一种3-磷酸甘油醛脱氢酶的抑制剂及其制备方法和应用

摘要

本发明提供3-磷酸甘油醛脱氢酶的抑制剂及其制备方法和抗癌应用。本发明的药理实验显示，该类化合物对人结肠癌细胞、人胃癌细胞、白血病细胞有较强的杀伤作用，显著诱导癌细胞凋亡。进一步的实验表明此类化合物是通过抑制癌细胞糖酵解中3-磷酸甘油醛脱氢酶（GAPDH），由此抑制ATP的生成，进而杀灭癌细胞。

说明书

技术领域

本发明涉及一种抑制剂，更具体地，涉及一种3-磷酸甘油醛脱氢酶的抑制剂及其制备方法和应用。

背景技术

癌症已取代心血管疾病成为世界死亡人数最多的疾病，在近几十年来，癌症的药物治疗取得了较为显著的进步，开发出了一些抗肿瘤药物，有效地延长了患者的生存期或提高了患者的生存质量。但肿瘤细胞的耐药性使得癌症的药物治疗往往事倍功半。肿瘤细胞的无限制恶性增殖能力以及耐药性依赖于肿瘤组织中具有特殊生物学特性的肿瘤干细胞，且它的存在已在乳腺癌等多种肿瘤中得到证实。在大多数肿瘤中，即使在有氧条件下，糖酵解的活性均高于正常细胞，简称Warburg效应(Science,1956,124,269–270)。3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)是糖酵解过程中的关键催化酶之一，能催化底物3磷酸甘油醛转化生成1,3-二磷酸甘油酸。因此，抑制此酶活性从理论上可以切断肿瘤细胞能量的供给，进而抑制甚至杀灭肿瘤细胞。GAPDH的功能是多样化的，它不仅参与细胞能量代谢，还参与了细胞的多种活动，如膜融合和转运，DNA的复制与修复等等，而以GAPDH为靶点，抑制肿瘤细胞的糖代谢，从而切断其能量供应的研究并不多见。我们团队在过去的研究中发现，GAPDH在结肠癌病人样本中过高表达，3-溴-2-氧代丙酸可以高效抑制GAPDH的活性(J.Bioenerg.Biomembr.2012,44,117–125)。我们团队的最新研究进一步揭示3-溴-2-氧代丙酸等化合物作为糖酵解抑制剂，可以有效杀死具有肿瘤干细胞性质的肿瘤细胞侧群细胞，从而提高抗肿瘤疗效(CellDeathDiffer.2014,21,124–135)。这些研究结果对于抗肿瘤药物的研发具有极其深远的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的抗癌药，为了实现这个目的，本发明首先提供一种3-磷酸甘油醛脱氢酶的抑制剂，所述的抑制剂的结构式如下所示：

所述的R₂为H或Br，所述的M为O或N，

所述的R₁为C1-5的烷烃、苄基、苯甲基、苯乙基、二苯甲基、金刚烷基或环己烷。

所述的R₂优选为Br。

所述的M优选为O。

当所述的M优选为N，所述的R₁优选为两个C1-5的烷烃。

所述的抑制剂的结构优选为，

更进一步，提供一种上述的3-磷酸甘油醛脱氢酶的抑制剂的制备方法，使用以下反应式，

所述的质子酸为浓硫酸或高氯酸；溶剂为四氢呋喃或二氯甲烷；固体颗粒载体为硫酸镁、硫酸钠、氧化铝、沸石分子筛或二氧化硅。

根据需求，提供上述的3-磷酸甘油醛脱氢酶的抑制剂在制备抗癌药物中的应用。

本发明的优点在于，

1.所获得化合物抗癌活性好。

2.本发明利用采用固体颗粒负载酸质子催化不同的醇与3-溴-2-氧代丙酸来制备3-溴-2-氧代丙酸酯。

附图说明

图1为化合物4对胃癌细胞HGC27的抑制曲线。

图2为化合物1、3、4对3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)的抑制曲线。由图看到，三个化合物都有明显的抑制作用。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步详细说明本发明。除非特别说明，本发明采用的试剂、设备和方法为本技术领域常规市购的试剂、设备和常规使用的方法。

