（有机化学专业论文）2脱氧l核糖和核苷类药物的合成研究.pdf

摘要 摘要 上世纪中期以来，生命科学取得了突飞猛进的发展。其中，作为d n a 基本 组成部分的核苷倍受关注，特别是一些核苷类小分子药物一直在抗肿瘤和抗病毒 等领域发挥着不可替代的作用。随着人类基因组计划( h g p ) 的推动，有关基因 与疾病的关系受到人们的高度重视，核苷类药物的开发已成为热点。然而一些核 苷类药物的成本居高不下，限制人们的使用，如能降低这些药物成本，找到适合 工业化生产的路线将具有重要的经济效益和社会效益。 ( 在本论文中，我们选取2 脱氧- l 核糖和两种核苷类药物中间体作为研究对 象，对它们的合成路线进行了优化。首先是研究了2 脱氧l 核糖的合成，探讨 了反应的机理，最终通过简单的五步反应完成了对它的合成，寻找到优化的反应 条件，提高了收率。其次合成了两类核苷类药物中间体；2 t - 脱氧5 j n - 胞苷和 拉米夫定。2 一脱氧且5 - n 胞苷是一种抗肿瘤活性非常高的小分子核昝，在白血 病等疾病的治疗中有着良好的应用前景；拉米夫定是一种高活性、低毒的抗病毒 核苷类药物，被广泛的应用于册v 和h 病毒的治疗，到目前依然是对这两种 病毒最有效的药物之一。我们对这两个化合物的合成进行了研究，考查了各种相 关反应条件对产物收率的影响，并通过机理的探讨对反应中的现象给予了合理的 解释。 关键字：2 脱氧l 核糖，核苷，2 乙脱氧b 5 n 胞苷，拉米夫定 a b s 仃a c t a b s t r a c t t h es c i e n c eo fl i f ei 啪b nd e v e l o p e dd 删 i l a 啦c a i l y 咖c e1 9 5 0 s n u c l e o s i d e s ，o n eo f t 1 1 eb a s i cc o m p o n 翎l 协o fd n am o l c c l l l e s ，a t 廿覃i c tp c o p l e s g r e a ta t t 训。玛p 枷c l l l 砌y w _ h s o r n e 锄a l l 叫c l e o s i d e f e l a 舡通m o l e c u i e sp l a y 弧i i n p 0 他n tr o k8 n dc a 蛐mb c r 印l a c e di nm e 卸t i “n 培锄d 砌蛐0 r 丘e l d s p r o m o t c db ym ed e 印r e 疵ho f h l o t so f w o r k s f b c 啦o n 血er e l a t i o r 戚p sb 咖硼l 鲫韶孤dd i 黜s ，t h c r e f o r e t h es t u d yo f 肌c l c o s i d e - 比l a t e dd r u g sh 嬲b e c o m eah o ta 聪扎h o w e v e r ，t l l eh i g hp r i c 铭 o f s 咖e m e d i c i n er e s 仃i c t l h e i f a p p l i c a l i o 也s - m c c t h 鹂n h a ss i g n i f i c 觚t m e a i l i i 喀茸w e c a nf i n d 印p r o p r i a t ei n d t i s m a 王r o u ：【e s 龃de v a m l a l l yr e m l c et h ep r i c e s 。 ht h i st h e s i s w ec i l o o 2 - d e o x y - l r i b 0 辩a n d 咖n u c l e o s i d e 。r e i a t e dm o l c c u l 韶t o b e g i l lo i l rr e s e a r c h f i r s t ，w e 咖d i c d 吐峙s y n t l l e s i so f2 卅e o x y l i 噎b o s e ，d i s c l l s s e dt h e p o s s i b l em e c l l a j l i 跚l ，c o m p l e 钯dt h es ”t l l e s i sb yf i v cs i n l p l es 铆，s ，f o l l n d t 1 1 e o p t i m i z e dr e a c c i o nc o n d “i o f i s ，龇di n l p r o v c dm ey i e l d s s e c o n d ，w es y n t h e s i z e dt w o n u c l e o s i d e 叶e l 缸e dm o l e c u l e s 2 f d e o x y b - a z a c y t j d i n e 锄di 寇i v d j n e ，2 f 句e 哆一b - a