（药物化学专业论文）辅酶q及其结构类似物的合成研究.pdf

四川大学博士学位论文 中文摘要 辅酶q 是一类生物体内重要的功能性物质。辅酶q 1 0 ，这种存在于人体内的 主要辅酶q 类物质，目前已经成为一种使用日益广泛的临床药物和保健营养剂。 辅酶q 的体内代谢物、降解物以及许多合成的辅酶q 结构类似物在体内外都可 显示出与辅酶q 临床治疗作用相关联的一些生物活性。本课题围绕辅酶q 及其 活性类似物的合成研究主要进行了辅酶q 1 0 及其合成的重要中间体t e m t 、6 - 杂 环取代的辅酶q 结构修饰类似物以及辅酶q 醌环类似物( 2 ，6 - - - 甲氧基1 ，4 _ 对苯 醌) 四个方面的合成工作。 l 、辅酶q l o 的化学半合成 本课题中对辅酶q l o 的合成研究主要是对基于t e r a os 的化学半合成策略的 合成路线进行了改进。 h 宣c o h 3 c o 0 ( 3 h 3 t e l v f r ( a - 2 ) h a c o 8 洲 h 3 c o 8 仰f l b u o k d m f t h f 嘻o c h 3 帚。h 3 堪c o ， c a n m e c n h 2 0 改进后的合成路线与这以前的合成路线比较，由于使用了t e m t 作为合成关 键中间体l 二烷氧基2 ，3 二甲氧基5 甲基6 - ( 3 - 甲基- 4 - 苯磺酰基- 2 丁烯) 四川大学博士学位论文 基苯的原料从而使得其制各路线减少了三步。避免了2 ，3 二甲氧基5 甲基1 ，4 氢醌的使用及其一些繁琐的反应操作。应用经过改进的合成路线，我们合成出 了辅酶q i o ，其1 h n m r 图谱与文献报道完全一致。 我们的研究还不充分，所制得的辅酶q l o 量很少，纯度也只有9 0 左右，反 应条件仍及收率尚待改善，还需继续对现有关步骤的反应条件进一步优化。 2 、辅酶q 1 0 的合成中间体t e m t 的合成 本论文对t e m t 的合成方法进行了较多的研究。 首先，我们对e r e n d o r o n 合成路线中的2 ，3 ，6 三溴- 4 甲基苯酚的甲氧基取代 反应条件中的诸多要素如反应溶剂、溶剂用量、催化剂以及辅助催化剂等进行 了改进和优化，从而使得其合成路线更加容易实现，试剂成本也得以降低。 另外，我们在s y p e r l 提出的以焦性没食子酸为原料的t e m t 合成路线的基 础上改进设计了下面一条新的合成路线。 l p y l - o g a l l o l 胁的a 4 t 邮。( a 2 ) o u rd e s i g n e ds y n t h e t i cr o u t eo f t e m tb a s e do ns y p e rl sr e p o r t s 新的合成路线只有五步，比s y p e rl 的经典路线减少了一步。每步反应收率 都在9 0 以上，总收率达6 6 5 。而且由于应用n a b r 和双氧水在室温下实现了 对化合物a - 2 - b 1 的选择性单溴化而高收率得到2 ，3 ，4 - 四甲氧基溴苯( a - 2 b 2 ) ，从 而可以避免溴素的使用以及低温反应条件。此外又可以避免铁泥废渣的产生， 因而具有环保的特点。 斌毗 四川大学博士学位论文 3 、6 - 杂环取代的辅酶q 结构类似物设计及其合成 本部分研究工作设计了如下一类醌核6 - 含氮杂环取代的辅酶q 结构类似物， 然后以t e m t 为原料对它们进行了合成。其中b 2 b 3 是二个新化合物。 雄基：球 r l i 舶p l l 2 f f i - c h 2 p hp _ c l 3 ；c o p h b 1 - b 3 o u r d e s i g n e d6 - h e t e r o c y c l o - s u b s t i t u t e dc o qa n a l o g s 4 、辅酶q 醌环类似物( 2 ，6 二甲氧基1 ，4 对苯醌) 的合成 课题中的本部分研究工作是对2 , 6 一二甲氧基1 4 对苯醌，这种具有广谱抗病 原微生物活性和细胞毒作用的醌核类似物，进行了合成。设计了以香兰素为原 料经三步反应实现对该化合物的合成。该合成路线具有各步反应收率高、易操 作、所用原料、试剂易得的特点。 c - 3 c - i t h es y n t h e t i cr o u t eo f 2 ，6 d i m e t h o x y - 1 ，4 - b e n z o q u i n o n e ( c 一1 ) 四川大学博士学位论文 本论文对c o q i o 及其合成的重要中间体t o m t 的合成工艺进行了改进。并设 计合成了一个醌核结构类似物和系列6 - 杂环取代的c o q 结构类似物，其中2 个 是新化合物。本论文一共合成了4 3 个化合物，其中6 个是新化合物，其结构经 1 h n m r 谱和质谱进行了确证。 