CN109824701A - 一种吡啶并噻唑类化合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种吡啶并噻唑类化合物及其制备方法和应用，属于医药化工领域，涉及对哺乳动物PI3K/Akt/mTOR信号通路具有抑制作用的通式I化合物及其可药用的盐或水合物，通式I中各取代基团的定义如说明书所述；通式I化合物的制备方法:包含通式I化合物或其可药用盐或水合物的药物组合物:通式I化合物或其可药用盐或水合物在生产药物中的用途，所述药物用于治疗哺乳动由于PI3K/Akt/mTOR通路信号异常表达导致的疾病。
Description
技术领域
本发明属于医药化工技术领域，具体涉及一种吡啶并噻唑类化合物及其制备方法和应用。
背景技术
PI3K/Akt/mTOR信号通路主要包含PI3K(phosphoinositide-3-kinase，PI3K)、Akt、mTOR三个成员。PI3K是一种酯酶，静息状态下主要存在于细胞质中；PI3K被完全激活后催化底物PIP2转变为PIP3，PIP3作为第二信使激活下游的Akt。Akt为PI3K下游关键蛋白，是一种进化上高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，静息状态下多位于细胞质中；被激活的Akt可磷酸化抑制TSC1/2的形成，进而使Rheb释放出来，最终激活下游mTORC。mTOR属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族,拥有mTORC1和mTORC2两个亚型，它是细胞生长和增殖的重要调节因子；当细胞受到外界营养因子或生长因子信号刺激时，胞内mTOR可以激活下游一些相关靶蛋白，进而对整个细胞的代谢与生长进行正向或负向调控。PI3K/Akt/mTOR信号通路参与调节细胞的多种生命过程，比如：细胞的生长、增殖、蛋白合成、转录和代谢过程。PI3K/Akt/mTOR通路的信号异常可导致多种疾病，包括肿瘤、动脉栓塞、早衰、阿尔茨海默症、过度免疫等。
为抑制PI3K/Akt/mTOR通路的异常信号表达，人们研究了多种激酶抑制剂。其中，ATP竞争性mTOR抑制剂是近几年新开发出的一类化合物，它们都具有较好的对mTOR抑制活性，但由于其普遍具有体内选择性差的缺点，所以全部均处于临床研究阶段。ATP竞争性mTOR抑制剂中的代表性化合物有：PKI-587、AZD2014、GDC-0980和BEZ-235等如下式所示：
专利CN107556267A公开了一系列新型噻唑衍生物类化合物用于抗肿瘤药物领域以及PI3K/Akt/mTOR通路信号失常导致的相关疾病。这类化合物选择苯并噻唑结构为母环，并在苯并噻唑的2位和4位引入两个吗啉环结构，增加了化合物与mTOR及PI3K的结合能力。但是，这些化合物的共有母环苯并噻唑与mTOR(或PI3K)的亲和力有限，导致这些化合物对mTOR的抑制能力也较弱。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于寻找并开发具有抑制PI3K/Akt/mTOR通路信号功能的新型化合物，用于治疗和预防各种与PI3K/Akt/mTOR信号异常相关的疾病。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种吡啶并噻唑类化合物，所述化合物为化学式I表示的化合物及其异构体、可药用的盐或水合物；
其中：
X、Y各自独立选自C、S、O、N和Se；
Z、U、V、W各自独立的选自C或N；