实施例1化合物1，3-溴-2氧代丙酸苯基乙基酯的合成

往硫酸镁(788mg,6.55mmol)的无水二氯甲烷(4mL)浑浊液中加入浓硫酸(87μL,1.64mmol)，室温搅拌半小时后，分别加入3-溴丙酮酸(410mg,2.46mmol)和苯乙醇(0.2mL,1.64mmol)。反应在室温下进行，反应进程用TLC和1H-NMR监测。反应结束后，反应液用二氯甲烷稀释，用铺有硅藻土的漏斗减压过滤，滤液用饱和的食盐水洗涤以除去过量的3-溴丙酮酸，然后用无水硫酸钠干燥，最后减压蒸除溶剂，真空干燥得到1，为橙色液体，产率为95％。¹HNMR(400MHz,CDCl₃):δ7.36-7.26(m,5H),4.55(t,J＝7.2Hz,2H),4.30(s,2H),3.10(t,J＝6.8Hz,2H)；¹³CNMR(100MHz,CDCl₃):δ184.4,159.2,136.6,128.9,128.7,127.0,122.6,67.4,34.8,30.7。IR(KBr,cm-1):υ1741,1457,1240,1056；LC-MALD-TOFforC₁₁H₁₁BrO₃:271.073。

实施例2，化合物2，3-溴-2氧代丙酸-1-苯基乙基-酯的合成

采用合成3-溴-2氧代丙酸苯基乙基酯1的同样条件成功制备了2，为绿色液体，产率为93％。¹HNMR(400MHz,CDCl₃):δ7.41-7.32(m,5H),6.03(q,J＝6.4Hz,1H),4.30(s,2H),1.68(d,J＝6.8Hz,3H)；¹³CNMR(100MHz,CDCl₃):δ184.6,158.7,139.8,128.7,128.6,127.0,126.3,76.0,30.8,21.9；IR(KBr,cm-1):υ1733,1390,1274,1163,1053。

实施例3，化合物3，3-溴-2氧代丙酸3-戊酯的合成

采用合成3-溴-2氧代丙酸苯基乙基酯1的同样条件成功制备了3，为黄色液体，产率为72％。¹HNMR(400MHz,CDCl₃):δ4.97-4.91(m,1H),4.29(s,2H),1.73-1.66(m,4H),0.954-0.910(m,6H)；¹³CNMR(100MHz,CDCl₃):δ185.1,159.5,80.9,30.7,26.3,9.5；IR(KBr,cm-1):υ1736,1399,1265,671。

实施例4，化合物4，3-溴-2氧代丙酸环己酯的合成

采用合成3-溴-2-氧代丙酸苯基乙基酯1的同样条件成功制备了4，为黄色液体，产率为81％。¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ5.17-4.80(m,1H),4.30(s,1H),1.94-1.86(m,2H),1.80-1.72(m,2H),1.64-1.51(m,4H),1.46-1.34(m,2H),¹³CNMR(100MHz,CDCl₃):δ185.1,158.8,76.4,31.2,30.9,25.1,23.5；IR(KBr,cm-1):υ2939,2861,1737,1263,1050；LC-MALD-TOFforC₉H₁₃BrO₃:249.978。

实施例5，化合物5，3-溴-2氧代丙酸金刚烷酯的合成

采用合成3-溴-2氧代丙酸苯基乙基酯1的同样条件成功制备了5，为黄色液体，产率为98％。¹HNMR(400MHz,CDCl₃):δ4.27(s,2H),2.20(s,9H),1.70-1.63(m,6H)；¹³CNMR(100MHz,CDCl₃):δ185.7,158.1,85.5,45.2,41.0,35.9,31.0；IR(KBr,cm-1):υ2915,2857,1724,1455,1278,1162,1047；LC-MALD-TOFforC₁₃H₁₇BrO₃:301.151。

