铁茂桥联核苷：合成、电化学性质以及抗锥虫和抗病毒活性研究

《Journal of Organometallic Chemistry》：Ferrocene bridged nucleosides: synthesis, electrochemistry, antitrypanosomal and antiviral activity studies

通过铜(I)-催化环化加成反应合成五种ferrocene修饰的 dinucleosides，电化学测试显示其具有类似ferrocene的可逆单电子氧化还原特性（E0≈+0.5 V vs. DmFc）。生物活性评估表明化合物1对非洲锥虫（GI50=42±5 μM）和HCoV-OC43冠状病毒（IC50=211±68 μM）具有中等抑制活性，其余化合物活性较弱。该研究拓展了有机金属核酸化合物的生物功能探索。

　　

Rafa? Karpowicz | Dietmar Steverding | Judith Füllborn-Ott | Ingo Ott | Sansthita Dhital | Tim Albrecht | Konrad Kowalski

波兰罗兹大学化学系有机化学教研室，Tamka 12，91-403 罗兹

摘要

通过铜(I)催化的叠氮化物-炔烃环加成反应，将1,1’-二丙炔基化铁茂衍生物与核苷或核苷碱基叠氮化物反应，合成了五种含有铁茂基的二核苷。循环伏安法测量表明，这些新合成的化合物可以在约+0.5 V的电位下发生可逆的一电子氧化-还原反应（相对于十甲基铁茂），因此其性质与铁茂相似。使用布鲁氏锥虫（Trypanosoma brucei）的血流形式进行抗锥虫活性评估时，除二腺苷化合物1外，其他化合物的活性均较低，其中1的IC₅₀值为42 ± 5 μM。同样，1对HCoV–OC43冠状病毒也表现出较低的活性，IC₅₀值为211 ± 68 μM。这种活性仅略高于二腺嘌呤（3）和胸腺嘧啶（4）二核苷。尽管缺乏强抗菌活性，但这些含铁茂基的二核苷为有机金属核酸组分这一不断发展的领域提供了新的知识。

引言

生物有机金属化合物已被证明具有抗癌[5, [6], [7], [8], [9], [10]、抗菌[4]、抗寄生虫[11]和抗病毒[12,13]活性。此外，生物有机金属化合物还可用于生物成像[14]和放射治疗[15]。特别是生物聚合物（如肽、蛋白质[16]和核酸[17]）的生物有机金属衍生物备受关注。 铁茂（FcH = Fe(η⁵–C₅H₅)₂是一种芳香夹心复合物，由于其多种物理化学特性，成为生物应用中最广泛研究的有机金属化合物[20,21]。例如，FcH及其许多衍生物具有抗氧气、防潮和耐高温的特性，因此可以安全处理而不会迅速分解。此外，FcH及其许多简单衍生物可以从商业渠道获得，从而缩短了复杂衍生物的合成时间。另一个优点是FcH可以通过多种有机反应进行功能化[18,19]。 将FcH基团与生物相关化合物和大分子连接可生成具有实用性质的衍生物。首先，其氧化还原活性（由于Fe²⁺的可逆氧化）使其适用于电化学研究和检测[22]。其次，它能够在癌细胞内产生活性氧（ROS），从而通过诱导凋亡和铁死亡来杀死癌细胞[20,21]。此外，铁茂衍生物的亲脂性增强以及其整体三维构象与有机同类物的差异也是其特点。 由于核酸及其组分在生物学上的重要性，它们长期以来一直被认为是Fc衍生物结合的理想配体[17,[21], [22], [23]。这类衍生物已被证明具有抗癌[21]、抗菌[24]和抗病毒[25]活性，或可作为电化学研究的工具[22]。此外，核酸及其组分可以通过多种方式发生铁茂化修饰。常用的修饰位点位于嘧啶的C5位和N3位[22,26,27]，而嘌呤[26,28]、(脱氧)核糖骨架[29]或磷酸二酯桥的铁茂化较为少见[30]。另一个有趣的例子是一种寡核苷酸，其中整个脱氧核糖骨架被适当修饰的铁茂单元取代，形成了DNA的有机金属结构类似物[31]。 铜(I)催化的Huisgen叠氮化物-炔烃1,3-偶极（3+2）环加成反应（CuAAC）以及无铜的环加成反应（统称为“click”反应或“click”化学[32]）在核酸化学中起着重要作用[33]。我们之前还采用了CuAAC和逆电子需求的Diels-Alder（4+2）环加成反应（IEDDA）作为修饰核酸组分的合成方法[21,[34], [35], [36], [37]，从而制备了二核苷A[35]、B[36]和C[37]（图1），这些化合物都含有相同的CH₂–N–(CH₂–1H–1,2,3-三唑基)₂连接基团，替代了传统的磷酸二酯桥。此外，由于含有[Re₂(μ–Cl)₂(CO)₆和吡啶基团，化合物A和C具有发光特性，可以通过共聚焦显微镜成像技术追踪其在人类癌细胞中的分布[35,37]。另一方面，铁茂二核苷B具有氧化还原活性[36]。我们团队报道的另一种click核苷是双铁茂胸腺嘧啶衍生物D（图1）[21,34]，它在顺铂（cisPt）耐药的肺癌细胞中表现出抗癌活性，这种活性是通过产生ROS和诱导铁死亡实现的[21,34]。研究还表明，氧化后的D⁺属于II类混合价态物种[34]。 在本文中，我们报道了新的1,1’-铁茂-(1,2,3-三唑基)₂桥接的二核苷1–3, 5和6以及合成中间体4（方案1，方案2）。新合成化合物的电化学性质通过循环伏安法研究，其生物活性通过布鲁氏锥虫血流形式和HCoV–OC43冠状病毒（SARS–CoV–2的替代物）进行了评估。选择这两种病原体是基于我们之前的发现：某些腺嘌呤-铁茂复合物在中微摩尔范围内具有抗锥虫活性[24]，而胸腺嘧啶-铁茂衍生物是冠状病毒S蛋白和ACE2受体相互作用的弱抑制剂[25]。

