用于提高突触应答的酰基苯并噁嗪 【发明领域】
本发明涉及预防和治疗大脑机能不全，包括在对高级有序行为负责的大脑网络突触中提高受体功能。在具体方面，本发明涉及本发明所公开的化合物的用途及其制备方法。
【发明背景】
在哺乳动物前脑中在许多位点的突触释放谷氨酸盐刺激两类突触后离子移变受体。这些类型受体通常称为AMPA/使君子氨酸盐和N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体。AMPA/使君子氨酸盐受体介导与电压无关的快速兴奋性突触后电流(快速epsc)，而NMDA受体产生依赖于电压的缓慢刺激电流。在海马或皮质的薄片中进行的研究显示在大多数情况下在大多数谷氨酸盐突触中AMPA受体介导的快速epsc显然是主要成分。
AMPA受体不是均匀地分布在大脑中，而是大多数限制于端脑和小脑。据Monaghan等在Brain Research 324:160-164(1984)中报导，在海马的每个主要突触区域和在纹状体复合体中，这些受体以高浓度存在于新皮质的表层中。用动物和人体进行的研究表明这些结构组织复杂的知觉运动学过程，提供用于高级有序行为的物质。因此，AMPA受体介导在那些对认识活动的宿主负责地大脑网络中的传播。
由于上述的原因，提高AMPA受体功能的药物对于认识效能具有明显的效果。该药物还应有助于记忆编码。例如由Arai和Lynch,Brain Research,598:173-184(1992)报导的实验研究显示增加AMPA受体介导的突触应答的大小提高长期增效(LTP)的诱导。随着在记忆过程中大脑中发生的已知类型的重复生理活动LTP在突触接触强度中稳定增加。正如许多范例所测定的那样，提高谷氨酸受体的AMPA形成功能的化合物有助于LTP的诱导和记忆任务的获得。Granger等，Synapse 15:326-329(1993)；Staubli等，PNAS 91:777-781(1994)；Arai等，Brain Res.638:343-346(1994)；Staubli等，PNAS 91:11158-11162(1994)；Shors等，Neurosci.Let.186:153-156(1995)；Larson等，J.Neurosci.15:8023-8030(1995)；Grenger等，Synapse22:332-337(1996)；Arai等，JPET 278:627-638(1996)；Lynch等，Internat.Clin.Psychopharm.11:13-19(1996)；Lynch等，Exp.Neurology 145:89-92(1997)；Ingvar等，Exp.l neurology 146:553-559(1997)；Hampson等，J.Neurosci.,18:2740-2747(1998)；Hampson等，J.Neurosci.,18:2748-2763(1998)和国际专利申请公开WO94/02475(PCT/US93/06916)(Lynch和Rogers,Regents ofthe University of California)。
存在许多证据物体显示LTP是记忆的反应物。例如，如Cerro和Lynch在Neuroscience 49:1-6(1992)中报导，阻断LTP的化合物干扰动物的记忆形成，某些中断人记忆的药物对LTP的稳定性起反作用。对于选择性地有助于AMPA受体的化合物的可能原型由Ito等在J.Physiol.424:533-543(1990)中公开。这些作者发现精神药物茴拉西坦(N-甲氧苯甲酰基-2-吡咯烷酮)增加由在非洲蟾蜍属卵母细胞中表达的大脑AMPA受体介导的电流，而不影响由γ-氨基丁酸(GABA)、海人酸(KA)或NMDA受体产生的应答。茴拉西坦浸渍到海马的薄片中还显示明显增加了快速突触电位的大小，而不改变休止膜性质，由此证实了茴拉西坦提高在海马中若干位点的突触应答，对NMDA受体介导的电位没有影响。参见例如Staubli,Psychobiology18:377-381(1990)和Xiao,Hippocampus 1:373-380(1991)。茴拉西坦还被发现具有非常迅速的开始和洗出，可重复使用而没有明显的持久效果；这些是与行为相关的药物的有价值的特征。不幸的是，茴拉西坦的外周给药不能影响大脑受体，该药物仅在高浓度(约1.0mM)下起作用，Guenzi和Zanetti在J.Chromatogr.530:397-406(1990)中报导，在人外周给药后约80％的药物水解成甲氧苯甲酰基-GABA。代谢物，甲氧苯甲酰基-GABA被发现仅具有弱的类似于茴拉西坦的效果。
