CRM1 inhibitory and antiproliferative activities of novel 4′-alkyl substituted klavuzon derivatives

Abstract

Klavuzons are 6-(naphthalen-1-yl) substituted 5,6-dihydro-2H-pyran-2-one derivatives showing promising antiproliferative activities in variety of cancer cell lines. In this work, racemic syntheses of nine novel 4'-alkyl substituted klavuzon derivatives were completed in eight steps and anticancer properties of these compounds were evaluated. It is found that size of the substituent has dramatic effect over the potency and selectivity of the cytotoxic activity in cancerous and healthy pancreatic cell lines. The size of the substituent can also effect the CRM1 inhibitory properties of klavuzon derivatives. Strong cytotoxic activity and CRM1 inhibition can be observed only when a small substituent present at 4'-position of naphthalen-1-yl group. However, these substituents makes the molecule more cytotoxic in healthy pancreatic cells rather than cancerous pancreatic cells. Among the tested compounds 1,2,3,4-tetrahydrophenanthren-9-yl substituted lactone was the most cytotoxic compound and its antiproliferative activity was also tested in 3D spheroids generated from HuH-7 cell lines.

Transition-Metal-Catalyzed Synthesis of 6-Phenyl-5,6-dihydro-2<i>H</i>-pyran-2-one: A Comprehensive Organic Experiment for Undergraduate Students

“…金属介导或者催化的反应是形成碳-碳键的强有力方法，该类反应备受瞩目。在这个领域曾有过 三次诺贝尔奖级的成果，分别是1912年的"格氏反应" 、2005年的"烯烃复分解反应"以及2010年的 "钯催化的交叉偶联反应" 。格氏反应已经进入本科生理论和实验的学习，但在实验过程中，存在格 氏试剂较难引发、引发现象不很明显等一系列困难，因而，本实验提出一种改进的方式，更好地完 善格氏反应的实验教学。目前已有部分国内外高校在本科化学实验中开设了钯催化的交叉偶联反应 的实验教学内容 [1] 。迄今为止，烯烃复分解反应在本科理论教学中少有涉及，实验教学中更是缺少 这一诺奖级的成果。因而，本实验设计了一种适用于本科教学的烯烃复分解反应，有利于学生更好 地全面了解有机化学的重要发展历程和成果。 最为经典的碳-碳键的形成反应当属格氏反应。1912年，诺贝尔化学奖授予了Victor Grignard。 Grignard借鉴了Frankland和Wanklyn制备有机锌试剂的方法，在室温、常压下成功完成了镁试剂的制 备并和酮反应制备醇，该成果于1900年发表 [2] 。格氏反应已经较为成熟，在基础有机化学实验中多 有涉及。但是基础实验教学中经典的格氏试剂引发过程不是很容易，且不易判断。本实验尝试改进， 通过反应溶液颜色的明显变化指示反应的进程。 烯烃复分解反应是前沿的碳-碳键形成反应，是连接sp 2 -碳和sp 2 -碳的高效方法。从反应的净结果 来看，是两个烯烃在催化剂的作用下相互交换，因而也被形象地誉为"交换舞伴的反应"。烯烃复 分解反应是2005年诺贝尔化学奖的成果。最初，该反应在工业界被发现 [3] 。如今，烯烃复分解反应， 特别是关环复分解反应(Ring Closing Metathesis，RCM)，为众多天然产物的合成提供了便捷的路径 [4] 。 学习并深入了解该反应，可以拓宽有机合成的思路。最初烯烃复分解反应被发现时，虽然在有机合 成以及工业界有巨大的应用潜力，但是催化剂体系对于水和氧气不稳定，限制了其推广。Richard R. Schrock教授和Robert H. Grubbs教授研究并且发明了更加高效稳定的催化剂，为烯烃复分解反应的应 用做出了巨大贡献。 Schrock教授于1980年发现了钽卡宾配合物具有烯烃复分解的能力 [5] 。随后Schrock教授所研发的 钼或钨的催化剂有更好的反应活性 [6] ，其中图1A中的催化剂已经商品化。Schrock教授的工作使得烯 烃复分解反应的推广成为可能，为后续新一代催化剂的出现打下了坚实的基础。虽然钼或钨的催化 剂活性较好，但是，对于空气和水仍然很不稳定。1992年，Grubbs教授发现钌卡宾金属化合物能够 进行降冰片的开环聚合反应，且该催化剂能够对水、空气等稳定 [7] 。钌催化剂的出现为烯烃复分解 反应打通了另外一条道路。该催化剂见图1B。1996年，Grubbs对钌催化剂进行改进，成为了第一代 Grubbs催化剂，其催化性能相较于之前的催化剂更好，其结构式见图1C [8] 。随着研究的深入，1999 年，Grubbs发现催化剂的活性与其膦配体的解离有关，认为催化循环过程中经过一个高活性的单膦 中间体，从而根据这样的事实发明了第二代催化剂，其结构式见图1D [9] [11] 在25 mL两颈瓶中加入适当大小磁子，加入DMAP (0.2 mmol，24. [12] 在150 mL两颈瓶中加入适当大小磁子和Grubbs II (0.056 mmol，47.5 mg，结构式见图1D)，两颈 瓶上磨口处连接上球形冷凝回流管后，所有接口处塞上翻口橡胶塞并用密封胶带密封。体系置换氮 气并用氮气球保护。在两颈瓶侧瓶口处加入无水二氯甲烷60 mL，加入第二步反应产物(0.56 mmol， 0.11 g)(反应装置见图S10)。在45 °C下搅拌4 h。用TLC分析(展开剂可用V(PE) : V(EA) = 5 : 1) (该反应 的TLC分析结果见图S11)。反应的化学方程式如图5所示。 图5 Grubbs Ⅱ催化剂催化的烯烃关环复分解反应 用10 mL饱和食盐水淬灭反应，10 mL二氯甲烷分层，水相用二氯甲烷萃取三次，每次5 mL，有 机相用饱和食盐水洗涤三次，每次5 mL。有机相用无水硫酸镁干燥，过滤固体后旋蒸溶剂，使用快 速柱层析纯化产物。淋洗液用V(PE) : V(EA)从5 : 1到3 : 1梯度洗脱。产物为白色固体6 (0.07 g，产率 73%)。称重，计算产率。并用NMR鉴定，谱图见支撑材料图S12、S13。 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 )： δ = 7.43-7.33 (m, 5H)，6.99-6.94 (ddd, J = 3.2, 5.6, 9.6 Hz, 1H)，6.16-6.12 (ddd, J = 1.2, 2.0, 9.2 Hz, 1H)，5.48-5.43 (dd, J = 5.2, 11.2 Hz, 1H)，2.72-2.57 (m, 2H). 13 [12] Yves Chauvin教授和他的学生在1971年提出了烯烃复分解的反应机理，该机理被许多实验结果 所证实，如今广被有机化学家所接受 [14]…”

