靶向GSK-3β的酰胺吡啶噻唑类化合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及药物化学技术领域，尤其涉及一种靶向GSK-3β的酰胺吡啶噻唑类化合物及其制备方法和应用。

背景技术

据统计，全球大约每3秒确诊一例痴呆患者，目前至少有5000万患者，预计2050年人数将达到1.52亿。阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是最常见的一种痴呆形式，约占痴呆疾病的60-80％。AD已成为世界性的重大公共卫生问题之一。迄今，人们对AD的病因以及AD进展中的许多生理病理变化的了解非常有限，仍然没有有效的治疗手段来预防、阻滞或逆反AD疾病进程。

GSK-3是一种丝氨酸-苏氨酸激酶，存在GSK3α(51kDa)和GSK3β(47kDa)两种亚型。其中，脑内的GSK-3β与多个神经元信号通路密切相关。糖原合成酶激酶3β(GSK-3β)的失调在AD发病机制中起关键和核心作用。在AD病理学的研究中发现，GSK-3β过度激活引发Tau蛋白过度磷酸化，导致神经元纤维缠结和神经元死亡。同时，GSK-3β通过影响早老素1(PS1)的功能和BACE-1介导的APP酶切作用参与淀粉样蛋白的沉积，促进老年斑的产生。而且，氧化应激和神经炎症也与GSK-3β异常激活有关。因此，该激酶几乎参与了所有导致AD发病的途径。在过去20年里，有多种类型的用于AD治疗的GSK-3β抑制剂被开发。目前，已有个别GSK-3抑制剂进入临床实验研究其抗AD的作用。其中，亚甲蓝衍生物TRx0237(LMTM)在III期试验中显示出一定治疗效果。小杂环噻二唑烷酮(TDZD)衍生物Tideglusib，处于临床II期试验，能有效改善认知和行为缺陷，并显著降低tau蛋白磷酸化及β-淀粉样蛋白沉积。因此，开发新型结构的性质优良的GSK-3β抑制剂有助于为AD治疗提供新的策略。

与此同时，由于GSK-3β广泛表达并参与某些关键的细胞生物学过程，这为药物进行临床前和临床阶段长期治疗研究带来重大毒理学挑战。因此，目前亟需一种无创的、能够在健康和病理条件下对人类脑部的GSK-3β的定量监测手段来助力GSK-3β抑制剂作为AD治疗药物的临床研发以及AD发病机制的进一步研究。正电子发射断层显像(PET)在神经系统疾病的诊断及病理研究中显示出越来越重要的价值。目前，有十余种不同结构的靶向GSK-3β的PET示踪剂被报道，只有个别GSK-3β示踪剂在体内表现出靶向性，同时靶向GSK-3β的PET显像剂在AD模型中的研究数据还较少，在AD治疗药物研发中的潜在价值还有待挖掘。因此，靶向GSK-3β的AD脑PET显像剂的研发还处于初步阶段，新型结构的性质优良的GSK-3β示踪剂的开发具有重要的科学意义和实际价值。

发明内容

本发明提供了一种靶向GSK-3β的酰胺吡啶噻唑类化合物，其与脑内GSK-3β具有高亲和力，能够作为GSK-3β靶向抑制剂或GSK-3β靶向显像剂，用于AD脑显像、制备治疗阿尔茨海默症药物、评估治疗阿尔茨海默症药物的疗效、以及用于阿尔茨海默症的病理研究中。

首先，本发明提供了一种酰胺吡啶噻唑类化合物，如式(I)所示的化合物或其在药学上可接受的盐、水合物、溶剂化物或异构体；

其中，R

作为本发明的一种优选的实施方案，式(I)结构中的F为

作为本发明的一种优选的实施方案，R

作为本发明的一种优选的实施方案，R

进一步，本发明还提供了上述酰胺吡啶噻唑类化合物的制备方法。

作为本发明的一种优选的实施方案，

按照反应方程式1制备：

具体反应步骤包括：

化合物Ⅳ溶于DMF中，加入碳酸钾和1-溴-2-氟乙烷，在85～95℃反应即得Ⅱ-1。将Ⅱ-1溶于甲醇和THF的混合溶液中，加入LiOH水溶液，35～45℃反应即得羧酸中间体Ⅱ-2；将Ⅱ-2溶于DMF中，加入HATU和DIPEA，以及NH

