（有机化学专业论文）新型statine衍生物的合成及活性carbopyronine细胞ca2荧光探针的设计合成研究.pdf

摘要 论文分两部分，第一部分是新型s t a t i n e 衍生物的合成及活性；第二部分是 c a r b o p y r o n i n e 细胞c a 2 + 荧光探针的设计及合成研究。 许多天冬氨酸蛋白酶和人类的疾病息息相关，如：艾滋病、阿尔茨海默症等，它们 在这些疾病的发病机制中发挥了一定的作用。从天然产物中分离得到的p c p s t i n e 对大多 数天冬氨酸蛋白酶的抑制率达纳摩尔级，但其选择性差、溶解性弱。分子中含有两个非 天然氨基酸s t a t i n e 能模拟天冬氨酸蛋白酶底物活性部位的四面体水解过渡态，且本身不 易被切割，通过氢键和酶的天冬氨酸残基结合。引入s t a t i n e 片断已成为设计天冬氨酸蛋 白酶抑制剂一重要策略。二茂铁自被合成以来因其具有许多独特的性质而受到广发的应 用，许多二茂铁化合物具有抗菌、抗肿瘤、杀虫等活性，用它取代具有生物活性分子中 某些芳香环或杂环可以提高整个分子的活性。论文采用药物分子设计常用的方法一活性 基团并接法，将两个具有活性的生物分子并入同一分子，期望实现活性叠加。设计并合 成了系列新型含二茂铁的s t a t i n e 衍生物，肽键合成方法采用液相法，偶联试剂为 d c c h o b t ；目标化合物用元素、取、1 hn m r 、m a l d i t o fm s 进行了结构表征；对 部分化合物的瓜、1 hn m r 及m a l d i t o fm s 谱图进行了解析。研究过程中对部分反 应条件进行了优化，讨论了其中一些反应如d c c 做偶联试剂的反应机理等。对目标化 合物进行了活性测试，发现部分化合物在浓度为5 1 0 4m 时对米曲霉有很好的抑制作 用，对黑曲霉也有一定的抑制作用，对地衣芽孢杆菌及覃状芽孢杆菌则无活性。 第二部分是c a r b o p y r o n i n e 细胞c a 2 + 荧光探针的设计及合成研究。钙是人体中含量 最丰富的元素之一，在生命体内行使着一系列重要的调节功能。细胞内游离钙作为第二 信使具有重要的生物学功能，对维持细胞的各种代谢过程极为重要，钙离子还和许多疾 病有关，钙离子浓度可间接反映细胞活化水平。目前钙离子浓度的测定已成为化学、生 物学和医学等领域一个非常重要的课题。胞内游离钙的测定方法主要应用t s i e n 等人合 成的q u i n 2 、i n d o 1 、f u r a 一2 及f l u o 3 等c a 2 + 荧光探针。在综述c a r b o p y r o n i n e 荧光染 料的光学性质时可以看到它和r h o d a m i n e 荧光染料既有相似之处，又有不同之处，如荧 光波长和最大吸收波长明显红移。若以c a r b o p y r o n i n e 荧光染料为发色团，激发波长将 红移，从而对细胞损伤少。 论文设计合成一种靶向性、长波激发的近红外新型细胞c a 2 + 荧光探针，进行了一些 有意义的探索和尝试，得到了1 0 个新的荧光探针中间体，用瓜、1 hn m r 等进行了结 构表征，并得到了两个单晶结构。提出了一种合成2 ，7 双二甲氨基9 ，9 二甲基蒽的新方 法，即非质子路易斯酸辅助下的叔醇关环反应，反应条件温和，不需要用大量的碱中和 等优点。在构建葸环结构的研究过程认为第一方案不可行，因而改用第二种方法。因时 间关系，c a r b o p y r o n i n e 荧光染料目标化合物暂未得到，但中间产物研究过程为后绪工 作奠定了一定的基础。 关键词：s t a t i n e ， 二茂铁，c a r b o p y r o n i n e ，c a 2 + 荧光探针，路易斯酸，合成 n a b s t r a c t t h ed i s s e r t a t i o ni sd i v i d e di n t ot w o p a r t s t h ef i r s ti ss y n t h e s i sa n db i o l o g i c a la c t i v i t yo f n o v e ls t a t i n ed e r i v a t i v e s t h es e c o n di s d e s i g na n ds t u d yo nt h es y n t h e s i so f c a r b o p y r o n i n e - b a s e dc y t o p l a s m i cc a l c i u mf l u o r e s c e n tp r o b e s m a n ya s p a r t i cp r o t e a s e sh a v ei m p o r t a n tr e l a t i o n s h i p sw i t hh u m a nd e s e a s e s ，s u c h 懿 a i d s ，a d ，e c t t h e yp l a yak e yr o l ei nt h ep a t h o g e n yo ft h ed e s e a s e s p e p