（有机化学专业论文）微波促进的胞苷和碱基乙酸乙酯的合成研究.pdf

摘要 核苷类化合物具有广泛钓抗肿瘤、抗病毒、抗爱滋瘸和抗真菌等多种生理活性，不仅 是目前国内外市场紧缺的医药和医药中间体，同时也是基因工程研究的重要原料。而微波 辐射作为一种非传统能量方式，能提高反应速率数百倍乃至上千倍，且具有操作方便、副 产物少、产率高及易分离提纯等优点，更趋于满是“绿鱼”合成的需要，臣祷在有机台成 的各个领域均有广泛的应用。但是到目前为止，在核苷类化合物的合成方面，有关微波辐 射的应用报道却很少。本论文在完成核苷类化合物的研究进展及微波技术在核苷类化合物 的合成中应用妁文献综述基础上，设诗了两方面的研究内容： 1 ) 微波促进的躯苷的合戏 研究：( 2 ) 微波促进的作为肽核酸建筑模块的2 位核碱基取代乙酸乙酯类化合物的合成 研究。 首先以尿嘧啶为原料制得2 ，4 一二乙氧基嘧啶。在微波辐射和无溶剂条件下，以2 ， 4 一二乙氧基嘧啶和四乙酰核糖为原料，经过两步反应得到胞苷，总收率6 3 ；通过大量反 复的实验，对影响胞苷 芟率的各种反应条件的优化，找虱了在微波促进下跑昔合成鹞最佳 条件。该法与文献方法相比具有较高的收率，反应条件温和，操作简便，友好环境等优点， 从而为采用微波辐射进行工业化生产胞苷提供了理论基础。 肽核酸( p n a s ) 是人工合成的与d n a 结构类似的具有多种生物活性的大分子化合物， 本文设计了微波促进下对肽核酸建筑模块的核碱基乙酸乙酯类化合物的合成研究。在微波 辐射和碳酸钾存在下，一系列适当保护的天然和修饰的核碱基分射与溴乙酸乙酶反应，通 过对嘧啶碱基的n 1 和嘌呤碱基的n 9 进行乙氧羰甲基化，得到2 位核碱基取代的乙酸乙酯 目的物，烷基化反应的收率为4 8 8 5 ，反应时间缩短到4 7 分钟。其中，n 4 一乙酰基胞嘧 啶、n 6 一苄基腺嘌呤、2 ，6 一二氯嘌呤和n 2 一乙酰基一6 一氯鸟瞟呤取代的乙酸乙酯为首次合成。 该反应体系具有收率高、区域选择性好、反应时间短、操作简便等优点，为肽核酸建筑模 块核碱基乙酸酯的合成开辟了新途径， 关键词：核苷，胞苷，肽核酸，微波辐射，合成 i a b s t r a c t n u c l e o s i d e s i n c l u d i n g n a t i 瑚ln u c l e o s i d e sa n dm o d i f i e d n u c l e o s i d e s ，w h i c hs h o w r e m a r k a b l eb i o l o g i c a la c t i v i t i e s ，盯e 谢d e l yu s e da sa n t i v i r a la n da n t i c a i l c c rd m g so rt h e i r 血t e m e d i a t e sa s 、e 王ia st h es 洲n gm a t e r i a i si nt h eg e n er e s e a r c ha n dg e n ee n g i n e e r i n gr e s e a r c h m i c r o w a v ei m d i a t i o n ( m w i ) 髂an o n - c o n v e 蚯o i i a le n e r g ys o u r c eh a sb e c o m eav e r yp o p u l a r 肌du s e 砌t e c l l n o l o g yi i lo r g a i l i cc h e m i 哪t h eu s eo fm w id r a n l a t i c a l l ya c c e l e r a t e sr e a c t i o n m t e s 趾dr e s u l t si nl e s sb y p r o d u c t s ，h i g h e ry i e l d sa n de a s i e rw o r k u p ，w h i c hh 孵b e e n p r o v e ni n s e v e r a ld i 髓r e n to r g a l l i cs y n t h e s i sf i e l d s ，b u tb yn o wo n l yaf b wo fe x 锄p l e ss h o w i n gt h eu s eo f m i c r o w a v ea s s i s t e ds y n t h e s i sa r er 印o r t e di nn u c l e i ca c i d sc h e m i s n ya f t e rc o n s u l t i n gal o to f l i t e r a t u r e s ，t l l i 8p a p c rm a i m yd e s i g n e dt h em i c r o w a v e a s s i s t e ds y n t h e s i so fc ”i d i n e 姐d n 一( e n l o x ”a r b o