專利名稱：一類喜樹鹼衍生物及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一類喜樹堿衍生物，這類衍生物用碳酸酯或羰酸酯來穩(wěn)定喜樹堿的內(nèi)酯環(huán)結(jié)構(gòu)，提高喜樹堿類藥物在生物體內(nèi)的穩(wěn)定性，從而提高喜樹堿類化合物的抗腫瘤活性。
自1985年發(fā)現(xiàn)喜樹堿是拓?fù)洚悩?gòu)酶I的專一抑制劑后，對喜樹堿進(jìn)行了大量的衍生物研究，其目的為提高其水溶性和提高活性以及降低毒性。并取得了很大的成績，有兩個新藥進(jìn)入了臨床應(yīng)用，它們是Topotecan、Irinotecan，另外在中國10-羥基喜樹堿也進(jìn)入了臨床應(yīng)用，并且具有良好的療效。但是，這些藥物在臨床上應(yīng)用效果并不理想，和臨床前在老鼠身上的效果相比有很大的差別，其主要原因是在喜樹堿結(jié)構(gòu)中E環(huán)的內(nèi)酯結(jié)構(gòu)是抗腫瘤活性所必須的。在臨床前試驗(yàn)時，由于老鼠血液的PH值為6.8，喜樹堿大部分是以內(nèi)酯環(huán)結(jié)構(gòu)存在的，大約有85％為內(nèi)酯環(huán)結(jié)構(gòu)。而人體的生理?xiàng)l件下，PH為7.4左右，在這種條件下，喜樹堿大部分將以開環(huán)形式存在的，這就造成了臨床上喜樹堿的治療效果和臨床前研究時有很大的差別。例如在9-硝基喜樹堿的研究中發(fā)現(xiàn)，內(nèi)酯環(huán)和20位的α羥基結(jié)構(gòu)是喜樹堿及其衍生物保持抗癌活性所必須的，而該內(nèi)酯環(huán)在人血漿里的水解開環(huán)速度較小鼠等動物快了許多，導(dǎo)致在人體的抗癌活性較低。所有的裸鼠人癌模型對9-硝基喜樹堿均有100％的反應(yīng)；而卵巢癌病人對9-硝基喜樹堿只有15％的反應(yīng)率。通過藥代動力學(xué)研究揭示了其中原因在血藥濃度曲線下面積(AUC)中，閉環(huán)形式的9-硝基喜樹堿在人身上僅為3％，在小鼠身上則高達(dá)50％。而常用的抗腫瘤藥物Topotecan在人體中也有60％以開環(huán)形式存在的。上述發(fā)現(xiàn)表明，延長喜樹堿類化合物在人體循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)保持內(nèi)酯環(huán)的穩(wěn)定性是提高其療效的關(guān)鍵措施。通過在20位的α羥基形成羧酸酯可以達(dá)到穩(wěn)定內(nèi)酯環(huán)的目的。如U.S.Pat.No.4,943,579和U.S.Pat.No.5,646,159，在該位置上引入不同的氨基酸形成羧酸酯；U.S.Pat.No 5,731,316在喜樹堿和9-硝基喜樹堿的20位羥基上引入酯肪酸酯，得到的衍生物大輻度地提高了喜樹堿和9-硝基喜樹堿在人體血清中的內(nèi)酯環(huán)的穩(wěn)定性，如9-硝基喜樹堿在人體血清中1小時后，只有7.0％是以內(nèi)酯環(huán)的形式存在的，而其丁酸酯則以97％的內(nèi)酯環(huán)形式存在的。再如U.S.Pat.No.6,228,855，則引入帶芳香環(huán)羧酸形成羧酸酯，同樣也可提高內(nèi)酯環(huán)的穩(wěn)定性。
本發(fā)明目的是尋找一類對喜樹堿內(nèi)酯環(huán)具有穩(wěn)定作用的喜樹堿衍生物，內(nèi)酯環(huán)的穩(wěn)定可增加其水溶性，并使該類喜樹堿衍生物的抗腫瘤活性提高并降低它的毒副作用。
本發(fā)明的另一目的是提供該類喜樹堿衍生物的制備方法。
