（应用化学专业论文）2’3’断核苷中间体的合成研究.pdf

中文摘要 摘要：本论文涉及2 氧苯甲酰基5 一氧( 4 ，4 二甲氧基三苯基甲基) - n 4 - 乙酰基 2 ，3 断胞苷和2 一氧一苯甲酰基5 一氧( 4 ，4 二甲氧基三苯基甲基) 一n 2 异丁酰基 2 ，3 断鸟苷的合成。它们是用于制备寡核苷酸的重要中间体。因此研究这类核苷 衍生物的合成具有重要的实际意义。通过红外光谱和氢核磁共振图谱分析证明合 成物质为目标产物。 2 一氧苯甲酰基5 一氧( 4 ，4 二甲氧基三苯基甲基) n 4 乙酰基2 ，3 一断胞苷的 合成有以下几个步骤。d m t - c 1 ( 4 ，4 ，- 二甲氧基三苯基氯甲烷) 与n 4 一乙酰基胞苷 在吡啶中反应生成5 氧( 4 ，4 二甲氧基三苯基甲基) 一n 4 乙酰基胞苷，高碘酸钠氧 化，硼氢化钠还原，得到5 氧( 4 ，4 二甲氧基三苯基甲基) n 4 乙酰基一2 ，3 断胞苷。 经过苯甲酰氯的酰化得到最终产物，总收率4 1 。 制备2 氧苯甲酰基5 氧，( 4 ，4 - - 甲氧基三苯基甲基) n 2 异丁酰基2 ，3 一断鸟 苷以鸟苷为原料。鸟苷由异丁酰氯酰化得到n 2 异丁酰基鸟苷。d m t - c 1 与n 4 _ 异丁 酰基鸟苷在吡啶中反应生成5 氧一( 4 ，4 二甲氧基三苯基甲基) n 4 - 异丁酰基鸟苷， 高碘酸钠氧化，硼氢化钠还原，得到5 氧( 4 ，4 - - 甲氧基三苯基甲基) - n 4 异丁酰 基2 ，3 一断鸟苷。经过苯甲酰氯的酰化得到最终产物，总收率2 8 。 关键词：鸟苷；n 4 乙酰基胞苷；2 ，3 一断核苷；异丁酰化；苯甲酰化；中间体；合 成 分类号：t q 2 8 ；q 5 2 4 i 匕塞交适厶堂亟堂位i 金塞旦曼! 基! a bs t r a c t a b s t r a c t ：t h ep r e s e n tt h e s i sr e l a t e st ot h es y n t h e s i so f2 - o - b e n z o y l - 5 一o - ( 4 ，4 - d i m e t h o x y t r i t y l ) n 4 - a c e t y l 一2 ，3 - s e c o c y t i d i n ea n d2 - o - b e n z o y l 一5 - o - ( 4 ，4 - d i m e t h o x - y t f i t y l ) - n e - i s o b u t y r y l 2 ，3 - s e c o g u a n o s i n e t h e ya r ea ni m p o r t a n ti n t e r m e d i a t ef o rt h e p r e p a r a t i o no fo l i g o n u c l e o t i d e s ot h er e s e a r c h o n s y n t h e s i s o ft h en u c l e o s i d e d e r i v a t i v e sw a so fg r e a tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c t h ef i n a lp r o d u c t sw e r ei d e n t i f i e db yi r a n d1 hn m r t h e s y n t h e s i s o f 2 - o - b e n z o y l 一5 一o - ( 4 ，4 - d i m e t h o x y t r i t y l ) - n 4 - a c e t y l - 2 ，3 - s e c o c y t i d i n ec o m p r i s e st h ef o l l o w i n gs t e p s ：d m t - c i ( 4 ，4 - d i m e t h o x y t r i t y l c h l o r i d e ) r e a c t e dw i t hn 4 - a c e t y l c y t i d i n ei np r y d i n ei sc o n v e r t e dt o5 - o - ( 4 ，4 - d i m e t h o x y t r i t y l ) 一 n a c e t y l c y t i d i n e ，w h i c hi s o x i d a t e db yn a l 0 4a n dr e d u c t i v e db yn a b h 4t og i v e 5 - o - ( 4 ，4 - d i m e t h o x y t r i t y l ) - n 4 - a c e t y l - 2 ，3 - s e c o c y t i d i n e a c y l a t e l w i t h b e n z o n y c