关键词：辅酶q辅酶q l o t e m t 结构类似物合成 四川大学博士学位论文 a b s t a c t c o e n z y m eq ( c o qo rc o q ) ，o c c u r r i n gn a t u r a l l yi na l lc e l l s ，i sas o r to f c o m p o u n d s o fs e v e r a li m p o r t a n tf u n c t i o n st ot h em o s to fo r g a n i s m s c o q t oi st h em a i nh o m o l o g o fc o qe x i s t i n gi nt h eh u m a nb e i n g ，a n di na d d i t i o nt ob eac o n l m o nr 即a e d yi n c l i n i c su s e df o rt h et r e a t m e n to fc a r d i o v a s c u l a rd i s e a s e se t c ，n o wh a sa l s ob e e nu s e d t i m b e r 嬲t h en u t r i e n ti nt h ef o o d s t h em e t a b o l i t e sa n dd e c o m p o s e d p r o d u c t so fc o q h o m o l o g s ，a n dal o t so fs y n t h e t i cc o qa n a l o g sh a v es h o w ns i g n i f i c a n tb i o l o g i c a l a c t i v i t i e sc o n c e r n i n gt oi t st h e r a p e u t i ce f f e c t s i no u rp a p e r , w eh a v ec a r r i e do u tt h er e s e a r c hw o r k si nf o l l o w i n gf o u ra s p e c t so n t h es y n t h e s i so fc o q t o ，t h ek e yi n t e r m e d i a t e1 , 2 ，3 ，4 - t e t r a m d h o x y - 5 - m e t h y l b e n z e n e ( t e m t ) ，a n dr e l a t e da n a l o g s 1 t h es e m i - s y n t h e s i so f c o q l 0 a sap a r to fo u rr e s e a r c hw o r k , w ec a r r i e do u tt h em o d i f i c a t i o n so ft h ec l a s s i c s y n t h e t i cr o u t ed e r i v e df r o mt h es e m i s y n t h e s i ss t r a t e g yo f t e r a oo nc o q l 0a sf o l l o w ： h 筘o h 茹o q c h 3 一：瓴弓 h 3 c o7 f 纯种琶、 j 0 2 p “ o c h $ l t c ”r ( a - 2 ) a - 3 8 下 、1 p l s u o g j d m f ，r h f - 5 c a n m e c n h 2 0 t h ei m p r o v e ds y n t h e t i cr o u t eo f c o q m - v c o q i 0 ( a - d 严 1 本嘶 吣 睇 薹 ，k 四川大学博士学位论文 w i t hc o n t r a s tt ot h ep r e v i o u sr o u t e s ，t h ei m p r o v e ds y a t h e t i cr o u t ew a ss h o r t e n e d a b o u tt h r e es t e p sd u et ot h ei n t r o d u c t i o no f1 ，2 ，3 ，4 t e t r a m e t h o x y - 5 m e t h y l b e n z e n e ( t e m t ) i n s t e a do f2 , 3 - d i m e t h o x y1 , 4 - h y d r o q u i n o n ea st h em a t e r i a lf o rt h es y n t h e s i s o f t h ek e yi n t e r m e d i a t e1 , 4 - d i a l k y l o x y - 2 ，3 - d i m e t h o x y - 6 - m e t h y l 一( 3 - m e t h y l - 4 b e n z e n e s u l f o n y l 一2 - e n y l ) b e n z e n e w i mt h em o d i f i e dr o