“…[12] 在150 mL两颈瓶中加入适当大小磁子和Grubbs II (0.056 mmol，47.5 mg，结构式见图1D)，两颈 瓶上磨口处连接上球形冷凝回流管后，所有接口处塞上翻口橡胶塞并用密封胶带密封。体系置换氮 气并用氮气球保护。在两颈瓶侧瓶口处加入无水二氯甲烷60 mL，加入第二步反应产物(0.56 mmol， 0.11 g)(反应装置见图S10)。在45 °C下搅拌4 h。用TLC分析(展开剂可用V(PE) : V(EA) = 5 : 1) (该反应 的TLC分析结果见图S11)。反应的化学方程式如图5所示。 图5 Grubbs Ⅱ催化剂催化的烯烃关环复分解反应 用10 mL饱和食盐水淬灭反应，10 mL二氯甲烷分层，水相用二氯甲烷萃取三次，每次5 mL，有 机相用饱和食盐水洗涤三次，每次5 mL。有机相用无水硫酸镁干燥，过滤固体后旋蒸溶剂，使用快 速柱层析纯化产物。淋洗液用V(PE) : V(EA)从5 : 1到3 : 1梯度洗脱。产物为白色固体6 (0.07 g，产率 73%)。称重，计算产率。并用NMR鉴定，谱图见支撑材料图S12、S13。 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 )： δ = 7.43-7.33 (m, 5H)，6.99-6.94 (ddd, J = 3.2, 5.6, 9.6 Hz, 1H)，6.16-6.12 (ddd, J = 1.2, 2.0, 9.2 Hz, 1H)，5.48-5.43 (dd, J = 5.2, 11.2 Hz, 1H)，2.72-2.57 (m, 2H). 13 [12] Yves Chauvin教授和他的学生在1971年提出了烯烃复分解的反应机理，该机理被许多实验结果 所证实，如今广被有机化学家所接受 [14]…”

Nuclear Export Inhibition for Pancreatic Cancer Therapy

“…Recently, Ali Cagir and colleagues have generated a series of compounds that are 6-(naphthalen-1-yl) substituted 5,6-dihydro-2H-pyran-2-one derivatives showing promising antiproliferative activities in variety of cancer cell lines and spheroid 3D culture models [ 57 ]. Termed Klavuzones, these agents were shown to have strong XPO1 inhibitory activity.…”

XPO1 Expression Is a Poor-Prognosis Marker in Pancreatic Adenocarcinoma

“…XPO1 inhibition can inhibit several critical pathways that promote cancer progression and therapy resistance, and became a potential therapeutic strategy. This has led to the development of XPO1 inhibitors, initially including natural products, such as leptomycin B [28,29], plumbagin [17], and curcumin [30], and then chemically synthesized inhibitors [31,32,33]. More recently, the selective inhibitor of nuclear export (SINE) compounds, a unique class of XPO1 inhibitors [34,35,36,37], were developed.…”