（有机化学专业论文）微波辅助核苷及其衍生物的快速绿色合成.pdf

摘要 抗菌、抗病毒及抗肿瘤药物的研究是当今药物化学中的热点课题。本文致力于微波 辐射下无环核苷、8 溴腺苷衍生物和5 碘尿嘧啶衍生物的设计与绿色合成。改进原有的 合成方法，在微波辐射下，首次把水引入无环及卤原子取代的核苷类化合物的合成中， 取得了一些方法学上的创新性结果。 微波辐射下在水溶液中，通过核苷碱基与a ，b 不饱和亚甲基化合物的m i c h a e l a d d i t i o n 反应，以较高的产率和区域选择性得到了6 0 个无环核苷化合物，其中2 7 个为 新化合物；微波辐射下在水和d m f 溶液中，通过亲核取代反应合成了3 3 个另一类无环 核苷化合物( 肽核酸的前体) ，其中1 6 个为新化合物；微波辐射下在水溶液溶液中合成了 6 个8 溴腺苷衍生物；微波辐射下在水溶液中合成了6 个5 碘尿嘧啶衍生物。完成了这 些化合物的合成、分离、谱图解析及结构表征等工作，所有的目标化合物的结构均经r 、 1 h - n m r 、”c - n m r 、m s 和或元素分析所确证。为了确认烷基化的位置，部分化合物 还通过h m q c 和h m b c 谱确认。系统研究了核苷目标物的微波合成方法，优化了反应 条件，实现了这一类化合物简便、高效和绿色的合成。 在水体系中核苷类化合物能通过微波方法快速的合成，初步证明了本课题绿色合成 核苷的设计思想具有一定的合理性。为今后深入进行其他绿色体系如离子液体，超临界 二氧化碳中核苷类化合物的合成研究提供了重要的借鉴。本论文打通了水体系中对核苷 类化合物用微波方法快速合成的绿色通道，具有较好的学术意义和实用价值。 关键词：核苷，绿色合成，微波辐射，无环核苷，8 一溴腺苷衍生物，5 一碘尿嘧啶衍生物 a b s t r a c t r e c m t l y ，t h er e s e a r c h o nt h e a n t i b a c t e r i a l , a n t i v i r a la n da n t i t u m o rd r u g si sah o tt o p i ci nt h e p h a r m a c e u t i c a lc h e m i s t r y i nt h i sp a p e r , w eh a v ed e v o t e d o u re f f o r t st od e s i g na n dp r e p a r ea c y e l i c n u e l e o s i d e s 。8 - b r o m oa d e n o s i n ed e r i v a t i v e sa n d5 一i o d ou r a c i ld e r i v a t i v e s i ti st h ef i r s tt i m et h a tw e i n t r o d u c ew a t e r t h es o l v e n tt os y n t h e s i z ea c y c l i ca n dh a l oa t o ms u b s t i t u t e dn u c l e o s i d e sw i t ht h eh e l po f m i c r o w a v ei r r a d i a t i o na n ds e v e r a li n n o v a t i v er o s a i t sh a v eb e e no b t a i n e d 6 0a e y c l i en u c l e o s i d ed e r i v a t i v e sw e r ea c h i e v e di nh i g hy i e l d sa n dg o o dr e g i o s e l a c t i v i t y , u n d e r m i c r o w a v ei r r a d i a t i o nv i am i c h a e la d d i t i o no fv a r i o u sn u c l e o b a s e st o p u n s a t u r a t e dm e t h y l e n e c o m p o u n d s ，u s i n gw a t e ra st h es o l v e n ta n dt e a a st h eb a s e , 2 7o f w h i c ha r en e wo n e s a n o t h e r3 3a c y c l i c n u e l e o s i d e s , w h i c hc a nb eu s e da si m p o r t a n tb u i l d i n gb l o c k sf o rp e p t i d en u c l e i ca c i d s ( p n a s ) 。