第一章 緒論
第一節 背景資料
本 論 文 之 標 的 化 合 物 為 2-(3-substituted phenyl)-1,8- naphthyridin-4(1H)-one-3-carboxylic acid，因此著者首先將與標 的化合物相關的結構如 2-phenyl-4-quinolone-3-carboxylic acid 的衍生物(A)、2-phenyl-1,8-naphthyridin-4(1H)-one 的衍生物(B) 及2-phenyl-1,8-naphthyridin-4(1H)-one-3-carboxylic acid 的衍生 物(C)其文獻已知的合成方法和抗癌藥理活性簡述如下，做為 本論文之研究背景資料。
第一節 背景資料
(一) 2-Phenyl-4-quinolone-3-carboxylic Acid (A)之合成 方法與其抗癌活性
2-Phenyl-4-quinolone (PQ) 類 生 物 鹼 早 已 在 1891 年 由 Beckurts 等學者從芸香科之芸香屬植物中單離出來 1，後來也
N H R
O
COOH
R'
(A)
N N
H R
O
R'
(B)
N N
H O
COOR
(C)
發現其三環化學結構模式具有 antineoplastic activity。而本研究 室也因此合成許多 PQ 類緣化合物，但發現其雖然在 in vitro 試驗中呈現相當不錯的抗腫瘤活性，但因脂溶性偏高，不易溶 解於生物體內之水溶液，所以難以到達標的細胞，所以將第三 號位置導入一個親水性的-COOH 官能基，而發現這類衍生物 不 但 保 有 抗 腫 瘤 活 性 ， 並 擁 有 良 好 的 藥 物 動 力 學 (Pharmacokinetics; PK)性質，以下就將此類衍生物之合成方 法、抗腫瘤活性及其 PK 性質作一個說明。
(1) 2-Phenyl-4-quinolone-3-carboxylic Acid 之合成方法 2-4 如 Scheme 1 所 示 ， 先 將 substituted aniline 和
substituted benzoyl chloride 在甲苯中反應，將產物與 PCl5
加 熱 迴 流 進 行 氯 化 反 應 再 加 入 先 前 置 備 好 的 sodium diethyl malonate 於無水甲苯中加熱至迴流。再將此未純化 之粗產物以加熱的方式環化而得到具有酯類官能基的產 物，再加入 10% NaOH 進行鹼催化酯類水解反應而得到最 終產物。
Scheme 1
R
NH
R'
EtOOC COOEt
+ R
NH
R'
EtOOC H
170 ℃ 110-140 ℃
R toluene, 110 ℃ reflux
NH2
R +
O
Cl
R'
toluene, rt
R
NH O
R'
(2) 2-Phenyl-4-quinolone-3-carboxylic Acid 之抗腫瘤活性
此類結構為新穎之抗有絲分裂劑 5，這系列化合物之
細胞致毒活性與抑制微管蛋白聚合(inhibition of tubulin polymerization; ITP)活性有相對應的關係 6-12。由研究可知 當 A 環的第 6 位置及 C 環的第 3'位置取代為含有未共用 電子對的官能基取代時，具有優越之細胞致毒活性。而 且這兩個官能基間的距離約為 10 ~ 11 Å，這樣的結構特 性可能是化合物藉由這些官能基與微管作用部位產生氫 鍵鍵結所致。在所有的取代基中又以當 A 環的第 6 位置 為 OCH3，而 C 環的第 3’位置為 F 的取代基時其活性最好 ( Fig. 1)，尤其是在 in vitro 的試驗中，其對人類的肺癌細 胞株 (A549)有最強的抗腫瘤活性 (ED50：0.19 μg/mL)；
而在in vivo 的試驗中也發現其對 A549 肺癌的異種皮移植 (xenograft)測試亦有顯著的抗腫瘤活性。
NH R
O
COOH
R'
A B
C
Fig 1. 3’-Fluoro-6-methoxy-2-phenyl-4-quinolone-3- carboxylic acid
(3) 2-Phenyl-4-quinolone-3-carboxylic Acid 之藥物動力學 (PK)性質
將 3’-fluoro-6-methoxy-2-phenyl-4-quinolone-3- carboxylic acid 對 male ICR mouse (一種遠交品種的雄性 裸小鼠)進行口服及靜脈注射的單次劑量投與試驗。其結 果顯示在靜脈注射給藥方面 (Table. 1)，其有很低的清除 率及分佈體積 (volume of distribution)，所以在給藥後可 以在體內停留較長的時間；而在口服給藥方面 (Table.
