（药物化学专业论文）固相有机合成与裂解反应动力学研究.pdf

山东人学硕士学位论文 6 d c m d e a d d i a d f t i r h p l c m s h r l o g p m c t r a i n p h 3 p s n 2 s p o s t e a t f a t l c t y r 符号表示 二氯甲烷 偶氮二碳酸二乙酯 偶氮二碳酸二异丙酯 傅立叶变换红外光谱 高效液相色谱质谱 小时 亲水亲油平衡值 汞铬碲检测器 分钟 三苯基磷 亲核取代 固相有机合成 三乙胺 三氟乙酸 薄层色谱 酪氨酸 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导 下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科 研成果。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。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：堡龇 日期： 垫：生：q 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印 刷件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可 以将本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、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论 文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 酣冉冉 新签名：闺良日期：2 时哔2 0 山东大学硕士学位论文 固相有机合成与裂解动力学研究 中文摘要 组合化学是根据组合原理在短时间内将不同构建模块以共价 键系统地、反复地进行连接，从而产生大批的分子多样性群体，形 成化合物库( c o m p o u n dl i b r a r y ) ；然后，运用组合原理，以巧妙的 手段对化合物库进行筛选、优化，得到可能的有目标性能的化合物 结构的科学，是一门将化学合成、组合理论、计算机辅助设计及机 器人结合为一体的技术。 就合成技术而言，组合合成的方法包括固相合成和液相合成两 种。就合成方法来说，组合合成分为混合均分法、平行合成法以及 混合试剂合成法等。 固相载体上合成多种小分子有机化合物库在组合化学研究领 域已成为非常重要的一项技术。其关键组成部分，固相载体与化合 物的连接分子l i n k e r 在固相有机合成( s p o s ) 上起着非常重要的 作用。在从酸敏感l i n k e r 上裂解化合物的时候，一般常用的裂解试 剂是三氟乙酸( t f a ) 溶液。然而三氟乙酸在使用蒸发方法将其从 最终产物中除去时是难以实现完全消除的。残留的t f a 存留在产 物中，经过贮存过程以及溶剂的挥发，使之浓度升高，这种高浓度 的酸可能会使产品分解变质。还有研究发现，1o 10 0 n m 浓度的t f a 作用于胎鼠的造骨细胞，在2 4 h 后能抑制细胞增殖以及减少胸腺嘧 啶脱氧核苷的生成。在对关节软骨细胞和幼鼠头盖骨成骨细胞的培 养过程中也发现了类似的结果，表明t f a 并不只对一种细胞有毒 性。所有这些发现表明在高通量筛选中，残留的微量t f a 能引起 严重的假阳性或假阴性的结果，因此必须寻找t f a 的替代物来解 决这一问题。相比之下，作为一种生物兼容性比较好的试剂，h c i 比较容易从产物中除去，利用简单挥发的方法就可实现。即使在产 物中有残留，也不会降解产物或对以后的生物活性筛选产生影响。 山东大学硕士学位论文 因此，如果盐酸溶液可以进行这种酸敏感l i n k e r 的裂解反应以取代 t f a ，将是一个非常好的裂解试剂，对树脂的再生也有重要的意义。 本课题通过监测动力学过程，首次详细研究h c i 作为裂解试剂在固 相有机合成裂解反应中的应用。 官能团的转化在有机合成反应中占有非常重要的地位，它不仅 关系到合成步骤的选择，还直接影响产物的纯度以及产率。 m i t s u n o b u 反应是有机合成中比较常用的用来进行官能团转换的反 应，因为它的反应条件比较温和，使反应较易进行。它是在三苯基 磷( p h 3 p ) 和偶氮二碳酸二乙酯( d e a d ) 或偶氮二碳酸二异丙酯 ( d i a d ) 作用下，伯醇、仲醇与酚发生亲核取代反应，称为 m i t s u n o b u 偶联反应，是生成混合醚的一种重要方法。m i t s u n o b u 反应已经被证明是一个有效形成c o ，c n ，c c ，c x 键的方法。 其优点是：反应条件温和：立体选择性好；适用于带各种官能团的 底物。反应条件温和以及很好的立体选择性使它成为有机合成上非 常重要的合成方法，在组合合成上有很高的利用度。尽管如此， m i t s u n o b u 反应也有一些局限，比如通过此反应制得醚类化合物的 反应产率不是很高( 文献报道在6 0 8 0 居多) ，而且纯化的方法 对化合物库的合成不太现实。 