h l o r i d ea f f o r d sf i n a lp r o d u c ti nt h et o t a ly i e l d41 p r e p a r a t i o no ft h e2 - o b e n z o y l 一5 - o 一( 4 ，4 - d i m e t h o x y t r i t y l ) - n 2 - i s o b u t y r y l 一2 ，3 一 s e c o g u a n o s i n es t a r t sf r o mg u a n o s i n e g u a n o s i n ei sa c y l a t e db yi s o b u t y r y lc h l o r i d e p r o v i d en z - i s o b u t y r y l g u a n o s i n e d m t - c 1r e a c t e d w i t hn 2 - i s o b u t y r y l g u a n o s i n ei n p r y d i n ei sc o n v e r t e dt o5 - o 一( 4 ，4 - d i m e t h o x y t r i t y l ) - n z - i s o b u t y r y l g u a n o s i n e ，w h i c hi s o x i d a t e db yn a l 0 4a n dr e d u c t i v e db yn a b h 4t og i v e5 - 0 - ( 4 ，4 - d i m e t h o x y t r i t y l ) - n z - i s o b u t y r y l 一2 ，3 - s e c o g u a n o s i n e a c y l a t e l w i t h b e n z o n yc h l o r i d e a f f o r d st h e k e y i n t e r m e d i a t ei sf o r m e di n2 8 y i e l d k e y w o r d s ：g u a n o s i n e ；n 4 - a c e t y l c y t i d i n e ；2 ，3 - s e c o n u c l o e s i d e ；i s o b u t y r y l a t e ； b e n z o y l a t e ；i n t e r m e d a t e ；s y n t h e s i s c l a s s n o ：t q 2 8 ；q 5 2 4 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：自翟 导师签名： 签字日期：朋年6 月6e 1 签字同期：砷 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和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通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了谢意。 学位论文作者签名：签字日期：年月日 致谢 本论文的工作是在我的导师许韵华高级工程师的悉心指导下完成的，许韵华 高级工程师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷 心感谢两年来许韵华老师对我的关心和指导。 感谢杨玉国副教授对于我的科研工作和论文都提出的许多宝贵意见。 中国医药研究开发有限公司的黄茂华老师悉心指导我完成了实验室的科研工 作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向黄茂华老师表示衷 心的谢意。 中国医药研究开发有限公司的于中生副研究员对于我的科研工作和论文都提 出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，王晓萌、赵婷、赵璐等同学和中国医药研究 开发有限公司的张力、陈凯、傅娜等人对我论文中的究工作给予了热情帮助，在 此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 1 引言 核苷的化学合成开始于上世纪初，化学家对这类化合物的合成方法、原理等 研究就一直没有停止过，这一学科为d n a 双螺旋结构的发现、分子生物学、分子 遗传学、基因工程、生物医学等学科与技术的发展以及人类基因组计划的完成做 出了不可磨灭的贡献。人们对核苷在医药方面应用重要性的认识在上个世纪末与 本世纪初得到了充分提高。 上世纪八十年代初，人们发现艾滋病和艾滋病毒后，在寻找有效的治疗药物 的过程中，首先发现利用具有抗逆转录酶作用的双脱氧核苷a z t ( 3 叠氮胸苷， 如图1 1 ) ，可有效地抑制艾滋病病毒h i v 的复制，大大提高了人们抗击艾滋病的 信心，更让人们对核苷的作用有了全新的认识，随后在化学界、药学界掀起了研 制各种类型核苷的热潮，这个热潮一直延续至今。 