[[alternative]]Structure-activity relationship study of 2-styrylchromones targeting carcinoma cell lines

碩士[[abstract]]本論文是延續本實驗室先前的研究(EJMC, 2009, 44(6), 2552-2562)，都是合成2-苯乙烯色素母酮衍生物並作一系列的抗癌實驗。起先本論文是著重在2-苯乙烯色素母酮B環結構的改變，接著固定B環改變A環結構。根據先前所述，我們利用三個步驟合成2-苯乙烯色素母酮衍生物52a-q，並將這17個化合物進行一系列的抗癌細胞增生實驗(表2-5)。 有趣的是化合物52d (4’-methoxy group)、52l (3’,4’-difluoro group)、52q (3’,4’,5’-trimethoxy group)都有不錯的抗癌細胞增生效果，其GI50介在2到23μΜ之間。由於52q (3’,4’,5’-trimethoxy group)對AGS(胃癌細胞)擁有高度的選擇性及抑制性，故我們將B環固定為3’,4’,5’-三甲氧基(3’,4’,5’-trimethoxy group)，接著改變A環上甲氧基(methoxy group)取代基的位置，合成出2-苯乙烯色素母酮衍生物 52r-v，其衍生物在AGS細胞的抗癌細胞增生活性GI50值介於1.3到24μΜ之間。另外，我們將 52q 到 52v 的結構利用三溴化硼(boron tribromide，BBr3)作去甲基化反應(demethylation)得到多重羥基(polyhydroxyl group)衍生物 55a-e，但令我們驚訝的是 55a-e 在抗癌細胞增生實驗中其對所有的癌細胞完全沒有任何抑制生長能力。 總結以上結果，可證明2-苯乙烯色素母酮衍生物之所以有抗癌細胞增生活性的原因是2-苯乙烯色素母酮衍生物與癌細胞作用時會產生有利的立體電子效應(stereoelectronic effects)和疏水性(hydrophobicity)基團帶來適當的活性。[[abstract]]Previously, we have synthesized a series of 2-styrylchromones that exhibited anticancer effect against carcinoma cells (EJMC, 2009, 44(6), 2552-2562). In this study, we initially focused on the structural modific- ations on B-ring while A-ring was free of substitution. The synthetic route of 2-styrylchromones was carried out in three steps that afforded 52a-q based on the abovementioned work. With seventeen analogs in hand, we examined their growth inhibition on a panel of carcinoma cell lines. Interestingly, 52d, 52l and 52q bearing 4’-methoxy, 3’,4’-difluoro and 3’,4’,5’-trimethoxy groups showed superior antiproliferative effect against all cell lines with GI50 values between 2 to 23μM. Due to the higher sensitivity of AGS in response to 52q-mediated growth inhibition, the 3’,4’,5’-trimethoxy groups on B-ring of 52q were remained while A-ring was modified with methoxy groups at different positions that obtained with 52r-v. All analogs exhibited antiproliferative effect against AGS cell line with GI50 values of 1.3 to 24 μM. Further demethylation of 52q to 52v mediated by boron tribromide (BBr3) afforded polyhydro- xyl derivatives 55a–e. To our surprise, none of them exhibited growth inhibitory effect against all cell lines. In summary, we demonstrated that the antiproliferative effect induced by 2-styrylchromes may be attribute- able to stereoelectronic effects as well as hydrophobicity for appropriate activity.[[tableofcontents]]目錄................................................... I 圖表目錄.....................................................VI 第一章 緒論.............................................1 1-1 色素母酮化合物的簡介................................4 1-2 已知色素母酮化合物藥理活性的概述....................6 1-3 2-苯乙烯色素母酮的簡介.............................8 1-4 2-苯乙烯色素母酮的合成探討........................10 1-4-1 貝克-文卡塔拉曼重排反應(Baker-Venkataraman rearran- gement)..........................................13 1-4-2 阿蘭-羅賓遜反應..................................15 1-4-3 羥醛縮合反應/氧化環化反應(Aldol condensation / oxidative cyclization)...........................16 1-4-4 分子內的維蒂希反應(intramolecular Wittig reaction)........................................17 1-4-5 2-甲基色素母酮/苯甲醛化合物縮合反應(2- methylchromone / benzaldehyde condensation)......19 1-4-6 炔屬酮類環化反應(cyclization of acetylenic ketones).........................................23 1-5 癌細胞簡介........................................26 1-5-1 胃癌細胞(gastric cancer cell)簡介................26 1-5-2 AGS胃癌細胞簡介.................................28 1-5-3 前列腺癌(prostate carcinoma cell)簡介...........29 1-5-4 PC-3前列腺癌簡介................................30 1-5-5 乳癌(breast carcinoma cell)的簡介...............31 