5-羥甲基-2-呋喃甲醛衍生物的設(shè)計(jì)合成及降血糖活性研究

5-羥甲基-2-呋喃甲醛衍生物的設(shè)計(jì)合成及降血糖活性研究

中藥瓜奉是甘蔗科植物的干燥成熟果實(shí)。它被用作2型糖尿病的治療，具有一定的療效。根據(jù)活性跟蹤研究，其降糖作用的有效程度為5-羥色胺-2-冠朱金（5-hmf）。Du等報(bào)道,5-HMF能有效地抑制與糖尿病患者胰島素抵抗作用密切相關(guān)的TNF-α水平和誘導(dǎo)β細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵細(xì)胞因子IL-1β水平,是一種作用機(jī)制新穎的新型降血糖化合物,此外,5-HMF也是醛糖還原酶抑制劑,可有助于預(yù)防和延緩糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生和發(fā)展。但是5-HMF分子量小、極性強(qiáng)、排泄快、體內(nèi)半衰期短,而且有文獻(xiàn)報(bào)道,5-HMF可能有微弱的細(xì)胞毒性,以及致突變、致癌等毒副作用。因此,本文作者以5-HMF為先導(dǎo)化合物,對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,運(yùn)用生物電子等排體、前藥、拼合設(shè)計(jì)、孿藥等合理藥物設(shè)計(jì)原理,設(shè)計(jì)合成了14個(gè)未見文獻(xiàn)報(bào)道的5-HMF衍生物1~14。采用Balb/C3T3細(xì)胞模型對(duì)其中8個(gè)化合物進(jìn)行了降血糖活性測(cè)試,以期尋找到能提高療效、降低毒副作用、預(yù)防和延緩糖尿病并發(fā)癥的新型降糖藥物。合成路線見圖1?；衔?的合成1合成實(shí)驗(yàn)熔點(diǎn)采用YRT-3型熔點(diǎn)測(cè)定儀測(cè)定,溫度未經(jīng)校正;1H-NMR譜采用VarainMercury-300MHz型核磁共振儀或VarainMercury-400MHz核磁共振儀測(cè)定,TMS作內(nèi)標(biāo);質(zhì)譜采用Agilent1100LC-MS(ESI)型質(zhì)譜儀測(cè)定。所用試劑均為分析純或化學(xué)純。1.15-(芐氧甲基)呋喃-2-甲醛(中間體1′)的制備在100mL圓底瓶中加入2.0g(15.8mmol)5-羥甲基-2-呋喃甲醛(5-HMF)、20mLDMF、4.3g(25.1mmol)溴化芐,攪拌溶解后加入2.9g(12.6mmol)氧化銀,室溫?cái)嚢?3h,TLC跟蹤檢測(cè)反應(yīng)完全。抽濾,向?yàn)V液中加入100mL水,乙醚提取(50mL×3),合并有機(jī)層,蒸餾水(100mL×3)洗滌,無水硫酸鈉干燥。抽濾,濾液減壓蒸干得中間體1′粗品3.45g,經(jīng)硅膠柱色譜(二氯甲烷-甲醇,體積比8∶1)純化,得黃色油狀物2.4g,收率70%。ESI-MSm/z:217.3[M+H]+。1.22-(5-α-氮代苯乙烯基)呋喃甲基苯甲醚(1)的制備于氮?dú)獗Ｗo(hù)下,在50mL三頸瓶中加入1.08g(5mmol)中間體1′、10mL二氯甲烷,攪拌均勻,冰浴冷卻下,緩慢滴加0.416g(5mmol)苯胺和1mL二氯甲烷的混合溶液,滴加完畢,攪拌30min,加入1.5g(12.5mmol)無水硫酸鎂,室溫反應(yīng)3h。