（生物物理学专业论文）123三唑取代的水杨酸衍生物的合成.pdf

摘要 h i v - 1 整合酶是h i v - 1 生命周期中必不可少的一种酶，阻断整合酶功能的 任一过程或几个过程，即可阻断整合酶的活性，从而抑制h i v - 1 的复制过程， 达到抑制病毒复制，延长生命的目的。本文以已经报道的苯乙烯基喹啉衍生物 为药物分子原型，设计并合成了l ，2 ，3 三唑取代的水杨酸衍生物。 研究了中间体化合物芳基叠氮化合物的合成方法，在叔丁基亚硝酸酯和三 甲基叠氮基硅烷作用下，无须保护酚羟基和羧基，一步高产率得到了叠氮基水 杨酸化合物。 研究了炔丙醇、炔丙胺，炔丙基溴为端炔模块的含各种取代基的炔丙基苯 基醚，苄基炔丙基醚，n 苄基炔丙胺，n ，n 二苄基炔丙胺的通用合成方法，为 c u ( i ) 催化的h u i s g e n1 ，3 偶极环加成反应提供了各种端炔原料的制备方法。 研究了以3 叠氮5 氯水杨酸为叠氮化物与各种炔丙基苯基醚、苄基炔丙基 醚、n 一苄基炔丙胺，n ，n 二苄基炔丙胺的c u ( i ) 催化的h u i s g e n1 ，3 偶极环加 成反应，以五水硫酸铜抗坏血酸钠为催化剂体系，在叔丁醇水作为溶剂体系中， 顺利地得到了目标产物。 以化合物6 7 a 为例，运用紫外可见光光谱法，荧光光谱方法研究了1 ，2 ， 3 三唑取代的水杨酸衍生物的光物理性质，结果表明该化合物对z n 2 + 有一定的 选择性相互作用，对c 0 2 + , c a 2 + , m 9 2 + ，n i 2 + ，c r 3 + ，砧3 + ，“+ 均无明显相互作用。并计 算出化合物6 7 a 的荧光量子产率为o 7 6 1 。 关键词h i v - 1 整合酶抑制剂；1 , 2 ，3 - 三唑；c u ( i ) 催化；h u i s g e n1 ，3 偶极环 加成反应；荧光量子产率。 a b s t r a c t a b s t r a c t h i v - 1i n t e g r a s e ( 踯i sa l le s s e n t i a le n z y m ed u r i n gt h eh i v - 1l i f ec y c l e p e o p l e sl i f ec a i lb ep r o l o n g e db yh i t t i n go n e o rm o r eo ft h ev i r a lr e p l i c a t i o n ss t a g e s i nt h i sp a p e r , w ep r e s e n tt h ed e s i g na n ds y n t h e s i so fan e wc l a s so f 1 ，2 ，3 】一t r i a z o l e s u b s t i t u t e ds a l i c y l i ca c i dd e r i v a t i e sb a s e do nt h ee a r l yr e p o r t e ds t y r y l q u i n o l i n ea s h i v - 1 玳i n h i b i t o r s w eh a v et e s t e dan e wa p p r o a c ht os y n t h e s i z ea r y la z i d e sa n da p p l i e dt h i s m e t h o dt os y n t h e s i z e5 - c h l o r o - 3 - n i t r o s a l i c y l i ca c i di no n e - s t e pa n dh i g h l yy i e l d b y r e a c t i n g 谢t ht e r t - b u t y ln i t r i t ea n dt r i m e t h y ls i l i c a n ea z i d e ，w eg e tt h et a r g e t m o l e c u l ew i t h o u tp r o t e c t i n gt h eh y d r o x y la n dc a r b o x y l i ca c i dg r o u p a l s ow ed e v e l o p e dt h ep r o t o c o l sf o rp r e p a r i n gf o r t h ep r o p a r g y la l c o h o l d e r i v a t i v e sa n dp r o p a r g y la m i n ed