u t e w eh a v es y n t h e s i z e d c o q l 0s u c c e s s f u l l y , 1 h n m ro f w h i c hi sa g r e e m e n tw i t ht h er e f e r e n c e o f c o u r s e ，t h er e a c t i o no f d e b e n z e n e s u l f o n y l a t i o ni ss t i i io p t i m i z e d 2 t h es y n t h e s i so ft e m t , ak e ym a t e r i a lf o rt h es y n t h e s i so fc o qh o m o l o g sa n d a n a l o g s s e v e r a lr e s e a r c hw o r k sw 翻i em a d ef o rt h es y n t h e s i so f t e m 工 o nt h eo n eh a n d 。w eh a v em a d ed r a m a t i cm o d i f i c a t i o i l sf o rt h ee r e nd ss y n t h e t i c r o u t ef m mp - c r e s 0 1 m o s ti m p o r t a n tf a c t o rs u c ha st h er e a c t i o ns o l v e n t ，c a t a l y s t , c o c a t z l y s to nt h em e t h o x y l a t i o no f2 , 3 6 - t r i b r o m o - 4 m e t h y l p h e n o lw e r er e v i s e d n 圮 m o d i f i c a t i o n sm a k et h es y n t h e t i cp r o c e d u r em o r ea v a i l a b l ea n dc o n v e n i e n ti nt h e p r o d u c t i o n o nt h eo t h e rh a n d ，w eh a v ea l s od e s i g n e dt h ei m p r o v e dr o u t eb a s e do nt h es y p e r l sc l a s s i cr o u t ef o rt h es y n t h e s i so f t e m t 鹪f o l l o w i n g a n dt h e nc a r r i e do u t 。取o h 麓尽吼 p y m g 墨h o l a 2 酗 舯4 a - 2 - b 2 o e l l a t d v l t ( a - 2 ) o u rd e s i g n e ds y n t h e t i cr o u t eo f t e m tb a s e do ns y p e ru s r e p o r t s 四川大学博士学位论文 t h en e wr o u t eh a sf i v es t e p so fr e a c t i o n s s h o r t e n n i n gas t e pw i t hc o n s t r a s tt ot h e c l a s s i cr o u t e e a c hs t e ph a sg o o dy i e l da b o v e9 0 a n dt o t a ly i e l dr e a c ht o6 6 5 t h a tw er e a l i z e dt h es e l e c t i v em o n o b r o m i n a t i o no f c o m p o u n da _ 2 - b 1w i t hh 2 0 2a n d n a b ra n dr e f r a i n i n gf r o mt h eu s eo ft h eh i g h l yt o x i cb r o m i n e ，m a k e st h er o u t e e n v i r o m e n t - f r i e n d l y 3t h ed e s i g n a t i o na n ds y n t h e s i so f af e wo f 6 - h e t e r o c y c l o s u b s t i t u t e dc o q a n a l o g s m t h ep a r to f o u rr e s e a r c hw o r k s 。