近来公开了一类未显示茴拉西坦低效力和内在水解不稳定性特性的化合物。该化合物称为“Ampakines”，在国际专利申请公开WO94/02457(PCT/US93/06916)(Lynch和Rogers,Regents of the University of California)中公开。Ampakine通常是取代的苯甲酰胺，比茴拉西坦在化学上是更稳定的，由Positron Emission Tomo graphy(PET)进行的实验判断显示改善的生物可利用率[参见例如Staubli等，PNAS91:11158-11162(1994)]。其它的苯甲酰基哌啶和吡咯烷形式的Ampakines还已被发现，是1995年6月2日申请的未审查的US专利申请08/458967的主题。新一类的Ampakines，苯并噁嗪近来已被发现在用于评价产生认识增强的概率的体内和体外模型中具有出乎意料的高活性[Rogers和Lynch“用于提高突触应答的苯并噁嗪”，US5736543,1998年4月17日授权]。进一步的结构活性研究发现新系列的化合物，酰基苯并噁嗪，它在AMPA受体活化的体外试验中产生有效的应答，与异构的苯并噁嗪相比显示明显改善的生物稳定性。这些化合物在本说明书中公开。
发明概述
我们现在发现由AMPA受体介导的突触应答通过给药一种新的酰基苯并噁嗪衍生物提高。本发明的新化合物增加AMPA受体介导的应答的能力使得该化合物用于服务于各种用途，包括有助于依赖于AMPA受体的行为的记忆，和作为症状的治疗药物，其中MAPA受体或利用这些受体的突触在数量或效率降低，或在那些提高的兴奋性突触活性是有益的情况下作为治疗药物。我们出乎意料地发现本发明的化合物与现有技术的化合物相比明显提高生物可利用率和增加代谢稳定性。此外，最初被认为是完全失活的或证实与现有技术的化合物相比明显降低的活性的本发明的化合物出乎意料地显示出比现有技术的化合物提高的活性。
本发明的化合物在实施例中说明，由它们在鼠海马薄片中增加AMPA受体功能的能力证实具有惊人的生理活性、与结构上相关的Ampakines相比明显是更加代谢稳定的、和促进相关记忆任务的改善，例如在八臂辐射状迷宫方面的效能。由如下的描述，本发明的这些和其它方面和优点将是显而易见的。
发明和优选实施方案的详细描述
本发明的化合物是具有下式的酰基苯并噁嗪：其中：
R1和R2或者分别是单价部分或者连接在一起形成单独的二价部分。在单价部分时，R1和R2是相同或不同的，分别是H、CH2OR4或OR4，其前提是R1和R2至少一个不是H，其中R4是H、C1-C6烷基、C1-C6氟代烷基、C7-C12芳烷基或C3-C10杂芳烷基。在单独的二价部分时，R1和R2一起是选自如下的基团：其中：
R5是(CR2)m、CR2CR2或CR=CR,R是H、卤素、氰基、C1-C6烷基、C1-C6卤代烷基、C7-C12芳烷基或C3-C10杂芳烷基，任何R5是相同或不同；
R6是H、氰基、OH、C1-C6烷基、C1-C6氟代烷基、C7-C12芳烷基或C3-C10杂芳烷基或OR4,R4与如上相同；
R7是H、C1-C6烷基、C1-C6氟代烷基、C7-C12芳烷基或C3-C10杂芳烷基；
R3是H、C1-C6烷基或C1-C6氟代烷基；
Q是取代或未取代的低级亚烷基、环烷基、芳基、芳烷基或杂芳烷基；
X和Y分别是H或一起形成共价键或(CH2)n，将Q连接到苯并噁嗪环；
m是1或2；和
n是1或2。
如下术语将用于描述本发明。
术语“烷基”用于本文包括直链、支链烷基和环烷基。术语“氟代烷基”用于本文包括单一和多氟原子取代，以全氟C1-C3烷基是优选的。术语“芳基”包括取代的和未取代的碳环和杂环芳基，例如苯基、甲苯基、吡啶基、咪唑基、亚烷二氧基苯基等。
因此，对于其中R1和R2是单个的一价部分的化合物，优选的化合物是其中两个部分之一是H而另一个是OR4的化合物，其中R4是C1-C6烷基或C1-C3氟代烷基，R4更优选是C1-C3烷基或C1-C2氟代烷基，更优选是CH(CH3)2或CF3，最优选CH(CH3)2。R3优选是H,Q优选是低级亚烷基，X和Y一起形成共价键。
