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中山大学硕士学位论文若干类咕吨酮衍生物的合成及其与a 葡萄糖苷酶的作用吴文浩 若干类咕吨酮衍生物的合成及其 与仅葡萄糖苷酶的作用 专业：有机化学 硕士生：吴文浩 导师：汪波副教授 摘要 以生物大分子如酶为靶标，以天然活性物质为基础进行结构改造和结构修 饰，探讨有机小分子与生物大分子之间的相互作用，以获得有机小分子的有效药 用基团和生物大分子的活性部位，是有机化学以及化学生物学的热点研究领域， 也是新药研发的重要有效途径。a 葡萄糖苷酶是生命体中的一类非常重要的酶， 在机体的许多代谢过程中起着非常关键的作用，并且是许多重大疾病，如糖尿病、 癌症等的相关酶。而咕吨酮类化合物广泛存在于自然界，其独特的结构特征使之 具有抗肿瘤、降血糖等广泛的生理活性，有望成为具有广阔应用前景的药物先导 化合物。因此，本课题选择以葡萄糖苷酶为靶标，天然咕吨酮类化合物为母体 化合物进行设计合成及结构改造，并在本课题组的前期工作基础上继续探索咕吨 酮类化合物与仅葡萄糖苷酶相互作用的构效关系。 论文第一章首先从天然来源以及人工合成两方面详细综述了近两年来0 c 葡 萄糖苷酶抑制剂的研究进展。然后综述了近两年来发现的天然产物来源的咕吨酮 类化合物及其生理活性，同时综述了近两年来合成改造得到的具有生理活性咕吨 酮类化合物的研究进展。最后，简要介绍了本课题组的前期工作和部分研究成果， 简要说明了本文的主要设计思想、依据及意义。 第二章详细阐述了各种咕吨酮类化合物的设计思路，所采用的合成方法。并 对反应结果、反应条件及其优化、反应过程中所遇到的问题进行了详细讨论。 对咕吨酮类化合物的结构改造包括：( 1 ) 将咕吨酮c 3 和c 7 位的羟基分别以 甲基取代。( 2 ) 将咕吨酮的c 2 位进行羟甲基取代。( 3 ) 将羟甲基取代的咕吨酮产物 氧化，得到c 2 位上醛基取代的咕吨酮化合物。( 4 ) 将咕吨酮c 3 位的羟基与异烟 酸成酯。共合成了3 3 个咕吨酮类化合物，其中1 6 个化合物未见文献报道。并且， i v 中山大学硕士学位论文 摘要 从初步测得的有关化合物与a 葡萄糖苷酶的相互作用数据，讨论了结构与抑制活 性间的构效关系。 关键词：咕吨酮，0 【葡萄糖苷酶，合成，抑制剂 v m a s c d i s s e r t a t i o no fs u ny a t s e nu n i v e r s i t y a b s t r a c t s y n t h e s i sa n do c g l u c o s i d a s ei n h i b i t i o n so fs e v e r a l s e r i e so f x a n t h o n ed e r i v a t i v e s m a j o r ：o r g a n i cc h e m i s t r y n a m e ：f 饴n h a o 胁 s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f b ow a n g a b s t r a c t i th a sb e c o m eah o tr e s e a r c hf i e l do f o r g a n i cc h e m i s t r ya n dc h e m i c a lb i o l o g yt h a t i n v e s t i g a t i n gt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt h eo r g a n i cc o m p o u n d sw i t hb i o m a c r o m o l e c u l e t oo b t a i nt h ee f f e c t i v eg r o u po fo r g a n i cc o m p o u n d sa n dt h ea c t i v e a r e ao f b i o m a c r o m o l e c u l e i ti sap r o m i s i n gw a yt oe x p l o r en e wt h e r a p e u t i ca g e n t sb yd e s i g n a n dm o d i f y i n gn a t u r a lo c c u r r i n gm o l e c u l e sa n di n v e s t i g a t i n gt h e i rs t r u c t u r e - a c t i v i t y r e l a t i o n s h i pb e t w e e no r g a n i cs m a l lm o l e c u l e sa n db i o m a c r o m o l e c u l es u c ha se n z y m e s 0 g l u c o s i d a s ei so n eo fg r e a ti m p o r t a n te