n b 图1 13 叠氮胸苷 f i g u r e1 1 a z t 在人类基因计划研究的推动下，有关基因与疾病关系的信息受到人们的高度 关注，开发研制核苷( 包括核苷的碱基) 和核苷酸的新药已经形成热点。具有治 疗疾病效果的核苷和核苷酸类药物在化学药物中占有非常重要的地位，其数量呈 迅速增长的趋势。 1 1 反义寡核苷酸 1 1 1寡核苷酸与反义治疗 寡核苷酸是一类只有2 0 个以下碱基对的短链核苷酸的总称( 包括脱氧核糖核 酸d n a 或核糖核酸r n a 内的核苷酸) ，寡核苷酸可以很容易地和它们的互补对 链接，所以常用来作为探针确定d n a 或r n a 的结构，经常用于基因芯片、电泳、 荧光原位杂交等过程中。寡核苷酸合成的d n a ( 脱氧核糖核酸) 可以用于链聚合 反应，能放大确定几乎所有d n a 的片段，在这个过程中寡核苷酸是作为引物，和 d n a 中标的的互补片段结合，作成d n a 的复制品。调控寡核苷酸用于抑制r n a 片段，防止其翻译成蛋白，在制止癌细胞活动方面能起一定的作用【1 1 。 现在临床上所应用的药物的绝大多数和即将上市的大部分药物都是以蛋白质 ( 酶、受体或者离子通道) 为靶点的，由于蛋白质的结构和其作用模型非常复杂， 由于经常不能完全搞清楚，致使药物的作用效果以及新药设计都受到很大程度的 制约。如果人们将作用的靶点放到核酸水平上，即抑制基因的表达，阻止能够引 起疾病的蛋白质的产生，就会达到对疾病进行彻底治疗的目的。1 9 7 8 年z a m e c n i k 和s t e p h e n s o n t m 首先提出用人工合成的寡核苷酸作为病毒核酸翻译的抑制剂的思 想，并且成功用1 3 m e r 寡核苷酸与r o u s 肉瘤病毒核酸互补，且在细胞培养中抑 制该病毒生长，这种寡核苷酸被称之为反义寡核苷酸，而这一治疗方法则被称为 反义疗法。 反义疗法是一个较为理想的治疗策略，其优点：第一，具有极高的特异性， 从统计学意义来讲，一个1 7 个碱基的寡核苷酸序列只在人体基因中出现一次，因 而只要知道靶分子的核酸序列，就可以根据w a s t o n c r i c k 碱基配对原理，直接写 出其抑制剂反义核苷酸的化学结构，达到理想的药物设计；第二，反义核苷 酸是内源性的，天然的，它的毒副作用小，一般较为安全；第三，人类疾病的发 生，都是人体细胞中的基因受外界影响异常改变，或基因遗传的缺陷，或由外源 病原体( 如细菌、病原体等) 的基因及其产物与人体相互作用的结果，所以反义 疗法可以治疗人体的许多疾病，如阻止损伤或缺陷基因的表达，抑制外源病原体 遗传物质的复制等等；第四，相对于传统的药物，开发反义化合物的费用较少， 避免了费时费力的化学药物的合成与筛选【玉4 1 。 反义疗法根本的机制是通过阻抑从d n a 到m r n a 的转录过程，或者从m r n a 到蛋白质的翻译过程，达到阻断细胞中有害的蛋白质的合成。用于反义疗法的寡 核苷酸常有寡脱氧核苷酸( o l i g o d e o x yn u c l e o t i d eo d n ) ，o d n 可与基因组r n a 或 d n a ，或者基因组衍生的r n a 互补，这样的o d n 称为反义o d n 。同样也有反义 的r n a ，另外，还有由r n a 组成的酶，即核酶，它可以催化r n a 的切割和r n a 剪切反应，因此核酶可作为基因表达和病毒复制的抑制剂【5 1 。 核苷是合成寡核苷酸片断和基因的最基本的元件，利用核苷通过多种化学合 成方法或者应用d n a r n a 合成出基因片断或全序列，以及其他寡核苷酸已成为 现代分子生物学研究和基因克隆的一种十分有效的手段。这些寡核苷酸的主要用 途有以下几个方面【6 7 j ： 用作基因合成的元件，对某些待研究的基因，它们相应的m r n a 很难从细 2 胞中提取到，故可用化学合成的方法合成所要研究的基因序列； 用作为核苷酸序列分析的引物，以及作为基因扩增反应( p c r ) 的引物； 用作核酸分子杂交的探针，通常情况下合成出带有3 2 p 放射性同为素标记的 寡核苷酸片断，用作探针，来筛选特定基因； 用作重组d n a 连接构件。 1 1 2反义寡核苷酸修饰 反义寡核苷酸( o l i g o n u c l e o t i d e s ，o n s ) 的研究已进入一个新的阶段，有望在抗 病毒、抗肿瘤、炎症性疾病方面成为新的药物，并且是研究基因功能的一个有用 工具。随着人类基因组图谱的解码，以及，1 9 9 8 年，第一个反义核酸f o m i v i r s e n 通 过美国食品药品管理局( f o o da n dd r u ga d m i n i s t r a t i o n ，f d a ) 认证，基于反义核酸 的研究进入一个新的高潮。由于反义寡核苷酸研究时间较长，积累的经验最多， 有可能最早应用于临床【8 j 。 