n y l m e m y l ) 一n u c l e o b a s e sa s 血eb u i l d i n gb l o c k sf o rp n a s u n d e rm i c r o w a v ei m l d i a t i o na n dw i d l o u ts o l 瑚t ，s 洲n g 舫m2 ，4 d i e t h o x y p y r i f l l i d i n ea n d t e t 嘞c e t y l 曲o f u r a n o s e ，c 如d i n ei so b t a i n e di nm e t o t a ly i e l do f6 3 b yt w o - 8 t e pr e a c t i o n s t h e b e s tr e s u l t 、a sf o u r l da f t e ro p t h i z i n gm er e a c t i o nc o n d i t i o na 丘b c t i n gm ey i e l d so fc ”i d i n e c o m p 删谢m 山el i t e r a t i l r e s ，t h i sm e t h o d ，w h i c hp m v i d e dm g h e ry i e l d s ，s h o r t e rr e a c t i o nt i m e ， e a s i e rw o r k u p sa n dr e d u c e dt h eu s eo fs o l v e n t ，p a v e dt b ew a yf o rt l l el a r g e - s c a l ep r e p a r a t i o no f c y t i d i n eu s m gt h em i c r o 、a v ei r r a d i a t i o n p e p t i d en u c l e i ca c i d s ( p n a s ) a r e 蛙玲s y f l t h e s i z e do l i g o n u c l e o 虹d ea i l a l o g u c sw i 出s i m i l a r g t i l c t u r e 谢md n a ，a i l ds h o wm 锄yi m p o r t 趾tb i o l o g i c a la c t i v “i e s i i l 也i sp a p e rw ed e s i g n e dt l l e 1 1 1 i c r o w a v e 哪s i 咖ds y 埘1 e s i so f n - ( e t l l o x ) ，c a r b o n y l m e t l l y l ) _ n u d e o b a s e ss e r v i n ga s 1 eb l 】j n g b l o c k sf o rp n a s u n d e rm i c f o w a v ei r r a d i a t i o n ，t h ea l k y l a t i o no fs e v e na p p r o p r i a t e l yp r d t e c t e d n a t u r a la i l ds u b s t i t u t e dn u c l e o b 懿e s 砒he t l l v lb m m o a c e t a t ea f f b r d e dt l l ed e s i r e dn 1 ，n 9 ( e t h o x y c 曲o n y l m e 血y 1 ) p 如m i d i 嘶叫n e a l l 1 ep m d u c t s s m l c t w ew a sc o 墟m e d 谢t l ld a 诅o f l h n m r ，1 3 n m r ，a n de l e m e n t a la n a l y s i s t 1 l i sp r o t o 1g r e a t l ys h o n e n e dr e a c t i o nt i m e su n d e r m i l dr e a c t i o nc o n d i t i o n 柚dl e dt ot l l es a i i l eo rh j 曲e ry i e l dc o m p a r e dt ot h e1 i t e r a t u r ea sw e l la s e 虢c t i v cr c g i o s e l e c t i v i 够i na d d i t i o n ，m i sp r o t o c o la l s od e v e l o p e dan o v e la i l df k i l es ”t l l e t i c m e t h o df 斫t l l eb u i l d i n gb l o c k so f p n a s ， k e y w o r d s ：n u c l e o s i d c s ；c y t i d i n e ；p e p t i d cn u c l e i ca c i d s ；m i c m w a v ei r 瑚i d i a t i o n ；s y n 协e s i s i i 第一章核苷类化合物的研究进展 第一章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，有核糖核酸( r n a ) 和脱氧 核糖核酸( d n a ) 之分。