s t a t i n ，w h i c h c o n t a i n st h en o v e la m i n oa c i ds t a t i n e ，i san a t u r a lp e n t a p e p t i d ei s o l a t e df r o mn a t r u ep r o d u c t i t i sag o o di n h i b i t o ro fm o s ta s p a r t y lp r o t e a s e sw i t hak ii nt h en a n o m o l a r r a n g e o n eo ft h e m a j o rp r o b l e m s ，h o w e v e r ，r e m a i n st h ep o o rs o l u b i l i t ya n dm e m b r a n ep e r m e a t i o no fp e p s t a t i n , a sw e l l 郁i t sl a c ko fs e l e c t i v i t ya m o n g a s p a r t y lp r o t e a s e s t h ea m i n oa c i ds t a t i n ec a nm i m i c t h et e t r a h e d r a lt r a n s i t i o n s t a t eo fa m i d eb o n dh y d r o l y s i sb u tc a n n o ti t s e l fb eh y d r o l y z e db yt h e e n z y m e i tb i n d st h ee n z y m et h r o u g hn o n c o v a l e n ti n t e r a c t i o n ( i e h y d r o g e nb o n d s ) t h u s ， i n t r o d u c t i o no fs t a t i n eh a sb e c o m ea ne f f i c i e n ts t r a t e g yf o r t h et h ed e s i g no fa s p a r t i cp r o t e a s e i r t h i b i t o r s t h eu n i q u ep r o p e r t i e so ft h ef e r r o c e n y l g r o u ph a sm a d ef e r r o c e n ea n di t s d e r i v a t i v e sv e r y p o p u l a rm o l e c u l e sf o rb i o l o g i c a la p p l i c a t i o n s a m o n gt h e mt h e r ea r e c o m p o u n d sw i t ha n t i p r o l i f e r a t i v ee f f e c t ，a n t i b i o t i c s ，p e s t i c i d a la c t i v i t y , e c t f e r r o c e n ei si d e a l f o ru s ei nd r u gd e s i g nb e c a u s eo ft h el o wt o x i c i t yo ft h em o l e c u l ec o n t a i n i n gaf e r r o c e n y l m o i e t ya n df e r r o c e n e - c o n t a i n i n gc o m p o u n d so f t e np o s s e s su n e x p e c t e db i o l o g i c a la c t i v i t y i n v i e wo ft h e s ef a c t s ，c o n j u g a t e so ff e l l r o c e n ew i t hs t a t i n ew e r ed e s i g n e da n ds y t h e s i z e di n s o l u t i o nu s i n gt h es t a n d a r dd c c h o b tp r o t o c o la n dc h a r a c t e r i z e db yi r ，1hn m rs p e c t r o s c o p y , m sa n de l e m e n t a la n a l y s i s e s s o m ei r ，1hn m ra n dm a l d i t o fm s s p e c t r o s c o p i e sh a v eb e e na n a l y z e d s e v e r a lr e a c t i o nc o n d i t i o n sh a v eb