1-5-6 BT-483子宮頸上皮癌細胞簡介......................32 1-5-7 肝癌(hepatocellular carcinoma)簡介..............33 1-5-8 SK-HEP-1肝臟癌細胞簡介..........................34 1-5-9 肺癌(lung cancer)簡介...........................35 1-5-10 NCI-H460非小細胞肺癌細胞株簡介.................38 1-5-11 大腸癌(colon cancer cell)簡介..................39 1-5-12 SW620大腸癌細胞簡介............................40 1-5-13 子宮頸癌細胞(cervical cancer cell)簡介.........41 1-5-14 HeLa子宮頸上皮癌細胞簡介.......................42 1-5-15 卵巢癌(ovarian cancer)的簡介...................43 1-6 細胞毒殺測試.......................................44 1-7 2-苯乙烯色素母酮衍生物細胞毒殺測試相關文獻........47 1-8 研究動機與目的.....................................50 第二章 結果與討論......................................51 2-1 2-苯乙烯色素母酮(2-styrylchromone)衍生物之合成....51 2-2 2-苯乙烯色素母酮衍生物抑制癌細胞生長之構效關係....67 2-2-1 2-苯乙烯色素母酮衍生物52a-q抑制胃癌細胞(AGS)生長之構 效關係..........................................69 2-2-2 2-苯乙烯色素母酮衍生物52a-q抑制子宮頸上皮癌細胞(HeLa Cell)生長之構效關係.............................70 2-2-3 2-苯乙烯色素母酮衍生物52a-q抑制卵巢癌細胞生長之構效關 係..............................................71 2-2-4 2-苯乙烯色素母酮衍生物52a-q抑制肝臟癌細胞株生長之構效 關係............................................73 2-2-5 2-苯乙烯色素母酮衍生物52a-q抑制非小細胞肺癌細胞株生長 之構效關係......................................73 2-2-6 2-苯乙烯色素母酮衍生物52q-v抑制上述四種癌細胞生長之構 效關係..........................................76 2-2-7 2-苯乙烯色素母酮衍生物55a-e抑制上述七種癌細胞生長之構 效關係..........................................78 2-3 結論...............................................79 第三章 實驗、儀器與藥品................................84 3-1 實驗基本條件.......................................84 3-2 反應溶劑乾燥方法...................................84 3-3實驗儀器與測試方法..................................85 3-4 實驗藥品...........................................89 3-5 反應條件及實驗步驟.................................91 附錄一 參考資料.......................................120 附錄二 光譜資料.......................................127 圖表目錄 Figure 1-1 1-benzopyran-4-one 1及Flavonoids 2a-2c的化學結構 ..... 5 Figure 1-2 Flavopiridol、Rohitukine的化學結構 ................................. 7 Figure 1-3 2-styrylchromone及Hormothamnione、6-Desmethoxyh- ormothamnione的化學結構 ................................................ 8 Figure 1-4 5-Fluorouracil和Epirubicin、Cisplatin、Mitomycin-C、Levamisole、Leucovorin、Etoposide的化學結構 .......... 27 Figure 1-5 Cyclophosphamide、Doxorubicin、Docetaxel的化學結構 ........................................................................................ 32 Figure 1-6 Cisplatin、Carboplatin、Gemcitabine、Docetaxel、Vinorelbine、Paclitaxel、Etoposide、Topotecan、Irinotecan的化學結構 ....................................................... 37 Figure 1-7 WST-1細胞毒殺分析法 ..................................................... 45 Figure 1-8 LDH細胞毒殺分析法 ........................................................ 46 Figure 1-9 螢光細胞毒殺分析法 .......................................................... 46 VII Figure 1-10 2-苯乙烯色素母酮衍生物47a-m .................................... 47 Figure 2-1 固定2-苯乙烯色素母酮衍生物B環為推電子3,4,5-三甲氧基時的最佳化結構 .................................................... 80 Figure 2-2 固定2-苯乙烯色素母酮衍生物A環為推電子5-甲氧基及B環為推電子3,4,5-三甲氧基時的最佳化結構 ......... 81 Figure 2-3 乙烯基有存在的必要，2-苯乙烯色素母酮衍生物的最佳化結構 ............................................................................ 82 Figure 2-4 2-苯乙烯色素母酮衍生物的最佳化結構 .......................... 82 Scheme 1-1 利用阿蘭-羅賓遜縮合反應合成2-苯乙烯色素母酮 ....... 10 Scheme 1-2 利用阿蘭-羅賓遜縮合反應合成2-苯乙烯色素母酮的作用機制(路徑一) .............................................................. 11 VII Figure 1-10 2-苯乙烯色素母酮衍生物47a-m .................................... 47 Figure 2-1 固定2-苯乙烯色素母酮衍生物B環為推電子3,4,5-三甲氧基時的最佳化結構 .................................................... 