z a c 如d m ei sad c o x 删i d m e 锄dc 删i l l ed 甜v a t i v ew 也p o 劬t 卸t i - l e l l k a e l i c a c t i v i t y ；l a i n i l d i i l ei sav e r ) ，e 行酿i v e 枷v 曲i l sd n l gt l l a t 雄) p l i e st ot h e 仃i 蜘e mo f 珊v 锄d 玎v i n 坞w h i c hi sa l s oo n eo f 圮b e s td n l g sl l s c d 自”h b va n dh n o w a d a y s w bs t u d i e dt h es y n t h e s i sr o u t e s ，e x 柚1 i 】dm l a t e dc o n d “i o n st h a ta f r c c tt h e y i e l d s ，【p l a i n e dt h ep _ h e 邶衄ai nt h er e a c t i o i l 3b a s e do n 也ed i s c u s s i o n o f m e c b a n i s m k e yw o r d s ：2 一d 。o x y l f i b o s e ，n u c l e o s i d e s ，2 - d e o x y b - 删d m ，l a m i d i 鹏 n 第一章核苷类物质的结构、应用及合成 第一章核苷类物质的结构、应用及合成 第一节核苷的历史和化学结构 早在1 8 4 7 年，德国化学家j u s t u sv o nl i e b i g 从细胞中分离出世界上第一 个核苷化合物，标志着核酸化学的开始。而到了1 8 6 9 年，瑞士生理学家m i e s c h e r 利用胃蛋白酶水解脓细胞核，得到一种不同于蛋白质的含磷物质一核酸，奠定了 核酸化学、分子生物学和分子遗传学的基础。 到了2 0 世纪二十年代，经过德国生理学家柯塞尔k o s s e l 和他的学生琼斯 j o h n e w 、l e v e n e 的长期研究，终于弄清了核酸的化学成分及其基本结构。其最 简单的单体结构是碱基一核糖一磷酸构成的核苷酸。1 9 2 9 年l e v e n e 等又确定了 2 - 脱氧一d 一核糖结构，这表明存在两种类型的核酸：核糖核酸( r n a ) 和脱氧核糖酸 ( d n a ) 。 随着时间的推移，到了1 9 5 3 年，英国剑桥大学的w a t s o n 和c r i c k 在前人工 作的基础上，创造性的提出了d n a 的双螺旋结构【l 】。这一永载史册的成就促使生 命科学得到突飞猛进的发展。动物克隆的成功，转基因技术的实现，尤其是人类 基因组计划( h g p ) 的实施，将深刻影响人们的生活。同时，核苷类药物也理所当 然地走上了历史舞台。核苷是一类非常重要的生命物质，是构成核酸( d n a 或 r n a ) 的基本结构单元。同时它们也以游离的形式存在于多种细胞中，并且具有 非常重要的生理功能。 在一代又一代科学家的不懈努力下，对于核酸化学的认识变得越来越清晰， 人们也对核苷和核苷酸进行了系统的分类。具体来说，根据核酸的化学结构和生 物功能把核酸分为两类：含有核糖的称为核糖核酸，简称r n a ；含有脱氧核糖 的称脱氧核糖核酸，简称d n a 。与蛋白质一样，核酸也是分子量很大的生物高 分子物质，它的基本单位是核苷酸。核苷酸又可分为核苷和磷酸两部分，实际上， 核酸可以看作是由成千上万个核苷中间通过磷酸连接成的长链，核苷的种类和排 列次序则决定了核酸所包含的一切遗传信息。 核苷( n u c l c o s i d e ) 是由含氮碱基( b a ) 、核糖( r i b o ) 或脱氧核糖( d e o x y 莉b o s e ) 两个部分通过糖苷键连接而成。如图1 1 所示，核糖中的1 一位c 原子和碱基中 的n 原子形成b n 糖苷键，核苷中糖的3 1 位和5 位羟基通过和磷酸形成酯， 将不同的核苷连成长链，形成核酸片断。 第一章核苷类物质的结构、应用及合成 b a s e 曩a ：a 姗曲 g ：g u 锄o 秭 c ：臼甜i u ：u r d i i 地 h ：i d b s e = a ：盐d 卸m i d 哳惦h 嚣 g ：2 l d x y g u a n o s i c ：2 t - d c “y c y i i d i n c t ：2 。d c o 科呵m i d i n e 图1 1 核苷的结构 具体来说，根据核糖的不同，把核酸分为两类：d n a 和r n a 。二者的区别 在于d n a 中的糖环为2 脱氧- d 核糖，而r n a 则是d 核糖的结构，但它们在核 苷中都是以环戊糖、即呋哺糖的形式存在( 图1 2 ) 。 h o h o 龠洲蹴洲 d e o 码7 - r i b o s e r i b o s e 此外，还可以根据碱基的不同，将核苷分为嘧啶类核苷，嘌呤类核苷。 