或，按照反应方程式2制备：

具体反应步骤包括：

化合物Ⅳ溶于丙酮中，加入

或，按照反应方程式3制备：

具体反应步骤包括：

将V溶于甲醇和THF的混合溶液中，加入LiOH水溶液，35～45℃反应即得羧酸中间体Ⅲ-1；将Ⅲ-1溶于DMF中，加入2-氟乙胺或3-氟-氮杂环丁烷、以及HATU和DIPEA，室温反应即得Ⅲ-2。

作为本发明的一种优选的实施方案，

按照反应方程式4制备：

具体反应步骤包括：

化合物Ⅳ溶于DMF中，加入叔丁醇钾和溴乙醇，95～105℃反应即得Ⅱ-7；将化合物Ⅱ-7溶于甲醇和THF的混合溶液中，加入LiOH水溶液，35～45℃反应即得羧酸中间体Ⅱ-8；将Ⅱ-8，咪唑和TBSCl溶于DMF和THF的混合溶液中，35～45℃反应即得中间体产物Ⅱ-9；然后将中间体产物Ⅱ-9和HATU，DIPEA及NH

作为本发明的一种优选的实施方案，制备方法包括：

按照反应方程式5制备：

具体反应步骤包括：

将Ⅲ-1溶于DMF中，加入2-羟基乙胺、HATU和DIPEA，室温反应即得Ⅲ-3；将化合物Ⅲ-3和三乙胺溶于无水二氯甲烷中，缓慢加入对甲苯磺酰氯，室温反应即得标记前体化合物Ⅲ-4；将Ⅲ-4溶于无水乙腈中，加入到盛有干燥的[

在具体实施过程中，包括但不限于采用重结晶、硅胶柱层析、和/或HPLC对化合物进行纯化或分离。

优选地，所述反应方程式1的制备方法包括：

(1)化合物Ⅳ(667.4mg,2mmol)溶于2mL DMF中，加入碳酸钾(414.6mg,4mmol)和1-溴-2-氟乙烷(298μL,4mmol)，90℃反应3h，TLC监测反应完毕，结束加热，冷却，加适量水，乙酸乙酯萃取，NaSO

(2)将Ⅱ-1(634.8mg,1.67mmol)溶于甲醇和THF的混合溶液(1:2,20mL)中，加入LiOH水溶液(2.5mL,4M)，40℃反应过夜。反应结束，旋蒸溶剂，加浓盐酸至pH为2-3，有黄色固体析出，抽滤，烘干滤饼，得羧酸中间体黄色固体Ⅱ-2；

(3)将该羧酸中间体Ⅱ-2(70.2mg,0.2mmol)，HATU(114.1mg,0.3mmol)和DIPEA(77.5mg,0.6mmol)溶于1mL DMF中，室温搅拌30min，加入NHMe·HCl(27mg,0.4mmol)，室温继续反应24h。反应结束后，向反应液中加入10mL水，乙酸乙酯萃取，NaSO

优选地，所述反应方程式2的制备方法包括：

(1)化合物Ⅳ(333.2mg,1.0mmol)溶于20mL丙酮中，加入

(2)将Ⅱ-4(149.7mg,0.26mmol)溶于干燥的THF中，N

(3)将Ⅱ-5(62.7mg,0.15mmol)溶于甲醇和THF的混合溶液(1:2,10mL)中，加入LiOH水溶液(225μL,0.90mmol)，40℃反应过夜。反应结束，旋蒸溶剂，加浓盐酸至pH为2-3，有黄色固体析出，抽滤，烘干滤饼，得羧酸中间体；将该羧酸中间体(52.7mg，0.13mmol)，HATU(74.2mg，0.19mmol)和DIPEA(65μL，0.39mmol)溶于2mL DMF中，室温搅拌30min，加入NHMe

优选地，所述反应方程式3的制备方法包括：

(1)将化合物Ⅵ(88.6mg，0.20mmol)溶于甲醇和THF的混合溶液(1:2，10mL)中，加入LiOH水溶液(0.6mL，2M)，40℃反应过夜。反应结束，旋蒸溶剂，加浓盐酸至pH为2-3，有黄色固体析出，抽滤，烘干滤饼，得淡黄色羧酸中间体Ⅲ-1。

(2)将羧酸中间体Ⅲ-1(35.9mg，0.10mmol)，HATU(57.0mg，0.15mmol)和DIPEA(50μL，0.30mmol)溶于2mL DMF中，室温搅拌30min，加入2-氟-1-胺盐酸盐(20.1mg,0.20mmol)，室温继续反应24h。反应结束后，向反应液中加入10mL水，乙酸乙酯萃取，NaSO

