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吡唑类稠环化合物的合成研究进展

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2010年第l7卷第3期 化工生产与技术 Chemical Production and Technology ·37· 吡唑类稠环化合物的合成研究进展 陈 霄 沈妍彦 胡维波 钟为慧 (浙江工业大学药学院,杭州310014) 摘要以与吡唑环构成稠环的杂(苯)环的大小以及含氮原子数目来分类,叙述了各种吡 唑类稠环化合物的最新合成研究进展,评述了各种合成方法的优缺点。研究表明.吡唑类 稠环化合物具有除草、抗茵、抗病毒、抗肿瘤、抗血栓、抗抑郁、抗疟疾等生物活性,在农药、 医药领域中有广泛的应用.是2l世纪新药创制的重要方向之一。 关键词吡唑;稠环;生物活性;合成;进展 中图分类号TQ252.1 文献标识码A DOI 10.3969/i.issn.1006—6829.2010.03.00l1 近年来,吡唑类稠环化合物因具有高效、低毒、 1 双环吡唑稠环类的合成 结构多样性和广泛的生物活性.而越来越受到医药 双环吡唑稠环类化合物主要有『5,5卜吡唑稠环 化学工作者的高度重视I1J。含吡唑结构的化合物普 和[5,6卜吡唑稠环化合物,下面以稠环中所含氮原子 遍具有良好的除草活性,而吡唑稠环类化合物结构 数递增的顺序依次介绍这2类化合物。 中更多杂环的引入表现出更高的活性。如2007年 1.1 『5,51_吡唑稠环 由Boyer等人合成的吡唑稠环类化合物的抗菌活 1.1.1 环戊烷并c1吡唑类 性,是普通吡唑类化合物的4倍[21。不仅如此,吡唑 取代Ⅳ一烷醇系列化合物在非对映选择性合成 稠环类化合物还可以作为除草剂、抗菌剂、抑制剂、 化合物中具有重要应用前景。尤其是与吡唑稠环结 抗肿瘤及抗血栓药等广泛应用于农药、医药中,在治 合的Ⅳ_烷醇系列化合物,易与金属离子生成络合 疗肿瘤、癌症、哮喘病、神经性疾病、骨骼疏松症和老 物,可以用于更多复杂化合物的合成。Tkachev等人 年痴呆症等方面也有很好的疗效[ 。Th一2选择免疫 报道了由光学活性的2一乙酰环戊酮与多种不同取 反应抑制剂和环氧化酶抑制剂就是这样一类以吡唑 代肼反应,生成1,4,5,6一四氢环戊二烯并『c]吡唑类 稠环为母核的、具有较高生物活性的化合物[71。 衍生物的方法[8]: N 随着化学家们对吡唑类稠环化合物的深入研 。H H。 究,也发现了很多不同种类、结构的吡唑稠环化合 H .H 物。根据已有的研究报道,以与吡唑环组成稠环的 杂(苯)环数目来分类,可分为含吡唑结构的双环稠 环化合物、多环稠环化合物2大类。其中,人们对含 86% 有双环吡唑稠环化合物的研究较多,也合成了很多 由取代肼和二酮反应构建吡唑骨架.是合成吡 新的具有良好生物活性的化合物;多环吡唑稠环化 唑环的较普遍的方法,操作简便且收率较高,具有良 合物由于其结构相对复杂,关于此类化合物的合成 好的应用前景。 研究报道并不多。在吡唑双环稠环化合物中,如果 1.1-2 吡唑并嘿唑类 与吡唑环相连的杂环为五元环,本文称为[5,5卜吡唑 嗯唑类化合物具有一定的抗菌活性,在与吡唑 稠环,类似的有[5,6卜吡唑稠环。下面对吡唑类稠环 环结合之后拓宽了其活性范围[91。目前,对于吡唑并 化合物的合成进展情况作一综述。 嗯唑类化合物的报道较少。2004年.Townes等人以 通讯联系人。E-mail:pharmlab@zjut.edu.cn 收稿日期:2010—03—24 38. 陈霄等 吡唑类稠环化合物的合成研究进展 综述 取代吡唑酮为原料,室温下与1,2一二溴乙烷、氢化 钠混合于 Ⅳ一二甲基甲酰胺(DMF)中反应,得到 2,3一二氢ptL ̄[5,1—6]嗯唑类衍生物,并对其进行活 H2NoC u H2SO4 NH3,0℃ N一、N 』L 回流训 15min H 性测试㈣。反应式为: F F B r(CH2)2Br NaH、DMF 5 h SMe e 44% 研究表明.