1 1 1 嘧啶类核苷 陋d i i i l i d i l l e - n u c l e o s i d e s ) 嘧啶或称间二嗪是芳香类氮杂环化合物，和苯及吡啶同属芳香六元环。核酸 水解分离出的碱基属于嘧啶类衍生物的主要有：尿嘧啶( u m c i l ) ，胸腺嘧啶 ( n l y i i l i l l e ) 和胞嘧啶( c y t o s i l l c ) 。其中，尿嘧啶存在于r n a 中，胸腺嘧啶存在于 d n a 中，胞嘧啶则在两种核酸中都存在。 宫y h 2 衾仪， h h u r a c i l ( u ) c v t o s i n e ( c ) 图1 3 嘧啶类碱基 t h v m i n e 1 1 2 嘌呤类核苷( p u 血e - n u c l e o s i d e s ) 腺嘌呤( a d e 血l e ) 和鸟嘌呤( g u a n i n e ) 是d n a 和r n a 中的两个天然碱基， 它们属于嘌呤类化合物。嘌呤分子属氮杂稠环结构，由嘧啶环和咪唑( m i d a z o l e ) 2 肾背 第一章核苷类物质的结构、应用及合成 环相并而成。嘌呤环( p 嘣i l e ) 在命名时，分子中每个原子，包括两个桥头碳原 子都要编号，且编号顺序是依习惯而固定。 a d e n i 玎e a ) ( g ) 图1 4 嘌岭类碱基 核酸中除存在以上五种主要核苷外，在活细胞的核酸中，常因核酸的来源不 同而分离出一些修饰性核苷，也称为“稀有核苷”。其在不同的生物体内被修饰 的程度也不同，有的占核酸总量的万分之几，有的则高达1 6 。修饰常发生在 碱基上，也有少量发生在糖环上。到目前为止，大部分稀有核苷的结构已被确定， 其中4 0 多个稀有核苷的生物功能已被研究清楚。 第二节核苷类化合物的药物应用 核苷类化合物在分子生物学，分子遗传学、生物医学，药学、基因工程等学 科的发展中起了巨大的推动作用弛3 】。特别是化学合成的核苷和核苷酸在破译遗 传密码方面做出了重要贡献1 3 咖。其次，作为合成寡聚核营酸片断和基因的原料， 利用核苷通过多种化学合成方法或是利用d n a r n a 合成出基因片断或全序列， 以及其他寡核营酸已经成为现代分子生物学研究和基因克隆的一种非常有效的 手段。另外，具有治疗疾病效果的核苷和核苷酸类药物在化学药物中占有重要的 地位，其数量呈迅速增长的趋势。在人类基因组计划的推动下，有关基因与疾病 的关系的信息受到人们的高度重视，开发研制核苷和核苷酸新药己形成热点。由 于核苷在药物方面的应用是我们所感兴趣的课题，这也将是我们着重讨论的内 容。 第一章核苷类物质的结构、应用及合成 1 2 1 核苷化合物的药物应用 1 2 1 1 核苷类抗肿瘤药物 常见的核苷类抗肿瘤药物有嘧啶类和嘌呤类。嘧啶类抗肿瘤药物主要以5 一 氟尿嘧啶f 刀及其核苷和核苷衍生物为主。由于c f 键有比较高的稳定性，参与体 内的代谢过程中不容易分解，从而干扰脱氧胸苷酸的生物合成，对肝癌和头颈部 癌症等有疗效。胞苷类衍生物主要用于各类急性白血病的治疗，也可作为抗病毒 药物应用8 一。 图1 5 嘧啶类抗肿瘤核苷药物 在嘌呤类抗肿瘤核苷化会物中，应用最早的当属6 一巯基嘌呤 ( 岳m e r c a p t o p u r i n e ，每m p ) f 1o 】和6 - 巯基鸟嘌呤( 6 也i o g u a n i n e ，6 t g ) 【1 1 】。这 类化合物在6 位有一个巯基或甲硫基，从而可以抑制体内嘌呤核苷酸的合成，主 要应用于自血病的治疗旧1 3 1 。 玲h 墩心冷 o h o ho h o h 图1 6 嘌呤类抗肿瘤核苷药物 1 2 1 2 核苷类抗病毒药物 i 刍从1 9 6 2 年第一个核苷药物碘苷( d 聊f 1 4 1 被用于治疗疱疹性角膜炎获得成 功以来，抗病毒化学疗法取得了相当大的进展。8 0 年代初艾滋病( a i d s ) 及其 原病毒的出现，对抗病毒药物的研究开发提出了紧迫的要求。医学界和政府部门 的高度重视使得人们对灿d s 致病病毒( h i vi 型和型) 的生物学和分子生物 学等方面进行了大量的研究。由于人类免疫缺陷病毒( h i v ) 感染病人往往对其他 i | | 玲 d 旧 第一章核苷类物质的结构、应用及合成 病毒感染很敏感，如单纯疱疹病毒( h s 、巨细胞病毒( c m v ) 、水痘带状疱疹 病毒( 、，z v ) 等等，因此，治疗h 感染的同时也要研究这类抗病毒的药物，这 样就进一步推动了抗病毒药物的发展，抗病毒药物成为研究的热点。核苷类药物 在其中占据了相当大的比例，是现阶段公认最有抗病毒潜能的化合物。到目前为 止已有1 4 个核苷类抗病毒药( 1 6 个品种) 获得生产应用【1 5 】。包括抗单纯疱疹病 毒药1 0 种、抗艾滋病毒药5 种，广谱抗病毒药1 种。核苷类药物叠氮胸苷0 忆t 齐多夫定) 成为第一个用于抗的药物。