抽濾,濾液減壓蒸干得粗品1.47g,乙醇重結(jié)晶得黃色固體(1)1.0g,收率68%,mp132.0~133.0℃。1.32-(5-β,β-二甲基-α-羥基丙基)呋喃甲基苯甲醚(2)的制備于氮?dú)獗Ｗo(hù)下,在250mL三頸瓶中加入4.0g(0.167mol)鎂絲,滴加10mL由20.0g(146mmol)叔丁基溴和40mL無水四氫呋喃組成的混合溶液,加入一小顆粒碘,加熱引發(fā)反應(yīng)后,滴加剩余的上述混合溶液,滴加完畢,回流10min,冷卻,向反應(yīng)液中滴加8.64g(40mmol)中間體1′溶于20mL無水四氫呋喃的溶液,室溫?cái)嚢?h,TLC檢測(cè)反應(yīng)完全。加入100mL飽和氯化銨溶液,乙酸乙酯(50mL×3)提取,合并有機(jī)層,無水硫酸鈉干燥。抽濾,減壓蒸干濾液得粗品3.85g,經(jīng)硅膠柱色譜(二氯甲烷-甲醇梯度洗脫)純化,得淺黃色油狀物(2)6.5g,收率59%。1.45-(2,2-二甲基-1-羥基丙基)-2-呋喃甲醇(3)的制備在250mL三頸瓶中加入6.45g(23.5mmol)化合物2、120mL無水乙醇、3.0g質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的Pd/C,常壓氫化48h,TLC檢測(cè)反應(yīng)完全。抽濾,濾餅用無水乙醇洗滌,減壓蒸干濾液,經(jīng)硅膠柱色譜(二氯甲烷-甲醇梯度洗脫)純化,得無色油狀物(3)1.68g,收率38%。1.5苯乙酰-2-(5-醛基)呋喃甲醇(中間體2′)的制備在100mL圓底瓶中加入2.52g(20mmol)5-HMF、20mL二氯甲烷、5.05g(50mmol)三乙胺,攪拌均勻,冰浴冷卻條件下,緩慢滴加3.05g(20mmol)苯乙酰氯,滴加完畢,室溫?cái)嚢?0min,TLC檢測(cè)反應(yīng)完全。抽濾,濾液用25mL蒸餾水洗滌,有機(jī)層用無水硫酸鈉干燥。抽濾,減壓蒸干濾液得粗品4.93g,經(jīng)硅膠柱色譜(二氯甲烷-甲醇,體積比8∶1)純化,得類白色固體(中間體2′)3.6g,收率73%,mp142.0~143.0℃。ESI-MSm/z:245.3[M+H]+。1.6苯乙酰-2-(5-α-氮代苯乙烯基)呋喃甲醇(4)的制備于氮?dú)獗Ｗo(hù)下,在50mL三頸瓶中加入1.22g(5mmol)中間體2′、10mL二氯甲烷,攪拌均勻,冰浴條件下,緩慢滴加由0.47g(5mmol)苯胺和1mL二氯甲烷組成的混合溶液,滴加完畢,攪拌30min,加入1.5g(12.5mmol)無水硫酸鎂,室溫反應(yīng)3h。抽濾,減壓蒸干濾液得粗品1.68g,乙醇重結(jié)晶得黃色固體(4)1.0g,收率68%,mp101.0~102.0℃。1.7苯乙酰-2-(5-羥甲基)呋喃甲醇(5)的制備在100mL圓底瓶中加入1.22g(5mmol)中間體2′、30mL無水甲醇,攪拌均勻,分批加入0.37g(10mmol)硼氫化鈉,約10min加完,攪拌2h,TLC檢測(cè)反應(yīng)完全。用飽和氯化銨溶液調(diào)pH值6.0~7.0,乙酸乙酯(50mL×3)提取,合并有機(jī)層,無水硫酸鈉干燥。抽濾,減壓蒸干濾液得粗品1.22g,經(jīng)硅膠柱色譜(二氯甲烷-甲醇,體積比8∶1)純化,得淺黃色油狀物(5)0.83g,收率68%。