w e r e o b t a i n e di nw a t e ra n dd m ft h r o u g ht h en u c l e o p h i l i cs u b s t i t u t i o no f v a r i o u sn u c l e o b a s e sw i t hc h l o r o a c e t a t e ， a s s i s t e db ym i c r o w a v ei r r a d i a t i o n , o fw h i c h1 6c o m p o u n d sh a v en o tb e e nr e p o r t e di nl i t e r a t u r e s s i x 8 - b r o m oa d e n o s i n ed e r i v a t i v e sa n ds i x5 - i o d ou r a c i ld e r i v a t i v e sw e r ef i n i s h e di na q u e o u ss y s t e mw i t h i n s h o r tr e a c t i o nt i m e s t h e i rs t r u c t u r e sw c l ee o n f n - m e db y1 r , 1 h - n m r , 1 3 c - n m l lm su n d o re l e m e n t a l a n a l y s i s , a n ds o m eo f t h e mw e r ef u r t h e ra s c e r t a i n e db yr i m q c a n dh m b cs p e c t r ai no r d e rt oa s s e r tt h e s i t eo fa u ( y l a t i o r lw eh a v es y s t e m i c a l l ys t u d i e dt h em e t h o d o l o g yo fm i c r o w a v e - p r o m o t e dt h ep r e p a r a t i o n o f n u c l e o s i d e s ，o b t a i n e dt h eo p t i m a lr e a c t i o nc o n d i t i o n s ，a n dr e a l i z e dt h er a p i da n dg r e e ns y n t h e s i so f t h i s k i n d so f c o m p o a n d s i nt h i sp a p e r , an u m b e ro f n u c l e o s i d ed e r i v a t i v e sw e r es y n t h e s i z e du n d e rm i c r o w a v ei r r a d i a t i o nu s i n g w a t e rn st h eg r e e ns o l v e n t , w h i c ht e s t i f i e dt h a to u rd e s i g no nt h eg r e e ns y n t h e s i so f n u c l e o s i d e si sr a t i o n a l ， w h i c hp r e s e n t sa l li m p o r t a n tm o d e lf o rt h ep r e p a r a t i o no ft h e s ek i n d s o fc o m p o u n d si no t h e r e n v i r o n m e n t a l - f r i e n d l ys y s t e m s s u c ha sr o o mt e m p e r a t u r ei o n i cl i q u i d s ，s u p e r - c r i t i c a lc 0 2 i ns u m m a r y , w eg e tt h r o u g ht h eg r e e nr o u t eo fm i c r o w a v e - a s s i s t e dt h er a p i ds y n t h e s e so fn u c l c o s i d e sa n dt h e i r d e r i v a t i v e si nw a t e ra n dt h e s er e s u l t sh a v eg o o dv a l u ei nl e a r n i n ga n da p p l i c a t i o n k e yw o r d s ：n u c l e o s i d e s ，g r e e ns y n t h e s i s , m i c r o w a v ei t r a d i a t i o n ，a e y c l i cn u c l e o s i d e ，8 - b r o m oa d e n o s i n e d e r i v a t i v e s ，5 - i o d