核苷类化合物最早是作为核酸的水解产物而被分离得到的，它们 的共同结构特点是由糖基和碱基通过糖苷键相连而构成；可以根据糖基上的c 2 是否含有氧 分为核糖核苷和脱氧核糖核苷，前者是r n a 的组成部分，后者是d n a 的构成单元，也可 以根据碱基的不同分为嘧啶类核苷和嘌呤类核瞢【l 】 核苷中的核糖羟基被磷酸酰酯化，就形成核苷酸。如胞苷的c 57 - o h 被磷酸酯化就得 到5 胞苷酸；当它的c 3 o h 被磷酸酯化就得到37 胞苷酸。核酸就是多个核苷酸通过 3 ，5 磷酸二酯键连接起来的多聚体。 核酸 核苷酸 f 上 磷酸核苷 f 糖基碱基 作为核酸的构成单元，核苷参与生物体中基因信息的保留、复制和转录的分子机制。 在每个细胞中，d n a 所携带的信息都要依赖于链中组成核苷的序列，而信息的遗传则依赖 于核糖核酸。因此，核苷是一类十分重要的生物分子，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，而且还能促进细胞的诸功能。鉴于核苷和核苷酸在细胞生命 中占有极为重要的地位，用核苷类似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。 1 1 核苷类化合物的结构特点 “核苷”一词最早是由l c v e n e 和j a c o b s 在1 9 0 9 年提出的，作为核酸的水解产物而被 分离得到。核苷类化合物的共同结构特点是由糖基和碱基缩合而成，并以糖苷键相连，糖 基上的c 1 与嘧啶的n 1 或与嘌呤的n 9 相连接，x 衍射分析已证明，核苷中的碱基与糖环平 第一章核苷类化合物的研究进展 面互相垂直。组成核苷的碱基分为两大类：嘧啶碱和嘌呤碱( 图1 ) ，其中嘧啶碱基包括尿 嘧啶( u r a c i l ，u ) 、胸腺嘧啶( ，i 坶m i n e ，t ) 和胞嘧啶( c ”o s i n e ，c ) ；嘌呤碱基包括腺嘌呤 ( a d e m n e ，a ) 和鸟嘌呤( g u a n i n e ，g ) 。结构分别如下( 图2 ) ： o 嘧啶 嘌呤 图1嘧啶和嘌呤的结构 o o a d e n i n e n 日 o o o s i n e 图2 五种天然的核碱基 o 核苷的糖环部分上的c 1 是不对称碳原子，根据半缩醛羟基相对于c 5 位羟基的位置糖 基可分为n 和b 两种构型。b 一构型的糖环异头碳羟基与c 5 位羟基在糖环的同一侧；反之， 当糖环异头碳羟基与c 5 位羟基不在糖环的同侧时，则是a 一构型，然而无论在a 或者b 一 构型，糖环上其余的o h 和c h 2 0 h 均为平伏式。当糖基和碱基以c n 苷键相连后形成核 苷，同样根据c 5 位羟基和碱基的相对位置可分为。或b 构型的核苷，生物体内存在的天然 核苷均为b 一构型。a 和e 两种构型的胞苷的分子结构如下图3 ： 妁 译衅 8 吣 屹 。 。z工 第章核苷类化合物的研究进展 8 一触苷 图3 n h 2 n 一胞苷 n 和b 构型的胞苷 核苷类化合物之所阱受到科学家的青睐，有其必然性。从化学的角度看，此类化合物 均含有核碱基，而生物细胞内核酸及其代谢物的主要成分也含有核碱基。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病毒和宿主细胞 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。若将核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，由此这些“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环节，从而达到抑制病毒繁殖、控制感染发展的目的圆。 抗病毒药物根据其作用部位的不同可分为：抑制病毒复制的药物；干扰病毒核酸复制的药 物：影响核糖体翻译的药物1 3 “】。 由于早期抗病毒研究缺乏有关细胞和细胞免疫分子生物学的基础学科知识和基因重 组技术，多年来可供临床选用的抗病毒治疗药物较少。现在尽管已经具备了有关病毒组成 和复制的知识，已能鉴别特异的病毒核酸、病毒受体、病毒编码酶和病毒附着所需的蛋自 质，并发现了很多有抗病毒活性的化合物，但是仍缺乏能在临床上应用的、可在病毒感染 的潜伏期或急性期内杀灭病毒的、有效而安全的抗病毒药物。 1 2 核苷类化合物的修饰 由于核苷作为核酸的结构单元，参与了基因信息的保留、复制和转录的分子机制，因 此通过对核营进行改造和修饰而合成的核苷类似物，可以作为核酸代谢抑制剂，用于干扰 肿瘤细胞的生长和病毒的繁殖，起到抗病毒和抗肿瘤的作用【5 1 。 