n z y m e sw h i c hp l a y sak e yr o l ei n v o l v i n gi n m a n yb i o c h e m i c a la n dp h y s i o l o g i c a lm e t a b o l i s mp r o c e s s e sa n dh a s ac o n n e c t i o nw i t h av a r i e t yo fm e t a b o l i cd i s o r d e ra n dd i s e a s e ss u c ha sd i a b e t e sa n dc a n c e rf o r m a t i o n x a n t h o n ed e r i v a t i v e sw h i c hp o s s e s sal o to fp h y s i o l o g i c a la c t i v i t i e ss u c ha s h y p o g l y c e m i ca n da n t i t u m o ra r ew i d e l yd i s t r i b u t e di nn a t u r e t h e r e f o r e ，a sw e l la st h e u n i q u es t r u c t u r e ，x a n t h o n ed e r i v a t i v e sm a yb eap o t e n tl e a dc o m p o u n dw i t hg r e a t a p p l i c a t i o np r o s p e c t s i nt h i sa s p e c t ，w ea r ei n t e r e s t e di nt h es t u d yo fd e s i g n e da n d m o d i f i e dx a n t h o n ea n a l o g u e st a r g e t i n go e g l u c o s i d a s ea n dc o n t i n u i n gt oe x p l o r et h e i n t e r a c t i o na n dt h es t r u c t u r e a c t i v i t yr e l a t i o n s h i pb e t w e e nx a n t h o n ea n a l o g u e sw i t h t t - g l u c o s i d a s eb a s eo nt h ep r e v i o u sw o r k i no u rl a b o r a t o r y i nc h a p t e ro n e ，f i r s t l yt h ef o u n d a t i o na n df u n c t i o n a lp r i n c i p l ea s p e c t so f 0 c g l u c o s i d a s ew e r eb r i e f l yi n t r o d u c e da n dt h e nt h ed e v e l o p m e n to fn a t u r eo r i g i n a l a n ds y n t h e t i c0 c - g l u c o s i d a s ei n h i b i t o r si nr e c e n tt w oy e a r sw e r er e v i e w e d a f t e rt h a t ， t h es t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i ca n dn a t u r a le x i s t e dx a n t h o n ed e r i v a t i v e sw e r ed e s c r i b e d ， a n dt h e nt h ed e v e l o p m e n to fn a t u r eo r i g i n a la n ds y n t h e t i cb i o a c t i v ex a n t h o n e d e r i v a t i v e si nr e c e n tt w oy e a r sw e r er e v i e w e d i nt h ee n do fc h a p t e ro n e ，t h ep r e v i o u s v l m a s c d i s s e r t a t i o no f s u ny a t s e nu n i v e r s i t y w e n h a ow u r e s e a r c hr e s u l t so fo u rl a b o r a t o r yw e r ed e s c r i b e da n dt h ed e s i g na n ds i g n i f i c a n c ew a