e e no p t i m i z e da n d s o m er e a c t i o nm e c h a n i s m s ，s u c ha st h ec o u p l i n gr e a c t i o nu s i n gd c c ，h a v eb e e np r o p o s e d a l l t h et a r g e tc o m p o u n d sw e r es c r e e n e da g a i n s ta s p e r g i l l u so r y z a e ，e c t t h er e s u l t so fb i o a s s a y s h o w e dt h a ts o m et a r g e tc o m p o u n d sh a v eg o o da c t i v i t ya g a i n s ta s p e r g i l l u so r y z a e ，a n dv e r y l o wa c t i v i t ya g a i n s ta s p e r g i l l u sn i g e r ，n oa c t i v i t ya g a i n tb a c i l l u sl i c h e n i f o r m i sa n db a c i l l u s m y c o i d e sa tac o n c e n t r a t i o no f5 x10 qm t h er e s u l t s1 a i ds o l i dt h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o r f u r t h e rr e s e a r c hw o r k i i i t h es e c o n di sd e s i g na n ds t u d yo nt h es y n t h e s i so fc a r b o p y r o n i n e - b a s e dc y t o p l a s m i c c a l c i u mf l u o r e s c e n tp r o b e c a l c i u mi so n eo ft h em o s ta b u n d a n te l e m e n t si nt h eh u m a n b o d y i tp l a y sak e yr o l e i nr e g u l a t i n gn u m e r o u sp h y s i o l o g i c a lp h e n o m e n aa n ds e r v e sa sa n i n t r a c e l l u l a rs e c o n dm e s s e n g e ra n dm e d i a t o r a l s o i th a si m p o r t a n tr e l a t i o n s h i p sw i t l lh u m a n d e s e a s e s t h em e a s u r e m e n to fc y t o s o l i cc a + h a sb e c o m ea ni m p o r t a n ta r e ao f i n v e s t i g a t i o ni n c h e m i c a l ，b i o l o g i c a la n dm e d i c a lr e s e a r c h n o w a d a y s ，t h em e t h o do ft h em e a s u r e m e n to f c y t o s o l i cc a 2 + i sa c c o r d i n gt ot s i e ne ta 1 t h e r ea r es e v e r a lc y t o s o l i cc a + i n d i c a t o r s ，s u c ha s q u i n - 2 ，i n d 0 1 ，f u r a - 2a n df l u o 3 t h e yh a v em a d ec o n t r i b u t i o n s h o w e v e r , t h e yh a v es o m e d r a w b a c k s n o t c a b l y , t h eo p t i c a lp r o p e r t i e so fc a r b o p y r o n i n ea r ev e r ys i m i l a rt ot h o s eo ft h e r h o d a m i n e s h o w e v e r , i t sa b s o r p t i o na n df l u o r e s c e n c ea r es h i f t e dr e m a r k a b l yt o w a r d sl o n g e r w a v e l e n g t h s i nt h et h e