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吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的设计,合成与抗肿瘤活性研究

来源：九壹网

密级: □ 及时公开学号：s1210056 □ ___年公开（最长5年）

硕士学位论文

吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的设计，合成与

抗肿瘤活性研究

Design, Synthesis, and Anti-tumor Biological Evaluation of Indolo[3,2-c]quinoline Derivatives

学生姓名杨铁指导教师姚和权教授学科专业药物化学院部名称药学院协作指导林爱俊副教授毕业时间 2015年 6月

原创性声明

本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，遵照严肃求实的科学精神，独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明引用和致谢的内容外，不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文研究做出贡献的个人或集体，均在论文中作了明确声明并表示了谢意。本声明的法律责任由本人承担。

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（保密论文在解密后适用本授权书）

学位论文作者亲笔签名：年月日

导师亲笔签名：年月日

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摘要 ................................................................................................................................ I ABSTRACT .................................................................................................................. II 第一章研究背景 ......................................................................................................... 1

第一节抗肿瘤药物的发展概述........................................................................... 1

1.1 植物来源的天然产物及其衍生物........................................................... 1 1.2 传统的细胞毒药物................................................................................... 2 1.3 靶向抗肿瘤药物....................................................................................... 4 第二节拓扑异构酶的简介及抗菌药的研究进展............................................... 7

2.1 拓扑异构酶简介....................................................................................... 7 2.2 以细菌拓扑异构酶为靶点的抗菌药物发展概述................................... 8 第三节以人类拓扑异构酶为靶点的抗肿瘤药物简介..................................... 10

3.1 Top2抑制剂简介 .................................................................................... 10 3.2 Top1抑制剂发展概述 ............................................................................ 11 第四节 Mark Cushman小组非喜树碱类Top1抑制剂研究综述 ..................... 19

4.1 先导化合物母环上的初步修饰............................................................. 20 4.2 先导化合物深层次改造......................................................................... 22 4.3 总结......................................................................................................... 33

第二章吲哚并喹啉衍生物的设计，合成与抗肿瘤活性研究 ............................... 34

第一节设计思路................................................................................................. 34 第二节合成路线的设计与优化......................................................................... 36

2.1 通过喹啉环的构建合成吲哚并[3,2-c]喹啉母环 .................................. 36 2.2 通过吲哚环的构建合成吲哚并[3,2-c]喹啉母环 .................................. 39 2.3 通过吲哚和喹啉环的同时构建合成吲哚并[3,2-c]喹啉母环 .............. 41 2.4 目标化合物合成..................................................................................... 42 第三节抗肿瘤活性活性测试............................................................................. 46

3.1实验设备与试剂...................................................................................... 46 3.2 实验方法................................................................................................. 46 3.3 实验结果与讨论..................................................................................... 47 第四节实验操作与数据..................................................................................... 50 全文总结 ..................................................................................................................... 67 参考文献 ..................................................................................................................... 68 硕士期间取得的研究成果 ......................................................................................... 77

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致谢 ............................................................................................................................. 78 新化合物数据一览表 ................................................................................................. 79 部分化合物图谱 ......................................................................................................... 80

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摘要

恶性肿瘤已经成为威胁人类健康的第二大疾病杀手，由于恶性肿瘤引起的死亡仅次于心血管疾病。每年，全世界约有760万的患者死于恶性肿瘤。传统治疗癌症的方法主要包括以下几类：手术治疗、化学治疗、激素治疗、生物以及靶向治疗等。化学治疗无疑在治疗领域占首要位置。常见的化疗药物主要包括植物来源的天然产物及其衍生物、细胞毒药物、靶向抗肿瘤药物。仅靠这些药物难以满足患者需求，要提高治疗疗效，就必须寻找有效的作用靶点。但是在重多的靶点中，能够作为治疗疾病的靶点却甚少。Top1是细胞生存的必需酶，参与DNA的复制、翻译、重组和修复等多个过程。作为抗肿瘤的一个有效靶点，临床却只有喜树碱碱类Top1抑制剂。但是由于其具有较多缺陷，如母核内酯环极不稳定，很容易水解成羧酸形式；过度表达药物流出泵ABCG2和ABCB1的细胞会产生耐药性；Top1cc在药物解离后失活，这便吸引了众多学者寻找成药性更好的非喜树碱类Top1抑制剂。如今茚并异喹啉酮、吲哚咔唑和苯并菲啶类等已有多个化合物在临床研究中活性优于喜树碱。1998年， Cushman Mark发现NSC 314622具有抗增殖活性和中等强度的Top1抑制活性。其后他们对先导化合物进行结构修饰与优化，发现了一系列的活性较好的化合物，其中，Indimitecan与化合物Indotecan已在临床研究中。

我们课题组借鉴了Cushman课题组改造NSC 314622的经验，设计出吲哚并喹啉的母环。在课题组前人方法学研究的基础上，共合成获得了20个目标化合物，其结构均经质谱、核磁氢谱和碳谱进行确证。同时，选择MCF7、DU145和 HCT-116三种肿瘤细胞株，进行了目标化合物的初步药理活性筛选，结果发现，Ic、Ii、Ih和IIj四个化合物的抗增殖活性较好。在此基础上，我们总结了初步的构效关系。鉴于吲哚并喹啉类化合物结构稳定，易于修饰，因此可以作为有潜力的抗肿瘤药先导化合物进一步进行优化研究。论文该部分的初步研究结果为课题组进一步深入研究提供了有价值的参考。

关键词：Top1抑制剂，茚并异喹啉酮，先导化合物，吲哚并喹啉，IC50值

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ABSTRACT

Malignant tumor has been the second leading cause of death following cardiovascular disease. Each year, 7.6 million people die from cancer worldwide. The traditional methods of cancer treatment include the following surgery, chemotherapy, hormonotherapy, biotherapy and targeted therapy. Chemotherapy drugs undoubtedly occupy the most important position in this area, and they mainly include the following three categories: natural products and their derivatives, cytotoxic drugs, targeted antitumor drugs. To improve the treatment of tumor, we must start to look for effective targets. However, during the thousands of targets, but few of them can be used to antitumor. DNA topoisomerase I (Top 1) is an enzyme essential for replication, transcription, recombination and repair, during a number of critical cellular processes. Camptothecins are the only clinically proved Top1 inhibitors, but they have many liminations. As discussed above, 1) camptothecins are chemically unstable and rapidly inactivated to carboxylate in blood; 2) Cells overexpressing the drug efflux membrane transporters ABCG2 and ABCB1 are cross-resistant to camptothecins; 3) Top1cc reverses within minutes after drug removal. Many efforts have been taken to overcome those liminations, including development of new noncamptothecin Top1 inhibitor. Nowadays, indenoisoquinolinone, indolocarbazoles, and benzophenanth- ridines that their activities are better than camptothecins’ were under review for clinical trials. In 1998, Mark Cushman group found indenoisoquinoline NSC 314622 was moderately cytotoxic in cancer cell cultures with an IC50 of 20 μmol/L in vitro screen. Following the discovery of NSC 314622 as Top1 inhibitor, a number of promising compounds were developed. Indimitecan and Indotecan had been selected as new drug candidates for clinical development. Based

camptothecins

and

indenoisoquinolines,

designed

indolo[3,2-c]quinoline skeleton. Continuing our interest in C-H activition, we synthesized 20 target compounds. Their structures were determined by MS, 1H-NMR and 13C-NMR. MTT assay was used to evaluate the antiproliferative activities of these compounds against MCF7, DU145 and HCT-116 cell lines. The experimental results revealed that the antiproliferative activities of four compounds (Ic、Ii、Ih and IIj) of them were fairly potent, thus they could be used as good lead compounds. On the basis of those results, preliminary SAR was summarized. Because target compounds are chemically stable and easy to optimize, they have great potencial to make further

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optimization. These achievements of the dissertation provide valuable information for further research.

Key Words：Top1 inhibitors, indenoisoquinolinone, leading compounds, indolo[3,2-c]quinoline, IC50

III

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第一章研究背景

第一节抗肿瘤药物的发展概述

随着全球经济的快速发展，人们生活质量普遍提高，然而恶性肿瘤（癌症）却越来越严重地威胁着人类的健康与生命。每年，全世界约有760万的患者死于恶性肿瘤[1]。究其原因，存在内外两大因素，内部原因如遗传突变、激素因素等；外部原因如烟草、饮食、辐射、环境以及感染等。癌症不管在发达国家或者发展中国家，都是造成死亡的重要因素。据推测，到2030年，每年因癌症死亡人数将有可能达到1100万[1]。尽管自上个世纪以来，在对抗癌症领域已经取得了巨大突破，但是恶性肿瘤的治愈仍然是当前的挑战。在这个领域，仍需要投入大量的精力、财力去进一步的开发研究新成果来满足患者的需求。传统治疗癌症的方法主要包括以下几类：手术治疗、化学治疗、激素治疗、生物以及靶向治疗等[1]。化学治疗无疑在这方面占首要位置。常见的化疗药物主要包括以下三类：植物来源的天然产物及其衍生物、细胞毒药物、靶向抗肿瘤药物。 1.1 植物来源的天然产物及其衍生物

植物来源的抗肿瘤药物仍在当今抗肿瘤药物的市场上占有一席之地。随着生物学、药物化学等相关学科的发展，人们对天然产物及其衍生物的研究认识也逐渐加深，已经不再仅仅局限于陆地来源的植物，而是向来源更加广泛的海洋植物去提取开发。为了满足药物市场的需求，必需通过化学修饰、改造以及骨架跃迁等手段，以备得到活性更好，毒性更低新型天然产物衍生物。 1.1.1 紫杉醇类抗肿瘤药物

紫杉醇(1, Figure 1.1)是1971年Wani等人从短叶红豆杉中提取分离得到，具有很好的抗肿瘤活性[2]。1979年，Horwitz等阐明了紫杉醇(1)独特的抗肿瘤作用机制[3]：紫杉醇(1)可使微管蛋白与组成微管的微管蛋白二聚体失去动态平衡，诱导和促进微管蛋白聚合、装配、防止解聚，从而使微管稳定并抑制癌细胞的有丝分裂，防止诱导细胞凋亡，进而有效阻止癌细胞的增殖，达到抗肿瘤的目的。紫杉醇于1992年经FDA批准上市，主要用于晚期卵巢癌II期治疗。在2000年，其销售额达到了16亿美元，创下单一抗癌药销售之最。目前，紫杉醇(1)已成为世界销量第一的抗癌药物，同时也是世界上广谱抗癌药物。

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Figure 1.1 植物来源的抗肿瘤药物结构

1.1.2 长春碱类抗肿瘤药物

长春碱(2, Figure 1.1)和长春新碱(3, Figure 1.1)均是从夹竹桃科植物长春花中分离提取得到的双分子吲哚类生物碱，具有明显的抗肿瘤活性。自从上世纪70年代起，长春碱(2)、长春新碱(3)、长春地辛(4, Figure 1.1)、长春瑞滨(5, Figure 1.1)等已广泛应用于临床。尽管长春碱类药物有不同的抗肿瘤谱和细胞毒性，但其作用机制均是通过与微管蛋白结合，抑制微管聚合，阻碍纺锤体微管的形成，从而使细胞中期停止分裂，阻止细胞的增殖[4]。而如今像长春福宁(6, Figure 1.1)、长春甘酯(7, Figure 1.1)以及脱水长春碱(8, Figure 1.1)也处在临床研究中。

虽然植物来源的药物由于其作用机制独特，抗癌效果显著，已经在临床中占主导地位，但是寻找新型骨架的天然分子以及通过结构修饰与改造得到一些活性更好，毒副作用更小的衍生物仍是科学研究的重点。 1.2 传统的细胞毒药物

细胞毒药物自上个世纪40年以来就开始在临床中使用，几十年来，已经取得了突破性的进展。传统的细胞毒药物主要包括烷化剂、金属络合物、蒽环类药物以及破坏DNA的抗生素等[5]。但由于其毒副作用大，现临床使用相对较少。 1.2.1 烷化剂

早在1932年，法国人就已经报道了烷化剂对肿瘤影响的研究性试验。如芥子气(9, Figure 1.2)能够抑制小鼠的Ehrlich癌，从而达到治疗乳腺癌的效果，实验过程中能够明显地观察到肿瘤的消退。二战期间的“巴里灾难”更是驱使药物

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科学家又一次深入系统地研究烷化剂，使得烷化剂得到飞跃发展。常见的烷化剂如卡莫司汀(10, Figure 1.2)，白消安(11, Figure 1.2)，环磷酰胺(12, Figure 1.2)，塞替派(13, Figure 1.2)等[5]。

Figure 1.2 烷化剂结构

1.2.2 金属络合物

自上个世纪60年代发现“顺铂(14, Figure 1.3)”具有抗肿瘤的活性以来，金属铂类抗肿瘤药物得到了广泛应用，并进一步发展了以第一代“顺铂”(14)，第二代卡铂(15, Figure 1.3)，第三代奥沙利铂(16, Figure 1.3)为主的药物，如今已经不再局限于金属铂的衍生物，而是向其他过渡金属如金[6,7,8]、钌[9,10,11]等发展。

Figure 1.3 金属铂类抗肿瘤药物结构

1.2.3 蒽环类药物

蒽环类药物在抗生素整改之前普遍应用，它们在结构上有一个共同的特征，就是在蒽环并六元环的基础上带有氨基糖类的侧链。这类化合物结构相近，作用机制类似，都是通过嵌入DNA双链的碱基之间，形成稳定的络合物，抑制DNA复制与RNA合成，从而阻碍癌细胞分裂。这类化合物以阿霉素类为代表，包括表阿霉素(17, Figure 1.4)，洋红霉素(18, Figure 1.4)，4-去甲氧柔红霉素(19, Figure 1.4)等。

Figure 1.4 蒽环类与抗生素类结构

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1.2.4 破坏DNA的抗生素

博来霉素A2(20, Figure 1.4)是从轮枝杆菌(Str.Verticillus)中提取分离得到的。这类化合物通过嵌入DNA，引起DNA单链或双链的断裂，达到杀死肿瘤细胞的目的。丝裂霉素(21, Figure 1.4)作为另一类抗肿瘤抗生素，主要是从链霉菌(Streptomyces)中提取的，其化学结构具有苯醌，乙酰亚胺基及氨甲酰三个活性基团，作用机制与烷化剂相似，与DNA的双链交联，抑制DNA的复制和转录。

总之，传统的抗肿瘤药物有很大的缺陷。虽然其活性很高，但是选择性太差，在杀死肿瘤细胞的同时，往往还杀死正常细胞，这对于患者来说是致命的伤害。因此临床上这类药物用得并不是很多。 1.3 靶向抗肿瘤药物

随着肿瘤药理学、分子药理学等学科的迅速崛起，靶向抗肿瘤药物的研究开发逐渐成为现代抗肿瘤药物研发的重要方向之一。由于传统细胞毒药物并无特异的选择性，在杀死肿瘤细胞的同时，也能对正常细胞也造成一定损伤，因此常常给癌症患者带来严重的不良反应与毒副作用。而靶向药物则具备一定的特异选择性，能够识别肿瘤细胞上某些特有基因决定的靶点、靶标，并与之结合[12]，发挥抗肿瘤作用的同时还能够减少毒副作用，提高肿瘤患者生存质量，所以靶向抗肿瘤药物在临床上的应用越来越广泛。根据分子量的大小，靶向抗肿瘤药物可分为单克隆抗体和小分子抑制剂两大类别。 1.3.1 单克隆抗体

单抗主要是通过杂交的肿瘤细胞生产出来的。由于生产单抗的细胞都源于单一细胞，所以单抗识别抗原的能力特别强，也就具备了靶向性。利用这一特性，人们可以研发诊断试剂和靶向药物。现在普遍认为，单抗是与肿瘤细胞表面上的抗原结合，激活补体介导的细胞死亡，诱导肿瘤细胞的凋亡。另外，一些肿瘤细胞生长、分化需要各种因子的刺激，这些因子也参与肿瘤的侵润、转移，而单抗与受体结合，可以抑制配体与受体的作用，使肿瘤细胞得不到因子而死亡。到目前为止，临床上已有多个靶点的单抗，例如，针对HER2/neu的单抗Herceptin用于治疗乳腺癌；针对ERFR人/鼠嵌合Ig(1)的单抗cetuximab用于治疗转移性结直肠癌；针对VEGF的单抗bevacizumab用于一线治疗结直肠癌。2014年，美国FDA批准上市的41个新分子实体中，其中抗肿瘤单抗就有6个[13]。抗肿瘤单抗已经成为人们研究的热点之一。