该类化合物可作为潜在的TNF一0c (Tumor necrosis factor— )抑制剂。在此方法中,以毗 唑为母环进行稠合,反应条件温和、原料易得,但其 收率较低,仅为44%。 1.1.3吡咯并吡唑类 吡咯并『3,2一c1吡唑类化合物,被认为是一类结 构复杂且具有芳稠环生物活性的化合物。Anizon等 人报道了3一甲基一l一(吡啶一2一基)一l,4一二氢吡咯 [3,2一c]吡唑的合成方法l111。将2一乙酰基吡咯和2~肼 基吡啶混合加热,缩合制得腙类中间体后,高温下发 生分子内环化,生成3一甲基一1一(吡啶一2一基)一1,4~二 氢吡略f3,2一cl毗唑,收率为40%,反应条件较为苛 刻,不适于大规模生产。反应式为: N/NH2 丛 160℃,24 h H l H zL^J -L ,j 11 94% 4% 1.1.4咪唑并吡唑类 Bruno等人报道了一种2 3一二氢一1H一咪唑 【l,2—6】毗唑的合成方法㈣。腈基吡唑类化合物碱性 水解为酰胺,然后在酸催化下发生重排、关环,生成 2一苯基一2,3一二氢一1 一咪唑并[1,2一b]吡唑一7一甲酰 胺,是一类具有趋药性的化合物。该路线反应条件温 和,但反应收率都不高,还有待进一步优化。反应式为: NaO H HO\ 回流,2 h C I c6H5 65% c 41% 1.1.5吡唑并吡唑类 以3,5一二甲基一4一氨基吡唑为原料。在乙酸中 进行重氮化反应,随后发生分子内热重排环合反应, 得到1日,4日一3一甲基吡唑[4,3一c]并吡唑类化合物【l3】。 反应原料易得、操作简便、环合反应收率较好,但中 间体重氮盐收率较低,导致总收率不高。反应式为: NaNO ̄,AcOH O~5℃。4 h H N H 78% 1.1.6 吡唑并三唑类 将硫代卡巴肼和丙酸回流反应,制得3一巯基一 4一氨基一5一乙基一4 一1,2,4一三唑类化合物,再与 一 溴苯乙酮反应,生成i1,2,4]三唑并[3,4—6】[1,3,4】噻二 嗪类化合物。最后在醋酸酐和硼氢化钠存在下,发生 脱硫缩环反应,生成1 一吡唑并【5,l—C】【1,2,4]三唑 类化合物㈣: 人S  c2H5C02H NH 面、流 0 NH 回流,4 h N-N H nsc N 回流, 1 h ul,t5c 2 2010年第17卷第3期 化工生产与技术 Chemical Production and Technology ·39· 此方法是对Bailey等的合成1 一吡唑并[5,1一C] 【1,2,41- ̄唑类化合物方法的优化,具有路线短、操作 方便、适用面宽等优点【l51。 1.2 f5,6卜吡唑稠环 1.2.1 吲哚类 + 11 NaH/THF 0℃~室温/9 h 2)PTSA/C6H6 回流,l2 h 吲哚衍生物一直受到了人们较多的关注。最初, 人们尝试用炔基重氮盐制备吲哚类化合物。实验表 明,反应的生成物为[6,6]稠环,而不是吲哚所具有的 [5,6]稠环结构。Fedenok等报道了由炔基重氮盐快速 MeS ∞高效地合成吲哚衍生物的方法,并指明,反应最终能 否生成[5,6]稠环结构,主要取决于炔键上连接的取 代基是否能形成共轭体系【l61。反应式为: Q OMe 85% Barcelo等人报道了以l,3一环己二酮类衍生物 为原料,在/、『,Ⅳ一二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基缩醛 (2一脱氧麦根酸,DMA)中转化为氨基酮,与二盐酸 肼在氢氧化钠存在下,经过Michael加成一消除反 应,生成6,7一二氢一1 一吲哚一4(5H)一酮类化合物【 71: DM DMA, THF 踟℃,3 h. 95% NH2NH2‘2HC1, NaOH MeOH, 8O cI=. 4 tL 70% o N Ma3 H 。 些吲哚类化合物被证实具有明显的抗HIV 活性,化合物l一『3一(-甲氨基)一丙基卜5一甲基一3一苯 基一l 一吲哚(FS一32)是一种潜在的抗抑郁药。