s i san o v e lc y t o s o l i cc a 2 + f l u o r e s c e n tp r o b ew i t hl o wa f f i n i t yt o c a l c i u m ，l o n ga n de x c i t a t i o nw a v e l e n g t h i s d e s i g n e d d u r i n gt h er e s e a r c h , t e nn o v e l c a r b o p y r o n i n ef l u o r e s c e n td y ei n t e r m e d i a t e sh a v eb e e ns y n t h e s i z e da n da r ec h a r a c t e r i z e db y 瓜，1 hn m rs p e c t r o s c o p y , e c t t w oc r y s t a ls t r u c t u r e sa r eo b t a i n e d an e wm e t h o do fs y t h e s i s o f2 ，7 一b i s ( d i m e t h y l a m i n o ) - 9 ，10 - d i h y d r o 一9 ，9 - d i m e h t y l a n t h r a c e n eh a sb e e np r e s e n t e d i ti sa n e f f i c i e n ta n d p r a c t i c a lm e t h o df o rt h es y n t h e s i so ft h ec o m p o u n di nt h ep r e s e n c eo fn o n - p r o t i c l e w i sa c i d m i l dc o n d i t i o n si nas a t i s f i e dy i e l dw e r ea c h i e v e d t h ef i r s tm e t h o df o rt h e c o n s t r u c t i o no fa n t h r a c e n ec y c l i cw a sf a i l e da n dt h es e c o n dm e t h o di sc u r r e n t l yu n d e r w a y a l t h o u g ht h et a r g e tc o m p o u n di sn o to b t a i n e d , t h er e s u l t so ft h ee x p e r i m e n t sl a ys o l i d t h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o rf u r t h e rr e s e a r c hw o r k k e y w o r d s ：s t a t i n e ，f e r r o c e n e ，c a r b o p y r o n i n e , c a 2 + f l u o r e s c e n tp r o b e ，l e w i sa c i d , s y n t h e s i s i v 缩略词说明( a b b r e v i a t i o n s ) b o c ，t e r t b u t o x y c a r b o n y l c d i ，1 ，1 c a r b o n y l d i i m i d a z o l e d c c ，n ，n d i c y c l o h e x y l c a r b o d i i m i d e d c m ，d i c h l o r o m e t h a n e d c u ，d i c y c l o h e x y l u r e a d m a ，n ，n d i m e t h y l a n i l i n e d m f , d i m e t h y l f o r m a m i d e d m s o ，d i m e t h y ls u l f o x i d e d i b a l ，d i i s o b u t y l a l u m i n u mh y d r i d e f c ，f e r r o c e n y l f m o c ，9 - f l u o r e n y l m e t h y l c a r b a m a t e h o b t ，1 - h y d r o x y b e n z o t r i a z o l e l d a ，l i t h i u md i i s o p r o p y l a m i d e l a ，l e w i sa c i d l a h l i t h i u ma l u m i n i u mh y d r i d e n m m ，n m e t h y lm o r p h o l i n e p p a ，p o l y p h o s p h o r i c a c i d t e a ，t r i e t h y l a m i n e t f a ，t r i f l u o r o a c e t i ca c i d t h et e t r a h y d r o f u r a n a h p p a ，( a s , 4 s ) 一4 - a m i n o 一3 - h y d r o x y 一5 - p h e n y l - p e n t a n o i ca c i d v 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。