eu r a c i ld e r i v a t i v e s 独创性声明和论文使用授权说明 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究t 作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河南师范大学或其他教育机构的学位或证书 所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 繇盗红一吼塑降础号 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河南师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权河南师 范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 签名：绰导师签名：缒日期：s 撕。s ，, g 1 4 夕f 微波辅助核苷及其衍生物的快速绿色合成 第一章文献综述与设计思想 第一节核苷类化合物的研究进展 核酸是构成一切生物体细胞和病毒遗传基因的重要物质，天然存在的核酸有核糖核 酸( r n a ) 和脱氧核糖核酸( d n a ) 之分。核酸的基本组成单位是核苷酸，而核苷酸则由碱 基、戊糖和磷酸三部分通过化学键连接而成。碱基和核糖或脱氧核糖通过糖苷键 ( g l y c o s i d i cb o n d ) 缩合形成核苷或脱氧核苷，前者是r n a 的组成部分，后者是d n a 的 构成单元。核苷( 或脱氧核苷) 与磷酸通过酯键( e s t e rb o n d ) 结合构成核苷酸( 或脱氧核苷 酸) 。核酸就是核苷酸( 脱氧核苷酸) 按照一定的排列顺序以3 ，5 一磷酸二酯键 ( 3 ，5 - p h o s p h o d i e s t e rl i n k a g e ) 相连形成的多聚体【。 核苷是一类十分重要的生物大分子，在细胞的结构、代谢、能量和功能的调节等方 面起着重要作用。作为核酸的基本单元，核苷参与生物体中基因信息的保留、复制和转 录。许多核苷类似物是病毒复制过程中酶的抑制剂，可以抑制病毒d n a 多聚酶和逆转 录酶的活性并与核苷酸竞争性掺入病毒d n a 键，从而终止或抑制病毒d n a 链的延长 和合成，使病毒的复制受到抑制而发挥抗病毒作用。鉴于核苷在细胞生命中占有极为重 要的地位，用核苷类似物和衍生物干扰肿瘤细胞的生长和病毒的繁殖，成为治疗癌症和 各种病毒性疾病的一个极有吸引力的途径。 自从1 9 6 2 年第一个抗病毒的核苷类药物碘苷( d u ) 【2 j 在临床用于角膜炎和单纯疱疹 病毒引起的粘膜损伤以来，核苷类化合物在抗病毒药物中占有相当重要的地位。在目前 己上市的以及应用于临床的抗病毒药物中，除少数化合物，如金刚烷和干扰素不是核苷 类化合物外，核苷类化合物占了相当大的比例，核苷类化合物是目前公认最有抗病毒潜 能的药物【3 1 。然而许多病毒性疾病如肝炎、艾滋病等仍然缺乏有效的治疗手段，它们严 重威胁着人类的生命。世界各国政府都在投入大量的人力、物力、财力攻克这一难题 4 - 9 1 ， 我国近几年也非常重视这方面的研究，抗病毒药物的研究列入到了国家“十五”与“十 一五”规划。我们课题组也在该方面进行了大量的工作，本论文即是其中的一部分。 第一章文献综述与设计思想 1 1 核苷类抗病毒药物的用途和分类 1 1 1 核苷类抗病毒药物的用途 病毒是一种核酸颗粒，结构极为简单，没有完整的酶系统、核糖体、线粒体或其他 细胞器等物质，因此无法独立进行繁殖，必须寄生在宿主活细胞内，利用宿主的核酸、 蛋白质、酶等作为自身繁殖的必需物质和能源。从化学结构角度看，核苷类化合物与生 物细胞内核酸及其代谢物的主要成分一样都含有核苷碱基，若将核苷碱基的结构加以改 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，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。由此这些核苷类药物充当的“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环节，从而达到抑制病毒繁殖、控制感染的目的”0 1 。 目前已经开发出来的几十种核苷药物虽大都有较好的疗效，但亦存在许多缺陷，如 生物利用度低、较明显的毒副作用、长期服用会产生抗药性以及耐药病毒株出现，因此 还要不断地研发和优化新的核苷类似物药物。 1 1 2 核苷类抗病毒药物的分类 ( 1 ) 按抗病毒药物作用分类 对核菅类药物按其抗病毒作用不同可分为六大类：( 1 ) 抗人类免疫缺陷病毒药物。这 类药物很多，如已经上市的核苷类逆转录酶抑制剂：齐多夫定( z i n d o v u d i n e ，1 ) 、地丹诺 辛( d i d a n o s i n e ，2 ) 、扎西他滨( z a l c i t a b i n e ，3 ) 、司他夫定( s t a v u d i n e ，4 ) 、拉米夫定 ( l a m i v u d i n e ，5 ) 、阿巴卡韦( a b a c a v i t ，6 ) 等h 卜1 3 1 ，其作用机制是在细胞内磷酸化形成5 l 三磷酸的活性代谢产物，与5 l 三磷酸核苷竞争，通过逆转录酶整合入病毒d n a ，引发 病毒r n a 链提前终止，从而抑制病毒的复制，但所有的核苷逆转录酶抑制剂都能引起 一些潜在的肝脏脂肪变性和致死性酸中毒综合症【1 2 】；( 2 ) 抗巨细胞病毒药物。