反义寡核苷酸应用中的一个主要挑战是反义寡核苷酸的稳定性，因为未修饰 的反义寡核苷酸在体液中被核酶快速降解。对于反义寡核苷酸的修饰主要基于三 个方面：( 1 ) 对磷酸骨架的修饰；( 2 ) 对糖的修饰( 尤其对核糖的2 位修饰) ；( 3 ) 对碱 基的修饰。寡核苷酸通过修饰，提高了对核酶的抗性，增加了m r n a 的结合力，减 少了毒副作用。目前为止，反义寡核苷酸已经从第一代发展到第三代【9 】。 硫代修饰是目前了解最为透彻、应用最为广泛的第一代反义核酸。它增加了 寡核苷酸对核酶的抗性，并可以w a t s o n c r i c k 方式与靶m r n a 杂交，激活核糖 核酸酶h ( r i b o n u c l e a s eh ，r n a s eh ) 。核糖核酸酶h 能催化d n a r n a 杂合体的 r n a 部分的核内降解，产生不同链长的带3 羟基和5 磷酸末端的寡核糖核酸。对 单链的核酸、双链d n a 或双链r n a 没有作用。硫代修饰反义核酸的一个缺点是 可与多聚阴离子结合蛋白结合，如肝素结合蛋白，从而引起一些毒副作用，如短 时间激活补体级联反应。令人欣慰的是，目前应用于临床实验的低剂量反义硫代 核酸可被良好耐受。 第二代反义核酸主要是对核糖的2 位羟基进行修饰。2 氧甲基, r 1 2 氧甲氧基 乙基r n a 是其中最具有代表性的两个。这类反义核酸以空间位阻的形式，阻断 m r n a 的剪接及翻译发挥作用。采用“g a p m e r 技术，即反义核酸两端进行2 一氧 甲基修饰，中间采用硫代修饰或普通磷酸二酯键连接，既可保持核酶抗性，又可 激活核糖核酸酶h 。同时，因为只有中间几个碱基与m r n a 结合后激活核糖核酸酶 h ，减少了与靶基因以外其他基因结合的可能性，增加了作用的特异性【i o j 。 第三代反义寡核苷酸主要包括对磷酸骨架和核糖进行修饰。( 1 ) 对磷酸骨架进 行修饰：如n 3 ，p 如亚磷酰胺，结构变化是将2 脱氧核糖的3 位羟基由氨基取代。 它对互补r n a 呈现出了高亲和力与核酶抵抗。( 2 ) 对2 脱氧核糖的修饰：锁核 酸( 1 0 c k e dn u c l e i ca c i d s ，l n a ) ：核糖的2 位氧基与4 位碳原子用亚甲基连接起来。 与2 氧甲基r n a 相比，它们所形成的嵌合体对细胞的透膜性增加。三环 d n a ( t r i c y c l o d n a ，t c d n a ) ：近年来发展的一种新的反义寡核苷酸，与同序列2 氧甲基r n a 相比，t c d n a 作用效能增加了1 0 0 倍，t c d n a 不能激活核糖核酸酶h 。 ( 3 ) 其他：肽核酸是继第一代硫代修饰、第二代2 - 0 一a l k y lr n a 后研究最早、最深入 的第三代反义核酸，其脱氧核糖磷酸骨架由聚酰胺连接取代，特点是较好的杂交 性与高的生物稳定性，副作用少，缺点是细胞穿透性差【l l 】。 反义核酸的研究已3 0 年，现对其各方面已有了较为深刻的认识，更多的反义 核酸药物通过f d a 验证成为可能。但这个过程中，无论是作为药物，还是基因研 究的工具，在强调其有效性的同时，必须强调的还有其作用的特异性，而通过不 断完善目前的各种靶基因r n a 可接近位点的“寻靶”技术，则可能达到作用高效而 且效果特异。同时，加强对反义核酸的修饰研究，提高其抗核酶降解，增加与靶 r n a 结合的亲和力以及对细胞的通透性，对于其作用的发挥有重要意义。 1 2 小核糖核酸( m i c r o r n a ) 的作用 科学杂志于2 0 0 2 年1 2 月1 9 日评选出该年度世界十项科技突破，其中位 列榜首的就是小核糖核酸。2 1 世纪以来，r n a 干扰来自于d n a 信息成为研究的 焦点，其原因是，通过对人类基因的测序，发现人类基因只有三万个左右，而且 与其他生物的基因没有多大区别。能对d n a 产生干扰的r n a 不仅能解释生物物 种之间不同的奥秘，还能成为有力的研究工具和取得医药方面突破的新源泉。人 类细胞中通常可以产生人类自己的小r n a ，其数量数以万计。2 0 0 2 年研究者深入 地了解了小r n a 的许多细节和作用，使小r n a 成为那一年公认的科技宠儿。小 r n a 可以控制基因的打开、关闭或者沉默，能将不需要的遗传信息割裂成碎片， 就是将细胞内的与其相似的r n a 片段降解。更令人兴奋的是，人们还发现小r n a 在细胞分裂过程中可以指导染色体中的物质形成正确的结构。人们推测，小r n a 的这些功能是为了防御来自病毒或者是自身染色体组的可能有害的d n a 。 1 2 - 1 4 1 尽管小r n a 干扰的实际作用还需要进一步的探索，但是现有的发现已经使科 学家们知道怎样在实验室中利用它。如果用小r n a 来作为操作干细胞的新工具， 为治疗疾病提供新思路，用r n a 干扰技术调节基因，以完善基因疗法【l5 1 。现有人 使用意在控制癌症生长的多种人工合成小r n a 来干扰、控制易患癌症老鼠的肿瘤 的发生与发展。