本發明屬于有機合成技術領域，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用。

背景技術：

吡喃是一類重要的雜環化合物，它的衍生物具有廣泛的生物和藥理活性，如抗過敏作用(Witte,E.C.；Neubert,P.；Roesoh,A.DE 3427985,1986)，降血糖作用(姜虹，王麗君，趙志學，北華大學學報(自然科學版)，2001,2,489)，抗癌活性(Hyama,T.；Saimoto,H.JP 62181271,1987)，可用于治療過敏性氣管炎(Chand,N.；Diamantis,W.；Sofia,R.D.Br.J.Pharmacol.,1986,87,443)，抗發育不良(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物的主要結構單元。

喹啉，也叫苯并吡啶或氮雜萘，是一類非常重要的含氮雜環化合物(Madapa,S.；Tusi,Z.；Batra,S.Curr.Org.Chem.,2008,12,1116)，尤其在制藥工業中具有廣泛的應用。而且，它們也是許多天然產物和生物活性藥物結構的母核，例如：氯喹、駱駝寧堿、喜樹堿。經過藥物學家的不斷研究，大量的喹啉類衍生物被合成出來，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.)。基于吡喃并喹啉具有重要的生物活性，這類化合物的合成方法引起了人們的興趣，Singh等報道了鈀催化下2-氯喹啉-3-甲醛與炔烴的偶聯環化合成法(Chandra,A.；Singh,B.；Khanna,R.S.；Singh,R.M.J.Org.Chem.,2009,74,5664.)。Verma等報道了碘催化的2-炔基-3-喹啉甲醛與醇的環化及鈀催化下的偶聯反應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等報道了1-乙酰基-N-芳基環戊甲酰胺在硫酸催化下的環化/開環/環化串聯反應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，通過一些簡單的方法合成一些結構新穎的吡喃并喹啉衍生物具有十分重要的意義。

多組分反應是指將三個或者三個以上的起始原料一次或依次加入反應，通過一鍋煮的方法得到目標產物，每個中間體都是下一步反應的原料，而在終產物的結構中包含所有原料片段的一種高效合成方法。通過多組分反應可以利用一些簡單易得的原料，方便、高效地構建具有結構多樣性和復雜性的化合物，該方法已經廣泛應用于各種雜環化合物的合成((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.)。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物及其合成方法，利用一些簡單、易得的原料參與的多組分反應，設計并合成一種結構新穎的吡喃并喹啉衍生物。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：一種吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物，其創新點在于：具有式I所示結構：

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，其創新點在于：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過三組分反應，一步合成得到目標化合物，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，優選1:1:1:0.5。

進一步地，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，優選乙醇。

進一步地，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，所述酸為對甲苯磺酸或醋酸中的一種；所述催化劑也可以是有機小分子催化劑L-丙氨酸、L-苯丙氨酸、L-脯氨酸，優選L-脯氨酸。

進一步地，所述反應溫度為80～110℃，反應時間為20～50min；優選反應溫度為100℃，反應時間為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用，其創新點在于：對人體肝腫瘤細胞系HepG2具有較好的體外抑制增殖的IC₅₀值達到5.04μM；對人體肝腫瘤細胞系HepG2具有較好的體外抑制增殖的IC₅₀值達到9.63μM；對人體肝腫瘤細胞系HepG2具有較好的體外抑制增殖的IC₅₀值達到1.40μM。

本發明的優點在于：本發明的合成方法利用多組分反應，將三種原料通過“一鍋煮”的方法合成了一種吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物，這是一種相當穩定的化合物，這些化合物對人體肝腫瘤細胞系HepG2具有較好的體外抑制增殖作用。

具體實施方式

下面的實施例可以使本專業的技術人員更全面地理解本發明，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。

一種吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物，具有式I所示結構：

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過三組分反應，一步合成得到目標化合物，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，所述的酸為對甲苯磺酸或醋酸中的一種，所述的有機小分子催化劑為L-丙氨酸、L-苯丙氨酸、L-脯氨酸中的一種。

更具體地，本發明的合成方法的反應溫度為80～110℃，反應時間為20～50min。

經過多次反應條件的篩選，并考慮到反應的效果和綠色化學的原則，作為優選，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，在反應溫度100℃的條件下反應30min，得到的目標產物的收率最高。

下面由以下實施例對該種吡喃并[2,3-b]喹啉衍生物的合成方法進行詳細舉例和說明：

實施例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微波反應管中，再加入L-脯氨酸(0.1mmol)及乙醇2mL，將反應管密封，預先攪拌10秒，混合物在微波輻射下于100℃反應30分鐘，反應結束后，將反應體系冷卻到室溫，待析出固體后進行抽濾，再用DMF和水的混合溶劑進行重結晶得到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。

實施例2

按照實施例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30分鐘，反應結束后，將反應體系冷卻到室溫，待析出固體后進行抽濾，用DMF和水的混合溶劑重結晶得到目標產物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。

實施例3

按照實施例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30分鐘，反應結束后，將反應體系冷卻到室溫，待析出固體后進行抽濾，用DMF和水的混合溶劑重結晶得到目標產物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。

實施例4

按照實施例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30分鐘，反應結束后，將反應體系冷卻到室溫，待析出固體后進行抽濾，用DMF和水的混合溶劑重結晶得到目標產物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。

實施例5實施例1～4中化合物Ia～Id在抗腫瘤方面的應用

使用SRB法研究化合物Ia～Id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HepG2腫瘤細胞，在37℃、5％CO₂細胞培養培養箱中培育24小時。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細胞培養培養箱中孵育48小時，以DMSO(1％)為空白對照，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.)確定并計算IC₅₀值。結果表明，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明的基本原理和主要特征以及本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。