s s u b s e q u e n t l yi n t r o d u c e d i nc h a p t e rt w o ，t h em o d i f i c a t i o nd e s i g no fx a n t h o n ea n a l o g u e sw e r ei n t r o d u c e d i nd e t a i l t h em e t h o do fs y n t h e s i s ，o p t i m i z a t i o no ft h er e a c t i o n sc o n d i t i o na n dt h e p r o b l e m sd r u i n gt h es y n t h e s i sp r o c e s sw e r ed i s c u s s e dd e t a i l e d l y t h es t r u c t u r em o d i f i c a t i o na s p e c t so fx a n t h o n ea n a l o g u e si n c l u d e d ：( 1 ) m e t h y l s u b s t i t u t e di n p o s i t i o n c 3a n dc 7o fp l o y h y d r o x y x a n t h o n e a n a l o g u e s ；( 2 ) h y d r o x y m e t h y ls u b s t i t u t e di np o s i t i o nc 2o fx a n t h o n ea n a l o g u e s ；( 3 ) o x i d a t i o no f h y d r o x y m e t h y ls u b s t i t u t e dx a n t h o n ea n a l o g u e st oa l d e h y d eg r o u p ；( 4 ) e s t e r i f i c a t i o n b e t w e e nh y d r o x y lg r o u pi np o s i t i o nc 3o fx a n t h o n ed e r i v a t i v e sw i t hi s o n i c o t i n i ca c i d 3 3x a n t h o n ed e r i v a t i v e sa n d16o ft h e mh a v en o ty e tb e e nr e p o r t e di nt h el i t e r a r y f i n a l l y , f r o mt h ea - g l u c o s i d a s ei n h i b i t i o nd a t ao ft h e s es y n t h e t i cx a n t h o n ed e r i v a t i v e s ， s o m es t r u c t u r e a c t i v i t yc o r r e l a t i o n sw e r ed i s c u s s e d k e y w o r d s ：x a n t h o n e ，仪- g l u c o s i d a s e ，s y n t h e s i s ，i n h i b i t o r s v l i yl2 93584 若十类咕吨酮衍生物的合成及其与a 葡萄糖苷酶的作用吴文浩 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指 导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明 引用的内容外，本论文中不包含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的 个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识 到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 昊文滗 日期：w 汕y 年么月g 日 若j f 类咕吨酮衍生物的合成及其与a 葡萄糖苷酶的作用吴文浩 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容编入 有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。 学位论文作者签名： 夏久涟 日期：础髟年月6 i t l i 导师签名：【a 欣 日期：肿舌月f 日 若干类咕吨酮衍生物的合成及其与a 葡萄糖苷酶的作用吴文浩 知识产权保护声明 本人郑重声明：我所提交答辩的学位论文，是本人在导师指导下 完成的成果，该成果属于中山大学化学与化学工程学院，受国家知识 产权法保护。在学期间与毕业后以任何形式公开发表论文或申请专 利，均需由导师作为通讯联系人，未经导师的书面许可，本人不得以 任何方式，以任何其它单位作全部和局部署名公布学位论文成果。