R1为C1-C6烷基、C3-C10环烷基、C1-C6烷氧基、C1-C6烷硫基、C3-C10环烷氧基、C1-C6烷烯基、烯炔基杂环、杂环烷基、取代杂环烷基、芳香环、芳香杂环或者苯并芳香杂环；其中所述的C1-C6烷基、C1-C6烷氧基、芳香环、芳香杂环、苯并芳香杂环未被取代或者被1-5个A基团取代；其中，A基团独立地选自-F、-Cl、-Br、-I、硝基、羟基、氨基、氰基、C1-C6烷硫基、C1-C6烷基、C1-C6烯基、C1-C6炔基和C1-C6烷氧基、芳香基；
R2、R3各自独立为一个或多个氢原子、羟基、氨基、C1-C6烷基。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的吡啶并噻唑类化合物进一步包括下列技术特征的部分或全部：
作为上述技术方案的改进，所述R1为甲基、乙基、环丙基、苄基、吡啶-4-基、4-(4-甲基哌嗪-1-基)苯基、4-(羟甲基)苯基、三氟甲氧基或者卤代苯基；
X、Y各自独立选自C、S、O或者N；
R2、R3各自独立为一个或多个甲基或氢。
作为上述技术方案的优选，所述化合物选自1-(4-(2,7-二吗啉噻唑[5,4-b]吡啶-5-基)苯基)-3-(吡啶-4-基)脲、1-(4-(2,7--二吗啉噻唑[5,4-b]吡啶-5-yl)苯基)-3-(4-(三氟甲氧基)苯基)脲或者1-(4-(2-((2S,6R)-2,6-二甲基吗啉)-7-吗啉噻唑[5,4-b]吡啶-5-基)苯基)-3-(吡啶-4-基)脲。
一种如前任意所述的吡啶并噻唑类化合物的制备方法，按照下述化学反应方程式进行反应制备：
其中：X、Y各自独立选自C、S、O、N和Se；
Z、U、V、W各自独立的选自C或N；
R1为C1-C6烷基、C3-C10环烷基、C1-C6烷氧基、C1-C6烷硫基、C3-C10环烷氧基、C1-C6烷烯基、烯炔基杂环、杂环烷基、取代杂环烷基、芳香环、芳香杂环或者苯并芳香杂环；其中所述的C1-C6烷基、芳香环、芳香杂环、苯并芳香杂环未被取代或者被1-5个A基团取代；其中，A基团独立地选自-F、-Cl、-Br、-I、硝基、羟基、氨基、氰基、C1-C6烷硫基、C1-C6烷基、C1-C6烯基、C1-C6炔基和C1-C6烷氧基或者芳香基；
R2、R3各自独立为一个或多个氢原子、羟基、氨基、C1-C6烷基。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的吡啶并噻唑类化合物的制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：
作为上述技术方案的改进，：所述制备方法的反应方程式中第e步为Suzuki偶联反应。
一种如前所述的吡啶并噻唑类化合物的应用，其特征在于：所述化合物可以用作制备抗癌药物、免疫抑制剂、PI3K抑制剂、mTOR抑制剂、抑制PI3K-Akt-mTOR通路信号的药物、抑制T淋巴细胞增殖的药物、抗菌药物、抗病毒药物、促进肿瘤细胞凋亡的药物、使细胞周期停滞在G1期的药物、防止器官排斥反应的药物、降低动脉栓塞的药物、抗衰老药物、抗阿尔茨海默病药物、抗炎药物或抗菌药物；所述化合物可以用作制备抑制哺乳动物体内PI3K/Akt/mTOR信号的药物。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的吡啶并噻唑类化合物的应用进一步包括下列技术特征的部分或全部：
作为上述技术方案的改进，所述制备的方法为，将所述吡啶并噻唑类化合物或其可药用的盐、异构体、水合物与至少一种可药用的载体结合。