第一章核苷类化合物的研究进展 核苷的改造是在天然的核苷基础上进行的，在八种天然核苷中有四种是r n a 中分 离得到，它们分别是：尿苷( u f i d i n e ，1 ) 。胞苷( c y t i d i n e ，2 ) ，腺营( a d e n o s i n e ，3 ) ， 鸟苷( g u a n o s i n e ，4 ) ；有四种是从d n a 中分离得到的，为脱氧核苷，它们分别是： 脱氧胸苷( 口一t h y m i d i n e ，5 ) ，脱氧胞苷( d e o x y c y t i d i n e ，6 ) ，脱氧腺苷( d e o x y a d e n o s i n e ， 7 ) 和脱氧鸟苷( d e o x y g u a n o s i n e ，8 ) 。其结构式如下( 图4 ) ； l 5 234 掣h 2 “舀劝 o h 678 图4八种天然核苷 在天然核苷的基础上，核苷的改造可分别通过对核苷的碱基或糖基部分修饰，或者同 时对碱基和糖基进行双重修饰来完成。具体的修饰途径为在碱基或糖环上用不同的取代基 ( 如氨基、巯基、卤素、叠氮基等) 或不同的杂原子( 如氧、硫、氮原子等) 进行替代， 或者改变环的尺寸大小( 五元环、六元环、四元环甚至开链类无环核苷等) 以及它们的构 象异构( n 或b 构型以及d 或l 型构象异构体) 等，具体变化可用图5 表示； 1 2 1 糖基的修饰 核苷类衍生物的药理活性与侧链连接的糖基密切相关，糖基的修馋可以有效的改进已 知药物的药效、药理性质，并降低毒副作用”。 根据碱基所连接的是环状或者开链的多羟基醛酮可分别得到环状修饰的核苷和无 4 第一章核苷类化合物的研究进展 环核苷。 f u r 霜n o s en n b r e 甜d n g i n v e r 商0 1 1o f c o n 的u r a b o n m 0 d j c a t i o n 椭曹r i n gh z e ! n v e 懵i o n s u 瞻百t u 莨。l _ lo r e i m 阳a n o no f 咐d f 洲lg r o u p s 图5 核苷的修饰 g a r ( 1 ) 环状糖基的修饰糖基的修饰不仅可以在d 或l 一型呋喃糖基上进行，而 且还可以将呋喃糖基变成吡喃糖、氧杂糖、硫杂糖、氮杂糖或者碳环型；另外，糖 上官能团较多，因此可修饰的方式也较多，如单磷酸腺苷( a d e n o s i n em o n o p h o s p h a t e ， 9 ) ，2 b r 尿苷( 2 b r o m o u r i d i n e ，1 0 ) ，2 一f 腺葛( 27 f l u o r o a d e n o s i n e ，“) ， 2 n h 2 胞督( 27 一a m i n o c y t i d i n e ，1 2 ) ，2 - 脱氧一3 一叠氨胸苷( 2 一d e o x y 一3 7 a z i d o t h y m i d i n e ，1 3 ) ，双脱氧肌苷( 2 ，3 - d i d e o x y i n o s i n e ，d d i ，1 4 ) ，双脱氧胞苷 ( 2 ，3 d i d e o x y c y t i d i n e ，d d c ，1 5 ) ，双脱氧脱氢胸苷( 27 ，3 一d i d e h y d r o - 3 d e o x y t h y m i d i n e ，d 4 t ，1 6 ) ，拉米夫定( l a m i r u d i n e ，1 7 ) 等，一些代表性的化合物结 构式如图6 ： h o 一 91 01 l p d r o 太 d 廷 页 气，j7叫洲，o 西一 第一章核苷类化合物的研究进展 d h 1 6 图6几种典型的糖基修饰核苷 1 4 ( 2 ) 无环核苷类 阿昔洛韦( a c i e l o v h ，a c v ，1 8 ) 【1 2 1 是1 9 7 8 年开发出来的， 开创了无环核苷类药物的新纪元，无环核苷引起了人们的广泛重视【1 3 小】。在此基 础上，许多无环嘌呤类核苷衍生物被大量的开发出来，如：伐昔洛韦( v a l a c i c l o v i r v c v ，1 9 ) ，泛蓄洛韦( f a f n c i d o v i r f c v ，2 0 ) ，喷昔洛韦( p e n c i c l o v i r ，p c v ，2 1 ) ( 图 7 ) ，以及它们的磷酸化衍生物p m e a 、h p m p c 和p m i ) a 等。 1 81 92 0 2 l 1 2 2碱基的修饰 图7 几种典型的无环核苷 6 。妁 d毋 箩 工_ 尊 第一章核苷类化合物的研究进展 天然的五种核碱基尿嘧啶( u r a c i l ，u ) 、胸腺嘧啶( t h y m i n e ，t ) 和胞嘧啶( c ”o s i n e ， c ) 、腺嘿呤( a d e n i n e ，a ) 和鸟嘌呤( g u a l l i n e ，g ) 均是含有氮原子韵杂环化合物，这为人 们合成碱基修饰的核苷提供了参考。在此基础上化学家们合成了大量的碱基修饰的核苷， 其中许多具有良好的抗病毒活性。