w ed e s i g n e dt h ef o u o w i n gc o q a n a l o g sa n dt h e n s y n t h e s i z e dt h e mf r o mt e m t a m o n g t h ec o m p o u n d s ，b 2 ，b 3a r en e w c o m p o u n d s 球o 忪邺h s c c r 百 o h 3 h 2 讼 r l 一- c h 2 1 ，l i m h 2 p h p q 3 = c o p h b i - s 3 o u r d e s i g n e d6 - h e t e r o c y c l o - s u b s t i t u t e dc o qa n a l o g s 4 t h es y n t h e s i so f 2 ，6 d i m e t h o x y - i ，4 - b e n z o q u i n o n e ，a na n a l o go f c o qn u c l e u s i nt h ep a r to fo u rr e s e a r c hw o r k s ，w eh a dt h es y n t h e s i sw i t han e wr o u t ef r o m c a n i l l i nf o rt h es y n t h e s i so f2 , 6 - d i m c t h o x y - 1 ，4 - b e n z o q u i n o n e ，8 1 1a n a l o go fc o q n u c l e u sa n do fa n t i - m i c r o b i a la c t i v i t i e sa n dc y t o t o x i c i t yo fb r o a ds p e c t r u m e a c ho f r e a c t i o ni nt h en e wr o u t ei sr e a l i z e dw i t hg o o dy i e l d v - 四川大学博士学位论文 c - 2 c h 3 0 n a c h | o h o l t h es y n t h e t i cr o u t eo f 2 ，6 一d i m c t h o x y - i ，4 - b c n z o q u i n o n e ( c 1 ) i nc o n c l u s i o n , w eh a v ea c c h i v c dt h es y n t h e s i so fc o q l 0 ，f l sw e l la si t sk e y s y n t h e t i ci n t e r m e d i a t e ，t e m t w ea l s od e s i g n e daq u i n o n o i dn u c l e u sa n a l o ga n daf e w o f6 - h e t e r o e y c l o - s u b s t i t u t e dc o qa n a l o g s ，a n dt h e ns y n t h e s i z e dt h e ms u c c e s s f u l l y w i t ht e m ta st h es t a r t i n gm a t e r i a l i nt h er e s e a r c hw o r k ，4 3c o m p o u n d sw e r e s y n t h e s i z e d o fw h i c h7a r en e wc o m p o u n d sa n dt h e i rs t u c t u r e sw e r ee x a m i n e db y l h n m r s p e c t r u m k e yw o r d s ：c o e n z y m eq c o e n z y m eq ot e m tc o c n z y m eqa n a l o g s s y n t h e s i s 声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果。据我所知，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过的研 究成果，也不包含为获得四川大学或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。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谢意。 本学位论文成果是本人在四川大学读书期间在导师指导下 取得的，论文成果归四川大学所有，特此声明。 研究生基字：孑为促 颠摔毵1 。 矗即彳年s - 月3 - 日 四川大学博士学位论文 1 前言 药物化学是一门发现与发明新药、合成化学药物、阐明药物的化学性质， 研究药物分子与肌体细胞及生物大分子之间相互作用规律的综合性学科，也是 连接化学与生命科学并使之融合为一体的交叉学科，是药学领域中的重要的带 头学科【”。 人类早期的药物应用都是将动植物的组织和器官直接入药来进行疾病的治 疗。