本發(fā)明提供了五類不同取代基的喜樹堿衍生物，這些化合物的20位為羥基的碳酸酯或羰酸酯，阻止喜樹堿內(nèi)酯環(huán)的開環(huán)，經(jīng)藥理篩選，這些化合物比母體化合物具有更好的抗腫瘤活性，毒副作用較小，同時這類喜樹堿衍生物在人體吸收度更好。
本發(fā)明喜樹堿衍生物的結(jié)構(gòu)通式如下 或 其中R1為H、C1-C3烷基R2為H、NO2R3，R4為C1-C22的直鏈或含有支鏈的烷基；含有一個或多個雙鍵，含有一個或多個三鍵的烷基；含有一個或一個至6個羥基的烷基，含有各種取得基或無取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4還為無取代或含有各種取代基的雜環(huán)基團(tuán)。
在有關(guān)喜樹堿的代謝研究中發(fā)現(xiàn)，在人體血清中只有開環(huán)的羧酸的鈉鹽存在，而開環(huán)的代謝產(chǎn)物沒有抗腫瘤活性，而且具有毒性；在藥代動力學(xué)的研究中發(fā)現(xiàn)，喜樹堿衍生物在人體血漿中的內(nèi)酯環(huán)半衰期僅為30分鐘，人體在使用喜樹堿后，在很短的時間內(nèi)藥物將失去90％的抗腫瘤活性。
喜樹堿在人體血漿中的不穩(wěn)定性是由于人體血漿的PH值為7.4，在此條件下，內(nèi)酯環(huán)很容易開環(huán)。本發(fā)明為穩(wěn)定內(nèi)酯環(huán)的穩(wěn)定性，將喜樹堿類的化合物的20位羥基轉(zhuǎn)化為其的酯化物，或者轉(zhuǎn)化為它們的碳酸酯化合物。這些酯化物或碳酸酯化合物具有穩(wěn)定內(nèi)酯環(huán)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，對與一些酯溶性的酯化物和碳酸酯化物，和快速進(jìn)入人體血液中。如將水溶性基團(tuán)引入到上述的酯化基團(tuán)上，如引入多個羥基，可提高喜樹堿類化合物的水溶性，進(jìn)行注射應(yīng)用。
在人體內(nèi)部含有各種酯肪酶，它們可以將這些羧酸酯和碳酸酯轉(zhuǎn)化為母體化合物，由于這些羧酸酯和碳酸酯在人體內(nèi)可順?biāo)傥?，因此這種方式可避免喜樹堿類化合物在人體血液中的開環(huán)滯留。
為減少喜樹堿類化合物的毒性，提高其活性，本發(fā)明合成的一系列的衍生物如下第一類化合物為10-羥基喜樹堿(HCPT)和10-羥基-7-取代喜樹堿(SN)的雙酯類化合物，具有如下結(jié)構(gòu) 其中R1為H、C1-C3；R2為H；R3、R4為C1-C22的直鏈或含有支鏈的烷基；含有一個或多個雙鍵，含有一個或多個三鍵的烷基；含有一個或一個至6個羥基的烷基，含有各種取得基或無取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4還為無取代或含有各種取代基的雜環(huán)基團(tuán)。
第二類化合物為喜樹堿(CPT)或9一硝基喜樹堿(NCPT)的20位羥基的碳酸酯，具有以下結(jié)構(gòu) 其中R2為H，或NO2，R4為C1-C22的直鏈或含有支鏈的烷基；含有一個或多個雙鍵，含有一個或多個三鍵的烷基；含有一個或1-6個羥基的烷基，含有各種取代基或無取代基的芳香基，如苯基，萘基；R4還為無取代或含有各種取代基的雜環(huán)基團(tuán)。
第三類化合物為10-羥基喜樹堿和10-羥基-7-取代喜樹堿的雙碳酸酯類化合物，具有以下結(jié)構(gòu) 其中R1＝H、C1-C3烷基；R3，R4為C1-C22的直鏈或含有支鏈的烷基，含有一個或多個雙鍵，含有一個或多個三鍵的烷基；含有一個或1-6個羥基的烷基，含有各種取代基或無取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4還為無取代或含有各種取代基的雜環(huán)基團(tuán)。