其中，本发明提供的吡啶并噻唑结构的化合物，对mTOR酶和PI3Kα酶均具有较好的抑制活性。并且对多种肿瘤细胞具有明显的抑制活性，这些肿瘤细胞包括但不限于：肝癌细胞(HepG2细胞)、人肺癌细胞系(A549细胞)、人乳腺癌细胞(MCF7)、人白血病细胞(K562)、子宫颈癌细胞(Hela)、卵巢癌细胞(SKOV3)、胃腺癌细胞(AGS)、前列腺细胞(PC-3)。因此，本发明提供了上述化合物、其可药用盐、其水合物或者本发明的药物组合物在制备治疗肝癌、肺癌、乳腺癌、白血病、子宫颈癌、卵巢癌、胃腺癌、前列腺药物中的用途。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：本发明所述的吡啶并噻唑结构的化合物体内选择性好，吡啶并噻唑母环使化合物与受体的亲和力强，对mTOR的抑制能力强，制备方法简单，产率高；有利于提高化合物的生物利用度。在医药领域有较强的应用前景。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
与专利CN107556267A公开了一系列新型苯并噻唑衍生物类化合物相比，本申请公开的吡啶并噻唑结构的化合物其母环使用N原子替代碳原子，其化学性质发生了一系列变化。吡啶并噻唑结构与苯并噻唑结构相比，化合物在溶解性方面有显著的提升，有利于提高化合物的生物利用度。不仅如此，吡啶并噻唑母环使化合物与受体的亲和力也有一定的提高。
为了显示本发明所述化合物的优越性，本发明挑选了专利CN107556267A公开的苯并噻唑衍生物类化合物1-(4-(2,4-二甲基苯并噻唑-6-基)苯基)-3-(吡啶-3-基)脲(专利CN107556267A中实施例30化合物)作为“对比化合物”，其化学式为：
以下实施例中所述“对比化合物”均指化合物1-(4-(2,4-二甲基苯并噻唑-6-基)苯基)-3-(吡啶-3-基)脲。
实施例1：
1-(4-(2,7-二吗啉噻唑[5,4-b]吡啶-5-基)苯基)-3-(吡啶-4-基)脲(化合物FYQ-c01)的合成
6-溴-2,4-二氯吡啶-3-异硫氰酸酯(中间体1)的合成：
3-氨基-6-溴-2,4-二氯吡啶(50g，206.70mmol)投入1000ml三口瓶中，依次投入二氯甲烷500ml，硫光气(47.53g，413.4mmol)，反应2h。柱层析分析，得白色固体(45.78g，161.23mmol，收率78％)。
N-(6-溴-2,4-二氯吡啶-3-基)吗啉-4-硫代酰胺(中间体2)的合成：
将中间体1(45.78g，161.23mmol)投入500ml三口瓶中，加入二氧六环300ml以及吗啉(28.09g，322.46mmol)，于30℃搅拌1小时，TLC检测，原料全部转化完毕，反应结束。不进行处理，直接投入下一步反应。
4-(5-溴-7-氯代噻唑[5,4-b]吡啶-2-基)吗啉(中间体3)的合成：
向未处理的中间体2反应液中加入碳酸铯(105.06g，322.46mmol)，和三乙胺(48.94g，483.69mmol)，升温至100℃，反应5小时。反应完毕，将溶剂蒸干，柱层析得白色中间体3纯品(46.94g，140.27mmol，收率87％)。
1-(4-(7-氯-2-吗啉噻唑[5,4-b]吡啶-5-基)苯基)-3-(吡啶-4-基)脲(中间体4)的合成：
将中间体3(46.94g，140.27mmol)投入三口瓶中，加入溶剂乙二醇二甲醚300ml，然后加入侧链对(吡啶-4-基)脲苯硼酸频哪醇酯(71.37g，210.41mmol)，四三苯基膦钯(8.1g，7.01mmol)，碳酸钾(58.16g,420.81mmol)。于氮气保护下80℃反应6h。反应完毕后，将溶剂蒸干，然后柱层析，得淡黄色固体(44.54g，95.38mmol，收率68％)。
1-(4-(2,7-二吗啉噻唑[5,4-b]吡啶-5-基)苯基)-3-(吡啶-4-基)脲(化合物FYQ-c01)的合成
