专利名称：一类喜树硷衍生物及制备方法
技术领域：
本发明涉及一类喜树碱衍生物，这类衍生物用碳酸酯或羰酸酯来稳定喜树碱的内酯环结构，提高喜树碱类药物在生物体内的稳定性，从而提高喜树碱类化合物的抗肿瘤活性。
自1985年发现喜树碱是拓扑异构酶I的专一抑制剂后，对喜树碱进行了大量的衍生物研究，其目的为提高其水溶性和提高活性以及降低毒性。并取得了很大的成绩，有两个新药进入了临床应用，它们是Topotecan、Irinotecan，另外在中国10-羟基喜树碱也进入了临床应用，并且具有良好的疗效。但是，这些药物在临床上应用效果并不理想，和临床前在老鼠身上的效果相比有很大的差别，其主要原因是在喜树碱结构中E环的内酯结构是抗肿瘤活性所必须的。在临床前试验时，由于老鼠血液的PH值为6.8，喜树碱大部分是以内酯环结构存在的，大约有85％为内酯环结构。而人体的生理条件下，PH为7.4左右，在这种条件下，喜树碱大部分将以开环形式存在的，这就造成了临床上喜树碱的治疗效果和临床前研究时有很大的差别。例如在9-硝基喜树碱的研究中发现，内酯环和20位的α羟基结构是喜树碱及其衍生物保持抗癌活性所必须的，而该内酯环在人血浆里的水解开环速度较小鼠等动物快了许多，导致在人体的抗癌活性较低。所有的裸鼠人癌模型对9-硝基喜树碱均有100％的反应；而卵巢癌病人对9-硝基喜树碱只有15％的反应率。通过药代动力学研究揭示了其中原因在血药浓度曲线下面积(AUC)中，闭环形式的9-硝基喜树碱在人身上仅为3％，在小鼠身上则高达50％。而常用的抗肿瘤药物Topotecan在人体中也有60％以开环形式存在的。上述发现表明，延长喜树碱类化合物在人体循环系统内保持内酯环的稳定性是提高其疗效的关键措施。通过在20位的α羟基形成羧酸酯可以达到稳定内酯环的目的。如U.S.Pat.No.4,943,579和U.S.Pat.No.5,646,159，在该位置上引入不同的氨基酸形成羧酸酯；U.S.Pat.No 5,731,316在喜树碱和9-硝基喜树碱的20位羟基上引入酯肪酸酯，得到的衍生物大辐度地提高了喜树碱和9-硝基喜树碱在人体血清中的内酯环的稳定性，如9-硝基喜树碱在人体血清中1小时后，只有7.0％是以内酯环的形式存在的，而其丁酸酯则以97％的内酯环形式存在的。再如U.S.Pat.No.6,228,855，则引入带芳香环羧酸形成羧酸酯，同样也可提高内酯环的稳定性。
本发明目的是寻找一类对喜树碱内酯环具有稳定作用的喜树碱衍生物，内酯环的稳定可增加其水溶性，并使该类喜树碱衍生物的抗肿瘤活性提高并降低它的毒副作用。
本发明的另一目的是提供该类喜树碱衍生物的制备方法。
本发明提供了五类不同取代基的喜树碱衍生物，这些化合物的20位为羟基的碳酸酯或羰酸酯，阻止喜树碱内酯环的开环，经药理筛选，这些化合物比母体化合物具有更好的抗肿瘤活性，毒副作用较小，同时这类喜树碱衍生物在人体吸收度更好。
本发明喜树碱衍生物的结构通式如下 或 其中R1为H、C1-C3烷基R2为H、NO2R3，R4为C1-C22的直链或含有支链的烷基；含有一个或多个双键，含有一个或多个三键的烷基；含有一个或一个至6个羟基的烷基，含有各种取得基或无取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4还为无取代或含有各种取代基的杂环基团。
在有关喜树碱的代谢研究中发现，在人体血清中只有开环的羧酸的钠盐存在，而开环的代谢产物没有抗肿瘤活性，而且具有毒性；在药代动力学的研究中发现，喜树碱衍生物在人体血浆中的内酯环半衰期仅为30分钟，人体在使用喜树碱后，在很短的时间内药物将失去90％的抗肿瘤活性。
喜树碱在人体血浆中的不稳定性是由于人体血浆的PH值为7.4，在此条件下，内酯环很容易开环。本发明为稳定内酯环的稳定性，将喜树碱类的化合物的20位羟基转化为其的酯化物，或者转化为它们的碳酸酯化合物。这些酯化物或碳酸酯化合物具有稳定内酯环结构的特点，对与一些酯溶性的酯化物和碳酸酯化物，和快速进入人体血液中。如将水溶性基团引入到上述的酯化基团上，如引入多个羟基，可提高喜树碱类化合物的水溶性，进行注射应用。