一般来说，核苷类药物抗病毒作用机 理大致如下【i 州： ( 1 ) 通过抑制病毒基因复制酶，从而抑制核苷三磷酸的形成与利用；或抑制 病毒基因组核酸的复制；或抑制r n a 或d n a 模板的形成，从而抑制病毒复制。 ( 2 ) 抑制病毒基因的转录及修饰。 ( 3 ) 抑制核r n a 的转运；或抑制病毒编码酶的活性，从而抑制病毒蛋白质 的合成与转运。 核苷类化合物之所以受到科学家的青睐，有其必然性从化学的角度看，此 类化合物均含有碱基，而生物细胞内核酸及其代谢物质的主要成分亦含有碱基。 由于病毒是在细胞内寄生，其繁殖依赖于寄生细胞的代谢过程，病毒特异编码的 基因通过宿主细胞的酶系统，在宿主细胞内复制、合成病毒的核酸、蛋白质和酶 等成分，完成病毒的生物合成。若将碱基的结构加以改造，引进某些活性基团， 使之与体内的核苷酸存在差异，利用高等动物细胞生化代谢过程中的酶系统对底 物的要求高于病毒，可对这些外来的“假底物”加以识别，而病毒的“识别能力” 则差一些，因此这些“假底物”选择性参与病毒代谢过程，阻断病毒复制周期的 某一些环节，从而达到抑制病毒复制，控制感染发展之目的。 核苷类抗病毒药物是近年来发展较快的一类抗病毒药，也是目前公认最有抗 病毒潜能的药物，虽然这类药物还不是很完善，有很多缺陷，但由于临床上缺乏 有效而安全的抗病毒药物，因此对核苷类抗病毒药物的研究已成为抗病毒药物的 主流。 按照作用的病毒种类，核苷类抗病毒药物主要可以分为抗d n a 病毒核苷类 似物和抗i b 璩病毒的核苷类似物。按照结构主要可以分为以下三类： ( 一) 嘧啶类抗病毒核苷药物： 碘苷( i d o x u r i d i l l e ，d u ) 【1 4 l 又名疱疹净，是较老的核苷类药物，作用机制是阻 止病毒d n a 合成，抑制病毒基因组复制，与脱氧胸苷竞争磷酸化酶及阻止三磷 酸胸苷聚合成d n a ，抑制病毒繁殖或使其失去活性，只对d n a 病毒有效。临床 第一章核苷类物质的结构、应用及合成 主要用于单纯疱疹病毒( h s v ) 性角膜炎及其疱疹性眼病。 阿糖胞苷( c y c o s m ea r a b i n o s i d c 知静c ) u 7 l 在体内经激酶磷酸化转化成活性型 而发挥作用，能显著抑制d n a 聚合酶活性和d l n a 复制，对r n a 和蛋白质无显 著作用。曾用于疱疹病毒性脑炎及滴眼治疗疱疹性角膜炎，因毒性和刺激性较大， 现主要用于白血病的治疗。环胞苷( c y c l o c 如d i i l e ) 为a m c 的缩水化合物，在体 内转化成a m c ，作用与j 缸a c 相似，因其副作用相对比较轻，故眼膏和滴眼剂 仍在使用 齐多夫定( z y d o v u d i 船，a z l ) 墙】为艾滋病治疗药，作用机制是抑制人类免疫 缺陷病毒( h ) 的逆转录酶，减少病毒复制。能延长艾滋病患者的生存时间，推 迟h 感染者进展为艾滋病患者。主要毒副作用是骨髓抑制，已发现抗叠氮脱 氧胸苷毒株 双脱氧胞苷( d i d e o x y c y t i d h l c ，d d c ) 1 9 】是与a z t 类似的抗艾滋病药物，对骨 髓的抑制作用较轻。但可能出现周围神经病变或胰腺炎等副作用。主要用于对 a z t 不能耐受的患者。 拉米夫定( l a i i d d i n e ，l m v3 t c ) 1 2 0 2 1 】是英国葛兰素威廉公司开发的核苷 类药物，对逆转录酶有强的抑制作用。最初被用于艾滋病的抗病毒治疗，后来发 现它对乙型肝炎病毒饵b v ) 复制中的逆转录过程抑制作用十分显著。作用机制是 拉米夫定在细胞内代谢生成拉米夫定三磷酸盐，与脱氧胞嘧啶核苷c p t ) 竞争进 入合成的d n a 链，使其不能延伸而中止复制。拉米夫定在大幅度降低病毒含量 和抗原的同时，可使长期处于对i m v 耐受的t 细胞功能得以激活从而加强对 船v 的清除作用。我国已于1 9 9 9 年引进该药。 其他属于嘧啶核苷类的抗病毒药尚有氟碘代阿糖胞苷( f l u o r o i d o 一批”i d i n e ) 、三氟胸营n l | r i d i n e ) 、2 ，3 。- 二脱氢3 脱氧胸苷p 4 t ) 等，d 4 t 主 要用于艾滋病。 6 第一章核苷类物质的结构、应用及合成 n 3 a z t 图1 7 嘧啶类抗病毒核苷药物 ( 二) 嘌呤类抗病毒核苷药物： 阿糖腺苷( 、，i d a m b i n e ，a 咯a ) 阱五日在体内转化成三磷酸阿糖腺菅( 狐a r p ) ， 与脱氧腺苷三磷酸p a 钿) 竞争的结合到病毒上，抑制d n s 多聚酶的活性和d n a 合成，同时抑制核苷酸还原酶，抑制病毒复制。另外它还抑制病毒d n a 末端脱 氧核苷酸转移酶活性，使a r a - a 卯渗入到病毒d n a 中，并连接在d n a 链3 0 h 位置的末端，从而抑制病毒d n a 的合成，对d n a 病毒有广泛作用。 阿昔洛韦( a c y c l o v i r ，a c 、，) 即是英国w d l c o m e 公司开发的特异性的抗疱疹 类病毒的开糖环核苷类药物。