1.82-苯乙酰氧基-5-苯甲酰氧基-二甲基呋喃(6)的制備在50mL圓底瓶中加入0.95g(3.9mmol)目標(biāo)物5、10mL無水二氯甲烷、1.01g(10mmol)三乙胺,冰浴條件下,緩慢滴加0.56g(4.0mmol)苯甲酰氯,滴加完畢,室溫?cái)嚢璺磻?yīng)1h,TLC檢測(cè)反應(yīng)完全。抽濾,濾液用15mL蒸餾水洗滌,合并有機(jī)層,無水硫酸鈉干燥。抽濾,減壓蒸干濾液得粗品1.38g,經(jīng)硅膠柱色譜(二氯甲烷-甲醇梯度洗脫)純化,得黃色油狀物(6)1.1g,收率80%。1.92,5-呋喃-二甲醛(中間體3′)的制備在500mL圓底瓶上安裝無水氯化鈣干燥管,向反應(yīng)瓶中加入22.8g(288mmol)無水吡啶、300mL二氯甲烷,將反應(yīng)液冷卻至5℃,攪拌下加入14.4g(144mmol)三氧化鉻,攪拌5min,升溫至20℃,加入3.0g(238mmol)5-HMF和20mL二氯甲烷的混合溶液,立即析出大量膠狀沉淀,繼續(xù)反應(yīng)15min,抽濾,二氯甲烷洗滌濾餅,合并有機(jī)層,依次用冰冷的1.44mol·L-1鹽酸溶液、0.63mol·L-1碳酸氫鈉溶液洗滌,無水硫酸鈉干燥。抽濾,減壓蒸干濾液得粗品2.28g,經(jīng)硅膠柱色譜(二氯甲烷-甲醇梯度洗脫)純化,得白色固體(中間體3′)1.4g,收率47%,mp109.0~110.0℃。ESI-MSm/z:125.1[M+H]+。1.102,5-(3-甲基-1-羥基)丁基呋喃(7)的制備于氮?dú)獗Ｗo(hù)下,在100mL三頸瓶中加入0.288g(12mmol)鎂絲,滴加5mL由1.644g(12mmol)異丁基溴溶于20mL無水四氫呋喃組成的混合溶液,加入一小顆粒碘,加熱引發(fā)反應(yīng)后,滴加剩余的上述混合溶液,滴加完畢,回流10min,冷卻。向反應(yīng)液中滴加0.372g(3mmol)中間體3′溶于20mL無水四氫呋喃的溶液,室溫?cái)嚢?h,TLC檢測(cè)反應(yīng)完全。加入20mL飽和氯化銨溶液,乙酸乙酯(50mL×3)提取,合并有機(jī)層,無水硫酸鈉干燥。抽濾,減壓蒸干濾液得粗品0.72g,經(jīng)硅膠柱色譜(二氯甲烷-甲醇梯度洗脫)純化,得淺黃色油狀物(7)0.31g,收率43%。1.111,1,1′,1′-四甲基-5,5′-(2,5-呋喃二亞甲基)二縮雙胍鹽酸鹽(8)的制備在50mL圓底燒瓶中加入0.32g(2.58mmol)中間體3′、1.28g(7.74mmol)二甲雙胍鹽酸鹽、10mLDMF,加熱回流2h,TLC檢測(cè)反應(yīng)完全。蒸除大部分DMF,加入5mL水,析出褐色固體,乙酸乙酯洗滌,得淺褐色固體(8)0.069g,收率10%,mp>250℃(高于此溫度未測(cè)定)。1.125-(3-吡啶甲酰氧基)甲基-2-呋喃甲醛(中間體4′)的制備在100mL圓底瓶中加入9.0g(71mmol)5-HMF、10.56g(86mmol)煙酸、150mLDMF,加熱溶解,冷卻至室溫,加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺(EDC)16.4g(86mmol),攪拌溶解后加入催化量的4-二甲氨基吡啶(DMAP)0.06g(0.49mmol),室溫?cái)嚢?h,TLC檢測(cè)反應(yīng)完全。減壓蒸除DMF,冷卻至室溫,乙酸乙酯提取,合并有機(jī)層,無水硫酸鎂干燥。抽濾,減壓蒸干濾液得黃色油狀物(4′)3.23g,收率89.3%。ESI-MSm/z:232.2[M+H]+。同法制備中間體5′。