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1.3.2 小分子抑制剂

2001年，Bcr-ab酪氨酸激酶抑制剂伊马替尼(22, Figure 1.5)率先上市，开创了小分子靶向抗肿瘤药物的新时代。随后2003年，吉非替尼(23, Figure 1.5)成功用于EGFR突变的肺癌人群，开启了个体化治疗的先河。2011年，用于治疗非小细胞型肺癌的克卓替尼(24, Figure 1.5)，从发现到上市仅仅三年时间[14]。这些例子告诉我们，小分子靶向抑制剂已逐渐成为当今抗肿瘤药物的主流。在国内，更是激起研究的热潮。根据靶点的不同，可以分为：蛋白激酶抑制剂，组蛋白去乙酰化转移酶抑制剂，法尼基转移酶，细胞周期调节因子等。其中蛋白激酶抑制剂是研究最广泛，应用最多的小分子靶向抑制剂。蛋白激酶是一种催化蛋白质磷酸化的酶，主要包括丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)激酶和酪氨酸(Tyr)激酶。酪氨酸激酶与体内细胞信号通路相关，控制细胞的增殖、生长、凋亡等。约80%的致癌基因都有酪氨酸激酶，这使其成为抗肿瘤靶向药物的重要靶点。

Figure 1.5 蛋白激酶类抑制剂结构

1.3.2.1 EGFR抑制剂

吉非替尼(23)是EGFR抑制剂，竞争性地与EGFR-TK (EGFR-酪氨酸激酶)催化区域的Mg-ATP结合，阻断信号传递，促进细胞的凋亡，抑制肿瘤血管的生成[15]。所以吉非替尼(23)作为一线治疗EGFR基因突变的晚期非小细胞肺癌的药物，与传统的铂类药物相比，能够明显提高患者的生存率与生存质量。 1.3.2.2 VEGFR抑制剂

阿西替尼(25, Figure 1.5)是辉瑞公司开发的一种强效选择性VEGFR抑制剂，

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可以持续、显著地抑制肿瘤血管的形成。主要是通过抑制VEGFR磷酸化而发挥抗肿瘤的作用，对VEGFR2的抗增值活性达到0.2 nM。现用于治疗肾细胞癌[16]。阿帕替尼(26, Figure 1.5)是我国恒瑞医药股份有限公司自主研发的VEGFR抑制剂，于2014年12月经SFDA批准上市，用于治疗晚期胃癌。 1.3.2.3 c-MET抑制剂

SU11274[17] (27, Figure 1.5)是ATP竞争性Met小分子抑制剂，其IC50为10 nM。其选择性是其他激酶EGFR、CDK、FGFR等的500倍以上。也能抑制表达c-Met的 NSCLC细胞的活力并抑制HGF诱导的c-Met磷酸化及其下游信号的传导，尤其是对PI3K及Ras途径的抑制作用。PHA665752 (28, Figure 1.5)是c-Met特异性小分子抑制剂[18]，对c-Met的多个酪氨酸残基有抑制作用，也能阻止c-Met途径中信号调节因子与c-Met的结合。 1.3.2.4 BCR-ABL抑制剂

普纳替尼[19](29, Figure 1.5)是第三代酪氨酸激酶抑制剂，靶向于CML和费城染色体阳性急性淋巴细胞白血病特有的酪氨酸激酶。其体外抑制ABL与T315I 突变ABL酪氨酸激酶活性的IC50分别为0.4和2.0 nM，临床用于治疗慢性髓细胞白血病。

近年来，多靶点抗肿瘤药已经引起了重视。现在已上市或处在临床不同阶段的激酶抑制剂很多都是非选择性的，可以同时抑制多种信号转导途径。原来在临床中很多单一靶点的酪氨酸激酶抑制剂被发现也能作用于其他靶点。随着CADD、分子生物学等迅速发展，小分子靶向药物将得到进一步的发展。

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第二节拓扑异构酶的简介及抗菌药的研究进展

2.1 拓扑异构酶简介

拓扑异构酶是真核和原核生物体内基本酶之一，普遍存在于细胞核（拟核）之中。根据其功能和作用方式的不同，拓扑异构酶可以分为拓扑异构酶I、II、III和IV四大类[20,21]。而作为抗肿瘤药物靶点的主要是拓扑异构酶I和拓扑异构酶II (Table 1.1)，它们的区别在于，拓扑异构酶I在DNA复制和转录的过程，只能够解双螺旋结构中一条DNA链释放负超螺旋，而拓扑异构酶Ⅱ能够同时切断两条DNA链释放复制叉前面的正超螺旋，待其旋转恢复正确旋转度后，再次将链连接起来。而在原核细胞中，抗菌药往往都是针对细菌拓扑异构酶II的靶点[22]。

Table 1.1 拓扑异构酶的分类类型 IA 酶与DNA复合物 5’-PY 基因 TOP3A TOP3B TOP1 TOPIMT TOP2A IIA 5’-PY TOP2B Top 2β 人类蛋白 Top 3α Top 3β Top 1 Top 1mt Top 2α 抗肿瘤药物无无抗肿瘤无 GYRA GYRB PARC PARE 基因 TOPA TOPB 细菌蛋白 Topo I Topo III 无药物无无 IB 3’-PY Gyrase 抗菌药 Topo IV

在这里，我们以真核生物的拓扑异构酶为例，考察一下拓扑异构酶的作用方式[20]。首先Top1与DNA结合(Figure 1.6)，Top1的723位酪氨酸残基（Tyr723）上的酚羟基亲核进攻DNA的磷酸二酯键，形成3’端Top1-DNA的共价复合物，从而切开DNA的一条链，使得5’端游离出来。然后，游离出来的5’端围绕另一条DNA链旋转一周，增加或者减少一个超螺旋。最后，Top1再从断开的DNA链上解离，断开的DNA重新连接起来。与Top1不同的是，Top2是同时进攻DNA的两条链(Figure 1.6)，游离DNA的3’端，切开DNA的双链，增加或者减少两个超螺旋。另外Top1参与的解螺旋并不需要能量，而Top2的催化部位与DNA形成Top-DNA复合物时，需要ATP的结合，在Tyr亲核进攻导致DNA断裂时需要Mg2+的参与。

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Figure 1.6 拓扑异构酶作用机制(左边Top1，右边Top2)

2.2 以细菌拓扑异构酶为靶点的抗菌药物发展概述

在大肠杆菌中存在两种拓扑异构酶II即DNA螺旋酶和TopoIV，这两种酶都是细菌生长所必须的，缺失其中的一种，就会使得细菌死亡。而喹诺酮类抗菌药的作用靶点正是细菌的这两种酶[22]。喹诺酮类药物通过与这两种酶结合作用，使细菌DNA断裂与再连接的过程中断，导致细菌DNA的复制无法进行，最终引起细菌的死亡。而动物体内并DNA螺旋酶和TopoIV，所以喹诺酮类药物对细菌具有选择性。

Figure 1.7 喹诺酮类药物结构

根据喹诺酮抗菌活性强度与毒副作用强弱可以将其发展分为四个阶段[23]：第一阶段以萘啶酸(30, Figure 1.7)和吡咯酸(31, Figure 1.7)为典型代表，其特点是抗菌谱窄，对绝大多数革兰阴性菌活性中等，对革兰阳性菌和铜绿假单胞菌无活性，在体内容易代谢失活，易产生耐药性，现在临床上基本不使用；第二阶段以吡哌酸(32, Figure 1.7)和西诺沙星(33, Figure 1.7)为首，其特征为对革兰阴性菌活性较强，对革兰阴性菌和铜绿假单胞菌有一定的抑制作用，体内代谢相对稳定，不易产生耐药性，毒副作用相对较少。第三阶段是以诺氟沙星(34, Figure 1.7)、环丙沙星(35, Figure 1.7)等为代表的一系列氟喹诺酮类药物，这类药物对革兰阴性菌，

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革兰阳性菌以及厌氧菌均有较强的作用，副作用小，临床应用相对比较广泛。第四代是上世纪90年代开发上市的新品种。这类药物以左氧氟沙星(36, Figure 1.7)、帕珠沙星(37, Figure 1.7)等为代表，仍保留了第三代的特点，同时抗菌谱扩大到支原体、衣原体等病毒体。

尽管在2011年抗生素专项整治的大环境之下，抗菌，抗感染药物大幅度缩水，喹诺酮类药物的销售下降约23%，但是随着第四代的喹诺酮类药物研究开发，能够弥补该类药物品种不足的问题，调整市场格局，给这类药物的发展增加新的活力。

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第三节以人类拓扑异构酶为靶点的抗肿瘤药物简介

随着靶向抑制剂的发展，拓扑异构酶作为抗肿瘤药物的重要靶点之一，已经成为现代药物研究开发的热点。在复制和转录时，拓扑异构酶能够催化DNA超螺旋状态与解螺旋转态的相互转化。更重要的是，DNA拓扑异构酶在催化DNA双螺旋结构解旋时，DNA分子中的结合位点暴露，从而使得参与DNA复制以及转录的各种调控因子各司其职。按药物与Top酶的结合方式和机理可以分为毒性机理和催化抑制机理[24]。而催化抑制剂相对甚少，这里就不再说明。毒性机理 (Figure 1.8)：抑制剂(I)能够与Top-DNA形成Top-DNA-I三元复合物。然后提高Top-DNA二元复合物的浓度来让Top酶“中毒”。具体来讲，正常生理条件下，Top能够使DNA瞬间断裂和再连接，当有抑制剂存在时，Top1(或Top2)在切开单链(或双链)，与末端DNA形成共价复合物（Top-DNA复合物），从而使得平衡向Top-DNA复合物一端偏移，导致DNA链断裂，并启动其他相应的因子杀死细胞。而下文介绍所有抑制剂基本都是通过毒性机理作用的。

Figure 1.8 毒性机理 3.1 Top2抑制剂简介现已有多个Top2抑制剂上市或者处在临床研究中。Top2毒剂如阿霉素(38, Figure 1.8)、依托泊苷(39, VP-16, Figure 1.8)，米托蒽醌(40, Figure 1.8)，

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CP-115,953 (41, Figure 1.8)等，而催化抑制剂相对较少如新生霉素(42, Figure 1.8)、美巴隆(43, Figure 1.8)、阿柔比星(44, Figure 1.8)以及ICRF系列ICRF-193 (45, Figure 1.8)，ICRF-159 (46, Figure 1.8) 和ICRF-154 (47, Figure 1.8)]等。

Figure 1.8 Top2抑制剂结构

尽管现在已有上百种Top2抑制剂处于临床或者临床前研究，但是Top2抑制剂的研究仍是冰山一角，仍有很多生物学问题亟需解决，如Top2α和Top2β的功能分工问题，以及Top2抑制剂切断DNA双链容易造成二次恶性肿瘤发生等问题[24]。

3.2 Top1抑制剂发展概述

自发现Top1结构以来，Top1作为抗肿瘤靶点已有近三十多年的历史。这期间，已经有几十个Top1抑制剂上市或处在临床研究中。Top1抑制剂可以分为Top1毒剂和Top1催化抑制剂两大类型，虽然二者均是抑制催化活性，但是Top1毒剂能够捕获断裂复合物，而Top1催化抑制剂抑制复合物的形成。细胞对Top1毒剂的敏感性随Top1的过度表达而增加，反之，如果降低Top1活性最容易引起对Top1毒剂的耐受。在临床上使用喜树碱类药物均是Top1毒剂。根据药物的结构类型可以分为喜树碱类抑制剂和非喜树碱类抑制[25]。 3.2.1 喜树碱类抑制剂发展概述

喜树碱(48, Scheme 1.1)是从山茱萸目珙桐科植物喜树(Camptotheca acuminate)中提取分离得到的生物碱。1966年， M. E. Wall和M. C. Wani通过系

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统筛选天然提取物，发现含有喜树提取物有较好的抗肿瘤活性，并通过X-ray确定了喜树碱(48)的结构[26]。在1970年到1972年进行的临床研究中发现，喜树碱(48)对白血病，胃肠道肿瘤，膀胱癌以及肝癌均有较好的抑制活性，但是其膀胱炎症，腹泻，呕吐的毒副作用甚是严重，肿瘤患者的生存质量相对较差，所以人们不得不中止其进一步研究[27,28]。研究过程中发现，临床研究过程中所采用的喜树碱钠盐形式[29](49, Scheme 1.1)是一种非活性的状态，所需的给药剂量大。在体内，喜树碱钠盐形式(49)呈游离状态，随着酸碱pH值的变化，很容易发生闭环与再开环的转变。在膀胱内，由于酸性环境，喜树碱的钠盐(48)更加趋向于闭环，而导致膀胱损伤引发炎症。

Scheme 1.1 喜树碱在酸碱性条件下的形式

直到1985年，Hsiang博士终于发现了喜树碱(48, Scheme 1.1)作特异性地用于DNA拓扑异构酶1[30](Figure 1.9)，能够与稳定可裂解的Top1-DNA的二元复合物形成CPTs-Top1-DNA三元络合物，这种三元复合物非常稳定，使得裂解的DNA不断堆积，致使DNA的复制、转录等过程受阻，最终，导致DNA的断裂，引起细胞的死亡。此后，人们便掀起喜树碱结构修饰和改造的研究高潮。

喜树碱的结构(Figure 1.9)是由A、B、C、D和E五个环稠并在一起。对于喜树碱类的结构改造主要是针对A、B、E环进行的。

Figure 1.9 喜树碱的结构与结合方式

两个水溶性的喜树碱衍生物拓扑替康[31,32](50, Topotecan, Hycamtin, Figure 1.10)和伊立替康[32](51, Irinotecan, CPT-11, Figure 1.10)是上世纪90年代上市的药物。拓扑替康主要用于治疗卵巢癌和小细胞肺癌(SCLC)。但是，口服和静脉给药会出现血液系统毒性，表现为有恶心、呕吐、脱发和腹泻等副作用。伊立替康

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(51)临床用于治疗结肠癌。它是一种前药，在体内，必须经酯酶(carboxylesterase)代谢成活性形式SN-38[33](52, Figure 1.10)。伊立替康的严重副作用也是腹泻。另外，还有吉马替康[34](53, Gimatecan, Figure 1.10)、贝洛替康[35](54, Belotecan, Figure 1.10)、勒托替康[36](55, Lurtotecan, Figure 1.10)、依沙替康[37](56, Exatecan, Figure 1.10)等也处在临床研究中。从这些已经上市或处在临床各期的喜树碱衍生物结构可以看出，人们主要集中在7位和10位修饰，这两个位点改造也是决定化合物水溶性的关键。

Figure 1.10 喜树碱类衍生物结构

所有的喜树碱衍生物都存在E-环不稳定，易开环的缺点。针对这种缺陷，有两种解决的途径[25]。第一种就是通过扩环来增加一个碳原子，这样就能限制E环的开环与闭合。高喜树碱类化合物(homocamptothecins)如二氟替康[38](57,

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Diflomotecan, Figure 1.10)就是针对这一途径开发的。但是这种途径也存在潜在问题，开环后的高喜树碱类化合物是无法再可逆闭环的。另一个研发高喜树碱类衍生物的初衷，是否能够通过改变E-环克服喜树碱药物流出泵产生的多药耐药性。经研究发现，高喜树碱类化合物对ABCG2药物外排阻力的影响是有限的，也就是说能够抵制多药耐药。第二种途径就是将原有的六元环缩为五元环。α-羟基酮衍生物便是典型代表。处在临床中的化合物S39625[39](58, Figure 1.10)由于了改变了开环的内酯环，使得其与Top1cc的结合更加稳定。所有的E环改变的研究打破了原先不能改变的束缚。

