（有机化学专业论文）氟代鬼臼毒素衍生物的合成.pdf

摘要 鬼臼毒素及其衍生物具有显著抗肿瘤活性，其中鬼臼毒素的糖苷衍生物 e t o p o s i d e ( v p 一1 6 ) 和t e n i p o s i d e ( v m 一2 6 ) 己被广泛用于临床。另一方面，通过用 氟修饰生物活性有机化合物，已经发现了许多新的药物或农药。据此，本论文研 究了鬼臼毒素的氟代衍生物，为创制新药物奠定了基础。具体内容如下： 以鬼臼毒素为起始原料，用二乙基胺基三氟化硫( d a s t ) 为氟化 试剂，合成了8 个新的氟代鬼臼毒素衍生物；用i r 、1 hn m r 、”c n m r 以及m s 对这些新化合物的结构进行了确证。 培养出两种含氟鬼臼毒素衍生物的单晶，并对它们进行了x 一衍射 单晶结构分析。晶体结构数据证实，c 一4 位的羟基在被d a s t 试 剂氟代的反应以s n l 机理进行，从而得到4 b 氟代衍生物为主要产 物。晶体结构数据还证实了由含三个羟基的鬼臼毒素开环衍生物与 d a s t 反应，意外生成氟代环醚产物的结构。 在氟代鬼臼毒素衍生物的合成中，还意外地发现用4 一去氧鬼臼酮 可与d a s t 试剂发生脱氢反应，生成芳香化的产物。该反应的机理 有待进一步研究。 关键词：鬼臼毒素，氟代鬼臼毒素，氟化， 二乙基( 甲基) 胺基三氟化硫 ( d a s t ) ，x 一单晶衍射 ) ) ) n a bs t r a c t p o d o p h y l l o t o x i na n di t s d e r i v a t i v e sp o s s e s sa n t i t u m o u ra c t i v i t ya n ds o m eo f t h e m ，s u c ha s e t o p o s i d e ( v p 一1 6 ) a n dt e n i p o s i d e ( v m - 2 6 ) ，h a v eb e e nu s e d a s a n t i c a n c e r d r u g s f o rc l i n i c a l c h e m o t h e r a p y o n t h eo t h e r h a n d ，f l u o r i n a t i o n o f b i o a c t i v eo r g a n i c c o m p o u n d sr e s u l t e d i n d e v e l o p m e n t o fs o m en e wd r u g s w e ， t h e r e f o r e ，r e s e a r c h e df l u o r i n a t e dp o d o p h y l l o t o x i nd e r i v a t i v e s t h i sw o r kw i l lb e h e l p f u lt od e v e l o pn e w a n t i t u m o ra g e n t s ( 1 ) 8 n e wf l u o r i n a t e d p o d o p h y l l o t o x i n d e r i v a t i v e sw e r e s y n t h e s i z e du s i n g p o d o p h y l l o t o x i n a s s t a r t i n g m a t e r i a la n d d i m e t h y l a m i n o s u l f u r t r i f l u o r i d e ( d a s t ) ，a n ds t r u c t u r a l l yc h a r a c t e r i z e db yi r ，1 hn m r ，1 3 cn m r a sw e l la sm s s p e c t r a ( 2 ) t h es i n g e lc r y s t a l s o ft w of l u o r i n a t e dp o d o p h y l l o t o x i n sw e r eo b t a i n e da n dt h e x r a yc r y s t a ls t r u c t u r ea n a l y s i sw e r ec a r r i e do u t t h er e s u l t sd e m o n s t r a t e dt h e s t r u c t u r e so f t h e s ef l u o r i n a t e dp o d o p h y l l o t o x i n sa sw e l la sr e a c t i o nm e c h a n i s m s ( 3 ) i n t h ep r o c e s so f s y n t h e s i z i n gf l u o r i n a t e dp o d o ) h y l l o t o x i