用于整个申请中的术语“有效量”或“治疗有效量”是描述一个或多个本发明化合物的用量或浓度，它用于在患者或受治疗者中产生所需效果或处理特定症状。本发明化合物可用于改善患者对感觉运动原问题的效能，提高受治疗者的效能，包括取决于利用AMPA受体的大脑网络的认识任务、改善记忆编码的强度或改善在许多兴奋性突触或AMPA受体方面机能不足的受治疗者的大脑功能。本发明的化合物可以有效量使用以降低受治疗者记忆认识、运动原或知觉任务所需的时间，或降低受治疗者在回忆认识、运动原或知觉任务时产生的误差的数量和/或严重程度。本发明的化合物还用于治疗人受治疗者以提高由AMPA受体介导的突触应答。此外，本发明的化合物可用于治疗人患者或受治疗者精神分裂症或精神分裂症样行为或抑郁。在其中使用本发明化合物的每种情况下，它们以在患者中产生所需效果或治疗特定症状的有效数量或浓度使用。
术语“患者”或“受治疗者”用于整个说明书中以描述动物，包括人，向其提供治疗或使用本发明的化合物或组合物。对于特定动物(尤其是例如人受治疗者或患者)的特定症状或疾病状态的治疗或应用，术语患者或受治疗者是指该具体的动物。
术语“感觉运动原问题”用于描述在患者或受治疗者中存在的问题，该问题是在由五个已知知觉综合外界信息并由此指导合适的物理应答，包括移动和动作方面的无能产生的。
术语“认识任务”用于描述患者或受治疗者的努力，包括思考或认识。占所有人体大脑组织约75％的顶骨，颞和额叶的联合皮质不同功能负责感觉输入和运动原输出之间进行的多次信息加工。联合皮质的不同功能通常称为认识，在字面上是指认识世界的过程。选择性地针对特定的刺激，认识和鉴别这些相关的刺激特征和计划和经历应答是某些由与认识有关的人体大脑介导的过程或能力。
术语“大脑网络”用于描述大脑的解剖学区域，它经神经元细胞的突触活性彼此传达。
术语“AMPA受体”是指在某些膜中发现的蛋白质的聚集体，它使得正离子越过膜，对谷氨酸盐或AMPA(DL-α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异噁唑丙酸)有反应，但对NMDA无反应。
术语“兴奋性突触”用于描述细胞-细胞接合，此时，由一个细胞释放的化学信使引起其它细胞的外部膜去极化。兴奋性突触用于描述突触后神经元，它具有比阈值电位更加阳性的反电位，因而，在该突触中，神经传递质增加概率导致产生兴奋性突触后电位(神经元将激发产生动作电位)。反电位和阈值电位决定突触后兴奋和抑制，如果突触后电位(“PSP”)的反电位比动作电位阈值更阳性，传递质的结果是兴奋，并产生兴奋性突触后电位(“EPSP”)和经神经元激发动作电位。如果突触后电位的反电位比动作电位阈值更阴性，传递质是抑制的，会产生抑制突触后电位(ISPS)，于是降低突触将激发动作电位的可能性。突触后动作的一般原则是：如果反电位比阈值更阳性，导致兴奋；如果反电位比阈值更阴性，发生抑制。参见例如NEUROSCIENCE，第7章，Dale Purves编辑，Sinauer Associates,Inc.,Sunderland,MA 1997。
术语“运动原任务”用于描述患者或受治疗者所进行的努力，包括移动或动作。
术语“知觉任务”用于描述患者或受治疗者注意感觉输入的动作。
术语“突触应答”用于描述在一个细胞中由于与其紧密接触的另一个细胞释放化学信使而产生的生理反应。
术语“精神分裂症”用于描述通常类型的精神病症状，其特征为在思想过程中的疾病，例如妄想和幻觉，和对其它人和外部世界的个体兴趣的广泛戒除，将其包埋在他或她自己中。精神分裂症现在被认为是一组精神疾病而不是单个实体，区别在于反应性和进行性精神分裂症。用于本说明书的术语精神分裂症或精神分裂症样病症包括所有类型的精神分裂症，包括逍遥型精神分裂症、紧张型精神分裂症、青春型精神分裂症、潜隐型精神分裂症、进行性精神分裂症、假神经症型精神分裂症、反应性精神分裂症、单纯型精神分裂症和类似于精神分裂症但又不必诊断为精神分裂症本身的相关疾病。精神分裂症和其它精神病疾病可用在例如Diagnostic andStatistical Manual of Mental Diaorders,4th Edition(DSM IV)Sections293.81、293.82、295.10、295.20、295.30、295.40、295.60、295.70、295.90、297.1、297.3、298.8中确定的标准诊断。
术语“大脑功能”用于描述感觉、综合、过滤和应答外部刺激和内部促动过程的结合任务。
本发明的化合物可以各种方式，用常规的合成化学技术合成。用于制备本发明的化合物的一种方法包括：