喜树碱类化合物作为Top1抑制剂是最早上市的，同样也唯一的一类Top1抑制剂。但是由于喜树碱存在E环易开环，水溶性较差等问题。很多科学工作者基于喜树碱母核的改造已经取得巨大的成就，研发了几十种衍生物已经上市或者处在临床研究中，最近几年，高喜树碱（hCTPs）类衍生物以及喜树碱缀合物(指喜树碱20位的羟基与聚合物或者小分子化合物连接，以达到增加内酯环稳定性，延长开环时间，减少与血清蛋白亲和力的目的)发展迅速。 3.2.2 非喜树碱类抑制剂的发展概述

尽管喜树碱及其衍生物作为Top1抑制剂在抗肿瘤方面已经取得了令人满意的结果，但是，喜树碱衍生物存在很大的局限性，如稳定性，水溶性，耐药性，副作用等问题。这也促使了科学家把眼光转向寻找更好的结构母环，到目前为止，大概有3类新母环(5个化合物)已经处在临床研究中。按其结构类型可以分为吲哚咔唑类、苯并菲啶类和茚并异喹啉酮类三类。 3.2.2.1 吲哚咔唑类Top1抑制剂研究进展

吲哚咔唑类化合物是在筛选和优化抗生素的过程中发现的。研究发现，此类化合物具有广泛的药理活，主要包括抗菌、降血压、抗肿瘤、抗血栓等活性[40]。其中抗肿瘤主要是通过抑制蛋白激酶、拓扑异构酶酶来实现的。吲哚咔唑类化合物作为Top1抑制剂有两个显著优点：第一、即使在Top1不存在的条件下，也不能直接作用于DNA，所以有利于设计成特异性Top1抑制剂；第二、体外的抗肿瘤活性与诱导DNA的断裂能力直接相关。

化合物BE-13793C[41] (59, Figure 1.11)是从链霉菌(Streptverticillium)中提取分离得到的，除了具有Top1的抑制活性，还有Top2的活性。经过结构优化，在吲哚的N原子上引入糖苷键，得到化合物ED-105[42] (60, Figure 1.11)，化合物ED-105 (60)对Top1的抑制活性和细胞毒性有了很大提高。在此基础上，丁烯二酰亚胺的N上以甲酰胺基取代，化合物NB-506[43] (61, Figure 1.11)体外对多种肿

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瘤细胞显示出很强的活性，但是其溶解性极差。将化合物NB-506 (61)的甲酰基换成1,3-二羟基丙基后，得到J109404 (62, Figure 1.11)，水溶性得到明显改善。改变J109404 (62)上吲哚咔唑母环上两个羟基的位置，化合物J-107088[44] (63, edotecarin, Figure 1.11)，该化合物诱导的DNA裂解复合物非常稳定且活性高于J-109404 (62)。该化合物在III期临床后，辉瑞公司并没有让其上市。

Figure 1.11 吲哚咔唑类Top1抑制剂结构

现在化合物CEP-751[45] (64, Figure 1.11)、BMS-250749[46] (65, Figure 1.11)、Becatecarin[47] (66, Figure 1.11)等处在临床不同阶段，对于吲哚咔唑类Top1抑制剂的研究并没有终止，仍有很多方面需要进一步的研究开发。 3.2.2.2 苯并菲啶类Top1抑制剂研究进展

1993年，E Bisagni课题组[48]对苯并菲啶类[如花椒宁碱 (67, Figure 1.12)，两面针碱 (68, Figure 1.12)，异花椒宁碱 (69, Figure 1.12)等]化合物及其衍生物做了抗肿瘤研究，发现这类化合物具有较弱的Top1和Top2抑制活性。由于活性较弱，他们并没有深入探究。对这类化合的深入探究是由罗格斯大学的E.J. LaVoie教授进行的。

Figure 1.12 苯并菲啶类生物碱结构

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根据母环的差异，苯并菲啶类可分为以下五类：苯并[c]菲啶(70, Figure 1.13)、苯并[i]菲啶(71, Figure 1.13)、萘并噌啉(72, Figure 1.13)、二苯并萘啶酮(73, Figure 1.13)和异喹啉噌啉酮(74, Figure 1.13)。

Figure 1.13 苯并菲啶母环结构

化合物苯并[c]菲啶(70)、苯并[i]菲啶(71)、萘并噌啉(72)和异喹啉噌啉酮(74)的研究相对较少。对于苯并[i]菲啶-12-羧酸类或者苯并[i]菲啶-11-羧酸衍生物虽然细胞抗增殖活性与Top1抑制活性均较好，但是它们很可能是多药耐药流出泵的底物。而母环二苯并萘啶酮(73)的研究相对比较系统。在这里我们先来讨论二苯并萘啶酮(73)的研究进展。二苯并萘啶酮(73)结构由A、B、C、D四个环稠合而成。其中A、D环为苯环，B环为吡啶环，C环为六元内酰胺环。二苯并萘啶酮类最早研究的是ARC-111 (75, Figure 1.14)。对于ARC-111 (75)的修饰主要分为两个方面：A/D环的取代基变化与B/C环的结构修饰。

Figure 1.14 ARC-111结构

先导化合物ARC-111 (75)的A/D环改造(Table 1.2)是相对比较容易的[49]。先导化合物ARC-111 (75, Table 1.2)的Top1活性与喜树碱相当。如图所示，当D环的10位R1被硝基和氨基取代，化合物76、77的Top1活性基本丧失。当8、9位的R1、R3位硝基或氨基的取代，化合物78、79、80、81的活性的活性与先导物(75)相当，甚至优于先导物(75)。比较化合物78和80，可以发现9位引入硝基的Top1活性的要稍微强于8位引入硝基。对比化合物79和81，8位引入氨基的活性要优于9位氨基。化合物78、79与80、81两组，可知8位或者9位引入硝基的活性要氨基好一些。总之，在8位、9位引入氨基或者硝基这些富电子基团，利于活性的增加，并且硝基要强于氨基。关于A/D环修饰的化合物深入研

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究仍在进行中。

Table 1.2 化合物ARC-111的A/D环改造

Compd 75 76 77 78 79 80 81 CPT

R1 H NO2 NH2 H H H H

R2 OMe H H NO2 NH2 H H

R3 OMe H H H H NO2 NH2

IC50(μM) Top1 RPMI8402 CPT-K5 cleavage 0.002 4.8 0.34 0.002 0.025 0.003 8.0 0.005

0.9 >10 3.2 2.8 1.0 0.33 0.8 61

0.5 1000 15 0.1 0.5 0.2 0.38 0.5

对于B/C的改造[50-53](Table 1.3)，主要是内酰胺N原子上取代基的变化。C环侧链的变化，对细胞的抗增殖活性与Top1抑制活性的影响是至关重要的。初步的研究发现，如果引入2个碳的氨基侧链，此时活性最佳。对于引入什么样的氨基侧链，Edmond J. Lavoie课题组做了详细的比较。比较化合物82 (Table 1.3)、83、84、85和86，可知当氨基为仲氨基时，细胞的抗增殖活性与Top1活性均比较好。随着R2位基团的增大，抗增殖活性基本保持不变，而Top1的抑制活性略有下降。其中化合物83 (Gen-644282)已经处于临床I期，用于治疗固体肿瘤[54]。比较化合物87、88和89可知，当R1位为甲基，随着R2位引入的基团大小，活性呈现iPr > Me > Bn的规律。但是当R1、R2位均为大基团时，此时化合物90、91虽然有一定的细胞抗增殖活性，但是Top1活性已经明显减弱。如果侧链末端氨基为环状氨基，五元、六元无取代的环状氨基化合物92、93活性较好，如果环上取代如化合物94，那么Top1抑制活性丧失。当末端取代为咪唑或三氮唑，化合物95、96活性基本丧失。

Table 1.3 化合物ARC-111的B/C环改造修饰

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Compd 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 topotecan

R1 H H H H H Me Me Me iPr Bn

MGM(μM) 0.045 0.049 0.032 0.3 0.078 0.257 0.0257 0.44 0.128 0.57 0.067 0.069 0.11 >3 >3

Top1 cleavage

0.02 0.1 0.3 0.068 0.5 0.19 0.125 15.8 4.7 15 0.3 0.6 >100 2.3 >10 1.0

H Me iPr cyclopropyl

Bn Me iPr Bn iPr Bn

pyrrolidine piperidine 4-Methylpiperidine

imidazole 1,2,3-1H-triazole

总之，二苯并萘啶酮这类化合物的构效关系：第一、A环2、3位的亚甲二氧基是严格必需的；第二、D环8、9位的甲氧基，如果被氨基或者硝基取代，活性能够保持，且硝基活性强于氨基；第三、C环内酰胺N上引入两个碳的氨基，此时活性最优，如果引入的侧链末端大位阻的基团，或者含氮芳环，此时活性明显下降甚至消失。在优化的过程，已经将化合物83推向临床。对于ARC-111的深层次优化仍在进行[55]。

3.2.2.3 茚并异喹啉酮类Top1抑制剂研究进展

茚并异喹啉酮类Top1抑制剂已经有15年的发展历史，对于这类化合物的结构修饰，Mark Cushman课题组尤为出色，后面的一节将对Cushman课题组的工作展开系统的介绍。

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第四节 Mark Cushman小组非喜树碱类Top1抑制剂研究综述

早在1978年，Mark Cushmann课题组对天然的生物碱比较感兴趣。按既定的路线合成氯化两面针碱时，他们原想通过中间体在二氯亚砜回流制备酰氯，再与重氮甲烷制备中间体，但是并没有得到100%预期的产物，而是部分顺式中间体直接关环得到了茚并异喹啉酮的副产物97[56]。他们也对此化合物进行活性测试，发现其具有微弱的抗肿瘤活性，但是并没有对此重视。直到20年后，Cushmann教授和他的药理合作者Pommier教授发现化合物97的结构与喜树碱类似，因此对其活性进行更深入的研究。药理数据表明，具有较强的抗增殖活性(平均半抑制浓度MGM = 8.5 μmol·L-1)和中等的Top1 抑制活性。自此，以化合物97为先导化合物结构修饰与改造拉开了序幕。

Scheme 1.2 茚并异喹啉酮的偶然发现

由于茚并异喹啉酮的母环作为非喜树碱类Top1抑制剂是全新的结构，所以Mark Cushmann课题组以喜树碱作为阳性药，先导化合物97为参照对象，建立自己的研究体系：第一、“+”表示较弱活性，“++”表示与参照对象97的活性相近，“+++”表示活性介于喜树碱与97之间，“++++”表示与喜树碱的活性相仿，“+++++”表示活性优于喜树碱[57]；第二、GI50指50%生长抑制所需要的药物浓度；第三、MGM代表所有测试癌细胞GI50的平均值。第四、根据先导化合物97的结构可以按如图(Figure 1.15)所示的方法编号计数。

Figure 1.15 NSC 314622编号

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4.1 先导化合物母环上的初步修饰 4.1.1 B环N原子侧链的修饰

研究N上取代基对活性的影响是相对比较容易的，也是Mark Cushman课题组最早考察的。N上取代基的疏水亲水性，酸碱性，碳链的长短程度对其GI50值和Top1的抑制活性影响很大[58]。当改变取代基碳链的长度时，发现只有2到4碳长度时，活性比较好，增加长度，活性下降甚至消失[59]。如果连接的碳数为3时，随着末端取代X变化，GI50和Top1活性均有所变化[60-66]。当X为氯原子时，化合物98 (Table 1.3)，GI50 = 47.9 μM，而此时完全没有Top1抑制活性。如果X为甲氧基或者或者三氟乙酰氧基(化合物99、100)等疏水性基团，此时GI50和Top1活性均比较好。当X替换成亲水性的氨基，不管是伯胺101，仲胺102，还是叔胺103-105，此时GI50 < 5 μM，Top1活性为++++。现在化合物104 (LMP776, Table 1.3)，105 (LMP400, Table 1.3)已进入临床I期。

Table 1.3 B环N原子侧链修饰

Compd 98

99 100 101 102 103 104 105

X Cl OCH3 OCOCF3 NH2 NH(CH2)2OH N(CH3)2 imidazole morpholine

GI50(μM) 47.9 0.16 0.15 0.16 0.21 0.35 0.079 4.64

Top1 0 +++ ++++ +++ ++++ ++++ ++++ ++++

4.1.2 A/D环结构修饰

早期的实验探讨了A/D环的2、3位，8、9位含氧取代基对活性的影响，去掉或者改变这些含氧的基团，活性显著下降甚至某些化合物并不呈现活性，化合物101 (MGM = 0.16 μM，Top1 “+++”)是活性较好的化合物[64,68]，但其Top1的抑制活性相比喜树碱仍稍逊一筹。如何进一步改变A/D环的取代基，来提高Top1的抑制活性仍是巨大挑战。Mark Cushman在在筛选大量的取代基后，发现A环

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3位引入硝基，化合物106能够大幅度的提高Top1的抑制活性[67-70]。基于此，他们又对D环的含氧取代基进行了进一步的筛选。筛选结果表明，若D环上含有一个取代基时，化合物107、108、113和115-117活性均比较好，但是当R5位为大位阻的苯基时，化合物114的Top1抑制活性丧失；若D环上含有两个取代基时，化合物109、110的细胞的抗增殖活性和Top1抑制活性均有所下降；若D环上同时存在3个基团时，化合物111、112的抗增殖活性相对于单取代已经扩大几十倍，Top1的抑制活性也很微弱。从表中可以看出，化合物108（MGM = 0.027 μM，Top1 “+++++”）抗增殖活性已经达到27 nM，Top1抑制活性强于喜树碱。对于这样的结果已经相当令人满意，该化合物的临床前研究仍在进行之中。

Table 1.3 A/D环修饰

Compd 101

106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117

R1 OMe H H H H H H H H H H H H

MGM(μM) 0.16 0.09 1.41 0.027 1.26 0.912 3.16 1.27 0.244 0.646 0.146 0.040

Top1 +++ ++++ ++++ +++++ +++ ++ ++ + ++++ 0 ++++ ++++ ++++

OMe H OCH2O H NO2 H OCH2O H NO2 OMe H H H NO2 H H OMe H NO2 OMe OMe H H NO2 H OMe OMe H NO2 OMe OMe OMe H NO2 H OMe OMe OMe NO2 H H Me H NO2 H H Ph H NO2 H H SMe H NO2 H H F H NO2 H H CN H

4.1.3 B/C环的修饰改造

对于B/C环的改造也是相当重要的，毕竟B/C是保持化合物平面结构的关键，也是活性保持的关键。所以，Mark Cushman课题组也对B/C环的改造变化作了系统的介绍。首先就对C环的11位的羰基作了研究，当把羰基还原成羟基时，化合物118 (Table 1.4)的Top1活性基本丧失[61]，若把羰基直接去除，化合物120的活性同样的不尽人意[61]。在后期的研究中也发现，11位的羰基与Top1靶

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点上364位的精氨酸残基(Arg364)能够形成氢键，是Top1活性保持的关键。但是，如果将羰基氧换成3碳氨基链时，化合物119 (MGM = 0.34μM，Top1 “+++”)仍有较好的抗增殖活性和不错的Top1抑制活性。这又是为什么呢？在后来的研究中发现，11位的氨基侧链能够插入到DNA的小沟之中[71]。如果将12、13位的双键还原，化合物121平面性丧失，所以也就没有Top1抑制活性[57]。平面结构是活性保持的关键。如果将C环扩环成内酰胺环，化合物122活性也丧失[72]。如果将B环酰胺原子换成氧，化合物123活性也同样丧失[73]。

Table 1.4 B/C环修饰

Compd 118

119 120 121 122 123

MGM(μm) 0.34 13 0.8 >100

Top1 + +++ ++ 0 0 0

4.2 先导化合物深层次改造 4.2.1 双茚并异喹啉酮的设计与优化

茚并异喹啉酮与喜树碱一样，都是通过插入DNA的剪切位点来稳定DNA-Top1二元复合物。所以说，它们其实都归属于Top1毒剂。既然茚并异喹啉酮不能形成DNA-Top1三元复合物，那么药物就会从二元复合物表面解离而失活。为了解决这一问题，Mark Cushman课题组首先想到了可以设计双茚并异喹

