将分子杂交技术应用于设计一类新的cinnolino[3,4-a]carbazoles化合物，作为潜在的抗癌剂

《Tetrahedron》：Applying molecular hybridization to design a new class of cinnolino[3,4- a]carbazoles as potential anticancer agents

合成了一类新型cinnolino[3,4-a]carbazole化合物，通过重氮化反应实现高效制备。体外实验显示，化合物6b对HT29结肠癌细胞抑制最强（IC50=2.089 μmol/L），化合物6f对143B骨肉瘤细胞抑制效果最佳（IC50=2.056 μmol/L），证实该骨架具有潜在抗癌活性。

　　

连丽|刘璐|何白晨|罗娟|白琳娜|张志莉|唐强

中国重庆市医科大学药学院，实验室教学与管理中心

摘要

在本研究中，通过2-(2-氨基苯基)咔唑的简单高效重氮化反应，合成了一系列邻氨基[3,4-a]咔唑化合物，且产率优异。为了评估其体外抗癌潜力，对这些化合物对抗四种癌细胞系（HepG2（肝细胞癌）、NCI–H1688（肺癌）、HT29（结肠癌）和143B（骨肉瘤）的增殖活性进行了检测。在测试的化合物中，6b对HT29结肠癌细胞的抑制作用最强，IC₅₀值为2.089 μmol/L；而6f对143B骨肉瘤细胞的增殖抑制作用最强，IC₅₀值为2.056 μmol/L。这些体外抗癌活性结果表明，邻氨基[3,4-a]咔唑化合物具有进一步开发为潜在抗癌治疗剂的潜力。

引言

通过将两种生物活性化学结构融合来合理设计多环芳香杂环化合物，是药物开发中一种非常有效的策略[[1], [2], [3], [4]]。这种融合的药效团能够深入探索化学空间，最终产生具有推动治疗创新潜力的新化学实体[[3], [4], [5], [6], [7]]。

首先，含有邻氨基结构的化合物表现出广泛的药理活性，包括抗菌、抗真菌、抗疟疾、抗炎、镇痛和抗肿瘤作用（图1a）[[8], [9], [10], [11], [12], [13]]。简单的邻氨基衍生物西诺沙星（Cinoxacin）临床上用于治疗尿路感染[[14]]。与吡唑基团融合的邻氨基化合物具有优异的抗炎活性[[15,16]]，而与苯环融合的化合物则被开发成抗癌药物或抗帕金森病药物[[17]]。

另一方面，咔唑核在药物化学中作为一种多功能骨架，广泛应用于药物发现[[18], [19], [20], [21], [22]]。卡洛芬（Carprofen）因其镇痛和退热特性而长期作为兽医用药[[23]]。与吡啶[[24]]或喹啉[[25]]环融合的咔唑化合物具有抗肿瘤和抗艾滋病活性，或能抑制人类拓扑异构酶II的催化活性。米多斯塔林（Midostaurin）是一种含有吲哚-咔唑结构的FDA批准药物，用于治疗急性髓系白血病[[26,27]]。

因此，邻氨基和咔唑核都被认为是具有重要价值的结构，在生物学和医学的多个领域中都有广泛应用。通过采用分子杂交策略[[28], [29], [30], [31], [32]]，我们将这两种经过验证的药效团整合到一个统一的骨架中，构建了邻氨基[3,4-a]咔唑框架，这是一个全新的核心结构。据我们所知，这是首次报道该结构，其相关的药理性质尚未被探索，因此是一个前所未有的研究领域。该核心结构具有扩展的芳香系统、电子离域的中心氮原子以及良好的合成可行性。最初，使用四种癌细胞系（HepG2（肝细胞癌）、NCI–H1688（肺癌）、HT29（结肠癌）和143B（骨肉瘤）评估了33种化合物的抗肿瘤活性。

章节片段

化学

邻氨基及其衍生物的合成在文献中有大量报道[[33], [34], [35]]。在这里，我们描述了一种两步合成邻氨基[3,4-a]咔唑的方法，从市售的吲哚和α-卤代酮开始。在我们之前的工作中，我们发现吲哚在酸性条件下容易与α-卤代酮反应生成中间体2-(2-氨基苯基)咔唑[[36,37]]。基于这一发现，目标化合物得以成功制备。

结论

总结来说，我们设计了一种简洁的合成方法，用于合成结构新颖的邻氨基[3,4-a]咔唑，以市售的吲哚和α-卤代酮为起始材料。该过程包括生成2-(2-氨基苯基)咔唑中间体，随后进行经典的重氮化反应。这种合成方法具有步骤少、反应条件简单、无需金属催化剂以及高产率等优点。体外抗癌筛选表明，大多数邻氨基[3,4-a]咔唑化合物具有抗肿瘤活性。

通用化学方法

所有溶剂和试剂均从Adamas、Aldrich和Energy Chemical购买，除非需要进一步纯化（使用硅胶GF254板进行紫外检测的TLC），否则直接使用。¹H NMR、¹³C NMR和¹⁹F NMR光谱是在Bruker Avance III 600 MHz光谱仪上记录的。高分辨率质谱（HRMS）是在Thermo Fisher LTQ Orbitrap XL上记录的。

除非另有说明，否则...

CRediT作者贡献声明

连丽：研究工作。 刘璐：研究工作。 何白晨：撰写初稿、数据管理、概念构思。 罗娟：数据分析。 白琳娜：研究工作。 张志莉：数据管理。 唐强：撰写与编辑、撰写初稿、监督、研究工作、资金筹集、数据分析、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。

致谢

我们感谢重庆市基础与高级研究项目（CSTB2022NSCQ-MSX0847）的财政支持。