被病毒感染的细胞优先吸收，在体内经胸腺嘧啶激 酶活化为三磷酸型，抑制病毒d n a 合成酶。 更昔洛韦( g 锄c i c l o v i r ，g a 、，) 【2 8 ，捌是美国s y i l t e x 公司于1 9 8 8 年批准上市的 抗病毒的开糖环鸟苷类似物，其作用机制与a c v 相似，抑制病毒d n a 合成和 复制，有骨髓毒性。 法昔洛韦( f 锄c i c l o v i f ，f c v ) p o 】是英国s k b 公司研制开发的开环核苷类抗 病毒药物，系更昔洛韦的前药，在体内转化成更昔洛韦而发挥抗病毒作用。 万乃洛韦【3 ”删a c i c l o v 以、r a c a ) 为a c v 的前体药物。 7 砖秽 3 h 办d 第一章核苷类物质的结构、应用及合成 o h a 怕a o 、j 斌也 h 0 图1 8 嘌呤类抗病毒核苷药物 ( 三) 其他类抗病毒核苷药物： 利巴韦林也叫病毒唑( m z o l e ) ，【3 习是重要的广谱抗病毒药，用于多种病毒 性疾病的治疗。1 9 7 2 年由w i t l w s k i 等合成，1 9 8 6 年经美国f d a 批准上市。在 感染细胞中被磷酸转化为三氮唑核苷单磷酸，竞争性抑制肌苷5 单磷酸脱氢酶， 使之不能转化为次黄嘌呤单磷酸，抑制病毒r n a 和d n a 复制。2 0 0 3 年初，非 典型肺炎( s a r s ) 首先在国内广东和香港流行，医学专家们立即首选病毒唑作为 一线药物使用，对防治s a r s 病症、增强和调动病人免疫系统功能大有帮助。另 外，病毒唑也作为当时预防s a r s 传染的药物应用，这充分说明了核苷类药物在 抗病毒方面的不可替代的作用。 随着各种病毒的变异和新病毒的不断出现，需要我们不断从核苷类化合物中 寻找抗击新病毒的药物，使得对各种类型核苷化合物的合成研究成为一个长久的 课题。 1 2 1 3 核苷类抗生素 早在2 0 世纪5 0 年代初，人们从冬虫夏草类菌体中提取出虫草素 ( c o r d y c 印i n ) 1 3 ”7 1 ，它同时具有抗菌和抗r n a 病毒的活性。虫草素作为第一个 核苷类抗生素，它的化学结构是3 脱氧腺苷。至今已发现了2 0 0 多种核苷类抗 生素。这类核苷绝大部分是由各种菌类产生，但是它们除了能够抗细菌或霉菌外， 还有抗肿瘤、抗病毒、杀寄生虫、钙拮抗、免疫调节、抑制种子发芽等多方面的 生物活性。它们除了可以在医药上发挥作用外，大部分已作为农药使用，用于防 第一章核苷类物质的结构、应用及合成 治植物病原性霉菌。 c 一 核苷类抗生素数量比较多，按糖苷键的类型可将它们分为两大类：n 核苷类 抗生素和c 核昔类抗生素。 ( 一) n 核苷类抗生素 嘌呤类核苷抗生素。这类核苷抗生素除了部分在碱基上做了修饰外，在糖 环上也有较多的改造。它们的作用机制一般是抑制细菌d n a 或r n a 的生物合 成，从而起到杀菌作用。也有一些化合物不仅有明显的抗菌作用，还具有抗肿瘤 作用，典型的如2 - 氨基_ 2 - 脱氧鸟苷( 2 - 蛐o - 2 - d c o x y - g i i a n o s i n e ) 。 s p o n g o s i 怕 o h o h n 6 - ( 2 - h y d 删h y i 卜列e n 吲3 a f n i n o - 3 椭科a d e n 图1 9 嘌呤类核苷抗生素 嘧啶类核苷抗生素。这类核苷抗生素在碱基上的修饰主要集中在c 5 位 上，其修饰基团主要以c o h ，- c o o h 为主：糖环上的修饰比嘌呤类核苷更加 丰富，含氧的糖环则包括五元环和六元环。嘧啶类核苷抗生素大多具有抑制植物 病源真菌、病毒等作用，在农药上展示了很多的应用，但在医药方面的应用不多。 9 第一章核苷类物质的结构、应用及合成 o h0 h h n o ho h 图1 1 0 几种嘧啶类核苷抗生素 t o y m y c i nr = c n 啪州c i n a d e c y p e n o i e h 2 c o n h 2 邺弋剁 占ho h ? c h 3 c n 成c - 2 1 4 0 图1 1 1 氮杂环并双环核苷抗生素 氮杂环并双环核苷抗生素。这类非嘌呤类双环并核苷抗生素数量较多，无 l o 凹洲 o 第一章核苷类物质的结构、应用及合成 论碱基还是糖类的变化，以及糖环上的修饰都十分丰富。该类化合物具有抗菌、 抗肿瘤、抗病毒等活性，部分化合物对植物病原真菌、病毒有明显的效果。 三嗪类和味唑类核苷抗生素。三嗪类核苷常由均三嗪碱基构成，碱基也可 为氢化三嗪，图1 1 2 中的两种均具有抗格兰氏阴性菌的作用，并显示有抗肿瘤 活性，如抑制白血病。咪唑类核苷抗生素中的布雷青霉素具有抗珠菌、痘病毒和 免疫抑制作用。另一类咪唑核苷为烟霉素家族，在糖的c 5 上存在多种变化，烟 霉素类抗生素在抗植物病原真菌方面有明显的效果。 h 0 0 c l h o o c n h 8 怕d i n n n j k k o m y c mm 图1 1 2 三嗪类和咪唑类核苷抗生素 ( 二) c 核苷类抗生素 这类核苷由不常见的碱基和糖基以c c 键相连。