Ila和 Junjappa等报道了一种[3+31 ̄JII成反应制备吲哚衍 生物的方法,以Ot一羰基二硫缩醛与吡唑衍生物为原 料,生成/3, 一不饱和酮类中间体后,经芳构化制备 吲哚衍生物,但反应耗时且收率不 81。反应式为: 等报道了吡喃并【2,3一c】吡唑类化合物的合成方法, 在三乙胺存在下,一锅法制备吡喃并[2,3一c]吡唑类 +CH2(CHN)2+bO N二 89% Shaabani等则以环己基异腈、取代炔和甲基吡 唑酮为原料,无催化剂条件下,室温下发生分子间环 合反应,高收率地得到吡喃并[2,3-一c】吡唑类化合物12Ol。 反应式为: C’ CO M …+ N L CH3CN + + O 12 h79% 。 CO,M 2Me N 2种合成方法具有原料易得、操作简单、收率较 高等优点。 .40. 1.2.3吡唑并吡啶类 陈 霄等 吡唑类稠环化合物的合成研究进展 综述 报道了以5,6一二氢吡啶一2(1 一酮为底物,在碱催化 吡唑并毗啶是人们研究相对较多的一类吡唑稠 下与取代肼反应,生成具有吗啉结构的中间体,然后 在酸催化下发生芳构化反应,最终得到7一氧代一 4,5,6,7一四氢一1H一吡唑并[3,4一c】吡啶 。反应式为: 环化合物,可作为糖原合酶激酶一3(GSK一3)、细胞周 期依赖性激酶(Cyclin—dependent kinase,CDKs)的抑 制剂[211。 3一氨基一1H一吡唑并『4,3一c]pl ̄啶一4(5H)一酮类化 合物是一类具有潜在药理活性的杂环化合物。尤其 是其重排产物,可与激酶发生拮抗作用,满足ATP 要求。Smyth等人报道了以4一甲硫基一2(1H)一吡啶酮 N + H 为原料,经间氯过氧苯甲酸(m—CPBA)氧化后成为 更好的离去基团,有利于与苯肼发生SNAr取代反 应,最后经酸催化环合,生成3一氨基一1H一吡唑并 f4,3一c】吡啶一4(5 一酮类化合物,收率较高,具有较 好的应用前景[221。反应式为: m一( BA EtOH -—-——-—-——-·———,■ Ph 回流,24 h H 82% PhNHNH2,i-PrOH P 回流,2 h H 85% HC1 回流,3 h 90% 3,6一二取代一1 一吡唑并f3,4~61吡啶衍生物由于 其具有良好的抗病毒性,而在药物合成中广受关注。 Zhong等报道了以2,6一二氟一3一羰基吡啶类化合物 与叔丁基硫醇经过双S Ar反应以及与肼的成环反 应之后,一锅法制备3,6一二取代一1日一吡唑并『3,4一b1 毗啶的方法(231。反应式为: Br Br F 该方法能够快速、高效地制备吡唑并[3,4一b],lt 啶类化合物,且反应试剂易得,具有良好的应用前景。 血栓类疾病如今已较为普遍,含吡唑并[3,4一c】 吡啶母核的化合物具有较好的抗血栓活性。Qiao等 H 礤t o ℃N ,OMe o 41% 。= a 通过该方法制备稠环化合物反应周期较长。且 收率不高,不具备工业化前景。 1.2.4 吡唑并噻嗪类稠环类 取代吡唑并f4,5一e】【l,3]噻嗪衍生物是一类具有 生物活性的化合物,其中包括一定的杀菌、除草和植 物生长调节活性。以取代吡唑酰基异硫氰酸酯为原 料,与杂环胺反应,一步生成相应的关环产物㈣。反 应式为: № MeCN,回流 5 h.90% I H Ph 。 整个反应迅速,操作简单、收率良好,具有很好 的工业化前景。 1.2.5 吡唑并嘧啶类化合物 吡唑并嘧啶类化合物是一类具有广泛活性的化 合物,近年来对其研究也不断增加。 吡唑并[1,5一卅嘧啶类化合物,具有血管内皮生 长因子受体(vascular endothelial growth factor receptor. VEGFR)抑制活性,可用于治疗癌症。此外,还用作 促肾上腺皮质激素受体、雌性激素受体配体、催眠 药、激酶抑制剂等;生物活性主要表现在可作除草 剂、杀菌剂、植物生长调节剂等。 以丙二腈为原料.采用分步法或一锅法制备吡 唑并[1,5一。】嘧啶类化合物126-271。