nd e r i v a t i e s ，t h ed a s t a g e n tr e a c t sw i t ht h ec o m p o u n d ( 2 1 3 ) a n dr e s u l t si nt h ea r o m a t i cp r o d u c ti n s t e a do ft h ed i f l u o r i n a t e dp o d o p h y i i o t o x i nd e r i v a t i v e s t h er e a c t i o nm e c h a n i s m n e e dt ob er e s e a r c h e d u l t e r i o r l y k e y w o r d ：p o d o p h y l l o t o x i nd e r i v a t i v e s ，f l u o r i n a t i o n ，d i m e t h ) l a m i n o s u l f u rt r i f l u o r i d e ( d a s t ) ，x r a yc r y s t a ls t r u c t u r e 浙江大学硕士学位论文 第1 章文献综述 1 1鬼臼毒素类抗肿瘤药物研究进展 1 1 i 前言 小蘖科植物鬼臼自古以来就是有名的药用植物在我国古代医书中早有记载 和应用，主要应用于治疗蛇咬伤、痈疖肿痛、跌打风湿筋骨痛及气管炎。美洲鬼 臼( p o d o p h y l l j o np e t a t u m ) 的根和根茎很早就用作缓泻、催吐、利胆和驱虫 剂。西藏鬼臼( p e 历o d i w a l l ) 两千年前即用于医治恶性疾患“1 。鬼臼脂素和 其树脂在民间疗法中用于治疗癌症已有i 0 0 0 多年的历史了。从美洲鬼臼、桃儿 七等植物中提取的木脂类化台物鬼臼毒素( p o d o p h y l l o t 。x i n1 1 ) 发现它能治 疗淋巴结核、梅毒、淋病、尖锐湿疣等疾病。3 。经过一系列的医学、生物学和化 学的研究证明了鬼臼毒素的抗癌活性，但后来由于其毒性大不适于直接应用于临 床。因此从5 0 年代初开始，对鬼臼毒素作了许多结构改造和修饰，合成并筛选 了大量的鬼臼毒索衍生物，发现了一些具有较高活性，和毒性较低的衍生物。其 中v p 一1 6 ( e t o p o s i d e1 2 ) 和v m - 2 6 ( t e n i p o s i d e1 3 ) 自7 0 年代进入临床后 己成为临床上主要使用的抗肿瘤药物。然而它们的毒副作用和治疗效果的不足， 促使人们进一步对鬼臼毒素母核进行结构改造和药理筛选，以期得到高效低毒的 抗癌药物o ”。 ( 1 1 ) 1 1 2 抗肿瘤机理 m s ，却 浙江大学硕士学位论文 母体鬼臼毒素的抗肿瘤机理主要是作用于细胞中微管从而抑制有丝分裂。一 般认为鬼臼毒素首先与二聚的微管蛋白结合形成微管蛋白鬼臼毒素复合物。在 细胞分裂期间，双螺旋的染色体向分裂中细胞的两个末端分开，在纺锤体中的微 管作为细胞骨架，推动染色体分离。因此在用鬼臼毒素处理的细胞，在细胞周期 的有丝分裂阶段它的聚合体和微管蛋白二聚体的平衡被破坏了，从而破坏了染色 体分裂的细胞骨骼框架并且抑制了分裂“”。 而v p 一1 6 的作用机理有别于母体鬼臼毒素。在临床试验中发现其抗肿瘤作 用与i ) n a 有关”1 。但几乎没有生化证据表明v p 一1 6 直接破坏d n a 。l o i k e 等通过 试验推断单一的v p - 1 6 并不能使d n a 解旋断裂”。后r o s s 等证明v p 1 6 与某种 核内蛋白( 酶) 作用，而导致d n a 的损伤。目前已经证实这种交联附着在d n a 上的核内关键蛋白质是d n a 拓扑异构酶( t y p e i i t o p o i s o m e r a s e ，t o p oi i ) ， 许多证据表明，这种与肿瘤细胞各种功能密切相关的酶是肿瘤细胞核内改变或调 整核酸空间构型的关键酶，直接影响着d n a 的复制，转录、重组等重要生理学功 能，也是许多抗肿瘤物质的靶酶“。1 。在没有v p 一1 6 等存在时，真核细胞的t o p o i i 在二价金属离子的催化下以非共价键形式与d n a 底物( 57 一端基) 结合，使 d n a 暂时解旋断裂以改变或结构调整，a t p 可使t o p oi i - - d n a 中间产物分解。经 过空间整型的d n a 再缔合形成经过切割的适于进行复制、转录的d n a 。v p - 1 6 等 药物并非直接作用于d n a 或酶本身，而是与可切割的d n a - - t o p oi i 复合物以共 价键形成d n a 一酶一药物的相对稳定的复合物，这种复合物一旦形成，将促使d n a 的异常重组及分化损伤，从而进一步激活致死性蛋白酶的表达。 除以上酶作用模式之外，r o s s 等还提出v p 一1 6 类化合物对d n a 的一种自由 基作用机理。即在生物体内通过对结构中e 环的生物氧化反应，生成种半醌酮 式的自由基中间体二进一步发挥作用“”。