采用本领域技术人员已知的合适催化剂，例如芳基或烷基磺酸或其它路易斯酸催化剂通过使合适取代的苯酚与羟基甲基邻苯二甲酰基亚胺在惰性溶剂中接触制备邻位羟基取代的苄胺。在通过用乙醇中的肼处理释放苄胺后，它用合适活化的羧酸酰化以产生酰胺。环闭合成酰基苯并噁嗪可通过用甲醛处理或合适取代的高级醛处理进行以得到如下所示类型的结构：其中每个R1和R2是如上定义的，此外可以是芳香碳环、芳香杂环或苄基，其任何一个可带有结构不同的可变取代基。
制备本发明的化合物的另一种方法包括使苄胺与活化酸接触，所述酸含有一个缩醛或缩酮或可氧化醇形式的初期醛或酮。产生醛或酮并由强酸在低碱性溶剂中催化以使酰胺氮和苯酚环化以得到如下所示类型的转动限制的结构：其中每个R1和R2是如上定义的，此外可以是芳香碳环、芳香杂环或苄基，其任何一个可带有结构不同的可变取代基。
本申请与1998年4月7日颁布的US5736543和1993年7月23日申请的专利申请PCT/US93/06916，公开号为WO94/02475(1994年2月3日)有关，其相关技术在本说明书中以参考文献引用。
上述化合物可加入各种对于向患者给药的各种制剂(例如胶囊、片剂、定时释放的胶囊、糖浆、栓剂、注射剂、经皮贴剂等)中，优选与可药用的载体、赋形剂或添加剂混合。同样，可采用各种给药方式(例如口服、鼻腔、直肠、肠胃外的、腹膜内的、皮肤的等)。所采用的剂量水平可广泛地变化，本领域技术人员可容易地确定，通常可采用毫克至分克的数量。口服给药(每天1-4次)明显是优选的。由于出乎意料的有利的生物可利用率和稳定性，本发明的化合物可每天少至两次或至少一次给药。用本发明化合物治疗的患者包括人、家畜、实验动物等。
本发明的化合物可用作例如研究工具用于研究AMPA受体的生理和生化性质，和选择性地提高神经元电路操作的兴奋介导的结果。由于本发明的化合物达到中央突触，它们将用于测试提高AMPA受体电流的行为效果。
作为AMPA电流的正调节剂的代谢稳定的化合物在人体中有许多潜在的用途。例如，增加兴奋性突触的强度可补偿与老化和大脑疾病(例如早老性痴呆)有关的突触或受体损失。提高AMPA受体通过在高级大脑区域中发现的多次突触电流可导致更迅速地处理，因此可产生增加的知觉运动原和认识效能。作为另一个实例，由于增加的AMPA受体介导的应答有助于这类被认为编码记忆的突触变化，代谢稳定的AMPA调节剂被预期用作记忆增强剂。
本发明化合物所预期的其它应用包括如上所述的改善患者的依赖于利用AMPA受体的大脑网络的感觉运动原问题的效能；改善在依赖于利用AMPA受体的大脑网络的认识任务方面受损害的患者的效能；改善具有记忆机能不全的患者的效能等。
本发明化合物其它所预期的用途包括校正负责与精神病学疾病例如精神分裂症有关的行为的大脑区域之间和之中次优系统水平传达。
因此，在合适制剂中，本发明的化合物可用于降低记忆认识、运动原或知觉任务所需的时间量。此外，在合适的制剂中，本发明的化合物可用于增加保持认识、运动原或知觉任务的时间。另一方面，在合适制剂中本发明的化合物可用于降低在回忆认识、运动原或知觉任务中所产生的误差的数量和/或严重程度。该治疗可证实尤其有利于神经系统受到损伤的个体，或神经系统具有持久疾病的个体，尤其是影响神经系统中AMPA受体数量的损伤或疾病。本发明的化合物可向受影响的个体给药，随后向个体提供认识、运动原或知觉任务。在每个情况下，可向需要治疗的患者或受治疗者给药有效量的本发明的化合物。
已经一般描述了本发明，现在参考如下实施例，实施例用于举例说明某些优选的实施方案和比较。所包括的实施例不构成对发明范围的限制，本发明的范围在本说明书中和所附的权利要求书中更广泛地说明。化学合成实施例1
5a,6,7,8-四氢-1,3-二氧杂环戊烯并[4,5-g]吡咯并[2,1-b][1,3]苯并噁嗪-8(10H)-酮
将对甲苯磺酸单水合物(3.61g,19.0mmol)的氯仿溶液(100ml)通过共沸蒸馏干燥，冷却残余的溶液(50ml)，加入9.14g(66.2mmol)芝麻酚、10.01g(57mmol)N-(羟基甲基)-邻苯二甲酰基亚胺和100ml氯仿，将得到的绿色溶液回流过夜。将黑色反应混合物冷却至室温，用氯仿稀释到500ml，用饱和碳酸氢钠洗涤三次。合并的水相用乙酸乙酯反萃取，与氯仿溶液合并，用硫酸钠干燥。将通过在旋转蒸发器中蒸发溶剂得到的残余物溶解在二氯甲烷中，通过短柱硅胶过滤。硅胶的二氯甲烷漂洗液与洗脱液混合，蒸发得到9.3gN-(2-羟基-4,5-亚甲二氧基苄基)-邻苯二甲酰基亚胺黄色固体(55％)，它在TLC(Rf=0.6；二氯甲烷)显示一个斑点。IR:1768和1699cm-1。1HNMR(200Mhz):δ7.81-7.90(2H,m)；7.70-7.79(2H,m)；7.76(1H,s)；6.86(1H,s)；6.52(1H,s)；5.88(2H,s)；和4.73ppm(2H,s)。