反应式分别为: 2010年第l7卷第3期 化工生产与技术 Chemical Production and Technology ·41· 1)CH(OC2H5)3,Ac2O /CN 回流2 h CN 2)NH2NH2。H2O 18 h H C1CH2COCH2CO2C2H5 H CN AcOH,回流4 h 7O% oH Cl H+ …。 H EtO,C I NH 68% 其中,分步法通过环化反应能够高效的合成目 标化合物,一锅法虽然操作简便、条件温和,但其收 率相对较低。Y  据报道,1H一吡唑并[4,3一胡嘧啶一7(6 一酮类化 合物是一类新的FXa抑制剂,具有抗血栓活性 -291。 由取代氨基吡唑.经重氮化反应后生成叠氮化合物, 同时将酯基水解后与氨基偶合,在氯化锡作用下脱 水,同时将腈基转化为酯基,与甲酸环合之后生成目 标产物——1Ⅳ一吡唑并[4,3一 嘧啶一7(6H)一酮类化 合物: 憾一 0 Br MeO M Me(9 其中,Y=H、F。此方法原料易得、操作简便,反应 条件温和,且能够高效地合成目标化合物,具有较好 的应用前景。 吡唑并[3,4一 嘧啶酮类衍生物是一类具有黄嘌 呤氧化酶抑制作用的化合物.由Robins于1986年 首次合成 。最近Gouda等报道了吡唑化合物在无 水DMF中与DMF—DMA进行环加成反应.生成相 应的吡唑并『3,4一棚嘧啶酮类衍生物的方法l3l1: DMF—DMA DMF AQ/ AQ 7O% AQ= U 反应由氨基吡唑为原料,一步合成吡唑并『3,4一 嘧啶酮稠环,且操作简便、收率较高,是一种具有 良好应用前景的合成方法。 1.2.6 吡唑并三嗪和吡唑并四嗪类稠环化合物 吡唑并三嗪[1,5一 [1,3,5卜4(3H)一酮类化合物不 仅本身可以做为药物,也是合成一些抗焦虑药物的 重要中间体。以5一氨基一4一对苯硫醚苯基一1H~吡唑 为起始原料,在酸性条件下,与4一取代一2,5一二酮派 嗪基亚胺乙酯类化合物进行亲核取代反应,得2一 (4一取代一2,5一二酮哌嗪基)一N—f(4一对苯硫醚苯基)一5 (1O3一吡唑基卜乙脒类似物,再与草酰氯在低温条件 下。以三乙胺为引发剂和缚酸剂.DMAP为缓释剂进 行关环反应.生成目标产物[321: R H, Ar MeCN,HOAc 32~56 h (COC12)3,DMAP, 一6o~一5 ℃, 5 8 h R~ 。辅N‘ 。、 42. 陈霄等 吡唑类稠环化合物的合成研究进展 综述 =O-s , R: N~ 该路线反应时间较长、条件苛刻,且收率中等。 氮杂去氮嘌呤类似物吡唑并[3,4一e卜1,2,3,4-1 ̄l 嗪类化合物具有重要的生理活性。以1一苯基一3~氨 基一5一吡唑酮为原料.分别与苯胺及其衍生物的重 氮盐进行偶合,制得4一苯偶氮吡唑衍生物,然后对 其进行重氮化和关环反应,生成2H一2一苯基一3~氧 代一5H一5一取代苯基吡唑并[3,4一e卜1,2,3,4一四嗪类化 合物【33】: H N N 0+ 一N2C I 95% Ph H N—_Ph NaN0 HC1.0℃ Ph 过夜 Ph Ph/N 0 86% 该方法步骤短,操作简单、高效,具有重要的工 业化前景。 1.2.7其他吡唑类稠环化合物 手性池是可作为制备手性化合物的起始原料的 类化合物,如萜类、氨基酸、糖类和生物碱等。在过 去的几十年里,由手性池制备手性化合物是一种主 要方法。但由手性池制备手性化合物存在的主要缺 陷,在于制备出的手性化合物不具有多官能团性质。 Moheni等报道了由苯腙与天然产物氧化单萜进行 环加成反应,以中等收率制得具有多官能团的手性 吡唑稠环化合物,可作为手性辅助试剂∞。反应式为: c aO2Me oH ; E 甲苯 + 。。。。。。。‘ ’。。。● NH 回流,48 h I Ph ㈣一顺式一马鞭草烯醇 Ph 47% 吡唑并『3,4一aT]一1,3,2一二氮磷杂六环一6一酮类衍 生物是一类具有抗癌及农药活性的杂环化合物。