以上这些会对药物设计带来重要影响，在搞清楚控制不同疾病产 4 生、发展的小r n a 后，人们便可以设计与合成出相应序列的小核糖核酸，或者是 一定序列的小核糖核酸双螺旋体等，或者是某些修饰核糖核酸片断，来彻底根除 疾病【1 6 1 。 2 0 0 3 年科学杂志“十大科技成果”的评选结果中，小r n a 的作用排在第四 位，在这一年中，科学家们继续在小r n a 控制基因表达方面的关键作用进行探讨， 又有许多新的发现，新的研究显示小r n a 通过重组染色体阻止转录；有些科学家 在探讨r n a 是怎样控制细胞性状，同时激发其抗病能力方面取得了新进展，将有 助于人类战胜诸如艾滋病，肝炎等疾病【1 1 7 1 。 小r n a 和r n a 的新作用动摇了分子生物学的“中心法则”的权威性，表明小 r n a 和r n a 有时可处于主导地位，切断或改变来自d n a 的指令，由此扩大了药 物的设计思路。连续两年对r n a 的研究取得受人瞩目的成就，充分体现了研究核 苷和核糖核酸等化学合成的方法与策略的重要性。 1 3 含有稀有碱基的核苷 构成寡核苷酸的基本结构单位是核苷酸，核苷酸由核苷和磷酸组成，核菅由 碱基和戊糖组成，d n a 中戊糖为d 2 脱氧核糖( d 2 d e o x y r i b o s e ) ，碱基为腺嘌呤、 鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶；r n a 中戊糖为d 核糖( d r i b o s e ) ，碱基为腺嘌呤、鸟 嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶。如图1 2 。 图1 2r n a 中的核苷 f i g u r ei 2n u e l e o s i d ei nr n a 5 除以上碱基外，天然的核苷中还发现近一百种修饰碱基，也称稀有碱基，它 们绝大部分也都是嘌呤和嘧啶类化合物。在各种r n a 中，如t r n a 、r r n a 、m r n a 、 细胞核小分子r n a ( s n r n a ) 以及病毒r n a 中都分离得到修饰碱基的核苷。核 酸中，t r n a ( 转运r n a ) 所含稀有碱基最多，含量可高达1 0 。稀有碱基含量 很少，种类却很多，以甲基化的碱基居多。举例如图1 3 。 尿苷衍生物： 00 ll r i b o r i b o s er i b o s e 5 j6 - - 氢尿苷5 一甲基尿苷。即胸苷 4 硫尿苷 ( 咖)(t)(s4u) 胞苷衍生物： 八n h r i b o s e n 4 乙酰基胞苷 ( a c 4 c ) 腺苷衍生物： r i b o s e 卜甲基脾苷 ( m 1 ) 鸟苷衍生物： r b o s e 卜甲基鸟苷 ( m 1 g ) l r i b o s e 3 一甲基胞苷 ( m 3 c ) on r i b o s e 肌苷 ( i ) p j b o s e n en 5 一二甲基腺苷 ( m2 哟 i r i b o s e 5 一甲氧基尿苷 ( 肋5 u ) 皂化 r i b o g e 赖西丁 ( l y s i d i n e , l ) | 川从 r i b o s e n s - 异成烯臃苷 ( 王6 ) n i n 2 。n 2 ，n t - 三甲基乌苷 ( m 产乙7 g ) 图1 3r n a 中存在的主要修饰核苷及其缩略符号 f i g u r e1 3l i t t l en u c l e o s i d ei nr n a 6 众点一 nzinzl nzf nl b 峙 nl 由于r n a 和小r n a 的研究显示了他们具有重要作用，含有稀有碱基核苷的 研究也随之升温，渐渐成为研究热点。 1 4 核苷中碱基的保护 随着不断在自然界的生物体内发现新结构形式的核苷衍生物以及生物，医药 等方面需要多种形式的核苷化合物，许多核苷仅靠传统的合成策略和方法不易或 者无法合成出，因此，合成核苷的方法与策略通过发展与完善，已经形成了另一 类合成方法。 对于嘌呤核苷来说，碱基上的氨基较不稳定很容易被碱性水解成羟基；另外 为了避免在后继反应中反应试剂对化学性质活泼的氨基发生负反应，常需应用保 护反应的策略，预先将氨基封闭或保护起来。 通常，氨基的保护基是比较多的【1 8 】，大部份的保护基是酰基，且首选的保护 基也是酰基。如图1 4 。当氨基酰化后常常会提高嘌呤核苷在酸性介质中脱嘌呤的 速率，这也许是由于在酸性介质中发生环上的氮原子的质子化反应【l9 1 ，对核苷建 的稳定性造成影响所致。长期以来，人们在这样的思想指导下，寻找对碱基上的 氨基保护的酰基，即要求他们在保护氨基后，在中性及酸性的条件下稳定，并且 能在氨溶液( 水或醇中) 作用下方便的脱除【2 0 。2 2 】。 在对应后继的寡核苷酸合成的条件下，开始人们首先选用苯甲酰基( b z ) 作 为腺苷中n 6 氨基以及胞苷中的n 4 氨基的保护基，对于鸟苷中的n 2 氨基首选异丁 酰基( i b u ) 来保护。