（有机化学专业论文）d氨基葡萄糖含磷衍生物的合成与结构表征.pdf

河南大学硕士研究生毕业论文( 2 0 0 9 ) 摘要 d 氨基葡萄糖含有羟基和氨基，可以进行化学修饰得到不同衍生物，修饰后 的d 氨基葡萄糖具有抗风湿、消炎杀菌、抗肿瘤、提高免疫等多种生理功能， 对d 氨基葡萄糖进行化学修饰将在生物、医药及其相关领域有着更为广阔的应用 前景。 本文主要研究d 氨基葡萄糖席夫碱的合成，并进一步合成有机磷衍生物。通 过大量文献调研，综述了合成氨基葡萄糖席夫碱不同方法，在此基础上确立了本 文的合成路线。制备出了两个系列产物，共1 4 个未见报道的新化合物，其中8 个 目标产物为q 氨基膦酸酯类衍生物。目标化合物的结构进行了1 h n m r 、3 1 p n i v 瓜、 i r 和m s 分析确证，论文包括以下几个方面： j 一、月l j 吾 介绍氨基葡萄糖及其化学修饰，氨基葡萄糖衍生物的生物活性、研究的现状 与前景，以及氨基葡萄糖有机磷衍生物课题的立题依据。 二、氨基葡萄糖含磷衍生物的合成 2 1 氨基葡萄糖席夫碱的合成 h o 呲弋- - o n h 2 h c r n a o h h o + h m e o h f o m e b o h 是3 。h n h 2 2- r - c h o m e o hh o 弋o h o o h3 k ，心 n 弋 3 a _ e r 由 审： 太y a c mo 命 | 审洲a 河南大学硕士研究生毕业论文( 2 0 0 9 ) 2 2 d 氨基葡萄糖含磷衍生物的合成 h 0 心0 h o o h0 x p h 弋 一 q 油 o a c 嚆孓3 。能 a c 2 0 p y 4 a c o 弋3 一q a c o 心o a c9 一 一、6 r o m e o m e 丫 r = 一c h 2 c h 3 ，c h ( c h 3 ) 2 ，一c h 2 c h 2 c h 2 c h 3 - c h 2 c h ( c h 3 ) 2 h 赳。h n 诠 a 感。a c 曰 竺洲萏譬r 气、v - 、 r = 一c h 2 c h 3 ，一c h ( c h 3 ) 2 c h 2 c h 2 c h 2 c h 3 - c h 2 c h ( c h 3 ) 2 以d 氨基葡萄糖盐酸盐为原料，在甲醇中经氢氧化钠处理，再与苯甲醛衍生 物反应，合成了d 氨基葡萄糖席夫碱，探索了反应条件和溶剂，从而找出了该反 应的最佳条件。 d 氨基葡萄糖席夫碱在吡啶溶剂条件下与乙酸酐反应得到乙酰化保护的席 夫碱，乙酰化产物和亚磷酸酯的p h 基团进行加成，将糖基引入了a 氨基膦酸酯 中，合成了一系列新型含一个具有两种构型的手性碳原子的a 氨基膦酸酯。 关键词：d 氨基葡萄糖；席夫碱；合成；甜氨基膦酸酯 一； a oy a b s t r a c t d 。g l u c o s a m i n eh a s b i o l o g i c a la c t i v i t y ，t h e r ea r es e v e r a lr e a c t i o nc e n t e r s ( 1 1 ) ，d r o x y l sa n da m i d o ) i nt h em o l e c u l e ，i t sd e r i v a t i v e s w i d e l yu s e di nb i 0 1 0 9 ya n d m e d i c i n e m o d i f i e do fd 。g l u c o s a m i n eh a sa n t i r h e u m a t i c ，b a c t e d c i d a a n t i 砌a m 舶a t o r y , a n t i t u m o r , e n h a n c et h ei m m u n ea n do t h e rp h y s i o l o g i c a l f u n c t i o n s c h e i n i c a l m o d i f i c a t i o no fd 。g l u c o s a m i n ei nb i o l o g y ，m e d i c i n ea n d r e l a t e df i e l d sh a v eam o r e w i d ea p p l i c a t i o np r o s p e c t t h i sa r t i c l ei s m a i n l ys t u d i e di ns y n t h e s i so fd 斟u c o s 锄i i l es c l l i f fb a s e sa 1 1 d f u r t h e rs y n t h e s i so fo r g a n i c p h o s p h o r u sd e r i v a t i v e s t h r o u g he x t e n s i v el i t e 阳t u r e r e s e a r c h ，s u i l l i l