在氩气中将N-(2-羟基-4,5-亚甲二氧基苄基)-邻苯二甲酰基亚胺(2.0g；6.7mmol)溶解在20ml四氢呋喃(THF)中。向搅拌的溶液中分批加入作为在矿物油中的60％分散液的氢化钠(0.27g；6.78mmol)，30分钟后，加入0.65ml(7.01mmol)氯甲基乙基醚。使混合物静置过夜，加入另外等量的氢化钠和氯甲基乙基醚，使其再反应4小时。在旋转蒸发器中减少溶液的体积，残余物在水和二氯甲烷中分配。水相进一步用二氯甲烷萃取(三次)，合并有机层，用10％氢氧化钠洗涤(3次)和饱和盐水溶液洗涤，随后用硫酸钠干燥。蒸发溶剂，并将得到的棕色液体溶解在乙醚中得到结晶，通过过滤收集结晶，用乙醚/石油醚(1∶1)洗涤。合并上清液和洗涤溶液，用硅胶色谱法(10％-20％乙酸乙酯/己烷)分离另外的产物，总产量1.70gN-(2-乙氧基甲氧基-4,5-亚甲二氧基苄基)邻苯二甲酰基亚胺(71％)。IR(薄膜)：1770和1709cm-1。1HNMR(200Mhz):δ7.80-7.90(2H,m)；7.67-7.77(2H,m)；6.77(2H,s)；5.88(2H,s)；5.19(2H,s)；4.86(2H,s)；3.73(2H,q,J=7.04Hz)；和1.21ppm(3H,t,J=7.15Hz)。
N-(2-乙氧基甲氧基-4,5-亚甲二氧基苄基)邻苯二甲酰基亚胺(1.70g,4.77mmol)在90ml回流乙醇中用0.5ml(16mmol)肼处理3小时。将反应混合物冷却，通过过滤除去邻苯二甲酰肼，用乙醚洗涤3次。合并有机溶液，用旋转蒸发器蒸发至干得到残余物，将其溶解在二氯甲烷中。有机溶液用10％氢氧化钠洗涤3次，合并的水溶液用二氯甲烷反萃取2次。合并的有机溶液用盐水洗涤，用硫酸钠/碳酸钾干燥。蒸发溶剂得到2-乙氧基甲氧基-4,5-亚甲二氧基苄胺，为浅黄色液体(0.98g，收率92％)，它在静置时固化。IR:3298cm-1,1H NMR(200MHz):δ6.77(1H,s)；6.75(1H,s)；5.91(2H,s)；5.18(2H,s)；3.74(2H,q,J=7.1Hz)；3.73(2H,s)；1.45(2H,br s)；和1.24ppm(3H,t,J=7.1Hz)。
4,4-二乙氧基丁酸(716mg,4.06mmol)通过加入613mg(3.78mmol)羰基二咪唑在10ml二氯甲烷中的溶液活化。将溶液搅拌2小时，随后加入978mg(4.35mmol)2-乙氧基甲氧基-4,5-亚甲二氧基苄胺在15ml的二氯甲烷中的溶液，使其静置3天。溶液用磷酸缓冲液(0.1M,pH6.8)洗涤3次，用盐水洗涤1次，随后用硫酸钠干燥。蒸发溶剂得到1.42g(收率98％)黄色液体。IR:1644cm-1。1HNMR(200Mhz):δ6.78(1H,s)；6.75(1H,s)；5.95-6.08(1H,br t)；5.91(2H,s)；5.17(2H,s)；4.49(1H,t,J=5.5Hz)；4.34(2H,d,J=5.8Hz)；3.78-3.89(6H,m)；2.26(2H,t,J=5.8Hz)；1.94(2H,dt,J=7.5＆5.4Hz)；和1.13-1.30ppm(9H,t,J=7.0Hz)。
将如上得到的酰胺/缩醛(1.20g,3.12mmol)与4ml2-丙醇和200微升浓盐酸在20mlTHF中混合，使其在室温下静置过夜。将通过蒸发产生的残余物在水和二氯甲烷之间分配。水层用二氯甲烷萃取3次，合并的有机馏分用10％盐酸洗涤2次，用10％氢氧化钠洗涤3次，用盐水洗涤1次，随后用硫酸钠干燥。除去溶剂得到灰白色固体，它用硅胶色谱(20％乙酸乙酯/己烷)纯化，由二氯甲烷/乙醚中结晶得到301mg(收率41％)酰基苯并噁嗪，熔点=163-164℃。IR:1697cm-1。1HNMR(200Mhz):δ6.51(1H,s)；6.40(1H,s)；5.91(2H,s)；5.31(1H,dd,J=5.3＆1.6Hz)；4.85(1H,d,J=16.5Hz)；4.20(1H,d,J=16.4Hz)；和2.14-2.69ppm(4H,m)。实施例2
