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山西大学 硕士学位论文 几种蒽醌衍生物的合成及其体外抗肿瘤 姓名：苏强 申请学位级别：硕士 专业：药物化学 指导教师：张立伟 2010-06 中 文 摘 要 目前，癌症已成为影响人类健康和生命的主要疾病之一。据 2009 年世界卫生组 织国际癌症研究中心日前公布的一份研究报告说，根据目前癌症的发病趋势，2020 年全世界癌症发病率将比现在增加 50%， 全球每年新增癌症患者人数将达到 1500 万 人。因此，越来越多的研究者都致力于癌症的预防和治疗，期望能得到高效低毒的 抗肿瘤药物。 在对多种中药抗肿瘤活性成分筛选实验时发现，大黄、茜草及芦荟等中药具有 抗肿瘤活性成分，且此类中药中主要有效成分是蒽醌类化合物，如大黄素、大黄酸 及芦荟大黄素等目前临床上常用的抗肿瘤药物阿霉素及米托蒽醌的基本母核亦是 蒽醌结构，提示具有蒽醌类母核结构的化合物具有抗肿瘤活性。但天然的蒽醌类化 合物存在含量低，提取困难、难分离等缺点，因此，需要有必要对其进行全合成的 研究。因此，本论文主要对以下几方面进行了研究： 1、本文首先对蒽醌类衍生物的合成方法进行了研究。在调研文献的基础上，本 文主要对一步合成法进行了研究。以邻苯二甲酸酐和取代苯为原料，微波加热，浓 硫酸和无水三氯化铝为催化剂，130w 下反应 3-40min，得到了目标化合物。与传统 加热方法相比较，本方法反应时间短，产率高，易操作等优点。 2、本文以 3，5-二甲氧基苯甲酸甲酯为原料，首先于水合氯醛作用，再经过烷 基化，酯交换、水解、脱竣、等一系列反应合成了所需的原料 3，5-二甲氧基邻苯二 甲酸酐，再与苯衍生物反应，合成了 4 种有潜在抗癌活性的蒽醌衍生物，其中一种 为新化合物，一种为首次合成的天然产物，并对其进行了图谱表征。 3、本文以 2-甲基蒽醌为原料，经硝化、氧化、酰化等步骤，合成了一些 1-硝基 -2-酰基蒽醌-氨基酸衍生物，并通过 ir, nmr, ms 等光谱学手段进行了鉴定。 关键词：蒽醌；抗肿瘤；蒽醌-氨基酸衍生物； abstract nowadays, cancer is one of the most familiar and serious diseases in many countries, which endangers mankinds heaths and lives directlyaccording to 2009 who international cancer research center, it is reported that cancer sufferers occur in the trend of growth and the incidence of cancer worldwide in 2020 increased by 50%, the number of cancer patients will reach 1500 million. therefore, more and more scholars have devoted to fine more anticancer drugs, in order to prevent the cancer. it is found that some chinese medicines such as rhubarb, madder, aloe have anti-tumor activities in experiments, and found that the main active components is anthraquinone derivatives, such as emodin, rhein. now, the commonly used anticancer drugs in clinical-doxorubicin and mitoxantrone is also belonging to anthraquinone derivatives, it is indirect that the anthraquinone compounds maybe have anti-tumor activities. but it is difficult to extract and separate the natural anthraquinones, so it is need to study the synthesis proceed of anthraquinone compounds. in this paper, the concrete work mainly has included the following four aspects. 