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啉酮，双茚并异喹啉酮作为双DNA双插入剂从理论上是能够延缓药物的解离时间。原理(Figure 1.15)：双茚并异喹啉酮的每一个单体从Top1-DNA复合物上的解离都是可逆，但是当其中的一个单体解离时，而另一个单体却还结合Top1-DNA复合物上，这使得药物无法迅速离开，解离的单体就有可能再次与Top1-DNA复合物结合，延缓作用时间[74]。

Figure 1.16 双茚并异喹啉酮作用机制

但是在单体茚并异喹啉酮哪个位置引入连接链，连接链的长度为多少合适？带着这样的问题，Cushman课题组在研究了大量文献之后，设计并合成如下图所示的化合物[74,75]。从图中可以看出当连接的多胺链过短(化合物124和125)、过长(化合物129)或者体积过大(化合物130)，都使得Top1的抑制活性基本丧失，若当连接链满足“2-3-2”(化合物126), “3-2-3”(化合物127), “3-3-3”(化合物128)时，Top1抑制活性达到“++++”。

Table 1.5 双茚并异喹啉酮的设计改造

Compd 124

125 126 127 128

CH2CH2NHCH2 CH2NH(CH2)2NHCH2 CH2NH(CH2)3NHCH2 (CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)2 (CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)2

MGM (μM) 5.25 0.427 0.122 0.152 44.8

Top1 + + ++++ ++++ 0

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129 130

(CH2)2NH(CH2)3NH(CH2)2 (CH2)2NBoc(CH2)2NBoc(CH2)2

0.394 28.2

++++ 0

4.2.2 N杂茚并异喹啉酮的设计与优化

人们在喜树碱的改造中发现，喜树碱的14位引入N原子之，由于水溶性的增加，活性明显提高。基于此，Mark Cushman课题组率先在茚并异喹啉酮的7位引入N原子，也希望能够通过增加水溶性来提高活性。所以他们课题组合成了一系列A环2、3位取代，N原子侧链上不同取代的7-氮杂茚并异喹啉酮类化合物，并进行了体外活性测试[76]。研究结果表明，此类化合物的水溶性得到了不同程度的提高，Top1活性基本与喜树碱相当[76,77]。若A、D环上无取代，化合物131的 MGM为1.78 μM，Top1抑制活性为“+++”，当A环上R1、R2均为甲氧基时，此时化合物132 的MGM略有增大，而Top1抑制活性基本保持。如果在A环3位引入硝基，化合物133的Top1抑制活性基本与喜树碱相当[67,69]。以此结构为研究基础，如果将R4引入甲氧基，同时侧链R为吗啡啉，得到化合物134，134的MGM明显下降至85 nM，此时Top1活性略有提高。在此基础上如果将R换为咪唑，得到化合物135 (MGM = 21 nM，++++(+))，135不但细胞毒作用和Top1抑制活性突出，而且作用时间持久，抵制多药耐药，是良好的Top1抑制剂，进一步的研究仍在进行中。

Table 1.6 N-杂茚并异喹啉酮的设计改造

Compd 131 132 133 134 135 R1 H OMe H H H R2 H OMe NO2 NO2 NO2 R3 H H H H H R4 H H H OMe OMe R NMe2 NMe2 NMe2 morpholine imidazole MGM(μM) 1.78 4.50 1.86 0.085 0.0208 Top1 +++ +++ +++(+) ++++ ++++(+)

为什么3-硝基-9-甲氧基-7-氮杂茚并异喹啉酮能有如此高的活性呢？Mark Cushman课题组又从抑制剂与酶结合的层面上进行深入研究。他们发现除了传统的氢键结合外，氮杂茚并异喹啉酮母核的电子云密度对于二者结合有着很大的影

24 硕士研究生学位论文

响。通过计算机模拟与计算，他们得出以下结论：第一、茚并异喹啉酮在邻近碱基对中取向对π-π堆积有着重要影响，第二、π-π堆积在茚并异喹啉酮与DNA-Top1复合物的结合中占主导地位，而茚并异喹啉酮与邻近蛋白氨基酸残基的作用（氢键）次之；第三、茚并异喹啉酮与邻近碱基的静电作用与色散力起关键作用，而电荷转移作用次之。

Figure 1.17 茚并异喹啉酮与碱基对结合的电势图，红色代表富电子区域（负电荷），蓝色代

表正缺电子区域（正电荷），左边是-1碱基对模型图，右边为+1碱基对模型图。

从图中(Figure 1.17)我们不难发现，7-氮杂茚并异喹啉酮的3位处于缺电子区域，所以所当3位引入富电子的硝基，甲氧基等都利于静电作用，相比而言，硝基电子氧周围云密度更高，所以3位引入硝基活性会显著提高。同样的道理，7-氮杂茚并异喹啉酮的9位处于缺电子区域，9位引入甲氧基能够形成静电互补，利于活性的增加。对于化合物135的进一步研究仍在进行，有望成为另一个候选药物[79]。

4.2.3 茚并异喹啉酮代谢产物的结构优化

根据体内代谢寻找新药也是药物研发的一种手段。药物进入人体后, 通常在体内各种酶的作用下经氧化还原、水解结合等反应将药物转化成易排泄的形式排出体外。通常情况下,这种转化就是将药理学活性高的化合物转化成无活性的形式。但也有许多药物经代谢后产生较原型药更高的药理活性或者更理想药代动力学性质的代谢物,进而被开发成高效、低毒性的新药。化合物104、105按照体内

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的代谢途径可以分为三种途径代谢[79]：第一、11位的酮羰基经过还原变成醇羟基形如化合物136、137；第二、2、3的甲氧脱甲基化形成化合物140、141、142、143；第三、8、9位亚甲二氧基中的亚甲基脱除形成邻二酚的形式化合物138、139。化合物138、139在体内能够进一步甲基化形成化合物144、145、146、147。将化合物104、105与代谢产物136-147进行活性抗增殖活性和Top1抑制活性的测试。我们惊奇地发现化合142、143、144不管是抗增殖活性还是Top1抑制活性均与原型化合物104、105活性相当或者优于原型化合物。从Table 1.7可以看出2、3位的甲氧基脱甲基化与8、9位脱除亚甲二氧基甲基化均是活性代谢。

Table 1.7 茚并异喹啉酮代谢产物的结构优化

Compd 104 105 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147

MGM(μM) 0.079 4.64 1.66 3.16 0.224 0.602 41.8 3.07 0.055 0.087 0.049 0.412 0.043 0.056

Top1 +++++ +++++ ++ ++ ++ ++++ ++(+) +++ ++++(+) +++++ +++++ ++(+) ++++ ++(+)

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4.2.4 茚并异喹啉酮侧链引入糖环的设计与修饰

Figure 1.18 模拟结合图(紫色代表茚并异喹啉酮，绿色代表吲哚咔)

吲哚咔唑类和茚并异喹啉酮类Top1抑制剂在与DNA-Top1二元复合物结合的位点与方向存在着相似之处(Figure 1.18)。它们的稠合母环都是插在DNA碱基对之间，而其侧链则需插入DNA的大沟中[81]。在空间结合结构上，茚并异喹啉酮B环内酰胺的N原子与吲哚咔唑糖苷键所连的N原子很靠近。所以，将茚并异喹啉酮内酰胺N原子上引入糖环，理论上能够增强与DNA-Top1二元复合物的亲和力(Figure 1.19)。Mark Cushman课题组，基于糖基的不同，设计并合成了一系列化合物[80,81]。实验结果表明，侧链糖链的长度与抗增殖活性相关，立体构型与活性的关系却不是很明确。通过活性筛选，得到了12个Top1活性与喜树碱相当，或者高于喜树碱的化合物。

Figure 1.19 茚并异喹啉酮侧链引入糖基的设计思想

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4.2.5 芳香喜树碱的设计与优化

Figure 1.20 芳香喜树碱设计思想

众所周知，喜树碱虽有较强的Top1抑制活性，但是由于其化学稳定性问题难以成药。骆驼宁A (148, Figure 1.20)是从天然植物骆驼蓬(Peganum nigellastrum)提取分离得到的，具有较弱的Top1活性。先前对茚并异喹啉酮的构效关系(SAR)研究的相对比较透彻。所以，Mark Cushman课题组猜想是不是可以将喜树碱(48, Figure 1.20)、骆驼宁A(148)以及茚并异喹啉酮(102, Figure 1.20)三者结构组合“Composite”在一起构成芳香喜树碱的母环(aromathecin)[82] (149, Figure 1.20)。将芳香喜树碱的三维结构与茚并异喹啉酮的结构比较(Figure 1.21)，不难发现，如果在方像喜树碱14位引入一些极性基团，就有和茚并异喹啉酮6位内酰胺N上引入的侧链有相似之处。

Figure 1.21 芳香喜树碱与茚并异喹啉酮三维比较

基于此，他们课题组合成一系列芳香喜树碱类衍生物，并进行活性筛选[82-84]。活性数据表明，当R1甲氧基取代的化合物152 (MGM = 91.2 μM，Top1 “+”)的活

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性数据不如R1无取代的化合物153 (MGM = 58.9 μM，Top1 “++”)。当考察14位碳链的长度时，发现虽然化合物151 (MGM = 12.6 μM，Top1 “+++”)和154 (MGM = 1.6 μM，Top1 “+++”)的Top1活性相当，但是细胞的平均IC50却有着近10倍的差异。最后，又对末端的取代不同的化合物154-158进行了筛选，我们得到了活性最好的化合物157 (MGM = 2.8 μM，Top1 “++++”)。对于化合物157的进一步研究仍在进行中。

Table 1.8 芳香喜树碱类化合物优化

Compd 152

153 151 154 155 156 157 158

R1 OMe H H H H H H H

n 0 0 1 3 3 3 3 3

R H H imidazole imidazole morpholine NH(CH2)2OH

NH2 NMe2

MGM (μM)

91.2 58.9 12.6 1.6 5.9 2.8 2.14

Top1 + ++ +++ +++ ++ ++++ +++ +++

4.2.6 Tdp1与Top1双重抑制剂的设计与优化

Figure 1.22 正常细胞与肿瘤细胞Top1cc修复

在正常细胞中，存在两条途径修复Top1-DNA复合物[85](Figure 1.22)。第一条是正常细胞可以通过检查点激酶1和2 (Chk 1, Chk2)参与的3'-核苷酸内切酶旁

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路，将与Top1相连的一段DNA切除，再通过DNA聚合酶和连接酶将其修复。第二条是通过酪氨酰-DNA磷酸二酯酶（Tdp1）参与的途径(Figure 1.23)。Tdp1是一类催化水解3’-磷酸酪氨酸键的酶，当细胞内存在 DNA-Top1复合物时，泛素首先会对DNA-Top1复合物进行初步降解[86]。然后Tdp1亲核进攻3’-磷酸键形成瞬时Tdp1-DNA中间体，释放出降解剩余的Top1，随后Tdp1再从Tdp1-DNA上水解分离，DNA双链在DNA聚合酶和DNA连接酶的作用下再次连接，使得解旋的DNA得以修复[87,88]。所以说，Tdp1的作用就是降解Top1-DNA复合物。但在肿瘤细胞中，研究表明，在正常细胞中其他修复Top1cc的相应几个已知基因在肿瘤细胞中并不活跃（例如，Mrel1 或BRAC1等）。所以说，Tdp1是一个很好的抗肿瘤靶点[89]。

Figure 1.23 Tdp1参与的Top1cc修复途径

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Figure 1.24 Tdp1抑制剂

迄今为止，关于Tdp1抑制剂的报到很少[90]。例如，钒酸钠(159, Figure 1.24)和钨酸(160, Figure 1.24)可以通过模拟过渡态的磷酸，在毫摩尔单位级别上达到抑制的效果，但是由于缺少特异性和敏感性，无法在临床中使用。而氨基糖苷类的新霉素B (162, Figure 1.24) (IC50 = 8 mM)用药剂量大，抑制活性也不佳。Furamidine(161, Figure 1.24) (IC50 = 30 μM)具有DNA结合活性，因此对Tdp1抑制活性数据并不可靠。经高通量筛选的甾体类NSC 88915 (163, Figure 1.24)虽然IC50 = 7.7 μM，但是其存在药代动力学吸收差，容易脱靶等问题，也无法深入研究。因此设计研发Tdp1抑制剂迫在眉睫，更何况设计同时Top1和Tdp1两个靶点药物更加引起人们的兴趣。

在寻找Top1和Tdp1双催化剂之前，我们先考察一下Tdp1具体作用机制

[90]

(Figure 1.25)。众所周知，Tdp1上有四个活性氨基酸残基His263、Lys265、

His493和Lys495。Tdp1的Lys265和Lys495的两个末端铵正离子与Top1-DNAcc的磷酸基团氢键作用，而后His263上的咪唑氮的孤对电子亲核进攻磷酸中心从而使Top1与DNA分离开来；后续在另一个His493和一个水分子的辅助下，最终使Tdp1与磷酸基团分离。

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Figure 1.25 Tdp1作用机制

Figure 1.26 茚并异喹啉酮侧链引入磺酸酯结构

Mark Cushman课题组通过计算机模拟，发现化合物163有Tdp1的抑制作用，主要是其中磺酸酯的结构与磷酸酪氨酸的相匹配，而磺酸酯的结构又正好在钒酸

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作用的位置上。基于此，他们也将此结构引入茚并异喹啉酮的结构中，通过改变侧链的长度和磺酰基上的取代基来调整磺酸酯的位置与结合能力。很遗憾，结果并不理想[90]。

在此之前，他们课题曾经设计双茚并异喹啉酮类Top1抑制剂[75,91,92]。研究其机制发现，当它们作为一元DNA插入剂时，能够插在Top1-DNA-药物三元复合物的碱基对上抑制DNA的再连接。这就是很可能这类化合物在抑制Top1的同时，还能够抑制Tdp1。研究结果表明，化合物129 [IC50(Tdp1) = 1.52 μM，Top1 “++++”]不仅有与喜树碱相当的Top1活性，而且还有对抗Tdp1的活性。对于双茚并异喹啉酮的Top1和Tdp1双抑制剂的研究仍在进行中。在后来的研究中，又找到了另外两个双重抑制剂107 (Top1 “++++”，Tdp1 “+++”)和108 (Top1 “++++”，Tdp1 “+++”)有与喜树碱相当的Top1抑制剂活性和“+++”的Tdp1抑制活性。

Table 1.9 Top1与Tdp1双重抑制剂设计与优化

Compd 129 107 108

MGM (μM)

0.02 1.41

Top1 ++++ ++++ +++++

Tdp1 ++++ +++ +++

Tdp1 (μM) 1.52 5.8 11

Tdp1活性“0”代表IC50大于111 μM；“+”代表IC50在37到111 μM之间；“++”代表IC50在12到37 μM之间；“+++”代表IC50在1到12 μM之间；“++++”代表IC50小于1 μM。

4.3 总结

Mark Cushman课题组在发现先导化合物NSC 314622具有Top1抑制活性后，综合运用基于结构的药物设计理念，以计算机辅助药物设计为工具，通过生物电子等排替换、前药修饰、骨架跃迁、代谢研究等药物化学手段对先导化合物进行优化。在最近的15年研究历程中，他们寻找了茚并异喹啉酮类Top1抑制剂的优势结构、优势片段。从400多合成的衍生物中，他们总结这类化合物的构效关系，筛选出几十个活性优良的Top1抑制剂。2010年，他们又将化合物NSC 725776 (Indimitecan, LMP776)与化合物NSC 743400 (indotecan, LMP400)推向临床。他们的研究经验值得我们借鉴与参考。