随着科学和社会生产的发展，尤其是化学科学和化学工业的兴起和发展， 使人们逐渐认识到了药物的化学本质。这时，人类已经开始了自身创制药物的 历史了。一方面，人们不断从早期的动植物药中进行有效化学成分的提取、分 离纯化，确定它们的化学结构本质；另一方面，对已知道化学结构的有效成分 进行合成及结构修饰，合成了大量的结构类似物，然后对它们进行相关的药效 研究。这样，人类发明了大量的、性质和疗效远比其原来动植物中母体成分优 良的新药物。同时，也开始和促进了人们对药物治疗疾病的分子机制的认识， 奠定了药物研究中进行定性、定量构效关系研究理论的基石。 随着现代生物学、细胞生物学、生物化学等的发展，生命现象的本质得到 进一步的认识。药物治疗作用的分子机制，药物和肌体生物大分子之间的相互 作用的研究蓬勃发展，药物作用受体理论建立，与药物作用的靶酶、离子通道 不断被发现、分离出来，成为了进行新的药物研究开发的有力工具。 近年来，由于分子生物学的兴起和快速发展，人类得以从更多的途径来获 取大量有关生命活动的有用信息，许多疾病发生发展的分子机制逐步被深入揭 示，大量的可能作为药物作用靶的酶、离子通道、d n a 、r n a 被发现，其三维 化学结构正逐步阐明。加上计算机科学的发展和组合化学的兴起，为药物化学 未来的发展描绘了美好前景1 2 j 。 辅酶q ( c o e n z y m eq c o q 或c o q n ) ，亦称泛醌( u b i q t t i n o n e ) ，是一类广 泛存在于所有真核生物以及一些细菌( 如革兰氏阴性茵，某些光细菌等) 体内 的具有特征化学结构的脂溶性苯醌类化合物，化学名为：2 ，3 二甲氧基- 5 - 甲基- 6 一 多聚异戊烯基1 ，4 苯醌( 2 ，3 - d i m e t h o x y - 5 - m e t h y l - 6 一d e c a p r e n y l 一1 ，4 - b e n z o q u i n o n e ( 化学结构式见f i g 1 1 ) 。因最初的研究发现该类物质在动物心肌细胞线粒体内 四川大学博士学位论文 具有辅酶样作用又在生物界分布广泛而得名。 c o q 最先是由f e s t e n s t e i n 等1 3 于上个世纪中期( 1 9 5 5 年) 研究用缺乏维生 素a 饲料喂养的大白鼠的内脏组织提取物的紫外光谱时最早发现其存在的。此 外，m o a o n 等【4 】在研究酵母的黄色油状提取物时也发现了该类物质的存在。随 后，科学家们开始了对这种新化合物的分离、纯化和结构鉴定工作。1 9 5 7 年， c r a n e 等【5 】首次从小牛心脏细胞线粒体中提取分离出了c o q l o 的纯品结晶。1 9 5 8 年，w o l f 等 6 1 分析得出了它的化学结构。之后，天然系列的c o q 的化学结构也 相继被鉴定。天然存在的c o q 有许多种。其分子化学结构都可以看成是由两部 分组成，一是都有一个2 ，3 二甲氧基5 甲基一1 ，4 对苯醌的醌核，二是在醌核的6 位上都连接着一个由多个异戊二烯分子首尾连接生成的多聚异戊烯基单元组成 的多烯长链。不同天然c o q 分子的差别就在于该多烯长链的长度，即其中所含 异戊烯基单元的数目( n 值= 1 1 3 ) 不同。c o q 的化学结构与维生素k ，e 具有一 定的相似性，c o q 在某些国家也称为维生素q 。 c o q 。( n 予1 - 1 3 ) 芗i 力爹义一人八 维生素e r 珈 o n = l - 1 3 维生素k 系列 f i g 1 1 t h es t r u c t u r e so f c o q n ，v i a t a m i nea n dv i t a n i nks e r i e s 天然存在的辅酶q 以c o q 6 、c o q 8 、c o q 9 、c o q l o 常见。在大多数生物体内 h 督 ， r 。虬矿。 丫 岫 哪 00可o ；、 四川大学博士学位论文 都存在有一种以上的辅酶q ，但一般都以其中一种为主。大多数哺乳动物以及人 体内存在的主要辅酶q 类化合物是c o q l 0 ，其在人体中的正常总含量约在0 5 一1 5 克川。 天然的c o q 都是疏水性分子，一般都分布在各种细胞膜的疏水性区域，即 磷脂双分子层中间。对其在生物膜中存在构象的研究表明，c o q 的侧链是伸展 位于磷脂双分子层之间，与膜表面平行；其醌核平面或位于磷脂双分子层之间， 或又变化至与磷脂分子的脂链平行，并在这两种主要构象之间进行转换嗍。因此， 天然的c o q 的疏水性对于其在细胞特定的部位发挥相应的生理作用具有重要意 义。 由于辅酶q 类物质起初主要都是从组织细胞线粒体中提取得到的，因此早 期对辅酶q 的生理功能作用的研究主要是针对其在细胞线粒体呼吸链上的电子 传递作用的研究。但随着这方面研究的不断深入，学者们发现辅酶q 还是生物 体内极为重要的抗氧化物质，具有预防和阻断膜蛋白质、脂类和d n a r n a 等 生物大分子的自由基过氧化损伤。近年来的研究进一步揭示了辅酶q 在生物体 及细胞内的多种新的功能作用，如：调控细胞及细胞器代谢水平及膜电位、参 与细胞信号转导及基因的表达调控、调节细胞线粒体渗透转变孔及细胞凋亡， 激活线粒体非耦联蛋白，改善体内血液和血管内皮功能、增强肌体免疫作用等 等f g - 1 0 1 。 