本發(fā)明中第四類化合物為抗腫瘤喜樹堿衍生物7-取代-10-羥基喜樹堿的雙碳酸酯，具體結(jié)構(gòu)如下 其中R1為H、C1-C3烷基；R3和R4和第三類化合物中所表述相同。
本發(fā)明中第五類化合物為7-取代-10-羥基喜樹堿的雙羧酸酯，具體結(jié)構(gòu)如下 其中R1為H、C1-C3烷基；R3和R4與第一類化合物中所示的相同。
第一類衍生物為10-羥基喜樹堿的雙酯化衍生物。10-羥基喜樹堿為喜樹堿的一個合成衍生物，在喜樹的果實(shí)中也有極微量的存在。10-羥基喜樹堿具有很好的抗腫瘤活性，毒性較小，在中國臨床上有很廣泛的應(yīng)用。為穩(wěn)定其內(nèi)酯環(huán)的穩(wěn)定性，將其酯化，得到其雙酯化合物，具體結(jié)構(gòu)如下 其中R1、R2為H；R3、R4為C1-C22的直鏈或含支鏈的烷基；含有一個或多個雙鍵，含有一個或多個三鍵的烷基；含有一個或1-6個羥基的烷基，含有各種取代基或無取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4還為無取代或含有各種取代基的雜環(huán)基團(tuán)。
酯化反應(yīng)可以使用相應(yīng)的酸酐，酰氯等?；瘎┻M(jìn)行；也可以利用相應(yīng)的羧酸化合物在活化劑如DDC，CDI等進(jìn)行酯化反應(yīng)。喜樹堿和9-硝基喜樹堿為水不溶性化合物，其中9-硝基喜樹堿為正在臨床研究的化合物，但臨床效果并不理想，其主要原因就是9-硝基喜樹堿在人體血清中的穩(wěn)定性不好。為提高穩(wěn)定性，U.S.Pat.No5,731,316和U.S.Pat.No.6,228,855中分別制備了它們的酯肪組羧酸酯化合物和芳香族羧酸酯化合物，具有很好的活性。在本發(fā)明中是制備的第二類化合物中，制備了喜樹堿和9-硝基喜樹堿的碳酸酯類化合物，碳酸酯和羧酸酯相比，具有相同的穩(wěn)定內(nèi)酯環(huán)作用。而且碳酸酯的穩(wěn)定性要比羧酸酯高。碳酸酯在體內(nèi)同樣可以被酯肪酶水解。第二類化合物具有以下的結(jié)構(gòu) 其中R2為H或NO2；R4為C1-C22的直鏈或含有支鏈的烷基；含有一個或多個雙鍵，含有一個或多個三鍵的烷基；含有一個或1-6個羥基的烷基，含有各種取得基或無取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4還為無取代或含有各種取代基的雜環(huán)基團(tuán)。
上述碳酸酯的制備有兩種方法，一是采用氯甲酸酯類和喜樹堿或9-硝基喜樹堿反應(yīng)。另一種方法是將喜樹堿或9-硝基喜樹堿和光氣或三光氣反應(yīng)，生成相應(yīng)的氯甲酸酯，然后和相應(yīng)的醇反應(yīng)得到產(chǎn)物，此種方法對制備比較復(fù)雜的水溶性衍生物特別有用。
在本發(fā)明中，10-羥基喜樹堿的20位羥基和10位的酚羥基同時可制備相應(yīng)的碳酸酯，得到第三類化合物，具體結(jié)構(gòu)如下 其中R1為H、C1-C3烷基；R3、R4為C1-C22的直鏈或含有支鏈的烷基，含有一個或多個雙鍵，含有一個或多個三鍵的烷基；含有一個或1-6羥基的烷基，含有各種取得基或無取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4還為無取代或含有各種取代基的雜環(huán)基團(tuán)。
上述化合物的合成方法可和第二類化合物的合成相同。