傅立叶变换红外光谱( f t i r ) 仪是现代化学试验最常规的分析 仪器之一，广泛用于有机合成的定性及定量分析，近年来f t i r 分 析及其新技术在s p o s 中的应用非常广泛。f t i r 分析可以很方便地 用于固相有机反应研究的各个阶段，包括表征固载化合物、实时跟 踪检测反应进程、固相反应动力学研究等。与t l c 在液相分析中 的作用一样，f t i r 已经成为固相有机化学中最便利、最实用的分 析方法。 关键词：固相有机合成；动力学研究；裂解；m i t s u n o b u 反应 2 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t c o m b i n a t o r i a lc h e m i s t r y ，a sa ne n a b l i n gd i s c o v e r yt e c h n o l o g y ，w a s w i d e l yi m p l e m e n t e di nd r u gd i s c o v e r ya n do t h e rr e s e a r c hd i s c i p l i n e s i nt h e9 0 so fl a s tc e n t u r y s y n t h e s i so fd i v e r s eo r g a n i cc o m p o u n d l i b r a r i e so ns o l i d s u p p o r t s h a sb e e na k e ym e t h o d o l o g y i n c o m b i n a t o r i a lc h e m i s t r ya sa p p l i e df o rd r u gd i s c o v e r y o n ec r u c i a l c o m p o n e n to fs o l i d - p h a s eo r g a n i cs y n t h e s i s ( s p o s ) i st h el i n k e r s t r a t e g y v a r i o u sl i n k e r s ，s u c ha sa c i d - ，b a s e - ，o rp h o t o - c l e a v a b l e l i n k e r s ，h a v eb e e nd e v e l o p e dt oa c c o m m o d a t es y n t h e s i sa n dt h e c l e a v a g er e a c t i o n s a m o n gv a r i o u sl i n k e r sa n dc l e a v a g es t r a t e g i e s ， t h e a p p l i c a t i o n o fa c i d l a b i l e l i n k e r st h a ta r ec l e a v e db y t r i f l u o r o a c e t i ca c i d ( t f a ) i sp r o b a b l yt h em o s tp o p u l a ra p p r o a c h h o w e v e r ，t f ai sd i f f i c u l tt or e m o v ec o m p l e t e l yi nt h ef i n a lp r o d u c t s b ya v a i l a b l ee v a p o r a t i o nm e t h o d s t h er e s i d u a la m o u n tt f ai nt h e p r o d u c t c a nb e c o m eh i g h l yc o n c e n t r a t e dw h e nt h ec o m p o u n di s s t o r e da ss t o c ks o l u t i o no rd r i e dc o m p o u n d i nt h ep r e s e n c eo ft f a ， c o m p o u n d sw i t ha c i ds e n s i t i v es c a f f o l d sa r ed e g r a d e dw i t h t i m e f u r t h e r m o r e ，t f aa tac o n c e n t r a t i o no f10t o10 0n mr e d u c e de e l l n u m b e r sa n ds o m er e s e a r c hs h o w e dt h a tt h et o x i ce f f e c to ft f ai sn o t s p e c i f i ct o o n ec e l l t y p e o rt oo n es p e c i e so fo r i g i n w h e nt h e a c t i v i t i e so ft h et f aa n dh c lw e r ec o