c o q 的发现及其生理作用的研究对于相关药物研究和新药开发具有重要意 义。 四川大学博士学位论文 2 课题设计 2 1 课题设计背景：基于辅酶q 生理作用的药物研究 辅酶q 是一类天然存在于所有真核生物细胞膜上的脂溶性物质，其除了在 细胞线粒体呼吸链上作为关键的电子传递体参与有关生物氧化的能量转换过程 外，也同时具有对线粒体和细胞中的生物大分子如蛋白质、酶、膜磷脂、 d n a r n a 等的抗氧化保护作用。近年来的有关研究表明，辅酶q 除了具有上 述作用外，还具有调控细胞生长、代谢、分化，能量分配以及调节肌体免疫、 改善血管内皮系统功能等方面的作用。目前认为辅酶q 对这些功能作用的行使 并不一定是完全由辅酶q 分子本身在细胞膜中实现，而是通过调节控制细胞呼 吸代谢水平、细胞膜膜电位、信号转导及基因表达等来实现的【1 i 】。辅酶q 在生 物体内的代谢产生的小分子水溶性代谢物也可能在其中发挥了直接或间接的作 用。直到目前，对辅酶q 的生理功能及其作用机制的研究揭示是生命科学研究 中的一个热点。 对辅酶q 的结构类似物的合成及其相关联的生物活性作用研究一直是辅酶 q 研究的一个重要方面。通过对这些结构类似物的构效关系研究，一方面进一步 揭示了辅酶q 相关的生理作用的分子机制，另一方面，也从中筛选出了许多具 有很强相关生理药理活性的化合物。其中一些已开发成为临床治疗相关疾病的 药物【l z 1 4 j ( 见f i g 2 - 1 ) 。 塞曲斯特 3 ( e ) ( 2 ，3 c 甲氧基_ 6 - 甲基1 ，4 。 艾地苯醌( c v - 2 6 1 9 ) 对苯醌2 ) 基- 2 - 壬基丙烯酸 f i g 2 - 1 一些已作药用的c o q 结构类似物 2 1 1c o q 电子传递作用的构效关系研究 对于辅酶q 与呼吸链上有关酶的相互作用的构效关系，数十年来学者们进 行了较多研究。由于研究使用的与c o q 相互作用的酶数量多，又分别来自不同 洲 y 。 一 ， ， 八晶 v0。 o k 、丁， 四川大学博士学位论文 种属的生物，而且每个酶上又都存在一个以上的c o q 结合位点，因此情形比较 复杂，至今仍然没有比较详尽和清晰的综合性报道。但基本可以归纳如下： ( 1 ) c o q 侧链的影响【l 1 0 3 ：c o q 的侧链是决定分子脂溶性的因素，天然的 c o q 物质的侧链一般都具有6 个以上的异戊烯基单元，都具有很高的脂溶性， 这样使得分子可以定位在细胞膜中疏水性部位。侧链的双键存在与否对上述酶 的活性没有明显的影响，但是，若双键构型发生变化或被环氧化，以及邻近醌 核的侧链上存在羟基后，则分子的上述活性大部分或全部消失 ( 2 ) 醌核结构的影响：醌核是c o q 分子担负电子传递功能的具体结构部位。 醌核上的取代基对醌核本身的氧化还原电位有一定的影响，醌核的完全取代可 避免了其在体内可能发生的亲电反应。醌核上取代基对与其与上述酶的结合作 用有很重要的影响。不同种属的生物细胞中上述不同的酶的空间构象也都具有 较大差异。如对于小牛心脏细胞中的n a d h 脱氢酶的醌核结合部位，o h s h i r n am 掣1 7 】研究显示一些醌核上进行了较大基团取代的c o q 类似物，也并没有造成对 n a d h 脱氢酶活性产生太大影响，但是，其琥珀酸脱氢酶活性对醌核结构的要 求却比较严格。醌核上5 甲基对与琥珀酸脱氢酶活性无太大影响，而对n a d h 脱氢酶有明显影响。当5 甲基换成为卤素或羟基取代后，其电子传递活性消失， 并且表现出显著的竞争性拮抗作用【l 明。 2 i 2 抗代谢药物研究 在上个世纪六十年代末，s k e l t o n 掣1 9 】在研究中发现象p e r i c i d i n s 、以及氯喹 类抗疟药物等在体外实验中都表现出显著的拮抗动物细胞c o q 的电子传递功能 的作用。由于之前它们在疟原虫体内也发现了c o q 的存在，因此认为氯喹类抗 疟药物可以通过这种拮抗作用而发挥其抗疟药效，c o q 在病原生物体内的电子 传递过程可以成为药物作用的靶点。随后，学者们开始了针对拮抗病原生物体 内c o q 生理功能的抗代谢药物的研究。合成了许多c o q 类似物进行了有关构效 分析，结果表明：( 1 ) 醌核5 位取代为羟基时，拮抗活性增高，氯原子取代次 之，溴原予以及甲氧基取代时，拮抗活性很弱；( 2 ) 侧链长度在2 0 个碳原子左 右时有利于分子表现出拮抗作用；( 3 ) 醌核上甲氧基成环反而使得拮抗活性降 低，而当成喹啉环结构时，活性显著增强；( 4 ) 在侧链上引入硫原子，可以使 四川大学博士学位论文 得分子拮抗活性增强的同时，动物体内毒副作用大大减小 下列一些c o q 的结构类似物分子( 见f i g 2 - 2 ) 在体外实验和动物实验中都表 现出很好的选择性拮抗活性 2 0 - 2 2 。 