7-取代-10-羥基喜樹堿，當(dāng)7位被乙基取代則為7-乙基-10-羥基喜樹堿，化合物稱為SN-38，是喜樹堿的一個半合成衍生物，具有很好的抗腫瘤活性，其水溶性前藥Irinotecan是現(xiàn)在臨床應(yīng)用最多的喜樹堿類藥物。為提高其內(nèi)酯環(huán)的穩(wěn)定性，本發(fā)明的第四類化合物中制備的其比碳酸酯類化合物，具體結(jié)構(gòu)如下 其中R1為H、C1-C3烷基；R3和R4和第三類化合物中所表述相同。制備方法也和第三類化合物相同本發(fā)明在第五類化合物中制備了7-取代10-羥基喜樹堿的雙羧酸酯類化合物，具體結(jié)構(gòu)如下 其中R1為H、C1-C3烷基；R3、R4和第一類化合物中所示的相同。其制備方法的第一類化合物相同。
上述化合物進(jìn)行生物活性測試，具體方法如下活性測試選用18-22克雌性KM小鼠及生長良好的7-11天的S-180瘤種，將瘤組織制成細(xì)胞懸液，接種在小鼠右側(cè)腋部皮下，約2.5*106細(xì)胞/只，接種24小時后隨機(jī)分籠，腹腔給藥，按不同劑量給藥7天，停藥24小時處死動物，稱體重，瘤重，計(jì)算各組平均瘤重，按下列公式求出腫瘤抑制率。
腫瘤抑制率＝{[(空白瘤重/治療瘤重)]/空白瘤重}*100化合物 劑量動物數(shù)體重瘤重 抑制率mg/Kg 開始 結(jié)束 開始 結(jié)束 x±SD ％給藥方式NS-- 202021.0 28.1 2.04±0.71I.pNCPT-16 8 8 21.0 15.6 0.16±0.10 92.2 I.pNCPT 2 8 2 20.6 24 I.pHCPT 2 8 8 20.8 19.8 0.64±0.47 68.6 I.pCPT-E16 8 8 20.8 24.1 0.19±0.11 90.7 I.pHCPTE-1 4 8 8 21.0 26.5 1.63±1.09 20.1 I.pHCPTE-1 6 8 8 21.0 21.6 0.80±0.52 60.8 I.p5-Fu 25 101020.8 23.6 0.44±0.34 78.4 I.p藥理試驗(yàn)證實(shí)上述羧酸酯和碳酯在人體血漿中具有良好的穩(wěn)定性。這些化合物具有良好的體內(nèi)抗腫瘤活性。其中下述化合物對老鼠移植腫瘤具有很好的活性。例如下述化合物在4mg/1kg條件下，對腫瘤的抑制率為35％以上。
上述羧酸酯化合物和碳酸衍生物可以口服，注射，局部給藥的方式進(jìn)行腫瘤治療。上述羧酸酯化物和碳酸酯衍生物可用于各種腫瘤，包括實(shí)體瘤和非實(shí)體瘤的制備。
本發(fā)明具有下列的有益效果1.本發(fā)明的喜樹堿衍生物對喜樹堿的內(nèi)酯環(huán)起到穩(wěn)定作用，使其在血液中保持內(nèi)酯環(huán)的穩(wěn)定，不易被打開，從而提高其抗腫瘤活性。
2.本發(fā)明的喜樹堿衍生物引入了水溶性基團(tuán)，提高了喜樹堿化合物的水溶性，使其能給藥更為方便。
3.本發(fā)明的喜樹堿衍生物由于使內(nèi)酯環(huán)穩(wěn)定在血液中不易被打開，故它的毒性較小，因?yàn)閮?nèi)酯環(huán)的開環(huán)化合物沒有抗腫瘤活性，而具有毒性。
H-NMR(CDCl3)8.39(1H，s)，8.21(1H，d)，7.97(1H，d)，7.86(1H，t)，7.66(1H，t)，7.40(1H，s)，5.70(1H，d)，5.38(1H，d)，5.21(2H，s)，3.88(2H，dt)，2.12-2.37(2H，m)，1.98(1H，m)，1.12(2H，t)，0.97(6H，t)；EI-MS(m/z)448。
H-NMR(CDCl3)8.42(1H，s)，8.25(1H，d)，7.96(1H，d)，7.85(1H，t)，7.68(1H，t)，7.38(1H，s)，5.70(1H，d)，5.39(1H，d)，5.30(2H，s)，4.18(2H，m)，2.12-2.37(2H，m)，1.98(1H，m)，1.14(2H，t)，0.98(3H，t)；EI-MS(m/z)420。