这两种保护基可以承受核苷酸合成的条件，但去除它们时， 确实需要用较强烈的方法，如在5 5 下的浓氨溶液中处理数小时，才可以将这种 酰基脱除，这对核苷中的苷键是十分不利的。因此，为了能用较温和的条件反应 脱除保护基，对n 上氨基保护的酰基逐渐被选用成较复杂的形式，如苯氧乙酰基 ( p h a c ) 2 3 - 2 6 】，异丙氧基乙酰基( i p a ) 2 7 1 以及q 苯基肉桂酰基( 0 【p h c m ) ，或称 为0 【苯基苯丙稀酰基【l 引，这些酰基均可在寡核苷酸合成后，很方便的在温和碱性 条件下脱除。 为了使保护基能在温和条件下被脱除，v a nb o e c k e 2 9 1 和v a nb o o m 3 0 】等人在苯 甲酰基的邻位增加一个带有保护基的2 羟基甲基侧链，如2 ( 苯甲酰氧甲基) 苯 甲酰基( b o m b ) 和2 ( 乙酰氧基甲基) 苯甲酰基( a m b ) 中，这些羟甲基侧链 的末端经酰基修饰后，会对苯甲酰基保护基的脱除有利，形成更巧妙的脱除过程。 如图1 5 。如在浓氨水或碳酸钾甲醇溶液中，首先是羟甲基末端的酰基先脱除，紧 接着在第二步中羟基分子内进攻酰胺基，形成l ，3 二氢异苯并呋喃衍生物作脱离集 团，从而核苷等外环的氨基得以脱保护而自由。 7 oo o o b e n z o y l ( b z ) a n i s o y l ( j i i n ) a c e t y l ( a c ) i s o c u t y r y l ( i - b u ) o o 弋 0 p h e n o x y a c e t y l ( p h a c ) ( 1 - - p i w n y l c i r m a m y l ( a - p h c m )i s o p t o p o x y a c e t y l ( i - p a ) 0o 心c 刊c o o r = - t b d p h s i ( s i 0 1 b ) p h t h a l o y l ( p h t h ) a l l y l o x y c a r b o n y l ( a o c ) 0 0 9 - f l u o t r e n y l m e t h o x y c a r b o n y 2 - ( 4 - n i t r o p h e n y l ) e t h o x y c a r b o n l y ld i r 呛t h y l f o r m m i d i r m (f肿c)(m3eoc) ( d m f ) 图1 4 氨基的保护集团 f i g u r e1 4t h ea m i n op r o t e c t i v eg r o u p 图1 5a m b ( 或b o m b ) 从腺苷n 6 氨基上消除的过程 + a 山m 由峙 f i g u r e1 5e l i m i n a t i o no f a m b ( o rb o m b ) a tn 6 - a m i n eo fa d e n o s i n e h o w a r dj 等人【3 2 】用三甲基氯硅烷( t r i m e t h y l c h l o r o s i l a n e ，t m s c 1 ) 保护核苷 中糖环上的羟基，苯甲酰氯酰化核苷中碱基上的氨基，反应完全后加水搅拌五分 钟，使糖环中羟基上的三甲基硅基脱掉，倒入氨水搅拌1 5 分钟，使氨基上的两个 8 n 心 苯甲酰基脱掉一个，实现核苷上氨基的苯甲酰化。如图1 6 。这个反应的转化率很 局。 d “甏m d ”瞻 毗啶水( 4 ：1 ) 室襁4 w b 时，9 7 1 或者吡啶一水氯水( 4 ：1 ：2 ) 室盈1 小时，9 “ 或看。四氢呋喃一三氯乙酸水( 4 ：l ：1 ) 室晶，1 分钟1 0 假 m ! ! 堕尘坚! ! ! 兰塑：! 尘壁：! 竺 四氢咦喃一三氟乙酸冰( 4 ：1 ：1 ) 室温1 分钟1 0 慵 图1 6h o w a r dj 等人的苯甲酰化反应 f i g u r e1 6t h eb e n z o y l a t er e a c t i o no fh o w a r dj z h i y o n gc u i 等x t 3 3 】也用这个方法对核苷上的氨基进行保护，最终合成出t 3 ， 脱氧腺苷衍生物和3 脱氧鸟苷衍生物。该反应方程式如图1 7 。 9 署嚣0 u kt 哪。乙腈，水 。” 8 “ o h s _ c l g l ! 塑! 一 m i i e 咖 m 9 6 m d p s l 毗啶d i a p t 蹦o ! ? - 9 9 i 上生裟害l 聊 m b n 甲苯 ” 9 2 i 尘! ! ! 墅塑! 圣t 斟 t b d p s - c i 8 7 l n 鱼塑丝! ! ! 