其具体的修饰包括两个方面：对天然核碱基的修饰或者 合成其他的杂环。 ( 1 ) 天然碱基的修饰对天然核碱基的修饰主要是通过其上官能团的改变或者 去除等来实现，如8 c l 腺苷( 8 c h l o r a d e n o s i n e ，2 2 ) ，6 一c l 鸟苷( 6 - c h l o r g u a n o s i n e ，2 3 ) ， 5 f 胞昔( 5 ，f 1 u o r o c y t i d i n e ，2 4 ) ，2 一c l 腺苷( 2 一c h l o r a d e n o s i n e ，2 5 ) ，5 - f 尿苷 ( 5 f l u o r o u r i d i n e ，2 6 ) ，5 c l 尿苷( 5 c h l o r u “d i n e ，2 7 ) ， 5 一b r 尿苷( 5 一b r o m o u r i d i n e ， 2 8 ) ，5 i 尿苷( 5 - i o d o u r i d i n e ，2 9 ) ，6 - s h 嘌呤核苷( 6 一m e r c a p p u r i n en u c l e o s i d e ，3 0 ) 等。它们的结构式分别如下( 图8 ) ： h o 焱 镪x 。f2 7x c i 如 嚣x = 日r 鹚x = l 图8几种常见的碱基修饰的核苷 ( 2 ) 含有其他杂环的核苷这类核苷衍生物主要是用一系列和天然核碱基相 似的碱基来取代天然碱基，如：杀结核菌豢( t u b e r c u l i n ，3 1 ) ，5 氮杂胞苷 ( 5 一a z a c y t i d i n e ，3 2 ) ，5 ，6 一二甲基苯并咪唑核苷( 5 ，6 d i m e t h y l o b e n z i m i d a z o l e 7 毋 焱 掣d一 洲妁 n 矿x 第一章核苷类化合物的研究进展 n u l e o g i d e ，3 3 ) ，三氮唑核苷( r i b a v i r i n ，3 4 ) 等。其结构式如图9 ； 3 l 图9 含有其它碱基的核苷 1 2 3 糖基和碱基的双重修饰 在保持核苷基本骨架的前提下，无论是碱基还是糖基的修饰，改变越小，与天然核 苷越相似，则毒性越高；改变稍大，往往增加抗病毒选择性，毒性相应降低。因此，核苷 糖基和碱基的双重修饰也更能满足这种需要。下面是一些这方面的例子，如57 脱氧5 f 尿督( 5 - d e o x y 一5 - f l u o r o u r i d i n e ，3 5 ) ，2 - f 一5 一i 胞苷( 27 - f 1 u o r o 一5 一i o d o c y t i d i n e ，3 6 ) ， 2 氯5 磷酸腺苷( 2 。c h l o r a d e n o s i n e 5 一m o n o p h o s p h a t e ，3 7 ) ，37 ，5 一环磷酸8 氯腺苷( 8 c h l o r a d e n o s i n e3 ，57 p h o s p h a t e ，3 8 ) 等。它们的结构式如图1 0 ： 0 0 文 d q 第一章核苷类化合物的研究进展 3 7 3 8 图1 0 几种常见的碱基和糖环双重修饰的核苷 1 3 核苷类药物的广泛药物用途及其特点 自从1 9 6 2 年第一个抗病毒的核苷类药物碘苷( i d u ，2 9 ) 【1 6 l 问世以来，核苷类化合物 在抗病毒药物中占有相当重要的地位。在目前已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f 1 7 】，核苷类化合物占了相当大的比 例。 1 9 6 2 1 9 9 9 年国外上市的4 5 个抗病毒药中有2 5 个是核苷类药物( 5 5 6 ) ，其中 核苷酸类似物3 个，包括糖基修饰物、聚核苷酸和反义寡核苷酸各1 个。2 2 个核苷类似物 中有6 个是对碱基进行修饰的脱氧核苷类似物，全身用药毒性较大，抗病毒活性仅限于抑 制单疱1 型病毒( h s v 1 ) 和水痘带状疱疹病毒( v z v ) ，所开发的制剂多数是眼用或皮 肤外用软膏，近年来逐步被疗效更好的抗病毒药取代。唯一的一个碱基修饰核苷类似物利 巴韦林( 3 4 ) 具有广谱抗病毒活性，对2 0 多种d n a 病毒和r n a 病毒有较强的抑制作用， 是耳前国内外在临床上广泛使用的抗病毒药物。 在1 3 个糖基修饰的核苷抗病毒药中有5 个是近几年开发的h i v 逆转录酶抑制剂，也 是治疗h i v 感染和a j d s 患者不可缺少的药物；有5 个是开环核苷类似物，这是8 0 年代 以来用疱疹病毒特异性d n a 聚合酶为靶点筛选、开发成功的抗疱疹病毒药，上市以后已 逐步取代早期开发的其它抗病毒药，成为治疗疱疹病毒感染的首选药物。另有3 个是阿糖 腺苷、阿糖胞苷及其衍生物；只有眼用制剂治疗h s v 角膜炎。 此外，还有2 个是对碱基和糖基进行双重修饰的核苷类似物。