这些药物主 要有：更昔洛韦( g a n c i c l o v i r ，7 ) 、西多夫韦( c i d o f o v i r ，8 ) 等，这类药物均存在一定的缺 点，如更昔洛韦( 7 ) 对巨细胞病毒( c m v ) 有较强的抑制作用，但毒性大。为了克服这一缺 点，人们对其结构进行修饰或发展其前药，如更昔洛韦的前药v a l g a n c i c l o v i r 已投入临 床研究q b b 2 1 ；( 3 ) 抗肝炎病毒药。目前这类药物主要有：单磷酸阿糖腺苷、拉米夫定( 5 ) 、 喷昔洛韦( p e n c i c l o v i r ，9 ) 、三氮唑核苷( r i b a v i r i n ，1 0 ) 、阿德福韦( a d e f o v i r , 1 4 ) 等，但这 类药物均存在一定的缺点，如拉米夫定需患者长期服用，停药易复发，且有耐药病毒株 2 微波辅助核苷及其衍生物的快速绿色合成 出现【1 2 】；( 4 ) 抗疱疹病毒药物。这类药物经过病毒胸苷激酶磷酸化成三磷酸化合物与三磷 酸脱氧尿苷竞争，从而抑制病毒d n a 的合成。主要有：阿昔洛韦( a c y c l o v i r ，i i ) 、泛昔 洛韦( f a m c i c l o v i r ，1 2 ) 、喷昔洛韦( 9 ) 、三氮唑核苷( 1 0 ) 等，这些药物也存在一定的缺点， 如阿昔洛韦长期使用可出现耐药性【1 4 】；( 5 ) 抗流感a 及呼吸道病毒药物。如利巴韦林等； ( 6 ) 抗人乳头瘤病毒( h p v ) 药物，如西多夫韦。现已进入和即将进入临床的药物有数十种 之多，核苷类抗病毒药物在世界抗病毒药物销售总额中占很大部分并里逐年增长趋势。 一些常见的核昔类抗病毒药物的化学结构如图l - i 所示： 齐多夫定( a z t ) z i d o v u d i n c i 拉米夫定 l a m i v u d i n e s o 玲舯亭舯3 篓霪盖喜舄”擐勰尹黜黔d d i d a n o s i n e 2 q h 。o h 阿巴卡韦 a b a c a v i t , 6 更昔洛韦 西多夫韦 g a n c i c l o v i r 7c i d o f o v 域8 未r 冀 脚 一j 火於硼： a j 喷昔洛韦三氮唑核苷 阿昔洛韦泛昔洛韦 p e n c i c l o v i r , 9r i b a v i v i n , 1 0 a c y c l o v i r , 1 1f a m c i d o v i r , 1 2 碘苷 i d o x u r i d i n c , , 1 3 阿德福韦 阿德福韦酯 a d e f o v i r , 1 4a d e f o v i rd i p i v o x i l , i s 闰1 1 一些常见的核苷类抗病毒药物的化学结构 3 焱 nnj t r 一 故 i 第一章文献综述与设计思想 ( 2 ) 按化学结构分类 具有抗病毒活性的核苷类药物，可按碱基不同分为嘧啶类和嘌呤类。 嘧啶类： 碘苷( i d o x u r i d i n e ，i d u ，1 3 ) 2 1 又名疱疹净，是最先开发的嘧啶类抗病毒核苷药物，对 单纯疱疹病毒和牛痘病毒有效。可与胸腺嘧啶核苷相互竞争磷酸化酶和聚合酶，抑制病 毒d n a 合成，使病毒失活停止繁殖。只对d n a 病毒有效，因毒性较大，临床上主要 用于单纯疱疹性角膜炎及其他病毒感染性眼病。 齐多夫定( z i d o v u d i n e ，a z t , 1 ) 【”d 研世界上第一个美国f d a 获准生产的抗艾滋病药 物，为治疗晚期h i v 病毒感染的一线药物，也是目前抗艾滋病药物中最基本的组合成分， 并已成为考察抗艾滋病新药疗效优劣的参照药物。作用机制是抑制人类免疫缺陷病毒 ( h i 的逆转录酶，与病毒的d n a 聚合酶结合，中止d n a 链的增长，从而阻抑病毒的 复制。与其它药物联合应用能延长艾滋病病人生命，减少机会感染和延缓向a i d s 的发 展。 扎西他滨( z a l c i t a b i n e ，d d c ，3 ) t 19 ，2 田为核苷类逆转录酶抑制剂，与a z t 类似的抗艾滋 病药物，主要用于对a z t 不能耐受的患者。能在细胞内磷酸化成有活性的三磷酸代谢 物而抑制h i v 细胞病毒的复制。体外的测定方法表明它是目前临床应用中最有效的核苷 类似物。 司他夫定( s t a v u d i n e ，d 4 t ) 2 1 - 2 3 1 为核苷类逆转录酶抑制剂，主要用于治疗h i v 感染及 对a z t 治疗无效或不能耐受的艾滋病患者。其作用机制为干扰体内艾滋病病毒d n a 复 制，抑制病毒的繁殖，从而产生抗病毒作用，对正常细胞的毒性小，具有较好的选择性。 