学校 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许 论文被查阅和借阅。本人授权西北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、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所等机构将本学位论 文收录到中国学位论文全文数据库或其它相关数据库。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：7 器国鼻指导教师签名：- 二丝兰丝 易月1 0 日 溯1 年6 月f 口日 西北大学学位论文独创性声明 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，本 论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大 学或其它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己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：夕譬每4 军 枷0 年f 月f 口日 西北大学博士学位论文 - 一_ j o 一刖吾 第一章新型含二茂铁s t a t i n e 衍生物的合成及活性 氨基醇，尤其是光学活性的邻氨基羟基羧酸是一类具有重要生理活性的化合物，广 泛地存在于各种天然产物中，具有抗肿瘤、抗菌、抗炎症及抑制酶等多种生物活性而受 到越来越广泛的关注【1 1 。例如( 2 墨3 r ) 2 羟基3 氨基- 4 苯基丁酸存在于著名的免疫响应 调节剂b e s t a t i n 中，对整个分子生物活性贡献很大【2 】。众所周知的抗癌药物紫杉醇( t a x 0 1 ) 的1 3 位侧链为邻氨基羟基羧酸，去掉该邻氨基羟基羧酸侧链，整个化合物的活性迅速降 低【3 】，表明该侧链对紫杉醇的药理活性是必要的。具有抗肿瘤多药耐药性( a n t i m r d ) 的 h a p a l o s i n 4 1 ，其活性单元( 3 s ，4 s ) 3 羟基4 一氨基5 苯基戊酸( a h p p a ) ，也是一个具有光 学活性的邻氨基羟基羧酸结构。 7 o h 1 。一 1b e s t a t i n e 最具代表性的一种邻氨基羟基羧酸化合物是s t a t i n e ，化学名为( 3 s4 s ) - 4 氨基3 羟 基6 甲基庚酸，这种非天然氨基酸是天冬氨酸蛋白酶( 如：肾素、胃蛋白酶、组织蛋白 酶d ) 抑制剂p e p s t a t i n3 的关键结构单元【ld 1 ，1 9 7 0 年由u m e z a w a 首次从天然产物中分离 出来【5 】，它对大多数天冬氨酸蛋白酶的拟制常数均达到纳摩尔级【6 引。动力学研究表明， 它的生理活性与s t a t i n e 和酶的作用密切相关【6 b 1 。值得注意的是，除肾素外，s t a t i n e 对大 多数天冬氨酸蛋白酶的离解常数达0 1 1n m 7 】，能够模拟天冬氨酸蛋白酶底物活性部位 四面体水解过渡态，达到与酶有效结合且本身不易被酶切割的目的【引，因此有关s t a t i n e 的研究引起了人们的极大兴趣【9 】。 第一章新型含二茂铁s m f i n e 衍生物的合成及活性 o h oo ho p 4 p 3p 2p ip i 。p 2 p 3 3 p e p s t a t i n e 0 h s t a t i n e 模拟复合物中的水分子作用，与底物酶的两个天冬氨酸残基通过氢键相互作 用，从而与酶的活性部位更好的结合【1 0 1 ( s c h e m e1 ) 。 a 印妒昏c o - 一脚z o 枯印却彳 r 脚产夕专 该类衍生物中的s t a t i n e 对整个化合物的生物活性贡献巨大，尤其是其结构中的异丁 基和c 3 的羟基，异丁基能很好的和酶的s 1 口袋相配，羟基能和天冬氨酸残基通过非键 作用力结合【8 】。g u n n 发现，将s t a t i n e 倾j 链中的异丁基换成异丙基将使活性大大降低，更 为重要的是，其中的( 3 研一羟基对整个分子活性有着重要影响，并且活性要强于其异构体 ( 3 尺) s t a t i n e 1 1 】。它的羟基能模拟复合物中水分子和天冬氨酸蛋白酶的天冬氨酸残基形成 氢键；肽键中酰胺的羰基是较强的氢键受体【12 1 ，能和蛋白酶氨基酸的氨基形成氢键： c = o h 2 n r ，从而将多肽底物裂解成病毒或细菌所需要的结构蛋白和酶类。