H-NMR(CDCl3)8.41(1H，s)，8.27(1H，d)，7.95(1H，d)，7.86(1H，t)，.67(1H，t)，7.36(1H，s)，5.71(1H，d)，5.38(1H，d)，5.31(2H，s)，4.10(2H，m)，2.12-2.37(2H，m)，1.62(2H，m)，1.40(2H，m)，1.01(3H，t)，0.90(3H，t)；EI-MS(m/z)448。
EI-MS(m/z)506
H-NMR(CDCl3)9.29(1H，s)，8.55(1H，d)，8.47(1H，d)，7.93(1H，t)，7.36(1H，s)，5.69(1H，d)，5.42(1H，d)，5.38(2H，s)，3.91(2H，m)，3.32(1H，m)，3.19(1H，m)，2.05(1H，m)，1.01(3H，t)，0.94(6H，t)；EI-MS(m/z)493。
H-NMR(CDCl3)9.28(1H，s)，8.55(1H，d)，8.47(1H，d)，7.95(1H，t)，7.35(1H，s)，5.67(1H，d)，5.41(1H，d)，5.36(2H，s)，4.35(2H，t)，2.05-2.40(2H，m)，1.44(3H，t)，0.96(3H，t)；EI-MS(m/z)465。
20-正丁烷氧?；?9-硝基喜樹堿(NCPT-3)硝基喜樹堿100mg懸浮于10mL無水二氯甲烷中，加入無水吡啶2mL后，在冰水浴冷卻下，加入氯甲酸乙酯0.5mL，室溫?cái)嚢?0小時后，反應(yīng)混合物用30mL二氯甲烷稀釋，依此用水，稀鹽酸，水，飽合氯化鈉溶液洗滌，無水硫酸鎂干燥，硅膠柱層析，二氯甲烷/丙酮(10∶1)洗脫，得淡黃色固體110mg。
H-NMR(CDCl3)9.28(1H，s)，8.53(1H，d)，8.48(1H，d)，7.93(1H，t)，7.35(1H，s)，5.69(1H，d)，5.43(1H，d)，5.38(2H，s)，4.12(2H，m)，2.05-2.37(2H，m)，1.66(2H，m)，1.40(2H，m)，1.03(3H，t)，0.92(6H，t)；EI-MS(m/z)493。
HNMR(CDCl3)8.36(1H，s)，8.24(1H，d)，7.79(1H，d)，7.67(1H，dd)，7.33(1H，s)，5.68(1H，d)，5.38(1H，d)，5.29(2H，s)，4.10(2H，d)，3.90(2H，m)，1.95-2.19(6H，m)，0.95-1.95(15H，m)；EI-MS(m/z)564。
EI-MS(m/z)592
10-乙酰氧基-20-乙酰基喜樹堿EI-MS(m/z)44810-乙酰氧基喜樹堿EI-MS(m/z)406
10-丙酰氧基喜樹堿EI-MS(m/z)42010-丙酰氧基-20-乙?；矘鋲AEI-MS(m/z)476。實(shí)施例1610-己酰氧基喜樹堿和10-己酰氧基-20-己?；矘鋲A100mg喜樹堿懸浮于10mL二氯甲烷中，加入2ml三乙胺，加入己酰氯0.5mL，室溫反應(yīng)24小時。水洗后，硅膠柱層析，得10-己酰氧基喜樹堿53mg和10-己酰氧基-20-己?；矘鋲A55mg。
10-己酰氧基喜樹堿EI-MS(m/z)46210-己酰氧基-20-己酰基喜樹堿EI-MS(m/z)560
權(quán)利要求
1.一類結(jié)構(gòu)式如下的喜樹堿衍生物 或 其中R1為H、C1-C3烷基R2為H、NO2R3、R4為H、C1-C22的直鏈或含支鏈的烷基；含有一個或多個雙鍵，含有一個或多個三鍵的烷基個雙鍵；含有一個或1-6個羥基的烷基，含有各種取代基或無取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4還為無取代或含有各種取代基的雜環(huán)基團(tuán)。