虽然这假说也为分子中存在的4 一游 离酚羟基为活性所必须找到的一种可能解释，但生化证据不足，发展不大。 至于这类化合物与d n a t o p oi i 中间相互作用的具体位点尚不明确。用同位 素标记物进行的药理试验证明细胞核内存在着与这类物质键合的高亲和性位点， 而且这种键合十分牢固，不能为游离药物所转换“，但此后未见其性质与特征的 迸一步报道。 1 1 3 鬼臼毒素的立体结构和构效关系 浙江大学硕士学位论文 鬼臼毒素由五个环组成，a ，b ，c ，d ，e 五个环，a ，b ，c ，d 四个环组成一 个近似平面的刚性结构，是嵌入d n a 分子的重要功能区。e 环以准直角的形式连 结在稠环c 一1 位上。鬼臼毒素母核结构含有4 个手性碳原子，其生物活性的强 弱受分子的立体构型与构象影响较大。如鬼臼毒素的c 一4 羟基为a 构型与相应的 表异构体分子构型与构象并无明显差别，但它们的生物活性差异却十分显著。c 4 位是个关键手性部位，在此部位易于许多化学反应并影响构型，许多研究表明， c 一4 位的b 构型的羟基或取代基在化合物与d n a 或d n a 酶结合时发挥重要作用。 它对于提高鬼臼毒索类化合物的抗肿瘤活性降低毒负作用是必不可少的。 在v p 1 6 结构中c 环与d 环以反式稠合，且内酯环羰基与c 2 位必须是a 一 型，如果当其转变为b 型形成顺式稠合时，即显著降低其抗肿瘤、抗有丝分裂和 使d n a 断裂的生物活性“。这说明了c 一2 ，c 一3 的立体结构比较重要。另外，c 一1 、 c - 3 位取代基具有较强的立体化学制约，为了避免强烈的c 2 、c 一3 之间的斥力， c 一1 芳基必须与c - 3 的侧链保持反式。这样使得以反式稠合的d 环限制了c 环的 扭转自由度，而且使稠环的刚性增强。从而使嵌入剂保持3 4 环近共平面的基 本骨架特征，同时，也保证芳环e 的准直立取向，这是增强活性的立体要求之一。 而c 8 a 键位a 型或分子中存在阻碍e 环准平伏取向。当为n 型，或者分子中存在 阻碍e 环准直立取向的其他因素，如卤素取代，其生物活性都明显下降。 e 环能够自由旋转以及47 一位的游离酚对于活性来说是十分重要的。因为与 稠环l 位连接的e 环4 一酚羟基则可能能与d n a 碱基对互补形成氢键“，而与e 环酚羟基相对的糖或者其它官能团则可能与d n a 螺旋互补。s a u l n i e r 等以磷酸 酯基封闭e 环47 一游离酚羟基后，其活性即受影响“”。 从量子力学的角度来看，根据一般规律，药物的活性常与其前沿轨道( 最高 占据轨道h o m o 和最低空轨道l u m o ) 的性质密切相关，药物的活性部位往往是那 些对前沿轨道贡献较大的原子和基团。从研究数据来看，具有较高活性的鬼臼毒 素母体上可分成两个功能区：一个在e 环( 包括4 一酚羟基) ，一个在b 环。这 个性质决定了此类化合物具有相似的药效，这是它们产生活性的结构基础，各种 修饰和活性测试表明b 、e 二环对保持这类药物的活性是非常重要的。许多研究 表明，c 4 位是较好的修饰位点“。插入部分的活性位点往往在b 环处。 综上所述一般可认为鬼臼毒素的构效关系和修饰位点为： 浙江大学硕士学位论文 ( 1 ) 鬼臼毒索衍生物的b 环是药物分子接受电子部分，对保持此类药物的活性 有重要作用， ( 2 ) 4 一酚羟基及e 环是它的重要活性部位， ( 3 ) c - 4 位取代基的性质对其生物活性影响较大，取代基必须是p 构型。 ( 4 ) 鬼臼毒素衍生物的t 型结构非常重要，使之能与生物大分子的活性位点契 合的更好。 ( 5 ) a ，b ，c ，d 以反式稠环形成刚性骨架，e 环以准直角的形式连结在稠环上。 1 1 4 鬼臼毒素类衍生物的结构修饰和生物活性 在分子模型的基础上，m a cd o n a l d 等提出了拓扑异构酶i i 活性表达的简化 模型“。根据此模型，对拓扑异构酶i i 活性的抑制取决于三个微区：d n a 嵌入区， 细沟键合区，分子适配区。这个简化模型最主要的一个方面指出：药物分子抑制 拓扑异构酶i i 活性并不需要同时与三个微区发生作用。如图： i n t e r c a l a t i o no r 。i n t e r c a l a t i o n l i k e ” i nt e m a i yc o m p l e x h 3 c oo c h 3 g r o o v eb i n d i a g ( m i n o r ) a n dp r o t e i n a s s o c i a t o d i nt e m a t yc o m p l e x a c o m p o s i t ep h a r m a c o p h o r em o d e lf o rt h ee x p r e s s i o no f t o b o m e r a s ea c t i v i t y 在鬼臼毒素的基本结构有a ，b ，c ，d ，e 五个环以及c - 4 。至今为止在鬼臼 毒素母核上做了大量的的化学修饰和生物活性研究。 