80 Figure 2-2 固定2-苯乙烯色素母酮衍生物A環為推電子5-甲氧基及B環為推電子3,4,5-三甲氧基時的最佳化結構 ......... 81 Figure 2-3 乙烯基有存在的必要，2-苯乙烯色素母酮衍生物的最佳化結構 ............................................................................ 82 Figure 2-4 2-苯乙烯色素母酮衍生物的最佳化結構 .......................... 82 Scheme 1-1 利用阿蘭-羅賓遜縮合反應合成2-苯乙烯色素母酮 ....... 10 Scheme 1-2 利用阿蘭-羅賓遜縮合反應合成2-苯乙烯色素母酮的作用機制(路徑一) .............................................................. 11 Scheme 1-3利用阿蘭-羅賓遜縮合反應合成2-苯乙烯色素母酮的作用機制(路徑二) .................................................................. 11 Scheme 1-4 利用羥醛縮合反應合成2-苯乙烯色素母酮 ..................... 12 Scheme 1-5 利用羥醛縮合反應合成2-苯乙烯色素母酮的作用機制 . 12 VIII Scheme 1-6 利用貝克-文卡塔拉曼重排反應合成2-苯乙烯色素母酮 ........................................................................................ 14 Scheme 1-7 利用貝克-文卡塔拉曼重排反應合成2-苯乙烯色素母酮的作用機制 .................................................................... 14 Scheme 1-8 利用阿蘭-羅賓遜反應合成2-苯乙烯色素母酮 ............... 15 Scheme 1-9 利用羥醛縮合反應/氧化環化反應合成2-苯乙烯色素母酮 .................................................................................... 16 Scheme 1-10 利用羥醛縮合反應/氧化環化反應合成2-苯乙烯色素母酮的作用機制 ................................................................ 17 Scheme 1-11 利用分子內的維蒂希反應合成2-苯乙烯色素母酮 ....... 18 Scheme 1-12 利用分子內的維蒂希反應合成2-苯乙烯色素母酮的作用機制 ............................................................................ 18 Scheme 1-13 利用2-甲基色素母酮合成2-苯乙烯色素母酮 .............. 20 Scheme 1-14 利用2-甲基色素母酮合成2-苯乙烯色素母酮的作用機制 .................................................................................... 20 Scheme 1-15 利用苯甲醛化合物縮合反應合成2-苯乙烯色素母酮 ... 22 Scheme 1-16 利用苯甲醛化合物縮合反應合成2-苯乙烯色素母酮的作用機制 ........................................................................ 22 Scheme 1-17 利用炔屬酮類環化反應合成2-苯乙烯色素母酮 ........... 23 Scheme 1-18 利用炔屬酮類環化反應合成2-苯乙烯色素母酮的作用機制 ................................................................................ 24 Scheme 1-19 利用貝克-文卡塔拉曼重排反應合成2-苯乙烯色素母酮 ........................................................................................ 25 Scheme 2-1 2-苯乙烯色素母酮衍生物的全合成路徑 ........................ 52 Scheme 2-2 2-甲基-5,7-二甲氧基色素母酮的逆合成分析 ................ 52 Scheme 2-3 2’,4’,6’-三羥基苯乙酮甲基化反應 .................................. 52 Scheme 2-4 利用克萊森反應合成2-羥基-5,7-二甲氧基苯乙酮 ....... 53 Scheme 2-5 利用克萊森反應合成2-羥基-5,7-二甲氧基苯乙酮 ....... 54 Scheme 2-6 利用克萊森反應合成2-羥基-5,7-二甲氧基苯乙酮的作用機制 ............................................................................ 54 Scheme 2-7 利用羥醛縮合反應合成2-苯乙烯色素母酮的衍生物 ... 55 Scheme 2-8 利用羥醛縮合反應合成2-苯乙烯色素母酮的衍生物的反應機制 ........................................................................ 56 Scheme 2-9 利用博-克反應2-苯乙烯色素母酮衍生物去甲基化反應 ........................................................................................ 57 Scheme 2-10 2-苯乙烯色素母酮進行氫化反應 .................................. 59 Scheme 2-11 2-苯乙烯色素母酮衍生物52a-q的合成路徑 .............. 59 Scheme 2-12 2-苯乙烯色素母酮52r-v的合成路徑 ........................... 62 Scheme 2-13 2-苯乙烯色素母酮52q-v還原成55a-e的合成路徑 ... 65 Scheme 3-2 中間產物51a-f化合物的備製 ......................................... 92 Scheme 3-3 2-苯乙烯色素母酮衍生物52a-v化合物的備製 ............ 93 Scheme 3-4 2-苯乙烯色素母酮衍生物55a-e化合物的備製 ............. 97 Scheme 3-5 2-苯乙烯色素母酮衍生物56化合物的備製 .................. 98 Table 1-1 AGS細胞株基本資料 .......................................................... 28 Table 1-2 PC-3細胞株基本資料 .......................................................... 30 XI Table 1-3 BT-483細胞株基本資料 ..................................................... 32 Table 1-4 SK-HEP-1細胞株基本資料................................................. 34 Table 1-5 NCI-H460細胞株基本資料 ................................................. 