m p a r e di no s t e o b l a s t s ，c e l l p r o l i f e r a t i o nw a sc o n s i s t e n t l yl e s sw i t ht f a ，r e s u l t i n gi nf a i l u r et o d e t e c t a p r o l i f e r a t i v e e f f e c to r w r o n g l y a t t r i b u t i n g a n a n t i p r o l i f e r a t i v ee f f e c t t h i sf i n d i n gi n d i c a t e dt h a tt f am a yc a u s e s e r i o u sf a l s e p o s i t i v e o rf a l s e n e g a t i v ep r o b l e m s i nc e l l b a s e d 山东大学硕士学位论文 h i g h t h r o u g h p u ts c r e e n i n g a n dh c i ，o nt h eo t h e rh a n d ，i sa b i o l o g i c a l l yc o m p a t i b l er e a g e n t i n t h i sw o r k ，w ec h o s e18s o l i dp h a s ec o m p o u n d st oe x p l o r et h e f e a s i b i l i t yo fu s i n gh c la sa na l t e r n a t i v ei na c i dc l e a v a g er e a c t i o n s h c ii sv e r y e a s yt or e m o v ec o m p l e t e l yf r o ms a m p l e sa n di td o e sn o t c a u s et o x i ce f f e c ti nc e l la s s a y s i nt h i si n v e s t i g a t i o n ，w es t u d i e dt h e c l e a v a g er e a c t i o nk i n e t i c s o fa na r r a yo fd i v e r s ec o m p o u n d su s i n g s i n g l eb e a df t i rm i c r o s p e c t r o s c o p y t h e s ec o m p o u n d sw e r el i n k e d t o2 p s d v br e s i n st h r o u g ht h r e ec o m m o n l yu s e d l i n k e r sa t d i f f e r e n th c ic o n c e n t r a t i o n s m o s tc o m p o u n d ss t u d i e di nt h i sw o r k c a nb ee a s i l yc l e a v e du s i n gl o wc o n c e n t r a t i o no fh c i ( 0 9 2 3 ) a n d l e s st i m e ( 6 0 - 9 0m i n ) t h e r e f o r e ，o u rk i n e t i c ss t u d i e s e s t a b l i s h e d h c la sab i o c o m p a t i b l e ，r e m o v a b l ea n de f f e c t i v es u b s t i t u t ef o rt f a w h e nf i n a lc o m p o u n d sa r eu s e df o rb i o l o g i c a ls c r e e n i n ga n dd r u g d i s c o v e r y t r a n s f o r mo ff u n c t i o n a lg r o u p sp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei no r g a n i c c h e m i s t r yw h i c hw eo f t e nu s ei ns y n t h e t i cp r o c e s s t h em i t s u n o b u r e a c t i o n i s e x t e n s i v e l y u s e di n o r g a n i cs y n t h e s i s u n d e rm i l d c o n d i t i o n sf o rt h ef u n c t i o n a l i z a t i o no f a l c o h o l sa n dr e l a t e d c o m p o u n d s i ti se a s y t op u r i f yt h ep r o d u c t st h a nt h es o l u t i o n 。