2)，口服吸收的速度很快，Tmax出現於給藥 0.5 小時，而 且其口服的生體可用率 (bioavailability)大約為 71%。
NH O
COOH MeO
F
Table 1. 靜脈注射 2.0 mg/kg 於 male ICR mice 的 藥物動力學數值
PK parameters Mean C(0) (ng/ml) 33329.1 AUC(0-inf)
(ng*hr/ml) 91438.0
MRT (hr) 4.5
CL (ml/(min*kg)) 0.4 Vss (l/kg) 0.1
Vz (l/kg) 0.1 T1/2 (hr) 3.3
C(0)：Initial concentration AUC：Area under the curve MRT：Mean residence time CL：Plasma clearance V：Volume of distribution T 1/2：Half-life
Table 2. 口服給予 20.0 mg/kg 於 male ICR mice 的 藥物動力學數值
PK parameters Mean
Cmax (ng/ml) 103276.2
AUC(0-inf)
(ng*hr/ml) 645317.6
Tmax (hr) 0.5
MRT (hr) 5.5
T1/2 (hr) 4.1 Bioavailability (%) 71
Cmax：Maximum concentration AUC：Area under the curve
Tmax：The time of Maximum concentration MRT：Mean residence time
T1/2：Half-life
大體上來說，無論何種給藥方式都具有較低的清除率 及分佈體積，半衰期 (half-life)大約為 3-4 小時，而且具有 高度的口服生體可用率 (71%)，以上這些藥物動力學方面 的優勢使其更具未來發展的潛力。
(二) 2-Phenyl-1,8-naphthyridin-4(1H)-one (B)之合成方 法與其抗癌活性
(1) 2-Phenyl-1,8-naphthyridin-4(1H)-one (2-PN)之合成方法 合成2-phenyl-1,8-naphthyridin-4(1H)-one (2-PN)化合 物的合成方法主要有兩種：
方法 A 13 :
如 Scheme 2 所示，先取 substituted 2-aminopyridine 與 substituted benzoylaldehyde 縮 合 為 2-(arylideneamino)pyridine，接著與 chloroacetyl chloride 作用則可環化為 2-phenylpyrido[1,2-a]pyrimidin-4-one，然 後再以 350 ℃高溫產生分子重排而得到最終產物。
Scheme 2
方法 B13,14 :
如 Scheme 3 所示，在 sodium hydride 存在下，將 substituted acetophenone 和 diethyl carbonate 反應得到 ethyl substituted benzoylacetate。再取 substituted 2-aminopyridine 與 ethyl substituted benzoylacetate 在 polyphosphoric acid (PPA)之下環化為 2-phenylpyrido-[1,2-a]pyrimidin-4-one，
再以 350 ℃高溫產生分子重排而得到最終產物，此合成 方法即為本實驗室先前用來合成 2-PN 衍生物的方法。
ClCH2COCl Et3N liquid paraffin
N m-xylene, Δ
Scheme 3
(2) 2-Phenyl-1,8-naphthyridin-4(1H)-one (2-PN)之抗腫瘤
活性 13-15 liquid paraffin
R' toluene, Δ
O
OEt O
R'
Fig 2. 2-PN 及 2-PQ 之結構
(三) 2-Phenyl-1,8-naphthyridin-4(1H)-one-3-carboxylic Acid (C)之合成方法 16
如 Scheme 4 所示，在 sodium hydride 存在下，將取 acetophenone (1)和 diethyl carbonate (2)反應得到化合物 3。再取 2-aminonicotinic acid (4) 及 N-hydroxysuccinimide (5) 在 N,N′-dicyclohexylcarbodiimide (DCC)作用下脫水獲得化合物
6。再將先前得到的化合物 3 和 6 在 potassium tert-butoxide (t-BuOK)的作用下環化為最終產物 7。
N N
H R
O
R' 5
6
7
2' 3'
4' 5' 6'
2-PN
NH O
A B
C
2-PQ
R
R' COOH
Scheme 4
近來研究發現，以 1,8-naphthyridine-3-carboxylic acid 為母 核的衍生物具有很好的 cytotoxicity17,18，例如 3-substituted 1,4- dihydro-4-oxo-1-(2-thiazolyl)-1,8-naphthyridines 的衍生物 (Fig.
3)對老鼠血癌 (P388)細胞株的 IC50已達到 10.4 nM17。
3-substituted 1,4-dihydro- 1,8-naphthyridines的衍生物 toluene, Δ
O
OEt O
1 2 3
因此若能運用 Scheme 4 合成 ethyl 1,8-naphthyridine- 4(1H)-one-3-carboxylate 核心結構的方法(如化合物 7)，再利用 10% NaOH 將化合物 7 進行鹼催化酯類水解反應就能得到 2-phenyl-1,8-naphthyridin-4(1H)-one-3-carboxylic acid 的 衍 生 物。此類 2-phenyl-1,8-naphthyridin-4(1H)-one-3-carboxylic acid 之衍生物還未有文獻探討其生物活性，因此具有很大的研究價 值。