索利夫定( s o r i v u d i n c ) 是溴乙烯取代阿糖胞苷，1 9 9 3 年首次在f 1 本上市，因与5 氟尿嘧啶( 5 f u ) 有严重的药物 9 第一章核苷类化合物的研究进展 相互作用，十多例癌症患者同时服这两种药后引起急性肝衰竭而死亡，上市不到3 个月已 从市场上撤销。a b a c a v i r 是疗效较好，不良反应较小的h i v 逆转录酶抑制剂，与齐多夫定、 拉米夫定有协同作用，已研制这3 种组分的复方制剂，2 0 0 1 年上市。 载止1 9 9 9 年底正在研制的核苷类抗病毒药近3 0 个，已进入i i 期临床试验的有1 4 个 品种，其中抗疱疹病毒药3 个，抗h i v 药l o 个，抗h b v 或兼有抗h 活性者5 个。从 化学结构分类，有3 个开环核苷酸，5 个对碱基和糖基进行双重修饰的核营，3 个聚核苷 酸或反义寡核苷酸，另3 个是分别对碱基或糖基进行修饰的核苷衍生物。 核苷类化合物在抗肿瘤、抗病毒和抗艾滋病药物中占有重要的地位，它已成为 一类不可缺少的药物18 m 】，下面分类介绍： 1 3 1 核苷类抗肿瘤、抗病毒药物 1 9 5 7 年，d u s c i n s h y 【2 0 1 合成了5 氟尿嘧啶脱氧尿苷( 2 d e o x y 5 f l u o r o u r i d i n e ， 3 9 a ) ，它对动物移植性肿瘤有抑制作用，是第一个嘧啶核昔类抗代谢药物，目前用 于消化道肿瘤的治疗，对肝癌有效，毒性比5 一f 尿嘧啶( 5 - f l u o r o c y t o s i n e ) 小。随后 一些5 取代嘧啶及其核苷的衍生物相继被合成和研究，如5 一溴脱氧尿苷( 2 一d e o x y - 5 - b r o m o u r i d i n e ，3 9 b ) 和5 - 碘脱氧尿苷( 2 一d e o x y 5 i o d o u r i d i n e ，3 9 c ) 等【2 1 1 。 其中碘营是1 9 5 9 年由p r u s o f f 等【2 2 1 首先合成的，后发现在组织培养中对单纯疱疹i 、 i i 型病毒，牛痘病毒有很强的抑制作用，从而发展成为第一个有效的抗病毒药物。 继而合成和发现了一些疗效好，选择性高的脱氧核苷类抗病毒药物，如三氟胸苷f 2 d e o x y 5 m n u o r o m e t h y l u r i d i n e ，4 0 ) 【2 1 1 ，溴乙烯脱氧尿苷( ( e ) 一5 ( 2 b r o m o v i n y l ) 一2 d e o x y u r id i n e ，4 1 ) 1 2 3 1 等。氟尿嘧啶核苷的化学结构经过改造，又发现了喃氟 啶( t e g a f u r ，4 2 ) 2 4 1 和双喃氟啶( t e g a d i f u r ，4 3 ) 【25 1 ，由于它们可口服吸收，且药物的 血浓度高丽持久，与5 f u 相比，治疗指数较高，毒性较低，已成为治疗胃肠道等 实体瘤的常用药物。近年来开发的5 一脱氧一5 一氟尿嘧啶核苷( 57 - d e o x y 5 n u o r o u r i d i n e 3 5 ) 【2 6 1 ，可被肿瘤组织中高活性的尿苷磷酸化酶转化为5 f u 。具有选 择性抗肿瘤作用，是一个有希望的抗肿瘤药物。治疗白血病药物5 n 胞苷( 3 2 ) 及治 疗恶性肿瘤药物8 氯腺苷( 2 2 ) 【2 7 l 等一批新核苷类药物也相继开发出来。 l n 第一章核茁类化台物的研究进展 x 夺叩夺。滁 舀k 。圆人“世足 图11 几种脱氧核苷类抗病毒药物 在改造核营碱基过程中。合成了广谱抗病毒韵天然核苷类似物，例如三氮唑核 苷( r i b a v i r i n ，3 4 ) 【2 引，抗肿瘤药物6 巯基嘌呤核苷( 6 m e r c a p t o p u r i n e ，3 0 ) 【2 9 】 和氮杂尿苷( 4 4 ) 口o l 等。无环鸟苷的合成也成为核苷类衍生物在抗病毒药物中占有 的重要的地位其中阿营洛韦( 1 8 ) 是治疗多种庖疹病毒感染的主要药物l ，更昔 络韦、法昔络韦( 1 9 ) 【3 2 l 都是有已应用的抗病毒新药。最近发现的一些无环腺嘌呤 类化合物，如( s ) 9 ( 2 ，3 一二羟基丙基) 腺嘌呤( s d h p a ) 和( s ) 3 ( 腺嘌呤 一9 一基) 2 羟基丙酸( s a h p a ) 等对病毒的r n a 有活性己引起重视】，它们的作 用机理都非常相似，都是通过中断病灶分子中的d n a 复制、增殖来达到抗肿瘤、 抗病毒的目的。由于它们能优先识别病毒分子，并且只能被病毒分子的胸苷激酶磷 化，从而阻断病毒分子的d n a 合成，对宿主细胞的胸苷激酶则无影响，因而呈现 出高效、低毒的特点。阿营洛韦( 1 8 ) 是1 9 7 8 年开发出来的，开创了无环鸟苷类 药物的新纪元【34 1 ，目前在全世界的抗病毒药物销售额中占第五位，此外另外一种无 环核苷法昔洛韦( 1 9 ) 对乙型肝炎这一长期困扰人们的疑难疾病具有显著的疗效f 35 1 ， 有报道其对艾滋病病毒( h i v ) 也具有一定的活性【3 6 l 。 第一章核苷类化合物的研究进展 1 3 2 核苷类抗艾滋病药物 目前国际上已被美国食品与药物管理局( f d a ) 批准上市的治疗艾滋病的药物 有1 2 种，其中有六种属于核苷类化合物( 占5 0 ) 。