实施例6，化合物6，3-溴-N,N-二乙基-2-氧代丙酰胺的合成

冰水浴下，往丙酮酸(662mg，7.52mmol)的二氯甲烷溶液(25mL)中加HOBt(1.02g，7.52mmol)，EDCI(1.96g，10.25mmol)和三乙胺(1.91mL，13.67mmol)，搅拌半小时后，滴加二乙胺(0.704mL，6.84mmol)。然后，反应液在室温下搅拌18小时。反应终止时，加入乙酸乙酯(50mL)稀释和水(6mL)。两相分离后，水相用乙酸乙酯萃取(5mL×3)。合并有机相，将有机相用饱和食盐水洗涤(5mL×1)，无水硫酸钠干燥，经硅胶柱色谱(石油醚/乙酸乙酯6/1-4/1)分离得到中间体，浅黄色油状物(410mg,产率42％)。将此中间体(300mg，2.1mmol)溶于二氯甲烷(5mL)中，缓慢滴加溴素(0.13mL，2.51mmol)的二氯甲烷溶液(1mL)，室温下搅拌7h。反应终止时，加入乙酸乙酯(30mL)稀释，水(5mL)，分离后，水相用乙酸乙酯萃取(5mL×3)，合并有机相，将有机相用饱和食盐水洗涤(5mL×1)，无水硫酸钠干燥，经硅胶柱色谱(石油醚/乙酸乙酯15/1-10/1)分离得到6(122mg)，为黄色液体，产率为27％。¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ4.26(s,2H),3.45(q,J＝7.1Hz,2H),3.36(q,J＝7.1Hz,2H),1.25(t,J＝7.1Hz,3H),1.19(t,J＝7.1Hz,3H)；¹³CNMR(100MHz,CDCl₃)δ190.1,164.3,42.6,40.0,32.0,14.5,12.6.

实施例7，化合物7，3-溴-N-苯乙基2-氧-苯丙酰胺的合成

采用合成3-溴-N-乙基-2氧-4-苯基丁酰胺6的同样条件成功制备了7。

¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ7.33(t,J＝7.3Hz,2H),7.24(d,J＝7.5Hz,1H),7.19(d,J＝7.3Hz,2H),6.95(s,1H),4.49(s,2H),3.60(t,J＝7.1Hz,2H),2.87(t,J＝7.1Hz,2H).

实施例8，化合物8，3-溴-2-氧-4苯基丁酸甲酯的合成

将乙酰氯(0.4mL,5.61mmol)在冰浴下缓慢滴加至无水甲醇溶液(8mL)中，室温搅拌1小时以制备无水氯化氢甲醇溶液。将新制备的无水氯化氢甲醇溶液缓慢滴加至2-氧-4-苯基丁酸(500mg,2.81mmol)的甲醇(2mL)溶液中，加热回流3.5小时后，将反应液浓缩干燥，然后用二氯甲烷(5mL)溶解，依次加入水(0.2mL)、三氟乙酸(2mL)，室温搅拌2.5小时后，将反应液浓缩干燥，所得中间体2-氧基-4-苯基丁酸甲酯，为浅黄色油状物(540mg,100％)。将此中间体2-氧基-4-苯基丁酸甲酯(150mg,0.78mmol)溶于氯仿(1mL)中，缓慢滴加溴素(1.72mmol,2.2equiv)的氯仿溶液(1mL)，室温搅拌24小时。反应终止时，加入乙酸乙酯(30mL)稀释，水(5mL)，分离后，水相用乙酸乙酯萃取(3mL×3)，合并有机相，将有机相用饱和食盐水洗涤(3mL)，无水硫酸钠干燥，经硅胶硅胶柱色谱(石油醚/乙酸乙酯12/1-8/1)分离得到8(97mg)，为浅黄色液体，产率为36％。¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ7.34-7.28(m,3H),7.26-7.23(m,2H),5.30-5.25(m,1H),3.90(s,3H),3.57-3.51(m,1H),3.29-3.23(m,1H)；¹³CNMR(100MHz,CDCl₃)δ185.3,160.7,136.6,129.5,128.9,127.6,53.6,47.5,38.4；IR(KBr,cm-1):υ2955,1735,1443,1261,1027.

实施例9，化合物9，3,3-二溴-N,N-二乙基-2-氧丙酰胺的合成

采用合成3-溴-N-乙基-2氧-4-苯基丁酰胺6的反应条件，同时也获得了化合物9，为黄色油状物，分离产率为25％。¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ6.90(s,1H),3.48(q,J＝7.2Hz2H),3.40(q,J＝7.2Hz,2H),1.30(t,J＝7.2Hz,3H),1.21(t,J＝7.2,3H)；¹³CNMR(100MHz,CDCl₃)δ182.0,162.4,42.9,42.3,40.3,14.4,12.4；IR(KBr,cm-1):υ1735,1643,1397,1048；LC-MassforC₇H₁₁Br₂NO₂[M+1]:301.1.