本 人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 翼支理 日期：7 j 。髟年月乡日 中山大学硕士学位论文若1 二类咕吨酮衍生物的合成及其与葡萄糖苷酶的作用吴文浩 第1 章前言 目前，糖苷酶抑制剂的研究受到了化学家和生物学家的广泛关注，是因为这 类化合物不仅能作为研究寡糖和糖复合物功能的有用工具，而且是潜在的治疗与 糖链异常相关的疾病的药物。 a 葡萄糖苷酶是生命体中一类非常重要的酶，它参与体内碳水化合物消化、 糖蛋白和糖脂的加工等，在机体的许多代谢过程中起着关键的作用，并与许多因 代谢紊乱失调而引发的疾病有密切的关系，如糖尿病1 ，癌症2 ，病毒感染3 等。 因此，以0 【葡萄糖苷酶为靶标的药物分子设计合成与构效关系研究是当前药物研 究中充满挑战的热门领域。 咕吨酮类化合物广泛存在于自然界，并且具有广泛的生理活性和独特的结构 特征，有望成为具有广阔的应用前景的先导化合物4 。 因此，本文选择以a 葡萄糖苷酶为靶标，进行咕吨酮类化合物的设计合成以 及构效关系研究，希望获得有价值的构效关系及作用的机理和模式信息，为进一 步设计合成高效的0 c 一葡萄糖苷酶抑制剂以及全面认识a 葡萄糖苷酶的结构特点 提供理论指导和实验依据。 1 1仅葡萄糖苷酶及其抑制剂研究进展 1 1 1 小葡萄糖苷酶结构，功能及作用模式 1 1 1 1o t 一葡萄糖苷酶及其结构 a 葡萄糖菅酶( o r g l u c o s i d a s e ，e c3 2 1 2 0 ) 又称0 c d 葡萄糖苷水解酶，以前 称作麦芽糖酶( m a l t a s e ) 。它可以从低聚糖类底物的非还原末端切开0 【1 ，4 糖苷键， 或者将游离出来的葡萄糖残基转移到另一糖类底物形成1 7 , 一1 ，6 一糖苷键，从而得到 非发酵性的低聚异麦芽糖或糖脂、糖肽等5 。 a 葡萄糖苷酶多数是由一种糖和蛋白构成的复合物，分子中的碳水化合物部 分所占比例因来源不同而有差异。目前由于对多数仅葡萄糖苷酶的碳水化合物部 中山大学硕士学位论文 分研究得比较少，故其结构与组成尚不清楚。有资料曾报道，天野制药株式会社 生产的黑曲霉仪葡萄糖苷酶t r a n s g l u c o s i d a s ela m a n o 以下简称( t g l a ) 分子中 含有2 5 5 的碳水化合物，主要有甘露糖、葡萄糖、半乳糖和n 乙酰葡萄糖胺 构成6 。 进一步研究表明，t g l a 由两个亚基组成( p 1 和p 2 ) ，p 1 具有2 2 7 个氨基 酸残基，而p 2 具有7 1 9 个氨基酸残基。酶分子中共有7 个半胱氨酸残基，仅有 1 个半胱氨酸残基具有自由巯基，另外6 个半胱氨酸残基以二硫键结合为胱氨酸 残基，一个胱氨酸残基位于p 1 亚基，而另外2 个胱氨酸残基和1 个半胱氨酸残 基位于p 2 亚基。因此p 1 和p 2 不是由二硫键连接，而是通过非共价键结合形成 三维空间结构。p 2 的a s p ( 天冬氨酸，2 2 4 ) 被认为是该仪葡萄糖苷酶催化反应 必不可少的氨基酸残基。资料报道甜菜的0 【葡萄糖苷酶的a s p 残基同样也被认为 是其催化基团之一7 。 0 c 葡萄糖苷酶的相对分子量一般在4 0 ，0 0 0 1 5 0 ，0 0 0 之间，不同来源的o c 葡萄 糖苷酶的相对分子量差异很大8 。 1 1 1 2n 葡萄糖苷酶的作用原理及生物学功能 葡萄糖苷酶分布在小肠上皮绒毛刷状缘上，包括麦芽糖酶、蔗糖酶、异构 麦芽糖酶、乳糖酶等，是碳水化合物消化吸收的一类关键酶。仅葡萄糖苷酶具有 寡糖和双糖的结合位点。淀粉在消化道内分解为低聚糖，最终经小肠绒毛上皮细 胞刷状缘存在的膜结合酶：麦芽三糖及双糖类水解酶( 0 c 葡萄糖苷酶、麦芽糖酶、 蔗糖酶等) 分解为单糖。葡萄糖、乳糖、麦芽糖等直接经由刷状缘膜存在的n a + 依 赖性机制( n a + 糖载体) ；果糖则经扩散作用通过细胞膜进入细胞内，然后经过侧 基底膜存在的运输载体排除，再经上皮细胞下丰富的毛细血管网吸收9 。具体过 程为：食物中的多糖，经过如淀粉经口腔唾液、胰淀粉酶等酶系消化成低聚糖， a 葡萄糖苷酶便从这些低聚糖的非还原末端切开仅1 ，4 糖苷键，释放出葡萄糖， 葡萄糖被小肠上皮细胞吸收后进入血液，成为血糖。在生理状态下，小肠的上、 中、下三段均存在仅葡萄糖苷酶，但以小肠上段为主要吸收部位，因此人体对糖 的吸收迅速而完善。 0 【葡萄糖苷酶对维持生物体的正常生理功能起着重要作用。酸性0 【一葡萄糖苷 2 中山大学硕士学位论文若干类咕吨酮衍生物的合成及其与a 葡萄糖苷酶的作用吴文浩 酶可催化麦芽糖和糖原降解为葡萄糖，在人类和哺乳动物组织中的糖原降解方面 起着重要作用。如果人类和哺乳动物组织中仅葡萄糖苷酶缺失，就会导致严重的 糖原代谢紊乱和组织中糖原的过渡积累，从而引起庞帕氏病( 一种常染色体隐性 遗传性糖原贮积病，又叫i i 型糖原生成疾病) 1 0 。而人体组织中0 c 。葡萄糖苷酶活性 长期性偏低会引起肌肉纤维的破坏和肌肉萎缩1 1 。 