在人体内部含有各种酯肪酶，它们可以将这些羧酸酯和碳酸酯转化为母体化合物，由于这些羧酸酯和碳酸酯在人体内可顺速吸收，因此这种方式可避免喜树碱类化合物在人体血液中的开环滞留。
为减少喜树碱类化合物的毒性，提高其活性，本发明合成的一系列的衍生物如下第一类化合物为10-羟基喜树碱(HCPT)和10-羟基-7-取代喜树碱(SN)的双酯类化合物，具有如下结构 其中R1为H、C1-C3；R2为H；R3、R4为C1-C22的直链或含有支链的烷基；含有一个或多个双键，含有一个或多个三键的烷基；含有一个或一个至6个羟基的烷基，含有各种取得基或无取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4还为无取代或含有各种取代基的杂环基团。
第二类化合物为喜树碱(CPT)或9一硝基喜树碱(NCPT)的20位羟基的碳酸酯，具有以下结构 其中R2为H，或NO2，R4为C1-C22的直链或含有支链的烷基；含有一个或多个双键，含有一个或多个三键的烷基；含有一个或1-6个羟基的烷基，含有各种取代基或无取代基的芳香基，如苯基，萘基；R4还为无取代或含有各种取代基的杂环基团。
第三类化合物为10-羟基喜树碱和10-羟基-7-取代喜树碱的双碳酸酯类化合物，具有以下结构 其中R1＝H、C1-C3烷基；R3，R4为C1-C22的直链或含有支链的烷基，含有一个或多个双键，含有一个或多个三键的烷基；含有一个或1-6个羟基的烷基，含有各种取代基或无取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4还为无取代或含有各种取代基的杂环基团。
本发明中第四类化合物为抗肿瘤喜树碱衍生物7-取代-10-羟基喜树碱的双碳酸酯，具体结构如下 其中R1为H、C1-C3烷基；R3和R4和第三类化合物中所表述相同。
本发明中第五类化合物为7-取代-10-羟基喜树碱的双羧酸酯，具体结构如下 其中R1为H、C1-C3烷基；R3和R4与第一类化合物中所示的相同。
第一类衍生物为10-羟基喜树碱的双酯化衍生物。10-羟基喜树碱为喜树碱的一个合成衍生物，在喜树的果实中也有极微量的存在。10-羟基喜树碱具有很好的抗肿瘤活性，毒性较小，在中国临床上有很广泛的应用。为稳定其内酯环的稳定性，将其酯化，得到其双酯化合物，具体结构如下 其中R1、R2为H；R3、R4为C1-C22的直链或含支链的烷基；含有一个或多个双键，含有一个或多个三键的烷基；含有一个或1-6个羟基的烷基，含有各种取代基或无取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4还为无取代或含有各种取代基的杂环基团。
酯化反应可以使用相应的酸酐，酰氯等酰化剂进行；也可以利用相应的羧酸化合物在活化剂如DDC，CDI等进行酯化反应。喜树碱和9-硝基喜树碱为水不溶性化合物，其中9-硝基喜树碱为正在临床研究的化合物，但临床效果并不理想，其主要原因就是9-硝基喜树碱在人体血清中的稳定性不好。为提高稳定性，U.S.Pat.No5,731,316和U.S.Pat.No.6,228,855中分别制备了它们的酯肪组羧酸酯化合物和芳香族羧酸酯化合物，具有很好的活性。在本发明中是制备的第二类化合物中，制备了喜树碱和9-硝基喜树碱的碳酸酯类化合物，碳酸酯和羧酸酯相比，具有相同的稳定内酯环作用。而且碳酸酯的稳定性要比羧酸酯高。碳酸酯在体内同样可以被酯肪酶水解。第二类化合物具有以下的结构 其中R2为H或NO2；R4为C1-C22的直链或含有支链的烷基；含有一个或多个双键，含有一个或多个三键的烷基；含有一个或1-6个羟基的烷基，含有各种取得基或无取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4还为无取代或含有各种取代基的杂环基团。