拉米夫定( l a m i v u d i n e ，l m v , 3 t c ，5 ) 【2 4 2 坷英国葛兰索威廉公司开发的新一代核苷类 抗病毒药物。开始用于治疗艾滋病。1 9 9 5 年后逐渐发现其对h b v d n a 的抑制作用， 并在全球多中心先后进行了拉米夫定治疗乙型肝炎的i i 期和i 期临床试验。是迄今为止 唯一经历长期慢性乙型肝炎治疗试验的核苷类药物。拉米夫定有较强的抑制h b v 的作 用，而且不良反应较轻微，发生率也不高，病人的耐受性较好。拉米夫定只能起到抑制 乙肝病毒复制的作用，而不能完全清除乙型肝炎病毒。这就造成了使用拉米夫定治疗乙 型肝炎需长期服药及停药后的“反跳”现象，长期服用可导致患者产生耐拉米夫定h b v 变异株，出现肝功能及病毒学指标的反复，甚至可能发生肝功能衰竭。 嘌呤类： 4 微波辅助核苷及其衍生物的快速绿色合成 阿昔洛韦( a c y c l o v i r ，a c v ，1 1 ) 【2 8 1 英国w e l l c o e m 公司开发的特异性的抗疱疹病毒 的无糖环核苷类药物( 又称无环核苷类药物) 。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 多聚酶并阻断病毒d n a 的合成，具有很 强的抑制单纯疱疹病毒繁殖的作用，对细胞毒性小，可用于单纯疱疹病毒、带状疱疹病 毒以及巨细胞病毒感染，对乙肝病毒也有一定的抑制作用。 泛昔洛韦( f a m c i c l o v f f ，f c v ，1 2 ) 1 2 9 英国s k b 公司研制开发的无环核苷类抗病毒药 物，用于带状疱疹的治疗，是高效低毒的抗疱疹病毒药物。系喷昔洛韦的前药，在体内 转化为喷昔洛韦而发挥抗病毒作用。 阿德福韦( a d e f o v i r ，p m e a ，l s ) r 3 0 ) 在对阿昔洛韦作用机制研究中发现的一种抗病毒 化合物。p m e a 对h i v 具有很强的抑制作用，但生物利用率低，该药大剂量服用时有 一定的肾毒性。 阿德福韦酯( a d e f o v i rd i p i v o x i l ，a d v ，1 9 ) 1 3 i , 3 2 1 美国g i l e a ds c i e n c e 公司为提高p m e a 的生物利用度而开发的新型核苷类抗乙型病毒性肝炎药物，已进行了i i 、期临床试验， 并于2 0 0 2 年9 月份由美国f d a 批准上市。具有抗h i v 、带状疱疹病毒饵s v ) 、人类巨 细胞病毒( h c m v ) 等活性，药效学研究显示a d v 对嗜肝d n a 病毒、逆转录病毒及疱疹 病毒具有很强的体内体外抑制作用，并对拉米夫定等产生的h b v 耐药株，无论是体外 d n a 聚合酶反应( 嵇) 或细胞培养实验均保持敏感性。 1 2 核苷类化合物的改造 核苷是由碱基和糖环两部分组成，对核苷的碱基或糖基部分进行改造，或者同时对 碱基和糖基进行双重改造所得的核苷衍生物是核酸的抗代谢物，能取代病毒正常的核酸 前体或抑制核酸合成酶，阻断病毒核酸的合成，对病毒有选择性的抑制作用，因此，核 苷类化合物的研究也集中在对核苷的修饰与改造上【3 3 1 。改造得到的核苷碱基除正常的碱 基外还包括嘌呤和嘧啶的氮杂、脱氧以及取代的碱基类核苷。糖基包括d 型和l 型呋 喃糖及其类似物( 包括含由氧、氮、硫等其他的杂环糖) ，碳环类和无环类三种 3 4 1 。 第一章文献综述与设计思想 s u b s t i t u t i o no f o n e ( o rs e v e r a l ) s u g a ra t o m s e l i m i n a t i o no f h y d r o x yg r o u p s 图i - 2 核苷类化合物的修饰 1 2 1 碱基改造型核苷 碱基对核苷及其衍生物的抗病毒性能起着决定作用，因此，碱基改造是研究核苷抗 病毒药物的一条重要途径。碱基部分的改造主要有：( 1 ) 碱基杂环上引入取代基，这种改 造方法比较常见，多为嘧啶环上的5 位、嘌呤的2 位、6 位或8 位上引入卤素等基团 3 4 一“】， 如碘苷( i d u ，1 3 ) ，2 - 脱氧5 - 氟尿苷( 2 一d e o x y 5 - f l u o r o u r i d i n e ，f u d r ，1 4 ) ，5 - ( 2 一溴乙烯 基) 脱氧尿苷( b v d u ，i s ) ，5 一乙基脱氧尿苷( e d u ，1 6 ) ，5 - 氟胞苷( 1 7 ) ，2 - 氟腺苷 ( 2 - f l u o r o a d e n o s i n e ，1 8 ) ，6 - 巯基嘌呤( 6 一m e r e a p t o p u r i n e ，6 - m p ，1 9 ) 和6 一巯基鸟嘌呤 ( 6 - t h i o g u a n i n e ，6 - t g ，2 0 ) ，8 - 氯腺苷( 8 一c i - a d o ，2 1 ) 等。( 2 ) 碱基杂环上的原子取代，通 过引入杂原子，如嘧啶环和嘌呤环的脱氮或氮杂型来调节活性，如用于治疗急性非淋巴 细胞性白血病的5 - 氮杂胞苷( 5 - a z ac y t i d i n e ，2 2 ) 。