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第二章吲哚并喹啉衍生物的设计，合成与抗肿瘤活性研究

第一节设计思路

Figure 2.1 喜树碱类与茚并异喹啉酮类Top1抑制剂结合模式图

之前，我们课题组丛蔚博士，在研究喜树碱与茚并异喹啉酮类Top1抑制剂的结合模式(Figure 2.1)的基础上，将Mark Cushman课题组的茚并异喹啉酮母环进行骨架跃迁 (Scaffold Hopping) (Figure 2.2)，首先将A/B环组成的异喹啉-1-酮环简化为吲哚环；其次把茚并异喹啉酮6位的内酰胺取代基转换为11位羰基类的取代；茚并异喹啉酮11位的酮羰基仍由6位的羰基来保持；最后A环上的甲氧基，可以用2位甲氧基代替。设计出异吲哚并[2,1-a]吲哚酮的母核，并进行衍生化，合成了一系列的化合物。令人遗憾的是，这类化合物对HCT-116、DU-145和MCF-7的抗增殖活性均不太理想。究其原因，可能是因为五元的内酰胺环容易水解，而使其活性降低。

Figure 2.2 本课题组对茚并异喹啉酮的初步改造

那么，究竟如何改造出母环更加稳定的化合物？我们先来熟悉一下罗格斯大学大学的Lavoie课题组对于茚并异喹啉酮环的改造[49-53] (Figure 2.3)。他们课题

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组在先导化合物NSC 314622的基础上，通过优化找到了活性更好的164 (Figure 2.3)。以164为苗头化合物进行骨架跃迁，将茚并异喹啉酮11位的酮羰基替换成环状亚胺； 5、6位的N-取代内酰胺的结构，2、3位的甲氧基和8、9位的亚甲二氧基仍保持不变，得到含喹啉并异喹啉酮的结构的ARC-111 (topovale)。该化合物抗细胞增殖活性和Top1的抑制活性，均远远超过了其先导化合物164。其中该类化合物的衍生物Genz-644282现已进入临床I期，用于治疗固体肿瘤，显示出良好的开发前景。

Figure 2.3 化合物ARC-111设计以及吲哚并[3,2-c]喹啉的设计思路

受Lavoie课题组研究思路的启发，我们继续采用骨架跃迁的手段进行改造。我们以化合物164为先导化合物，将较为复杂茚并异喹啉酮母环5、6位的N-取代内酰胺环简化成直接N原子取代，把11位的酮羰基按照Lavoie课题组的策略改造成环状亚胺，其余保持不变，这样就得到了我们设计的吲哚并[3,2-c]喹啉的母环165。在此基础上，开展吲哚并[3,2-c]喹啉类化合物的优化设计、合成与抗肿瘤活性测试，是一项非常有意义又极具挑战的工作，希望能够找到活性更好，抵抗耐药性的新型Top1抑制剂。

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第二节合成路线的设计与优化

Figure 2.4 吲哚并[3,2-c]喹啉

我们设计的吲哚并[3,2-c]喹啉母环165，查阅相关文献，发现构建该母环的方法很多，根据成环的决定步骤，可以分为吲哚环的构建、喹啉环的构建以及吲哚和喹啉环的同时构建。

2.1 通过喹啉环的构建合成吲哚并[3,2-c]喹啉母环

通过构建喹啉环来合成吲哚并[3,2-c]喹啉的母环是最常见的。对其逆合成分析可知，有a、b、c、d四种断键方式 (Figure 2.4)。

从a处断裂，需要构建sp2 C-N来该反应有一定的限制性，但是随着过渡金属催化的C-H活化的发展，使得这种反应相对比较容易。2011年，Kusurkar RS等报道了化合物166在盐酸羟胺的作用下形成中间体肟酸166a，166a环合，形成7,8,9,10-四氢吲哚并[3,2-c]喹啉167，再脱氢便可以得到目标化合物165 (Scheme 2.1)[93]。

Scheme 2.1 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

2013年，Zhao K课题组在J. Org. Chem.报道了N-甲氧基-2-苯基-吲哚-3-甲酰胺168在氧化剂PIDA或PIFA的作用下环合，形成六元内酰胺环化合物169 ,化合物169还原、脱水形成母环165。(Scheme 2.2)[94]。

Scheme 2.2 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

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从b处断裂，最早1993年，Turner W R报道了化合物170在钯碳催化剂的作用还原缩合形成N-氧化合物171，化合物171在还原剂的作用便可得到目标化合物 (Scheme 2.3)[95]。

Scheme 2.3 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

2014年，Butin A V报道了通过还原环合构建母环。这种方法虽然只有一步就能构建多取代的吲哚并喹啉的结构，但是其底物172的合成相对比较困难，需要合成特定的底物才能完成相应的反应 (Scheme 2.4)[96]。

Scheme 2.4 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

从c处断裂，2009年，Kundu B在Eur. J. Org. Chem.上发表了通过Pictet-Spengler缩合反应构建喹啉，合成吲哚并[3,2-c]喹啉环，但是合成2-(吲哚-2-基)-苯胺173相对比较困难，所以合成含各种取代吲哚并喹啉的结构有一定的局限性 (Scheme 2.5)[97]。

Scheme 2.5 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

2011年，南京大学Yao Z J课题组报道酰胺化合物174在Hendrickson试剂作用下环合生成目标化合物 (Scheme 2.6)[98]。

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Scheme 2.6 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

从d处断裂，2000年，Mérour J Y等报道了底物175通过Pd(II)催化的Heck反应构建六元内酰胺化合物176 (Scheme 2.7)[99]。

Scheme 2.7 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

2002年，Mohan P S课题组报道了化合物177在光照、氧化的条件下经中间体177a可以以67%的收率得到目标产物。该反应相对比较经济环保 (Scheme 2.8)[100]。

Scheme 2.8 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

2012年，Tummatorn J等在Tetrahedron上发表了N-苯磺酰基保护的吲哚178与苄基叠氮化物179在酸促进下经Boyer-Schmidt-Aube重排后发生氮杂[4+2]环加成构建四氢吲哚并[3,2-c]喹啉结构180，再经过脱氢，水解保护基团，便可得到吲哚并[3,2-c]喹啉(Scheme 2.9)[101]。

Scheme 2.9 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

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2012年，Hibino S等报道了，底物181通过微波介导的串联Curtius重排和N-杂电环化反应来构建吲哚并喹啉的母环。若吲哚N上无保护基团时，经Curtius重排，会有吲哚N直接亲核进攻的副产物；若吲哚的N原子以Boc保护时，此时反应产率仅为6%。最终选甲氧甲基来保护吲哚的N原子，能够以几乎定量的收率得到内酰胺的中间体182。该间体再经过3步反应就能得到目标产物 (Scheme 2.10)[102]。

Scheme 2.10 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

2014年本课题组Chen X B等发表了通过吲哚-3-甲酸酰胺与碘苯一步构建吲哚并[3,2-c]喹啉酮的结构，该方法合成较为方便 (Scheme 2.11)[103]。

Scheme 2.11 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

2.2 通过吲哚环的构建合成吲哚并[3,2-c]喹啉母环

从e处断裂，2003年，Dommisse R A等报道了化合物185通过钯催化的分子内芳基化来构建吲哚并吡啶或者喹啉的结构186 (Scheme 2.12)[104]。

Scheme 2.12 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

2006年，Mohan P S等报道了与上述反应类似的底物187通过微波反应成功

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构建了吲哚并喹啉的母环 (Scheme 2.13)[105]。

Scheme 2.13 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

2011年，Murray P E等人报道了通过点击反应合成的三氮唑底物188实现了母环的合成 (Scheme 2.14)[106]。

Scheme 2.14 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

从f处断裂，1995年，Quéguiner G等在Syn Commun上报道了，通过叠氮化合物189来构架吲哚环，合成稠杂的吲哚并喹啉环 (Scheme 2.15)[107]。

Scheme 2.15 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

2014年，Ess DH等在Angew. Chem. Int. Ed.上报道了他们课题组发展一种通过底物190形成N-杂卡宾中间体190a来合成咔唑类化合物，该方法存在很多优点比如低温、无需过渡金属、高选择性分子内sp2 C-H氨化等 (Scheme 2.16)[108] 。

Sch

eme 2.16 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

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2008年，Maes B U W等在Adv. Synth. Catal.发表了通过串联分子间的Buchwald-Hartwig交叉偶联反应（底物191、192）和分子内的Pd催化的芳基化来构建吲哚并喹啉的结构。该反应的历程经过中间体，2-氯苯胺上不管是供电子基还是吸电子，都能够以中等以上的收率一步得到产物 (Scheme 2.17)[109]。

Scheme 2.17 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

底物酮193与苯肼194通过Fischer合成法是构建吲哚环是最常见的方法，但是所合成的吲哚却有一定的局限性 (Scheme 2.18)[110]。

Scheme 2.18 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

2.3 通过吲哚和喹啉环的同时构建合成吲哚并[3,2-c]喹啉母环

2012年，Arcadi A等在Org. Biomol. Chem.杂志上报道了底物195和醛类化合物在Au的催化“一锅煮”合成吲哚并喹啉的结构。虽然该方法简洁方便，通过一步便能得到相应的产物，但是如果要合成A/D环有取代的产物，相对而言，比较困难 (Scheme 2.19)。

Scheme 2.19 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

2013年，Org. Lett.报道了Takemoto Y课题组通过Pd(II)催化的异氰插入一步构建四元稠杂环的方法 (Scheme 2.20)。机理如图 (Figure 2.5)：首先Pd(0)插

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入到异氰底物上，ArI氧化加成，形成Pd(II)中间体196a，接着，Pd(II)活化中间体分子内的炔烃，羧基或者羰基进攻形成六元环中间体196b。然后，中间体经C-C还原消除产生中间体196c和Pd(0)。中间体继续异构化形成芳香化形式196d。最后再经过分子内的亲核反应便可得到产物。如果X为O或者N时，中间体直接碳钯化形成196e，再经过C-X还原消除便可得到目标产物。

Scheme 2.20 吲哚并[3,2-c]喹啉母环合成

Figure 2.5 异氰插入构建吲哚并[3,2-c]喹啉母环机理

2.4 目标化合物合成

虽然每一种方法各有利弊，但我们课题组在这些文献的基础上，根据课题组的C-H活化的优势，对吲哚并喹啉的结构进行了逆合成分析(Scheme 2.21)。吲哚并喹啉母环按照红线所示切断，那么构建母环最方便的方法便是Pictet-Spengler反应或者Morgan-Walls反应。合成2-(吲哚-2-基)苯胺的方法很多。传统Fischer合成吲哚的方法，需要多取代的苯肼和多取代的苯乙酮，而这些试剂往往比较昂贵。如果通过Suzuki偶联等来构建联芳基的结构，底物也有一定的限制性。

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Scheme 2.21 吲哚并[3,2-c]喹啉逆合成分析

所以结合我们课题组的优势，能不能通过选择性的C-H键活化，实现吲哚2-位的芳基？我们查阅相关文献可知，2010年，Djakovitch课题组报道了，通过调控碱与卤代苯的种类实现了Pd催化的吲哚2、3位选择性C-H活化(Scheme 2.22)。但是他们并没有将底物拓展到含氮碘苯（硝基碘苯，氨基碘苯或者保护的氨基碘苯等）。

Scheme 2.22 吲哚C2/C3选择性芳基化

为此，我们应用他们课题组的最优条件来探究反应性(Table 2.1)。当我们用无保护的邻氨基碘苯作为底物时，反应48小时后，发现吲哚和邻碘苯胺的原料都在(entry 1)。当我们把氨基用乙酰基保护起来时，反应停止后，TLC监测，发现原料部分分解(entry 2)。当我们使用邻硝基苯胺时，24小时后，原料反应完毕，分离后，经1H NMR确定的确是我们的预期产物，产率73%。

Table 2.1 吲哚C2偶联条件筛选

entry 1 2 3

R NH2 NHAc NO2

Yield NR ND 73%

C2/C3 > 20:1

根据我们的逆合成分析与预实验，我们设计了如下可行合成路线。2-硝基苯胺经过桑德迈尔反应生成2-硝基碘苯；2-硝基碘苯与吲哚经选择性C-H活化，生成硝基化合物198；硝基化合物在Pd/C加氢催化剂下，经水合肼还原得到氨基化合物199；199与多聚甲醛在三氟乙酸催化下，经Pictet-Spengler反应关环

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得到吲哚并喹啉化合物。最后在母核的基础上进行衍生化。

Figure 2.6 吲哚并喹啉衍生物合成路线

根据既定合成路线，我们设计并合成了两个系列化合物，进行体外抗肿瘤活性活性测试。

Figure 2.7 第I系列化合物结构

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Figure 2.8 第II系列化合物结构

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第三节抗肿瘤活性活性测试

3.1实验设备与试剂仪器试剂

实验所用细胞株：人乳腺癌细胞MCF-7；前列腺癌细胞DU-145；人结肠癌细胞HCT-116。

3.2 实验方法

Ⅰ 细胞消化、计数、制成浓度为5×104个/mL的细胞悬液，96孔板中每孔加入100 μL细胞悬液（每孔4×103个细胞）；

Ⅱ 96孔板置于37 ℃，5% CO2培养箱中培养24小时；

Ⅲ 用完全培养基稀释药物至所需浓度，每孔加入100 μL相应的含药培养基，同时设立阴性对照组，溶媒对照组，阳性对照组； Ⅳ 96孔板置于37 ℃，5% CO2培养箱中培养72小时； Ⅴ MTT法：

1) 将96孔板进行MTT染色，λ = 490 nm，测定OD值。

2) 每孔加入20 μL MTT（5 mg / mL），在培养箱继续培养4小时；

3) 弃去培养基，每孔加入150 μL DMSO溶解，摇床10分钟轻轻混匀；λ = 490 nm，酶标仪读出每孔的OD值。 Ⅵ CCK-8法：

1) 将96孔板进行CCK-8染色，λ = 450 nm，测定OD值： 2) 每孔加入10 μL CCK-8，在培养箱继续培养2小时；

超净工作台恒温CO2培养箱酶联免疫检测仪倒置生物显微镜青、链霉素混合液胰蛋白酶消化液 PBS

MTT (BIOSHARP) DMSO (SIGMA)

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3) λ = 450 nm，酶标仪测定每孔的OD值，计算抑制率。 Ⅶ 计算抑制率。生长抑制率% =

阴性对照组OD值－化合物组OD值

阴性对照组OD值

×100%

应用SPSS19.0计算GI50。

3.3 实验结果与讨论

Table 2.1 第I系列化合物活性

Compd Ia Ib Ic Id Ie 阿霉素

MCF-7 38% 26% 94% 46% 36% 92%

DU-145 17% 13% 78% 18% 17% 84%

HCT-116 24% 12% 60% 35% 30% 56%

Compd If Ig Ih Ii Ij

MCF-7 94% 92% 94% 93% 53%

DU-145 33% 25% 67% 73% 5%

HCT-116 58% 45% 57% 60% 25%

加粗的表示活性优于阿霉素或者与阿霉素活性相当

Table 2.2 第II系列化合物活性

Compd IIa IIb IIc IId IIe 阿霉素

MCF-7 7% 30% 12% 30% 48% 92%

DU-145 59% 79% 65% 79% 23% 84%

HCT-116 52% 74% 59% 74% 45% 56%

Compd IIf IIg IIh IIi IIj

MCF-7 48% 32% 31% 34% 95%

DU-145 10% 67% 91% 96% 97%

HCT-116 42% 69% 76% 89% 88%

加粗的表示活性优于阿霉素或者与阿霉素活性相当

从Table2.1、Table2.2可以看出，多个化合物在MCF-7、DU-145和HCT-116三个细胞株上表现出与阳性药阿霉素相近的抗增殖活性。虽然无取代母核 (Ia&Ib, Table 2.1; IIe, Table 2.2)并未显示出很强的抗增殖活性，但是连有取代基的衍生物的抗增殖活性都高于母核，这表明侧链取代基对于活性的高低有着决定性的作用。

吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的设计,合成与抗肿瘤活性研究

根据两个系列的活性数据，可以总结出如下规律：(1)虽然8位引入甲氧基对细胞的抗增殖活性的影响不是很大，但是8位引入甲氧基能够增强对HCT-116细胞株的抗增殖活性 (Ic vs IIi, Ii vs IIj, If vs IIg等)；(2)与茚并异喹啉酮类似的是，11位N上取代的碳链的长度对活性至关重要，当碳链的长度为2时，活性较弱，当碳链的长度为3或者4时，此时活性最优 (Table 2.3)。(3)末端含有伯氨基的化合物和对三种肿瘤细胞株的抑制活性最强，与阿霉素相当 (Figure 2.9)；(4)末端连有叔胺的化合物对MCF7和HCT116的抑制活性与伯胺相当 (If, Ig, Ih, IIg, IIh vs Ic, Ii, IIi, IIj)，但对DU145的抑制活性明显弱于伯胺化合物；(5)末端连有五元含氮杂环的化合物的活性最弱，提示我们含氮芳杂环不适用于此类母核 (Id, Ie, Ij, IIf)；

Figure 2.9 侧链末端氨基对细胞活性的影响

Table 2.3 侧链取代长度对细胞活性的影响

R, R1

conclusion

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R = NH2, R1 = H R = triazole, R1 = H R = NMe2, R1 = H

R = NH2, R1 = OMe

“n = 3” ≈ “n = 4”

对活性最好的四个化合物测定IC50，从Table 2.2和Table 2.3中可以看出，虽然Ic、Ii、Ih和IIj对三个细胞株MCF7、DU145和HCT-116的抗增殖活性较好，但是从Table 2.4的IC50数据可知，它们的IC50均比阳性药阿霉素的要高，达不到进一步筛选活性的要求，所有仍需要以Ic、Ii、Ih和IIj四个化合物为先导化合物，进行进一步的筛选。

Table 2.4 抗细胞增殖活性IC50 Compound MCF7 DU145 HCT-116 阿霉素 0.65 0.69 1.32 Ic 1.30 4.43 3.91 Ii 1.93 5.90 4.31 Ih 3.03 13.05 7.00 IIj 3.40 3.18 0.89

下一步筛选的计划：第一、吲哚并[3,2-c]喹啉母环的8位引入硝基，来考察电性的影响；第二、参照Mark Cushman课题组对茚并异喹啉酮的改造，吲哚并[3,2-c]喹啉的2、3位引入N原子；第三、吲哚并喹啉的侧链引入糖基，或者羧基等亲水性基团；第四、设计Tdp1与Top1双抑制活性的吲哚并[3,2-c]喹啉类的衍生物等。

吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的设计,合成与抗肿瘤活性研究

第四节实验操作与数据

2-硝基碘苯(197) 1-iodo-2-nitrobenzene

操作：将1.38 g (10 mmol, 1 equiv) 2-硝基苯胺溶于5 mL浓盐酸之中，加热至100℃，保持10 min，使其溶解，然后用冰盐浴将其冷却至0 ℃，将0.83 g (12 mmol, 1.2 equiv) 亚硝酸钠溶于3 mL水中，冰盐浴条件下缓慢滴入其中，滴毕，保持0℃，搅拌30 min，将碘化钾溶液 (2.5 g溶于5 mL水中) 滴入反应液中，滴毕，将反应液升温至70 ℃反应3 h。将反应液冷却至室温，加入15 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，依次用稀盐酸，氢氧化钠溶液，饱和亚硫酸钠溶液，饱和氯化钠溶液洗涤，用无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得黄色固体2.824 g，产率98.5%。

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 8.04 (dd, J = 7.9 Hz, J = 1.1 Hz, 1H), 7.86 (dd, J = 7.9

Hz, J = 1.4 Hz, 1H), 7.52-7.47 (m, 1H), 7.30-7.25 (m, 1H) ppm.

2-(2-硝基苯基)-1H-吲哚(198a) 2-(2-nitrophenyl)-1H-indole

操作：在封管中依次加入299 mg (1.2 mmol, 1.2 equiv) 2-硝基碘苯197，117 mg (1.0 mmol, 1 equiv) 吲哚，19.2 mg (0.05 mmol, 0.05 equiv) 双(二苯基膦)甲烷(dppm)，11.3 mg (0.05 mmol, 0.05 equiv) 醋酸钯，294 mg (3 mmol, 3 equiv) 醋酸钾，加入1 mL二氯甲烷，加入3 mL水，于110 ℃油浴下加热回流24 h。将封管冷却至室温，加入5 mL 稀盐酸溶液，用5 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用饱和氯化钠溶液洗涤，用无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得红色油状液体173 mg，产率72.6%。

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 8.50 (s, 1H), 7.81 (dd, J = 8.0 Hz, J = 1.0 Hz, 1H),

7.69-7.64 (m, 2H), 7.62-7.59 (m, 1H), 7.51-7.45 (m, 1H), 7.40 (dd, J = 8.1 Hz, J = 0.8 Hz, 1H), 7.28-7.23 (m, 1H), 7.19-7.14 (s, 1H), 6.73 (dd, J = 2.2 Hz, J = 0.8 Hz, 1H) ppm.

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2-(1H-吲哚-2-基)苯胺(199a) 2-(1H-indol-2-yl)aniline

操作：将423 mg (1.78 mmol, 1 equiv) 2-(2-硝基苯基)-1H-吲哚198a溶于6 mL甲醇之中，加入20 mg钯碳加氢催化剂，0.72 mL (14.3 mmol, 8 equiv) 80% 水合肼，于75 ℃油浴中回流5 h，点板监控。将反应液冷却，旋干，用乙酸乙酯15 mL萃取三次，合并萃取液，饱和氯化钠溶液洗涤，用无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得固体226 mg，产率61.0%。

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 8.40 (s, 1H), 7.63 (d, J = 7.7 Hz, 1H), 7.38-7.34 (m,

2H), 7.22-7.10 (m, 3H), 6.85 (dt, J = 7.4 Hz, J = 0.7 Hz, 1H), 6.78 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 6.70 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 4.05 (s, 2H) ppm.

11H-吲哚[3,2-c]喹啉(Ia) 11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：将186 mg (0.89 mmol, 1 equiv) 2-(2-氨基苯基)-1H-吲哚199a溶于无水乙腈，加入80 mg (2.67 mmol, 3 equiv) 多聚甲醛，再加入催化当量的三氟乙酸，于80 ℃油浴中，回流反应3 h。将反应液冷却至室温，向反应液中加入20 mL水，再用15 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用饱和碳酸氢钠溶液，饱和氯化钠溶液依次洗涤，用无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得产物150 mg，产率77.3%。

H NMR (300 MHz, d6-DMSO) δ 12.72 (s, 1H), 9.60 (s, 1H), 8.53 (dd, J = 7.7 Hz, J

= 1.4 Hz, 1H), 8.32 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 8.14 (dd, J = 8.6 Hz, J = 0.9 Hz, 1H), 7.78-7.67 (m, 3H), 7.50 (t, J = 7.7 Hz, 1H), 7.34 (t, J = 7.6 Hz, 1H) ppm; MS (ESI) m/z 219.1 [M+H]+.

7H-吲哚并[2,3-c]喹啉(Ib) 7H-indolo[2,3-c]quinoline

吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的设计,合成与抗肿瘤活性研究

操作：将208 mg (1 mmol, 1 equiv) 3-(2-氨基苯基)-1H-吲哚溶于无水乙腈，加入90 mg (3 mmol, 3 equiv)多聚甲醛，再加入催化当量的三氟乙酸，于80 ℃油浴中，回流反应3 h。将反应液冷却至室温，向反应液中加入20 mL水，再用20 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用饱和碳酸氢钠溶液，饱和氯化钠溶液依次洗涤，用无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得产物162 mg，产率74.3%。

H NMR (300 MHz, d6-DMSO) δ 12.19 (s, 1H), 9.33 (s, 1H), 8.84 (d, J = 8.1 Hz,

1H), 8.72 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 8.24 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 7.82-7.61 (m, 4H), 7.44 (t, J = 7.2 Hz, 1H) ppm; MS (ESI) m/z 219.1 [M+H]+.

11-(4-氯丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(200a) 11-(4-chlorobutyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：将109 mg (0.5 mmol, 1 equiv) 11H-吲哚[3,2-c]喹啉Ia溶于5 mL无水N,N-二甲基甲酰胺之中，加入研成粉末的140 mg (2.5 mmol, 5 equiv) 氢氧化钾，于室温下搅拌反应30 min，滴入255 mg (1.5 mmol, 3 equiv) 1-溴-4-氯丁烷，室温下搅拌3 h。向反应液中加入20 mL水，用乙酸乙酯40 mL萃取，萃取液依次用水,饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，柱层析分离，得油状液体120 mg，产率77.9%。

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.44 (s, 1H), 8.29 (d, J = 8.5 Hz, 1H), 8.23 (d, J = 7.5

Hz, 1H), 8.13 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.64 (dt, J = 8.1 Hz, J = 1.1 Hz, 1H), 7.55 (dt, J = 8.3 Hz, J = 1.2 Hz, 1H), 7.46 (d, J = 3.7 Hz, 2H), 7.36-7.29 (m, 1H), 4.67 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 3.48 (t, J = 6.3 Hz, 2H), 2.18-2.08 (m, 1H), 1.92-1.78 (m, 1H) ppm.

11-(4-叠氮丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(201a) 11-(4-azidobutyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

将170 mg (0.55 mmol, 1 equiv) 11-(4-氯丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉200a溶于5 mL二甲亚砜之中,加入54 mg (0.83 mmol, 1.5 equiv) 叠氮钠，于100 ℃油浴反应12 h。将反应液冷却，加入20 mL水，用60 mL二氯甲烷萃取，萃取液用水，饱和氯化钠溶液依次分别洗2次，无水硫酸钠干燥，低温旋干，得158 mg油状物，

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产率91.1%。

4-(11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)丁基-1-胺(Ic) 4-(11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)butan-1-amine

操作：将158 mg (0.5 mmol, 1 equiv) 11-(4-叠氮丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉201a溶于4.5 mL四氢呋喃和1.5 mL水的混合溶剂中，加入262 mg (1.0 mmol, 2 equiv)三苯基膦，于室温下搅拌12 h。将反应液旋干，加入20 mL水，用20 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得134 mg产物，产率92.7%。

黄色固体, m.p. 102-104 oC; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.53 (s, 1H), 8.40 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.30 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.22 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.74-7.69 (m, 1H), 7.64-7.50 (m, 3H), 7.41-7.36 (m, 1H), 4.74 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 2.77 (t, J = 7.0 Hz, 2H), 2.07 (quint, J = 7.5 Hz, 1H), 1.67 (quint, J = 7.5 Hz, 1H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.9, 144.6, 140.2, 138.8, 130.9, 127.6, 125.8, 125.7, 121.8, 121.6, 121.2, 119.8, 117.9, 115.3, 109.6, 45.6, 41.8, 30.9, 27.3 ppm; IR (KBr) 3021, 2968, 2932, 2891, 1629, 1602, 1503, 1467, 1441, 1415, 1361, 1334, 1249, 1207, 1134, 1016, 753 cm-1; MS (ESI) m/z 290.2 [M+H]+.

11-(4-(1H-咪唑-1-基)丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(Id) 11-(4-(1H-imidazol-1-yl)butyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：将30 mg (0.42 mmol, 2 equiv) 1H-咪唑溶于3 mL干燥DMF，加入11 mg (0.42 mmol, 2 equiv) 钠氢，拔氢，室温搅拌30 min，将66 mg (0.21 mmol, 1 equiv) 11-(4-氯丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉200a溶于3 mL DMF滴入反应液中，室温反应3 h。向反应液中加入20 mL水中，用20 mL乙酸乙酯萃取三次，合并萃取液，用饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得产物22 mg，产率30.8%。

黄色固体, m.p. 76-80 oC; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.47 (s, 1H), 8.47 (d, J = 8.2

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Hz, 2H), 8.30 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 8.24 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.73 (m, 1H), 7.59 (m, 3H), 7.40 (d, J = 7.1 Hz, 1H), 6.99 (s, 1H), 6.78 (s, 1H), 4.61(t, J = 6.6 Hz, 2H), 3.82 (t, J = 6.9 Hz, 2H), 1.97 (m, 2H), 1.84 (m, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.7, 144.4, 140.0, 138.6, 130.9, 129.7, 127.7, 126.0, 125.9, 121.7, 121.4, 121.2, 119.9, 118.6, 117.7, 115.3, 109.3, 46.5, 44.9, 28.5, 26.9 ppm; IR (KBr) 3121, 2924, 2864, 1638, 1618, 1513, 1467, 1442, 1372, 1348, 1220, 1080, 743 cm-1; MS (ESI) m/z 341.3 [M+H]+.

11-(4-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(Ie) 11-(4-(1H-1,2,4-triazol-1-yl)butyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：将45 mg (0.65 mmol, 2 equiv) 1,2,4-1H-三氮唑溶于3 mL干燥DMF，加入15 mg (0.65 mmol, 2 equiv)钠氢，拔氢，室温搅拌30 min，将102 mg (0.3 mmol, 1equiv) 11-(4-氯丁基)-11 H-吲哚[3,2-c]喹啉200a溶于3 mL DMF滴入反应液中，室温反应3 h。向反应液中加入20 mL水中，用20 mL乙酸乙酯萃取三次，合并萃取液，用饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得产物51 mg，产率49.9%。

黄色固体, m.p. 54-58 oC; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.54 (s, 1H), 8.31 (d, J = 8.6 Hz, 2H), 8.23 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.94 (s, 2H), 7.73 (t, J = 7.8 Hz, 1H), 7.70 (m, 3H), 7.41(m, 1H), 4.78 (s, 2H), 4.14 (s, 2H), 2.06 (s, 4H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 152.1, 147.0, 144.2, 143.0, 140.0, 138.7, 130.5, 127.8, 126.1, 126.0, 121.7, 121.5, 121.3, 119.9, 117.7, 115.4, 109.4, 49.0, 44.9, 27.2, 26.7 ppm; IR (KBr) 2958, 2873, 1719, 1626, 1331, 1308, 1276, 1209, 1179, 980, 700 cm-1; MS (ESI) m/z 342.0 [M+H]+.

4-(4-(11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)丁基)吗啡啉(If) 4-(4-(11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)butyl)morpholine

操作：将80 mg (0.26 mmol, 1 equiv) 11-(4-氯丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉200a溶于

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5 mL乙腈之中，加入106 mg (0.52 mmol, 2 equiv) 碳酸钠和50 mg (0.52 mmol, 2 equiv) 吗啡啉，于80 ℃油浴之中回流过夜。将反应液直接旋干，制沙，柱层析分离，得产物40 mg，产率42.9%。

黄色固体, m.p. 66-70 oC; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.56 (s, 1H), 8.45 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.32 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.25 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.74 (t, J = 7.6 Hz, 1H), 7.66-7.53 (m, 3H), 7.41 (t, J = 7.6 Hz, 1H), 4.80 (t, J = 7.7 Hz, 2H), 3.70 (t, J = 4.4 Hz, 4H), 2.42 (t, J = 5.8 Hz, 6H), 2.14 (quint, J = 7.5 Hz, 2H), 1.72 (quint, J = 7.5 Hz, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.7, 144.4, 140.1, 138.9, 130.8, 127.6, 125.8, 125.7, 121.8, 121.6, 121.2, 119.8, 117.9, 115.3, 109.6, 66.9, 58.1, 53.7, 54.5, 27.5, 23.8 ppm; IR (KBr) 3050, 2936, 2855, 2804, 1637, 1617, 1571, 1514, 1467, 1442, 1335, 1271, 1143, 1117, 1064, 742 cm-1; MS (ESI) m/z 360.3 [M+H]+.