图1 是 p e p t a t i n 和米曲霉酶天冬氨酸蛋白酶复合物晶体3 d 结构刚1 3 j 。可以看出，s t a t i n e 的羟基 模拟复合物中水分子的作用，与酶活性中心的两个天冬氨酸残基a s p 3 3 和a s p 2 4 残基形成 氢键，其侧链则与活性中心的其它氨基酸残基形成氢键和疏水键。 2 。p o 儿 、 ， 彬：一 一三啊 o = 西北大学博士学位论文 图1 米曲霉酶和p e p t a t i n 的晶体图 s t a t i n e 衍生物及其类似物是天冬氨酸蛋白酶良好的抑制剂。天冬氨酸蛋白酶( a s p a r t i c p r o t e i n a s e ) 是一类重要的蛋白水解酶，参与机体的新陈代谢及生物调控作用，广泛存在 于病毒、真菌、哺乳动物及植物中【1 4 】，普遍特征是它们的活性位点c l e f t 都含两个催化性 天冬氨酸盐残基。天冬氨酸蛋白酶水解底物多肽有两种过程( s c h e m e2 1 ，一种是：一个 水分子被天冬氨酰残基的羧基活化，水分子中的氧原子亲核进攻将断裂的酰胺键的羰 基，产生一个四面体型过渡中间体，然后分裂形成氨基和羧基化合物；另一种是天冬氨 酰残基的羧基作亲核试剂进攻要断裂的酰胺键的羰基，形成一个四面体型过渡态，然后 分解成氨基和羧基化合物【6 ，s ，1 5 1 。两个过程的四面体过渡态中间体的羰基碳原子由s p 2 杂 化态转变为s p 3 ，转换过程已被1 3 cn m r 证实【1 6 1 。 夕。 一村谗打r 2最k ：h 8 e 0 1 厂a s p 0 o e g 帅e 同a c i d n hr 一秽斟 h 0 1 r a 5 p 二一衬些酬o r 1 o i i 第一章新型含二茂铁s t a f i n e 衍生物的合成及活性 一葑寤 o o 丌a s p o e o 人s p n u c l e o p h i l i c o hr 一埔一2 r 1 。、= a 。o n h 0 + 爿了r 2 r l u k u n h 丫八o i o+ h 2 n 工r 2 1 t 一 羁i = o o h o n 九h r l + r h 2 n 埽 o s c h e m ez 许多天冬氨酸蛋白酶与人类疾病紧密相关，如：疟原虫血红蛋白酶，h i v 蛋白酶( h i v p r o t e a s e ，h i vp r ) ，伊分泌酶( f l - s i t ea p pc l e a v i n ge n z y m e ，b a c e ) 等都属于天冬氨酸蛋 白酶家族【l 缸】，与人类许多疾病如：疟疾、艾滋病、阿尔茨海默症( a d ) 的发病紧密相连， 给人类生命构成了严重威胁，致使世界各国都投入了大量的人力物力进行相关研究。天 冬氨酸蛋白酶在这些疾病的发病机制中都发挥了一定的作用【1 玎；例如b a c e ，在a d 的 发展过程中起着重要作用。b a c e 酶解伊淀粉样蛋白前体蛋白够a m y l o i dp r e c u r s o r p r o t e i n ，a p p ) ，所产生的伊淀粉样蛋白( a m y l o i dp r o t e i n l 3 ，a b 3 是老年斑的主要物质， 被认为是a d 发生的早期触发因素。脑内邶片段的聚集、沉积所引发的淀粉样蛋白级 联反应是a d 病理过程中的重要步骤，通过抑制b a c e ，可直接调节a p 的含量，故以 b a c e 为靶点，有望成为a d 治疗的理想途径【l8 1 。疟疾，广泛发病于世界各地，据世 界卫生组织统计，目前仍有9 2 个国家和地区处于高度和中度流行，每年发病人数 为1 5 亿，死于疟疾者愈2 0 0 万人【1 9 】。属于天冬氨酸蛋白酶家族的疟原虫血红蛋白酶 被认为是设计抗疟新药的靶标之一，该蛋白酶与疟疾发病密切相关，为血红蛋白降解 的催化剂，一旦被抑制，将导致血红蛋白降解及其后续加工过程中断，进而引起虫体营 养“饥饿”而停止发育，甚至死亡【1 5 ，2 0 1 。因此，以天冬氨酸蛋白酶为靶标，寻找新的天 冬氨酸蛋白酶拟制剂成为当前的一个研究热点，而引入s t a t i n e 片段成为设计天冬氨酸蛋 白酶抑制剂一重要策略【1 5 】。 4 西北大学博士学位论文 二茂铁自被合成以来以来，衍生物的生理活性研究受到极大关注，研究一直呈上升 势头，某些二茂铁衍生物具有抗肿瘤、抗贫血、杀菌、杀虫、抗炎、调节植物生长、抗 溃疡、酶抑制剂和抗疟疾等生物活性，在生物学、医学、微生物学等领域有广泛的应用 前景【2 1 1 。二茂铁具有较低的毒性，用它取代具有生物活性的分子中的某些芳香环或杂环 可以提高整个分子的活性。以具有生物活性的二茂铁为取代基，使之与活性化合物s t a t i n e 及其类似物结合，实现其活性叠加，对于探索并合成类低毒、具有广谱生物活性的新型 s t a t i n e 衍生物是很有意义的。为此，历经多年，对s t a t i n e 及其类似物的衍生物的生物活 性的研究，以及二茂铁衍生物生物活性的研究方兴未艾。 二文献综述 2 1 二茂铁衍生物生物活性的研究进展 二茂铁的出现是近代化学发展的里程碑。