c 1 8 h a 5 3 9 2 2 6 - 8 1 83 5 1 8 2 4 8 - 0 c c q f i g 2 - 2 具有抗病原微生物作用的c o q 结构类似物 基于这种抗代谢药物的研究思路，一些学者也进行了具有抗肿瘤活性的 c o q 结构类似物的合成研究，发现了一些具有很强抗肿瘤活性的分子( 见 f i g 2 3 ) ，其抗肿瘤活性已经与目前临床上使用的药物如玫瑰树碱、m d a z o n e 等 相当田创。它们在小鼠实验中可以使其体内肿瘤完全消退。近年来的研究又发 现一些具有抗肿瘤活性的c o q 类似物分子体内具有抑制核苷酸转运与合成的作 用【2 5 1 。 o 6 4 7 0 4 0 9 2n s c 2 5 2 1 8 8 f i g 2 - 3 具有抗肿瘤活性的c o q 结构类似物 o h p h y t v , o n s c 2 7 7 8 1 8 2 1 3 体内抗氧化或功能模拟的药物研究 在c o q 的早期研究中人们发现一些疾病如心脏病、肌肉组织营养不良疾病 患者以及模型动物体内血液中和相应组织细胞中c o q 的含量都明显低于正常人 和动物的水平【2 6 j ，而一种c o q 的衍生物h y d r o h e x a c o e n z y m e q 4 不仅在体外实验 中具有一定的电子传递活性，而且其在动物和人体内应用后也都表现出了对贫 血、肌肉组织营养不良等疾病具有很好的治疗作用 2 7 - 2 8 。当时认为可能是由于 _lj_ir 一 ， 计 t ， s r o i 人 i o r i i j 舯 舯 四川大学博士学位论文 h y d r o h c x a c o c n z y m c q 4 具有抗氧化活性，进入体内后发挥该功能从而减少了患者 体内组织细胞中天然c o q 的破坏，从而间接发挥了内源性c o q 的作用。由于天 然c o q 在当时不可能大量获得，而合成h y d r o h c x a c o e n z y m e q 4 也很困难，因此 进行了相关结构改造以获得具有相似活性而又容易大量制备的类似物分子用于 上述有关疾病的治疗。新药艾地苯醌口1 】即在这类研究中被发现，体外实验研 究显示具有和天然c o q 相似的电子传递活性和抗氧化作用。体内应用后可明显 改善由于脑神经细胞线粒体功能衰退引起的有关疾病症状，自1 9 8 6 年首先在日 本开始投入临床作为药物使用。另外一个合成的c o q 结构类似物3 ) ( 2 ，3 - 二 甲氧基6 - 甲基1 ，4 对苯醌2 ) 基_ 2 壬基丙烯酸也作为抗氧化保护剂也在日本上 市作为治疗肝脏疾病如肝硬化、各种肝炎的保肝治疗药物【3 2 1 。 如前面构效关系分析，该类模拟活性药物的类似物开发一般都是通过对侧 链的结构修饰，或在其中引入适当的官能团以达到对特定组织器官病变部位的 治疗。 近年来，由于发现一些人体疾病如神经系统、肌肉组织系统退行性疾病等“ 的发生发展与体内相关组织细胞线粒体结构的过氧化破坏有关，因此进行了具 有线粒体靶向作用的抗氧化保护药物的研究开发。其中，m 渤q u i n o n e 【2 9 】作为c o q 结构类似物( f i g 2 q ，在其侧链上引入了一个三苯基磷基团后，当其进入体内后， 由于该基团的作用，可定向分布于细胞线粒体内膜上，发挥其抗氧化保护作用， 避免由于疾病或衰老过程中引起的细胞线粒体中有关生物大分子的过氧化损 伤。 r p p h 3 o f i g 2 _ 4m i t o q u i n o n e s 2 1 4 其它有关研究 在c o q 结构类似物的药物活性研究中，除了主要进行了上述两方面的研究 外，一些学者也发现其中一些类似物分子也具有另外的一些药理活性。如在上 四川大学博士学位论文 世纪八十年代中期合成的一些醌核6 - 位用杂环取代的类似物分子，就具有显著 抗血小板聚集、扩张血管、抗脂质过氧化及强心作用1 3 0 。另外一些类似物还具 有抗缓激酶和5a - 脂氧酶的作用【3 ”。 近年来一种新药一塞曲斯特 3 6 1 ( s 唧叻d a 哟的出现即说明学者们在这方面的 研究上所取得的成果。塞曲斯特( 见f i g 2 ) 作为c o q 的结构类似物，是一种新 型、强效的血栓烷a 2 ( t x a 2 ) 拮抗剂。体外具有很强的抗血小板聚集的活性，临 床应用显示有良好的抗过敏、抗哮喘作用。 c o q l o 这种人体内主要的c o q 物质，自上世纪七十年代开始及作为药物逐 步投入临床使用口“。在多种心血管疾病、神经肌肉组织退行性疾病、口腔疾病、 肿瘤、代谢性疾病、肿瘤、爱滋病等等都具有显著的治疗或辅助治疗效果d 2 x s l 。 与他汀类或其它一些药物合用可以抵消这些药物的副作用，发挥协同治疗的效 果。同时，c o q w 也开始逐步在营养保健和美容方面开始广泛应用。其在抗衰老 方面的应用研究也显示出了诱人的前景。 四川大学博士学位论文 2 2 辅酶q l o 及其重要合成中间体( t e m t ) 的合成设计 辅酶q 1 0 分子化学结构可以看成是由两部分组成，一是有一个2 ，3 二甲氧基 - 5 一甲基- 1 ，4 - 对苯醌的醌核( 母核) ，二是在醌核的6 位上都连接着一个由l o 个 异戊二烯分子首尾连接生成的十聚异戊烯基的多烯长链( 即5 0 c 侧链) 。该侧链 含有5 0 个碳原子及十个双键。