,106.3,99.5,95.1,56.2,35.1,30.6,20.0.HRMS Calcd for C₂₀H₁₄N₃O₄[(M+H)⁺]360.0984；Found 360.0974。

實(shí)施例3

按照實(shí)施例1的方法，將2-氯喹啉-3-甲醛換成6-叔丁基-2-氯喹啉-3-甲醛，以L-脯氨酸為催化劑，在微波輻射下反應(yīng)30分鐘，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)體系冷卻到室溫，待析出固體后進(jìn)行抽濾，用DMF和水的混合溶劑重結(jié)晶得到目標(biāo)產(chǎn)物2-(9-叔丁基-3-甲基-1-氧代-1,12-二氫化吡喃并[3’,4’:5,6]吡喃并[2,3-b]喹啉-12-基)丙二腈(Ic)：收率63％；m.p.:280-282℃；IR(KBr,ν,cm^-1):2926,2256,1699,1656,1498,1435,1359,1269,1256,1236,1194,1024,991,829；¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆)(δ,ppm):8.73(s,1H,ArH),8.05-8.03(m,1H,ArH),7.99(d,J＝2.0Hz,1H,ArH),7.92(d,J＝8.8Hz,1H,ArH),6.66(s,1H,ArH),5.32(d,J＝3.6Hz,1H,CH),5.17(d,J＝3.6Hz,1H,CH),2.38(s,3H,CH₃),1.43(s,9H,(CH₃)₃C).¹³C NMR(75MHz,DMSO-d₆)(δ,ppm):165.3,163.8,162.1,154.0,149.8,144.5,141.0,131.2,127.7,126.9,123.3,113.4,113.2,112.8,99.4,95.2,35.2,35.1,31.3,30.7,20.0.HRMS Calcd for C₂₃H₂₀N₃O₃[(M+H)⁺]386.1505；Found 386.1505。

實(shí)施例4

按照實(shí)施例1的方法，將2-氯喹啉-3-甲醛換成2,6-二氯喹啉-3-甲醛，以L-脯氨酸為催化劑，在微波輻射下反應(yīng)30分鐘，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)體系冷卻到室溫，待析出固體后進(jìn)行抽濾，用DMF和水的混合溶劑重結(jié)晶得到目標(biāo)產(chǎn)物2-(9-氯-3-甲基-1-氧代-1,12-二氫化吡喃并[3’,4’:5,6]吡喃并[2,3-b]喹啉-12-基)丙二腈(Id)：

收率62％；m.p.:>300℃；IR(KBr,ν,cm^-1):2895,2254,1709,1644,1592,1369,1263,1039,894；¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆)(δ,ppm):8.73(s,1H,ArH),8.29(s,1H,ArH),7.97(d,J＝9.2Hz,1H,ArH),7.89(d,J＝9.2Hz,1H,ArH),6.65(s,1H,ArH),5.31(d,J＝3.6Hz,1H,CH),5.18(d,J＝3.6Hz,1H,CH),2.36(s,3H,CH₃).¹³C NMR(75MHz,DMSO-d₆)(δ,ppm):165.5,163.7,162.8,162.0,154.6,144.6,140.5,132.8,131.7,130.1,127.9,127.3,115.0,113.1,112.8,99.4,95.3,36.1,35.1,31.2,30.7,20.1.HRMS Calcd for C₁₉H₁₁ClN₃O₃[(M+H)⁺]364.0489；Found 364.0484。

實(shí)施例5實(shí)施例1～4中化合物Ia～I(xiàn)d在抗腫瘤方面的應(yīng)用

使用SRB法研究化合物Ia～I(xiàn)d的抗腫瘤活性。將化合物用二甲亞砜(DMSO)溶解，稀釋。在96孔板中每孔接種4000個(gè)HepG2腫瘤細(xì)胞，在37℃、5％CO₂細(xì)胞培養(yǎng)培養(yǎng)箱中培育24小時(shí)。每孔中加入不同濃度的化合物(濃度為10μM,20μM,30μM)，共同于37℃、5％CO₂細(xì)胞培養(yǎng)培養(yǎng)箱中孵育48小時(shí)，以DMSO(1％)為空白對(duì)照，用SRB法(Sun,H.X.；He,H.W.；Zhang,S.H.；Liu,T.G.；Ren,K.H.；He,Q.Y.；Shao,R.G.Cancer Gene Ther.,2009,16,693.)確定并計(jì)算IC₅₀值。結(jié)果表明，該系列化合物具有顯著的抗肝癌活性，化合物Ia、Ib、Ic、Id體外抑制HepG2細(xì)胞增殖的均顯示出一定的生物活性。其中，化合物2-(3-甲基-1-氧代-1,12-二氫化吡喃并[3’,4’:5,6]吡喃并[2,3-b]喹啉-12-基)丙二腈(Ia)、2-(9-甲氧基-3-甲基-1-氧代-1,12-二氫化吡喃并[3’,4’:5,6]吡喃并[2,3-b]喹啉-12-基)丙二腈(Ib)和2-(9-叔丁基-3-甲基-1-氧代-1,12-二氫化吡喃并[3’,4’:5,6]吡喃并[2,3-b]喹啉-12-基)丙二腈(Ic)具有很好的抗腫瘤活性，它們的IC₅₀值如下：

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。