1 1 1 3 a 葡萄糖苷酶的催化机制 糖类底物被仪葡萄糖苷酶水解时，糖苷键的裂解发生在糖基的异头碳和糖苷 氧原子之间，即水解1 ，4 糖苷键，糖基残基在水解反应中被水分子的质子取代。 糖苷酶水解糖苷键时发生底物端基构型的保持或翻转，产物的构型由酶分子的构 型决定而与底物无关。仅葡萄糖苷酶在催化反应中保持其构型而生成a 端基异构 体，属于“构型保持酶”1 2 。 仪葡萄糖苷酶的催化反应属于氧碳正离子催化机制，如图卜1 所示。首先， 当酶与底物接触时，0 【葡萄糖苷酶的活性中心可以根据不同类型的底物发生一定 程度的结构变化，从而使仅葡萄糖苷酶可以与多种糖类底物结合。这一步为塑性 阶段，决定了a 葡萄糖苷酶具有广泛的底物专一性。然后处于立体结构保持阶段， 酶分子的结构决定了水分子或其它受体接近或定向酶反应中心的方向。在这一催 化机制中，过渡态结构的离去基团彻底质子化，并且不管初始异头碳构型如何， 酶分子稳定化的氧碳正离子中间体的立体构型不变，即反应的立体结构由酶分子 的结构控制而与底物构型无关。 图1 1 e l , 一葡萄糖苷酶催化糖苷键水解机制 于一 芏椎 旷帅 a芏 蟾土 矿舯 中山大学硕士学位论文第1 章前言 1 1 2q 葡萄糖苷酶抑制剂研究进展 由于0 【一葡萄糖苷酶在机体的许多代谢过程中起着关键的作用，并与许多因代 谢紊乱失调而引发的疾病有密切的关系，其抑制剂的研究目前已经是国内外研究 的热点领域。目前已经用于临床治疗的有阿卡波糖( a c a r b o s e ) 1 3 、米格列醇 ( m i g l i t 0 1 ) 1 4 、伏格列波糖( v o g l i b o s e ) 1 5 、n 丁基一1 一脱氧野尻霉素 ( n b u t y l d e o x y n o j i r i m y c i n ) 1 6 。其化学结构如图1 2 所示。 h 。二a ：瓷二。二超二h 乞hh 乞hh 乞h 阿卡波糖 删h z 羚o ：b h o h 2 c 干、心n 丫八o h 。y 。o h o h h o h o 米格列醇 伏格列波椐n - 】基- l - 脱氧野尻霉素 图1 - 2 已用于临床的四种一葡萄糖苷酶抑制剂 阿卡波糖( a c a r b o s e ，商品名：拜糖平) 是德国拜耳制药公司于1 9 7 3 年从白色 放线菌属菌株发酵液中提取出的一种复杂的低聚糖，是第一个用于临床的a 葡萄 糖苷酶抑制剂。它通过抑制小肠上皮刷状缘上的o r , 一葡萄糖苷酶可逆性地抑制多 糖、低聚糖及多糖的水解。 伏格列波糖( v o g l i b o s e ，商品名：倍欣) 是1 9 8 1 年日本武田制药厂从 s t r e p t o m y c e sh y g r o s c o p i c u s s u bs p l i m o n e u s 的培养液中提取得到。这是一种氨基 糖类似物，口服后可竞争性抑制小肠内的0 c 葡萄糖苷酶，阻止双糖降解为单糖。 由于其对小肠内双糖类水解酶( 仅葡萄糖苷酶) 的抑制作用非常强，是阿卡波糖的 1 9 0 2 7 0 倍，故是目前最重要的一种0 【葡萄糖苷酶抑制剂类临床药物。 米格列醇( m i g l i t 0 1 ) 的其结构类似于葡萄糖，是1 脱氧野尻霉素的衍生物。米 格列醇是可逆性竞争抑剂，并具有选择性双糖酶强效抑制剂作用，对仅淀粉酶没 有抑制作用。 n 丁基1 脱氧野尻霉素( n b u t y l d e o x y n o j i r i m y c i l l ) 则通过阻断溶酶贮积以治 4 中山大学硕士学位论文若干类咕吨酮衍生物的合成及其与a 葡萄糖苷酶的作用吴文浩 疗戈谢病( g a u c h e r sd i s e a s e ) 。 目前，仅葡萄糖苷酶抑制剂依据其来源可以分为三大类：微生物代谢、天然 动植物、人工合成与半合成。2 0 0 6 年，e d u a r d o 等从结构上的不同，综述了各种 仅葡萄糖苷酶抑制剂的研究进展1 7 。根据结构上的不同，仅葡萄糖苷酶抑制剂可 分为糖衍生物和非糖衍生物。下面就在这个综述基础之上，依据来源不同，分类 综述近两年来q 葡萄糖苷酶抑制剂的研究进展。 1 1 2 1 天然产物a 葡萄糖苷酶抑制剂研究进展 n i l u b o n 等1 8 从泰国传统草药d e v i lt r e e 的树叶中分离出三种配糖衍生物化合 物1 3 ( 图1 3 ) ，其中，化合物2 对蔗糖酶与麦芽糖酶均有抑制作用，i c 5 0 值分别 为1 9 5 与1 4 3m m ，其对应异构体3 对这两种酶的抑制作用大大弱于化合物2 。 槲皮素类配糖化合物1 仅对麦芽糖酶有抑制作用，i c 5 0 值为1 9 6m m 。 尽管这些化合物与现有已知活性的化合物比较其活性尚不理想，但对传统药 物，包括中草药在内的活性成分研究仍具有指导意义。 0 h 2 图1 - 3 化合物1 - 3 的结构 o h 3 从植物t e r m i n a l i ac h e b u l ar e t s 中分离出来的化合物4 ，c h e b u l a g i ca c i d ( 1 茎t l - 4 ) ，是一种新型的强效一葡萄糖苷酶抑制剂1 9 它可逆的非竞争性抑制麦芽糖 酶。研究表明化合物4 对麦芽糖酶葡萄糖淀粉酶复合物的抑制作用明显强于蔗 糖酶异麦芽糖酶复合物。