向500ml三口瓶中加入200ml DMF，将中间体4(44.54g，95.38mmol)，三(二亚苄基丙酮)二钯(4.37g，4.77mmol)，吗啉(16.62g，190.76mmol)，R-BINAP(5.94g，9.54mmol)和碳酸铯(93.23g，286.14mmol)。将反应液加热至90℃，氮气保护下反应6小时。反应完毕，将溶剂蒸干，然后柱层析。得白色终产品FYQ-c01(25.67g，49.59mmol，收率52％)。1H-NMR(400MHz,DMSO-d6δppm),8.62(d,1H),8.19(d,1H),7.95(d,2H),7.62(d,2H),7.54(d,2H),6.96(d,1H),3.77(s,4H),3.73(s,4H),3.51(m,4H),2.81(d,4H).MS:518.3[M+1]+。
实施例2：
1-(4-(2,7--二吗啉噻唑[5,4-b]吡啶-5-基)苯基)-3-(4-(三氟甲氧基)苯基)脲(化合物FYQ-c02)的合成
将5位的侧链替换为对三氟氧甲基苯基脲苯硼酸频哪醇酯，参照化合物FYQ-c01的合成方法进行合成，得化合物FYQ-c02，收率16.2％。1H-NMR(400MHz,DMSO-d6δppm),8.72(s,1H),8.63(s,1H),7.59(m,8H),6.99(s,1H),3.75(d,4H),3.58(d,4H),3.55(d,4H),2.80(d,4H).MS:601.4[M+1]+。
实施例3：
1-(4-(2-((2S,6R)-2,6-二甲基吗啉)-7-吗啉噻唑[5,4-b]吡啶-5-基)苯基)-3-(吡啶-4-基)脲(化合物FYQ-c03)的合成
将2位的吗啉结构替换为顺式-2,6-二甲基吗啉，将5位的侧链替换为4-吡啶基脲苯硼酸频哪醇酯，参照化合物1的合成方法进行合成，得化合物FYQ-c03，收率12.8％。1H-NMR(400MHz,DMSO-d6δppm),9.11(d,1H),8.62(d,1H),8.30(d,2H),7.96(d,2H),7.61(d,2H),7.54(d,2H),6.87(d,1H),3.82(m,8H),3.40(m,4H),2.81(t,2H),1.17(t,6H).MS:546.1[M+1]+。
化合物对mTOR酶抑制活性测试：
化合物的mTOR酶抑制活性用赛默飞公司的ultra time-resolvedfluorescence resonance energy transfer(TR-FRET)测试(Invitrogen,Carlsbad,CA,USA)，按赛默飞公司提供的说明书进行操作，选择已经报道的化合物BEZ235为阳性对照化合物。操作时，首先将mTOR酶(0.1μg/mL,Invitrogen,Carlsbad,CA,USA)、ATP(3μM)、GFP-4EBP1Peptide(0.4μM)以及测试化合物溶于酶缓冲液(50mM HEPES pH 7.5,1mM EGTA,3mMMnCl2,10mM MgCl2,2mM DTT and 0.01％Tween-20)。该反应在384孔板(Corning,New York,NY,USA)中，常温反应一小时。然后加EDTA至10mM停止反应。接下来向每个孔中加入Tb-antiphospho-4EBP1(Thr37/46)抗体(PerkinElmer,Fremont,CA,USA)使最终浓度达到2nM，将反应液在室温下混合30分钟。荧光强度用Spectramax 190酶标仪测量(MolecularDevices,Valley,CA,USA)上的TR-FRET模式进行测试(激发波长320nm，散射波长665nm)。所有化合物活性测试两次，结果用IC50表达(抑制50％细胞时候的浓度)，取两次测试结果的平均值。酶抑制活性测试结果见表1。
表1 部分化合物的mTOR酶抑制活性