1. the synthesis method for the preparation of anthraquinone derivatives was studied. according to the literatures, a one-pot synthesis method was selected and studied. a facile, rapid and efficient one-step synthesis method of anthraquinone derivatives from phthalic anhydride with drawing-electron groups substituted benzenes in the presence of alcl3/ppa or with donor-electron groups substituted benzenes in the presence of alcl3/h2so4 as a catalyst under microwave heating at 130w. 2. in this dissertation, four emodin derivatives were designed and synthesized using the original law materical(methyl 3,5-dimetlloxy benzoate). the alkylation and annulation reactions of methyl 3，5-dimethoxybenzoate with chloral hydrate. then the obtained compound was hydrolyzed， decarboxylated，oxidized and dehydrated subsequently to synthesize 3， 几种蒽醌衍生物的合成及其体外抗肿瘤活性的初步研究 8 5-dimethoxyphthalic anhydride. then synthesized from substituted benzenes under microwave heating. one is a new compound, and another is synthesized of natural products for the first time. all of the compounds have been characterized. 3. a series of anthraquinone-amino acid compounds was designed and synthesized from 2-methylanthraquinone. all of the compounds have been characterized. key words: anthrquinone; anti-tumor activity; anthraquinone-amino acid compound 第一章 综述 1 第一章 综述 1.肿瘤的现状以及抗肿瘤药物的研究进展 1.1 肿瘤的现状以及治疗方法肿瘤的现状以及治疗方法 进入 21 世纪以来，随着社会城市化发展和工业化的加速，环境污染物和新化学 物质的日益增多，加之诸多不良生活方式和行为习惯的影响，恶性肿瘤已成为威胁 人类健康的三大疾病之一，且其死亡率之高居世界第二位。因此，肿瘤的防制已经 成为全球包括我国肿瘤科学研究和疾病控制的重要部分。 癌症是一组可影响身体任何部位的多种疾病的通称。其通常来源与一个单细胞， 其正常的单细胞经过一个人的基因因素和三种外部因子之间相互作用，就从正常细 胞转变为了一个肿瘤细胞，中间是一个多阶段过程。这些外部因子包括：物理致癌 物质如紫外线和电离辐射；化学致癌物质如石棉、烟草烟雾成分、黄曲霉毒素（一 种食品污染物）和砷（一种饮水污染物） ；生物致癌物质如由某些病毒、细菌或寄生 虫引起的感染。 癌症使用的其它术语为恶性肿瘤和赘生物。癌症的一个定义特征是快速产生异 常细胞，这些细胞超越其通常边界生长并可侵袭身体的毗邻部位和扩散到其它器官。 这一过程被称之为转移。转移是癌症致死的主要原因。据 2009 年世界卫生组织国际 癌症研究中心日前公布的一份研究报告说，根据目前癌症的发病趋势，2020 年全世 界癌症发病率将比现在增加 50%，全球每年新增癌症患者人数将达到 1500 万人。根 据该中心的这份研究报告，目前全世界发病率最高的癌症是肺癌，每年新增患者人 数为 120 万；其次是乳腺癌，每年新增大约 100 万患者；随后依次是肠癌 94 万、胃 癌 87 万、肝癌 56 万、宫颈癌 47 万、食道癌 41 万等。该中心指出，人口老龄化、 吸烟人数增多、体育运动减少、饮食中缺少蔬菜水果等不良习惯可能进一步导致全 球癌症人数猛增。因此，癌症的防治和治疗显的越来越重要！ 目前，肿瘤的治疗方法有手术治疗、放射治疗和药物治疗（化学治疗）等，但 是在很大程度上仍以化学治疗为主。 手术是癌症治疗的重要方法之一，也是早期癌症的首选治疗方法。手术治疗癌 症即对癌症组织进行全部或局部的切除，其治疗癌症的优势在于效果直接迅速，早 期患者手术后有完全治愈的可能。其缺点在于存在一定危险性，尤其对于部位敏感 的癌症，手术风险较大。另外，由于手术是局部疗法，对于已经发生转移的癌症患 者仅能做姑息性局部切除，且由于手术对人体的创伤较大，会使患者的免疫力降低， 几种蒽醌衍生物的合成及其体外抗肿瘤活性的初步研究 2 并且易出现一系列并发症。 