上述碳酸酯的制备有两种方法，一是采用氯甲酸酯类和喜树碱或9-硝基喜树碱反应。另一种方法是将喜树碱或9-硝基喜树碱和光气或三光气反应，生成相应的氯甲酸酯，然后和相应的醇反应得到产物，此种方法对制备比较复杂的水溶性衍生物特别有用。
在本发明中，10-羟基喜树碱的20位羟基和10位的酚羟基同时可制备相应的碳酸酯，得到第三类化合物，具体结构如下 其中R1为H、C1-C3烷基；R3、R4为C1-C22的直链或含有支链的烷基，含有一个或多个双键，含有一个或多个三键的烷基；含有一个或1-6羟基的烷基，含有各种取得基或无取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4还为无取代或含有各种取代基的杂环基团。
上述化合物的合成方法可和第二类化合物的合成相同。
7-取代-10-羟基喜树碱，当7位被乙基取代则为7-乙基-10-羟基喜树碱，化合物称为SN-38，是喜树碱的一个半合成衍生物，具有很好的抗肿瘤活性，其水溶性前药Irinotecan是现在临床应用最多的喜树碱类药物。为提高其内酯环的稳定性，本发明的第四类化合物中制备的其比碳酸酯类化合物，具体结构如下 其中R1为H、C1-C3烷基；R3和R4和第三类化合物中所表述相同。制备方法也和第三类化合物相同本发明在第五类化合物中制备了7-取代10-羟基喜树碱的双羧酸酯类化合物，具体结构如下 其中R1为H、C1-C3烷基；R3、R4和第一类化合物中所示的相同。其制备方法的第一类化合物相同。
上述化合物进行生物活性测试，具体方法如下活性测试选用18-22克雌性KM小鼠及生长良好的7-11天的S-180瘤种，将瘤组织制成细胞悬液，接种在小鼠右侧腋部皮下，约2.5*106细胞/只，接种24小时后随机分笼，腹腔给药，按不同剂量给药7天，停药24小时处死动物，称体重，瘤重，计算各组平均瘤重，按下列公式求出肿瘤抑制率。
肿瘤抑制率＝{[(空白瘤重/治疗瘤重)]/空白瘤重}*100化合物 剂量动物数体重瘤重 抑制率mg/Kg 开始 结束 开始 结束 x±SD ％给药方式NS-- 202021.0 28.1 2.04±0.71I.pNCPT-16 8 8 21.0 15.6 0.16±0.10 92.2 I.pNCPT 2 8 2 20.6 24 I.pHCPT 2 8 8 20.8 19.8 0.64±0.47 68.6 I.pCPT-E16 8 8 20.8 24.1 0.19±0.11 90.7 I.pHCPTE-1 4 8 8 21.0 26.5 1.63±1.09 20.1 I.pHCPTE-1 6 8 8 21.0 21.6 0.80±0.52 60.8 I.p5-Fu 25 101020.8 23.6 0.44±0.34 78.4 I.p药理试验证实上述羧酸酯和碳酯在人体血浆中具有良好的稳定性。这些化合物具有良好的体内抗肿瘤活性。其中下述化合物对老鼠移植肿瘤具有很好的活性。例如下述化合物在4mg/1kg条件下，对肿瘤的抑制率为35％以上。
上述羧酸酯化合物和碳酸衍生物可以口服，注射，局部给药的方式进行肿瘤治疗。上述羧酸酯化物和碳酸酯衍生物可用于各种肿瘤，包括实体瘤和非实体瘤的制备。
本发明具有下列的有益效果1.本发明的喜树碱衍生物对喜树碱的内酯环起到稳定作用，使其在血液中保持内酯环的稳定，不易被打开，从而提高其抗肿瘤活性。
2.本发明的喜树碱衍生物引入了水溶性基团，提高了喜树碱化合物的水溶性，使其能给药更为方便。
3.本发明的喜树碱衍生物由于使内酯环稳定在血液中不易被打开，故它的毒性较小，因为内酯环的开环化合物没有抗肿瘤活性，而具有毒性。