以上mTOR酶抑制活性实验结果(表1)说明本发明中所述化合物具有较好的对mTOR酶的抑制活性。与对比化合物相比，具有显著更好的对mTOR酶的抑制活性。
化合物对PI3K酶抑制活性测试：
用ADP-Glo kinase assay方法测试化合物的PI3Kα酶抑制活性(PI3Kα酶购自Promega公司)。
试验试剂准备：将10μl(1μg,promega,#V1691)PI3K酶溶于310μl 2.5x酶反应缓冲液(Promega,#V1691)，得到320μl 2.5x酶反应溶液。50μl PIP2:3PS底物被溶于100μl 10x脂质缓冲液，加水至400μl，获得2.5x PIP2:3PS脂质底物工作溶液。25μl超纯ATP(10mM)被溶于975μl水，获得250μM ATP水溶液。
试验开始，将测试化合物溶于DMSO配制成10μM的待测液，取1μl加入384孔板。然后向化合物中加入4μl 2.5 x PIP2:3PS脂质底物工作溶液。然后，再向其中加入4μl 2.5x酶工作溶液。其中，无酶对照组只加入4μl 1x酶反应缓冲液，DMSO组只加入DMSO。向反应液中加入1μl 250μM ATP后酶反应正式开始，在摇床上混合板子60秒，然后在23℃孵育1小时。孵育完毕后，向其中加入10μl ADP-GloTM试剂(Promega,#V1691)用以终止酶反应，并且消耗未反应的ATP。40分钟后，加入20μL酶检测试剂(Promega,#V1691)，振摇一分钟，孵育40分钟，然后用酶标仪读取荧光值。根据每孔的化学发光检测值，计算化合物的抑制率。抑制率计算公式为：(max-sample RLU)/(max-min)×100％；max：DMSO对照；min:无酶对照；sampleRLU：样品发光值。
表2 部分化合物在1μM浓度下对PI3Kα的抑制率
实验结果(表2)证明多个实施例化合物在1μM浓度下可明显的抑制PI3Kα酶的活性，并且抑制率均优于对比化合物。
肿瘤细胞抑制实验
实验材料：DMEM高糖细胞培养基(Hyclone公司)，胎牛血清(FBS)(Gibco公司)，青霉素、链霉素购自华北制药股份有限公司，磷酸生理盐水缓冲液(PBS)购自Gibco公司，Cell 细胞活力检测试剂购自Promega公司，胰酶以及二甲亚砜(DMSO)为Sigma公司产品。肝癌细胞(HepG2细胞)、人肺癌细胞系(A549细胞)、人乳腺癌细胞(MCF7)、人白血病细胞(K562)、子宫颈癌细胞(Hela)、卵巢癌细胞(SKOV3)、胃腺癌细胞(AGS)、前列腺细胞(PC-3)均购自ATCC公司。阳性对照化合物选择BEZ235和对比化合物。
实验方法：
以每孔5000个细胞的数量接种白壁底透96孔板(Costar)，37℃5％CO2条件下培养24h。利用DMSO将待测化合物溶解至100mM，作为化合物母液。
利用含有2％FBS的DMEM培养液稀释化合物，浓度梯度为3，浓度范围为100μM～3nM。将各稀释度化合物加入培养好的96孔板细胞中，每孔100μl。37℃CO2条件下培养72h，弃去上清液后，进行细胞活力检测实验。
将Cell 的反应缓冲液以及底物进行等比混合后，加入96孔板中，每孔100μl。水平震荡4min以诱导细胞裂解。室温平衡15min，以稳定反应信号。利用化学发光检测仪检测96孔板中每孔的化学发光单位。
根据每孔的化学发光检测值，计算每个化合物各稀释度的抑制率，利用Origin8.0软件对每个化合物的不同梯度进行S型曲线拟合，计算IC50值。结果见表3。
表3 实施例化合物对多种肿瘤细胞的体外增值抑制能力