放射治疗简称“放疗“， 是目前治疗恶性肿瘤的重要手段之一。 肿瘤的放射治疗是 利用放射线如放射性同位素产生的 、 射线和各类 x 射线治疗机或加速器产生 的 x 射线、电子线、中子束、质子束及其它离子束等治疗恶性肿瘤的一种方法。在 我国约有 70%以上的癌症需用放射治疗,美国统计也有 50%以上的癌症需用放射治 疗。放射治疗几乎可用于所有的癌症治疗，对许多癌症病人而言，放射治疗是唯一 必须用的治疗方法。 药物治疗（化学治疗）俗称为化疗，其是利用抗肿瘤药物来治疗肿瘤。自从 20 世纪 40 年代氮芥用于治疗恶性淋巴瘤后， 几十年来， 化学治疗已经有了很大的发展， 已由单一的化学治疗进入了联合化疗和综合化疗的阶段，并且能成功地治愈病人或 明显延长病人生命。此外，在对肿瘤的研究过程中，对肿瘤特性的研究和分子生物 学、细胞生物学的研究进展，为抗肿瘤药物的研究提供了新的方向和新的作用靶点， 并相继产生了一批具有新颖化学结构或独特作用机制的药物。 我国抗肿瘤药物的研究和生产都取得了很大的发展。从中草药寻找抗肿瘤有效 成分和中西医结合的方法，是我国研究抗肿瘤药物的重要途径。从海洋生物中寻找 活性成分来预防和治疗肿瘤，越来越引起人们的重视。另外，其他相关学科的发展， 也对肿瘤的药物治疗带来了积极的影响。 1.1.2 天然抗肿瘤药物中活性成分天然抗肿瘤药物中活性成分 在对许多化学合成的抗肿瘤药物的活性研究过程中发现，它们在临床应用中多 存在化学不良反应或多药耐药作用（multi-drug resistance, mdr）等缺点，限制了在 临床的应用。因此，人们尝试首先通过从天然产物中寻找结构新颖，活性强的先导 化合物，再对其进行结构修饰，合成开发新药，这是目前开发新药的趋势性途径1。 在以往抗肿瘤药物的研究过程中，人们己经从许多种生物中提取得到了多种有 效的抗肿瘤活性化合物。如生物碱类、苯丙素酚类(香豆素、木脂素) 、黄酮类、萜 类等2 ，3。由于我国植物资源丰富，种类繁多，分布广泛，又存在多地域和多气候的 特异性，因此，从大量植物中开发具有抗肿瘤活性的先导化合物显示出了巨大的潜 力。根据先导化合物的分子骨架结构的不同，我们可以将己筛选到的抗肿瘤活性物 质分为以下几类: 生物碱类：生物碱是一种含负氧化态氮原子、存在与生物有机体中的一种环状 化合物4， 是存在的一种重要的天然有机化合物。 其主要分布在裸子植物中的紫杉科， 第一章 综述 3 三尖杉科等中的几个属，以及被子植物中的毛茛科、木兰科，芸香科等。通过研究 发现，许多生物碱都既有抗肿瘤活性。 1971 年，wani 等首先从短叶红豆杉中提取分离得到了一种生物碱类化合物-紫 杉醇（paclitaxel） ，通过研究发现其具有良好的抗肿瘤活性。近年来对其抗肿瘤机制 研究发现,紫杉醇主要与 蛋白上的一些氨基酸进行结合，从而使得细胞不能进行正 常的有丝分裂，最终导致癌细胞的死亡5。 目前, 紫杉醇已成为目前全球销售量排名第一的抗肿瘤药物，广泛用于卵巢癌、 乳腺癌、肺癌及与艾滋病(acquired immune deficiency syndrome，aids)等相关癌症的 治疗，其在我国医院用药的中约占植物抗肿瘤药的 51。6 图1：紫杉醇的结构 fig1. structure of paclitaxel 喜树碱(camptothecin，cpt)是美国化学家 wall 和 wani 在 1996 年首先从珙桐科 植物喜树 camptotheca acuminata decne 中提取出来的一种的一种生物碱，它主要通 过抑制s期癌细胞中的拓扑异构酶i从而选择性地抑制增殖期肿瘤细胞的dna复制， 对转移性结、直肠癌，顽固性卵巢癌等多种肿瘤有显著疗效7-9。 图2 喜树碱的结构 fig.2 structure of camptothecin n no o oh ch3 o onh oh o o ohobz o oac oh acoo 几种蒽醌衍生物的合成及其体外抗肿瘤活性的初步研究 4 从夹竹桃科植物长春花 catharanthus toseus(l)gdon 中提取分离得到的长春 碱(vinblastine )、长春新碱（vincristin）是一种具有明显的抗肿瘤活性的二聚吲哚类 生物碱。其主要对何杰金病及非小细胞性肺癌、恶性淋巴肿瘤等有显著疗效。 图3 长春碱的结构 fig3. structure of vinblastine 从我国特产树种三尖杉科三尖杉属植物分离得到的三尖衫酷碱、高三尖杉醋碱、 异三尖杉醋碱和脱氧三尖杉醋碱，对动物肉瘤细胞 5180 也有很好的抑制作用10。另 外还有白藜芦醇(resveratrol，res)、秋水仙碱、原小檗碱类、槐果碱、白屈菜碱, 氧 化黄心树宁碱, 唐松草碱和厚果唐松次碱等多种。11-12 图4 原小檗碱母体结构 fig.4 matris structure of protoberberine 苯丙素类：苯丙素类是一类含有一个或几个 c6-c3单位的天然成分，这类成分包 括苯丙烯、苯丙醇、苯丙酸、香豆素以及木脂素等多种化合物。其中木脂素类化合 物有抗肿瘤活性。 小檗科鬼臼属及其近缘植物中，普遍存在且含量较高的鬼臼毒素类木脂素，均 显示强的细胞毒活性，能显著抑制癌细胞的增殖。