2.根椐權(quán)利要求1所述的喜樹堿衍生物，其特征在于當(dāng)R1、R2為H時R3、R4為C1-C22的直鏈或含支鏈的烷基；含有一個或多個雙鍵，含有一個或多個三鍵的烷基個雙鍵；含有一個或1-6個羥基的烷基，含有各種取代基或無取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4還為無取代或含有各種取代基的雜環(huán)基團(tuán)的羧酸酯。
3.根椐權(quán)利要求1所述的喜樹堿衍生物，其特征在于當(dāng)R1、R2為H時R3、R4為C1-C22的直鏈或含支鏈的烷基；含有一個或多個雙鍵，含有一個或多個三鍵的烷基個雙鍵；含有一個或1-6個羥基的烷基，含有各種取代基或無取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4還為無取代或含有各種取代基的雜環(huán)基團(tuán)碳酸酯。
4.根椐權(quán)利要求1所述的喜樹堿衍生物，其特征在于當(dāng)R1為C1-C3烷基、R2為H時R3、R4為C1-C22的直鏈或含支鏈的烷基；含有一個或多個雙鍵，含有一個或多個三鍵的烷基個雙鍵；含有一個或1-6個羥基的烷基，含有各種取代基或無取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4還為無取代或含有各種取代基的雜環(huán)基團(tuán)碳酸酯。
5.根椐權(quán)利要求1所述的喜樹堿衍生物，其特征在于當(dāng)R1為H、R2為NO2、R3為H時R4為C1-C22的直鏈或含支鏈的烷基；含有一個或多個雙鍵，含有一個或多個三鍵的烷基個雙鍵；含有一個或1-6個羥基的烷基，含有各種取代基或無取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4還為無取代或含有各種取代基的雜環(huán)基團(tuán)碳酸酯。
6.根椐權(quán)利要求1所述的喜樹堿衍生物，其特征在于當(dāng)R1為C1-C3烷基、R2為H時R3、R4為H、C1-C22的直鏈或含支鏈的烷基；含有一個或多個雙鍵，含有一個或多個三鍵的烷基個雙鍵；含有一個或1-6個羥基的烷基，含有各種取代基或無取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4還為無取代或含有各種取代基的雜環(huán)基團(tuán)羰酸酯。
7.如權(quán)利要求1所述的喜樹堿衍生物的制備方法，其特征在于喜樹堿衍生物通過酯化反應(yīng)或通過碳酸酯反應(yīng)獲得。
8.根椐權(quán)利要求7所述喜樹堿衍生物的制備方法，其特征在于喜樹堿衍生物酯化反應(yīng)，應(yīng)用相應(yīng)的酸酐、酰氯作為?；瘎┻M(jìn)行酯化反應(yīng)或應(yīng)用相應(yīng)的羧酸化合物在DDC、CDI的催化劑作用下進(jìn)行酯化反應(yīng)。
9.根椐權(quán)利要求1所述喜樹堿衍生物，其特征在于碳酸酯反應(yīng)采用氯甲酸酯類和喜樹堿衍生物反應(yīng)或喜樹堿衍生物和光氣或三光氣反應(yīng)，生成相應(yīng)的氯甲酸酯，再與相應(yīng)的醇反應(yīng)獲得碳酸酯產(chǎn)物。
全文摘要
本發(fā)明提供一類用碳酸酯或羧酸酯來穩(wěn)定喜樹鹼內(nèi)酯環(huán)的衍生物。由于該類衍生物的內(nèi)酯環(huán)穩(wěn)定，從而增加其水溶性，提高了抗腫瘤的生物活性和降低了毒副作用。它的結(jié)構(gòu)通式如(1)或(2)。
文檔編號C07D491/22GK1465577SQ02112268
公開日2004年1月7日 申請日期2002年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月27日
發(fā)明者呂偉, 朱勤, 潘俊芳, 蔡俊超, 丁健, 呂 偉 申請人:中國科學(xué)院上海藥物研究所, 上海華拓醫(yī)藥科技發(fā)展有限公司