体外抗肿瘤实验实验的结果证明，化合物FYQ-c01、FYQ-c02和FYQ-c03除了对Hela和A549细胞活性较弱以外，对多个肿瘤细胞系如：HepG2、MCF7、K562、SKOV3、AGS、PC-3的抑制活性均较好。并且化合物FYQ-c01、FYQ-c02、FYQ-c03对K562和Hela细胞的抑制活性均优于对比化合物。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种吡啶并噻唑类化合物，其特征在于：所述化合物为化学式I表示的化合物及其异构体、可药用的盐或水合物；
其中：
X、Y各自独立选自C、S、O、N和Se；
Z、U、V、W各自独立的选自C或N；
R1为C1-C6烷基、C3-C10环烷基、C1-C6烷氧基、C1-C6烷硫基、C3-C10环烷氧基、C1-C6烷烯基、烯炔基杂环、杂环烷基、取代杂环烷基、芳香环、芳香杂环或者苯并芳香杂环；其中所述的C1-C6烷基、C1-C6烷氧基、芳香环、芳香杂环、苯并芳香杂环未被取代或者被1-5个A基团取代；其中，A基团独立地选自-F、-Cl、-Br、-I、硝基、羟基、氨基、氰基、C1-C6烷硫基、C1-C6烷基、C1-C6烯基、C1-C6炔基和C1-C6烷氧基、芳香基；
R2、R3各自独立为一个或多个氢原子、羟基、氨基、C1-C6烷基。
2.如权利要求1所述的吡啶并噻唑类化合物，其特征在于：所述R1为甲基、乙基、环丙基、苄基、吡啶-4-基、4-(4-甲基哌嗪-1-基)苯基、4-(羟甲基)苯基、三氟甲氧基或者卤代苯基；
X、Y各自独立选自C、S、O或者N；
R2、R3各自独立为一个或多个甲基或氢。
3.如权利要求2所述的吡啶并噻唑类化合物，其特征在于：所述化合物选自1-(4-(2,7-二吗啉噻唑[5,4-b]吡啶-5-基)苯基)-3-(吡啶-4-基)脲、1-(4-(2,7--二吗啉噻唑[5,4-b]吡啶-5-yl)苯基)-3-(4-(三氟甲氧基)苯基)脲或者1-(4-(2-((2S,6R)-2,6-二甲基吗啉)-7-吗啉噻唑[5,4-b]吡啶-5-基)苯基)-3-(吡啶-4-基)脲。
4.一种如权利要求1-3所述的吡啶并噻唑类化合物的制备方法，其特征在于，按照下述化学反应方程式进行反应制备：
其中：X、Y各自独立选自C、S、O、N和Se；
Z、U、V、W各自独立的选自C或N；
R1为C1-C6烷基、C3-C10环烷基、C1-C6烷氧基、C1-C6烷硫基、C3-C10环烷氧基、C1-C6烷烯基、烯炔基杂环、杂环烷基、取代杂环烷基、芳香环、芳香杂环或者苯并芳香杂环；其中所述的C1-C6烷基、芳香环、芳香杂环、苯并芳香杂环未被取代或者被1-5个A基团取代；其中，A基团独立地选自-F、-Cl、-Br、-I、硝基、羟基、氨基、氰基、C1-C6烷硫基、C1-C6烷基、C1-C6烯基、C1-C6炔基和C1-C6烷氧基或者芳香基；
R2、R3各自独立为一个或多个氢原子、羟基、氨基、C1-C6烷基。
5.如权利要求4所述的吡啶并噻唑类化合物的制备方法，其特征在于：所述制备方法的反应方程式中第e步为Suzuki偶联反应。
6.一种如权利要求1-3所述的吡啶并噻唑类化合物的应用，其特征在于：所述化合物可以用作制备抗癌药物、免疫抑制剂、PI3K抑制剂、mTOR抑制剂、抑制PI3K-Akt-mTOR通路信号的药物、抑制T淋巴细胞增殖的药物、抗菌药物、抗病毒药物、促进肿瘤细胞凋亡的药物、使细胞周期停滞在G1期的药物、防止器官排斥反应的药物、降低动脉栓塞的药物、抗衰老药物、抗阿尔茨海默病药物、抗炎药物或抗菌药物；所述化合物可以用作制备抑制哺乳动物体内PI3K/Akt/mTOR信号的药物。
7.如权利要求6所述的吡啶并噻唑类化合物的应用，其特征在于：所述制备的方法为，将所述吡啶并噻唑类化合物或其可药用的盐、异构体、水合物与至少一种可药用的载体结合。
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