自1 9 5 1 年k e a l y 和p a u l s o n 合成二茂铁以 来，这种金属有机化合物就以其独特的结构和物性引起了人们的注意。二茂铁衍生物的 特殊分子结构决定了它特殊的生理活性2 2 1 ，主要表现在以下三个方面： a ) 亲脂性 二茂铁分子易溶于有机溶剂难溶于水而具有亲脂疏水性。药物分子设计中在化合物 的某个结构中引入二茂铁基团将提高化合物分子的亲脂性，使得化合物分子能够顺利通 过细胞膜，从而与细胞内的各种生物酶、d n a 、r n a 等物质起作用，因而有可能作为 治疗某些疾病的药物。 b ) 氧化还原性 二茂铁分子中的二价铁离子使得二茂铁衍生物具有氧化还原可逆性，这一特点使其 在体内生物酶的作用下，能够参与生物的各种新陈代谢。 c ) 芳香性及低毒性 二茂铁分子具有芳香性，使得该化合物能够象芳香化合物一样容易发生各种取代反 应，其在生物体内的轻松代谢，所以具有低毒的特点。然而，它们又不同于一般的芳香 化合物，二茂铁衍生物具有像“三明治 一样的夹心结构，使得这类分子具有一定的厚 度，从而能阻止二茂铁衍生物接近某些酶的活性部位而具有较强选择性。 第一章新型含二茂铁s t a t i n e 衍生物的合成及活性 2 1 1 抗肿瘤活性 含氟化合物具有模拟效应等特性，k e l l y 2 3 1 等以二茂铁甲胺为母体化合物，采用液 相法，以d c c h o b t 为偶联试剂，将含氟的苯甲酸与二茂铁甲胺缩合，合成了五个含氟 二茂铁化合物，对m d a m b 4 3 5 s f 乳腺癌细胞进行了活性测试，其中对氟苯甲酸形 成的化合物活性最高，在浓度为4 0 m 时，对供试细胞抑制率达6 7 。 m k l h n 等【2 4 1 以二茂铁甲酸为母体化合物，采用液相法合成了二茂铁共轭的寡肽化合 物，对h l 6 0 细胞进行了活性测试，化合物4 的i c 5 0 = 6 5 m ，5 的i c 5 0 = 8 5 m 。 c o a r g n - n h 2 4 ：n = 6 5 ：n = 8 顺一二氨基二氯化铂( c i s d d p ) 是一种具有很高临床使用价值的抗癌药物。但也有一 些缺点，如活性范围窄、有。| | 子毒，并且一些肿瘤细胞已对其产生耐药性【2 5 1 。为此化学家 希望能通过结构模拟的办法，合成出效果更好的抗癌药物。二茂铁及其衍生物是一类高 选择性的分子载体，本身具有低毒性质和抗肿瘤活性，这就启发了人们用二茂铁衍生物 修饰顺铂。r o s e n f e l d 等【2 6 】合成了四个含二茂铁的二氨基丙二酸合铂( ) 配合物。他们均 具有优良的抗白血病活性，且其肾毒比c s d d p 低得多。 2 1 2 抗菌活性 6 ：r = n h ： 7 ：r - n h 2 r 8 ：r - q n h 2 2 9 ：r = 双, n h 2 青霉素和头孢菌素均为内酰胺抗生素，是很好的杀菌剂。但随着这些药物的长期使 用，越来越多的细菌对其产生了耐药性。其原因是青霉素和头孢菌素分子结构不稳定， 易受亲核和亲电试剂进攻，遇酸、遇碱易引起分子的水解和分子重排。为了控制细菌的 感染，要求抗生素不断更新换代。e d w a r d s 等2 刀将二茂铁引入青霉素和头孢菌素，使其 在具有杀菌特性所要求的基本结构特点的同时，可以从三维空间加以修饰，以进一步完 6 西北大学博士学位论文 善这类药物的性质。体外实验表明，经二茂铁修饰后的伊内酰胺抗生素的杀菌活性都有 所改善，并且都是良好的伊内酰胺酶抑制剂。实验还发现，随着二茂铁核与内酰胺环距 离的增加，杀菌活性提高。另外，一些二茂铁衍生物本身就可以作为杀菌剂，对细菌， 酵母，和真菌感染都有明显治疗效果( 化合物1 0 、1 1 及1 2 ) 。 2 1 3 补铁活性 r 。 f e 佥r 2 r l 1 0 ：c o c h h c l 1 l ：c o c - 兰1 2 h 1 2 ：c o c h 2 c h c l 铁是人体必需的一种微量元素，是血红蛋白和红细胞的重要组成部分，动物如果缺 少铁元素，就会导致缺铁性贫血症，植物缺铁，则会出现萎黄病。早在2 0 世纪7 0 年代 ； 【2 引，前苏联澳斯米扬诺夫就研究出一种优良的抗贫血剂邻羧基苯甲酰二茂铁钠盐 ( 结构式为n a o o c p h c o f c ，f c 表示二茂铁基) 。该药物服用后，显示出较好的药性， 并且毒性很低，对人体基本无伤害。这类二茂铁及其衍生物因含有机铁，具有优良的抗 贫血性，毒性小，可以用作补血剂，克服了以往无机铁用于治疗缺铁性贫血所带来的负 面作用。 2 1 4 杀虫活性 拟除虫菊酯是一类高效、低毒、广谱性杀虫剂。1 9 8 2 年【2 2 m ，t a j c r a e k 研究组合成 了系列含二茂铁的拟除虫菊酯化合物，对m u s c ad o m e s t i c a 家蝇具有很高的活性；此外， 二茂铁甲基叠氮化合物浓度为5 0 0p p m 时对二斑点蜘蛛杀死率达9 8 。 综上所述，金属二茂铁化合物具有独特的化学特性和生物学特性，通过选取具有活 性的先导化合物，使之与二茂铁在适当的位置并接，是设计、合成具有生物活性二茂铁 衍生物一种较为简便而有效的思路。