( 3 ) 双环或多环碱基的应用与改造。这 类改造不常见。 6 微波辅助核苷及其衍生物的快速绿色合成 2 - 脱氡- 5 氟尿苷 5 ( 2 溴乙烯皇脱氧尿苷 5-乙ed基u脱,fudil1 4 b v d u1 5 氧尿苷 5 高：器恙i n c 1 7 ) - r l i l o 似拶n o “鞲l ， s i h弘 玲礅m 二氟腺苷 6 鲢嘌峥 6 _ 巯基鸟嘌呤8 氯腺苷 5 - 氮杂胞苷 2 f i u o m a d e n o s m 岛1 86 - m p ，1 96 - t p 2 0 8 - c | - a d o , 2 1 5 - a z ac y t i d i n e ，2 2 图1 - 3 嘧啶和嘌呤环上的改造 在碱基上改造的取代基不能太大，主要是卤素( 氟、氯、溴、碘) ，2 卤代乙烯基，炔 基，低级烷基，低级醇，杂芳基如2 噻吩，2 呋喃基等，如果取代基过大则没有活性。 5 卤代尿嘧啶由于氟原子半径与氢接近，可作为尿嘧啶替代物，氯和溴原子半径与甲基 接近，可作为胸腺嘧啶的替代物，当它们嵌入d n a 或r n a 链时，生物遗传物质发生变 化，从而干扰病毒的合成。 1 2 2 糖基改造型核苷 核苷衍生物的抗病毒活性与侧链连接的糖基密切相关，通过改造糖基有时可以使药 物的抗病毒活性有很大的提高，同时还可以降低药物的毒副作用，而且改造后的糖基与 天然核萤相差越大，则核苷的毒副作用越低。为了筛选有更高活性的药物和改进已知药 物的药效、药理性质，并降低毒副作用，修饰糖基就成为必由之路 4 2 - 4 7 ，其变化主要有 以下几个方面： ( 1 ) 2 ，、3 ，或s t - 单独改造的核糖核苷 2 或3 ，- 单独改造核糖核苷是核糖基的2 或3 ，- 位羟基被其它基团取代( 包括2 羟基 由卢位转变为口位的阿糖核苷和3 ，羟基由声位转变为a 位的木糖核苷) ，取代基主要有 卤素、叠氮基、氨基、亚甲基、乙炔基、氰基和羟甲基等。5 位改造核糖变化类型与前 两种脱氧核糖核苷有较大差别，除了上述取代基类型外，还可以连接其他许多基团，如 7 莰烈t 谢t 掣苷伽 队 m 屯掣 蒜一 ) = c 岁伽 d 一 蔓二主奎堕堡堕量堡生昼塑 1 羟乙基、2 羟乙基等 4 8 , 4 9 ，这类改造核苷目前只有阿糖腺苷( a d e n i n ea r a b i n o s i d ，a r a a ， 2 3 ) 和单磷酸阿糖腺苷在临床上应用，阿糖腺菅抑制乙肝病毒脱氧核糖核酸聚合酶的水 平快而明显，比干扰素好。阿糖胞苷( c y t a r a b i n e ，a r a - c ，2 4 ) 是最早发现并应用于临床 的脱氧胞嘧啶核苷类似物。它是目前治疗急性骨髓性白血病( a m l ) 最有效的药物之一。 如另外，2 l 氧一磺酰基腺苷( 2 5 ) 、虫草素( c o r d y c e p i n ，2 6 ) 均有抗菌和抗r n a 病毒作用。 其结构式如图1 4 ： 阿糖罂苷阿糖璺2 苷42 ，_ 氧磺酰基腺苷2 5 a r a - a 2 3a r a - c2 4 c o r d 虫y c 草e p 素i n , 2 6一 图l - 4 四个2 、3 或5 ，- 单独改造的m 腺苷 ( 2 ) 2 ，3 二脱氧或脱氧脱氢型核糖核苷 这类化合物是目前核糖改造中最常见的类型，已有许多在临床上作为药物，如齐多 夫定( a z t ，1 ) ，地丹诺辛( d d i ，2 ) ，扎西他滨( d d c ，3 ) ，司他夫定( d 4 t ，4 ) 等 5 0 - 5 2 1 ，这类 化合物都是较好抗a i d s 的药物。 ( 3 ) 杂原子取代的核糖核苷类 这类核苷是用杂原子取代糖环上的氧或碳，其中以硫原子和氮原子取代研究的最多， 如拉米夫定( l a m i v u d i n e ，3 t c ，5 ) 【锕。 ( 4 ) 其它类型呋喃核糖核苷 这类核苷包括碱基连接在非正常碳原子位，如化合物2 7 ；或连接在五元氮杂环的氮 上，如化合物2 8 i 5 4 】；糖基的羟基与碱基形成环状，如环胞苷( c y c l o c y t i d i n e ，2 9 ) ；以及2 ， 位和3 位羟基形成环，如化合物3 0 等各种情况，其结构式如图1 5 所示： 8 掣 微波辅助核苷及其衍生物的快速绿色合成 环胞苷 2 72 8 c y c l o c y t i d i n e , 2 9 图i - 5 非正常呋喃糖核苷 ( 5 ) 碳环类核苷 此类化合物的合成一般针对性较强，大都是为了要改进特定药物的严重缺陷而设计 的，因此命中率较高，也有少数碳苷来自自然界，其代表性的化合物及衍生物有：溴乙 烯脱氧尿碳苷网、腺嘌呤及其衍生物的碳苷5 6 5 7 1 。碳环类核苷代表了一大类糖基改造核 苷，碳环可以是三元环、四元环、五元环和六元环，它们可以是饱和的，也可以是不饱 和的。其中以四元碳环和五元碳环研究的最多，发现活性较好的也最多，i 缶床应用前景 较大，值得进一步研究。五元碳环类核苷是将核糖基的氧换成碳，由于碳原子的引入， 在该碳原子上可带有羟基或其它基团，以及与邻近的碳形成双键等更多的变化类型。