优选地，所述反应方程式4的制备方法包括：

(1)化合物Ⅳ(2000.1mg，6.0mmol)和叔丁醇钾(1344.8mg，12.0mmol)溶于20mLDMF中，120℃搅拌1h，加入溴乙醇(2250.5mg，18.0mmol)，100℃反应6h，减压蒸馏除去溶剂，加入少量乙酸乙酯及石油醚，有黄色固体沉淀，抽滤，用少量水洗涤滤饼，烘干，得粗产品黄色粉末Ⅱ-7。

(2)将Ⅱ-7(2000.0mg，5.28mmol)溶于甲醇和THF的混合溶液(1:2，50mL)中，加入LiOH水溶液(4mL，8M)，40℃反应过夜。反应结束，旋蒸溶剂，加浓盐酸至pH为2-3，有黄色固体析出，抽滤，烘干滤饼，得黄色羧酸中间体Ⅱ-8。

(3)将Ⅱ-8(351.2mg，1.0mmol)，咪唑(612.2mg，9.0mmol)和TBSCl(1350.6mg，9.0mmol)溶于2mL DMF和40mL THF的混合溶液中，40℃反应2h，有大量白色沉淀产生，抽滤除去沉淀物，浓缩滤液得粗产品Ⅱ-9。向上述反应瓶中加入HATU(285.2mg，0.75mmol)，DIPEA(250μL，1.50mmol)和2mL DMF，室温搅拌30min，加入NH

(4)将Ⅱ-10(94.0mg，0.20mmol)溶于5mL THF中，加入TBAF(1mL，1mmol)，30℃反应3h。旋蒸溶剂，硅胶柱层析分离(石油醚：乙酸乙酯＝1:9，含3％甲醇)，得白色粉末Ⅱ-11。

(5)向化合物Ⅱ-11(43.2mg，0.12mmol)和三乙胺(1mL)的无水二氯甲烷(10mL)溶液中缓慢加入对甲苯磺酰氯(68.4mg，0.36mmol)，室温下搅拌反应4h。TLC监测反应结束，减压除去溶剂，加入20mL水，CH

(6)用1ml TBAHCO

优选地，所述反应方程式5的制备方法包括：

(1)将羧酸中间体Ⅲ-1(117.3mg，0.50mmol)，HATU(285.0mg，0.75mmol)和DIPEA(250μL，1.50mmol)溶于2mL DMF中，室温搅拌30min，加入2-羟基乙胺(61.4mg，1.00mmol)，室温继续反应24h。反应结束后，向反应液中加入10mL水，乙酸乙酯萃取，NaSO

(2)向化合物Ⅲ-3(120.2mg，0.30mmol)和三乙胺(0.5mL)的无水二氯甲烷(10mL)溶液中缓慢加入对甲苯磺酰氯(85.5mg，0.45mmol)，室温下搅拌反应4h。TLC监测反应结束，减压除去溶剂，加入20mL水，CH

(3)用1ml TBAHCO

ˉ的

进一步，本发明还提供了一种组合物，其包含上述任一实施方案所述的酰胺吡啶噻唑类化合物或其在药学上可接受的盐、水合物、溶剂化物或异构体作为活性成分。

进一步，本发明还提供了上述任一实施方案所述的酰胺吡啶噻唑类化合物或上述组合物作为GSK-3β靶向抑制剂或GSK-3β靶向显像剂的应用；其中，所述酰胺吡啶噻唑类化合物分子中所含的氟原子为

作为本发明的一种优选的实施方案，所述GSK-3β靶向抑制剂或GSK-3β靶向显像剂被用于以下至少一方面：

(1)制备治疗阿尔茨海默症的药物；

(2)治疗阿尔茨海默症药物的疗效评估；

(3)阿尔茨海默症病理研究。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供的酰胺吡啶噻唑类化合物与GSK-3β具有高亲和力，能够作为GSK-3β靶向抑制剂；其被放射性核素标记后可作为GSK-3β显像剂，具有适中初始脑摄取速度，脑清除快等优点，可在无创条件下识别脑部GSK-3β，以助力AD发病机制的研究以及AD治疗药物的临床研发。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的酰胺吡啶噻唑类稳定氟化合物的合成路线；

图2是本发明提供的标记前体化合物21和23的合成路线；

图3是本发明提供的[

图4是本发明提供的[

图5是本发明提供的[

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例中未注明具体技术或条件者，均为常规方法或者按照本领域的文献所描述的技术或条件进行，或者按照产品说明书进行。所用试剂和仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。

实施例1酰胺吡啶噻唑类稳定氟化合物的合成

合成反应路线如图1所示，本实施例中的化合物编号均与该图反应路线中的编号统一。在图1所示的合成路线中，试剂与条件如下：a.1-溴-2-氟乙烷，碳酸钾，DMF，90℃，3h；b.LiOH，MeOH/THF，40℃，12h；c.