6a,7,8,9-四氢-1,4-二噁英[2,3-g]吡咯并[2,1-b][1,3]苯并噁嗪-9(11H)-酮
将N-(羟基甲基)邻苯二甲酰基亚胺(97.46g,42.1mmol),3,4-亚甲二氧基苯酚(96.4g,4.6mmol)和对甲苯磺酸单水合物(0.87g,4.6mmol)溶解在80ml氯仿中，混合物在Dean-Stark分水器中回流3天以临时除去水。通过硅胶填料过滤棕色溶液，硅胶填料用氯仿洗涤，蒸发合并的有机溶液得到黄色固体，它用快速色谱法纯化，用二氯甲烷作洗脱剂。中间体以黄色固体得到(5.8g)，由异构体的混合物组成，它直接使用无需进一步纯化。
将如上得到的固体(1.4g,4.5mmol)溶解在15mlTHF中，在氩气中用0.7g(7.4mmol)氯甲基乙基醚和0.3g(7.5mmol)氢化钠(在矿物油中的60％分散液)处理1小时。加入水，分离的水相用二氯甲烷萃取3次。合并的有机相用10％氢氧化钠洗涤3次，用盐水洗涤1次，随后用硫酸钠干燥。蒸发溶剂得到油状物，将其溶解在乙醚中，结晶得到0.63g(38％)白色结晶。熔点=97-98.5℃。IR:1771和1709cm-1。1HNMR(200Mhz):δ7.6-7.9(4H,m)；6.70(1H,s)；6.69(1H,s)；5.17(2H,s)；4.82(2H,s)；4.18(4H,m)；3.71(2H,q,J=7.2Hz)；和1.2ppm(3H,t,J=7.1Hz)。
N-(2-乙氧基甲氧基-4,5-亚甲二氧基苄基)邻苯二甲酰基亚胺(625mg,1.69mmol)与0.2ml(6.4mmol)肼在30ml乙醇中混合，回流3小时。冷却反应混合物，向混合物中加入30ml乙酸乙酯，用过滤除去白色沉淀物。滤饼用乙醚洗涤3次，蒸发合并的有机溶液得到残余物，将其在乙醚和10％氢氧化钠之间分配。有机相用10％氢氧化钠洗涤3次，合并含水洗涤液并用二氯甲烷反萃取2次。合并有机溶液，用盐水洗涤，用硫酸钠/碳酸钾干燥。随后蒸发溶剂得到2-乙氧基甲氧基-4,5-亚甲二氧基苄胺，为浅黄色油状物(346g,86％粗产物)，它在静置时固化。IR:3375cm-1。
4,4-二乙氧基丁酸(270mg,1.53mmol)通过加入213mg(1.31mmol)羰基二咪唑在5ml二氯甲烷中的溶液中活化。将溶液搅拌30分钟，随后加入347mg(1.45mmol)2-乙氧基甲氧基-4,5-亚甲二氧基苄胺在1ml的二氯甲烷中的溶液，使其静置过夜。溶液用磷酸缓冲液(0.1M,pH6.8)洗涤3次，用盐水洗涤1次，随后用硫酸钠干燥。溶液用硅胶小填料过滤，蒸发得到436mg(84％，粗产物)油状物。IR:3293和1644cm-1。
将如上得到的酰胺/缩醛(436mg,1.1mmol)与2ml2-丙醇和100微升浓盐酸在10mlTHF中混合，使其在室温下静置过夜。将通过蒸发得到的残余物溶解在二氯甲烷中，用10％盐酸洗涤3次，用10％氢氧化钠洗涤3次，用盐水洗涤1次，随后用硫酸钠干燥。除去溶剂得到灰白色固体，它由二氯甲烷/乙醚中结晶，用乙醚/石油醚洗涤2次得到123mg(45％)酰基苯并噁嗪，熔点=151-152℃。IR:1708和1689(sh)cm-1。1HNMR(200Mhz):δ6.58(1H,s)；6.41(1H,s)；5.32(1H,dd)；4.86(1H,d,J=16.7Hz)；4.22(4H,m)；4.20(1H,d,J=16.3Hz)；和2.12-2.70ppm(4H,m)。
实施例3
6a,7,8,9-四氢-1,4-二噁烷[2,3-g]吡啶并[2,1-b][1,3]苯并噁嗪-10(10H,12H)-二酮
将三乙基铝以在甲苯中的2M溶液(2.3ml,4.6mmol)在氩气中加入两颈烧瓶中,冷却到-5-10℃。将在5ml无水氯仿中的2-乙氧基甲氧基-4,5-亚甲二氧基苄胺(1.0g,4.18mmol；异构体的混合物)加入烧瓶中，得到的溶液在相同的温度下保持20分钟。在使溶液加热至室温后，加入0.81g(4.6mmol)5,5-二甲氧基戊酸甲酯，将得到的溶液回流过夜。用甲醇和磷酸缓冲液(0.1M,pH6.8)中止反应，用二氯甲烷萃取3次。合并的有机相用磷酸缓冲液洗涤三次，用盐水洗涤1次，用硫酸钠干燥。酰胺用硅胶柱纯化为浅黄色油状物，用二氯甲烷/乙醚(4∶1)作为洗脱液，证实(经NMR)为游离和保护的酚化合物的混合物，其直接使用无需进一步纯化。IR:3279和1632cm-1。