H-NMR(CDCl3)8.39(1H，s)，8.21(1H，d)，7.97(1H，d)，7.86(1H，t)，7.66(1H，t)，7.40(1H，s)，5.70(1H，d)，5.38(1H，d)，5.21(2H，s)，3.88(2H，dt)，2.12-2.37(2H，m)，1.98(1H，m)，1.12(2H，t)，0.97(6H，t)；EI-MS(m/z)448。
H-NMR(CDCl3)8.42(1H，s)，8.25(1H，d)，7.96(1H，d)，7.85(1H，t)，7.68(1H，t)，7.38(1H，s)，5.70(1H，d)，5.39(1H，d)，5.30(2H，s)，4.18(2H，m)，2.12-2.37(2H，m)，1.98(1H，m)，1.14(2H，t)，0.98(3H，t)；EI-MS(m/z)420。
H-NMR(CDCl3)8.41(1H，s)，8.27(1H，d)，7.95(1H，d)，7.86(1H，t)，.67(1H，t)，7.36(1H，s)，5.71(1H，d)，5.38(1H，d)，5.31(2H，s)，4.10(2H，m)，2.12-2.37(2H，m)，1.62(2H，m)，1.40(2H，m)，1.01(3H，t)，0.90(3H，t)；EI-MS(m/z)448。
EI-MS(m/z)506
H-NMR(CDCl3)9.29(1H，s)，8.55(1H，d)，8.47(1H，d)，7.93(1H，t)，7.36(1H，s)，5.69(1H，d)，5.42(1H，d)，5.38(2H，s)，3.91(2H，m)，3.32(1H，m)，3.19(1H，m)，2.05(1H，m)，1.01(3H，t)，0.94(6H，t)；EI-MS(m/z)493。
H-NMR(CDCl3)9.28(1H，s)，8.55(1H，d)，8.47(1H，d)，7.95(1H，t)，7.35(1H，s)，5.67(1H，d)，5.41(1H，d)，5.36(2H，s)，4.35(2H，t)，2.05-2.40(2H，m)，1.44(3H，t)，0.96(3H，t)；EI-MS(m/z)465。
20-正丁烷氧酰基-9-硝基喜树碱(NCPT-3)硝基喜树碱100mg悬浮于10mL无水二氯甲烷中，加入无水吡啶2mL后，在冰水浴冷却下，加入氯甲酸乙酯0.5mL，室温搅拌10小时后，反应混合物用30mL二氯甲烷稀释，依此用水，稀盐酸，水，饱合氯化钠溶液洗涤，无水硫酸镁干燥，硅胶柱层析，二氯甲烷/丙酮(10∶1)洗脱，得淡黄色固体110mg。
H-NMR(CDCl3)9.28(1H，s)，8.53(1H，d)，8.48(1H，d)，7.93(1H，t)，7.35(1H，s)，5.69(1H，d)，5.43(1H，d)，5.38(2H，s)，4.12(2H，m)，2.05-2.37(2H，m)，1.66(2H，m)，1.40(2H，m)，1.03(3H，t)，0.92(6H，t)；EI-MS(m/z)493。
HNMR(CDCl3)8.36(1H，s)，8.24(1H，d)，7.79(1H，d)，7.67(1H，dd)，7.33(1H，s)，5.68(1H，d)，5.38(1H，d)，5.29(2H，s)，4.10(2H，d)，3.90(2H，m)，1.95-2.19(6H，m)，0.95-1.95(15H，m)；EI-MS(m/z)564。
EI-MS(m/z)592
10-乙酰氧基-20-乙酰基喜树碱EI-MS(m/z)44810-乙酰氧基喜树碱EI-MS(m/z)406
10-丙酰氧基喜树碱EI-MS(m/z)42010-丙酰氧基-20-乙酰基喜树碱EI-MS(m/z)476。实施例1610-己酰氧基喜树碱和10-己酰氧基-20-己酰基喜树碱100mg喜树碱悬浮于10mL二氯甲烷中，加入2ml三乙胺，加入己酰氯0.5mL，室温反应24小时。水洗后，硅胶柱层析，得10-己酰氧基喜树碱53mg和10-己酰氧基-20-己酰基喜树碱55mg。