1 1 4 1 d 环内酯环的修饰 大多数的鬼臼毒素含有一个反式张力较大的v 一内酯环( 2q ，3b ) ，通常认为 其在抗癌活性中起重要作用。一些研究表明该内酯环的构型必须为0 构型。否则 抗癌活性将消失或显著下降吼。但此反式内酯环很容易地异构化成为热力学稳 4 浙江大学硕士学位论文 定的顺式差向异构体( 2b ，20 ) ，如v p 一1 6 和v m 一2 6 不仅能被水解成开环的羧 酸衍生物代谢成c 2 位差向异构体从而使降低【1 9 - 2 1 。为此，g e n s l e r 等捌用亚 甲基取代消去了内酯羰基合成鬼臼毒素衍生物( 1 4 1 s ) 并测试了它们的细胞毒 性和对微管的作用能力。结果表明，虽然大部分具有抗癌活性但它们的细胞毒性 都比母体鬼臼毒素低。环戊环和环戊酮衍生物表现出显著的活性。在对微管研究 中去羟基的比有羟基结合的更紧密。 警 ( 1 _ 4 ) r = o h ，x = o ，s ，s 0 2 ( 1 - 5 ) r = h ，x = o ，s ，s 0 2 ，c o ，c h 2 同样g l i n s k i 等也合成了一系列2 - 取代的鬼臼毒素衍生物( 1 6 ) 包括2 一甲基， 2 一氯2 羟基，和2 一溴鬼臼毒素是为了使c 2 位不能烯醇化。反式d 环不能转化 成顺式，从而固定c 2 构型。其中2 氯- 鬼臼毒素观察到对小鼠白血病p 一3 8 8 具有显著的活性t c 15 6 ( 4 0 r n g k g ) ，而毒性低于鬼臼毒素【2 3 1 。 瓣 i r b m ( 1 6 )( 1 7 ) k a d o w 和同事们用合成内酰胺的方式对鬼臼d 环做了修饰。他们将易于异 构化的反式内酯环部分转变成反式内酰胺。v p 1 6 的生物电子等排体酰胺环( 1 7 ) 对水解和异构化比v p 1 6 稳定，因此有希望提高药物疗效2 4 1 。 y - 内酯环虽然对鬼臼毒素的生物活性起了很重要的作用，但是它并不是必 须的【2 2 ，2 5 ，2 6 1 。而是c 2a 和c 一3b 构型很重要。许多开环的衍生物仍显示出很强 的抗肿瘤活性我们课题组曾合成了一系列氮氧自由基载体的顺磁s p i ( 1 8 ) 类 似物( 1 8 a _ h ) 。这些化合物在体外均有显著的抗癌活性，其中( 1 8 a ) g p 1 1 ，( 1 8 e ) 玎 钏铂嘶刊 r r r r 嘞 浙江大学硕士学位论文 ( 1 - 8 9 ) 对多种移植性动物肿瘤有着很强的抑制作用，而毒性特别是对免疫系统 的抑制作用显著低于鬼臼毒素( 1 1 ) ，s p i ( 1 9 ) 和v p 一1 6 ( 1 2 ) ，同时还可以 直接利用e s r 技术研究药物在动物体内的代谢与分布以及药物与靶酶的作用机 理阢2 8 1 。 麓岫 r lr 2 am e d 一0 h bm e a 一0 h 。 m e b 一0 h ( 1 8 ) e m e f m e m e o g m ea o h h m e n o h o m e ( 1 9 ) r 3 汉 h n c s n hn 0 灭 汉 f i n c s n hn 0 灭 近来g o r d a l i z a 等人从鬼臼毒素出发合成无内酯环醛类衍生物( 1 1 0 ) 并测 试其活性，观察到对小鼠白血病p - 3 8 8 具有显著的活性其i ( 2 5 0 - - 0 1 p g m l t 2 9 1 。 0 m c h o 。 1 1 4 2 a 环的修饰 ( 1 1 0 ) 6 佣 叫 q 浙江大学硕士学位论文 根据m a c d o n a l d 的分子模型，a 环是嵌入d n a 形成d n a 一酶一药物三元结 合物的重要区域，为了寻找抗癌活性更好的化合物和了解药物的作用机理，l e e 等 3 0 1 对a 环进行修饰并进行了生理活性的评价。他们合成了鬼臼吩嗪 ( p o d o p h e n a z i n e ，1 1 1 ) ，2 ”，3 ”一二氯鬼臼吩嗪( 2 ”，3 “ - d i c h l o r o p o d o p h e n a z i n e ，1 1 2 ) ，苯并鬼臼吩嗪( b e n z o p o d o p h e n a z i n e1 1 3 ) 以及它 们的硝基苯胺衍生物。 r * 慨 ar _ o h m = 一n 慨 b 虬n 慨 ( 1 1 3 ) 化合物( 1 1 1 ，1 1 2 ) 抑制k b 细胞的i c 5 0 0 4 2 ，o a l g g 玎d ，尤其是( 1 1 l b ) n 细胞毒性要比v p 1 6 高。而化合物( 1 1 3 a ) 由于溶解度差反而活性降低。 b e r o u n e s q u e 【3 1 1 设计了a 环为吡嗪的鬼臼毒素类似物( 1 1 4 ) 。结果表明：1 作 用机理是抑制微管组装；2 氢键或碱性点可能增加与微管的亲和性；3 化合物 浙江大学硕士学位论文 的水溶性增大。 r l c h 3 0 c h 3 0 h c h 3 0 c h 3 0 r 1 i s ) r 2 c h ，o c h 3 0 r 3 h c h 3 0 c h = c h c h = c h o c h 2 c 6 h s c h 3 0 o h c h 3 0 i i 4 3 b 环的修饰 关于b 环修饰的文献没有很多。