l 跚z e st h es y n t h e s i so fg l u c o s a m i n es c h i f fb a s e si nd i f f e r e n tw a y s o n t h eb a s i so fe s t a b l i s h e ds y n t h e t i cr o u t eo f t h i sa r t i c l e p r e p a r e d 铆0s 谢e so f14n e w c o m p o u n d sn o tr e p o r t e d ，e i g h t 弘a m i n op h o s p h a t ed e r i v a t i v e s t h es 饥l c t u r eo f t l l e s e c o m p o u n d sh a d1 hn m r , ) 1 pm 峨i ra n dm s a n a l y s i sc o n f i m ，衄也et h e s i s i n c l u d et h ef o l l o w i n g ： 1 i n s t r u c t i o n i n t r o d u c t i o na n dc h e m i c a lm o d i f i c a t i o no f g l u c o s a m i n e ，酎u c o s a l l l i n ed e v a t i v e s b i o l o g i c a la c t i v i t y ，o ft h ep r e s e n ts i t u a t i o na n dp r o s p e c t s ，a sw e l la s g l u c o s a m i n e d e r i v a t i v e so f o r g a n i cp h o s p h o r u si na c c o r d a n c ew i t ht h es u b j e c tr i f l e1 e 西s l a t i o n 2 s y n t h e s i so fp h o s p h o r u sc o n t a i n i n gd g l u c o s a m i n ed e r i v a t i v 鹤 2 1 s y n t h e s i so fd - g l u e o s a m i n es c h i f fb a s e s h o h o h o h n h 2 h c i r ： a n a o hh o + h m e o h o m e o h o m e b n h 2 2 r h o o h m e o h h o h o h o m e 中c i 审f 审n 0 2 c d o o h n j 3 a 嘈 r 电洲 河南大学硕士研究生毕业论文( 2 0 0 9 ) 2 2 s y n t h e s i so fd g l u e o s a m i n ep h o s p h o r u sd e r i v a t i v e s 岬二f 蠢 q 呲时 鬯弧嶝 h o h 4 r = 一c h 2 c h 3 ，- c h ( c h 3 ) 2 ，c h 2 c h 2 c h 2 c h 3 ，一c h 2 c h ( c h 3 ) 2 o a c 5 6 - 9 o l l p o r 。 i o r o m e i p o h 竞挚 r o ) 2上。 r = 一c h 2 c h 3 一c h ( c h 3 ) 2 一c h 2 c h 2 c h 2 c h 3 ，一c h 2 c h ( c h 3 ) 2 1 0 - 1 3 d g l u c o s a m i n eh y d r o c h l o r i d ea st h er a wm a t e r i a l ，s o d i u mh y d r o x i d ei nm e t h a n o lb y t r e a t m e n t ，a n dt h e nw i mb e n z a l d e h y d ed e r i v a t i v e ss y n t h e s i z e db yt h er e a c t i o no f d g l u c o s a m i n es c h i f fb a s e st oe x p l o r et h er e a c t i o nc o n d i t i o n sa n ds o l v e n t s ，i no r d e rt o i d e n t i f yt h er e a c t i o nt h eb e s tc o n d i t i o n s d g l u c o s a m i n es c h i f fb a s e si ns o l v e n t su n d e rt h ec o n d i t i o n so fp y