1、合成中间体1

化合物2-(2-(环丙基酰胺)-4-吡啶基)-4-羟基-5-羧酸乙酯噻唑(参照文献Bioorg.Med.Chem.Lett.25(2015)1856–1863合成，667.4mg,2mmol)溶于2mL DMF中，加入碳酸钾(414.6mg,4mmol)和1-溴-2-氟乙烷(298μL,4mmol)，90℃反应3h，TLC监测反应完毕，结束加热，冷却，加适量水，乙酸乙酯萃取，NaSO

2、合成中间体2

将1(634.8mg,1.67mmol)溶于甲醇和THF的混合溶液(1:2，20mL)中，加入LiOH水溶液(2.5mL，4M)，40℃反应过夜。反应结束，旋蒸溶剂，加浓盐酸至pH为2-3，有黄色固体析出，抽滤，烘干滤饼，得羧酸中间体2，结构如图，黄色固体571.7mg，产率：97.4％。

3、合成中间体3

化合物2-(2-(环丙基酰胺)-4-吡啶基)-4-羟基-5-羧酸乙酯噻唑(333.2mg,1.0mmol)溶于20mL丙酮中，加入

4、合成中间体4

按照化合物3的方法制备(反应物用

5、合成中间体5

将3(149.7mg,0.26mmol)溶于干燥的THF中，N

6、合成中间体6

按照化合物5的方法制备(反应物用4代替3)，得到白色粉末6，结构如下，80.4mg，产率：50.6％。

7、合成中间体7

按照化合物2的方法制备(反应物用5代替1)，得到黄色固体7，结构如下，52.7mg，产率：88.9％。

8、合成中间体8

按照化合物2的方法制备(反应物用6代替1)，得到白色粉末8，结构如下，62.7mg,产率：89.2％。

9、合成中间体9

按照化合物2的方法制备(反应原料用2-(2-(环丙基酰胺)-4-吡啶基)-4-甲氧环丙基-5-羧酸乙酯噻唑代替2-(2-(环丙基酰胺)-4-吡啶基)-4-羟基-5-羧酸乙酯噻唑,反应原料参照文献Bioorg.Med.Chem.Lett.25(2015)1856–1863合成)，得到黄色粉，结构如下，43.0mg，产率：59.8％。

10、合成目标氟化合物10

将羧酸中间体2(70.2mg,0.2mmol)，HATU(114.1mg,0.3mmol)和DIPEA(77.5mg,0.6mmol)溶于1mL DMF中，室温搅拌30min,加入甲胺盐酸盐(27mg,0.4mmol)，室温继续反应24h。反应结束后，向反应液中加入10mL水，乙酸乙酯萃取，NaSO

11、合成目标氟化合物11

由羧酸中间体2，HATU，DIPEA(77.5mg,0.6mmol)和二甲胺反应合成目标氟化合物11，其反应的原料比例、溶剂、反应条件等均与目标氟化合物10的制备相同，结构如下，黄色粉末40.8mg，产率：52.3％。