以 吡唑并『3,4一 嘧啶一6一酮为先导,以l一苯基一5一苯甲 胺基一4一(Ⅳ一甲基)吡唑甲酰胺为原料,与苯基二氯 化膦反应,然后加入三乙胺,放置过夜,即可制得吡 唑并【3,4一 一1,3,2一二氮磷杂六环一6一酮类化合物嗍: N/ P-R I Ph Ph CH2Ph. R=Ph,4一 。C6H4。 原料亲核性较差,所以导致了反应收率不高,且 取代基团越大越不利于反应的进行:但如果在苯基 二氯化磷中引入吸电子基的话.其亲电性增强。可提 高反应收率。 2多环吡唑稠环化合物 2.1 吡唑并喹啉酮类 吡唑并【3,4—6】喹啉类化合物具有多种生物和药 理活性,如杀菌活性、杀寄生虫活性,也可用作抗过 滤性病原体药、抗疟药、血管扩张剂和酶抑制剂等。 以芳醛、l。3一环己二酮、5一氨基一3一甲基一l一苯基吡 唑为原料.彼此交叉缩合,在室温条件下一锅法反 应,即可制备吡唑并[3,4—6】喹啉类化合物【蚓: 一  ̄ SDSH20 824h2010年第17卷第3期 化工生产与技术 Chemical Production and Technology ·43· 70%~9O% SDS为十二烷基硫酸钠。该方法不需要有机溶 剂,条件温和、环境友好,是一条制备吡唑并【3,4一b] 喹啉类化合物的简便方法。 2.2呋喃并吡啶并吡唑类化合物和茚并吡啶并吡 唑类 具有吡唑并吡啶母核结构的化合物引起了人们 越来越多的关注,它们可以做为HIV逆转录抑制 剂、CCR1拮抗剂和蛋白酶抑制剂.还具有抗菌活性。 Shi等报道了通过脯氨酸催化的一锅法分别合 成二氢呋喃并[3 ,4 :5,6]吡啶并[2,3一c】吡唑类化合物 和茚并[2 ,1 :5,6]吡啶并【2,3-c]n ̄,_g类化合物 : + I Ph Hu O蠢 N Ph CH0 L一脯氨酸 +一_| EtOH.80℃ Ph 0+l  O 0.5 1L 96% Ph 在反应过程中.醛与催化剂首先形成亚胺离子 中间体,之后继续与酮结合,脱去催化剂之后的中间 体与氨基吡唑生成加成物。经过分子内环合与脱水, 生成最终目标化合物。该方法高效、绿色,一锅法制 备具有很好的工业化前景。 2.3其他 取代苯并噻喃并[4,3一c1吡唑类化合物具有抑制 细胞生长的活性,可抑制肿瘤细胞生长,具有良好的 应用前景。Marini等报道了由取代二氢苯并噻喃一4一 酮类化合物与甲酸乙酯反应,生成相应烯醇,再与取 代肼反应,最终获得苯并噻喃并[4,3一c]吡 81: HCO.Et Me0lNa ● c。 甲苯 24h 一 PhNHNH ·HCl MeOH,回流 c 15 h 9l% 39% 但其成环反应收率不高,较难应用于工业化生产。 苯并二氢吡喃并[4,3,2一c 吡喃并[3,2 吲哚类 化合物具有吖啶酮生物碱类似结构,是一类对血癌 细胞具有细胞毒性的化合物。Marakos等人报道了 以吡喃并[2,3一C】占顿一7(3H)一酮类化合物为原料,在 经过取代反应之后与肼成环,制备苯并二氢吡喃并 [4,3,2一cdl吡喃并[3,2卅吲哚类稠环化合物 : 0 0H TNsC1,Na2CO3, 丙酮 一-I 回流 4h.89% 0 一H含厂—_\ N—N oH DMSO为二甲基亚砜,Ts为甲苯磺酰。 3 结束语 吡唑类稠环化合物在农药、医药领域有极为广 泛的应用。人们对[5,6]吡唑类稠环化合物有深人的 — ,  44· 陈霄等 毗唑类稠环化合物的合成研究进展 综述 研究,但对大环及多环稠环化合物的研究相对较少, 同时由于结构不稳定,因此【5,3]和【5,4】吡唑类稠环 f12】Bruno O,Brullo C,Bondavalli F.2一Phenyl-2,3-dihydro- IH—imidazo【1,2-b】pyrazole derivatives:New potent 化合物的合成报道极少,人们应该对这类化合物进 行大胆探索。在对新化合物进行探索的同时,应对有 重要生物活性的化合物的合成方法进行优化.寻找 inhibitors of FMLP-induced neutrophil chemotaxis【J]. 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