r i d i n ea n d a c e t i c a n h y d r i d ea c e t y l a t i o nr e a c t i o no f t h ep r o t e c t i o no ft h es c h i f fb a s e ，a c e t y l a t e dp r o d u c t a n dt h ep - hp h o s p h i t eg r o u pt oc a r r yo u ta d d i t i o nt ot h ei n t r o d u c t i o no fg l y c o s y lc t a m i n o p h o s p h o n a t e ，t h es y n t h e s i so f as e r i e so fn e wt y p ew i t hac o n f i g u r a t i o no ft w o c h i r a lc a r b o na t o m so fa a m i n o p h o s p h o n a t e k e y w o r d s ：d g l u c o s a m i n e ；s c h i f fb a s e s ；s y n t h e s i s ；a - a r n i n o p h o s p h o n a t e i v 蕊 能 一 a o y尘叶 关于学位论文独立完成和内容创新的声明 本人向河南大学提出硕士学住中请。本人郑重声明：所呈交的学位论文是 本人在导师的指导下独立完成的，对所研究的课题有新的见解。据我所知，除 文中特别加以说明、标注乖致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发袁或撰 写过的研究成果，也不包括其他人为获得任何教育、科研机构的学住或证书而 使用过的材料。与我一同工作的圉事对本研窥所做的任何贡献均已在论文中作 了明确奇勺说明并表示了，蛰枣。等琴；毒蕾。i 晦鼻弧 学位碧豢i 礴位辫茹菇笺鳖互型学位碧请冬错位谂毒作者签名i 二型。z ：。! ：竺 ：。黎姆“壤鬻荔? 。豁孙 管，- _ ，寸。拶；嚣。： ；7 ；黟z 善：i ：k 一i i 瓢纛参霪篓黪豢，爹鬻纛霪 篱= i 袋手喾位论吏著作权使用授权书，7 霎 毽护秒妒。j 鋈；y 荔黼：譬凑、，谚：蠡；? 襄l 辫妻爨，影。、 本人经河南大学审核批准：援予硕碴学位。作为学位论文瞬作者，本人完全 了解并同意河南汰学有关保留、，袋鹿。雩隹谚囊桶要求，即河南大学有权向国家 图书馆、科研信息枫构、数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文( 纸质文 本和电子文本) 以供公众检索、查阅，o 本沙投杈河南炙学出于宣扬、展览学校 学术发展和进行学术交流等臀敏筑两脯采取影卵、缩印、扫描和拷贝等复制手 段保存、汇编学位论文( 纸质文本和电子文本) 。 ( 涉及保密内容的学位论文在解密后适用本授权书) 学位获得者( 学位论文作者) 签名：盔一之型 学位论文指导教师釜 2 0年 月 目 河南大学硕士研究生毕业论文( 2 0 0 9 ) 1 1 引言 第一章前言 d 氨基葡萄糖( 2 氨基2 一脱氧一d 一葡萄糖) ，分子式为c 6 h 1 3 n 0 5 ，分子量： 1 7 9 ，通常以盐酸盐的形式稳定存在。商品氨基葡萄糖是其硫酸盐或盐酸盐，易溶 于水、乙醇、吡啶等极性溶剂。d 氨基葡萄糖是一种天然的氨基单糖，几乎分布 于人体所有的组织中，特别是关节软骨中，并参与构造人体组织和细胞膜，是蛋 白多糖大分子合成的中间物质。在自然界中广泛地存在于海洋生物中，特别是虾 壳、蟹壳等甲壳类动物的躯壳中均有丰富的含量。氨基葡萄糖的制取方法较多， 它可以由甲壳动物的甲壳质经脱钙、脱乙酰后用酸或酶水解制得；也可以通过微 生物发酵淀粉质制取。由于其分子内有多个反应中心( 一o h 、- n h 2 ) ，因此在化学 合成中存在一定的困难，e r o m o l e n k o 等【卜2 】运用不对称合成方法，将亚异丙基甘 油醛通过j u l i a 成烯反应增加羟基，然后通过环化作用可得到氨基葡萄糖( 图1 1 ) 。 后来他们又对合成方法作了改进，从而合成了没有消旋的氨基葡萄糖。氨基葡萄 糖不仅具有治疗关节炎、消炎、刺激蛋白多糖的合成等生物活性，而且可以活化 n k 、l a k 细胞，具有免疫调节作用【3 】。目前主要用其盐酸盐为起始原料合成其 相关衍生物。 o n h b o c s 0 2 p h o h o ho h o h n h b o c h o 图1 1 d 氨基葡萄糖分子内有多个反应中心( o h 、- n h 2 ) ，故可以制备成种类繁多 的相关衍生物，并广泛应用于寡糖、多糖的生物、化学合成。1 8 9 8 年首次报道 2 乙酰氨基2 脱氧d 葡萄糖以来，国外逐步开展了其相关衍生物的合成、性质 河南大学硕士研究生毕业论文( 2 0 0 9 ) 和生理活性、生物功能的研究，并在2 0 世纪六、七十年代出现高潮，但迄今国 内相关研究工作报道不多。 