t h u r s t o n 等3 4 】合成了q p e l t a t i n 酯和醚包 括它的葡萄糖乙醛缩合物。它们的活性比v p 1 6 低的。这表明糖基的取代在c - 4 浙江大学硕士学位论文 位上，而不是在b 环上 o r 2 ( 1 1 7 ) l a a t s h 等合成了些具有不饱和侧链的衍生物。叠氮化合物( 1 1 8 ) 得到等 量的( 1 1 9 ) ，而且进一步合成衍生物( 1 2 0 ) 生物报道中比鬼臼毒素的细胞性要低 ( 3 6 9 浙江大学硕上学位论文 姊幽 ( 1 2 1 )( 1 2 2 ) ( 1 2 3 ) 鬼臼毒素c 环扩环的产物( 1 2 3 ) 从叠氮化合物( 1 2 1 ) 重排得到。它是微 管抑制剂仅显示出低的细胞毒性”。 h i t o t s u y a n a g i 等在c 一4 杂原子的基础上在c 一2 位上引入n 原子，合成了 ( 1 2 4 ) 和( 1 2 5 ) 并测试了它的生物活性。化合物( 1 2 4 ) 对p - - 3 8 8 白血病细 胞表现出显著的活性( i c ”- - - - 0 0 3 1m g m 1 ) ，( 1 2 5 ) 的i c 。= o 3 0m gc m 。但比 相应的鬼臼毒素要低( i c 。= o 0 0 3 3 m g m 1 ) “0 1 f 1 2 4 ) 1 0 r 1 2 5 ) 浙江大学硕士学位论文 1 _ 1 4 5e 环的修饰 构效关系的数据表明，在v p - 1 6 中自由的的4 一酚羟基对于d n a 断裂和抗 癌活性是必须的。自由的4 一酚羟基可以通过氢键增强药物分子和t o p o i i 或d n a 的相互作用，因此也能够增强生物氧化过程。 为了研究邻位醌和t o p o i i 为基础的机理，s a u l n e r 和合作者们合成了去氧的 v p 1 6 类似物( 1 2 6 ) “”。这些化合物在体外对p - 3 8 8 的抑制性比v p 1 6 低的 多。其细胞毒性也降低了。对d n a 链断裂作用的细胞分析结果表明，( 1 2 6 a ) 的能力与v p 一1 6 基本相近，而( 1 2 6 a - b ) 作用效果低上2 5 4 0 倍。在比较( 1 2 6 a ) 和v p 一1 6 对于p 一3 8 8 的活性，加上化合物( 1 2 6 b ) 和( 1 2 6 c ) 的活性减少， 它们是不容易经生物活化到邻位醌，意味着在体外实验中邻位醌机理的重要性。 而且自由的4 一羟基对于d n a 链的断裂或细胞毒性看起来并不是必不可少的， 但对于t o p oi i 抑制来说是关键的。 ar i = o c h 3 ：r 2 = hr 3 = 0 h b r 1 = r 2 = o c h 3 p , 3 2 h cr i = r 2 = h r 3 = o h k 2 ( 1 2 6 ) 为了研究鬼臼毒素或v p 1 6 体外的抑制作用与e 环氧化程度的关系， b e r k o w i t z 合成了e 环去氧类似物37 ，4 ，5 一三去甲氧鬼臼毒素( 1 2 7 ) “。 它对于药物敏感的白血病细胞群c c r f - - c e m 有很强的的作用，并保有鬼臼毒素的 m d r 特性。因此可以看出，e 一环的氧化程度与鬼臼毒索类药物的抗癌活性或m d r 特性之间并无很大的联系。 d c a y r e s 报道了一些e 环修饰的鬼臼毒素化合物“”( 1 2 7 1 3 0 ) 。 浙江大学硕士学位论文 ( 1 3 0 ) 标记的a c e t y lh y p o f l u o r i t e 合成v p 一1 6 和 在e 环上，没有发生不想要的构型转换“。兰 糖苷鬼臼毒素衍生物“”( 1 3 1 ) 具有不同的e o r = o f o o ( 1 3 1 ) 在e 环c 27 位置上引入卤素，如2 一氯v p 一1 6 或27 一氯n p f 的衍生物。 这些化合物对于k b 细胞的细胞毒性要低而且对d n a 断裂的作用也变弱，那是因 为在c 一27 位引入基团，使卤原子与内酯的羰基有立体阻碍。从而使e 环绕cl - c 。 1 2 霹鲈：罨一器匙 浙江大学硕士学位论文 轴的自由旋转受阻，另一原因可能是更难使e 环氧化成醌“。所以也说明了保持 b 环自由旋转的重要性。 1 1 4 6c - 4 取代的鬼臼毒素类似物 研究表明c - 4 位取代基的b 构型对于提高鬼臼毒素类化合物的抗肿瘤活性， 降低毒副作用是相当重要的。又由于v p 一1 6 ，v m 一2 6 的优越临床效果，以及近年 来发现的一些c 一4 位为非糖基取代的衍生物也具有相当高的抗肿瘤活性，使得大 量的研究工作集中在c - 4 位上的修饰。 c - 4 一c 取代的鬼臼毒素衍生物 一系列4 一o - 去甲一4 一鬼臼毒素的含烷基( 1 3 2 ) ，胺基( 1 3 3 ) 和酰胺基 ( 1 3 4 ) 的4b 一衍生物被合成并测试其生物活性。