12、合成目标氟化合物12

按照化合物10的方法制备(反应物用7代替2)，得到黄色粉末12，结构如下，18.6mg，产率：32.6％。

13、合成目标氟化合物13

按照化合物11的方法制备(反应物用7代替2)，得到黄色粉末13，结构如下，40.1mg，产率：72.9％。

14、合成目标氟化合物14

按照化合物11的方法制备(反应物用8代替2)，得到黄色粉末13，结构如下，13.8mg，产率：19.7％。

15、合成目标氟化合物15

按照化合物10的方法制备(反应物分别用9、2-氟-1-胺盐酸盐代替2、甲胺盐酸盐)，得到黄色粉末15，结构如下，20.6mg，产率：51.0％。

16、合成目标氟化合物16

按照化合物15的方法制备(反应物分别用3-氟氮杂环丁烷盐酸盐代替2-氟-1-胺盐酸盐)，白色粉末72.2mg，产率：57.8％。

实施例2标记前体的合成

合成反应路线如图2所示，本实施例中的化合物编号均与该图反应路线中的编号统一。在图2所示的合成路线中，试剂与条件如下：a.1.叔丁醇钾，DMF，120℃，1h；2.溴乙醇，100℃，6h；b.LiOH，MeOH/THF，40℃，12h；c.1.咪唑，TBSCl,DMF/THF，40℃，2h；2.HATU，DIPEA，DMF，甲胺盐酸盐，r.t.，24h；d.TBAF，THF，30℃，3h；e.甲苯磺酰氯，三乙胺，CH

1、合成中间体17

化合物2-(2-(环丙基酰胺)-4-吡啶基)-4-羟基-5-羧酸乙酯噻唑(2000.1mg,6.0mmol)和叔丁醇钾(1344.8mg,12.0mmol)溶于20mLDMF中，120℃搅拌1h，加入溴乙醇(2250.5mg,18.0mmol)，100℃反应6h，减压蒸馏除去溶剂，加入少量乙酸乙酯及石油醚，有黄色固体沉淀，抽滤，用少量水洗涤滤饼，烘干，得粗产品，黄色粉末2045.5mg，结构如下，产率：89.9％。

2、合成中间体18

按照化合物2的方法制备(反应物用17代替1)，得到黄色固体18，结构如下，1778.0mg，产率：88.9％。

3、合成中间体19

将化合物18(351.2mg,1.0mmol)，咪唑(612.2mg,9.0mmol)和TBSCl(1350.6mg,9.0mmol)溶于2mL DMF和40mL THF的混合溶液中，40℃反应2h，有大量白色沉淀产生，抽滤除去沉淀物，浓缩滤液得粗产品。向上述反应瓶中加入HATU(285.2mg,0.75mmol)，DIPEA(250μL,1.50mmol)和2mL DMF，室温搅拌30min,加入NH

4、合成中间体20

将化合物19(94.0mg,0.20mmol)溶于5mL THF中，加入TBAF(1mL,1mmol),30℃反应3h。旋蒸溶剂，硅胶柱层析分离(石油醚：乙酸乙酯＝1:9，含3％甲醇)，得白色粉末，43.2mg，产率：59.3％。

5、合成标记前体化合物21

向化合物20(43.2mg,0.12mmol)和三乙胺(1mL)的无水二氯甲烷(10mL)溶液中缓慢加入对甲苯磺酰氯(68.4mg,0.36mmol)，室温下搅拌反应4h。TLC监测反应结束，减压除去溶剂，加入20mL水，CH

6、合成中间体22

按照化合物10的方法制备(反应物用乙醇胺代替甲胺盐酸盐)，得到黄色粉末15，结构如下，150.6mg,产率：74.9％。

7、合成标记前体化合物23

按照化合物21的方法制备(反应物用化合物22代替20)，得到白色粉末23，结构如下，150.6mg,产率：51.0％。

实施例3

标记反应路线见图3，试剂与条件如下：a.

用1ml TBAHCO

[

实验结果：

试验例酰胺吡啶噻唑类化合物的效果实验

通过酶抑制实验对本发明所述化合物进行亲和力评价，充分验证它们与GSK-3β的高亲和力。通过正常小鼠体内生物分布实验对标记化合物进行初始脑摄取及脑清除评价。

1、酶抑制实验(IC

1.1实验方法

根据ADP-Glo

1.2实验结果

由酶抑制实验得到的半抑制常数(IC

表1本发明制备的化合物与GSK-3β蛋白结合的半抑制常数IC

2、[

2.1实验方法

酯水分配系数测定：取70μCi放射性标记物[

体外稳定性测定：将[

2.2实验结果

[

3、正常小鼠体内生物分布实验

通过体内分布实验研究了[

3.1实验步骤

将10μC i标记化合物(100μL生理盐水溶液，含5％乙醇)由尾静脉注射入正常小鼠(KM，雌性，5周龄)体内(n＝5)，分别于注射后2分钟、10分钟、30分钟和60分钟将其断头处死，解剖取出相关脏器，测量湿重及放射性计数。数据表示为脏器中放射性百分剂量(％ID/organ)和每克脏器中放射性百分剂量(％ID/g)。

3.2实验结果

[

表2[

a表示％ID/g，平均值土标准偏差；

b表示％ID/脏器。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。