噻吩并[2,3-d]嘧啶骨架在药物化学中的应用

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概要

杂环化合物在药物分子开发中起着至关重要的作用。许多稠合嘧啶骨架已用于设计和合成各种候选药物分子。自从发现双链核酸中存在一些嘌呤和嘧啶碱基以来,各种稠合的嘧啶和嘌呤骨架作为治疗药物不断被纳入药物化学研究中。许多稠环化合物如蝶啶、嘌呤和嘧啶本身就具有生物活性。在稠合嘧啶中,如图1所示的双环杂环噻吩并[2,3-d]嘧啶是其中代表的化合物。噻吩并[2,3-d]嘧啶衍生物可通过不同起始化学砌块合成。通过多样性的合成途径获得的新候选物具有多种药理活性,包括抗癌、激酶抑制、抗氧化、抗炎、抗微生物、抗病毒、抗结核病和中枢神经系统保护活性。

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图1. 噻吩并[2,3-d]嘧啶结构


噻吩并[2,3-d]嘧啶衍生物的合成

以噻吩衍生物为原料合成噻吩并[2,3-d]嘧啶衍生物,取代的2-氨基噻吩作为最常用的试剂,可通过各种方法和反应条件获得所需的噻吩并[2,3-d]嘧啶衍生物。Hui等人通过2-氨基噻吩-3-甲腈和三氟乙酸(TFA)在甲苯和三氯氧磷中的取代反应,在80 oC下以86%的高产率获得产物P1(图2a)。Han等人通过2-氨基噻吩-3-羧酸酯与甲脒乙酸盐在NMP中的环缩合反应得到目标化合物P2(图2b)。Wilding等人还使用2-氨基噻吩-3-羧酸酯与甲酸铵/甲酰胺缩合来合成所需的噻吩并[2,3-d]嘧啶-4-酮化合物P3(图2c)。

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图2. 噻吩衍生物为原料合成噻吩并[2,3-d]嘧啶衍生物


嘧啶衍生物为原料合成噻吩并[2,3-d]嘧啶衍生物。Saddik等人使用4-氧代-6-苯基-2-硫代-1,2,3,4-四氢嘧啶-5-甲腈作为起始原料,在乙醇中与乙酸钠回流得到钠盐,然后与碘乙烷反应,与POCl3反应得到2-(乙基巯基)-4-氯-6-苯基嘧啶-5-甲腈。硫脲通过取代氯原子引入巯基,同时与乙醇回流,得到2-(乙基巯基)-4-巯基-6-苯基嘧啶-5-甲腈,与α-卤代物反应得到噻吩并[2,3-d]嘧啶衍生物P4(图3)

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图3. 嘧啶衍生物为原料合成噻吩并[2,3-d]嘧啶衍生物


抗癌活性



FMS样酪氨酸激酶3(FLT3)抑制剂

FMS样酪氨酸激酶3(FLT3)是一种在早期造血祖细胞上表达的III型受体酪氨酸激酶,对造血干细胞的存活和增殖很重要。FLT3在AML(急性髓性白血病)病例中表现为过度表达,且近31%的患者存在FLT3突变。2014年,Gyoonhee等人制备了一系列噻吩并嘧啶衍生物。整个系列对FLT3均表现出较好的抑制活性(IC50 = 0.065 - 0.750 μM)。5位甲基的化合物1表现出最好的FLT3抑制活性(IC50 = 0.065 μM)。与化合物1相比,未取代的化合物2抑制活性较低(IC50 = 0.175 μM)。相对于苯基未取代的化合物5(IC50 = 0.208 μM),间或对位连接羟基的化合物34的抑制作用也明显降低(分别为0.488和0.750 μM)。另一方面,与未取代的苯基相比,间位或对位羟基通过烷基链与大基团(如哌啶)连接的化合物(6,IC50 = 0.133 μM;7, IC50 = 0.085 μM)表现出更高的FLT3抑制活性(图4)

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图4. 含噻吩并[2,3-d]嘧啶骨架的FMS样酪氨酸激酶3(FLT3)抑制剂




表皮生长因子受体(EGFR)抑制剂

EGFR是一种细胞表面受体酪氨酸激酶,由表皮生长因子(EGF家族)、细胞外蛋白配体和α转化生长因子(TGFα)的家族成员激活。据报道,EGFR过表达会导致不同癌症的细胞分裂失控,包括多形性胶质母细胞瘤、肺癌和肛门癌。2010年,Wu等人研究发现几种不可逆的EGFR抑制剂具有共同的迈克尔受体基团,它们与蛋白质激酶结构域中的半胱氨酸残基形成共价键。Wu等人以添加手性中心和迈克尔受体基团设计新的化合物。所得化合物89表现出高效的EGFR抑制活性,IC50值分别为8 nM和7 nM(图5)

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图5. 含噻吩并[2,3-d]嘧啶骨架的EGFR抑制剂




血管内皮生长因子受体-2型(VEGFR-2)抑制剂

VEGF受体(VEGFR)在血管发育和造血中起关键作用。VEGFRs由3个成员组成:VEGFR-1、VEGFR-2和VEGFR-3。肿瘤生长的最典型特征之一是新血管的形成,为癌细胞提供营养和氧气。VEGFR-2在“血管生成开关”(VE-cadherin)中发挥作用,表明了VEGFR-2在肿瘤干细胞样细胞分化中的关键作用。为了充分开发有前景的抗癌药物,研究人员开发了几种小分子作为VEGFR-2抑制剂,用于治疗多种癌症和预防细胞内信号传导,阻止血管生成。A.Ghith等人于2018年设计并合成了一系列新的噻吩并[2,3-d]嘧啶衍生物,并在体外测试了其对VEGFR-2酶的抑制作用及其对不同的人类癌细胞系NCI-60的抗增殖活性。酶抑制结果表明化合物111213是最有效的抑制剂,IC50值为分别为2.5、5.48和2.27 μM,而10显示出最高的细胞活性,平均生长抑制率为31.57%(图6)

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图6. 含噻吩并[2,3-d]嘧啶骨架的VEGFR-2抑制剂


参考文献

[1] Bioorganic & Medicinal Chemistry, 2019, 27, 1159–1194.


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