d 氨基葡萄糖类化合物有着广泛的生物活性。它对骨关节炎的疗效首先由德 国医师在1 9 6 9 年发现。其中，d 氨基葡萄糖盐酸盐具有参与肝肾解毒、抗炎、 护肝、抗菌以及治疗风湿性关节炎症和胃溃疡等疾病的作用【4 1 。硫酸氨基葡萄糖 是目前国内治疗和预防骨性关节炎药物，国内已从意大利进口，中文商品名为维 骨力。n 乙酰氨基d 。葡萄糖是生物细胞内许多重要多糖的基本组成单位，是具有 较高甜度的特殊单糖，具有还原性，亦是合成双歧因子的重要前体，其双歧活性 为1 2 u m g ，在生物体内具有许多重要生理功能，临床上是治疗风湿性及类风湿 性关节炎的药物。另外，在食品、化工及化妆品行业中均有重要的应用，亦可作 为食品抗氧化剂及婴幼儿食品添加剂，糖尿病患者的甜味剂等【5 】。 此外，作为d 氨基葡萄糖天然来源的甲壳素是迄今发现的唯一天然碱性多糖 物质，广泛存在于甲壳纲动物的甲壳中，在蟑螂、蚕等昆虫的表皮以及藻类、菌 类的细胞壁中也有较高的含量。其年生物产量上百亿吨，是仅次于纤维素的第二 大类天然高分子多糖物。将其脱除乙酰基后得到的壳聚糖是自然界中迄今为止发 现的膳食中唯一的阳离子高分子，分子量小于1 0 0 0 0 的水溶性壳聚糖具有活化淋 巴细胞、增强机体免疫力、抗菌抑菌、抑制肿瘤细胞的生长、降低血脂和胆固醇 等生物活性。 由此可见，d 氨基葡萄糖及其衍生物都具有特殊的生物活性，对d 氨基葡萄 糖进行化学修饰和生物活性研究将在生物、医药及相关的领域有着更为广阔的应 用前景。 1 2d 一氨基葡萄糖衍生物的研究进展 由于d 氨基葡萄糖分子内有多个反应中心( - o h ，- n h 2 ) ，因此可以制备成 种类繁多的相关衍生物，广泛应用于糖类的生物、化学合成。其衍生物主要集中 在乙酰化衍生物、席夫碱及其配合物、d 氨基葡萄糖有机磷衍生物、氨基酸类衍 河南大学硕士研究生毕业论文( 2 0 0 9 ) 生物等方面。 1 2 1d 氨基葡萄糖的酰化衍生物 n 一酰化d 氨基葡萄糖( 2 乙酰氨基2 脱氧d 一葡萄糖) 衍生物是指以氨基葡 萄糖或氨基葡萄糖盐酸盐为原料，采用不同的酰化试剂对其进行修饰而得到的酰 胺类衍生物。可分为脂肪族( 含1 - h c 标记) 和芳香族两类。d 氨基葡萄糖的酰化 衍生物在医药领域有一定的应用，2 乙酰氨基2 脱氧d 葡萄糖是氨基葡萄糖( 图 1 2 a ) 最早的衍生物。 2 乙酰氨基2 脱氧d 一葡萄糖在生物体内具有许多重要生理功能，临床上是 治疗风湿性及类风湿性关节炎的药物，亦作为食品抗氧化剂及添加剂。n 乙酰氨 基葡萄糖的合成方法主要有：( 1 ) w h i t e 改进的氨基葡萄糖盐酸盐乙酸银无水甲 醇乙酸酐法 6 1 ：( 2 ) i b s 锄孤等人忉用d o w e x 1 树脂对氨基葡萄糖盐酸盐脱盐酸， 然后与乙酸酐反应得到目标产物；( 3 ) 由甲壳素经浓盐酸温和水解并经柱层析分离 得到目标产物【8 1 ；( 4 ) 采用有机碱脱除氨基葡萄糖盐酸盐的盐酸，然后进行酰化反 应【9 】，该方法产率较高且后处理过程简单，是目前最为常用的方法。 2 乙酰氨基d 葡萄糖3 ，4 ，6 三乙酸酯( 图1 2 b ) 是合成类脂a ( l i p i d a ) 结构类似物的重要中间体，它的合成一般是通过2 乙酰氨基d 葡萄糖1 ，3 ，4 ， 6 四乙酸酯的区域选择性脱去一个乙酰基得到 1 0 - 1 2 。赵先英等【1 3 】以三乙胺为碱， 先合成2 乙酰氨基d 葡萄糖1 ，3 ，4 ，6 四乙酸酯，然后向其乙腈溶液中通氨气 选择性去乙酰化得到产物。也可用氨基葡萄糖盐酸盐为原料，在乙酸酐和浓硫酸 的作用下合成l ，3 ，4 ，6 四乙酰基氨基葡萄糖硫酸盐，然后在无水醋酸钠和氢 氧化钡作用下进行乙酰基转移反应合成产物【l4 1 。 1 ，3 ，4 ，6 四o 乙酰基d 氨基葡萄糖( 图1 2 c ) 分子中有游离的氨基而 活泼的羟基全部被保护，这就有利于氨基葡萄糖上氨基的选择性反应，是合成氨 基葡萄糖衍生物的重要中间体【晗17 1 。其合成方法主要有：一类是将糖上的羟基和 氨基同时进行乙酰化保护，然后选择性地脱去氨基上的乙酰基；另一类是先将氨 基保护起来，在保护其余羟基的基础上脱去氨基上的保护基，如邻苯二甲酸酐法 f 1 3 】、二乙基乙氧基亚甲基丙二酸法【1 9 1 、对甲氧基苯甲醛法【2 0 】及苯甲醛法等。 3 河南大学硕士研究生毕业论文( 2 0 0 9 ) f r e d e r i c 【2 1 1 等则报道了在仲胺存在下，用4 甲基2 戊酮选择性保护伯氨基生成席 夫碱，再酰化仲胺，然后脱去氨基保护基得产物。 ，o h h o 弋o h o o h3 x ， o = k a c h 3 p 吣 a c o 弋山o 、 a c o ) l ，心，o h o 式 b c h a 图1 - 2 另外，在氨基葡萄糖的氨基上进行酰化，将原来的乙酰氨基取代为烷基( 图 1 3 a ) ，这一类氨基葡萄糖衍生物具有治疗关节炎的作用。