其中具有羟基的化合物具有 对t o p o i i 的抑制效果。对于化含物( 1 3 3 ) 系列研究表明：1 、线性的含有一个 n 原子的烷基化化合物在碳链末端引入羟基增强了对t o p o i i 的抑制效果。2 对支 链上含二个n 原子，二个n 原子间隔2 个碳原子化合物e 要比n 原子之间间隔3 个碳原子的化合物f 的抗肿瘤活性高。3 支链引入吡啶环的产物导致比v p 一1 6 更好的t o p oi i 抑制性，然而降低了细胞毒性。 化合物( 1 3 4 ) 对于t o p oi i 的抑制效果降低，但保留了细胞毒性。衍生物 ( 1 3 3 ) 和( 1 3 4 ) 与v p 一1 6 相比较，没有对t o p ei i 的抑制性，然而却有对p - 3 8 8 很强的细胞毒性。这些化合物在体外试验对l - 1 2 1 0 ，p - 3 8 8 ，和l e w i sl u n g 的抗 癌活性与v p 一1 6 相似或是更好。对于人体各种细胞系的细胞毒性要高于 v p 一 铲6 ，4 7 1 ( 1 3 2 ) r _ c h 2 c o o h ，c h 2 c h 2 0 h c h 2 c h 2 c h o , c h 2 c h 2 c h 2 0 h ( 1 3 3 ) r - ( c h 2 ) n n r i r 2 ( 1 3 4 ) r = c h 2 c o n r 】r 2 l e e r 和d u r s t 最近报道了一些c 4 一碳取代的鬼臼毒素类似物。这些4 ，一去 甲基衍生物在体外抗癌活性试验中表明具有一定的抗癌活性 。 浙江大学碗士学位论义 u t s u g i 等人最近报道了一种新的有效的抗癌鬼臼衍生物t o p 一5 3 ( 1 3 5 ) “，t o p 一5 3 对t o p o i 以及导致d n a 链断裂的抑制活性比v p 一1 6 高出两倍，但没有 抑制微管组装的活性。在试验中，t o p 一5 3 仅用了比v p 一1 6 低3 - 5 倍的剂量却取 得了与v p 一1 6 相同效果。而且t o p 一5 3 对多种肿瘤细胞有着较好的抑制性和选择 性。 0 h t o p 5 3 r 1 3 s ) c 一4b o 一鬼臼毒素衍生物 用酯和醚类取代v p 一1 6 和v m - - 2 6 上的配糖体，得到活性比v p 一1 6 低的 化合物1 5 0 - 5 3 1 。g u p t a 等人合成了许多不同的c - - 4 羟基上的酯。连上烷基和杂环 官能团得到与鬼臼毒素相似的活性( 1 3 6 ) 【5 4 1 ，其中r i 可以为烷基、芳基、杂环和 自由基。( 1 3 7 ) 是s a i t o 和l e e 等人在这方面的一些代表性工作【5 5 1 。 n h c , h t ( 1 3 6 )( 1 3 7 ) c 4 一n 一鬼臼毒素衍生物 c 4 一n 一取代的鬼臼毒素同类物在最近鬼臼毒素研究发展中占有很重要的位 置。葡萄糖基团被芳香胺基取代的衍生物对d n a t o p oi i 抑制作用加强能有效地 使d n a 链断裂“”。这类化合物中n p f ( 1 3 8 e ) 和w - 6 8 有着显著的抗肿瘤效果，正 在进入临床试验中。n p f 对k b 细胞和蛋白质一d n a 复合体的抑制率都为v p 1 6 4 一琴魄幽垒 浙江大学硕士学位论文 的两倍，对d n at o p 。i i 的抑制率是v p 一1 6 的1 0 倍。w - 6 8 的抑制率也很好m 1 。l e e 和同事们在此领域作出了开拓性的工作他们合成了一系列的4 - 羟基化和卤化的 苯胺衍生物。( 1 3 8 ) ，许多具有良好的抗肿瘤活性 ar = f br = c n c r = c o ，e t d r = n h ， e r = n o ， fr = o h ( 1 3 8 ) 研究结果清楚地指出用简单的芳胺官能团取代糖基仍然保持v p 一1 6 的活性。 糖基部分对于生物活性并不是必不可少的。而且表明对于d n at o p oi i ，为了提 高活性碱性的未取代的48 一芳胺部分是结构上所需要的。在这位置上的取代基 如：c n ，c o o c 1 。，c o o c 羽。，o h ，c 0 0 c h 3 ，o c h 。，c o c h 。，c h z 0 1 4 ，o c h 2 0 ，o c h 。c h ：0 ，p h e n o x y ；吗 啉，n o 。，和n 也，这些取代基在对位或是间位的使得化合物具有与v p - 1 6 相似或更 好的药效。有着取代基c o o c 。h 5 和o h 在邻位使得化合物失活。取代基原子的大小 也有影响，取代基是f 原子时的活性比c 1 ，b r 取代时要高“”1 。 l e e 等也合成了另一系列新的4b 一胺基衍生物，它们可以形成水溶性盐， 而且展示出很好的活性。剂量反应试验中( 1 3 9 b ) 表现出比e t o p o s i d e 高2 0 多倍 的形成蛋白质- - d n a 断裂的活性。而且发现( 1 3 9 b ) 和它的自由基( 1 。