堂 t 日坤 lm 曲i - ( 2 m t 啦p r 印i t r i l e ) 甲苯 n = g n 丝婴! i 9 唑 1 乙餍9 水3 o n = g n i 图1 73 脱氧腺苷衍生物和3 脱氧鸟苷衍生物 f i g u r e1 7s y n t h e s i so f p r o t e c t e d3 - d e o x y a d e n o s i n ea n d3 - d e o x y g u a n o s i n e 1 5 非环核苷 非坏核苷就是与核苷碱基偶联相连的糖类为非环糖类的核苷。非环核苷的合 成有两类方法，一种方法是将非环糖类与核昔碱基偶联，即成为非环核苷；另一 方法以核苷为原料，经有机反应( 如氧化反应等) 将核苷糖环打开，大部分情况 下这是很经济的方法。 1 0 斟。 浏 1 5 1常见的非环核苷 阿昔洛韦( a c y c l o v i r ，a c v ，如图1 8 ) 是第一个研制成功的并已应用于临床 的无环抗病毒化合物，是广谱的抗病毒药物并且很少有不良副反应。从结构上看 阿昔洛韦失去糖环中2 位和3 位的两个碳，j 下因为如此，它成为核酸链的终止剂， 使病毒d n a 合成中断。 在这一抗病毒机制的指引下，人们又先后合成了其它无环核苷类似物。某些 非环核苷均含有手性碳的非环成分，图1 8 中所示非环核苷具有很好的抗病毒活 性。 o ho h d 班j g 图1 8 非环核营 f i g u r e1 8s e c o u n c l o e s i d e 1 5 2 h i r o t a 方法制备非环核苷及其相关反应 d 唧 h i r o t a 等人3 4 , 3 5 1 应用还原剂进行核苷糖基的断键反应，并且断键的位置在异头 碳处。如图1 9 。 nnj m nz 矽z l - 7 u二d一 j三 j 0 1 塑：! ! ! 些墨 1 b i t ，r t 1 d o 图1 9h i r o t a 方法制备= 1 f 环核苷及其可能机理 f i g u r e1 9m e c h a n i s mo fh i r o t a 这种还原环打开是以2 ，3 氧异亚丙基核苷和d i b a l h ( 氢化二异丁基铝， i - b u 2 a 1 h ) 在室温下，于四氢呋喃( t h f ) 反应一天而实现的，若y 为羟基，则 可在丙酮作用下，得到9 ( 2 ，3 ，4 ，5 二氧一异亚丙基核糖醇基) 嘌呤衍生物。 对于这一还原开环反应，h i r o t a 等人认为，是由于l e w i s 酸d i b a l h 和核苷 形成了络合物，特别是d i b a l h 和异头碳处的氧形成配位键后，活化了整个呋喃 糖环，从而引起另一d i b a l h 中的氢负离子亲和进攻糖环上1 位的碳，形成糖环 上l 位碳的选择性还原，c ( 1 ) 0 键断裂。更加具体的反应历程仍不清楚，并且该 反应仅限于嘌呤类核苷，以及仅在无水的四氢呋喃反应中反应进行得很好【3 4 1 ，这 都增加了这个还原开环机理的复杂性，是否有四氢呋喃参与反应，这都有待于进 一步研究。 但是，这都不影响这个反应的广泛应用。已知化合物n e p l a n o c i na 是一个碳 环核苷，具有抗肿瘤和广谱抗病毒的作用，如果将该化合物质被称丌环的形式， 即a c y c l o n e p l a n o c i na ，将会得到一个新的抗肿瘤化合物，h i r o t a 等人【3 6 】设计了这 个反应的过程。 如果用n e p l a n o c i na 做起始物，进行异头碳的剪切，很难用化学方法实现， 通过h i r o t a 等人的方法，可以用腺苷为原料制的a c y c l o n e p l a n o c i n a 。 1 2 t m 8 0 t 日d m 8 0 ，l c o h 1 砭7 d i b 【j i 可酊rt _ 坠! 旦婴! 里三t b o m s o n - b u l l ，t h f ，o u 生! 皇生 a c z o ，c h 2 c 1 2 图i 1 0a c y c l o n e p l a n o c i na 的制各方法 f i g u r e1 10a c y c l o n e p l a n o c i na n e p l a n o c i na d - e t r i a d c r i i mb u c i c l o v i r 图1 1 1 非环核苷 f i g u r e1 11s e c o u n c l o e s i d e 1 3 n nz n n j 匕 塞銮遵太堂亟堂位 途塞曼l言 h b n a l 0 4 - - - - - - - - - - - - - 。- - 。- - - - - - - 一i - a c o h - a c o n a , h 2 0 a h h 8 0 9 l a c 0 h - - - - - - - - - 一 h ( d c = h z 0 , 2 m o l l n a o h _ 1 n a b h 4 ，h 2 0 n h 2 0 h h c i n a o l e ，| e o h h 日 b 二簧h 一责h义 p a q n a b 8 h卜栅 h 科hh 摧h 一乱 h b 为嘿呤碱基，a 为腮嘌吟 图i 1 2h i r o t a 还原开环方法合成多种非环核苷衍生物 f i g u r e1 12s e c o u n c l o e s i d eo fs y n t h e s i sb yh i r o t a 不论是合成的还是从天然产物里面分离的非环核苷均还有手性碳的非环成 分，图1 1 1 中所示的两个非环核苷都具有很好的抗病毒活性，但他们的手性非环 糖部分的3 位有不同取代基，合成特别困难，显然用先合成手性开环糖部分，再 和腺嘌呤或者鸟嘌呤耦合的方法很棘手。