目 前有三类体外活性较大的此类核苷：n e p l a n o c i na ( 3 d ，a d s t e r o m y c i n ( 3 2 ) 和c a r b a - 2 - 脱 氧核苷( 3 3 ) ( 其结构式如图1 - 6 所示) ，其它变化形式的核苷可视为它们的类似物。除此之 外，碳环类核苷的糖基还可以是三元，四元和六元碳环。 a r i s t e r o m y c l n3 2 c a r b a - 2 - 脱氧核苷3 3 圈1 6 几种碳环类核苷 ( 6 ) 无环核苷( 即无糖环核苷) 自从无环鸟苷( a c v ) 问世以来，无环核苷作为抗病毒药物已逐渐引起人们的注意， 近些年来发表的研究报告也很多，新化合物的数目增长极快，抗病毒效果比较突出的化 合物主要有鸟嘌呤无环核苷和腺嘌呤无环核苷。代表性的有喷昔洛韦( 9 ) ，阿昔洛韦 9 殳b 。k ) = ( f审拶斟 。a ) = ( 扩崩 第一章文献综述与设计思想 ( 1 1 ) 矧，泛昔洛韦( 1 2 ) ，伐昔洛韦，阿德福韦( p m e a ，1 4 ) ，9 - ( 2 膦酰甲氧羟丙基) 腺嘌呤 ( h p m p a ，3 4 ) ，9 - ( 2 一膦酰甲氧丙基) 腺嘌呤( p m p a ，3 s ) ，( r ) 8 一氮杂一9 - ( 2 一膦酰甲氧丙基) 鸟嘌呤( ( r ) 8 一a z a - p m p g ，3 6 ) 等，它们都具有很高的抗病毒活性。几种典型的无环核苷 的结构式如图1 7 ： o i i h o p o h 坶 2 曰玲 h o p v o 、 o h l o 矿n h o _ 火於 h o p o 、 6 h h 7 c h 3 h p m p a3 4p m p a3 5 0 t ) - 8 - a z a - p m p g3 6 图1 7 几种典型的无环核苷 ( 7 ) l 型核苷 l 型核糖作为d 型核糖的对映异构体，近年来引起了药物化学家的高度重视，并越 来越多的用于药物核和化妆品。以l 型核糖为原料已经得到了一系列l 型核苷类化合物 并显示很有前景的抗病毒、抗肿瘤活性。最有代表性的药物是拉米夫定。相对于d 型核 苷，l 型核苷具有较好的生物活性和较低的毒性。 1 2 3 碱基和糖基同时改造型核苷 糖基和碱基同时改造是核苷抗病毒药物发展的一个重要方面( 不包括碱基改造的无 环核苷) 。 3 8 3 9 图1 - 8 碱基和糖基同时改造型核苷 虽然仅对碱基进行改造得到了一些具有活性的核苷，但真正应用于临床的却不多。 通过对糖基和碱基的同时改造，可以使合成的核苷与天然核菅的差别加大，往往能够增 加药物的抗病毒性能，降低毒性。但是进行这种双改造时，碱基和糖基上引入的取代基 1 0 蒜a 扩nd一 苷 屯d 一 微波辅助核苷及其衍生物的快速绿色合成 都不能太大，否则活性较低或无活性。这类化合物的研究也进行得相当多，所得到的应 用于临床上的药物也较多，其结构可以是以上所有改造糖基和改造碱基的任意组合。 1 3 核苷类化合物的合成研究现状 1 3 1 化学合成法 由于核苷及其衍生物具有广泛的抗肿瘤、抗病毒活性，因此研究核苷的合成方法长 期以来一直是人们关注的热点，其中化学合成方法进展很快，已由原来的经典合成法、 半合成法发展到目前生产中应用的全会成法。 ( 1 ) 经典合成法 经典合成法是先分别合成碱基与糖基部分，再将两者通过一定的方法连接起来，根 据生成c - n 苷键时所采用的方法不同，可分为三类：重金属法、熔融法和硅烷化法。 ( a ) 重金属法：此法又称f i s c h e r - h e l f e r i c h - d a v o l l l o w y 法。f i s c h e r 和h e l f e f i c h 以四乙 酰哪d 溴代葡萄糖和1 ，3 二甲基黄嘌呤银盐为原料在二甲苯中回流，制备了最早的人工 合成核苷类化合物7 移d 葡萄糖茶碱核苷【5 8 , 5 9 1 。随后，他们利用此方法合成了天然核苷 化合物腺苷和鸟苷 6 0 ，但产率并不理想。随后，d a v o l l 和l o w y 稍加改进，采用嘌呤 h g ( i i ) 盐和保护的三乙酰氯代核糖反应而制备嘌呤类核苷【6 1 1 ，发现产率得到显著的提高， 并成为了制备核苷类化合物的传统方法。采用此方法，反应物可以是各种嘌呤氯化汞盐， 但反应前嘌呤的氨基必须用苯甲酰基或乙酰基进行保护。重金属法的特点就是可以确切 地知道糖取代的位置和端基的构型，且有很好的选择性，产品主要是伊核苷。这种方法 在糖化学中一直占据着重要的地位，而且适用范围比较广泛，不仅适用于嘌吟核苷的制 备，也可以应用于嘧啶核苷的制备【6 2 】，为化学合成核苷和寡糖核苷开创了先河。 ( b ) 熔融法：1 9 6 1 年，t o s h i s a d as 等人【6 3 ，删以四乙酰核糖和2 ，6 - 二氯嘌呤为原料，在对 甲苯磺酸的催化下高温反应得到2 ，3 ，5 - 三乙酰2 ，6 二氯嘌呤核苷( 4 0 ) ( 反应式如图l 一9 ) 。 l 2 ，3 ，5 四乙酰核糖的熔点为7 8o c ，当加热超过此温度时，四乙酰核苷就会呈熔融状态， 既为反应物又为溶剂，因此称该方法为熔融法。 