摘要
阿魏酸(ferulic acid,FA)是一种含酚羟基的苯丙素类天然产物,药理活性广泛,对于阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)具有一定疗效。以FA为原料,通过甲酯化对羧基进行保护,拼接氨基甲酸酯活性官能团,水解反应以及酰胺缩合等4步反应首次合成一系列阿魏酸氨基甲酸酯苯胺衍生物,采用Ellman法对FA衍生物进行体外抑制胆碱酯酶活性评价。共设计合成15个新颖的FA衍生物,结构
阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)作为最常见的老年痴呆类型,目前还没有特效药。尽管关于AD发病机制有多种学说,但其治疗药物仍以乙酰胆碱酯酶抑制剂(ACEI)为主,但是,由于ACEI类药物对肝脏具有毒性,对心血管和胃肠道不良反应,因此,从天然产物中寻找抗AD新药是近年来药学研究的热点。
在神经系统中发现了两种类型的胆碱酯酶,即乙酰胆碱酯酶(AChE)和丁酰胆碱酯酶(BuChE)。在相同条件下,AChE的乙酰胆碱水解活性比BuChE高1 × 1
阿魏酸(ferulic acid,FA)是一种含酚羟基的苯丙素类天然产物,药理活性广泛,具有抗炎、抗氧化、抑制Aβ聚集等功

Figure 1 Structure of ferulic acid(FA) and ristigmine
FA由于其血脑屏障(BBB)渗透性差和生物利用度低,在治疗AD方面受到了限制。Puris
针对AD的药物在开发上的主要障碍是几乎所有的大分子药物和98%以上的小分子药物不能穿过BB
本课题以FA为底物,其结构中具有酚羟基和羧基两个活泼位点,针对这两个位点进行结构改造设计了一系列阿魏酸衍生物,将氨基甲酸酯基团拼接在FA酚羟基端,各类苯胺基团拼接在羧基端,这类化合物可能解决了FA血脑屏障渗透性差和生物利用度低的缺点,并可能提高抗胆碱酯酶活性。
FA衍生物的制备如路线1所示。首先将FA羧基甲酯化以保护羧基,然后将不同的氨基甲酸基团接合在酚羟基端,随后水解暴露羧基,最终羧基与苯胺缩合形成15个新化合物5a ~ 5o。

Scheme 1 Synthesis of FA derivatives
a: CH3OH, H2SO4, reflux, 3 h; b: K2CO3, aceton, reflux, 3 h; c: LiOH·H2O, THF, CH3OH, H2O, r.t., 24 h; d: HATU, DIPEA, r.t., 2 h
NMR Avance-300MHz核磁共振仪(德国Bruker公司);ESI-MS质谱仪(美国Angilent公司);RT-6000全自动酶标仪(深圳雷杜医疗器械有限公司)。
乙酰胆碱酯酶(AChE)、丁酰胆碱酯酶(BuChE)、5,5'-二硫代双(2-硝基苯甲酸)(DTNB)、碘化乙酰胆碱(ATCI)、碘化硫代丁酰胆碱(BTCI)以及阳性药多奈哌齐(Donepezil)均购自美国Sigma-Aldrich公司;DMSO(国药集团化学试剂有限公司);硅胶GF254薄层预制板(青岛海洋化工厂);柱色谱硅胶(上海谱振生物科技有限公司)。其余所有试剂均为市售化学或分析纯,一般均不经纯化处理直接使用。
缓冲液A:Tris-HCl缓冲液;缓冲液B:PBS缓冲液;现配现用。
(E)-3-(4-羟基-3-乙氧基苯基)丙烯酸甲酯(2)在100 mL茄形瓶中加入FA 3 g(15.5 mmol),用甲醇30 mL溶解,缓慢加入浓硫酸1.2 mL(22.5 mmol),加毕,体系升温至70 ℃反应3 h。反应完毕,减压浓缩后用10% NaOH调节pH至7,加入乙酸乙酯萃取,用水洗涤,有机相用无水Na2SO4干燥后减压浓缩得到黄色油状物3.1 g,产率97%