除末端双键外，其余双键全为反式结构，且两两 相邻双键之间间隔两个饱和的碳原子( 化学结构式见前言中) 以一般的化工小 分子原料来从头构建合成该长链进而合成辅酶q i o 的方法称为全合成法。而以一 种从烟草或其它植物叶中提取到的已经含有由九个异戊二烯分子以同样方式聚 合而成的长链醇1 3 6 j ( 茄尼醇，英文名为：s o l a n e s 0 1 ) 为原料来构建合成其侧链， 进而合成c o q t 0 全分子的方法称为半合成法。显然，其半合成要比全合成要容易 实现得多。虽然其化学全合成自上世纪八十年代开端以来也取得了很大进展， 但是由于其合成路线冗长，很多反应试剂昂贵，合成路线、技术方面研究还远 不够成熟，因此就目前来看仍还不大可能实用于工业生产。而其化学半合成法 自上个世纪五十年代末开始以来学者们对其进行了大量研究，各种合成策略和 相关合成路线相继提出，有关合成路线及工艺不断得到改进和完善。一些合成 路线和工艺已经在国外投入了工业化应用【3 9 】。我国是一个烟草大国，每年卷烟 生产都产生大量的烟叶废料。目前，国内从废烟叶中提取茄尼醇己实现了工业 化生产p ”。我们因此拟进行c o q l o 的化学半合成研究，对现有的合成制备路线 和相关工艺进行改进研究，探索一条适合国情的c o q l o 的化学半合成路线，为我 国的c o q l 0 的工业化生产作出贡献。 从近五十年来的c o q l 0 的合成情况来看，合成工作基本上是围绕着醌核的合 成、侧链的构建修饰以及二者的连接方法研究来进行的。在半合成方面r u e g gr 、 t e r a os 、y o s h i z a w a t 和v o n l i e m t w b s 等分别提出了各自不同的合成策略，他 们的最初合成路线是具有开端性的工作。后来的学者纷纷通过对他们的初始工 作的不断改进，达到尽可能减少反应步骤，缩短反应路线，改善各步反应条件， 提高反应收率以达到进行生产应用的目的。这些研究中应用了一些新的反应类 型和试剂，较好地解决了部分上述问题。直到目前，国内外学者对于c o q l o 的化 学半合成路线进行改进、完善和提高仍然在进行之中近年来，国内在这方面 四川大学博士学位论文 进行了大量研究，也取得了一些成果。 r u e g gr 等【3 8 1 在1 9 5 9 年提出的合成路线( 见f i g 2 5 ) 代表了c o q l o 的一种 最经典的半合成策略，即先将茄尼醇进行扩链增加一个异戊烯基单元转变成十 聚异戊烯基( 伯) 醇，然后在l e w i s 酸催化下与2 ，3 二甲氧基5 甲基1 4 氢醌进 行f r i e d e l - c r a f t s 反应引入该侧链，继而再氧化得到c o q i o 。 “飞一7 、7 7 等8 丫7 、7 篙豢坠 v 丫c 面i - 1 5 c n a 吖o h _ 1 、旦8 v “v 1 j e t 2 0 、 i7 l o 1 ) c h 3 c o o k 2 ) k o h h 2 l k t d | m c a t a l y s t 胁r 弋1 l h o f i g 2 5 r u e g gr 等在1 9 5 9 年提出的合成路线 作者用该路线合成出的c o q l o 经鉴定具有同从猪心脏组织提取物中得到的 c o q l o 具有完全相同的结构特征，从而也辅证了天然c o q l o 的化学结构。但是该 合成策略在应用上有两个主要问题，一是茄尼醇链参与的反应过多，二是醌核 供体2 ，3 二甲氧基5 甲基1 ，4 氢醌的制各、保管使用很不便。在作者报道的最初 合成路线中，单是将茄尼醇进行扩链成十聚异戊烯基伯醇的反应就经过了至少 七步反应。但是茄尼醇以及其溴化物等中间体的化学性质也都不甚稳定，在长 时间的光照、酸、碱等一般条件下都很可能发生异构化、双键移位及聚合变化。 在进行扩链的每一步反应操作中，都有可能发生上述的这些变化，而这些生成 1翳 吖o 显 一 四川大学博士学位论文 的异构体或结构同产物物理化学性质也非常相近的副产物在处理时也极难分离 除去，造成各步产物都很难纯化。因此对茄尼醇原料的消耗极大，而收效也不 好。同时，由于十聚异戊烯基伯醇与2 ，3 - 二甲氧基5 甲基1 ，4 氢醌的连接是通过 f r i e d e l - c r a f t s 反应在z n c l 2 的催化下进行的，虽然作者在报道中也没有提及产物 侧链双键因此而发生的产物异构化及生成比例，但后来的研究表明，在这种反 应条件下，异构化肯定会发生。因此其仅该步反应报道收率就很低，仅1 6 。 另外，虽然2 ，3 一二甲氧基- 5 - 甲基1 4 氢醌可以通过由2 ，3 二甲氧基5 甲基 一i ，4 一对苯醌经多种还原剂还原得来，然而其纯化处理也非常麻烦。文献口9 1 中认 为，只有通过用催化氢化法得到的氢醌方才便于进行纯化，而且其反应过程中 以及反应完后的整个处理过程、重结晶纯化以及使用过程都必须在氮气保护下 进行。从综述中我们也可以看到，虽然已经多年的研究，2 ，3 二甲氧基5 。甲基1 ，4 对苯醌的制备已不成问题，但是也存在或制各路线过长，或反应收率偏低。这 样都将使得整个c o q l o 的合成工作变得复杂，原料、人力成本增高、