e r i v a t i v e s ，m o r e o v e r ；w eh a v es y n t h e s i z e dt h e n - m o n o s u b s t i t u t e da n dd i s u b s t i t u t e dp r o p a r g y la m i n e s n l e yc a l lb ef u r t h e ru s e da s t h et e r m i n a l a l k y n e s f o rt h e p r e p a r a t i o n o f1 ，2 ，3 - t r i a z o l eb yt h e c o p p e r ( i ) - c a t a l y z e dh u i s g e n1 , 3 一d i p o l a rc y c l o a d d i t i o nr e a c t i o n t h ep r e p a r a t i o no f1 ，2 ，3 - t r i a z o l es u b s t i t u t e ds a l i c y l i ca c i dd e r i v a t i v e si sf u l l y i n v e s t i g a t e d b yr e a c t i n gw i md i f f e r e n tt e r m i n a la l k y n e ss u c ha sp h e n y lp r o p a r g y l e t h e rd e r i v a t i v e s ，b e n z y lp r o p a r g y le t h e rd e r i v a t i v e s ，w es u c c e s s f u l l yo b t a i n e d s e v e r a lc l a s s e so f1 ，2 ，3 - t r i a z o l es u b s t i t u t e ds a l i c y l i ca c i dd e r i v a t i v e si nt e r t - b u t y l a l c o h o l w a t e rs o l v e n ts y s t e mb yu s i n gc u s 0 4 。5 h 2 0 s o d i u ma s c o r b a t ea st h e c a t a l y s t t a k i n gc o m p o u n d6 7 aa sa l le x a m p l e ，w eh a v ei n v e s t i g a t e dt h ep h o t o p h y s i c a l p r o p e r t i e sb yu v - v i s b l ea n df l u o r e s c e n ts p e c t r am e a n s t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e c o m p o u n d6 7 ai sap o t e n ts e n s o rw i t hz n 2 + a n dh a sl i t t l ei n t e r a c t i o nw i t hc o ”，c a 2 + , m 9 2 + ，n i 2 + ，c r 3 + ，a 1 3 + ，l i + t h ef l u o r e s c e n tp r o p e r t i e sa r ea l s oi n v e s t i g a t e dw i t ht h e f l u o r e s c e n tq u a n t u my i e l do f0 7 61i nc o m p o u n d6 7 a k e yw o r d sh i v - 1i n t e g r a s ei n h i b i t o r s ，1 ，2 ，3 - t r i a z o l e ，c u ( i ) c a t a l y z e d ，1 ， 3 - d i p o l a rc y c l o a d d i t i o n ，f l u o r e s c e n tq u a n t u my i e l d 1 l - 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，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，也不包含为获得北京工业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 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：翩繇硷期：型2 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1课题背景与研究意义 三唑化合物是一类具有广泛生物活性的五元含氮杂环化合物，一直以来倍 受药物化学工作者和有机合成工作者的重视。