将如上得到的油状物溶解在10mlTHF、2ml2-丙醇和100微升浓盐酸中，使其静置24小时。真空除去溶剂，将残余物溶解在二氯甲烷中，用10％盐酸洗涤3次，用10％氢氧化钠洗涤3次，用盐水洗涤1次，随后用硫酸钠干燥。蒸发溶剂得到白色固体，它由二氯甲烷/乙醚中结晶得到141mgε-内酰胺。随着加热产物结晶，在147℃发生转变，得到在163℃下熔化的新形式。IR:1647和1639cm-1(未解析的双峰)。1HNMR(200Mhz):δ6.58(1H,s)；6.39(1H,s)；5.31(1H,d,J=16.4Hz)；5.16(1H,t,J=3.4Hz)；4.22(4H,m)；4.12(1H,d,J=16.7Hz)；2.30-2.60(2H,m)；1.00-2.20(3H,m)；和1.70-1.90ppm(1H,m)。
实施例4
5a,6,7,8-四氢-1,3-二氧杂环戊烯并[4,5-g]吡咯并[2,1-b][1,3]苯并噁嗪-8,10(10H)-二酮
将4,5-亚甲二氧基水杨酰胺(496mg；2.74mmol)溶解在10ml三氟乙酸中，向其中加入491mg(2.79mmol)4,4-二乙氧基丁酸。在24小时后，在旋转蒸发器中将反应溶液减少到5ml，加入另外的526mg4,4-二乙氧基丁酸产生白色沉淀物。通过蒸发除去三氟乙酸，固体随后溶解在乙酸乙酯和乙醇中，再次通过蒸发溶剂分离。最后，将固体进行高真空处理。IR:1720,1657,1617,1470,1260,和1177cm-1。1HNMR(200MHz；d6DMSO/CDCl3):δ8.32(1H,br s)；7.17(1H,s)；6.47(1H,s)；6.02(2H,s)；5.25(1H,t,J=4.5Hz)；2.48-2.6(2H,m)；和2.06-2.2ppm(2H,m)。
将中间体酸加入1.09g(6.17mmol)羰基二咪唑在20ml二氯乙烷中的溶液中，在24小时后观察到乳白色悬浮液。TLC分析指出残余某些起始物料，随后向悬浮液中加入另外的474mgCDI。观察到不再反应，通过过滤分离白色固体，用二氯甲烷洗涤。UV和IR光谱显示该中间体(310mg)是酰基咪唑，因此，将其悬浮在10ml二氯甲烷中，用105mg三乙胺处理4天，此时，反应溶液是均匀的。溶液用10％盐酸洗涤(3次)和盐水洗涤(1次)，最后用Na2SO4干燥。通过蒸发除去溶剂得到205.6mg白色固体。将固体溶解在三氟乙酸中，但在几天内未发生变化(用TLC)。将产物重新分离，由CHCl3/Et2O中结晶得到产物，熔点=224-225℃。IR:1750(s),1673(m)，和1625(m)cm-1。1HNMR(500Mhz)δ7.4(1H,s)；6.47(1H,s)；6.05(2H,s)；5.77(1H,dd,J=5.0＆7.1Hz)；2.69-2.78(1H,m)；2.53-2.64(2H,m)；和2.29-2.39ppm(1H,m)。FAB MS:m/z=248(P+1)。
生物学数据
实施例5
体外生理试验
本发明化合物的生理学效果可根据如下方法用大鼠海马的薄片进行体外试验。兴奋应答(EPSP区)在海马薄片中测定，它保持在用人造脑脊髓流体(ACSF)连续灌注的记录室中。在15-30分钟间隔中，灌注介质切换到含有不同浓度试验化合物的室中。将药物灌注之前和结束时收集的应答叠加以计算EPSP幅度的增加百分数和在峰高度一半处的应答宽度(半宽度)的增加百分数。
为进行这些试验，由麻醉的2月龄斯普雷格-道利鼠取出海马，制备体外薄片(400微米厚)，在35℃用常规技术保持在介面室(interface chamber)中[参见例如Dunwid die and Lynch,J.Physiol.276:353-367(1978)]。该室用含有(mM):氯化钠124、氯化钾3、磷酸二氢钾1.25、硫酸镁2.5、氯化钙3.4、碳酸氢钠26、葡萄糖10和L-抗坏血酸盐2的ACSF以0.5ml/min恒定灌注。双极镍铬合金刺激电极放置在接近于子区域CA3边缘的海马子区域CA1的树状层(辐射层)。
通过刺激电极的电流脉冲(0.1msec)活化由子区域CA3中的神经元产生的Schaffer连合(SC)纤维的总体，在CA1神经元的树突的突触中停止。这些突触的活化导致它们释放传递质谷氨酸盐。谷氨酸盐结合突触后AMPA受体，它随后短暂地打开联合的离子通道，允许钠电流进入突触后细胞。该电流在细胞外空间(区域兴奋性突触后电位或区域“EPSP”)产生电压，电压由位于CA1辐射层中部的高阻抗记录电极记录。