也有人合成了2 ( 3 羧基1 丙酰氨基) 2 脱氧d 葡萄糖( 图1 3 b ) ，j o n e s 等【2 2 】还制备出了d 氨 基葡萄糖的高级脂肪酸类衍生物( 图1 3 c ) 。b e a t al i b e r e k 等 2 3 1 人合成了2 - n 烷基化1 ，2 ，4 ，6 四乙酰基氨基葡萄糖，并将氨基葡萄糖的乙酰氨基取代为碳 数2 1 2 的烷烃得到n 烷基氨基葡萄糖( 图1 3 d ) ，并研究发现部分产物存在弱 的抗真菌活性。 o h h o ， o h h o 沁o h n h 0 - o h h 2 采3 。h h 。 o 弋- 洲 c o h n h b o c o h r = c h 3 ，c h 2 c h 3 ，( c h 2 ) 2 c h 3 ，( c h 2 ) 3 c h 3 ，( c h 2 ) 4 c h 3 n h c h 2 r 。 d 图1 3 1 2 2d 氨基葡萄糖席夫碱及其配合物 由于d 一氨基葡萄糖中活泼基团( - o h ，- n h 2 ) 可与金属离子很好地络合，而 会属离子亦广泛地存在于动物、植物体内。所以，此类由氨基葡萄糖及其衍生物 与金属的配合物在抗癌药物及食品与功能性材料等领域中有着广泛的应用前景， 4 蠡c 河南大学硕士研究生毕业论文( 2 0 0 9 ) 因而引起了国内外学者的兴趣。 1 9 8 4 年，h l a v k a 2 4 等研究了用d 氨基葡萄糖盐酸盐与k 2 p t c h 制备铂的配合 物，k u d u k j a w o r s k a 【2 5 】等合成了d 氨基葡萄糖及衍生物与铂( i i ) 的配合物，并 对其抗肿瘤活性进行了研究，发现其对肿瘤的治愈率达4 9 。孙胜玲【2 6 2 7 等合 成了d 氨基葡萄糖盐酸盐与锌( i i ) 、铜( i i ) 、钴( i i ) 和镍( i i ) 的配合物，并对其结 构进行了研究。t a k a y a n a g i 2 s l 制备了d 氨基葡萄糖与铁( i i ) 的配合物并对其生物 活性进行了研究，研究表明配合物可用于治疗慢性。肾功能衰退与骨疾。最近，d 氨基葡萄糖的某些含有芳香环的化合物可以与金属形成配合物，这些化合物能用 于铂、钯不对称催化烷基化反应中金属的配体 2 9 - 3 2 1 。 d 氨基葡萄糖与芳香醛反应得到的s c h i f f 碱可与过渡金属离子形成配合物。 由于席夫碱及其配合物在抑菌、杀菌、抗肿瘤等方面具有独特的药用效果【3 玉3 4 1 。 所以，以氨基葡萄糖为先导化合物合成席夫碱及其配合物的研究在医药领域具有 重要意义。早在2 0 世纪2 0 年代初，i r v i n ejc 等【3 5 】就在水相中合成了氨基葡萄糖 与水杨醛的席夫碱，到2 0 0 3 年j c o s t ap e s s o u 等1 3 6 又在甲醇中合成了氨基葡萄 糖水杨醛的席夫碱。华中师范大学配位化学组【3 7 】合成了水杨醛氨基葡萄糖席夫碱 的锌( i i ) ，钴( i i ) ，铜( i i ) 配合物，并对配合物的抗菌性能进行了研究。 c o s t a m a g n a 3 8 1 合成了萘酚醛d 氨基葡萄糖席夫碱的金属配合物。此外，叶勇【3 9 】 等对n 萘酚醛d 氨基葡萄糖s c h i f f 碱金属配合物的研究较多，并对其与d n a 作 用的光谱学作了深入研究。 1 2 3d 氨基葡萄糖有机磷衍生物 糖基磷酸酯是一类比较重要的糖类衍生物，广泛存在于自然界中，糖基磷酸 酯类化合物特别是葡萄糖基磷酸酯类化合物的合成及其生物活性的研究早有报 道。目前已报道的有机磷衍生物主要有d 氨基葡萄糖乒磷酸酯、d 一氨基葡萄糖 1 磷酸酯、n 乙酰基d 一氨基葡萄糖6 磷酸酯和n 乙酰基d 氨基葡萄糖1 磷酸 酯、氨基葡萄糖l 一磷酸酯和乙酰氨基葡萄糖1 一磷酸酯的结构类似物。 葡萄糖基磷酸酯类化合物的合成及其生物活性的研究表明，葡萄糖基磷酸酯 类衍生物具有抗肿瘤、抗病毒、抗菌和免疫调节剂等生物活性。在糖基上引入磷 河南大学硕士研究生毕业论文( 2 0 0 9 ) 酸根，能提高某些多糖、寡糖的生物活性。n 乙酰基d - 氨基葡萄糖1 磷酸酯参 与细胞壁的形成，是n 键糖蛋白的生物合成过程中重要的中间体，这种糖蛋白能 够识别细胞细胞或细胞病原体，并且可以深入到新近兴起的动力学糖基化过程 研究。鉴于此，f i o r e n z oc a s e r o ，l a u r ac i p o l l a 掣删采用化学方法合成了n 乙酰基 d 氨基葡萄糖1 磷酸酯的类似物。 2 氨基一2 脱氧d 一葡萄糖6 磷酸酯是一些重要多糖的组成成分，与它的氨基 或1 ，3 ，4 o 连接的某些基团被认为是免疫显性基团，具有专一标志性，而且 还能经自氧化形成对噬菌体灭活的氧自由基，具有特殊的生物活性。早期是用 a t p 酶对氨基葡萄糖进行磷酰化来制备；m a l e y 等人【4 i 】用化学方法合成了d 氨基 葡萄糖6 磷酸酯和n 乙酰基一d 一氨基葡萄糖6 磷酸酯。在此基础上，他们又合成 了n 乙酰基d 氨基葡萄糖一1 磷酸酯和d 氨基葡萄糖1 磷酸酯【4 2 】( 图1 - 4 a 、b ) 。 