p h a s e r e a c t i o n sb e c a u s et h ep h o s p h i d ec a nb er e m o v e db yf i l t r a t i o nf r o m t h ep o l y m e r b o u n dp r o d u c t s s o l i dp h a s em i t s u n o b ue t h e rf o r m a t i o n c a nb eu s e di nt h ed e s i g na n ds y n t h e s i so fc o m b i n a t o r i a ll i b r a r i e si n m a n y d i f f e r e n tw a y s h o w e v e r ，e t h e rf o r m a t i o n v i am i t s u n o b u r e a c t i o nw a s c o m p l i c a t e db y l o w y i e l d s ，t h e n e e d f o r c h r o m a t o g r a p h i cp u r i f i c a t i o nm a d et h i sr o u t ei m p r a c t i c a lf o rl i b r a r y g e n e r a t i o n b e s i d e st h ec o n d i t i o n st h e y u s e da r ev a r i e d ，i ti sn o t s u r p r i s i n gt h a ta l m o s ta l lo ft h es o l i d - p h a s ee x p e r i m e n t a lp r o t o c o l s 4 山东大学硕士学位论文 d e s c r i b e dt od a t ea d v o c a t ed i f f e r e n to p t i m a lr e a c t i o nc o n d i t i o n s h e r ew es t u d i e dt h eo p t i m i z e dp r o c e s sb e t w e e nw a n gr e s i na n da p h e n o lt h r o u g hi t sy i e l d sa n dk i n e t i ci n v e s t i g a t i o n ，a l s ow ea p p l i e di t t oas e to fp h e n o l s f i n a l l yw ef o u n dt h a tm o s tp h e n o l sc o u l dr e a c t w i t hw a n gr e s i ne x c e p to n ew h o s el o g pi sv e r yb i g m o r e o v e rw e f o u n dt h a ts p a t i a lh i n d r a n c eo np h e n o l sh a sn oe f f e c t f t i rm i c r o s p e c t r s c o p yt e c h n o l o g yh a sb e e nu s e di n m o n i t o r i n g s o l i dp h a s eo r g a n i cs y n t h e s i s ( s p o s ) ，i ti sv e r yp o p u l a rb e c a u s ei t i s v e r yc o n v e n i e n t ，f a s ta n ds i m p l e i tc a nb eu s e dt od e t e r m i n a t i o no f t h ep r e s e n c ea n dt h el o a d i n g so ff u n c t i o n a lg r o u p sa n dc o n f i r mt h e o c c u r r e n c ea n dc o m p le t i o no fr e a c t i o n so nr e s i n s i tc a ns u p p o r ti n s h o r t e n i n gt h es o l i d - p h a s es y n t h e s i so p t i m i z a t i o nt i m ec o n s u m i n gi n c o m b i n a t o r i a lc h e m i s t r y t h i st e c h n i q u ea l l o w st h ed i f f e r