代表性的抗生素类化合物 有间型霉素a 、吡唑霉素a 、最小霉素和焦土霉素等。其中，间型霉素a 是腺 苷的代谢拮抗剂，有较广泛的抗菌、抗病毒和抗肿瘤活性。吡唑霉素a 是间型 霉素a 的嘧啶环部分未封闭的衍生物，具有抗病毒作用。最小霉索和焦土霉素 则同时具有抗茵和抗肿瘤作用。 第一章核苷类物质的结构、应用及合成 f o r m 州n a o h o h s h 洲d o m y c i n p 9 e u d o u n d i n e 图1 1 3c 核苷类抗生索 o h o h m l n i m y c i n n h l n 第三节核苷类化合物的合成 随着生命科学突飞猛进的发展，人们逐渐开始从基因水平上检测和治疗疾 病，例如，通过患者的一滴血检测乙肝病毒，用反义核酸药物治疗疾病等等。这 些技术的开发和应用使得天然核苷的需求量不断增大；同时，在癌症和病毒类疾 病( 如h ) 的治疗中，核苷类药物的需求量以更加迅猛的速度增长。面对如此大 量对核菅类化合物的需求，若仅从生物体中提取完全不能满足。如从菌类中提取 核苷，由于各种核苷同时存在，分离极为困难，操作步骤多，生产效率低；从鱼 卵中提取脱氧核糖，l o o 吨鱼卵要经过近1 5 年的时间才能提取出5 5 克核苷。因 此，为了满足日益增长的核苷类化合物的需求，研究开发核苷类化合物高效的合 成方法变得尤为重要。下面介绍一些经典的核苷合成方法。 1 3 1缩合法( c o n d e i l s a t i o np r o c e d u r c ) 本法主要是将嘧啶或嘌呤与1 卤素取代的糖环反应而得到核苷。按照聚合 的方法又可细分为下列方法： 1 3 1 1 以重金属当缩合剂0 1 1 i g s k 丑o r rp r o c e d u r c ) 自k o i l i g s 及k n o r r l 3 司发现乙酰基溴代葡萄糖的甲醇溶液中加入a 盘c 0 3 后反 应得到溴的位置被甲氧基取代的产物后，f i s h e r 及h d 蜘c h 【3 9 1 将化合物l 与2 ，6 二取代3 或者2 ，6 ，8 三取代4 的氯代嘌呤在二甲苯中加入a 9 2 c 0 3 ，然后加热便 可得到核苷5 ，如图1 1 4 所示。 。曾 q 莰h 工z、z丫j7洲。，凶 ?手州 篡d 一 肖一h毋一 第一章核苷类物质的结构，应用及合成 确，器碗吼 a 9 2 c 0 3 c i a 奄_ c - 5 图1 1 4 核苷的熔融合成方法 h c o 后来d a v o n 和l 0 w y 忡】发现在合成嘌呤核苷时用氯化汞取代银盐时，反应结 果更好，可以应用于腺苷和鸟苷的合成。f o x 等【4 l 】后来发现汞化合物也可用来合 成嘧啶类核苷，成为合成嘧啶类核苷的标准方法。使用汞化合物的优点是可以增 加杂环汞的溶解度，减少与卤代糖的反应时间，同时汞与氮原子结合比银更好。 因此早期有不少嘧啶类核苷用这种方法来合成，例如u c d a 等1 4 2 】报道的8 可以由 6 和7 的反应得到( 图1 1 5 ) 。 以汞盐为聚合剂合成嘌呤类核苷时，m o n t g o m c r y 和t h o m 觞【4 3 1 发现糖环c 1 位与嘌呤氮原子的结合取决于汞原子与嘌呤上另外一个氮原子的结合，后来发现 糖环c 1 位先与嘌呤3 位氮原子结合，再转移到9 位m ( 图1 1 6 ) 。而且糖环还可 以与嘌呤的1 、7 、9 位结合，这种结合与嘌呤上的取代基和汞盐有关心4 7 1 。因 此用该方法合成嘌呤类核苷时往往得到较为复杂的混合物。 第一章核苷类物质的结构、应用及合成 o b zo b z 图1 1 5 睦啶类核苷的汞盐合成方法 r 图1 1 6 嘌呤类核苷的汞盐合成方法 抗癌药物1 6 在临床上被应用于医治对每巯基嘌呤产生抗药性的肿瘤【删。 h 锄硼n 等4 硼直接用1 4 和1 5 为原料，以h g c l 2 为催化剂，经缩合反应来合成该 药物( 图1 1 7 ) 。 1 4 第一章核苷类物质的结构，应用及合成 a c o p o 、弘 + 、卜_ ， o a c o a c 1 5 h g c l 2 ai 磊蕊lh n a o c h ，m e o h o ho h 1 6 图1 1 7h g c l 2 用于抗癌药物的合成 1 3 1 2 甄i b e r t j o h 粥o n 及硅化反应法 h i i b e t t - j 0 n h n s 0 n 【5 0 】报道，2 ，4 二甲氧基嘧啶与碘甲烷反应后得到4 甲氧基1 甲基2 嘧啶酮，用稀酸处理可以得到1 甲基尿嘧啶。这个反应可用于嘧啶类核 苷的合成，例如，乙酰基溴代葡萄糖与2 冉二乙氧基嘧啶反应，加酸水解后，可 以得到产物1 9 【5 1 5 2 1 ( 图1 1 8 ) 。这类反应所用的溶剂为苯、甲苯、硝基甲烷、乙腈、 二氯甲烷等，核苷的产率也会受嘧啶5 位上的取代基的影响【5 3 ，州。本合成方法 发现如果使用的卤代塘第二位取代基是乙酰氧基时，所得到的核苷常常为0 【及b 异构体的混合物，而0 【及b 构型的比例与所使用的溶剂的极性有关。 