h i r o t a 等人的方法可以较方便的获得以上 两类化合物。 h i r o t a 等人用还原开环方法得到非环核苷作原料，在n a l 0 4 作用下氧化除去一 个碳原子，然后在不同的介质条件下，用n a b h 4 还原，分别得到3 位不同手性中 心的开环糖，如图1 1 2 中第一条合成路线【37 1 。 n a l 0 4 氧化所得到的醛，可以用其他方法处理，得到3 位有不同取代基的非环 糖醛衍生物。 嘧啶类核苷和d i b a l h 四氢呋喃反应不能生成以上嘌呤类核苷的异头碳处开 环的化合物，其原因尚不清楚。实验结果显示，对于尿苷来说，和d i b a l h 作用， 使尿嘧啶的5 ，6 位双键还原，形成5 ，6 二氢尿苷，而糖基没有变化。胞苷和d i b a l h 作用的结果又与尿苷不同，生成多种和d i b a l h 配位的络合物，没有形成单纯胞 苷的还原产物。这些都体现了两类碱基结构的不同，进而表现出不同的化学性质， 这些很多反应中都有存在。 1 5 32 ，3 断核糖核苷的合成 在2 ，3 断核糖核苷中，其核糖的2 位与3 位之间的碳碳键断裂，核糖成为带 有三个伯羟基的非环结构，要合成这样的2 ，3 断核糖核苷中，通常用5 羟基保护 的核苷为起始原料，用高碘酸钠作( n a l 0 4 ) 氧化剂，将2 ，3 顺二醇氧化成相应 得二醛，然后再以硼氢化钠( n a b h 4 ) 将醛还原成醇。可以得到嘧啶类和嘌呤类2 ，3 - 断糖核酸3 8 1 。如图1 1 3 。 r 0 日 0 h 0 h r 0 日 。 0 ho h 图1 1 32 ，3 _ 断核糖核苷的合成 f i g u r e1 13s y n t h e s i so f2 3 - s e c o r i b o n n u c l e o s i d e s d a m h am a s a dj 等人在他们的专利【3 9 】中提到如下反应： u t a d i 0 h 图1 1 42 。3 - 断核糖核苷的合成 f i g u r e1 1 4s y n t h e s i so f 2 , 3 一s e c o r i b o n n u c l e o s i d e s 这个反应中用单甲氧基三苯基氯甲烷( m o n o m e t h o x y t r i t y l c h l o r i d e ) 作为尿苷 ( u r i d i n e ) 中糖环上5 羟基的保护剂，二氧六环为溶剂，加入高碘酸钠的水溶液， 反应2 3 小时，除去生成的碘酸钠盐，然后再与硼氢化钠反应2 0 3 0 分钟。 d a n n ypc 等人【4 0 】也提出过一个相似的反应： 0 h g = 9 - g u 扰, a l n y l h 2 ，6 0 ， o h 8 7 睁n a l 0 4 , 3 h , t h e n n a b h 4b 0 。 图1 1 5d a n n ypc 等人合成的2 ，3 _ 断核糖核苷 f i g u r e1 1 5s y n t h e s i so f 2 , 3 一s e c o r i b o n n u c l e o s i d e so f d a n n ypc 与前面的反应不同之处在于，d a n n ypc 等人首先将5 位羟基用碘取代，进而 氢化去碘，再由高碘酸钠氧化，硼氢化钠还原。就实现了2 位3 位之间的碳碳键 断开，形成2 ，3 断核糖核苷。 1 6 钭士斟 警 若 b萋蓦删0裟 m r 1 5 42 ，3 一断核糖核苷衍生物的合成 w a l k e r 等人对2 ，3 断核糖核苷可作一系列的处理，如经过m s c l p y 处理后得 2 ，3 二氧甲磺酰基2 ，3 断核糖核苷，在氯化铝的作用下2 ，3 二氯一甲磺酰基 2 ，3 断核糖核苷，但用碘化钠处理时，可以得到两种混合物：2 ，3 一二碘一2 ，3 断核 糖核苷和3 碘2 甲磺酰基一2 ，3 断核糖核苷。这两种混合物的比例随所用的碘化 钠的量而变化，而前者可作进一步反应，如图1 6 所示，可得3 叠氮基2 ，3 断核 糖核苷，可还原成3 氨基2 ，3 断核糖核苷。这其中许多化合物都有类似于阿昔 洛韦的抗病毒效果，而3 叠氮基2 ，3 断核糖核苷显然与a z t 有相似的作用。 、。一、o m s 。叫b 詈、 f y + 舳、。7 卜哪 、。音、。7 0 a c 出的、。7 0 m s l卜h 。 、。7 0 h 、。一的、。 i c ：= o 一m y 。7 - 呻0 71 图1 1 62 ，3 -