吡咯烷酮及其衍生物是一种重要的含氮五元杂环化合物,广泛应用于医药、农药、食品、日用化工等诸多领域,尤其在感光材料、高分子材料等高科技领域中的应用备受有机合成和药物合成研究者的关注。许多有临床价值的天然产物和人工合成的化合物都含有毗咯烷酮的基本结构。酰胺环上取代基结构的改变,使得二氢吡咯烷酮类衍生物表现出不同的生物活性,如抗炎,抗肿瘤,抗HIV,抗老年痴呆等等。相关文献报道二氢吡咯烷酮衍生物具有抑制心脏环腺苷酸磷酸二酯酶(AMP),血管内皮因子受体,蛋白激酶C (PKC),五羟色胺受体(5-HT2C),糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)等酶的活性,以及重要的杂环药物合成中间体,对这类化合物进行结构改造,具有很好的研究前景。近年来,人们对吡咯环衍生物的合成投入了极大的热情,不仅对一些经典吡咯环的合成反应提出了改进要求,有的甚至提出了新颖的反应类型本文论述了一个新颖有效的构建二氢吡咯烷酮的多组分合方法,并根据实验结果阐明了可能的反应机理,对文章所有合成的多取代吡咯烷酮衍生物进行了表征。多组分反应(Multi-component Reactions, MCRs)是指三个或三个以上的反应物在一个反应容器里形成一个新的、包括了所有反应物主要部分的产物。多组分反应由于其简单、高效且具有较高原子经济性,引起了化学家和药物化学工作者极大兴趣,逐渐成为有机合成发展的趋势之一。朱秋华等通过多组分合成的方法合成了吡咯烷酮和多取代嘧啶衍生物,该反应具有操作简单、反应条件温和、反应时间短和催化剂廉价易得等优点。报道了一类新的由稀胺,相同或不同的伯胺和醛合成多取代二氢吡咯烷酮有效的四组分反应(4CRs)。通过变换二氢吡咯烷酮上的脂肪族和芳香族伯胺取代基,可以分别得到四组组合产物。但是只能制备三或四个系列的三取代和四取代二氢吡咯烷酮衍生物。本文用Cu(OAc)2·H2O作催化剂,苯甲醛和水杨酸为添加剂,拓展了二氢吡咯烷酮的合成方法,大量的合成了5rr,5’rl,6’lr和6’rr系列二氢吡咯烷酮衍生物。该铜催化的四组分反应能在温和的条件下反应,并且获得优良的产率。在四取代产物的反应中,苯甲醛参与形成四取代二氢吡咯烷酮,然而,合成在三取代的二氢吡咯烷酮产物的反应中,是防止芳香胺的氧化的添加剂,保障三取代芳香R3芳香基团产物合成的顺利进行。此外,发现反应中加入适量水杨酸能够增加铜催化的四组分反应速度和四取代二氢吡咯的综合收益率。基于实验结果,文章清楚的阐明了该稀胺化／酰胺化／分子内环化反应的机理,酰胺化可能是铜催化的四组分反应的速率限制步骤。细胞凋亡是由基因控制的细胞程序性死亡过程,可以维持机体自身稳定及正常生理功能,因此具有重大的生物学意义。过度凋亡与很多疾病相关,例如免疫缺陷性疾病,帕金森,局部缺血,脑外伤,中风,心肌梗阻,肌萎缩侧索硬化症等。因此,抑制细胞凋亡可以成为治疗以上疾病的有效方法。凋亡是多基因严格控制的过程,这些基因在种属之间非常保守,如Bcl-2家族、Caspase家族和抑癌基因P53等。Caspase是一个半胱天冬氨酸蛋白酶家族,在细胞凋亡的过程中起着关键性作用。细胞凋亡的发生是一个复杂的蛋白酶级联反应过程Caspase-3是细胞凋亡蛋白酶级联反应的必经之路,也是凋亡的关键酶和执行者。基因剔除实验和动物模型显示,阻断Caspase-3活性即阻滞了体外和体内的细胞凋亡。因此,Caspase-3有望成为治疗异常凋亡引起的神经退行性疾病、心脑血管疾病和风湿性关节炎等疾病的新靶点。Caspase-3抑制剂的设计,主要包括3个策略：①Caspase-3活性中心与半胱氨酸残基结合并抑制半胱天冬氨酸蛋白酶活性；②基于底物切割位点的特异性肽键研制特异性抑制剂；③基于吲哚,异喹啉等为基本母核设计小分子化合物,以及近年来出现的新型小分子活性化合物,例如二氢吡咯烷酮类和天冬氨酸乙烯砜类等等。