11-(4-(4-甲基哌嗪-1-基)丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(Ig) 11-(4-(4-methylpiperazin-1-yl)butyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：将80 mg (0.26 mmol, 1 equiv) 11-(4-氯丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉200a溶于5 mL乙腈之中，加入106 mg (0.52 mmol, 2 equiv) 碳酸钠和52 mg(0.52 mmol, 2 equiv) 4-甲基哌嗪，于80 ℃油浴之中回流过夜。将反应液直接旋干，制沙，柱层析分离，得产物33 mg，产率34.2%。

黄色固体, m.p. 132-134 oC; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.51 (s, 1H), 8.39 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.30 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.21 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.71 (t, J = 7.1 Hz, 1H), 7.52 (m, 3H), 7.38 (m, 1H), 4.71 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.43 (m, 10H), 2.30 (s, 3H), 2.04 (m, 2H), 1.71 (m, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.7, 144.4, 140.1, 138.9, 130.8, 127.6, 125.8, 125.7, 121.8, 121.6, 121.2, 119.8, 117.9, 115.3, 109.6, 66.9, 58.1, 53.7, 54.5, 27.5, 23.8 ppm; IR (KBr) 3050, 2936, 2855, 2804, 1638, 1618, 1572, 1515, 1467, 1443, 1368, 1336, 1271, 1226, 1144, 1117, 1064, 742 cm-1; MS (ESI) m/z 373.4 [M+H]+.

11-(4-(哌啶-1-基)丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(Ih) 11-(4-(piperidin-1-yl)butyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的设计,合成与抗肿瘤活性研究

操作：将80 mg (0.26 mmol, 1 equiv) 11-(4-氯丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉200a溶于5 mL乙腈之中，加入106 mg (0.52 mmol, 2 equiv) 50 mg (0.52 mmol, 2 equiv) 哌啶，于80 ℃油浴之中回流过夜。将反应液直接旋干，制沙，柱层析分离，得产物38 mg，产率40.9%。

黄色固体, m.p. 132-134 oC; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.55 (s, 1H), 8.47 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 8.31 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 8.24 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.73 (dt, J = 7.0 Hz, J = 1.0 Hz, 1H), 7.66-7.52 (m, 3H), 7.40 (t, J = 7.1 Hz, 1H), 4.78 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 2.39 (t, J = 7.2 Hz, 6H), 2.08 (quint, J = 7.6 Hz, 2H), 1.76 (quint, J = 7.6 Hz, 2H), 1.60 (quint, J = 5.6 Hz, 4H), 1.46-1.43 (m, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.4, 144.0, 139.6, 138.3, 130.3, 127.0, 125.2, 125.1, 121.2, 120.6, 119.2, 117.4, 116.2, 114.7, 109.0, 58.0, 54.1, 45.0, 27.2, 25.4, 23.9, 23.7 ppm; IR (KBr) 3057, 3032, 2940, 2870, 2743, 2670, 2551, 1627, 1601, 1589, 1501, 1467, 1439, 1405, 1358, 1246, 1134, 1066, 753 cm-1; MS (ESI) m/z 358.4 [M+H]+.

11-(3-氯丙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(202a) 11-(3-chloropropyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：将115 mg (0.53 mmol, 1 equiv) 11H-吲哚[3,2-c]喹啉Ia溶于5 mL无水N,N-二甲基甲酰胺之中，加入研成粉末的140 mg (2.7 mmol, 5 equiv) 氢氧化钾，于室温下搅拌反应30 min，滴入250 mg (1.6 mmol, 3 equiv) 1-溴-3-氯丙烷，室温下搅拌3 h。向反应液中加入20 mL水，用乙酸乙酯40 mL萃取，萃取液依次用水，饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，柱层析分离，得油状液体80 mg，产率51.3%。

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.59 (s, 1H), 8.50 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 8.31 (m, 2H),

7.66 (m, 4H), 7.44 (t, J = 7.8 Hz, 1H), 5.03 (t, J = 7.1 Hz, 2H), 3.70 (t, J = 5.8 Hz, 2H), 2.56 (m, 2H) ppm

11-(3-叠氮丙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(203a)

硕士研究生学位论文

11-(3-azidopropyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：将80 mg (0.27 mmol, 1 equiv) 11-(3-氯丙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉202a溶于5 mL二甲亚砜之中,加入27 mg (0.41 mmol, 1.5 equiv) 叠氮钠，于100 ℃油浴反应 12 h。将反应液冷却，加入20 mL水，用60 mL二氯甲烷萃取，萃取液用水，饱和氯化钠溶液依次分别洗2次，无水硫酸钠干燥，低温旋干，得71 mg油状物，产率87.3%。

3-(11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)丙基-1-胺(Ii) 3-(11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)propan-1-amine

操作：将71 mg (0.23 mmol, 1 equiv) 11-(3-叠氮丙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉203a溶于3 mL四氢呋喃和1 mL水的混合溶剂中，加入124 mg (0.47 mmol, 2 equiv)三苯基膦，于室温下搅拌12 h。将反应液旋干，加入20 mL水，用20 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得32 mg产物，产率50.5%。

黄色固体, m.p. 114-116 oC; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.53 (s, 1H), 8.55 (d, J = 8.1 Hz, 1H), 8.32 (d, J = 7.5 Hz, 1H), 8.26 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.69 (m, 3H), 7.56 (t, J = 8.0 Hz, 1H), 7.41 (t, J = 7.6 Hz, 1H), 4.92 (t, J = 7.3 Hz, 2H), 2.90 (t, J = 6.7 Hz, 2H), 2.20 (m, 2H), ppm; 13C NMR (75 MHz, d6-DMSO) δ 151.7, 149.8, 145.2, 143.2, 135.5, 132.8, 131.1, 130.9, 127.7, 126.2, 126.1, 125.0, 122.6, 120.0, 115.6, 48.2, 45.2 38.2 ppm; IR (KBr) 3038, 2920, 1638, 1618, 1572, 1515, 1490, 1466, 1334, 1122, 743 cm-1; MS (ESI) m/z 276.1 [M+H]+.

11-(3-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)丙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(Ij) 11-(3-(1H-1,2,4-triazol-1-yl)propyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的设计,合成与抗肿瘤活性研究

操作：将38 mg (0.55 mmol, 2 equiv) 1,2,4-1H-三氮唑溶于2 mL干燥DMF，加入13 mg (0.55 mmol, 2 equiv) 钠氢，拔氢，室温搅拌30 min，将80 mg (0.27 mmol, 1 equiv) 11-(3-氯丙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉202a溶于2 mL DMF滴入反应液中，室温反应3小时。向反应液中加入20 mL水中，用20 mL乙酸乙酯萃取三次，合并萃取液，用饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得产物32 mg，产率36.2%。

黄色固体, m.p. 58-60 oC; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.38 (s, 1H), 8.18 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.10 (s, 2H), 7.96 (d, J = 7.8 Hz, 2H), 7.58 (t, J = 7.4 Hz, 1H), 7.43 (m, 2H), 7.30 (m, 2H), 4.74 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 4.18 (t, J = 6.3 Hz, 2H), 2.50 (m, 2H), ppm;

C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 152.3, 146.9, 143.7, 143.5, 129.9, 128.2, 126.4, 126.3,

121.9, 121.2, 120.0, 109.3, 46.6, 42.9, 29.7 ppm; IR (KBr) 2955, 2924, 2853, 1635, 1616, 1464, 1372, 1119, 621 cm-1; MS (ESI) m/z 328.2 [M+H]+.

2-(3-(11H-吲哚并[3,2-c]喹啉-11-基)丙胺)乙醇(IIa) 2-(3-(11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)propylamino)ethanol

操作：将178 mg (0.5 mmol, 1 equiv) 1-(3-氯丙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉202a溶于无水乙腈之中，加入150 mg (1.5 mmol, 3 equiv) 碳酸钠，91.5 mg (1.5 mmol, 3equiv) 乙醇胺，于80 ℃油浴中回流过夜反应。将反应液直接旋干，制沙，柱层析分离，得到59 mg产物，收率31.3%。

H NMR (75 MHz, CDCl3) δ 9.52 (s, 1H), 8.42 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 8.30 (d, J = 8.2

Hz, 1H), 8.25 (d, J = 7.7 Hz, 1H), 7.74 (t, J = 7.6 Hz, 1H), 7.65-7.54 (m, 3H), 7.43 (t, J = 7.6 Hz, 1H), 4.76 (t, J = 7.2 Hz, 2H), 3.48 (t, J = 5.7 Hz, 2H), 2.64 (m, 2H), 2.57 (m, 2H), 2.19 (s, 1H), 1.81-1.80 (m, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.9, 144.4, 140.4, 138.9, 130.8, 127.6, 125.7, 125.3, 121.8, 121.2, 119.7, 117.9, 115.4, 109.8, 60.8, 58.4, 45.5, 45.3, 27.8 ppm; MS (ESI) m/z 320.2 [M+H]+.

11-(2-氯乙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(204) 11-(2-chloroethyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

硕士研究生学位论文

操作：将11H-吲哚[3,2-c]喹啉Ia溶于5 mL无水N,N-二甲基甲酰胺之中，加入研成粉末的氢氧化钾，于室温下搅拌反应30 min，滴入1-溴-2-氯乙烷，室温下搅拌3 h。向反应液中加入20 mL水，用乙酸乙酯40 mL萃取，萃取液依次用水，饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，柱层析分离，得油状液体。

11-(2-叠氮乙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(205) 11-(2-azidoethyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：将140 mg (0.5 mmol, 1 equiv) 11-(2-氯乙基)-11H-吲哚并[3,2-c]喹啉204溶于5 mL二甲亚砜之中,加入163 mg (2.5 mmol, 5 equiv) 叠氮钠，于100 ℃油浴反应 12 h。将反应液冷却，加入20 mL水，用60 mL二氯甲烷萃取，萃取液用水，饱和氯化钠溶液依次分别洗2次，无水硫酸钠干燥，低温旋干，得油状物130 mg，产率90.5%。

2-(11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)乙胺(IIb) 2-(11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)ethanamine

操作：将130 mg (0.45 mmol, 1 equiv) 11-(2-三氮乙基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉205溶于3 mL四氢呋喃和1 mL水的混合溶剂中，加入240 mg (0.9 mmol, 2 equiv)三苯基膦，于室温下搅拌12 h。将反应液旋干，加入20 mL水，用20 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得32 mg产物，产率27.2%。

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.51 (s, 1H), 8.45 (d, J =8.3 Hz, 1H), 8.30 (d, J = 8.2

Hz, 1H), 8.19 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.73-7.51 (m, 3H), 7.39 (t, J = 7.8 Hz, 1H), 4.78 (t, J = 7.3 Hz, 2H), 2.63 (t, J = 7.3 Hz, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.9, 144.4, 140.3, 139.0, 130.7, 127.5, 125.8, 125.7, 121.7, 121.3, 119.6, 117.9, 115.3, 109.8, 58.4, 47.8 ppm; IR (KBr) 3053, 2942, 1638, 1620, 1513, 1466, 1450, 1341,

吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的设计,合成与抗肿瘤活性研究

1260, 1247 cm-1; MS (ESI) m/z 262.2 [M+H]+.

4-(11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)-N,N-二甲基丁基-1-胺(IIc) 4-(11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)-N,N-dimethylbutan-1-amine

操作：将4-(11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)丁基-1-胺Ic 123 mg (0.42 mmol, 1 equiv)溶于5 mL EtOH和2.5 mL AcOH之中，加入37%甲醛溶液2 mL，室温条件下搅拌2 h，后加入氰基硼化钠81 mg (1.28 mmol, 3 equiv), 再室温反应3 h，点板监测。将反应液旋干，加入20%氢氧化钠溶液中和，用乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，以饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得87 mg浅黄色固体，产率49.7%。

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.48 (s, 1H), 8.55 (dd, J = 7.6 Hz, J = 7.6 Hz, 1H),

8.29 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.17 (dd, J = 7.8 Hz, J = 0.9 Hz, 1H), 7.71-7.48 (m, 3H), 7.38-7.33 (m, 1H), 4.65 (q, J = 6.5 Hz, 2H), 2.31 (t, J = 6.8 Hz, 2H), 2.22 (s, 6H), 2.01 (quint, J = 7.5 Hz, 2H), 1.66 (quint, J = 7.4 Hz, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.9, 144.4, 140.1, 138.8, 130.8, 127.5, 125.7, 125.6, 121.7, 121.1, 119.7, 117.9, 115.2, 109.5, 58.9, 45.5, 45.3, 29.7, 27.5, 24.9 ppm; IR (KBr) 3050, 2939, 2855, 2808, 2772, 1637, 1617, 1569, 1558, 1513, 1466, 1442, 1362, 1331, 1269, 1245, 1136, 1121, 743 cm-1; MS (ESI) m/z 318.2 [M+H]+.

3-(11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)-N,N-二甲基丙基-1-胺(IId) 3-(11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)-N,N-dimethylpropan-1-amine

操作：将3-(11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)丙基-1-胺Ii 100 mg (36.3 mmol, 1 equiv)溶于5 mL EtOH和2.5 mL AcOH之中，加入37% HCHO溶液2 mL，室温条件下搅拌2 h，后加入氰基硼化钠再室温反应3 h，点板监测。将反应液旋干，加入20%氢氧化钠溶液中和，用乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，以饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得51 mg浅黄色固体，产率56.2%。

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.50 (s, 1H), 8.46 (d, J =8.3 Hz, 1H), 8.29 (dd, J = 8.4

硕士研究生学位论文

Hz, J = 1.0 Hz, 1H), 8.18 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.71-7.49 (m, 3H), 7.37 (t, J = 7.7 Hz, 1H), 4.78 (t, J = 7.3 Hz, 2H), 2.39 (t, J = 6.6 Hz, 2H), 2.26 (s, 6H), 2.14 (quint, J = 6.8 Hz, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.8, 144.4, 140.3, 138.9, 130.7, 127.5, 125.7, 125.7, 121.7, 121.2, 119.6, 117.9, 115.3, 109.8, 58.3, 45.5, 43.5, 29.7, 27.7 ppm; IR (KBr) 3056, 2961, 2920, 2820, 1638, 1618, 1570, 1517, 1466, 1444, 1334, 1213, 1121, 1051, 968, 924, 759 cm-1; MS (ESI) [M+H]+ 304.1.

5-甲氧基-2-(2-硝基苯基)-1H-吲哚(198b) 5-methoxy-2-(2-nitrophenyl)-1H-indole

操作：在封管中依次加入299 mg (1.2 mmol, 1.2 equiv) 2-硝基碘苯，147 mg (1.0 mmol, 1 equiv) 5-甲氧基吲哚，19.2 mg (0.05 mmol, 0.05 equiv)双(二苯基膦)甲烷(dppm)，11.3 mg (0.05 mmol, 0.05 equiv) 醋酸钯，294 mg (3 mmol, 3 equiv) 醋酸钾，加入1 mL二氯甲烷，加入3 mL水，于110 ℃油浴下加热回流24 h。将封管冷却至室温，加入5 mL 1N盐酸溶液，用5 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用饱和氯化钠溶液洗涤，用无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得红色油状液体131 mg，产率55.0%。

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ = 11.38 (s, 1 H), 7.95 (d, J =7.9 Hz, 1 H), 7.78 (d, J =

3.7 Hz, 2H), 7.60 (m, 1H), 7.30 (d, J = 8.7 Hz, 1H), 7.07 (d, J = 2.3 Hz, 1H), 7.80 (dd, J = 8.8Hz, J = 2.4Hz, 1H), 6.45 (d, J = 1.5 Hz,1H), 3.75 (s, 3H) ppm.

2-(5-甲氧基-1H-吲哚-2-基)苯胺(199b) 2-(5-methoxy-1H-indol-2-yl)aniline

操作：将250 mg (0.93 mmol, 1 equiv) 2-(2-硝基苯基)-5-甲氧基-1H-吲哚198b溶于6 mL甲醇之中，加入15 mg钯碳加氢催化剂，0.37 mL (7.5 mmol, 8 equiv) 80%水合肼，于75 ℃油浴中回流5 h，点板监控。将反应液冷却，旋干，用乙酸乙酯15 mL萃取三次，合并萃取液，饱和氯化钠溶液洗涤，用无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得固体162 mg，产率63.3%。

H NMR (300 MHz, d6-DMSO) δ 11.04 (s, 1H), 7.33 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 7.27 (d, J =

吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的设计,合成与抗肿瘤活性研究

8.7 Hz, 1H), 7.06 (m, 2H), 6.82 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 6.70 (m, 2H), 6.59 (s, 1H), 5.15 (s, 2H), 3.75 (s, 3H) ppm

8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(IIe) 8-methoxy-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：将105 mg (0.45 mmol, 1 equiv) 2-(2-氨基苯基)-1H-吲哚199b溶于无水乙腈，加入80 mg (2.67 mmol, 3 equiv) 多聚甲醛，再滴入催化当量的三氟乙酸，于80 ℃油浴中，回流反应3 h。将反应液冷却至室温，向反应液中加入20 mL水，再15 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用饱和碳酸氢钠溶液，饱和氯化钠溶液依次洗涤，用无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得产物150 mg，产率77.3%。

H NMR (300 MHz, d6-DMSO) δ 12.56 (s, 1H), 9.59 (s, 1H), 8.49 (d, J = 7.7 Hz,

1H), 8.12 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.90 (d, J = 2.3 Hz, 1H), 7.70 (m, 3H), 7.12 (dd, J = 8.8 Hz, J = 2.4 Hz, 1H), 3.90 (s, 3H) ppm; MS (ESI) m/z 248.1 [M+H]+.