尚明英等13通过小鼠实验研究小 叶莲、桃儿七、秕鳞八角莲提取物及鬼臼类中药主要成分鬼臼毒素、去氧鬼臼毒素 的抗肿瘤作用，结果显示 5 种样品具有抗肿瘤活性，其中八角莲提取物的抑瘤作用 n h n oh r2 h3cooc n oac hor1 h3co r1=cooch3 r2= f f n r9 r10 r3 r2 第一章 综述 5 为最强。王彬等14研究了瑞香狼毒总木脂素的体外抗肿瘤作用，并与长春新碱的活 性进行了比较，结果显示瑞香狼毒总木脂素成分具有较强的体外抗肿瘤作用，其中 对肿瘤细胞株 sgc-7901，hep-7402 和 hl-60 具有较强的抑制作用。 萎软紫菀，别名太白菊，为菊科紫菀属植物，zhen-ling liu 等从其根部的氯仿 提取物中分离得到了两个新的化合物，其中一个为木脂素类化合物，(7r,8s)-9-左旋 落叶松脂醇-(-甲基)-丁酸乙酯，通过对体外活性测定发现，对人肝癌具有较强的抗 肿瘤活性15。 香豆素类化合物也广泛存在与植物界中，特别是在伞形科、芸香科、菊科、豆 科、茄科等植物中分布广泛。如蛇床子、独活、白芷、枳壳、前胡、秦皮、茵陈等， 依据 吡喃酮环上取代基的不同结合，将其分为简单、呋喃、吡喃和其他香豆素类 化合物 4 种，郝 光等在研究的基础上，对关于香豆素类化合物的抗肿瘤活性进行了 总结和概括，最后指出研究开发更多天然植物香豆素成分，寻找有效的先导化合物， 并在此基础上合成并筛选出高效低毒的香豆素类化合物及其衍生物已成为当今药物 研究与开发工作的重中之重16-17。 萜类及其苷类化合物：萜类化合物是异戊二烯的聚合体及其衍生物，其分为单 萜、倍半萜、二萜等，其在自然界中广泛分布。 大戟属(euphorbia)为大戟科(euphorbiaceae)植物中最大的一属，现代研究表 明，其具有多种双重生物活性，特别是抗肿瘤活性。迄今为止，国内外学者已从大 戟属及近缘植物中分离鉴定出大约 300 多种大戟二萜醇酯类化合物，主要为巨大戟 烷型二萜酯类、松香烷型酯类、假白榄烷型酯类、千金二萜烷型酯类曼西醇二萜酯 类这五种类型18。 范云双等19以绿升麻为研究对象，通过提取分离从石油醚和醋乙酸乙酯提取物 中首次分离得到 7 个菠萝蜜烷型三萜类化合物， 抗肿瘤药理实验显示化合物 25-脱水 升麻醇-3-o-d-木糖苷和、25-乙酰升麻醇-3-o-d-木糖苷在质量浓度 30ugml 时 对宫颈癌细胞(hela)和小鼠成纤维细胞(l929)具有较强细胞毒作用。另外，人参中的 人参皂苷人参皂苷 rg3、 人参皂苷 rh2、 人参皂苷 rs3 等多种皂苷均有抗肿瘤活性20。 醌类及其化合物：醌类化合物是天然产物中一类比较重要的活性成分，是指分 子内具有不饱和环二酮结构（醌式结构）或容易转变成这样结构的天然有机化合物。 天然醌类化合物主要分为苯醌、萘醌、菲醌和蒽醌四种类型。 胡桃醌（juglone） ，棕红色长针状结晶，为胡桃科植物中主要的活性物质，具有 明显的抗肿瘤活性，普遍存在于胡桃科中的胡桃(juglans regia l)、黑胡桃(juglans 几种蒽醌衍生物的合成及其体外抗肿瘤活性的初步研究 6 nigra)、西博氐胡(juglan sieboldiamamaxim)、核桃楸(juglans mandshurica maxim)等 多种树种的根皮以及青果皮中。化学结构如下： 图5 胡桃醌的结构 fig.5 structure of juglone 张野平等211987 年国内首次采用小鼠移植性肿瘤对胡桃醌的抗肿瘤活性以及抗 癌作用机制进行了研究，通过参入同位素后电子显微镜观察发现，胡桃醌可以损伤 肿瘤细胞的线粒体，通过破坏线粒体内含物而达到抗肿瘤作用。 大黄素，化学名为 1，3，8-三羟基-6-甲基蒽醌(1，3，8-trihy-droxy-6- methylanthraquinone)，主要分布在大黄属、寥属、鼠李属和番泻叶等多种植物中， 为药用有效活性成分之一，具有抗菌、抗病毒、抗氧化及清除氧自由基、抗肿瘤等 多种药理作用，大黄素及其蒽醌类衍生物是天然药物蒽醌中研究的较多的一类化合 物。近年通过研究发现，大黄素类化合物多具有抗肿瘤活性，因此引起了学者们的 普遍关注，通过研究发现，大黄素能促进人肺鳞状细胞癌细胞系 ch27 和人肺非小 细胞癌细胞系 h460 的细胞凋亡22。 cha 等23选用 pc3-ar 荷瘤裸鼠和 c3 （1） /sv40 转基因大鼠作为动物模型， 通过研究发现大黄素对小鼠黑色素瘤、 艾氏腹水癌和 p388 白血病等移植性肿瘤的增殖有一定抑制作用。 赵蔡斌等24采用量子化学的 am1 算法 计算了 l2 个大黄素衍生物的分子结构参数，利用逐步回归分析建立构效关系模型， 从而成功建立了大黄素衍生物抗肿瘤活性的构效关系模型。 由于大黄素的抗肿瘤活性不够高，很难应用于临床，所以需要进行结构改造， 希望得到活性更高的化合物。中山大学的丁岩研究员等25以大黄素为先导化合物人 工半合成 4 种蒽醌衍生物，通过动物实验研究发现，这 4 种化合物均能增加细胞内 活性氧(ros)，从而抑制人口腔癌细胞敏感株 kb 和耐药株 kbv200 的生长。姜伟等 26以大黄素为原料，合成了 4 种含脂肪胺侧链的大黄素衍生物，通过人体癌细胞株 进行了初步体外抗肿瘤活性评价，结果发现 4 种衍生物的抑制作用比大黄素均有所 提高。