另外，p l a n t e 等【4 3 1 曾利用糖基磷酸酯来形成氨基葡萄糖和甘露糖键，王建国等嗍 完成葡糖胺6 一磷酸酯与5 氟脲嘧啶形成o 苷8 的反应，而且该类化合物( 图1 4 c ) 具有良好的抗癌活性，说明葡糖胺6 磷酸酯经反应而成的糖苷对5 氟脲嘧啶的抗 癌作用将具有重要影响。另外，o b a d i a hj p l a n t e 等曾利用糖基磷酸酯来形成b 氨基葡萄糖和b 甘露糖键【4 5 】，赵玉芬等人【4 6 1 曾用硅烷化的二磷酸核苷和三磷酸 核苷与包含多种官能团的硅烷化胺反应合成了化学选择性的氨基磷酸酯。 h o h o h o j j p o k o k o h aeoac惫o芦 弋k o 、八，n 弋，o 一 图1 4 6 b o | i p o k i o 河南大学硕士研究生毕业论文( 2 0 0 9 ) 1 2 4 氨基葡萄糖的其他衍生物 关于氨基葡萄糖的其他衍生物种类繁多，早在2 0 世纪中期，n 乙酰基d 氨 基葡萄糖的对硝基苯衍生物和4 甲基的衍生物已经有人研究，后来人们合成了m 甲酚硫代邻苯酰胺的衍生物，接着又合成了2 ，4 _ 二取代的芳香衍生物( 图1 5 a ， b ) 。以氨基葡萄糖胺为原料，与氯乙酰氯反应得到n 氯乙酰基d 葡萄糖胺，在 毗啶的作用下合成t n 吡啶乙酰基p d 葡萄糖胺【4 7 】( 图1 5 c ) 。 h 昌鼹o h 。h ho心-5ho o h迭，心， o ：争d h 2 内0 2 h 昌丧3 。h 皑n c 图l 5 罗宣干等【4 8 】人以氨基酸为连接基，将5 一氟脲嘧啶同d 氨基葡萄糖合成得到衍 生物( 图1 - 6 a ) ，实验表明衍生物比5 氟脲嘧啶体外抗肿瘤活性有明显提高。接 着有人以羟基被不同基团保护的氨基葡萄糖和5 氟脲嘧啶1 乙酸及5 氟脲嘧啶 一1 丙酸反应制备了的氨基糖复合物( 图1 - 6 b ) 【4 9 j 。氢化可的松是一种皮质激素 类药物，它能够影响糖代谢，具有抗炎、抗病毒、抗休克及抗过敏。李英霞【5 0 】 等人首先将氢化可的松转化为琥珀酸酯衍生物，再与l ，3 ，4 ，6 四乙酰基氨基葡 萄糖在d c c 的作用下通过酰胺键进行偶联，得到氨基葡萄糖的衍生物( 图1 - 6 c ) ， 衍生物对小鼠耳部巴豆油炎症均有明显的抑制作用，其抗炎活性优于对照品氢化 可的松。j o s e 等1 5 1 , 5 2 】报道了d 氨基葡萄糖的环氧化衍生物，最后水解得到醇的衍 生物( 图1 - 6 d ，e ) ，并研究了它们的亲核反应性和立体选择性。氨基葡萄糖盐酸 盐在氢氧化钾醇溶液条件下与氯乙酸反应，产物与二氯氧硫生成酰氯，然后与精 氨酸反应得到氨基葡萄糖的精氨酸衍生物【5 3 】( 图1 6 f ) 。 7 渺向， 河南大学硕士研究生毕业论文( 2 0 0 9 ) h o 忒舡p 0 e 0 h。0洲丫人n h 八k 一声o 二( a 卧飞一 o 气p u 、，、n h o 譬高v ， e h r 畏竦 。 洲个0 母。吲 r ：h ，a c c o p h f 卧珐3 。犬r 2 n h a c r 3 r 1 r 2 ，r 3 = h d r 1 = m e ，r 2 r 3 = h r 1 ，r 3 = h ，r 2 = m e r 1 r 3 = h ，r 2 = p h c o o i n h c h c h 多h 多h 刘h 一早= n h n h 2 n h 2 f 图1 - 6 脲苷5 二磷酸- n 乙酰基氨基葡萄糖( u d p g i c n a c ) 是生物体内缩氨酸、几 丁质、粘多糖、糖蛋白类的代谢产物。以g i c n a e 在g l c n a c 酶中磷酸化得到g l c n a c 的磷酸盐，用变位酶将6 位的磷酸盐衍生物转变为1 位的磷酸盐衍生物，最后在 焦磷酸化酶中合成得到脲苷5 二磷酸- n 乙酰基氨基葡萄槲5 4 1 。最近，又有人合 成了氨基葡萄糖磷酸盐衍生物，然后在四唑、吡啶中再与脲苷吗啡酯在常温下反 应合成t u d p g i c n a c 的衍生物1 5 引。 1 3 磷元素在生命体内的重要性 碳、氢、氧、氮、硫、磷等元素组成了生物体，其中磷是组成生命活体至关 8 河南大学硕士研究生毕业论文( 2 0 0 9 ) 重要的元素。目前尚未发现在生命过程中不包含磷的生命活体。人体内磷的含量 大约占元素总量的1 ，占人脑总重量的0 3 ，占肝脏总重量的o 2 。早先人 们认为磷的作用仅限于作为骨骼的组成部分，然而随着科学的发展，人们越来越 认识到磷在生命化学过程中扮演了十分重要的角色。磷之所以是生命化学进程中 的重要元素，不仅因其含量占d n a 分子量的9 ，更因为许多事实已证明绝大多 数酶的催化反应是以他们的磷酰化和去磷酰化来调控的。a t p 参与了生命化学过 程中的几乎每一个反应，新陈代谢过程常以含磷衍生物为中间体而进行。生命现 象从低等到高等，从植物到动物，无不或多或少地有赖于蛋白质的磷酰化机制， 甚至癌症也与某些蛋白质被不正常地磷酰化而改变了它的物理、化学和生理性质 有关。