目前具有活性的二茂铁衍生物均具有水溶性差、水 解快等缺点，因此，合成水溶性好、耐水解，并且结构独特及作用机制新颖的二茂铁衍 生物将是二茂铁研究领域的热点之一。 7 cc ：l c 第一章新型含二茂铁s m f i n e 衍生物的合成及活性 2 2s t a t i n e 及其类似物的衍生物生物活性的研究进展 自p e p s t a t i n 被u m e z a w a 分离以来，生物活性得到广泛研究，这种肽化物是大多数 天冬氨酸蛋白酶( 如肾素、胃蛋白酶、组织蛋白酶d 等) 的抑制剂，两个重要的非天然氨 基酸s t a t i n e 是其中的有效成份。由于p e p s t a t i n 具有选择性差、溶解性弱等缺点【2 9 1 ，研 究者设计以s t a t i n e 为先导化合物，从两端进行修饰，合成了大量的s t a t i n e 及其类似物的 衍生物，不乏一些特异性高、选择性强的化合物如肾素抑制剂、胃蛋白酶抑制剂、组织 蛋白酶d 的抑制剂、h i v 1 蛋白酶的抑制剂、伊分泌酶的抑制剂及疟原虫血红蛋白酶的 抑制剂等。 2 2 1 肾素抑制剂 高血压是一种独立的心血管疾病，也是多种心、脑血管疾病的重要病因和危险因素， 影响心、脑、肾等重要脏器的结构和功能。1 9 8 9 年，b a u m b a c h 等【3 0 a 】在研究高血压对自 发性高血压大鼠脑动脉的影响时，首次提出血管重构的概念，使人们对血管重构的认识 逐步加深。近年研究证实，血管重构与高血压及其靶器官损害密切相关，肾素一血管紧张 素系统是引起血管重构的一个重要因素，也是近年研究的一个热点。而肾素拟制剂是心 血管疾病治疗的一种新途径【3 。 肾素抑制剂的开发包括四类化合物的研究，其中的一类是胃酶拟素的活性模拟物， 即p e p s t a t i n ，其类似物已合成，通式为a x y - s t a a l a s t a r ，改变式中的a 、x 和y 基 团的性质可增加其对人肾素的抑制功效。 最早的肾素底物模拟抑制剂是在马血管紧张素原中发现的，顺序为l e u l e u v 甜t y r 四肽衍生物，此后，肾素抑制肽( r i p ) ，一种辛肽底物的应用显示出肾素抑制的有效性， 但r i p 口服无效，降压同时又伴有心动过速。研究发现，将p e p s t a t i n 中发挥过渡态类似 物作用的抑素残基即s t a t i n e 取代人血管紧张素原的l e u l e u ，所得的抑制剂更有效和更 具特异性，对肾素具有极高的亲合力。因而早期的工作多集中在对肾素抑制肽进行改造， 将不易被水解断裂的二肽类似物s t a t i n e 引入到肾素抑制肽中。 1 9 8 5 年，e v a n s t 3 1 】报道了5 个s t a t i n e 四肽衍生物，部分化合物对人肾脏肾素( 纯化) i c 5 0 可达1 0 瑁m ，其中1 3 的i c 5 0 仅为1 0 巧m ，随后，他们将1 4 中的易断肽键( 一c o - n h ) 用b h 3 t h f 还原成肾素难以裂解电子等排体( c h 2 n h ) ，再经缩合得1 5 ，其i c 5 0 达 1 0 。8m ，并且对比人血浆肾素和猪肾脏肾素，1 7 具有极好的选择性。 8 西北大学博士学位论文 o b o c - p h e p h c - s t a - l e u - n h c h 2 p h 1 3 c h 2 p h b 。c p h e p h e - s 诅l e u - 1 5 c h 2 n h c h 2 p h 。r 参o 洲一专葑虫醇 丫。6丫 9 第一章新型含二茂铁s t a t i n e 衍生物的合成及活性 一胁e u i s 一葑少o hc n e ：o 弋 1 8i c 5 0 = 1 7 1 0 - 6 m 一一村呶f c 卜一：q n三f 。一 弋1 9i c 5 0 = o 5 l l o 。6 m g u 6 9 a n 研究组对p e p s t a t i n e 进行改造，保留了p c p s t a t i n 中双s t a f i n e 结构，研究了 s t a t i n en 端取代基对活性的影响，发现2 0 中的x 为疏水氨基酸取代基如金刚烷氨基酸 时具有良好的抑制活性，若换为n 甲基或口甲基氨基酸，活性迅速降低甚至无抑制活 性。值得注意的是，d 型氨基酸取代会导致活性降低。y 为脂肪侧链氨基酸取代基显示 出极好的抑制活性，而无脂肪侧链的甘氨酸活性远不如前者。c 端的酯基换为酰胺基对 活性影响不大。通过系列替换，他们合成了i c 5 0 达1 0 。8 m 的强效抑制剂。 1 9 8 5 年b o g e r 【3 6 1 对肾素抑制肽( i 心) 中易断裂的l e u l e u 肽键用s t a f i n e 替换，合成 了新的抑制剂i v a h i s p r o p h e h i s s t a l e u p h e n h 2 ，对比人血浆肾素i c 5 0 为 8 8 x1 0 一m ，将s t a t i n e 的异丁基换成苯基，活性有所降低，若换成非刚性结构的环 己基，即得i v a h i s p r o p h e h i s a c h p a l e u p h e 小m