化合物2(1 g,4.8 mmol)加入适量丙酮溶解后加入相应酰氯和K2CO3,反应体系升温至60 ℃,搅拌回流7 h,冷却至室温后过滤,滤饼用乙酸乙酯洗涤.滤液减压浓缩至干后加入乙酸乙酯溶解,用水洗涤,合并有机相,无水Na2SO4干燥后减压浓缩得到化合物。
(E)-3-(4-((二甲基氨基甲酰基)氧基)-3-甲氧基苯基)丙烯酸甲酯(3a) 黄色晶体;产率64.9%;mp:127 ~ 129 ℃
(E)-3-(4-((乙基(甲基)氨基甲酰基)氧基)-3-甲氧基苯基)丙烯酸甲酯(3b) 白色固体;产率62.3%;mp:83 ~ 85 ℃
(E)-3-(4-((二乙基氨基甲酰基)氧基)-3-甲氧基苯基)丙烯酸甲酯(3c) 黄色晶体;产率63.4%;mp:59 ~ 61 ℃
在THF-MeOH-H2O(15∶5∶5) 25 mL的混合溶液中,加入化合物(3a ~ 3c)以及3倍当量LiOH·H2O,室温搅拌24 h,减压去除溶剂后,用水30 mL稀释残渣,再用10%的HCl调节pH至4,用乙酸乙酯萃取(3 × 15 mL),将有机层合并,用无水Na2SO4干燥,减压浓缩得到相应的产物(4a ~ 4c)。
(E)-3-(4-((二甲基氨基甲酰基)氧基)-3-甲氧基苯基)丙烯酸(4a) 白色粉末;产率75.5%;mp:201 ~ 202 ℃
(E)-3-(4-((乙基(甲基)氨基甲酰基)氧基)-3-甲氧基苯基)丙烯酸(4b) 白色固体;产率78%;mp:126 ~ 128 ℃
(E)-3-(4-((二乙基氨基甲酰基)氧基)-3-甲氧基苯基)丙烯酸(4c) 白色固体;产率76%;mp:126 ~ 127 ℃
在50 mL茄型瓶中加入化合物(4a ~ 4c) 0.2 mol、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯(HATU)(1.2 eq)和N,N-二异丙基乙胺(DIEPA)(2 eq),搅拌15 min后加入相应苯胺(0.2 mol),室温下反应2 h,点板检测反应完毕后,用石油醚-丙酮(105∶30)进行柱色谱分离纯化。
(E)-2-甲氧基-4-(3-氧代-3-(苯基氨基)-1-丙烯基)苯基二甲基氨基甲酸酯(5a) 白色固体;产率46.2%;mp:178 ~ 180 ℃
(E)-4-(3-(((4-氯苯基)氨基)-3-氧代-1-丙烯基)-2-甲氧基苯基二甲基氨基甲酸酯(5b) 白色固体;产率60.7%;mp:164 ~ 166 ℃
(E)-2-甲氧基-4-(3-(((4-硝基苯基)氨基)-3-氧代-1-丙烯基)苯基二甲基氨基甲酸(5c) 黄色粉末;产率44.8%;mp:168 ~ 169 ℃
(E)-4-(3-(((2-溴苯基)氨基)-3-氧代-1-丙烯基)-2-甲氧基苯基二甲基氨基甲酸酯(5d) 白色粉末;产率37.5%;mp:175 ~ 176 ℃
(E)-4-(3-(((2-氟苯基)氨基)-3-氧代-1-丙烯基)-2-甲氧基苯基二甲基氨基甲酸酯(5e) 白色粉末;产率74.1%;mp:174 ~ 175 ℃
(E)-2-甲氧基-4-(3-氧代-3-(苯基氨基)-1-丙烯基)苯基乙基(甲基)氨基甲酸酯(5f) 白色油状;产率64%
(E)-4-(3-(((2-氟苯基)氨基)-3-氧代-1-丙烯基)-2-甲氧基苯基乙基(甲基)氨基甲酸酯(5g) 白色油状;产率55.6%
(E)-4-(3-(((2-溴苯基)氨基)-3-氧代-1-丙烯基)-2-甲氧基苯基乙基(甲基)氨基甲酸酯(5h) 白色粉末;产率77.4%;mp:141 ~ 142 ℃