核酸、蛋白质及多糖这三大类生命物质的新陈代谢、相互转化及调控过程， 都是以磷化合物为能量转换及基团置换的媒介。磷酯是代谢过程的中间物以及生 物体活动的能源。正是由于磷酸能与许多有机物结合成酯，可使生物体内有机物 的新陈代谢由温和、高效的生化过程来完成【5 引。 生物化学的发展已经揭示出生物体无论从构造还是功能均离不开含磷化合 物以及磷酰基转移反应的参与。有机磷化合物尤其是磷酸酯以及磷酰胺类衍生物 具有广泛的生物活性，该类化合物在作为过渡态模拟酶抑制剂中具有重要应用。 如已经发现的磷酸酯类化合物具有对e p s p 合成酶、h i v 蛋白酶、高血压蛋白酶 以及最近报道的p t p 酶的抑制作用【57 1 。 寻找具有药物恬性并在治疗中具有实用价值的有机磷化合物已成为磷化学 研究领域中的一个热点。糖基磷酸酯是一类比较重要的糖类衍生物，广泛存在于 自然界中。糖基磷酸酯类化合物特别是葡萄糖基磷酸酯类化合物的合成及其生物 活性的研究早有报道。在糖基上引入磷酸根，使一些本无活性的糖类化合物具有 了活性，并能提高某些多糖、寡糖的生物活性。 因此，我们把磷和d 一氨基葡萄糖的有机结合物d 氨基葡萄糖磷酰化衍生物 作为研究对象，试图合成氨基葡萄糖基0 【氨基磷酸酯类衍生物，以期能够进一步 提高d 氨基葡萄糖的生物活性。 9 河南大学硕士研究生毕业论文( 2 0 0 9 ) 1 4 有机磷化合物的研究进展 有机磷化学的发展大约有18 0 年的历史，1 9 3 2 年人们发现有机磷化合物具有 生物活性。几十年来，有机磷化合物在反应和结构上已有许多理论问题被提出并 得到解决。由于在生物体系中具有重要意义及在工农业生产中的广泛应用，有机 磷化学研究得到了飞速发展。有机磷化合物主要有三种：有机磷酸酯，有机膦酸 酯和双膦酸酯，有机磷酸酯在前面糖基磷酸酯已涉及到。人们已经研究发现了许 多有机膦酸酯及衍生物的合成方法，有机膦酸酯及衍生物在工农业生产及日常生 活中也有了许多应用。寻找具有药物活性并在治疗中具有实用价值的有机磷化合 物己成为磷化学研究领域中的一个热点，其中最引人注目的一类化合物为双膦酸 酯类衍生物，其次为氨基膦酸酯类衍生物。近2 0 年来，具有药物活性的双膦酸 酯在药物研究中一直占有重要地位，随着研究的深入，有关双膦酯酯药物活性的 研究已取得了显著的进展。双膦酸酯的起源来自于焦磷酸酯的合成类似物，最早 被证明具有生物活性的双膦酸酯是具有简单的0 【烷基，0 【卤代或0 【羟基取代基的 甲叉基双膦酸酯。它们对骨骼具有特别的亲和力，为骨软化的强抑制剂，主要用 于治疗变形性骨炎、骨髓瘤等。 随着双膦酸酯结构与活性关系研究的深入，人们发现了许多新的具有很强的 抗骨质软化的双膦酸酯，从而刨制了许多用于治疗骨质疏松症的新药物。美国 e b e t i o n 等人在双膦酸酯早期临床实验的基础上，根据抗熔融活性对结构的要求， 对其分子结构中的含氮部位的修饰，进一步优化了双膦酸酯的结构。通过对3 0 0 多个化合物药物活性的实验室筛选，以及对结构、构型和活性关系的研究，发现 了高活性的药物r i s e d r o n a t e ( 图1 7 ) 。这一化合物作为医用药剂，具有高效安全 的特点，并且在各种骨病的治疗中显示了很强的实效。r i s e d r o n a t e 的开发可作为 通过药物优化设计来发现用于临床实际的最优候选物的典型例子，这也是生物化 学、生物矿质化科学、药理和药物化学多个研究领域的综合研究成果。 1 0 噼孙咧啪咖 目前各种氨基膦酸作为天然氨基酸的类似物已在化学、药物和农业科学中受 到广泛的注意。由于氨基膦酸与环境的相容性，人们投入了更多力量对此类化合 物进行研究开发，有望从中发现具有高药物活性和农药活性的化学品。文献报道， 0 【氨基膦酸酯衍生物具有广泛的生物活性。研究表明，仅氨基膦酸酯有抗肿瘤活 性、抗植物病毒、植物生长调节、除草、杀菌、抑制酶活性5 8 石5 】；抗氧化及防辐 射、破坏生物细胞膜等重要的生物活性；另外，还发现其具有防金属腐蚀的作用 f 鲫。a 氨基膦酸酯上与磷原子相连的2 个烷氧基不i n 、仅位碳原子以及氨基上取 代基的不同将导致其生物活性的巨大差异。 例如：图1 8 所示的两种0 【氨基膦酸酯，化合物a 具有抗肿瘤活性，而化合物 b 是血管紧张素转化酶的抑制剂。 r = e t ，e t c a h r l0 h 分譬h 图1 8 目前的研究结果看，人们几乎可以合成任何天然的和非天然的氨基膦酸类似 物，即氨基膦酸或其酯。并可对合成的外消旋体进行拆分，并用化学相关方法确 定拆分后的光学异构体的绝对构型。8 0 年代末又成功地发展了不对称合成氨基膦 酸的方法。q 氨基膦酸作为氨基酸的含磷类似物，具有多种生物活性。有关它的 合成方法有类m a n n i c h 合成法、亚胺加成法、还原氨化法及由氨甲基膦酸酯为原 料的合成法等，其中应用最广泛的是类m a n n i c h 合成法和亚胺加成法，最早用于 河南大学硕士研究生毕业论文( 2 0 0 9 ) 合成氨基膦酸的方法是类m a n n i c h 型反应，反应如图i - 9 所示： 叽呲o c n i i p h o p c i 2 + 每 - c h o p h 2 c h 2 0 c n h 2 + + ， oo i |i l 卧2 c h 2 0 c n 叶h o p h 三 q i _ - | li r。 