38 Table 1-6 SW620細胞株基本資料 ...................................................... 40 Table 1-7 HeLa細胞株基本資料 ......................................................... 42 Table 1-8 2-苯乙烯色素母酮衍生物47a-m細胞毒殺測詴 ............... 48 Table 2-1 2-苯乙烯色素母酮52a-q的化學結構 ................................ 61 Table 2-2 起始物苯乙酮化合物48a-f及甲基化49a-e的化學結構 . 63 Table 2-3 2-苯乙烯色素母酮52r-v的化學結構 ................................ 64 Table 2-4 2-苯乙烯色素母酮55a-e的化學結構 ................................ 66 Table 2-5 2-苯乙烯色素母酮衍生物52a-q生物測詴活性 ................ 68 Table 2-6 2-苯乙烯色素母酮衍生物52q與56生物測詴活性 ......... 75 Table 2-7 2-苯乙烯色素母酮衍生物52q-v生物測詴活性 ................ 77 Table 2-8 2-苯乙烯色素母酮衍生物55a-e生物測詴活性 ................ 78 Table 3-1 備製2-苯乙烯色素母酮衍生物所使用的苯乙酮化合物及苯甲醛化合物(續一) ...................................................... 93 Table 3-1 備製2-苯乙烯色素母酮衍生物所使用的苯乙酮化合物及苯甲醛化合物(續二) ...................................................... 94 Table 3-1 備製2-苯乙烯色素母酮衍生物所使用的苯乙酮化合物及苯甲醛化合物(續三) ...................................................... 95 Table 3-1 備製2-苯乙烯色素母酮衍生物所使用的苯乙酮化合物及苯甲醛化合物(續四) ...................................................... 96 Table 3-2 備製2-苯乙烯色素母酮衍生物55a-e所使用的52q-v化合物 .................................................................................... 97 Table 3-3 備製2-苯乙烯色素母酮衍生物56 ..................................... 98 XIII 光譜目錄 附圖1. 化合物49a之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ........................... 127 附圖2. 化合物49a之13C NMR (75 MHz, CDCl3) ............................ 128 附圖3. 化合物49b之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ........................... 129 附圖4. 化合物49b之13C NMR (75 MHz, CDCl3) ............................ 130 附圖5. 化合物49c之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ............................ 131 附圖6. 化合物49c之13C NMR (75 MHz, CDCl3)............................. 132 附圖7. 化合物49d之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ........................... 133 附圖8. 化合物49d之13C NMR (75 MHz, CDCl3) ............................ 134 附圖9. 化合物49e之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ............................ 135 附圖10. 化合物49e之13C NMR (75 MHz, CDCl3)........................... 136 附圖11. 化合物51a之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ......................... 137 附圖12. 化合物51a之13C NMR (75 MHz, CDCl3) .......................... 138 附圖13. 化合物51b之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ......................... 139 附圖14. 化合物51b之13C NMR (75 MHz, CDCl3) .......................... 140 附圖15. 化合物51c之1H NMR (300 MHz, CDCl3) .......................... 141 附圖16. 化合物51c之13C NMR (75 MHz, CDCl3)........................... 142 附圖17. 化合物51d之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ......................... 143 附圖18. 化合物51d之13C NMR (75 MHz, CDCl3) .......................... 144 附圖19. 化合物51e之1H NMR (300 MHz, CDCl3) .......................... 145 附圖20. 化合物51e之13C NMR (75 MHz, CDCl3)........................... 146 附圖21. 化合物51f之1H NMR (300 MHz, CDCl3) .......................... 147 附圖22. 化合物51f之13C NMR (75 MHz, CDCl3) ........................... 148 附圖23. 化合物52a之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ......................... 149 附圖24. 化合物52a之13C NMR (75 MHz, CDCl3) .......................... 150 附圖25. 化合物52b之1H NMR(300 MHz, CDCl3) .......................... 151 附圖26. 化合物52b之13C NMR (75 MHz, CDCl3) .......................... 152 附圖27. 化合物52c之1H NMR (300 MHz, CDCl3) .......................... 153 XV 附圖28. 化合物52c之13C NMR (75 MHz, CDCl3)........................... 154 附圖29. 