艾滋病病毒( h i v ) 的复制过 程依赖一种独特的酶逆转录酶( r e v e r s et r a n s c r i p t a s e ) ，所以逆转录酶抑制剂能有 效的抑制艾滋病毒的复制，是应用最早的抗艾滋病药物，可分为核苷类逆转录酶抑 制剂( n u c l e o s i d er e v e r s et r a n s c r i p t a s ei n h i b i t o r s ，n r t i s ) 和非核苷逆转录酶抑制剂 ( n o n - n u c l e o s i d er e v e r s et r a n s c r i p t a s ei n h i b i t o r s ，n n i 汀i s ) 。首先用于临床的核苷类抗 艾滋病药物是齐多夫定( z i d o v u d i n e ，13 ) f 3 7 。4 0 l ，1 9 8 4 年发现其具有抗艾滋病病毒的 活性，1 9 8 5 年临床试验，1 9 8 6 年被f d a 批准为抗艾滋病药物。经f d a 批准的另外 五个n i 汀i s 是司他夫定( s t a v u d i n e ，1 6 ) ，扎西他滨( z a l c i t a b i n e ，l5 ) ，拉米夫定 ( l a m i r u d i n e ，1 7 ) ，双脱氧肌营( d i d e o x y i n o s i n e ，1 4 ) ，a b c a v i r ( 4 5 ) 【3 7 1 。 对核苷类化合物的结构改造是目前药物研究中最有成效、最活跃的领域之一。 核苷类化合物可改造的主要部分有碱基、核糖以及核苷键的构型等方面【4 1 1 。其中， 对核糖部分的改造是抗h i v 1 药物研究的主要方面。与碱基的改造结果相比，对核 糖部分的改造形式和效果要丰富得多【4 2 1 。 根据核糖环的2 ，3 ，4 ，5 ，位取 代情况可大致划分为2 - 取代、27 ，3 双去氧2 ，37 双去氢核苷类似物、异 核苷、碳环和杂环核苷类似物1 43 1 。在这些构造改造中2 ，37 双去氧核苷类似物 对抗h i v 1 病毒的活性最高，研究也最多。27 ，3 一二脱氧核苷类具有很好的抗 逆转录酶活性，但该化合物的异二脱氧核苷类化合物如27 ，3 一异脱氧腺苷( 2 ， 3 - i s o d i d e x y a d e n o s i n e ，4 6 ) 具有很好的化学稳定性和抗h i v 活性。将天然脱氧腺 苷的碱基由9 位移到7 位，合成了异脱氧腺苷( i s o d e o x y a d e n o s i n e ，4 7 ) 【4 引。目前， 双脱氧肌苷( 27 ，3 - d i d e o x y i n o s i n e ，d d i ，1 4 ) 【45 1 ，双脱氧胞苷( 2 ，3 d i d e o x y c y t i d i n e ，d d c ，1 5 ) 4 6 ，4 7 1 ，双脱氧腺苷( 2 ，37 d i d e x y a d e n o s i n e ，4 8 ) 已在一些国家获准临床使用。双脱氧脱氢胸苷( 27 ，3 d i d e h y d r o 3 7 d e o x y t h y m i d i n e ，d 4 t ) 己进入临床i i i 期试验4 8 5 引。近来报道双脱氧胸苷 ” 第一章核苷类化合物的研究进展 h p 触n 哇 h 也一吨 礅：玲 帅d旧d 图1 2几种常见韵抗艾滋病病毒核苷类似物 ( d i d e o x y t h y m i d i n e ，d d t 4 9 ) 对h i v 病毒也具有活性54 1 。m a n s u n ，m ，m 5 5 1 报道了 有关双脱氧胸苷的合成，刘君等5 对其合成路线进行了改进。 1 3 3 核苷类抗菌素药物 一些酰基和糖基核苷类化合物具有广泛的抗菌性，杀螨虫性，除莠性和驱肠虫 性。例如具有很好的抗微生物活性和抗菌性的磺胺核苷类药物核苷杀菌素 ( n u c l e o c i d i n ，5 0 ) 、链霉素中分离出来的a s c a m y c i n ( 5 l a ) 和脱内酰胺基类似物 a t - 2 6 5 ( 5 1 b ) 、以及具有广泛的抗菌活性的嘌罗霉素( p u r o m y c i n ，5 2 ) 和对念珠菌 有很强的抗活性，且细胞毒性很小的c h r y s c a n d i n ( 5 3 ) 等，它们的结构式如图1 3 ： 第一章核苷类化合物的研究进展 严 。一s ：= = o 0 0 h0 h 5 0 n n h ，c o 5 2 5 1 h o o c h 3 c o 图1 3 几种典型的核苷类抗菌素药物 n c h ( c 心) c 0 n r o b i n s ，r k 在1 9 7 5 年曾经指出：“新的时期已经达到这样的一个水平，以直接运用 分子药理、细胞生物学及生物化学的近代原理来研究医药为特点，核苷、核苷酸可以打开 这种研究途径的大门。”