其对麦芽糖酶葡萄糖淀粉酶复合物的i c 5 0 值可以达到 中山大学硕士学位论文 1 0 8l a m ，同时，其强烈抑制作用随着不同来源的葡萄糖苷酶变化较大。 h 0 h o h o h 图1 4 化合物4 的结构 同样从植物t e r m i n a l i ac h e b u l ar e t s 中分离出来的化合物5 ，6 ( 图1 5 ) 也属于 这一类型的化合物2 0 ，化合物5 ，6 能非竞争性抑制小肠内的0 葡萄糖苷酶水解麦 芽糖的活性，i c 5 0 值分别为9 71 t m 和3 61 t m 。 h o h 0 h o h g a l l o y l h o 5 r 1r 2 = h h d p 6 r 1 ，r 2 = g a l l o y 图1 5 化合物5 6 的结构 o h o h 最近，有文献首次报道天然三萜皂角苷类化合物有较强的a 葡萄糖苷酶抑制 活性2 1 。化合物7 1 0 ( 图卜6 ) 是从植物g y p s o p h i l ao l d h a m i a n a 的根部分离出来的 三萜皂角苷类化合物，发现它们对仅葡萄糖苷酶有较强的抑制剂作用。 从结构上看，它们都是通过糖苷键在不同的位置与糖相连的甾体化合物，属 于糖类衍生物的0 【葡萄糖苷酶抑制剂。酶动力学研究表明，化合物7 1 0 的i c 5 0 值分别为2 3 1g m ，7 8 5g m ，6 5 5g m 和1 5 2g m 。抑制活性均大于现有的药物 6 h h pdhh 中山大学硕士学位论文若1 二类咕吨酮衍乍物的合成及其与a 葡萄糖苷酶的作用吴文浩 7 r ：o h 8 r = c h o。耐h 魄一耐 9 l o 图1 - 6 化合物7 - 1 0 的结构 阿卡波糖( a c a r b o s e ，3 8 8 1 肛m ) 。初步的构效关系研究表明2 8 口单糖苷配糖体是 这类化合物具有仪葡萄糖苷酶抑制活性的关键因素，另外，如果将配糖的c 3 位 羟基衍生化，将会导致q 葡萄糖苷酶抑制活性丧失，这可能与糖苷配体的c 3 位 的自由极性基团( 如o h 与c = o ) 能通过分子间的氢键与酶相互作用有关。 由此可见极性基团通过分子间氢键与生物大分子相互作用，是小分子具有生 物活性的一个关键因素。 环肽类化合物已经有多种生物活性的报道，如抗病毒2 2 、抗肿瘤2 3 、抑制蛋 白质的合成2 4 等，g y p s o p h i n , 1 1 ( 图1 7 ) 是最近发现的具有。c 葡萄糖苷酶抑制活性 的一种环肽类化合物2 5 , 也是从植物g y p s o p h i l ao l d h a m i a n a 的根部分离得到。该 化合物具有中等强度的抑制活性，i c 5 0 值为3 0 5t a m 。由此可见，这类环肽类化 合物有较为广泛的生物活性，有望成为具有广泛应用前景的药物先导化合物。 天然产物的仪葡萄糖苷酶抑制剂除了糖类衍生物外，还有非糖类衍生物。在 糖苷酶抑制剂的研究中也占有非常重要的地位。这是因为糖类抑制剂是糖苷酶底 物的类似物，主要作用于仅葡萄糖苷酶的活性区域，对于阐明非活性区域的结构 7 中山大学硕士学位论文 图1 7 化合物1 1 的结构 贡献很小，而多种非糖结构的i f , 葡萄糖苷酶抑制剂的研究则有助于探索酶的非活 性中心结构以相关结合模式。 最近报道了萜类化合物1 2 ( 图1 8 ) 有较强的仅一葡萄糖苷酶抑制活性2 6 该化 合物不同于前述的三萜皂角苷类配糖基化合物，是没有配糖基的萜类化合物，其 i c 5 0 值可达1 0 31 t m 。天然萜类化合物的生理活性以及人工合成修饰一直是有机 化学的研究热点，具有较强仪葡萄糖苷酶抑制作用的这类萜类化合物的发现无疑 为研究更为高效的c , 葡萄糖苷酶抑制剂类药物的先导化合物提供了更广的结构 选择。 h o 图1 8 化合物1 2 的结构 化合物1 3 ( 1 訇1 9 ) 是最近从植物m i l l e t t i ac o n r a u i 的茎中提取出来的异黄酮类 化合物2 6 ，该化合物有较强的0 l 葡萄糖苷酶抑制活性，i c 5 0 值为3 5 5g m ，该化 合物有较强的抑制活性可能与香叶草基( g e r a n y l ) 取代基有关，香叶草基取代基可 能与酶的结合部位通过疏水相互作用结合。 8 中山大学硕七学位论文若干类咕吨酮衍生物的合成及其与o t 葡萄糖苷酶的作用吴文浩 丫丫。 m e o 图1 - 9 化合物1 3 的结构 多 o s r i d h a r 等2 7 从d e r r i ss c a n d e n s 中分离出两种新的天然产物s c a n d e n i na 1 4 ， 和s c a n d e n mb1 5 ( 图1 - 1 0 ) ，这两个化合物有较强的肠内0 【葡萄糖苷酶抑制活性 ( a g i ) 和中等活性的自由基清除( d p p h ) 活性。 