10-己酰氧基喜树碱EI-MS(m/z)46210-己酰氧基-20-己酰基喜树碱EI-MS(m/z)560
权利要求
1.一类结构式如下的喜树碱衍生物 或 其中R1为H、C1-C3烷基R2为H、NO2R3、R4为H、C1-C22的直链或含支链的烷基；含有一个或多个双键，含有一个或多个三键的烷基个双键；含有一个或1-6个羟基的烷基，含有各种取代基或无取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4还为无取代或含有各种取代基的杂环基团。
2.根椐权利要求1所述的喜树碱衍生物，其特征在于当R1、R2为H时R3、R4为C1-C22的直链或含支链的烷基；含有一个或多个双键，含有一个或多个三键的烷基个双键；含有一个或1-6个羟基的烷基，含有各种取代基或无取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4还为无取代或含有各种取代基的杂环基团的羧酸酯。
3.根椐权利要求1所述的喜树碱衍生物，其特征在于当R1、R2为H时R3、R4为C1-C22的直链或含支链的烷基；含有一个或多个双键，含有一个或多个三键的烷基个双键；含有一个或1-6个羟基的烷基，含有各种取代基或无取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4还为无取代或含有各种取代基的杂环基团碳酸酯。
4.根椐权利要求1所述的喜树碱衍生物，其特征在于当R1为C1-C3烷基、R2为H时R3、R4为C1-C22的直链或含支链的烷基；含有一个或多个双键，含有一个或多个三键的烷基个双键；含有一个或1-6个羟基的烷基，含有各种取代基或无取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4还为无取代或含有各种取代基的杂环基团碳酸酯。
5.根椐权利要求1所述的喜树碱衍生物，其特征在于当R1为H、R2为NO2、R3为H时R4为C1-C22的直链或含支链的烷基；含有一个或多个双键，含有一个或多个三键的烷基个双键；含有一个或1-6个羟基的烷基，含有各种取代基或无取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4还为无取代或含有各种取代基的杂环基团碳酸酯。
6.根椐权利要求1所述的喜树碱衍生物，其特征在于当R1为C1-C3烷基、R2为H时R3、R4为H、C1-C22的直链或含支链的烷基；含有一个或多个双键，含有一个或多个三键的烷基个双键；含有一个或1-6个羟基的烷基，含有各种取代基或无取代基的芳香基，如苯基，萘基；R3和R4还为无取代或含有各种取代基的杂环基团羰酸酯。
7.如权利要求1所述的喜树碱衍生物的制备方法，其特征在于喜树碱衍生物通过酯化反应或通过碳酸酯反应获得。
8.根椐权利要求7所述喜树碱衍生物的制备方法，其特征在于喜树碱衍生物酯化反应，应用相应的酸酐、酰氯作为酰化剂进行酯化反应或应用相应的羧酸化合物在DDC、CDI的催化剂作用下进行酯化反应。
9.根椐权利要求1所述喜树碱衍生物，其特征在于碳酸酯反应采用氯甲酸酯类和喜树碱衍生物反应或喜树碱衍生物和光气或三光气反应，生成相应的氯甲酸酯，再与相应的醇反应获得碳酸酯产物。
全文摘要
本发明提供一类用碳酸酯或羧酸酯来稳定喜树硷内酯环的衍生物。由于该类衍生物的内酯环稳定，从而增加其水溶性，提高了抗肿瘤的生物活性和降低了毒副作用。它的结构通式如(1)或(2)。
文档编号C07D491/22GK1465577SQ02112268
公开日2004年1月7日 申请日期2002年6月27日 优先权日2002年6月27日
发明者吕伟, 朱勤, 潘俊芳, 蔡俊超, 丁健, 吕 伟 申请人:中国科学院上海药物研究所, 上海华拓医药科技发展有限公司