11-(4-氯丁基)-8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(200b) 11-(4-chlorobutyl)-8-methoxy-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：将100 mg (0.40 mmol, 1 equiv) 5-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉IIe溶于5 mL无水N,N-二甲基甲酰胺之中，加入研成粉末的140 mg (2.5 mmol, 5 equiv) 氢氧化钾，于室温下搅拌反应30 min，滴入207 mg (1.2 mmol, 3 equiv) 1-溴-4-氯丁烷，室温下搅拌3 h。向反应液中加入20 mL水，用乙酸乙酯40 mL萃取，萃取液依次用水，饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，柱层析分离，得油状液体103 mg，产率76.2%。

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.46 (s, 1H), 8.32 (d, J = 8.8 Hz, 1H), 8.28 (d, J =

8.5Hz, 1H), 7.72 (t, J = 8.0 Hz, 1H), 7.60 (m, 2H), 7.42 (d, J = 8.9 Hz, 1H), 7.16 (dd, J = 8.9 Hz, J = 2.4 Hz, 1H), 4.68(t, J = 7.4 Hz, 2H), 3.96 (s, 3H), 3.54 (t, J = 6.3 Hz, 2H), 2.17 (m, 2H), 1.94 (m, 2H) ppm.

硕士研究生学位论文

11-(4-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)丁基)-8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(IIf) 11-(4-(1H-1,2,4-triazol-1-yl)butyl)-8-methoxy-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：将69 mg (0.9 mmol, 3 equiv) 1,2,4-1H-三氮唑溶于3 mL干燥DMF，加入24 mg (0.9 mmol, 3 equiv) 钠氢，拔氢，室温搅拌30 min，将103 mg (0.3 mmol, 1 equiv) 11-(4-氯丁基)-8-甲氧基吲哚[3,2-c]喹啉200b溶于3 mL DMF滴入反应液中，室温反应3 h。向反应液中加入20 mL水中，用20 mL乙酸乙酯萃取三次，合并萃取液，用饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得产物52 mg，产率46.7%。

黄色固体, m.p. 143-150 oC; 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.50 (s, 1H), 8.30 (d, J = 8.6 Hz, 2H), 8.30 (d, J = 1.8 Hz, 2H), 7.66 (m, 3H), 7.44 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.27 (s, 1H), 7.18 (dd, J = 8.9 Hz, J = 2.4 Hz, 1H), 4.76 (s, 2H), 4.14 (s, 2H), 3.98 (s, 3H), 2.05 (s, 4H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 155.4, 152.1, 145.9, 143.8, 143.0, 139.0, 135.0, 130.2, 127.8, 126.0, 122.2, 121.2, 117.7, 115.7, 115.1, 110.3, 101.9, 56.0, 48.9, 45.1, 27.3, 26.8 ppm; IR (KBr) 3121, 3050, 2973, 2943, 2855, 1614, 1567, 1511, 1470, 1440, 1366, 1345, 1272, 1257, 1219, 1139, 1121, 1011, 748 cm-1; MS (ESI) m/z 371.2 [M+H]+.

4-(4-(8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)丁基)吗啡啉(IIg) 4-(4-(8-methoxy-11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)butyl)morpholine

操作：将11-(4-氯丁基)-8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉200b 100 mg (0.29 mmol, 1 equiv) 溶于10 mL无水MeCN之中，加入吗啡啉77 mg (0.88 mmol, 3 equiv)，无水碳酸钠94 mg (0.88 mmol, 3 equiv)，于80 ℃油浴之中，回流过夜反应。将反应液旋干，加入20 mL水，用乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得产物53 mg，产率47.0%。

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.51 (s, 1H), 8.43 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.32 (d, J = 8.3

Hz, 1H), 7.76-7.63 (m, 3H), 7.50 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.19 (dd, J = 8.9 Hz, J = 2.4 Hz, 1H), 4.76 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 4.00 (s, 3H), 3.70 (t, J =4.6 Hz, 4H), 2.41 (t, J =6.6 Hz,

吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的设计,合成与抗肿瘤活性研究

6H), 2.13-2.00 (m, 2H), 1.71 (quint, J =7.3 Hz, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 155.3, 146.2, 144.0, 139.0, 135.0, 130.4, 127.6, 125.7, 122.1, 121.5, 117.9, 115.5, 115.0, 110.4, 101.8, 66.9, 58.0, 56.0, 53.6, 45.5, 27.4, 23.7 ppm; IR (KBr) 3056, 2926, 2854, 2808, 1624, 1578, 1515, 1483, 1442, 1358, 1305, 1271, 1248, 1214, 1196, 1176, 1116, 1057, 759 cm-1; MS (ESI) m/z 389.2 [M+H]+.

8-甲氧基-11-(4-(4-甲基哌嗪-1-基)丁基)-11H-吲哚[3,2-c]喹啉(IIh) 8-methoxy-11-(4-(4-methylpiperazin-1-yl)butyl)-11H-indolo[3,2-c]quinoline

操作：将11-(4-氯丁基)-8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉200b 100 mg (0.29 mmol, 1 equiv) 溶于10 mL无水MeCN之中，加入N-甲基哌嗪89 mg (0.88 mmol, 3 equiv)，无水碳酸钠94 mg (0.88 mmol, 3 equiv)，于80 ℃油浴之中，回流过夜反应。将反应液旋干，加入20 mL水，用乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得产物57 mg，产率49.1%。

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.50 (s, 1H), 8.41 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.30 (d, J = 8.3

Hz), 7.75-7.60 (m, 3H), 7.49 (d, J = 8.9 Hz, 1H), 7.17 (dd, J = 8.9 Hz, J = 2.4 Hz, 1H), 4.73 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 3.98 (s, 3H), 2.61-2.31 (m, 10H), 2.29 (s, 3H), 2.05 (quint, J = 7.3 Hz, 2H), 1.71 (quint, J = 7.4 Hz, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 155.3, 144.5, 139.1, 133.3, 130.8, 127.5, 125.7, 125.5, 121.6, 118.1, 115.5, 110.5, 101.8, 53.7, 56.1, 54.9, 52.8, 27.6, 24.1 ppm; IR (KBr) 2927, 2849, 2804, 1618, 1578, 1482, 1442, 1359, 1305, 1249, 1206, 1157, 1054, 1021, 759 cm-1; MS (ESI) m/z 402.2 [M+H]+.

4-(8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉-11-基)丁基-1-胺(IIi) 4-(8-methoxy-11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)butan-1-amine

操作：将180 mg (0.53 mmol, 1 equiv) 11-(4-氯丁基)-8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉200b溶于5 mL二甲亚砜之中,加入51 mg (0.80 mmol, 1.5 equiv) 叠氮钠，于100 ℃油浴反应过夜。将反应液冷却，加入20 mL水，用60 mL二氯甲烷萃取，

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萃取液用水，饱和氯化钠溶液依次分别洗2次，无水硫酸钠干燥，低温旋干，继续投下一步。将11-(4-叠氮丁基)- 8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉201b溶于4.5 mL四氢呋喃和1.5 mL水的混合溶剂中，加入288 mg (1.1 mmol, 2 equiv) 三苯基膦，于室温下搅拌12 h。将反应液旋干，加入20 mL水，用20 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得101 mg产物，产率59.7%。

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.48 (s, 1H), 8.37 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 8.27 (d, J = 8.4

Hz, 1H), 7.72-7.67 (m, 3H), 7.64 (dd, J = 7.3 Hz, J = 2.3 Hz, 1H), 7.17 (dd, J = 9.0 Hz, J = 2.4 Hz, 1H), 4.74 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 3.96 (s, 3H), 2.84 (t, J = 7.1 Hz, 1H), 2.09 (quint, J = 7.2 Hz, 2H), 1.75 (quint, J = 7.4 Hz, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 154.9, 146.8, 144.5, 139.1, 133.5, 130.7, 127.6, 125.8, 122.2, 121.5, 118.0, 115.5, 115.2, 110.5, 101.8, 58.8, 56.0, 45.6, 41.2, 27.3 ppm; IR (KBr) 3003, 2955, 2925, 2861, 1637, 1618, 1481, 1437, 1400, 1304, 1248, 1118, 1045, 759, 688 cm-1; MS (ESI) m/z 320.2 [M+H]+.

3-(8-甲氧基-11H-吲哚并[3,2-c]喹啉-11-基)丙基-1-胺(IIj) 3-(8-methoxy-11H-indolo[3,2-c]quinolin-11-yl)propan-1-amine

操作：将160 mg (0.49 mmol, 1 equiv) 11-(3-氯丙基)-8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉202b溶于5 mL二甲亚砜之中,加入48 mg (0.75 mmol, 1.5 equiv) 叠氮钠，于100 ℃油浴反应过夜。将反应液冷却，加入20 mL水，用60 mL二氯甲烷萃取，萃取液用水，饱和氯化钠溶液依次分别洗2次，无水硫酸钠干燥，低温旋干，继续投下一步。将11-(3-叠氮丙基)- 8-甲氧基-11H-吲哚[3,2-c]喹啉203b溶于4.5 mL四氢呋喃和1.5 mL水的混合溶剂中，加入288 mg (1.1 mmol, 2 equiv) 三苯基膦，于室温下搅拌12 h。将反应液旋干，加入20 mL水，用20 mL乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，用饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析分离，得89 mg产物，产率59.5%。

H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 9.50 (s, 1H), 8.48 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 8.48 (dd, J = 8.3

Hz, J = 0.8 Hz, 1H), 7.74-7.55 (m, 4H), 7.18 (dd, J = 9.0 Hz, J = 2.4 Hz, 1H), 4.86 (t, J = 7.2 Hz, 2H), 3.98 (s, 3H), 2.87 (t, J = 6.7 Hz, 2H), 2.17 (quint, J = 7.1 Hz, 2H) ppm; 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 155.2, 146.8, 144.6, 140.3, 135.2, 130.8, 127.5, 125.7, 122.3, 121.7, 118.1, 115.4, 115.2, 110.5, 101.7, 56.0, 43.4, 39.3, 33.3 ppm; IR

吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的设计,合成与抗肿瘤活性研究

(KBr) 2927, 1638, 1624, 1578, 1482, 1440, 1306, 1248, 1207, 1121, 1054, 830, 750 cm-1; MS (ESI) m/z 306.1 [M+H]+.

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全文总结

拓扑异构酶（Top）是调节控制DNA的拓扑形态关键酶，是抗癌药和抗菌药研发的有效的靶点。喜树碱是最早应用于临床的Top1抑制剂，但是它却存在很多缺陷，如母核内酯环极不稳定，很容易水解成羧酸形式；过度表达药物流出泵ABCG2和ABCB1的细胞，产生耐药性；Top1cc在药物解离后失活，这便吸引了众多研发者寻找成药性更好的非喜树碱类Top1抑制剂。Mark Cushman课题组在发现和优化茚并异喹啉酮类Top1抑制剂上作出了巨大贡献，其中化合物Indimitecan与Indotecan已处在临床研究中。

我们课题组借鉴了Mark Cushman改造NSC 314622的经验，设计出吲哚并喹啉的母环。在课题组前期方法学研究的基础上，共合成获得了20个目标化合物，其结构均经均经质谱、核磁氢谱和碳谱进行确证。同时，选择MCF7、DU145和 HCT-116三种肿瘤细胞株，进行了目标化合物的初步药理活性筛选，发现有4个抗增殖活性良好的先导化合物。在此基础上，我们总结了初步的构效关系。鉴于吲哚并喹啉类化合物结构稳定，易于修饰，因此可以作为有潜力的抗肿瘤药先导化合物进一步进行优化研究。

吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的设计,合成与抗肿瘤活性研究

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硕士研究生学位论文

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吲哚并[3,2-c]喹啉衍生物的设计,合成与抗肿瘤活性研究

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硕士研究生学位论文

evaluation of the metabolites of 3-amino-6-(3′-aminopropyl)-5H-indeno[1,2-c]isoquinoline-5, 11-(6H) dione (AM6–36), a promising rexinoid lead compound for the development of cancer chemotherapeutic and chemopreventive agents [J]. J. Med. Chem. 2012, 55(12), 5965-5981. [92] Lv P C, Agama K, Marchand C, et al. Design, synthesis, and biological evaluation of O-2-modified indenoisoquinolines as dual topoisomerase I-tyrosyl-DNA phosphodiesterase I inhibitors [J]. J. Med. Chem. 2014, 57(10), 4324-4336.

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硕士研究生学位论文

硕士期间取得的研究成果

1. 姚和权, 杨铁, 孙鹏, 林爱俊, 徐进宜, 吴晓明. 一种异白叶藤碱类衍生物的制备方法及用途. 专利申请号: 2015100242857

2. Sun P, Wu Y, Yang T, Wu X, Xu J, Lin A, Yao H. Synthesis of Heterocycle-fused-pyridine N-Oxides from Oximes and Diazo via Rh(III) Catalyzed C-H Activation and Annulation, Adv. Synth. Catal, under review.

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致谢

本论文是在我敬爱的导师姚和权教授悉心指导下完成的。感谢三年来姚老师在我学业上呕心沥血的指导和在生活上无微不至的关怀。姚老师深厚学术造诣，严谨的治学态度，科学的思维方式深深地感染着我。感谢林爱俊副教授，林老师幽默风趣的交谈方式，敏锐犀利的科研眼光，严谨求实的人生态度是值得我们学习的。另外同课题组的徐进宜教授、谢唯佳老师、黄玥老师在我的课题上也提供了建设性的指导。他们孜孜不倦的科研精神，平易近人的处世方式也使我受益匪浅。在这我向各位师长表示由衷的感谢。

在论文工作期间，同实验室的丛蔚博士、赵磊博士、周海嫔博士、苏优拉博士、孙鹏博士、陈腾博士、高尚博士、严芹芹硕士、徐伟硕士、陈学兵硕士、李宣仪硕士、江惠硕士、吴有智硕士、盖阔硕士、袁振波硕士、方新新硕士、许秀艳硕士、章凯帆硕士、杨池硕士等给予我莫大的帮助，2012级药化班邓邦、裴玲玲、宋壮、李春红、方建根、康峰华、乔祎雪、赵天笑、蒋天泽，以及王程、陈绍春、胡明阳、朱俊峰等也提供了诸多帮助，在此一并表示感谢（排名不分先后）。

结构鉴定工作中，核磁1H NMR和 13C NMR由周海嫔博士、苏优拉博士、高尚博士、孙鹏博士、李宣仪硕士、吴有智硕士于药学院实验中心完成，MS由中药学院孔令义教授、罗俊副教授、徐德然老师完成，药学院实验中心的李志裕教授、聂映老师在核磁与红外测试方面也提供了一定的帮助。在此我表示真诚的谢意。

最后感谢我的父母，感谢他们二十多年来对我的栽培，他们总是默默的支持我，无怨无悔；感谢所有的亲朋好友，谢谢你们的支持与鼓励。

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新化合物数据一览表

New compound No. Ic Id Ie If Ig Ih Ii Ij IIa IIb IIc IId IIe IIf IIg IIh IIi IIj

m.p. ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ b.p. IR ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ 1H-NMR ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ 13C-NMR ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ESI HRMS 79

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