e n t i a t i o no f f u n c t i o n a lg r o u p so fr e s i n - b o u n dc o m p o u n d sw i t hm i n o rs t r u c t u r a l d i f f e r e n c e s i nt h i ss t u d y ，w eh a v ea p p l i e dt h i s t e c h n i q u et ot h e d e t e r m i n a t i o no fp r o d u c ti d e n t i t ya n dr e a c t i o nt i m ec o u r s eo ns o l i d s u p p o r t sb ya n a l y z i n gas i n g l er e s i nb e a d k e y w o r d s ：s o l i dp h a s es y n t h e s i s ；k i n e t i cs t u d y ；c l e a v e ；m i t s u n o b u r e a c t i o n 山东大学硕士学位论文 第1 章引言 组合化学( c o m b i n a t o r i a lc h e m i s t r y ) 是近几十年逐渐发展并 成熟的一门学科，其概念和技术己被广泛接受，并应用于许多科学 研究领域。化学家们称之为21 世纪的化学合成，并将其列为科学 研究领域的九大突破之一。 组合化学的定义可以概括为：一门将化学合成、组合理论、计 算机辅助设计及机器人结合为一体的技术。它根据组合原理在短时 间内将不同构建模块以共价键系统地、反复地进行连接，从而产生 大批的分子多样性群体，形成化合物库( c o m p o u n d l i b r a r y ) ；然后， 运用组合原理，以巧妙的手段对化合物库进行筛选、优化，得到可 能的有目标性能的化合物结构的科学。组合化学的创立与发展始于 新药研究的需要。上世纪6 0 年代初期，m e r r i f i e l d 1 】建立的固相多 肽合成法为组合化学方法的建立奠定了基础，而多肽合成仪的出 现，使该方法成为一种常规手段。上世纪8 0 年代中期，g e y s e n l 2 】 用9 6 孔板在高分子链上首次合成多肽成功，标志着组合合成的开 始。随着分子生物学研究的突破一一高通量筛选技术的发展，新药 开发所需要的新分子实体的数目越来越多，科学家们把注意力从寻 找天然产物转入合成大数目的化合物群一一化合物库。化学库是由 诸多具有不同属性的有机化合物组成的，组合化学就是一种合成化 合物库的技术。运用这项技术，不同系列的合成砌块一一反应成分 有序地排列起来以组成大系列的多样化分子实体群。 组合化学是建立在高效平行的合成之上，这种合成方法步骤有 限但生成的化合物库内包含大量的化合物。组合合成的本质是快速 产生大量化合物。组合合成速度的实现在于摒弃了在有机合成中被 固守的规则，即把所有的化合物和中间体完全纯化与表征的规则， 取而代之的是使用可靠的化学反应以及简单而有效的纯化方法 【3 - 6 1 。 山东大学硕士学位论文 1 1 发展历史 组合化学起源于药物合成，继而发展到有机小分子合成、分子 构造分析和分子识别研究等领域。以往有些化学家一次只生产一种 化合物，一次只发生一个反应。例如化合物a 和化合物b 反应得到 化合物a b ，在随后的反应后处理中将通过重结晶、蒸馏或其它方法 进行分离纯化。与此相反，组合化学能够对化合物a l 到a n 与化合 物bl 到b n 的每一种组合提供结合的可能。组合合成的范围非常广 泛，可以使用液相或固相技术以平行方式或混合物方式来独立地生 成这些产物。 组合化学是在固相合成多肽基础上发展起来的一项快速合成新 技术。传统的药物研制方法是根据天然先导化合物，逐个地进行合 成、纯化，然后进行结构鉴定、生物活性测定等，一般每推出一个 新药约需6 10 年的时间，耗资也相当大，而且周期长、成本高。 随着酶和受体作为药物治疗靶点的不断阐明，药物自动化快速筛选 方法的不断出现，筛选的效率已非常高，但样品的来源却远远跟不 上，科学家们便把注意力转入合成大数目的化合物群，即化合物库。 组合化学技术由此应运而生。 上世纪6 0 年代初期，m e r r i f i e l d l 2 】建立的固相多肽合成法为组 合化学方法的建立奠定了基础，而多肽合成仪的出现，使该方法成 为一种常规手段。上世纪8 0 年代中期，g e y s e n 1 】用9 6 j f l 板在高分子 链上首次合成多肽成功，标志着组合合成的开始。19 91 年，混合裂 分合成法【7 1 的提出标志着组合化学的研究进入了一个飞速发展的 阶段。为了确定混合物的成分，合成物密码标记和解密技术以及产 物追踪技术也逐渐地发展起来。至上世纪9 0 年代初，以合成小分 子为主的平行单分子合成技术有了很大的发展，并成为组合合成 的主要技术。 组合化学的创立与发展，始于新药研究的需要。上世纪8 0 年代 末，组合化学合成开始应用于新药开发领域。随着分子生物学研究 山东大学硕士学位论文 的突破，即高通量筛选技术的发展，新药开发所需要的新分子实体 的数目越来越多，科学家们把注意力从寻找天然产物转入合成大数 目的化合物群，即化学库。