依照n 原子相邻关系可分为两大 类：1 ，2 ，3 三唑1 和1 ，2 ，4 三唑2 ，它们又各有其异构体，如图l 一1 所示。 匡一 一h 芯n 一黪h 图1 - 1 三唑化合物的互变异构形式 f i g u r e1 - 1t h et a u t o m e rs t r u c t u r e so f t h el r i a z o l e 其中1 ，2 ，3 三唑化合物是近年来发展起来的一类化合物，由于其独特的结构 和化学性质，在有机化学、药物化学和材料化学等诸多领域具有广阔的应用情 景。特别是在药物化学方面，如抗菌【1 】、抗过敏1 2 1 、抗h 1 n t 3 1 、抗肿瘤t 4 1 等方面 有诸多的应用。但迄今为止，尚未从天然产物中分离得到l ，2 ，3 三唑化合物，大 部分的l ，2 ，3 三唑化合物都来自于人工合成5 1 。因此如何简洁高效合成l ，2 ，3 三 唑化合物显得尤为重要。 本章首先拟对1 ，2 ，3 三唑化合物的主要合成方法作一简要综述，特别是 c u ( i ) 催化h u i s g e n1 ，3 偶极环加成反应合成l ，2 ，3 - 三唑衍生物的方法，然后介 绍c u ( i ) 催化h u i s g e n1 ，3 偶极环加成反应在药物开发等领域的广泛应用，最后 详述苯乙烯喹啉类衍生物h i v - 1 整合酶抑制剂的研究现状。 1 1 1l ，2 ，3 三唑化合物合成 自第一个1 ，2 ，3 三唑的合成到现在，已合成出了大量此类化合物，各种不同 的合成方法被广泛报道。综合起来，根据1 ，2 ，3 三唑环连结方式，可分为两种方 法，生成一个化学键成环法和生成两个化学键成环法。即n ( 1 ) - n ( 2 ) 键生成成环 法和n ( 1 ) c ( 5 ) ，n ( 3 ) - c ( 4 ) 或者c ( 4 ) 一c ( 5 ) ，n ( 1 ) n ( 2 ) 两个化学键同时生成成环法， 如s c h e m e1 1 所示。下面对上述两种方法作简要综述。 北京工业大学理学硕士学位论文 f o r m a t i o no f o n eb o n d 1 n 2 ) 4 f o r m a t i o no f t w ob o n d s ( n k c 5 0 p c 4 ) 5 f o r m a t i o no f t w ob o n d s ( c 4 - c 5 n 1 - n 2 ) 三 沁 9 0 y i e l d 10 0 r e g i o s e l e c t i v e 4 8 卧西呲 、 ， 北京工业大学理学硕士学位论文 叠氮化钠亦可取代芳香环上的卤原子而发生一锅法反应。2 0 0 7 年，b i j o y k u n d u 报道了f e c l 3 一c u ( o ) 体系为催化剂，n a h c 0 3 为碱，水相中一锅法合成1 ，4 双取代三唑产物4 9 ( s c h e m e1 - 2 8 ) 口枷。 ”占c 而u ( 0 ) - f 而e c l 3 。2 n | 4 9 s t h e m el - 2 8 2 0 0 4 年，王鹏报道了三组分体系一锅法串联合成三唑产物5 0 ，该反应条件 温和，后处理简单，实现了快速构建三唑衍生物化合物库的目的( s c h e m el 一2 9 ) 2 5 1 。 c u s 0 4 r 1r 2 n h + b r 篙署鲈鼽则r ，2 。 t - b u o h ，h 2 0u 一。南： ，、n r l 1 1 2c u ( i ) 催化h u i s g e n 反应的应用 c u ( i ) 催化的h u i s g e nl ，3 偶极环加成反应自发现以来，由于其独特的反应优 点，能快速、高效构建分子连接模块，以及1 ，2 ，3 三唑模块独特的物理和化学性 质，被大量地应用于药物化学、材料化学等领域。 c u ( i ) 催化的h u i s g e n1 ，3 偶极环加成反应常用于药物化学研究中，通过 c u ( i ) 催化叠氮化物与端炔反应构建1 ，2 ，3 三唑环，可以快速将药效团分子 连接在一起，以用于药物先导化合物分子筛选。