Caspase-3的酶切识别位点的特异性氨基酸序列为-(P4)DXXD(P1)-,特别是-DEVD-,基于此设计的Caspase-3抑制剂有Ac-DEVD-FMK和Ac-DEVD-CHOO。但是这些抑制剂在体内容易被酶水解,药代动力学性质不佳。因此,合成选择性高,活性好,药代动力学性质佳和稳定的Caspase-3小分子抑制剂成为了迫切的需求。Dennis Lee等通过高通量筛选发现了靛红类化合物选择性抑制Caspase-3、-7,抑制活性为IC50=0.25μmol/L。对此先导化合物进行改造合成了30多个化合物,同时表现出良好的选择性和细胞渗透性。Jscobs RT等通过筛选得到了一系列以喹唑啉为母核的化合物。此外,近年来出现的新型小分子抑制剂引起了极大的关注,例如二氢吡咯烷酮和天冬氨酸乙烯砜类。本文的另一目的是将所合成的二氢吡咯烷酮化合物筛选其是否具有抗凋亡活性,并深入研究其抑制Caspase-3酶的活性。朱秋华等通过多组分合成方法合成了一系列的三和四取代二氢吡咯烷酮化合物5和6,并筛选出了有抑制Caspase-3酶活性的化合物,并对其结构与活性关系做了研究。从39个化合物的评价中,14个表现出具有抑制Caspase-3酶活性,IC50为5-20μM。这系列化合物跟以往报道的Caspase-3抑制剂结构有很大不同,活性最好的化合物IC50=5.27μM因此,可以被用来作为一种高度有效的Caspase-3抑制剂的候选药物。本文将所合成的三个系列二氢吡咯烷酮衍生物分别做了细胞流式实验,实验以人白血病淋巴T细胞(Jurkat T)为细胞模型,喜树碱(Cam)诱导凋亡,筛选出6个具有抗凋亡作用的化合物。进一步做了蛋白免疫印迹法即蛋白质印迹杂交(Western Bloting)实验,结果表明：5rr{1,13,4,1}能够抑制喜树碱诱导的Jurkat T细胞凋亡,下调活化的Caspase-3的表达水平。PC-12细胞是大鼠肾上腺髓质嗜铬细胞瘤克隆的细胞株,具有神经元细胞的基本生物学特性。细胞膜上具有NMDA受体、胆碱能M、N受体等,已被广泛用作研究神经细胞功能的实验。脑组织极为敏感,当其缺血缺氧时,极易引起神经细胞的损伤。目前研究脑缺血损伤的模型中PC-12是常用的细胞。细胞缺氧模型中常用的造模方法包括物理缺氧法和化学缺氧法等。化学缺氧法是指使用化学试剂使细胞缺氧的方法。二氯化钴就是一种可以体外诱导细胞损伤的化学试剂,能够很好的模拟神经细胞缺氧损伤。本文用5rr{1,13,4,1}作用于二氯化钴诱导PC-12神经细胞缺氧损伤模型,结果5rr{1,13,4,1}能够下调PC-12细胞Caspase-3酶原的表达,对PC-12神经细胞缺氧损伤有一定的保护作用。文章为合成二氢吡咯烷酮衍生物提供了新的方法,在廉价易得的醋酸铜催化下,通过多组分反应合成方法,高效且高产的合成3个系列二氢吡咯烷酮衍生物。所合成的化合物的结构均经红外、质谱,核磁氢谱、元素分析进行表征,并培养出1个化合物的单晶,通过单晶X-射线衍射分析,确定了其精确的空间结构,并根据实验结果,对可能的反应机理进行了讨论。通过流式细胞实验筛选除了六个多取代二氢吡咯烷酮化合物具有抗Jurkat T细胞凋亡作用,其中化合物5rr{1,13,4,1}抗凋亡作用最好,并且能够抑制喜树碱诱导的Jurkat T细胞凋亡,下调活化的Caspase-3的表达水平。通过PC-12神经细胞MTT实验,流式细胞实验和Western Boting实验,说明了5rr{1,13,4,1}能够抗二氯化钴诱导的PC-12细胞凋亡作用,可以下调PC-12细胞Caspase-3酶原的表达,对PC-12神经细胞缺氧损伤有一定的保护作用,对未来二氢吡咯烷酮化合物防治神经损伤性疾病具有一定的指导意义。