tan 等27以大黄素为原料，合成了一系列的蒽醌-吡唑类衍生物，与大黄素相 比，其与 dna 的结合能力有了显著的提高，并且抗癌的范围也更广。另外，还有多 个实验室对大黄素进行了结构修改28-30。 o o oh 第一章 综述 7 除以上多种成分外，还有多种成分以及多种植物如柴胡槲皮素、淫羊蕾贰、叶 秋碱、姜黄素、地榆靴质、芹菜素、天花粉蛋白、汉防己碱、熊果酸等都对肿瘤细 胞有抑制作用。但从当前世界主要癌症中心的研究动向看来，各国对抗癌药物的研 究除植物外已部分转向海洋生物以及微生物等，并已分离出了多种有效的抗癌物质。 生态环境的多样性为生物多样性提供了生存空间。而繁多的生物种类为大量抗癌药 物的筛选创造了相当有利的条件。因此，从发展上看，继续从天然生物中筛选抗肿 瘤活性物质将大有可为31-32。 1.1.3 天然药物抗肿瘤病展望天然药物抗肿瘤病展望 随着对天然产物的进一步研究，各种具有抗肿瘤活性的植物以及化合物将越来 越多的被人们所熟知，好的先导化合物也必将筛选出来。人们在此基础上将进行的 合成制备以及结构修改，其临床应用前景也将逐渐显露。因此，对天然药物的研究 和开发具有广阔的实际应用发展前景，这必将促进植物活性成分的开发和传统中草 药的现代化研究。 1.2 蒽醌类衍生物合成方法的研究进展 蒽醌类衍生物化合物在药用植物中的含量低，存在药源有限、提取、分离困难 等原因，不利于大量生产，无法满足日益扩大的市场的需求，因此有必要需要对其 进行合成的研究。 对于蒽醌类衍生物的合成方法研究的比较多，到目前为止，蒽醌类衍生物的制 备方法主要有以下几种方法： (1)取代蒽氧化法; (2)取代的丁二烯与 1，4-萘醌进行 diels-aider 反应; (3)苯酐与 取代苯经过 friedel-crafts 反应到蒽醌类化合物。 1.2.1 取代蒽氧化法取代蒽氧化法 蒽直接氧化成蒽醌是最为常用的方法。早期，人们主要通过氧化从煤焦油中得 到的蒽或蒽的衍生物来得到所需要的蒽醌类衍生物33。常用的催化剂有氧气，五氧 化二钒（v2o5） ，二氧化锡（seo2） ，三氧化铬（cro3） ，四氧化二氮（n2o4） ，重 铬酸钾（kcr2o7）等，此法虽较为经济简便，但是对原料蒽的纯度要求较高，所用 氧化剂或所需温度高，对设备要求较高，耗能大，或腐蚀性大，易造成严重的环境 污染等。因此，此法的应用受到限制，工业上现方法主要在英国或德国使用34。 为了降低其成本，一些学者对其方法进行了改进。 其反应式如下： 几种蒽醌衍生物的合成及其体外抗肿瘤活性的初步研究 8 图6 氧化法合成蒽醌 fig.6 synthesis of anthraquinone by oxidation 该方法的特点是无污染，但主要缺点是该法受原料精蒽来源的限制。由于煤焦 油中蒽含量很低，分离蒽又十分复杂，工程及设备要求高，得到的精蒽价格偏高， 使生产蒽醌的总成本也偏高。 1.2.2 取代的丁二烯与取代的丁二烯与 1，4-萘醌进行萘醌进行 diels-alder 反应反应 利用 diels-alder 反应合成蒽醌类衍生物是常用的一种方法，萘醌法是采用 l，4- 萘醌为原料，然后与取代丁二烯衍生物经 diels-alder 反应制得四氢蒽醌，再氧化成 蒽醌类衍生物。 hirosato takikawa35等报道，以萘醌衍生物 11 分别与顺丁二烯衍生物 13 和 16 以二氯甲烷作溶剂室温下反应可以得到蒽醌类化合物 14 和 17。其产率分别为 39% 和 26%。 其化合物再经过脱酯反应可以得到相应的蒽醌类化合物 15 和 3.合成路线如 下： 图7 化合物3和15的合成路线图 fig.7 synthesis of ()-compound 3 and 15. 2/3o2 v2o5 o o h2o o o o o ph omom ome oet tmso o o o o ome ho omom ph tmso ome a 13 11 d c 16 17 + its regioisomer 17 (7-ome 8-oh) b o o o o ho omom ph 9 7 8 1011 1 3 4 5 6 14 + its regioisomer 14 (8-oh) b o o o o ho oh ph o o o o ome ho oh ph (+)-bdqc(3) + its regioisomer 15 (8-oh) (15:15=55:45) 15 第一章 综述 9 e. e. shults 和 d. s. oleinikov 等36报道了一种合成有光学活性的蒽醌类衍生物 的方法。他以自己制得的 iiia a 和 iiib 为原料，先用 5%的氢氧化钠处理，再酸化， 得到了对苯二酚类化合物 iva 和 ivb，iva 和 ivb 再经溴酸钾或六硝酸铈铵盐氧化 得到了多环醌类化合物 va 和 vb，其在二氧六环作溶剂 150下反应就得到了萘醌 类衍生物 i 和 ii 以萘醌衍生物 i 和 ii 分别与各种不同 1，3-丁二烯衍生物 vi 以乙腈 作溶剂下反应可以得到化合物 vii 和 viii，再经三氟乙酸处理，就得到了蒽醌类化 合物 ixa/xa 和 ixb/xb，其产率分别为 49%和 65%。