0 m e s c a n d e n i nb 图1 1 0 化合物1 4 ，1 5 的结构 最近，有报道从植物s y a g r u sr o m c l r t z o f f i a r l a 的种子中分离出来的芪类似物有 很强的仪葡萄糖苷酶抑制活性( 图l 一1 1 ) 2 8 ，化合物1 6 和1 7 对来源于 s t e a r o t h e r m o p h i l u s 菌的型仅葡萄糖苷酶的抑制活性即i c 5 0 值分别为6 5o , m 和 4 9 州。而活鼠口服蔗糖的体内实验表明化合物1 8 和1 9 能显著降低餐后血糖水 平。可以看出，不管是单体还是稠合型二聚体，芪类似物都有显著的一葡萄糖苷 酶抑制活性，是潜在的通过减少餐后血糖水平治疗高血糖症的药物先导化合物。 r h o 1 6 r = o h 1 8 r = h h 1 7 图1 1 1 化合物1 6 1 9 的结构 1 9 h o h 中山大学硕士学位论文 从构效关系上来看，o c 葡萄糖苷酶抑制活性与分子中酚羟基的数目有关，酚 羟基多则抑制活性好。特别是连苯三酚结构，与0 【葡萄糖苷酶抑制活性直接相关。 这为我们设计合成新型o r 葡萄糖苷酶抑制剂，通过结构改造提高抑制活性，有着 良好的借鉴和指导意义。 h 筘洲h o ，。( 筘洲h 筘洲 h 6 弋hh d 乞hh d 弋h h o 泌 z _ -h o 敬，h o 渔= _ - h 辩_ 蠡己冬萤h 资洲翼x 誊 人，c h 2 0 h h 砷o h ，。o 嶙h 掣删 2 9 - 3 l3 1 3 3 o h 允洲2 洲 h 砷o h ，o o h 吾篱邺h 图1 1 2 化合物2 0 - 3 5 b 的结构 1 0 中山大学硕士学位论文若干类咕吨酮衍生物的合成及其与c t 葡萄糖苷酶的作用吴文浩 分别以氮原子和硒原子取代硫原子得到的化合物如2 7 ，2 8 等会降低o c 葡萄 糖苷酶的抑制活性，扩环产物3 4 a 和3 5 a 以及氮原子取代的扩环产物3 4 b ，3 5 b 也会导致活性降低甚至失去抑制活性。g e n z o h 等进一步研究了磺酸阴离子对抑 制活性的影响2 9 ，设计合成了化合物3 6 3 8 ( 图1 1 3 ) ，构效关系研究表明，去磺 酸阴离子化合物3 6 与s a l a c i n o l2 0 具有了几乎相同的抑制活性，说明磺酸阴离子 并不是抑制活性的必要结构。 h o 、人o hh o 、1 o h h 。戴h 二菇 h o y 人o s + s 0 3 一o “q y 刊。咖。 h 。，o h y = c i 。q 3 3 73 8 图1 1 3 化合物3 6 - 3 8 的结构 a n d r o g r a p h o l i d e 类化合物是从穿心莲中提取出来的有效成分，刘宏敏等3 0 近期报道了这一新型的仅- 葡萄糖苷酶抑制剂的结构修饰衍生物3 9 5 9 ( 图1 1 4 ) 。 h o 、 r 1 r 1 o 3 9 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 o o = c h 3 = c h = c ( c h 3 ) c h 2 c h 2 c h = c ( c h 3 ) 2 = c 6 h 5 = 3 一b r - c 6 h 4 = 4 一o m e c 6 h 4 = 4 一f c 6 h 4 = 4 一c i 一0 6 h 4 4 8 r i = h ，r 2 = 4 一( n ，n d i m e t h y l ) c 6 h 4 4 9 r i = h ，r 2 = 2 ，4 ，5 一t r i o m e 一0 6 h 4 5 0 r i = h r 2 = b e n z o 1 ，3 - d i o x o l e 一5 - m a t h a n y l 5 1 r i = h ，r 2 = f u r o y l 5 2 r i = r 2 = c h 3 5 3 5 4 5 5 5 6 5 7 5 8 5 9 = h r 2 = c h = c ( c h 3 ) c h 2 c h 2 c h = c ( c h 3 ) 2 = h r 7 = c r h e = h r 2 = 3 一b r c 6 h 4 = h ，r 2 = 4 - o m e c 6 h d = h r 2 = 4 一c i c 6 h 4 = h r 2 = 4 一( n ，n d i m e t h y l ) 一c 6 h 4 = h r ，= f u r o y i 图1 1 4 化合物3 9 5 9 的结构 1 l 触融恕盹恐隆融 州州州州州州州 中山大学硕士学位论文 第i 章前言 构效关系研究表明将a n d r o g r a p h o l i d e 衍生物的c 8 c 1 7 间的双键环氧化后会 导致活性的降低。其丫丁内酯环及双六员环之间的柔性链对活性极为重要，改造 成共轭结构的链后会导致活性的丧失。将c 3 和c 1 9 位的羟基烟酸酰化后能显著 的提高抑制活性，其中的化合物5 5 、5 6 、5 7 的i c 5 0 值分别为1 4p m 、1 1p m 和 6 “m ，相比其它的a n d r o g r a p h o l i d e 衍生物活性提高了很多。 木蝴蝶素a ( o r o x y l i na ) 是从印度传统草药o r o x y l u mi n d i c u m 中分离出来的 一种黄酮类化合物，该化合物具有a 葡萄糖苷酶抑制活性。