组合化学就是种合成化学库的技术， 运用这项技术，不同系列的合成砌块一一反应成分可有序地排列起 来，从而组成大系列的多样化分子实体群。至9 0 年代后期，组合 化学技术被进一步推广应用于新材料和新型催化剂的研究。 组合化学是一门交叉性科学，它以有机化学为基础，与生物化 学、药物化学密不可分，并涉及到数学、物理学、计算机等多门学 科，是这些学科与合成化学的完美结合。目前，分子生物学、分子 图形学以及计算机科学等学科、人类基因组计划，都为药物设计提 供了大量的有用工具和高选择性新分子靶标；应用电子信息技术生 成和贮存的虚拟组合库，使得库内化合物具有了尽可能大的化学多 样性，增加了组合库的命中率。组合化学作为合成药物的一种全新 思路和可行方法，今后更深入的发展方向是：除构建分子多样性化 合物库外，还应提高生物检测效率和水平，发展直接测定结构的技 术，实行合成和筛选一体化，组合化学与计算机一体化，改革、发 展现代生物筛选技术并进行标准化等。 组合和平行合成方法的发展推动了用于医药工业中先导化合物 的发现和高通量药物化学的化合物库的制备。仅仅经历短短十多年 的发展，组合化学技术已经取得了令人瞩目的进展；虽然作为一个 科学研究新领域，它还存在着一些有待完善的问题。例如，化合物 库结构设计智能化、组合合成自动化、结构分析过程同步化、超微 量活性化合物的快速检出等。然而，科学家在这个新的研究领域里 已经取得的成绩让人们乐观的相信，组合化学技术将在更广阔的科 学领域中发挥更大的作用。 1 2 组合合成技术 组合合成是组合化学的基础，也是它的第一个环节。所有的组 合合成都包括化合物库的制备、库成份的检测及目标化合物的筛选 9 山东大学硕士学位论文 三个步骤。在过去十多年，在药物发现与其它研究领域，组合化学 技术一直是一个最重要的技术。就合成技术而言，化合物库的制备 既可以通过液相也可以通过固相来完成，因此，组合合成的方法包 括固相合成和液相合成两种。 1 2 1 固相合成 到目前为止，组合化学领域中大部分重要成果还是由固相技术 来完成的 8 - 12 】。固相反应中，由于反应中间体是键连在载体上的， 所以可不经萃取、浓缩和纯化就能快速地从混合物中分离出来。因 此，固相合成在多步重复合成反应方面有着特殊的优势。相对于液 相合成，固相合成所得产物较易纯化( 直接过滤即可) 、收率较高 ( 通过使用过量的溶剂来实现) 、较易实现自动化，如果使用混分 法可得到等分化合物。 固相合成是m e r r i f i e l d 【2 】利用树脂作为载体合成多肽的基础上 发展起来的。固相有机合成( s p o s ) 涉及多步有机反应，其中包 括将反应物键合于高分子载体上的反应和选择适当溶剂从树脂上 裂解产物，其原理如下图所示，其中a 为通过适当连接桥( 1 i n k e r ) 键连在树脂上的反应物组分，b 、c 为可溶性反应物，分别与a 和固 载化中间体a b 反应形成键合于载体上的产物a b c ，然后用适当 裂解试剂裂解即可得到产物( 图1 1 ) 。 争z - 唰。8 l 1 丁 令f 。8 一型，胁c 3 4 图1 1 固相有机合成一般路线 固相有机合成( s p o s ) 具有以下特征【13 】：1 ) 大大简化反应后 处理操作，反应完毕，只需简单过滤，用溶剂冲洗过量的试剂和未 1 0 山东大学硕士学位论文 反应原料，从而省略了费时、麻烦的分离纯化操作；2 ) 可充分利 用热力学和动力学因素促进反应，形同条件下，固相反应不如液相 反应完全，且反应条件不宜苛刻( 如高温) ，但可增加廉价反应试 剂促使反应完全，过量的试剂可简单地用溶剂冲洗，过滤清除；3 ) 稀释原理的应用，交联度高而负载低的树脂( 衍生化官能团 o 8 m m o l g ) 中，反应位置相对分离，相当于在浓度较低的体系中 进行反应，可抑制一些副反应，如固载化的产物分子间相互隔离， 从而避免了自身相互作用，这对于合成某些易聚合的产物是十分有 益的；4 ) 易于实现自动化，多中心同步合成( m u l t i p l ep a r a l l e l s y n t h e s i s ) 与组合库的建立都离不开合成方法自动化；5 ) 有毒反 应物键合于固相载体上可以减少或消除其毒性；6 ) 树脂再生：如 果选择适当连接桥( 1 i n k e r ) 的裂解条件，高分子树脂可再生重复 使用。 固相有机反应的发展拓展了组合化学的应用范围，它已成功用 于小分子有机合成，该技术目前仍处于快速发展阶段，越来越多的 经典有机反应已可以从溶液相转移到固相。固相化学的难度在于寻 找简便、高效的反应。成功的固相合成不仅仅包括路线本身，还需 要合适的固相载体、连接分子、反应监视、纯化和自动化工具等。 随着组合化学的不断发展，作为绿色化学合成技术的固相有机 合成研究，必将对化学、化工、医药、生命科学和材料化学产生巨 大影响，而成为研究和开发的核心技术之一。 1 2 2 液相合成 所谓的液相技术，顾名思义，所有的反应物在液相中进行，根 据体系的不同性质选择不同的检测与筛选手段，以达到寻找目标产 物的目的。 液相合成不需开发制备化合物库的新化学反应，对反应试剂或 反应条件的要求并不苛刻。即使是高反应性和高腐蚀性的化合物或 特高温反应，在液相合成中同样可以进行，只是这些反应在纯化时 山东大学硕士学位论文 比较困难。