合成路线如下： i, r=h; ii, r=me; iii-v, ix-xi, r=h (a); me(b). 图8. 一些蒽醌-萜类化合物的合成 fig8. synthesis of anthraquinone-terpenoid derivatives 文章中还选用了不同的 1，3-丁二烯衍生物与 va，vb 反应，得到了一系列不同 的蒽醌甾体类衍生物。 该法的优点在于以萘及其衍生物与丁二烯衍生物为原料，选择性的合成了蒽醌 类化合物，但是该方法中一些试剂不便得到，且反应时间长，产率偏低。 o o h h me me me me coor oh oh me me me me coor (1)naoh (2)hcl o o me me me me coor kbro3 or ce(iv) meme ch2 coor o o me me dioxane h2come osime3 o o ome osime3 meme ch2 coor me meo o meme ch2 coor me me ome osime3 o o oh meme ch2 coor me me o o meme ch2 coor me me oh iiia, iiib iva, ivbva, vbi, ii vii viii ixa,ixb vi 几种蒽醌衍生物的合成及其体外抗肿瘤活性的初步研究 10 1.2.3 苯酐法苯酐法 苯酐法是蒽醌类衍生物的经典合成方法，传统的苯酐法是分两步合成蒽醌类衍 生物，首先由邻苯二甲酸酐(pha)和苯在无水三氯化铝的存在下，发生 friedel-crafts 反应缩合成邻苯甲酰苯甲酸(obb 酸)，然后邻苯甲酰苯甲酸再用浓硫酸脱水生成蒽 醌(anthraquinone)。其反应式如下： 图9. 利用friedel-crafts合成蒽醌 fig. 9 syntheis of anthraquinone by friedel-crafts reaction 如 maria cristina cardia , michela begala37等以 3， 6-二氟邻苯二甲酸酐和对二甲 苯为原料，首先在三氯化铝催化剂作用下生成苯甲酰苯甲酸类衍生物，然后经浓硫 酸和硼酸脱水缩合，合成了重要的中间体 1，4-二甲基-5，8-二氟蒽醌（见下图） ，总 产率为 68.3%. 1.对二甲苯，三氯化铝。2.浓硫酸 图10. 1，4-二甲基-5，8-二氟蒽醌的合成 fig. 10 synthesis of 1, 4-dimethyl-5, 8-difluoro anthraquinone 在环合过程中，人们常用发烟硫酸，苯甲酰氯和浓硫酸，浓硫酸，苯甲酰氯和 氯化锌，多聚磷酸等作为脱水剂用以生成蒽醌，但由于其产生大量的废酸液，且不 能回收再利用。因此，多年来国内外许多研究人员对苯酐法合成蒽醌技术进行了研 究，主要是开发固体酸催化剂代替原来的 a1c13和浓硫酸催化剂，以实现苯酐法合 成蒽醌的绿色化。这些催化剂主要有硅-铝酸盐催化剂，粘土矿物催化剂，金属氧化 物型固体酸催化剂，分子筛催化剂等38。但是其有些试剂商业上不便于买到，且操 作过程中对反应条件过于苛刻，产率较低，所以不便于实现。 在两步合成蒽醌的反应过程中，由于反应时间较长，温度较高等因素的影响， 产率较低。所以人们尝试用一步合成的方法进行合成。 o o o cooh oo o h3bo3 h2so4 alcl3 o ch2 ch2 f f f f o o o o 1,2 第一章 综述 11 mugunthu r.d 39 报道，以熔融三氯化铝和氯化钠(2:1)为催化剂，邻苯二甲酸酐 和苯衍生物为原料，在高温下可以一步合成蒽醌类化合物。但是其条件比较苛刻， 反应温度较高，不利于控制反应。naeimi hossein40报道了一种比较好的改进的一 步合成的方法，他以三氯化铝和浓硫酸为催化剂，以邻苯二甲酸酐和苯的衍生物为 原料，95-110下反应 10-50 分钟可以得到一系列蒽醌类化合物。对于给电子取代基 的苯衍生物，其取得了很好的产率，但是对于吸电子取代基，其反应时间过长，产 率较低。 微波的使用在有机合成方面可以说是创造了许多奇迹 （微波辅助的 friedel-crafts 反应） ，微波加热用于有机化学的研究，迄今已研究过并取得了显著效果的有机合成 反应包括重排反应、mitsunobu 反应、heck 反应、michael 加成、开环、成环、还原、 氧化、消除、取代、脱竣、醋化、酞胺化、保护和去保护和自由基反应等。当然， 其中也包括用 friedel-crafts 分两步合成蒽醌类化合物41。 茜根定（2-甲基-1，3-二羟基-9，10-蒽醌)是一种从植物 rubiaceae 的根部提取的 天然染料，是合成其他蒽醌类染料中间体的一种重要的工业原料。takano42等报道 了在微波反应下由邻苯二甲酸酐和 2-甲基间苯二酚为起始原料的合成路径(式 14)。 通过微波的使用， 在第一步中反应时间大大缩短到了 13min， 在第二步的环合过程中， 作者用浓硫酸和偏硼酸为环合试剂，常规加热下其产率仅有 2%，但用微波加热后， 其产率可以得到 60%。 图11茜根定的合成路线 fig. 11 synthesis of rubindin 对于对称的取代蒽醌类化合物，传统的苯酐法取得了很好的结果。