第一章文献综述与设计思想 a c o 、v 噙o a eo a c 嘶+ h 斌警 删 围1 - 9 熔融法合成2 ，3 ，5 l 三乙酰2 。6 - 二氯嘌呤核苷 不同的嘌呤碱基与保护的核糖在高温以及催化剂的作用下反应，可以得到相应的嘌 呤核苷【6 5 1 。所用的催化剂通常为l e w i s 酸，如对甲基苯磺酸、二氯乙酸乙酯6 7 1 、z n c l 2 ， p c i 3 【6 s 】、p 2 0 5 【叫等，但产率不高。1 9 6 6 年i m a i 7 0 ，7 1 1 等人以碘为催化剂制备嘌呤类核苷， 发现产率比以对甲基苯磺酸为催化剂提高了1 6 。利用此方法合成的产品是n 与芦构型 的混合物，立体选择性不如重金属法，产品经硅胶柱分离后，就可以得到单一的伊构型 核苷【7 2 1 。 ( c ) 硅烷化法：h i l b e r t 和j o h n s o n 以2 , 4 二烷氧基嘧啶与保护的卤代核糖发生缩合反应 生成核苷，再经氨解和水解得到胞苷( 4 1 ) 和尿菅( 4 2 ) 【7 3 ，7 4 1 。这种方法由n i s h i m o r a t q 和 b i r k o f e r t 7 司各自进行了完善，但都是使用不稳定的卤代核糖为原料，而且利用此方法制 各嘌呤核苷的效果很不理想。 一 h o 4 1 “ 图o 硅烷化法合成保护的胞苷 最近，b o o k s e r 小组【7 刀考虑到卤代糖的不稳定性和重金属污染等问题，采用了稳定 的乙酰糖与硅醚保护的腺嘌呤在微波辅助下实现了区域选择性的糖基化反应，以中等收 率得到了保护的腺苷( 4 3 ) 。反应式如图l - l l 所示： 1 2 州s 、n ，b 2 + 啪埝一t m s o t f 眦, c h ，3 ，c 曲n n 哪z 图1 1 l微波辅助下硅烷化法合成保护的腺苷 。捉 文魁 微波辅助核苷及其衍生物的快速绿色合成 与重金属法相比，此方法有四个优点：易于制备；与糖顺利地进行均相反应； 得到的中间体可顺利转化为各种修饰碱基；用l e w i s 酸作为催化剂，并在碱基上引 入硅烷使得碱基活化，最后硅烷保护基只需用水或醇就可除去，避免使用毒性大的重金 属汞盐，而且反应条件比较温和。但该方法同样缺少精确的区域和立体选择性，当碱基 含多个氮时产生的核苷异构体较多【7 8 ”。 综上可知，经典合成法是先分别合成碱基与糖基部分，再将保护的糖与碱基缩舍得 到c - n 苷键，最后脱保护而得。合成中的a 、口两种异构体，分离不易，总收率低，生 产成本高。不适合大规模工业生产。 ( 2 ) 半合成法 半合成法是以天然核苷为原料，用化学方法改造其结构，如天然核苷脱去2 羟基成 为脱氧核苷，或转位为阿拉伯糖苷等。该法由于原料来源与价格及柱分离操作等问题限 制了工业应用。随着我国核苷酸工业的发展，核苷酸与核苷的来源与价格问题将逐步得 到解决，采用半合成法生产核苷类药物的优点将逐步显示出来。如碘苷0 3 ) 的生产改用 半合成法，以5 尿苷酸二钠盐( 5 - u m p n a 2 ) 为原料，须经脱磷、醚化、磺酰化、氧桥、 水解、溴化、氢化、脱溴、上碘等共8 步反应，总收率7 , - - 1 0 。例如，利用尿苷( u r ) 生产碘苷( 1 3 ) ，合成路线如图1 - 1 2 ： n 1 3 ，c h s o h 旦3 量! 望l c h 3 c n 图1 1 2 碘苷的半合成路线图 利用胞苷( 4 1 ) 生产阿糖胞苷( 2 4 ) ，合成路线如图1 - 1 3 ： m o 儿 、z ，= 掣 抑 第一章文献综述与设计思想 n h ， 破 v 。、j 、卜 o h o h 匹壁1 3 c h t c o o e t n h h c o h 图l - 1 3 阿糖胞苷的半合成路线图 利用腺苷合成阿糖腺苷( 2 3 ) 【8 2 】，合成路线如图1 - 1 4 ： 眦0 、 a献0 、a 斟一l 剑一c h o n a 图1 - 1 4 阿糖腺苷的半合成路线图 ( 3 ) 全合成法 全合成法是以具有一定构型的糖为原料，经过嗯唑啉中间体合成碱基部分。该法步 骤短，收率高，反应具有立体专一性。目前生产碘苷( 1 3 ) 、阿糖胞苷( 1 4 ) 、阿糖腺苷( 2 3 ) 、 环胞苷( 2 9 ) 等都已采用以嚯唑啉为主要中间体的全合成路线，1 4 、1 7 的收率分别为4 0 、 3 0 。 碘苷( 1 3 ) 的全合成路线如图1 - 1 5 ： 1 4 蒜太 ( d 叫 d 微波辅助核苷及其衍生物的快速绿色合成 b 伽一肿过一h c - = c c o o c h ：，梦伽必幽一 o h o h ! 竖! ! 些哩 i d o x u r i d i n c ，i d u ，1 3 图1 1 5 碘苷的全合成法路线图 1 3 2 酶合成法 核苷类化合物的化学合成法一般存在步骤多、难度高、周期长、有异构体、产率低 等缺点，使其实现工业化、规模化生产具有一定的难度。所以科技工作者开始模拟大自 然试用酶法合成，酶转化法是近年来核苷类物质合成领域中较常用的方法 8 3 1 。丁庆豹等 人应用乙酰短杆菌酶法合成了2 t - 脱氧腺苷、5 氟尿苷、5 甲基尿苷；用产气肠杆菌合成 了阿糖腺苷【“ s 】。