1–6的合成

化合物1-6是根据方案1和方案2，使用1,1’-二甲氧基丙炔基铁茂（E[38]与5′-叠氮-2′,3′-O-异丙叉腺苷F[39]、3′-叠氮-3′-脱氧胸腺嘧啶G（从商业渠道购买）和9-(2-叠氮乙基)腺嘌呤H[40]进行CuAAC反应制备的。为了获得对称取代的产物1–3，使用了过量两倍的F, G或H（相对于铁茂E，方案1）。5和6的合成第一步涉及...

结论

本文报道了一类新的含铁茂基二核苷类似物。它们通过CuAAC反应获得，都具有铁茂-醚-三唑连接基团，取代了天然的磷酸二酯键。铁茂基团的存在赋予了这些二核苷氧化还原活性。它们在约50 mV的电位下可发生可逆的一电子氧化-还原反应（相对于DmFc/DmFc⁺）。对二核苷的生物学研究表明，它们的抗锥虫活性较弱...

一般说明

所有实验均采用标准Schlenk技术进行。色谱分离使用的是Merck公司生产的60目（230–400 mesh ASTM）硅胶。使用前，甲苯经过蒸馏并用氩气净化。其他溶剂为试剂级，无需预先纯化即可使用。铁茂、丙炔基溴化物、腺嘌呤、2′,3′-O-异丙叉腺苷、3′-叠氮-3′-脱氧胸腺嘧啶（G）和抗坏血酸钠均从商业供应商处购买，无需进一步纯化即可使用。

CRediT作者贡献声明

Rafa? Karpowicz：研究、数据管理。 Dietmar Steverding：研究、初稿撰写、数据管理。 Judith Füllborn-Ott：研究、数据管理。 Ingo Ott：研究、初稿撰写、数据管理。 Sansthita Dhital：研究、数据管理、初稿撰写。 Tim Albrecht：研究、初稿撰写、数据管理。 Konrad Kowalski：审稿与编辑、初稿撰写、项目监督、研究管理。

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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

K.K. 感谢罗兹大学的支持。