但对于不对 称取代蒽醌类化合物，该方法缺乏位置选择性，易产生重排，得到两种或多种位置 异构体，给分离造成很大的困难。如下图所示： o o o o o oh ch3 oh ch3 oh oh ch3 oh + oh cooh alcl3/ ch2clch2cl h2so4/ hbo2 or chcl2chcl2 几种蒽醌衍生物的合成及其体外抗肿瘤活性的初步研究 12 为了增加其产率,提高反应中的位置选择性, kim, k.s 等43改用 3-溴代邻苯二甲 酸酐为原料，用氯化锡做催化剂进行催化，反应具有位置专一性，最终得到了目标 产物 islandicin，如下图所示： 图12 islandicin的合成路线 fig. 12 synthesis of islandicin 我国学者俞菊荣，蔡俊超44以 4-羟基苯肽为原料，经乙酰化，溴化后，得到 3- 溴-4-乙酰氧基苯肽，再与 2，6-二甲氧基甲苯缩合，再经环合，氧化，氧甲基裂解等 步骤，最后得到了目标产物短刺虎刺素等化合物。 另外还可以应用 michael 加成45-46，格氏试剂，silva 合成法等反应得到具有位 置专一性的蒽醌类衍生物。 1.3 蒽环类抗肿瘤药物简介 1.3.1 蒽环类抗肿瘤药物的国内外研究现状蒽环类抗肿瘤药物的国内外研究现状 o or or r1 or or or or r1 or r1 or o o o o o o o o cooh cooh or or r1 oror or r1 or + lewis + or h- h- r=h or ch3 r1=ch3or och3 o o br o o o o o och3 och3 och3 o och3 och3 ch3 och3 cooh och3 ch3 och3 och3och3 och3 ch3 h3co ch3 och3 ohoh oh ch3 ch3 och3 ch3 o + sncl2ch2cl2 (c2h5)2sih4tfa tfaa tfa cro3ch3cooh alcl3c6h5no2 第一章 综述 13 20 世纪 60 年代意大利科学家 dimarco,arcamone 和 bonadonna 首先研究并证实 了柔红霉素(daunorubicin,dnr)及多柔比星(阿霉素 doxorubuin,dox,adriamycin)有 抗肿瘤活性以来，蒽醌类抗肿瘤药物得到了很大的发展。目前，蒽醌类抗肿瘤药物 品种繁多，已有多种蒽醌类药物应用于临床，其蒽醌类抗肿瘤药物主要有三类。 (1) 抗生素类及其衍生物： 抗生素类抗肿瘤药物的主要代表是阿霉素(dox)和柔红霉素(dnr)， 意大利和法 国科学家分别于 1964 年和 1969 年报道了阿霉素和柔红霉素47，其两种蒽醌衍生物 分别从streoptomyces peucctue varcaesius和streptomyces peucetius的培养液中分离得 到了阿霉素和柔红霉素， 其为蒽环糖苷类抗生素， 其结构特征为平面的四环结构(a-d) 柔毛霉醌 (daunomycinone)，通过糖苷键和氨基糖-柔毛糖(daunosamine)相连接。结 构如下图所示： r1 r2 r3 阿 霉 素（dox）： oh h oh 柔红霉素（dnr）： h h oh 图13 阿霉素和柔红霉素的结构 fig13 the structures of adriamycin and daunorubicin 临床上多用其盐酸盐，柔红霉素主要用于治疗急性白血病，而对其它癌和肉瘤 几乎无效，而阿霉素则不仅可用于治疗急、慢性白血病和恶性淋巴瘤，而且还可以 用于治疗乳腺癌、甲状腺癌、肺癌、卵巢癌、肉瘤等实体瘤48。 这类抗生物主要通过作用于 dna 而达到抗肿瘤目的。 目前国际上比较通用的是 下面这种理论： 蒽醌类化合物能够插入 dna 螺旋分子中相邻的 c-g 碱基对层之间， 每 19 个碱基对嵌入两个蒽醌环。蒽醌环的长轴几乎垂直于碱基对的氢键方向，氨基 糖位于 dna 的小沟处，d 环插入到大沟附近。由于这种嵌入作用使碱基对之间的距 离由原来的 0.34nm 增至 1.98nm，因而引起了 dna 的断裂49-50。 och3 oh oh ch2r1 o o o oh o o nh2 h3c r2 r3 几种蒽醌衍生物的合成及其体外抗肿瘤活性的初步研究 14 但对于 dox 的生物活性机理除了上面提到的嵌入机理外， 一部分学者们还有另 外的一种观点，那就是认为 dox 可诱导氧自由基的形成，从而导致对核酸切割，从 而抑制肿瘤细胞增殖51。 但阿霉素和柔红霉素在临床应用中发现有很大的毒性表现，两者的毒性主要为 骨髓抑制和心脏毒性52。其原因可能是醌环被还原成半醌自由基，诱发了脂质过氧 化反应，引起了心肌损伤，因此，药物工作者都致力于寻找心脏毒性较低的化合物， 这类化合物的结构改造主要在氨基和羟基的位置。 阿克拉霉素（aclacinomycin, acm）,表阿霉素（epirubicin, epi-adm） ，去甲氧 柔红霉素（idarubin, ida） ，等是继阿霉素和柔红霉素后的第二代蒽醌类抗肿瘤药物。 