3 9 a ) 对于掷 制k b 细胞系具有更高的活性 m cd o n a l d 等人从药效团模型解释，c 一4 位含氮脂肪族侧链可能与d n a 骨架 中的磷酸基作用形成稳定的复合物，然而如果c - 4 含有羰基或其它的含负电荷或 产生负电荷的部分，这负电荷可能排斥d n a 骨架上的磷酸负电荷从而阻止形成稳 定复合物。这就能解释观察到的含氮脂肪族化合物具有较好的活性，而含羰基的 化合物相对的活性较低。而且长的c - 4 侧链例如化合物( 1 3 9 a ) 和( 1 3 9 b ) 。柔性 的长链更适合沿着d n a 小沟弯曲“”。根据这个基本原理，l e e 等人合成了( 1 3 9 c ) ， 谷氨酸二甲酯替代具有两个自由羰基的谷氨酸化合物。化合物( 1 3 9 c ) 有着长的 柔性c - - 4 侧链使得它能和d n a 小沟更好的结合。生物测试表明化合物( 1 3 9 c ) 是至今所合成的v p 一1 6 类似物中抗癌活性最好的。相比较( 1 3 9 c ) 的能力比v p 一1 6 浙江大学硕士学位论文 高1 6 5 9 多倍。“。 警：。鲞墓 则 m 。众m 。 浙江大学硕士学位论文 o h n k 6 1 1 r = n ( c h 3 ) 2 h c i 2 h 2 0 1 1 4 7 2 一氮杂鬼臼毒素类化合物与h e t e r o l i g a n s 类似物 在1 9 8 9 年p e a r c e 设计并合成了具有抗肿瘤活性的2 一氮杂表鬼臼毒素 ( 1 4 2 a ) 和2 一氮杂鬼臼毒素( 1 4 2 b ) “4 唧目的是为了避免c 2 的差向异构化作 用。化合物( 1 4 2 ) 有一个s p 2 杂化的氮原子在相应的化合物的c 2 中心上。因 此避免了在此中心上的异构化。 ( l 4 2 a ) ( 1 4 2 b ) ( 1 _ 4 3 a ) ( 1 4 3 b ) ( 1 4 4 囊) ( 1 4 4 ” f l _ 4 4 c ) 另外也合成的一系列的( 1 。4 3 ) 蛳6 ”在体外和活体试验中其中有些具有有前 景的活性。化合物( 1 4 4 ) 表现出抑制k b 细胞系生长的潜力，而且在活体试验 中抑制p - 3 8 8m o u s el e u k e m i a 的活性删。 t o m i o k a 6 4 和b o s m a n s i s _ 还合成了( 1 4 2 ) 的类似物( 1 4 5 - - i 4 6 ) 以及 d 环含有s ，p 等杂原子的类似物。 1 r 1 2t 3 一h ，r 2 = m e 。x = o b r i = b h ，r 2 = m e ，x = n h e r i = a h ，r 2 - - - - m e ，x = o d r i = q - - h ，r 2 = m e ，x = n h e r i = b - - r ，r 2 = h x = o 用杂原子代替碳原子或是用芳杂环直接取代苯环。这一类类似物称为 “h e t e r o l i g n a n s ”在杂配体( h e t e r o l i g n a n s ) 中最成功的是a z a t o x i n ( 1 4 7 ) ， 1 7 血 薹l 出唧 嚣鬻嚣一 凡k h r r r r 豫霹吼 浙江大学硕士学位论文 它作为一种抗肿瘤试剂正在临床试验中 7 t - 7 4 o 领羚 面茜w 淼, x , y ：z 一= c o r h e t e r o a t o r o m 5 ( 1 4 7 ) a z a t o x i n 1 1 5 总结和展望 对于鬼臼毒素结构的修饰努力产生了许多新的类似物如n k 6 1 1 ，g p 一“， t o p 一5 3 等都表现出比e t o p o s i d e 更好的效果甚至几个数量级。构效关系的研究 也导致新的鬼臼毒素类似物的设计如a z a t o x i n 在目前的综述中，描述了这些的作用机理，构效关系和多种多样的化学修饰 和生物活性。新的鬼臼毒素药物仍有发展空间去提高活性和减少副作用。从所有 在鬼臼毒素上所做的结构修饰总体看来在这领域中已做了广泛的工作，但是这些 工作仍需继续完成它们。 1 2 含氟有机化学和氟代试剂d a s t 1 2 1 含氟有机化学的发展 有关具有生物活性的含氟有机化合物的系统研究始于5 0 年代，1 9 5 4 年，j f r i e d ”在研究可的松衍生物的过程中发现9 位氟代的可得松衍生物做为糖皮 激素其活性比非氟取代的要高1 0 1 2 倍。这意外发现促进了当时对这类化合物 氟取代衍生物的研究，结果导致了许多具有应用价值的含氟药物的发现”6 _ 7 ”，如 t r i a m e i n o l o n e 、d e x a t h a s o n e 、p a r a m e t h a s o n e 及s y n a l a r 。然而，更具突 破性意义的是5 0 年代末合成了以5 一氟脲嘧啶( 5 - f u ) 为代表的核酸拮抗剂”8 t 7 ， 可以说，从那时起化学家们逐渐认识到，在有机分子中选择性地引入氟原子可使 其生理活性发生意想不到的变化，这为生物活性含氟有机化合物的研究奠定了基 础，并大大促进了这方面工作的发展。 