图1 9 氨、伯胺和仲胺都能与亚磷酸二酯和羰基化合物发生类m a n n i c h 反应，生成 仅氨基膦酸酯，然后水解得相应的a 氨基膦酸。丙氨酸和苯丙氨酸的含磷类似物， 就可用这种方法合成【6 7 1 。磷酰胺与醛和亚磷酸二苯酯进行类m a n n i c h 反应，得到 n 端为磷酰基保护的0 【氨基膦酸二苯酯，由于p - n 键对酸不稳定，使磷酰基很容 易在酸性条件下脱去。脲和硫脲分别和醛、亚磷酸三酯进行类m a n n i c h 反应，生 成含0 【脲基的烷基膦酸二酯，然后酸性水解，得到自由的0 【氨基膦酸。后来人们 发现用苯基脲或苯基硫脲产率更高【6 8 l ，并用这种方法合成了丙氨酸、缬氨酸、苯 丙氨酸、蛋氨酸的含磷类似物。 亚胺加成法是将醛或酮与胺缩合反应生成亚胺，或由s n c l 2 还原腈类化合物 而得到，再与二烷基亚磷酸酯加成而制得a 氨基膦酸酯。此外，也可选择醛、 胺和亚磷酸酯在甲苯中回流来制备0 【氨基膦酸酯。合成步骤如图1 1 0 所示： r o + p h 2 c h n h 2 _ k 2 c r n c h p h 2 r 2 c h 2 c 1 2r z h o p ( o r ) 2 p 叫洲p r l 0 洲，2 图1 1 0 在0 【氨基膦酸酯衍生物的合成方面，陈茹玉教授做了大量的研究工作，陈茹 玉教授等7 0 1 曾利用氨基葡萄糖与对甲基苯甲醛和对甲氧基苯甲醛反应形成的亚 1 2 河南大学硕士研究生毕业论文( 2 0 0 9 ) r 1 = c h 3 ；o c h 3 r = c h 3 ：c h 2 c h 3 ：c h 2 c h 2 c h 3 ：c h ( c h 3 ) 2 图1 1 l 作为有机磷小分子化合物，磷酰胺及膦酸酯类衍生物大多具有广泛的生物活 性【7 l 】。自从1 9 4 5 年a t h e r t o n 及t o d d 等人发现a t h e r t o n t o d d 反应以来，磷酰胺 及膦酸酯类衍生物的合成得到极大的发展。最初，a t h e r t o n t o d d 反应主要用于小 分子伯胺、仲胺的磷酰化反应，近年来的研究工作进一步拓宽了该反应的应用范 围。利用a t h e r t o n t o d d 反应能将许多含有活泼氢的化合物如亚胺、咪唑啉、氮杂 环丙烷、苯磺酰肼、酰胺、醇、肟、肼等转变成相应的磷酰化产物。8 0 年代末， 我国科学家赵玉芬院士对此反应做了重大改进，使其在水溶液中亦能顺利进行， 改变了以往必须在无水溶剂中反应的局限，并成功地用来合成磷酰化氨基酸【7 2 1 。 而b o u a l e mo 等人在超声波的条件下成功地对醇进行了磷酰化【7 3 1 。 1 5 课题研究依据及设计方案 近年来，人们发现某些含有糖基的有机磷化合物具有抗肿瘤、抗病毒、抗菌 和免疫调节剂等生物活性。在糖基上引入磷酸根，可以使一些本无活性的糖类化 河南大学硕士研究生毕业论文( 2 0 0 9 ) 合物具有了活性，并能提高某些多糖、寡糖的生物活性。为了寻找高效、低毒的 抗肿瘤药物，我们试图在陈茹玉教授等所做工作的基础上利用氨基葡萄糖与苯甲 醛反应形成的亚胺和亚磷酸酯的p - h 基团进行加成，将糖基引入0 【氨基膦酸酯 中，企图合成一系列新型含一个具有两种构型的手性碳原子的n 【( 3 甲氧基- 4 ， 乙酰基苯基) ( o ，o 一二烷基膦酸酯基) 甲基) 】- 2 氨基2 脱氧1 ，3 ，4 ，6 四o 乙 酰基一p d 葡萄吡喃糖和n - 【( 对氯苯基) ( o ，o 二烷基膦酸酯基) 甲基) 】2 氨基2 脱氧1 ，3 ，4 ，6 四- o 一乙酰基b d 葡萄吡喃糖。进而考察所设计的氨基葡萄糖基 铲氨基膦酸酯分子是否具有更强的抗肿瘤活性。该方案首先将d 氨基葡萄糖与苯 甲醛衍生物发生缩合反应，合成了d 氨基葡萄糖席夫碱。再将d 氨基葡萄糖席 夫碱的羟基进行乙酰化化保护，最后将乙酰化化保护的席夫碱和亚磷酸酯的p h 基团进行加成，将糖基引入了a 一氨基膦酸酯中。 1 6 实验合成方案的设计 1 6 1氨基葡萄糖席夫碱的合成 以d 一氨基葡萄糖盐酸盐为原料，在甲醇中经氢氧化钠处理，再与苯甲醛衍生 物反应，合成了d 一氨基葡萄糖席夫碱，探索了反应条件和溶剂，从而找出了该反 应的最佳条件。合成路线如下图所示： h 昌怼3 n h 2 。h c h i 嵩 a o m e o h ， ，昌采s o h h o ：t n h 2 2 r - - c h o m e o h ii o m e 囟囝 t c i 占 c d 图1 1 2 一o h 。- 中心& - - o 。h n 弋 3 a e r i _ - i 囝 n 0 2 1 6 2d 氨基葡萄糖基0 【氨基膦酸酯类化合物的合成 d 氨基葡萄糖席夫碱在吡啶溶剂条件下与乙酸酐反应得到乙酰化化保护的 1 4 审甜 河南大学硕士研究生毕业论文( 2 0 0 9 ) h 嚏。篓o r 酋= 广皂。