h i l b e r t - j o h n s o n 方法在合成核苷时有以下缺点：( 1 ) 所使用的l ，禾二烷氧基嘧啶 必须自己制备；( 2 ) 产率不高；( 3 ) 不适合合成嘧啶6 位有取代基的核苷【5 7 l 。 1 7 11 8 1 9 图1 1 8 核苷的h i l b e r c - j o h f l s o n 合成方法 w i t e i 慨r g 等1 5 嚣堋探讨了2 ，4 双( 三甲基硅氧基) - 5 甲基嘧啶与卤代糖在不同 的反应条件下( 包括各种溶剂，温度以及各种k 谢s 酸当催化剂) 反应时发现，用 干燥的非极性溶剂( 如苯、二氯甲烷、l ，2 二氯乙烷) 或加入汞盐( 如溴化汞、氯化 汞、醋酸汞或者氧化汞) 在常温的反应条件下效果最佳。此方法的最大优点是使 嘧啶和嘌呤的硅化物容易溶解在非极性溶剂中，所得到的d 异构体比a 异构体要 多陬6 1 1 这种方法也可以用于嘌呤核苷的合成，结果随着嘌呤上取代基的不同 而有所不同。 早期合成的抗癌药物5 氟嘧啶核苷是用嘧啶的金属盐与卤代糖聚合得到的。 但此种方法现已被较好的v c i r b 赡g e n 方法所取代【6 2 1 ( 图1 1 9 ) 。 n q ，n h j|扭 旷k 狲 氐= oae 第一章核苷类物质的结构、应用及合成 对5 詈峨；砖 2 0 x = o h 。n h 2 2 1x = o s i m e 3 龆x = n h s i m e 3 2 4x = o h 船x = n h 2 图1 1 9 合成5 一氟嘧啶核苷的v o r b r n g g e n 方法 利用硅化反应，一系列含有氟化合物的抗病毒及抗癌药物也被合成【6 3 缶卯。 x 毒力r + h b r ! 堡坚塑。 2 ) n h 3 ，m e o h 2 72 8 图1 2 0 含氟核苷的硅化合成方法 + m 棚力罴等h ，i o w 嵋3 r 类似的反应也被应用于如图1 2 l 的抗癌药物合成陋硐。 1 3 2 融合法( f u s i o l lp r o c e d u r e ) s a 【0 等榔j 首先用融合的方法合成嘌呤类核苷，四乙酰基b d 呋哺核糖与各 种不同的嘌呤衍生物在真空中加入微量的对甲苯磺酸当催化剂，加热l o 2 0 分钟 来合成核苷，得到的产物仍为a 及d 异构体的混合物眇7 ”，也可以加入其他的 l e 而s 酸来充当催化剂，例如氯化锌、四氯化钛、碘或者二氯乙酸，一般的可以 得到4 0 - 8 0 的产率，但对于熔点较高的嘌呤衍生物例如氨基嘌呤，羟基嘌呤 几乎就没有什么反应了。 h o s o n 0 【7 2 1 将p d 呋喃核糖四乙酸酯与2 ，6 - 二氯嘌呤在没有任何催化剂的条 件下加热到1 5 2 1 5 4 得到了产物( 图1 2 2 ) 。 1 6 p o眨 第一章核苷类物质的结构、应用及合成 o a c o a c 3 1 号笋n0uh h o a c o c 3 3 图1 2 2 融合法合成嘌呤类核苷 1 3 3 逐步合成法( c o n s e c u t i v cs t c p sp r o c e d u r e ) 用缩合法来合成核苷时虽然可以直接将糖连到嘌呤或嘧啶的氮原子上，但是 往往得到的是a 及d 异构体的混合物，而且在嘌呤核苷的合成时糖也可以与不同 的氮原子结合，虽然可以用不同的溶齐j 和温度以及l e w ；s 酸来控制，但是要分离 这些混合物比较困难。所以为了合成特定的立体异构体或者在特定的氮原子上引 入糖基，便采用逐步合成的方法来合成这些核苷。 最特殊的例子是抗癌药物3 8 ，最早的合成方法是胞苷转化为2 ，2 a i i l l y d r o 吨隆c ，而后再开环转化为a r a 七【7 3 。明，也就是将核糖2 位的羟基转化为阿拉伯 糖的结构，但产率不高。s h a 伽a h o 丘【7 8 i 则以逐步合成的方法，用d 阿拉伯糖为原 料，在水溶液中反应，然后再与丙腈反应得到中间体，这个中间体再用醋酸水溶 液处理，环化便得到了2 z 锄h y d r o _ a r a c ，然后再开环即得到了嗽c ，而化合 物3 6 若以氨水处理后就直接可以得到a m c ( 图1 2 3 ) 。此合成方法经改善后，便 被应用于工业上合成锄c 【7 9 1 。 h o o h o h o h m h 2 n c n h 2 0 3 7 图1 2 3 逐步合成法合成a f a _ c 1 7 a 妞 第一章核苷类物质的结构、应用及合成 舭o 、 鬯c - o a co a c 型，w 苎! 竺翌o ， 把 o a c0 a c 0 a cc l a c 柏 ， i ：i h 2 h n ；k c h 3 器舀少2 ) n h 3 ，m e o h 、- ， 图1 2 4 逐步合成法合成抗癌药物 抗癌药物4 3 在临床上被用于医治血癌，本药物亦以逐步的方法和成陬8 1 1 ( 图 1 2 4 ) 。虽然也可以以缩合的方法合成出目标分子，但由4 4 和4 5 的缩合来合成的 产率不太理想。 