1 2 2 氟原子和含氟有机化合物的特性 浙江大学硕士学位论文 的1 ( 1 ) ( 2 ) 氟原子的引入可以改善有机化合物的生理活性，这是由氟原子的特性所决定 ( 3 ) 氟原子的范德华半径与氢原子最为相近( r f 1 3 5 x 1 0 “o m ，州 1 1 x l o 。1o m ) ；氯原子的范德华半径相对就大的多( r c l 1 8 x 1 0 1 0 m 。故有 机化合物中的氢原子被氟原子取代后，体积大小几乎没有什么变化，因而 不会被生物体中的酶受体所识别，能毫无困难地替代非氟母体进入生物体 内的代谢过程( 伪拟效应) 。 原子的电负性在所有的元素中为最高( h2 1 ：c 2 5 ；c l3 0 ；f4 0 ) 。 分子中引入氟原子后电子云分布将发生偏移，分子的偶极距，酸碱性等 将受到影响，邻位基团的性质分子构型将发生变化，从而使含氟底物与 受体的结合可能不同与非氟底物，在某些情况下，这结合的差异可以导 致化学结果，形成共价键，使受体发生不可逆失活。 氟原予很难以f 0 的形式离去，且由于c - f 键的键能较大( c f 4 8 5 k j m o l ：) ，也难以自由基形式离去。这样在代谢过程中，酶往往不 能以断裂c h 键的方式断裂c - f 键，结果是含氟化合物因为伪拟效应参 与代谢但又不能按正常方式的过程进行，在定的阶段就出现了代谢障 碍，具有显著的抗代谢性并产生种种效应。一氟醋酸之所以剧毒，就是因 为它可伪拟醋酸进入生物体参与羧酸循环，与草酰醋酸结合而产生a 一氟 代柠檬酸，但由于c f 键的存在使而后的代谢无法进行。 ( 4 ) 引入氟原子后化合物的亲脂性增加，因而含氟化合物再生物体内对膜，组 织的穿透力强，提高了含氟化合物在生物体中的吸收和输送速度。 ( 5 ) 提高了氧化和热稳定性 ( 6 ) 对酶反应抑制性质 1 2 3 含氟化合物的应用 ( 1 ) 天然产物分子中引入氟取代基常常作为改变其生理活性的种有效手 段。在生物活性的有机化合物中，引入氟原子或全氟烷基后，其生物活性可以增 强。近年来有机氟化合物已广泛的应用于医药、农药以及其它领域，以期获得 高效的含氟医药和农药。例如抗癌药5 一氟脲嘧啶、抗菌药诺氟沙星、选择性钙 离子拮抗剂、盐酸氟桂榛以及含氟昆虫性激素等，。 浙江大学硕上学位论文 ( 2 ) 随着生命科学的发展，生物活性含氟化合物具有更为深刻的意义，即 这些化合物可作为标记的化合物模拟体内代谢过程”“，为研究生命现象提供了重 要的手段。由于许多有氟原子取代的底物在作为生物过程的选择性抑制剂、酶或 代谓十过程的探针、抗代谢物等方面具有重要作用，导致近年来对合成在特定位置 上的氟原子取代的有机化合物的兴趣空前增涨。s e b a c h 还专门对含氟底物创造 了一个新的词汇f l u s t r a t e s ( 即f l u o r i n e c o n t a i n i n gs u b s t r a t e s ) 。由此可 见，目前国际上在这方面研究的活跃和重视的程度。 ( 3 ) 选择性地氟代的生物学上重要的化合物，在其中也是最理想的n m r 探 针用于酶反应的机理研究”。那是因为( 1 ) 用“f n m r 检测形成的少量的酶一抑 制体复合物，其对与”f - n m r 核的敏感性。( 2 ) 具有较宽的无背景的化学位移。； ( 3 ) 氟原子( 1 3 5 h ) 具有与氢原子( 1 2 0 a ) 相似范德华半径，以及c f ( 1 3 9 a ) 与c h ( 1 ，0 9 a ) 相似的键长。 当可检测氟代抑制体类似物与酶结合形成酶一抑制体复合物，可以用以研究 酶的作用机理。氟的独特性质加上强的电负性以及低的空间位阻，如含氟的 p i p e c o l i ca c i dd e r i v a t i v e s 作为新工具用于研究肽键的顺反异构化、多肽和 蛋白质的折叠实验以及用于新类型的模拟肽的设计”“。 1 2 4 含氟化合物的合成 近年来，在各种新型含氟药物和农药不断问世的同时，有机合成化学家在 如何将氟原子选择性地映入有机分子这一课题上作出了不懈的努力。现在，化学 家们已可通过许多手段将氟原子有效地引入有机分子中。 氟原子引入有机分子对其生理活性的影响与氟原子在分子中的位置密切相 关。这说明生物活性含氟化合物的合成要求氟原子的引入有高度的选择性。目前， 在分子中引入氟原子的方法很多，但大体上可将这些方法分为二类。第一类是通 过各种直接或间接的的氟化试剂在分子中引入氟原子或者含氟基团。通过氟化试 剂合成含氟化合物是最早使用的合成含氟化合物的方法。早年使用的氟化试剂主 要是凡、h f 、s f t 、c o f z 和x e f n 等一些氟化合物，这些氟化试剂在使用时反应条 件激烈，选择性差。随着近年来合成要求的提高，化学家们对直接引入氟原子的 方法学研究己逐渐转变为寻找反应条件温和选择性高的氟化试剂。至今己有许 2 0 塑垩查兰堡主茎垡笙茎 一一 多这类温和的氟化试剂被发现并应用于含氟化合物的合成中，如二乙胺基三氟化 硫( d a s t ) 和四丁基氟化胺等。第二类是在有机分子中选择性