化合物52d之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ......................... 155 附圖30. 化合物52d之13C NMR (75 MHz, CDCl3) .......................... 156 附圖31. 化合物52e之1H NMR (300 MHz, CDCl3) .......................... 157 附圖32. 化合物52e之13C NMR (75 MHz, CDCl3)........................... 158 附圖33. 化合物52f之1H NMR (300 MHz, CDCl3) .......................... 159 附圖34. 化合物52f之13C NMR (75 MHz, CDCl3) ........................... 160 附圖35. 化合物52g之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ......................... 161 附圖36. 化合物52g之13C NMR (75 MHz, CDCl3) .......................... 162 附圖37. 化合物52h之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ......................... 163 附圖38. 化合物52h之13C NMR (75 MHz, CDCl3) .......................... 164 附圖39. 化合物52i之1H NMR (300 MHz, CDCl3) .......................... 165 附圖40. 化合物52i之13C NMR (75 MHz, CDCl3) ........................... 166 附圖41. 化合物52j之1H NMR (300 MHz, CDCl3) .......................... 167 附圖42. 化合物52j之13C NMR (75 MHz, CDCl3) ........................... 168 附圖43. 化合物52k之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ......................... 169 附圖44. 化合物52k之13C NMR (75 MHz, CDCl3) .......................... 170 附圖45. 化合物52l之1H NMR (300 MHz, CDCl3) .......................... 171 附圖46. 化合物52l之13C NMR (75 MHz, CDCl3) ........................... 172 附圖47. 化合物52m之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ........................ 173 附圖48. 化合物52m之13C NMR (75 MHz, CDCl3) ......................... 174 附圖49. 化合物52n之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ......................... 175 附圖50. 化合物52n之13C NMR (75 MHz, CDCl3) .......................... 176 附圖51. 化合物52p之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ......................... 177 附圖52. 化合物52p之13C NMR (75 MHz, CDCl3) .......................... 178 附圖53. 化合物52q之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ......................... 179 附圖54. 化合物52q之13C NMR (75 MHz, CDCl3) .......................... 180 附圖55. 化合物52r之1H NMR (300 MHz, CDCl3) .......................... 181 XVII 附圖56. 化合物52r之13C NMR (75 MHz, CDCl3)........................... 182 附圖57. 化合物52s之1H NMR (300 MHz, CDCl3) .......................... 183 附圖58. 化合物52s之13C NMR (75 MHz, CDCl3) ........................... 184 附圖59. 化合物52t之1H NMR (300 MHz, CDCl3) .......................... 185 附圖60. 化合物52t之13C NMR (75 MHz, CDCl3) ........................... 186 附圖61. 化合物52u之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ......................... 187 附圖62. 化合物52u之13C NMR (75 MHz, CDCl3) .......................... 188 附圖63. 化合物52v之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ......................... 189 附圖64. 化合物52v之13C NMR (75 MHz, CDCl3) .......................... 190 附圖65. 化合物55a之1H NMR (300 MHz, d6 –DMSO) .................. 191 附圖66. 化合物55a之13C NMR (75 MHz, d6 –DMSO) ................... 192 附圖67. 化合物55b之1H NMR (300 MHz, d6 –DMSO) .................. 193 附圖68. 化合物55b之13C NMR (75 MHz, d6 –DMSO) ................... 194 附圖69. 化合物55c之1H NMR (300 MHz, d6 –DMSO) ................... 195 附圖70. 化合物55c之13C NMR (75 MHz, d6 –DMSO) .................... 196 附圖71. 化合物55d之1H NMR (300 MHz, d6 –DMSO) .................. 197 附圖72. 化合物55d之13C NMR (75 MHz, d6 –DMSO) ................... 198 附圖73. 化合物55e之1H NMR (300 MHz, d6 –DMSO) ................... 199 附圖74. 化合物55e之13C NMR (75 MHz, d6 –DMSO) .................... 200 附圖75. 化合物56之1H NMR (300 MHz, CDCl3) ........................... 201 附圖76. 化合物56之13C NMR (75 MHz, CDCl3) ............................ 202[[note]]學號: 697160165, 學年度: 9