对于表1中所总结的实验，调节刺激电流的强度以产生半数最大EPSP(通常约1.5-2.0mV)。每40秒给出一对刺激脉冲，脉冲间隔为200毫秒(参见下文)。第二应答的区域EPSP被数字化和分析以确定幅度、半宽度和应答面积。如果应答稳定15-30分钟(基线)，向灌注管线中加入试验化合物约15分钟，灌注随后改回正常ACSF。
使用对脉冲是因为SC纤维的刺激部分地活化了中间神经元，它在CA1的锥体细胞中产生抑制突触后电位(IPSP)。该前馈IPSP通常在EPSP达到其峰值后确定。它加速再极化和缩短EPSP的衰变期，于是能部分掩盖试验化合物的效果。前馈IPSP的相关特征之一是它不能够在刺激脉冲后的几百毫秒内再次活化。通过以200毫秒的间隔提供对脉冲和使用数据分析的秒(“最初”)应答，可利用该现象有利地消除IPSP。
在CA3轴突的刺激后在区域CA1中记录的区域EPSP已知由AMPA受体介导：该受体存在于突触中[Kessler等，Brain Res.560:337-341(1991)]，选择性地阻断受体的药物选择性地阻断区域EPSP[Muller等，Science，同上]。茴拉西坦增加AMPA受体通道的平均打开时间，由此被预期增加突触电流的幅度和延长其持续时间[Tang等，Science，同上]。如文献中报导，这些效果反映在区域EPSP中[参见例如Staubli等，Psychobiology，同上；Xiao等，Hippocampus同上；Staubli等，Hippocampus 2:49-58(1992)]。对于如上所述的茴拉西坦的稳定苄酰胺衍生物已报导了类似的结果[国际专利申请公开WO94/02475(PCT/US93/06916)(Lynch和Rogers,Regents of theUniversity of California)]。
本发明的化合物在上述生理试验系统中进行试验以得到如下表1中列出的数据。此外，缺乏本发明的苯并噁嗪的刚性的化合物也作为第5项中给出。它用作比较以说明通过脱除在非刚性苄基吡咯烷酮中固有的旋转自由的两度得到活性的明显增加(将在化合物在300μM应答增加20％与苄基吡咯烷酮在2mM增加20％比较)。
重要的是认识到化合物4的二酰亚胺(imide)结构，它被认为是茴拉西坦的刚性模型，在300μM时在薄片模型中失活。考虑到其中单个羰基部分连接于芳环上的苄酰胺说明的生理学活性(Rogers等，US5650409)，人们会预计本发明的酰基苯并噁嗪有较小或没有活性。然而，现在明显的是当在刚性苯并噁嗪结构中存在两个羰基时(得到二酰亚胺)不利于生物学活性，在任一位置中的一个羰基是足够的。此外，出乎意料的是在氮的α位置和芳环的γ位置上的羰基产生显著较大的生物可利用率和提高的活性。
表1的最初两个数据栏显示实施例1化合物在小鼠中的血浆清除率的半衰期(58分钟)和生物可利用率(100％)。这些数据可与相应苄酰胺的数据(1998年4月17日颁布的US5736543的实施例1)相比，该化合物显示的半衰期和生物可利用率分别为31分钟和35％。第三个数据栏报道了在产生明显增加的最低浓度下EPSP幅度增加的数量。化合物产生EPSP应答增加的特征是改善在8-臂辐射状迷宫任务中记忆的能力的可信预测值。表1的最后一栏描述了对于大多数有效化合物改善大鼠记忆的阈值剂量，它是如Staubli等，PNAS91:11158-11162(1994)中所述用八-臂辐射状迷宫在记忆范例中测定。
表1化合物 m n R 半衰期* 生物可利用率# EPSP应答+ 迷宫MEDt
(min) (％) (conc.) (mg/kg)1 1 1 CH2 58 100 25(300μM) NT2 2 1 CH2 NT NT 20(30μM) 0.13 2 2 CH2 NT NT 10(30μM) NT4 1 1 C=O NT NT 0(300μM) NT
NT NT 20(2mM) NT
*在大鼠中静脉内给药后的血浆清除率
#口服给药的AUC占静脉给药的AUC的百分数
EPSP应答面积的增加百分数
改善大鼠在八臂辐射状迷宫中表现的最小有效剂量
NT=未测
参考具体实施方案详细描述了本发明，然而应理解在如下的权利要求定义的本发明的精神和范围中可进行变化和改进。