实施例10，化合物10，3,3,-二溴-2氧代丙酸异丙酯的合成

采用合成3-溴-2氧代丙酸苯基乙基酯1的同样条件成功制备了11，为黄色液体，产率为60％。¹HNMR(400MHz,CDCl₃):δ6.64(s,1H),5.35-5.08(m,1H),1.36-1.34(d,J＝1.6Hz,6H).¹³CNMR(100MHz,CDCl₃)δ178.50,157.53,72.58,38.74,21.48；IR(KBr,cm-1):υ1651,1399,1150,672。

实施例11，化合物11，3,3,-二溴-2氧代丙酸叔丁酯的合成

往硫酸镁(489.6mg,4.07mmol)的无水二氯甲烷(4mL)浑浊液中加入浓硫酸(43μL,0.81mmol)，室温搅拌半小时后，分别加入3-溴丙酮酸(200mg,0.81mmol)和叔丁醇(0.3mL,3.25mmol)。反应在室温下进行，反应进程用TLC监测。反应结束后，反应液用二氯甲烷稀释，用铺有硅藻土的漏斗减压过滤，滤液用饱和的食盐水洗涤以除去过量的3,3-二溴丙酮酸，然后用无水硫酸钠干燥，最后减压蒸除溶剂，真空干燥得到化合物11，为黄色液体，反应产率为42.3％。¹HNMR(400MHz,CDCl₃):δ6.64(s,1H),1.58(s,9H)。

实施例12，化合物12，3,3,-二溴-2氧代丙酸环己酯的合成

采用合成3,3,-二溴-2氧代丙酸叔丁酯的同样条件成功制备了化合物12，为黄色液体，反应产率为61.8％。¹HNMR(400MHz,CDCl₃):δ7.40-7.33(m,10H),7.00(s,1H),4.33(s,2H)。¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ6.65(s,1H),4.16(s,1H),1.99-1.86(m,3H),1.84-1.72(m,3H),1.48-1.27(m,4H)。

实施例13，化合物13，3,3,-二溴-2氧代丙酸2-丁酯的合成

采用合成3,3,-二溴-2氧代丙酸叔丁酯的同样条件成功制备了化合物13，为黄色液体，反应产率为61.8％。¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ6.66(s,1H),5.07(dd,J＝12.6,6.3Hz,1H),1.80-1.70(m,2H),1.36-1.34(d,J＝6.3Hz,3H),0.97-0.94(t,J＝9.2Hz,3H).

实施例14，化合物14，3,3,-二溴-2氧代丙酸二苯甲酯的合成

采用合成3,3,-二溴-2氧代丙酸叔丁酯的同样条件成功制备了化合物14，为白色固体，反应产率为40％.¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ7.56-7.21(m,10H),6.96(s,1H),5.95(s,1H)。

实施例15，化合物15，3,3,-二溴-2氧代丙酸-1-苯基乙基酯的合成

采用合成3,3,-二溴-2氧代丙酸叔丁酯的同样条件成功制备了化合物15，为白色固体，反应产率为56％。¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ7.38-7.24(m,4H),6.57(s,1H),6.03-5.95(m,1H),1.63(d,J＝6.6Hz,3H)。

实施例16，化合物16，3,3,-二溴-2氧代丙酸金刚烷酯的合成

采用合成3,3,-二溴-2氧代丙酸叔丁酯的同样条件成功制备了化合物16，为白色固体，反应产率为52％。¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ5.85(s,1H),2.23-2.22(m,3H),2.18-2.17(m,5H),1.69-1.68(m,5H),1.55(s,2H).

实施例17效果

通过进行3种癌细胞的细胞实验，统计药效效果，如下所示。

以上表格证明，本发明提供的化合物效果非常好，该类化合物对人结肠癌细胞、人胃癌细胞、白血病细胞有较强的杀伤作用，显著诱导癌细胞凋亡。