1.131,1-二甲基-5-[5-(3-吡啶甲酰氧基)甲基-2-呋喃亞甲基]縮雙胍(9)的制備在50mL圓底瓶中加入2.31g(10mmol)中間體4′、1.29g(10mmol)二甲雙胍、25mL無水甲醇,升溫至70℃回流反應(yīng)8h,TLC檢測(cè)反應(yīng)完全。減壓蒸干得粗品3.40g,經(jīng)硅膠柱色譜(二氯甲烷-甲醇,體積比20∶1)純化,得白色固體(9)0.68g,收率20%,mp141.0~142.0℃。同法由中間體5′制備目標(biāo)化合物10。1.142,5-二羥甲基呋喃(中間體6′)的制備將2.52g(20mmol)5-HMF溶于20mL乙醇中,在冰鹽浴下,分批加入0.81g(20mmol)硼氫化鈉,室溫反應(yīng)20min,用2mol·L-1的鹽酸調(diào)pH值6.0~7.0,乙酸乙酯提取,合并有機(jī)層,無水硫酸鈉干燥。抽濾,減壓蒸干濾液得類白色固體(6′)2.32g,收率90%,mp75.0~76.0℃。ESI-MSm/z:129.1[M+H]+。1.152,5-二-O-(3,4-二乙酰氧基苯甲酰基)甲基呋喃(11)的制備將1.34g(10.5mmol)中間體6′溶于30mL吡啶中,冰鹽浴下,滴加4.33g(16.9mmol)3,4-二乙酰氧基苯甲酰氯的二氯甲烷溶液,室溫反應(yīng)4h。減壓蒸除吡啶及二氯甲烷,乙酸乙酯提取,合并有機(jī)層,依次用2mol·L-1鹽酸、飽和碳酸氫鈉溶液、飽和氯化鈉溶液洗滌,無水硫酸鈉干燥。抽濾,減壓蒸干濾液得粗品0.59g,經(jīng)硅膠柱色譜(石油醚-乙酸乙酯,體積比1∶1)純化,得類白色固體(11)0.18g,收率30%,mp94.0~95.0℃。同法制備目標(biāo)化合物12和13。1.161,1-二甲基-5-(5-羥甲基-2-呋喃亞甲基)縮雙胍鹽酸鹽(14)的制備在50mL圓底瓶中加入1.26g(10mmol)5-HMF、1.29g(10mmol)二甲雙胍鹽酸鹽、25mL無水甲醇,70℃回流反應(yīng)3h,TLC檢測(cè)反應(yīng)完全。蒸干反應(yīng)液得粗品2.37g,乙醇-水重結(jié)晶得黃色固體(14)1.8g,收率76%,mp205.0~206.0℃。14個(gè)目標(biāo)化合物的熔點(diǎn)及波譜數(shù)據(jù)見表1。葡萄糖促吸收檢測(cè)2降血糖活性評(píng)價(jià)利用對(duì)胰島素或胰島素樣生長(zhǎng)因子刺激敏感的Balb/c3T3A31clone19細(xì)胞,觀察受試化合物對(duì)該細(xì)胞消耗葡萄糖的影響情況。將Balb/c3T3A31clone19細(xì)胞進(jìn)行常規(guī)培養(yǎng)(含體積分?jǐn)?shù)10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基),當(dāng)細(xì)胞匯合率達(dá)到85%左右時(shí)用0.25%胰酶進(jìn)行消化,傳代培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)時(shí),將細(xì)胞檢測(cè)液調(diào)至細(xì)胞濃度為5×105個(gè),接種于96孔板內(nèi)(每孔100μL),置37℃、體積分?jǐn)?shù)5%的CO2孵育箱中孵育4h后,向每孔中加入10μL不同受試化合物(10μg·mL-1)或胰島素(30nmol·L-1,陽(yáng)性對(duì)照藥),每個(gè)受試化合物設(shè)3個(gè)復(fù)孔,繼續(xù)孵育