他认为在今后的2 5 年内，核苷、核苷酸的发展，将在各重要的医 药领域发生重大的影响，它将成为治疗冠心病和病毒性疾病的主要药物刚。r o b i n s ，r k 的科学预言，正在不断的实现中，随着核苷酸化学研究的进展，相信不久的将来，具有选 择的抗肿瘤和抗病毒药物一定会相继出现，给人类的健康带来福音。 1 4 核苷类化合物的合成研究现状 由于核苷及其类似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 nd v 妁 第一章核苷类化合物的研究进展 成法发展到目前生产中应用的全合成法。另外，现在也发展了利用生物酶的酶合成法和化 学一酶合成法。 1 4 1 化学合成法 1 4 1 1 经典合成法 经典合成法是先分别合成核苷的碱基与糖基部分，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。 ( 1 ) 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 r i c h 以四乙酰口d 一溴代葡萄糖和1 ，3 一二甲基黄嘌呤银盐为原料在二甲苯中回流反应， 合成了最早的人工合成核苷类化合物7 一口d 葡萄糖茶碱核苷5 乳59 1 。随后，他们利 用此方法合成了天然核萤化合物腺营和鸟苷【60 1 ，但产率不理想。后来d a v o l l 和l o w y 进行了改进，采用嘌呤的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，发现产率得到显著提高，并成为制备核苷类化合物的传统方法 6 。该法的特点 是具有很好的立体选择性，主要得到口一构型的核苷；应用范围广，不仅适用于嘌 呤核苷也实用于嘧啶核苷【6 2 ，6 3 1 的制备。 ( 2 ) 熔融法1 9 6 1 年s a t o 等6 5 1 以四乙酰核糖和2 ，6 一二氯嘌呤为原料，在 对甲基苯磺酸的催化作用以及高温下反应得到三乙酰一2 ，6 一二氯嘌呤核苷。四乙酰 核糖的熔点为7 8 ，当加热超过此温度时，四乙酰核糖就会呈熔融状态，既为反应 物又为溶剂，故此称为熔融法。 c i t s 州 高温 图1 4熔融法合成2 ，6 一二氯嘌呤核苷 不同的嘌呤碱基与用保护基团保护起来的核糖在高温及催化剂的作用下反应， 1 5 第一章核苷类化合物的研究进展 可以得到相应的瞟呤核苷6 6 _ 67 1 。所用的催化剂通常是l e w i s 酸如甲基苯磺酸【6 趴、 二氯乙酸6 9 1 、z n c l 2 ，p c l 3 1 70 1 、p 2 0 5 1 7 1 7 2 1 等，但产率不高。1 9 6 6 年i m a i l 7 3 7 4 1 等以 碘作催化剂，产率有所提高。该法立体选择性不如重金属法，产品为a 与b 一构型 的混合物，但以b 一构型为主。 ( 3 ) 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缩 合生成核苷，再经水解或氨解得到尿苷7 5 76 1 。这种方法由n i s h i m u r a l 7 7 】和b i r k o f e r 【7 8 各自进行了完善，但都是使用不稳定的卤代核糖为原料，且利用此法制备嘌呤核昔 效果很不理想。随后，v b r b r u g g e n 和其同事 7 吼8 0 】采用稳定的乙酰基核糖，在惰性溶 剂如1 ，2 一二氯乙烷或乙腈中用特定的l e w i s 酸为催化剂来激活糖的部分，得到较 好的结果。具体步骤为先n 6 上保护起来的腺瞟呤硅烷化，不经分离直接与保护的核 糖反应。反应式如下： ( q 洱5 c o ) 2 0“c h 3 ) 3 s i ) 2 n h ，p y s i ( c h 3 ) 3 图1 5 硅烷法合成腺昔 硅烷化法易于实现，能和糖进行均相反应，反应条件温和，避免了重金属的使 用，但和熔融法一样缺少区域和立体选择性，产生的a 一构型异构体较多。 但是总的来说，经典合成法是先分别合成碱基与糖基部分，再将糖与碱基缩合 生成c - n 苷键，最后脱保护基而得。合成中的a 、口两种异构体，不易分离，总收 1 6 第一章核苷类化合物的研究进展 率低，生产成本高。如阿拉伯糖胞苷( a r a b i n o s y lc y t o s i n e ，5 6 ) 过去用该法生产总共 8 步反应，总收率l o 左右“。而碘苷( 2 9 ) 的生产，过去是由d 一葡萄糖经6 步反 应得到脱氧核糖，再经3 步得羟基被保护的氯代糖，另外将合成的5 一碘尿嘧啶转变 成汞盐，最后卤代糖与汞盐缩合( 这时产生n 与p 异构体) 并脱保护基即得产品。 总共1 5 步反应收率仅为1 ”。 1 4 1 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 羟基成为脱氧核替，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。如碘苷( 2 9 ) 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、水瓣、溴化、氢化、脱 溴、上碘等共8 步