1975 年， 日本学者首次从放线菌 strepomyces galilaeus 的代谢产物中发现并报道 了这种新的蒽环抗生物-阿克拉霉素（阿柔比星） ，经临床前和临床研究表明，其具有 广谱抗癌性，且疗效好，心脏毒副作用明显小于阿霉素，并且对柔红霉素产生耐药 的病例仍然有效。美国国立癌症研究所将其称为第二代蒽环类抗肿瘤药物，现临床 上主要用于治疗急性粒细胞性白血病、急性淋巴细胞性白血病、恶性淋巴瘤，对胃 癌、肺癌、乳腺癌、卵巢癌也有效53。 表阿霉素 （epirubicin, epi-adm） 是阿霉素的立体异构体， 其结构与阿霉素相比， 主要为糖基部分以 l-阿拉伯糖代替 l-来苏糖，即氨基糖部分 4 位的羟基由顺式变成 了反式。这立体结构上的细微变化，却使表阿霉素的骨髓和心脏毒性大大减小，其 安全性有了很大的提高54。 去甲基氧柔红霉素(idarubicin, ida） 是柔红霉素 （dnr）的类似物， 结构与 dnr 相比，糖基上第四位的甲基氧被氢所取代55，结构如下。临床上多用其盐酸盐，用 于治疗急性非淋巴细胞性白血病等病，或和其它抗肿瘤药物结合使用治疗一些其它 癌症等56。 表柔比星 佐柔比星 och3 oh oh c h2 o o o oh o o nh2 h3c ho oh och3 oh oh o o ch3 oh o o nh2 h3c ho nnhch2c6h5 第一章 综述 15 阿柔比星 图14. 表柔比星、佐柔比星和阿柔比星的结构 fig. 14 structure of epirubicin, zorubicin and aclarubicin 除此之外，还有 4-脱甲氧基-3-脱氨基- 3-吖丙啶基-甲磺酰基- 柔红霉素， 3- 去氨基-3-吗啉代-13 -去氧代-10-羟基-盐酸洋红霉素(mx2), 1 ,4 -蒽醌, da-125 等多 种蒽环类抗生素57。 pnu mx2 da-125 图15. pnu, mx2, da-125的结构 fig.15 structure of pnu, mx2 and da-125 och3 oh oh o o oh o oh3c cooch3 n(ch3)2 o oh3c oh o oh3c o o o oh oh ch3 o o oh oh3c oo2sch3 n o o oh oh ch2ococh2ch2nh2hcl o o oh oh3c oh och3 hof o o oh oh ch3 o o oh oh3c nh2.hcl oh ho 几种蒽醌衍生物的合成及其体外抗肿瘤活性的初步研究 16 （2）合成类蒽醌类抗肿瘤药物 由于天然存在的蒽醌类药物存在提取困难，结构复杂，全合成步骤长等缺点， 因此尝试着进行结构改造。cheng 氏58在研究某些天然和合成的抗肿瘤药物的构效 关系时发现这些药物都有一定的共性，提出了 n-o-o 三角形环状结构为药效基团的 设想，从而以蒽酮为母核，用其它氨基或带有氨基的侧链替代氨基糖，从而使化合 物活性而减少心脏毒性。 米托蒽醌(mitoxantrone), 化学名为 1，4-二羟基-5，8-双2-(2 一羟乙基)氨基 乙基)氨基-9，10-蒽二酮，是首个应用于临床的合成蒽醌类抗肿瘤药，其结构与阿霉 素类似，但其母体分子 c9 上无氨基葡萄糖部分（结构见图 1）59.合成步骤如下： 米托蒽醌属于细胞周期非特异性药物，能够抑制 dna 和 rna 合成。临床上用 于治疗晚期乳腺癌、非何杰金氏病、淋巴瘤和成人急性淋巴瘤白血病复发。 米托蒽醌应用于临床之后，各国的科研人员合成了一系列的二取代胺基蒽醌化 合物，并测定了其抗癌活性，实验结果表明，这些物质对转移癌细胞的增长有抑制 作用60-62。其结构通式如下： 式中：r1，r2是h，oh；q是c1-6烷基；r3，r4分别为氢、c1-4烷基、c2-3羟基烷基。 另外还有比生群（bisantrene）等合成药物已应用于临床。 图16 比生群的结构 fig. 16 structure of bisantrene (3). 植物中提取的蒽醌类抗肿瘤药物： oh oh oh oh o o oh oh nch2ch2nhch2ch2oh nch2ch2nhch2ch2oh o o o oh oh nhch2ch2nhch2ch2oh nhch2ch2nhch2ch2oh o o r2 r1o o nh-q-nr3r4 nh-q-nr3r4 hc hc nnh nnh n h n n h n 第一章 综述 17 自从米托蒽醌的发现及其在临床应用上显示出很好的抗肿瘤效果以来，蒽醌类 化合物就引起了癌化疗及相关领域的极大关注。 yuh-chi kuo 等63从中药何首乌中分 离得到了四种蒽醌类化合物，并且对各种肿瘤细胞的抑制率进行了评价。 任虹等从海洋来源常现青霉菌(penicilliun flavidorsum)shk1-27 的代谢产物中分 离得到了 8 个蒽醌类化合物，并用 srb 法评价对 k562 细胞的抗肿瘤活性，结果显 示均有一定的抑制细胞增殖活性。 目前,人们对从植物中提取蒽环类抗肿瘤药物的研究还比较少，尚无该类药物应 用于临床。 1.3.2 蒽醌类抗肿瘤药物抗癌机理简介蒽醌类抗肿瘤药物抗癌机理简介 蒽醌类药物的抗癌机理可以分为两类，一种是插入型抗癌药物，一