(E)-4-(3-(((2-氯苯基)氨基)-3-氧代-1-丙烯基)-2-甲氧基苯基乙基(甲基)氨基甲酸酯(5i) 白色油状;产率64.2%
(E)-2-甲氧基-4-(3-(((4-硝基苯基)氨基)-3-氧代-1-丙烯基)苯基乙基(甲基)氨基甲酸酯(5j) 黄色粉末;产率57.1%;mp:77 ~ 79 ℃
(E)-2-甲氧基-4-(3-氧代-3-(苯基氨基)-1-丙烯基)苯基二乙基氨基甲酸酯(5k) 淡黄色固体;产率88%;mp:140 ~ 142 ℃
(E)-4-(3-(((2-氯苯基)氨基)-3-氧代-1-丙烯基)-2-甲氧基苯基二乙基氨基甲酸酯(5l) 白色粉末;产率51.9%;mp:124 ~ 125 ℃
(E)-2-甲氧基-4-(3-((4-硝基苯基)氨基)-3-氧代-1-丙烯基)苯基二乙基氨基甲酸酯(5m) 黄色粉末;产率42.9%;mp:125 ~ 126 ℃
(E)-4-(3-(((2-溴苯基)氨基)-3-氧代-1-丙烯基)-2-甲氧基苯基二乙基氨基甲酸酯(5n) 白色固体;产率58.1%;mp:100 ~ 102 ℃
(E)-4-(3-(((2-氟苯基)氨基)-3-氧代-1-丙烯基)-2-甲氧基苯基二乙基氨基甲酸酯(5o) 白色油状;产率50%
采用Ellman法对化合物进行乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶活性测试,基本原理如下:AChE催化人工合成底物碘化硫代乙酰胆碱水解生成含巯基的化合物,含巯基化合物可与5-5′-二硫代(2-硝基苯甲酸)(DTNB)反应,导致其二硫键断裂而使无色DTNB转变成黄色的5-硫基-2-硝基苯甲酸(TNB)。TNB在波长412 nm左右最大吸收,而DTNB在此处无吸收,因此可通过测定TNB在412 nm处的吸收度来计算巯基化合物的量,其含量与AChE的活力在一定范围内成正比。因此,测定酶反应后于412 nm 处即可测定酶的活力。丁酰胆碱酯酶原理同乙酰胆碱酯酶,底物由碘化硫代乙酰胆碱替换为碘化硫代丁酰胆碱。
乙酰胆碱酯酶抑制活性测试方法如下:将化合物溶解于DMSO中,配制成初浓度为10 mmol/L的母液,用缓冲液B稀释至所需浓度,控制所配制溶液中DMSO含量低于1%。依次在96孔板中加入:PBS 120 μL,AChE(0.1 U/mL,缓冲液A配制) 20 μL和不同浓度的化合物20 μL;37 ℃下孵育6 min,快速加入DTNB 20 μL和ATCI(缓冲液B配制) 20 μL,37 ℃下孵育30 min。在412 nm下测定吸收度。
丁酰胆碱酯酶测试方法类似于乙酰胆碱酯酶,依次在96孔板中加入:PBS 120 μL,BuChE(0.1 U/mL) 20 μL和不同浓度的化合物20 μL;37 ℃下孵育6 min,快速加入DTNB 20 μL和BTCI(缓冲液B配制) 20 μL,37 ℃下孵育30 min。在412 nm下测定吸收度。
本研究以FA为原料,先通过甲酯化对羧基进行保护,在酚羟基一侧引入3种不同的氨基甲酸酯基团后,水解掉甲基,再在FA的酚羟基处引入脂溶性的苯胺,共设计合成15个FA衍生物5a ~ 5o。
对这15个化合物进行乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶活性测试,5a ~ 5o表现出不同程度的胆碱酯酶抑制作用。通过
本研究为FA衍生物的合成提供了理论基础,有关活性化合物的抗AD机制研究正在进行中。
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