在液相中的组合合成例子并不多【1 4 6 1 ，而且大多数是 一步或两步的单个化合物的平行合成或是混合化合物的混合试剂 合成。较为成熟的是酯类、酰胺以及氨基甲酸酯等二聚体的合成， 且不需进一步纯化。有一类反应特别适用于在溶液中进行组合合 成，即多组分反应。与固相组合合成相比，液相组合合成的优点是： ( 1 ) 不受反应类型限制，已有的反应均可用于液相组合合成；( 2 ) 不需 要设计和合成连接分子；( 3 ) 对反应过程容易实现跟踪和检测；( 4 ) 大多数反应，不需切割可以直接得到产物；( 5 ) 容易实现大量合成。 液相组合合成，虽没有固相组合化学成熟，但由于它有别于固相技 术的优势，且合成步骤较少的小分子化合物的合成更适宜于在液相 中进行，故在人们将视线逐渐转向具有药理活性的有机小分子合成 的同时，液相组合化学也得到了快速发展。 固、液相技术各有优缺点，但总的说来，固相技术的优点多于 液相技术，特别是液相技术难以实现自动化限制了其发展。到目前 为止，大多数库的合成都是通过固相技术实现的。 1 3 组合合成策略 组合合成库的合成策略主要有混合裂分法l 16 18 1 和平行合成 法。混合裂分法是合成大量化合物的最常见方法，而且已经有多种 方法可以对混合化合物库中有活性的化合物进行结构鉴定，不过它 只能用于固相合成。平行合成法也可以采用不同的固相载体或专门 设计的反应器皿，单个化合物的合成产量可以从纳摩尔到毫摩尔不 等。另外，平行合成法在固相和液相中都可能进行。而混合试剂合 成法可适用于固相合成，也可用于液相合成。 1 3 1 混合裂分( s pl ita n dp o o1 ) 法 19 91 年，混合裂分合成法【3 】的提出标志着组合化学研究进入了 个飞速发展的阶段。通过混合裂分法，首先合成了多肽化合物库。 用传统化学方法合成l 万个化合物通常需要1 万个反应容器，如果经 1 2 山东大学顾士学位论文 三步反应制备产物三联体，则至少需要3 万个单独的化学反应容器， 这是制备该数目化合物的先决条件。而混合裂分法效率则要高很 多。只要把反应条件相同的不同底物合并到同一个反应容器中进行 相同的反应，同样制备1 万个三联体化合物，工作量可降低到1 万的 立方根的程度，即大约仅需2 2 个反应容器。组合化学己通过机器实 现了自动化合成，采用混合裂分法理论上一台自动合成仪几天内可 以合成上百万个化合物。据统计，19 9 0 年以来用组合技术得到的各 类化合物总和已超过人类有史以来所发现的全部化合物总和。人们 将这种快速获取多样性分子、大范围获取结构与活性信息、大大提 高研制新药效率而又借助于信息高速公路的组合技术称为“新药发 现的高速公路”。组合化学的研究方法主要包括三个阶段：化合 物库合成、群集筛选( 活性检测) 和活性结构测定等。 缸。r 金 i p 触岔b a 阻i争a b 争b b 分c b iq 图i 2 混合裂分法图示 1 3 2 平行合成( p ar8i iei s y n t h e s is ) 法 平行合成法【2 1 ，即平行制备数十到数百个生物活性化合物的类 似物，可通过手工或自动方法，经可靠的偶联反应和官能团间的转 化来实现，在除去溶剂和挥发性副产物后，直接用于筛选。 山东大学硕士学位论文 传统合成通常经历多步过程，如从反应物a 到终产物d ，一般 在筛选之前进行结构确定。以一个化合物的生物活性为依据，设计 合成下一个化合物，然后再筛选。通过优化活性和选择性来重复这 一过程。相反，平行类似物合成包括一个底物s 与多个反应物r l ， r 2 ，r 3 r n 反应，产生一个含有n 个单个产物s r l ，s r 2 ，s r 3 ， s r n 的化合物库。该化合物库通常不需纯化，只做简单的结构确证 就可以用高通量筛选技术进行筛选。如果发现了活性化合物，可选 择重新合成、纯化、结构确证和筛选。如果生物活性得到证实，新 发现的先导化合物和s a r 将用来设计新的底物模板。再用平行类似 物合成方法制备新化合物库。因此，这是一个快速、与传统的先导 化合物优化法非常相似的方法，特点是速度快、化合物数目较大。 图1 3 平行合成法图示 单个化合物的平行液相合成法可快速合成出许多化合物用于 生物活性筛选，对于药物化学家而言，这种方法很有实用价值，因 为单个化合物对于先导化合物优化和s a r 研究特别有价值，当化合 物库中有许多活性化合物时，以混合物方式制备化合物库并不合 适。平行合成法在许多研究机构和制药公司正用于单个化合物的合 成，进行新药开发研究，自动合成和纯化技术的提高将有助于该方 法的进一步发展和应用。 1 3 3 其它方法 1 4 组合化合物库的混合试剂合成法，可适应于固相合成，也可用 佃呦b 一、呲价吖n削吖 1 2 ； n 臣臣 臣 ： 卧 山东大学硕士学位论文 于液相合成。其组合合成的每一步反应都是在构建单元混合物的反 应器皿中进行，不管是液相反应还是固相反应。应用混合试剂法必 须对其中所有反应的反应机理和反应动力学有所了解，反应试剂之 间的相对反应速率要相当，并且与连有树脂珠的化合物无关。 19 9 1 年，朗姆( l a i n ) 提出了一珠一肽( o n e b e a d ，o n e p e p t i d e ) 合 成【19 1 ，又将混合一均分法与多肽固相合成法及生物筛选技术有机 地结合在起，从而使组合化学技术更趋成熟。