h a r i 等3 1 最近报道了 设计合成一系列通过曼尼西反应得到的8 胺甲化木蝴蝶素a 衍生物6 0 6 9 ( 图 l - 1 5 ) 。 h o m e o o ho 6 0 6 1 6 2 6 3 6 4 6 5 6 6 6 7 6 8 6 9 = m o r p h o l i n y l ( c 4 h b n o ) = n m e t h y lp i p e r z i n y lf c 5 h l l n 2 ) = b e n z y l a m i n o ( c 7 h 8 n ) = 1 一b o cp i p e r z i n y l f c 9 h 1 7 n 2 0 2 ) = n m e t h y lf u r f u r y la m i n o ( c 7 h l o n o ) = m e t h y lb e n z y la m i n o ( c 8 h l o n ) = n b u t y la m i n o ( c 4 h 1 0 n ) = d ip h e n y la m i n o ( c 1 2 h 1 0 n ) = p i p e r i d i n y l ( c 5 h l o n ) = p y r r o l i d i n y l ( c 4 h s n ) 图1 1 5 化合物6 0 一6 9 的结构 构效关系研究表明c 6 位上的甲氧基比羟基具有更好的抑制活性，而具有抑 制活性所需要的基本结构是黄酮类似物a 环上的5 ，7 二羟基6 甲氧基结构。c 8 位胺甲基化后能显著的提高肠内仪一葡萄糖苷酶抑制活性，脂肪环胺在c 8 位取代 能显著地提高抑制活性，特别是n 取代哌啶基团活性更好。如化合物6 l 为n 甲基哌啶取代，其抑制活性是该系列中最好的，i c 5 0 值为3 5 4 州。6 3 与6 8 也 为哌啶取代衍生物，抑制活性仅次于6 1 。需要指出的是除了哌啶取代衍生物外， 其它的化合物都不能提高酵母a 葡萄糖苷酶抑制活性，这可能与两种葡萄糖苷 酶的活性结合区域的分子识别有关。 最近有报道另一个能显著改善仪葡萄糖苷酶抑制活性的结构为2 氨基间苯 二酚结构( 图1 1 6 ) 3 2 。5 , 6 ，7 三羟基黄酮7 0 是一个天然产物0 【葡萄糖苷酶抑制剂， 但是当其a 环6 位的羟基被氨基取代形成2 氨基间苯二酚结构7 l 时，其抑制活 性大大增强，i c 5 0 值从5 2 肛m 增强到2 4p m 。甚至单纯的具有这种结构的化合 物7 2 ，7 3 也有非常强的抑制活性，i c 5 0 值分别可以达到3 6p m 和4 3p m 。而与 中山大学硕士学位论文若干类咕吨酮衍生物的合成及其与a 葡萄糖茁酶的作用 吴文浩 这种结构稍有差异的化合物7 4 7 6 却完全没有抑制活性，由此可见2 氨基间苯二 酚结构对葡萄糖苷酶抑制活性有相当重要的影响。这也为我们今后设计合成更 为高效的仅葡萄糖苷酶抑制剂提供了有益的结构信息。 h h h o h 2 n o h oo h o h o h 2 n o h o m e 7 0 i c s o ：5 2p m 7 1 i c 5 0 ：2 4l a m 7 2 i c 5 0 ：3 6i x m h 0 h 2 n h o h o h o o ho ho h _ n h 2 n h 2 d 洲 ii 7 3 i c 5 0 ：4 2u m 7 4 i c 5 0 5 0 0p m 7 5i c s o 5 0 0f t m7 6i c s o 5 0 0p m 图1 1 6 化合物7 0 - 7 6 的结构 研究手性因素对0 【葡萄糖苷酶抑制活性的影响对确定a 一葡萄糖苷酶的空间 结构有着非常重要意义。最近有报道新型的手性1 ，4 一吗啉一2 ，5 二酮可作为有效的 a 葡萄糖苷酶抑制剂3 3 作者合成了一系列手性l ，4 吗啉2 ，5 二酮7 6 8 3 ，其中 7 8 、7 9 和8 2 对o r , 葡萄糖苷酶的抑制活性最好( 图1 1 7 ) 。 b 。o h 取h 臂1h 3 b c 热- n - - p 。b n 心o hh 驭0 6 h c - nc h6 h c - nh 3 b n 。c 墩- n 6 h c 7 n 、r 、c h 33 、1 f ，人飞h 3 6 h 、1 f 人c h 3 7 67 77 87 9 譬hh 显 b n 0 、户，1 、9 6 h c 川丫c h 3 o 掣h 显 b 。o 八，彳八甲 6 h c ，n 仆h 3 0 8 08 l8 28 3 图1 1 7 化合物7 6 - 8 3 的结构 化合物8 2 的抑制活性是该系列最好的，对分别来自酵母和细菌的仅葡萄糖 苷酶，其i c 5 0 值分别达到1 2p m 和4 m 。化合物7 8 与8 2 有着相同的c 2 和c 3 立体构型，可见这样的构型比c 3 与c 6 的立体中心要重要。另外，脱去苄基后， 斟斟 中山大学硕士学位论文 化合物8 2 的活性降低超过了1 0 0 倍，说明侧链c 3 位的苄基能与酶的亲脂区域 产生较强的结合，其结合能力强