逐步合成法也被应用在嘌岭核苷合成，例如，抗疱疹a 喇a 病毒) 嘲及抗癌药 物m ，甜j 。其他抗癌药物诸如4 6 【8 5 ，8 6 l 、4 7 【8 7 1 和4 8 【8 8 1 等( 图1 2 5 ) 也可以以逐步合成 的方法来合成。 h 2 n 惩h n c o n h 2 h 肖k 毋h 绱 4 7 图1 2 5 用逐步合成法合成的一些核苷 1 8 第一章核苷类物质的结构、应用及合成 参考文献 【l 】w a t s o i i ，j d ：c r i c kf h c h m 憎1 9 5 3 ，”，7 3 7 【2 】张亮仁，于宏武，张礼和等，发废野笏纪 毫北京医科大学中国协和医科大学联合出 版社，1 9 9 7 年 3 】姚其正，兹斧纪学兮5 良化学工业出版社，2 0 0 5 年 【4 】n i r e n b e r g ，m w ；m 砒h ij h ：j o n e so w ，曲8 ”尸聊p 蝴1 9 6 2 ，4 1 0 4 【5 】n i n b e f g m w ；l e d e rp 。f 1 9 6 5 j 4 工1 3 9 9 【6 】n i 嘲b e r g m w ；p e s 吐c as ；m 嬲h a l ll 乙，舰口玎彳c 以& 曩u 跗1 9 6 5 ， ，6 3 9 t 7 1 d u s c h i n s k y r e ta l z 4 脚c k 研砼1 9 5 7 ，7 9 ，4 5 5 9 【8 】张礼和，反旖为倩再魍钐药物研芜 北京：科学出版社，1 9 9 7 年 【9 】彭司勋，为纺纪够北京：中国医药科技出版社，1 9 盼年 r 1 0 】做a i i ，m i u me ta 1 q 珊斜j 酝即砌，1 9 8 0 ，4 0 ( 1 2 、4 8 1 3 【l l 】v 柚s c o 毽kg ；j o i l i l s o i l ，c a ；p o r w r 助孵胁细6 胍l 蛆5 ，颤1 5 7 1 7 4 n 2 】e 1 i o n ，g 电w p1 9 8 9 ，2 4 4 ，4 1 4 7 1 1 3 】l 栅舱咄l e 飒zc 矗垃砌删伽以1 9 9 2 ，4 只3 2 9 - 3 3 9 【“】陈本川，厚办区新徽堂纪袭蒯9 殄劬，1 9 8 9 ，j d p ，15 4 。 【1 5 】林文斌，上蓐匿蔹2 l ，2 2 仞，2 9 4 t 、q 畅占嗽，抗病毒药物作用靶点研究概况国拜医学微生物学分册，蚺魄1 3 3 l ，、啦 【1 7 】k a r p ，j e ；b u r k e ，p j ，c 铆c 口尺e 豇1 9 7 6 ，3 瓯8 0 0 - 8 0 6 f 1 8 】d a m o w s k i ，j w ：g o u i e t t e ，f a ，丑f o c 绷，觑聊l 钟。f ，1 9 9 4 招，1 7 9 7 1 8 0 5 【1 9 l i p s k y j j ；厶嘲1 9 9 6 ，j 4 & 8 0 0 - 8 0 3 f 2 d i e r 塔协昏】l - 。跳2 材0 聊船f 爿州如i 阳妇。w a s b i n 醇o n d c n o v l 9 9 4 ，8 6 8 9 【2 l 】k a c l 锄a c ，砀p 2 耐肋们删泐搬，c 明g 旭s g 册肌f g 砌p 锄，加觑y 幻砌l ，g l a s g o w ， s c o t l 如d n 0 v 1 9 9 4 3 4 - 3 6 口2 】l w w ；b e n i t a ；g o o d m 姐，l ；b a k b r z 彳所劭绷5 铯1 9 6 0 ，踞2 “8 【2 3 】h e 也b c r z ，r p i nc a 聊p 憎b p 郴 懈肠硎c 加n fc 犯i ，l 细饥孤勘f f d ，l 可d 嚣t 觯，朋醯舭聊妇啦 s “l 由，t h e r a p e 戗c a 印琏c 口矗渊耐c k m i c 4 l c o m 静。黼d s ，、m ，2 e 陀胛韶o l h 甜m o t e c t l ! 钟 概e 娥h 锄h ，c ，s 锄m 豁，p g ，e d s ；p 盯鲫o np r e s s o 硝矾，1 9 9 0 ；p p7 5 3 刁9 1 【2 4 1 m u u f a ；d i x 呱g j ；e h l i c i l ，j ，加爿州砌伽6 耐一g 删捃绷d 鲫舶删阱h o b b y ，g i 。e d ；a m 鲥c 孤s o c c t yf o rm i c r o b i o l o 科：b e 吐i e s d a ，1 9 6 9 ；p p1 3 6 1 4 7 【2 5 】d e c l e r c q ，e 爿砌础加6 一船h 捃硎。耙，1 9 8 2 ，2 j ，6 6 1 【2 6 c o l l i n s ，p ；b a u e d j ，4 m y c 凸ds 娃1 9 7 7 ，2 8 t4 9 【2 7 】e l i 0 i l