5-(3-甲氧基丙氧基)-N-[4-(哌啶-1-基)苯基]吡唑[1,5-a]吡啶-3-羧酰胺的合成、晶体结构、光谱表征、密度泛函理论（DFT）研究及其抗肿瘤活性评估

《Journal of Molecular Structure》：Synthesis, crystal structure, spectroscopic characterization, DFT and antitumor evaluation of 5-(3-methoxypropoxy)-N-[4-(piperidin-1-yl) phenyl]pyrazolo[1,5-a]pyridine-3-carboxamide

　　

赵欣|郑兆鹏|张婉霞|肖俊丽|赵春生|周志旭|柴慧芳

吉林北华大学附属医院血液科，132000，中国

摘要

化合物5-(3-甲氧基丙氧基)-N-[4-(哌啶-1-基)苯]吡唑[1,5-a]吡啶-3-羧酰胺（1）通过关键步骤合成，包括苄氧基化、还原、环化和酰胺偶联。该化合物使用¹H NMR、¹³C NMR、FT-IR、MS和X射线单晶衍射等技术进行了系统表征。基于DFT理论计算（B3LYP/6-311+G(2d, p)基组）的分子构象优化显示计算数据和实验数据之间高度一致。进一步分析分子静电势和前沿分子轨道揭示了该化合物的电子结构特征，表明其具有较高的动力学稳定性。此外，Hirshfeld表面分析深入探讨了分子间相互作用，为这类化合物的结构特征和物理化学性质提供了重要见解。化合物1表现出选择性的抗增殖活性，对HL-60细胞无显著影响，但对MOLM-13细胞系表现出相当的效力。这些结果表明其作为靶向抗癌剂具有潜力。

引言

含氮杂环化合物在天然产物和药物分子中具有重要意义，因为它们具有显著的生物活性。吡唑并吡啶衍生物由于其独特的结构特征和优异的生理活性，已成为药物化学领域的研究热点。作为吲哚的生物异构体，吡唑[1,5-a]吡啶在过去二十年里受到了广泛关注。大量研究表明，这类化合物在抗肿瘤、抗病毒、抗炎和治疗神经系统疾病等领域表现出显著的药理活性。Tang等人设计并合成了一系列吡唑[1,5-a]吡啶-3-羧酰胺衍生物，其中5-甲氧基-2-甲基-N-(4-(4-(三氟甲氧基)苯)哌啶-1-基苄基)吡唑[1,5-a]吡啶-3-羧酰胺对结核分枝杆菌表现出显著的抑制活性，IC₅₀为11.1 nM。此外，这种结构在抗惊厥、抗心律失常和抗溃疡治疗等治疗领域也显示出应用前景。

在药物分子设计中，引入特定取代基是优化活性的关键策略。其中，烷氧基（RO-）由于其独特的物理化学性质，在增强化合物的生物活性方面起着关键作用。先前的研究证实，引入烷氧基不仅可以提高分子的亲脂性，促进跨膜吸收，还可以赋予烷基化能力，从而增强药理效应。Bolli等人在S1P1受体激动剂的研究中，通过用烷氧基替换氨基成功降低了药物的光毒性。Garrido团队的研究进一步表明，含有氨基取代的芳香烷氧基衍生物可以作为高效的抑制剂。这些发现充分突显了烷氧基片段在药物设计中的重要性，尤其是在优化抗肿瘤活性方面的显著潜力。甲氧基丙氧基部分是上市药物雷贝拉唑的关键结构单元，其成功的临床应用证明了该片段良好的药物特性。其在AB-452（一种临床候选HBV RNA降解剂）中的存在也与增强的生物效力相关。因此，在本研究中引入甲氧基丙氧基被认为是合理且重要的。

文献调查显示，吡唑[1,5-a]吡啶衍生物的抗肿瘤活性受到3位和5位取代基的显著影响。因此，在核心骨架的C5位置引入了烷氧基，同时保留了3-羧酰胺部分作为必要的药效团。为了进一步丰富该系列的结构多样性，随后在酰胺末端引入了含有仲胺的芳香环。这一设计理念的实施最终导致了目标化合物1的合成，合成路径如方案1所示。方案1显示，合成路线主要包括三个关键步骤：（1）通过苄氧基化、还原和环化反应构建吡唑[1,5-a]吡啶核心骨架；（2）在骨架上引入3-甲氧基丙氧基取代基；（3）制备4-哌啶基苯胺侧链并通过酰胺化反应完成最终分子组装。使用多种表征技术对目标化合物进行了全面表征，包括¹H NMR、¹³C NMR、FT-IR、MS和单晶X射线衍射分析。此外，基于密度泛函理论（DFT），使用B3LYP/6-311+G(2d, p)基组进行了系统的理论计算，包括分子构象优化、分子静电势（MEP）分析和前沿分子轨道（HOMO-LUMO）计算。结合振动分析、核磁共振光谱分析和表面分析，从实验和理论两个层面全面探讨了该化合物的结构特性。此外，吡唑[1,5-a]吡啶衍生物已被证明可作为p110α的选择性抑制剂，通过破坏PI3K/Akt信号轴抑制肿瘤生长。值得注意的是，该类化合物中的20e衍生物已被证明是一种高效的双PI3Kγ/δ抑制剂。鉴于淋巴细胞中PI3Kδ的高表达以及PI3Kγ在调节髓系细胞功能中的作用，这些化合物通过靶向PI3K/AKT途径具有治疗白血病的潜力。因此，进行了体外实验，使用MOLM-13和HL-60细胞系评估了化合物1的抗肿瘤活性。

章节摘录

一般性评论

本研究使用了市售的分析级化合物和溶剂，并借助各种专业设备对目标化合物的结构进行了表征。¹H NMR和¹³C NMR光谱使用Bruker Avance II 400 MHz NMR光谱仪（Bruker Biospin，美国）记录，以四甲基硅烷（TMS）作为内标。电喷雾离子化质谱（ESI-MS）分析使用Agilent 1100系列LC/MSD系统进行。

合成与表征

本研究采用模块化策略高效构建了目标化合物1的合成路线（方案1）。首先，通过六步序列（包括苄氧基化、还原、环化和侧链修饰）组装了吡唑[1,5-a]吡啶核心骨架。随后，通过4-氟硝基苯与哌啶的亲核芳香取代反应合成了哌啶基苯胺侧链，然后进行催化氢化。最后完成了分子组装。

结论

目标化合物5-(3-甲氧基丙氧基)-N-[4-(哌啶-1-基)苯]吡唑[1,5-a]吡啶-3-羧酰胺通过十步反应制备。使用¹H NMR、¹³C NMR、FT-IR、HRMS和X射线单晶衍射等技术进行了全面的结构表征。晶体学分析表明，该化合物通过π-π堆叠、氢键和C-H???π相互作用实现了有序的分子排列。在理论计算中，

未引用的参考文献

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CRediT作者贡献声明

赵欣：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，方法学，数据管理。郑兆鹏：撰写 – 审稿与编辑。张婉霞：撰写 – 审稿与编辑。肖俊丽：撰写 – 审稿与编辑。赵春生：撰写 – 审稿与编辑。周志旭：撰写 – 审稿与编辑，监督，软件。柴慧芳：撰写 – 审稿与编辑，监督，软件。

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致谢

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