一珠一肽( 即一粒 树脂珠上含有一种肽段) 混合均分合成法的基本思想是利用树脂作 载体，按混合一均分法进行组合合成由于产物与树脂相连，在每 步反应完成后它不溶于溶剂，因而可以十分方便地将杂质、催化 剂及过量的试剂等洗涤干净，所得化合物库( 这里指的是肽库) 经筛 选后检出其中具有活性肽段结构的树脂珠，再经仪器测序，即可确 定具有活性的肽段结构。事实上，朗姆等人用该法合成的五肽库对 抗内啡肽的单克隆抗提供了亲和性研究，并已成功地找到天然抗原 位点肽的六个有效类似物 21 世纪的新药研究与开发将是一项高度复杂的系统工程，是 现代高技术特别是生物技术和信息技术在生命科学研究领域的应 用。它取决于多学科特别是化学、生物学和生物医学发展的整体水 平和综合实力，其关键是如何将现代生物技术、组合化学技术以及 各种有机合成新方法结合起来，减少在合成和筛选方面的时间和投 入，降低风险，提高筛选命中率，以研制出高质量、高效用的新药。 1 4f tir 分析在固相有机合成中的应用 固相有机合成( s p o s ) 具有产物分离纯化简单、可以使用过量试 剂促使反应完全和容易实现合成的自动化等诸多优点而受到重视， 是组合化学及高通量筛选技术中建立分子多样性化合物库最常用 的方法。但是，s p o s 也有自身的缺点，其中之一便是缺乏普遍适 用和稳定可靠的分析检测方法。由于s p o s 的目标产物是连在不溶 性高分子载体上的，一些基于液相合成普遍有效的分析监测技术如 山东大学硕士学位论文 薄层色谱( t l c ) 和高效液相色谱( h p l c ) 等不再适用。因此，化学家 们考虑先把目标化合物从载体上切割下来再对其进行常规分析检 测的方法( c l e a v ea n da n a l y z e ) 1 20 1 。这样的方法要求切断反应非常完 全且不会对目标产物造成污染，而在实际操作中，这一点是很难做 到的。此外，切割以后分析得到的产物收率和纯度不能真实反映连 接在固相载体上的产物收率和纯度。更为重要的是，这样的方法无 法对固相反应进程进行实时监测，不适合对反应进行动力学研究。 随着固相化学分析技术的深入发展，逐渐建立了很多直接对连 在高分子载体上的化合物进行分析检测的方法。质谱( m s ) 可以用来 检测剖析化合物库中的化学结构，例如采用电子喷雾离子化质谱技 术( e s i m s ) 可以对树脂接枝衍生物作无损结构分析f 21 1 。还有人采 用液相色谱质谱( l c m s ) 联用技术以及高效液相色谱核磁共振谱 质谱h p l c n m r m s ) 三谱联用技术f 2 2 1 对化合物库作同步成分分 析和结构解析；魔角旋转核磁共振( m a s n m r ) 技术 2 3 , 2 4 】可以实现 对连在固相载体上的化合物进行表征；固相原位质谱( s p i m s ) 技 术 2 5 - 2 7 1 在分析样品之前也不必除掉树脂载体。这些新技术不但可 以提供固载化合物结构方面的信息，而且实现了对固相反应的原位 检测，可以用于固相反应的动力学研究。但是，这些技术对s p o s 不都是普遍适用的，而且m a s n m r 和s p i m s 的仪器设备价格昂 贵，大多数实验室都不具有这样的设备。 傅立叶变换红外光谱( f t i r ) 仪是现代化学试验最常规的分析 仪器之一，广泛用于有机合成的定性和定量分析 2 8 , 2 9 。在固相有 机合成中，红外分析是检测固相反应最有效的技术。这是因为：首 先，大部分的固相有机反应包括了官能团的转换，通过观察重要吸 收信号的出现与消失，并确定这些吸收峰不会被高分子固相载体产 生的吸收峰所遮蔽，用这种方法可以检测化学反应是否发生；其次， 根据红外吸收信号的强度变化可以监测从原料到产物化学转化的 程度，进行固相反应动力学研究；另外，一般情况下都选用已经在 液相化学中得到充分优化的反应条件进行固相化合物库的合成，在 1 6 山东大学硕士学位论文 对s p o s 的产物进行评价时，只须确认期望得到的化合物是否存在 即可，而不必对全部信息进行鉴定。正因为f t i r 和s p o s 各自的这 些特点，近年来f t i r 分析及其新技术在s p o s 中的应用非常广泛。 采用k b r 压片的红外光谱法也可以直接表征连接在不溶性高分 子载体上的目标化合物，通常需5 m g 左右样品与k b r 粉末一起在玛 瑙研钵中充分混合磨细，通过压片完成样品制备后进行透射f t i r 分析【3 0 】，已经有人用此方法对固相有机合成反应做出了监测。但 是这种方法存在着一些缺点：不仅操作费时、不适于对反应进行实 时监测，还需要较多的样品量，k b r 有可能会对树脂造成形态变化 或表面污染；高分子载体很难研磨到足够小的粒径，颗粒过大造成 的红外辐射光的强烈散射会致使谱图基线发生漂移，甚至造成吸收 谱带畸变，谱图难以辨认。针对以上问题，显微红外光谱技术就显 示出其独特的优越性。显微红外光谱法就是将显微镜安装在f t i r 光谱仪上，是微量分析又是微区分析的近代技术【3 1 ，32 1 。m i c r o f t i r 技术可以用计算机对检测位置进行选点、定位、聚集，实现对样品 的自动化测量，能得到测量位置处物质分子的结构信息、化合物和 官能团空间分