目前已成功应用于几种酶抑制 剂药物分子的筛选步骤。如h i v - i 蛋白酶抑制剂【2 6 a 】，蛋白质酪氨酸磷酸酯酶抑 制剂【2 御，乙酰胆碱酯酶抑制剂【2 刚等。 2 0 0 6 年s h a oq y a o 报道了通过c u ( i ) 催化叠氮化物与端炔反应合成9 6 个金属蛋白酶抑制剂5 l 并原位筛选了活性( s c h e m e1 - 3 0 ) 【2 鲫。 h h o ，n o 鸽八弋 c u s 0 4 s o d i u ma s c o r b a t e h if1 h h i d m s o ，t - b u o h ，h 2 0 心批w m r 2 o h h o ，n o 肖憎愉评 o 9 6m m pi n h i b i t o r s 5 l s c h e m el 一3 0 c h j h u e yw o n g 报道了c u ( i ) 催化组合合成8 5 个三唑衍生物5 2 ，原位检 测其抗人体a - 1 ，3 - 海藻糖转移酶活性，并筛选出活性最高化合物5 3 ( s c h e m e 1 3 1 ) 2 6 e 。 o 99 0 一p 一0 - p - o o n n o ho h o r 、鸽懈3 - l _ _ _ - - - _ _ - _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ 。 c u s 0 4 ，c u - w i r e h 2 0 e t o h t - b u o h 皇暑量、 g d p 钭划h 一融 n n o ho h r 、n 飞o p n d 、汀g n r 、 ；w 、汀n o 8 5p r o d u c t s 5 2 5 3 c u ( i ) 催化的h u i s g e n1 ，3 - 偶极环加成反应也常用于高分子( 聚合物) 修饰。 2 0 0 6 年，h i l b o m 报道了利用c u ( o 催化的叠氮修饰的聚乙烯醇与端炔修饰的聚 乙烯醇发生c l i c kr e a c t i o n ，键连生成水凝胶( h y d r o g e l s ) 5 4 ( s c h e m e1 - 3 2 ) 【2 7 1 。 北京工业大学理学硕士学位论文 5 4 s c h e m e1 3 2 1 1 3m v - 1 整合酶抑制剂：苯乙烯喹啉衍生物 艾滋病是由人类免疫缺陷病毒( h m n a ni m m u n o d e f i c i e n c yv i r u s ，h i v ) 感染 引起的一种传染性疾病，它是人类历史上危害最深广、灾难最严重的传染病之一。 自美国1 9 8 1 年诊断出首例艾滋病患者以来，艾滋病在全球范围内以惊人的速度传 播。2 0 0 7 年1 1 月2 0 日，联合国艾滋病规划署和世界卫生组织共同发布的2 0 0 7 年度 世界艾滋病报告显示，全球目前有3 3 0 0 多万人感染艾滋病病毒1 2 8 。研究表明，人 免疫缺陷病毒( h i v ) 是艾滋病的病原体，它通过破坏人体免疫系统中t 淋巴细胞， 使人体因丧失对各种疾病的抵抗力而发病死亡。对艾滋病致病机制的研究可以发 现，h i v 在其复制过程中，先后有三种酶的参与，即逆转录酶，整合酶，蛋白酶 的参与完成病毒入侵人体过程。理论上，阻断h i v 复制生命周期的任一过程或几 个过程，即可抑制h 复制，达到延缓艾滋病过程，延长艾滋病人生命的目的。 近十几年来抗艾滋病药物的研制主要是针对上述3 种关键酶而进行。在众多治疗 艾滋病药物研究中，苯乙烯喹啉衍生物是一类新型h i v 1 整合酶先导化合物抑制 剂。其结构通式如图1 2 所示。 r o h o h r = h 。c o o h ，c n ，s 0 3 h 图1 2 苯乙烯喹啉结构通式 f i g 1 - 2g e n e r a ls t r u c t u r eo fs t y r y l q u i n o l i n e 在该类化合物中，水杨酸结构是必需的药效团。当羟基换成硝基、氨基或乙 酰氧基时，其活性完全消失。研究表明：喹啉结构的c 7 位羧基的存在是化合物 具有生物活性的关键，羧基如果被甲酯基或氯取代将会产生中到高的细胞毒性。 该类化合物毒性小，抑制整合酶活性强【2 9 】，可以作为先导化合物进行进一步的结 构修饰。对该化合物结构进行分析，主要包括三大部分，即喹啉母体结构、反式 烯烃结构( l i n k e r ) 、多羟基苯环。由此，掀起了研究苯乙烯喹啉类整合酶抑制 剂的热潮。 ( 1 ) 喹啉母体结构的修饰 2 0 0 1 年，法国科学家j e a nd a n g e l o 等人t 3 0 1 考虑到仅，丫二酮酸类化合物5 5 也具有h i v - 1 整合酶抑制活性，合成了新型的苯乙烯喹啉的衍生物喹啉结构 的c 7 位含有a - - - 酮酸结构。h o o c c o c = c ( o h ) 体系是结构式5 6 和5 5 的相 似之处。这类化合物具有显著的抗病毒活性( i c 5 0 = l o l a m o l l 。1 ) 。 f h 5 55 6 考虑到苯乙烯喹啉衍生物抗h i v - 1 整合酶活性的研究以及喹唑啉多样的生 物活性，2 0 0 2 年l e e 课题组在设计合成了苯乙烯喹啉的类似物一苯乙烯喹唑啉 衍生物5 7 。 r 2 r 3 r 2 。r 3 ：h ，o h ，o m e 。o a c 5 75 8 研究表明，与苯乙烯喹啉衍生物相反， o h o h o h o h 5 9 苯乙烯喹唑啉衍生物的c 8 位引入 北京工业大学理学硕士学位论文 羟基会降低其抑制活性，喹唑啉的c - 8 位没有取代基的化合物5 8 是最有抑制活 性的化合物，它比相应的苯乙烯喹啉类化合物的抑制活性强，相反，喹唑啉的 c 8 位有羟基的化合物5 9 比其母体结构5 8 的生物活性低。因此说明苯乙烯喹 唑啉衍生物与h i v 1 整合酶的结合模式与苯乙烯喹啉不同【3 1 1 。 2 0 0 5 年，b a y l e 课题组合成了一系列c 7 含有芳酰基与酰基的苯乙烯喹啉衍生 物6 0 ，并对其生物活性进行了研究，与c 7 含有羧基的苯乙烯喹啉相比，这类化 合物对h i v 1 整合酶没有抑制活性【3 2 1 。 ro h o h 6 0 2 0 0 7 生1 z ，e 曲e r t s o n 课题组【3 3 1 研究发现喹啉的类似物l ，6 二氮杂萘6 l 在分子 内x 寸h r v - 1 病毒有较强的药代动力学作用及较好的抑制活性( i c 5 0 21 0 l j r n o l l 。1 ) 。 oo h 6 l ( 2 ) l i n k e r 部分的结构修饰 2 0 0 1 年d a n g e l o 研究发现l i n k e r 部分的烯键被还原后的化合物6 2 具有 h i v 1 整合酶抑制活性，但却有显著的细胞毒性p 蜘。 h oo h o h 6 2 在此研究成果的基础上，2 0 0 4 年d a n g e l o 课题组对其l i n k e r 部分进行结构 修饰，合成了一系列新型的h i v 1 整合酶抑制剂喹啉部分与芳香结构通过其 他官能团相连，如酰胺键、脲键、酰肼键等。 第1 章绪论 h o o c o h n h 氐人r r ： r 1 = h ，o h o ho r 3 = h ，o h r 2 = o h ，o m er 4 = h 。o h 6 3 6 4 发现通过酰胺键连接的化合物6 4 是此系列中最有抑制活性的化合物【3 砌。 2 0 0 7 年m u s i o l 课题组【3 4 c 】合成了一系列新型的珈 v 1 整合酶抑制剂，喹啉部分 通过碳氮双键与起辅助作用的苯环相连，其中化合物6 5 有较强的抑制活性( i c ，。= 6 5 呻o l l 。1 ) o h n o h 6 5 ( 3 ) 多羟基苯环的修饰： 大多数有生物活性的多羟基苯乙烯喹啉类化合物都含有邻苯二酚结构，但此 结构并不是必须的药效团，苯环上可以引入各种取代基。例如，具有活性的化合 h o o c c o o h h o h i c 5 0 = 2 7 i - t m o l l 1 ( 3 p ) ； 0 6 i l m o l l 1 ( i n t e g r a t i o n ) h o m e o h i c 5 0 = 2 8 p m o l l - 1 ( 3 p ) 3 7 i - t m o l l 1 ( i n t e g r a t i o n ) n 0 2 i c 5 0 _ 5 3 1 t m o l l 1 ( 3 p ) ； i c 5 0 _ 1 2 1 a m o l l 1 ( y - p ) 2 11 t m o l l - 1 ( i n t e g r a t i o n ) 1 7 i _ t m o l l 1 ( i n t e g r a t i o n ) 6 6 e6 6 d 物6 6 a 、6 6 b 、6 6 c 以及6 6 d 并不具有邻苯二酚结构【3 铷。进一步研究发现，苯环还可 以被各种杂环取代而对抗h i v 1 整合酶活性无明显影响【3 5 b 1 。 颠 o = 北京工业大学理学硕士学位论文 研究表明，苯乙烯喹啉类衍生物的主要药效团是喹啉环上的水杨酸结构，它 与整合酶中心的催化区域的二价金属离子配位，从而抑制磷酰基的转移，其中芳 环部分必不可少，起辅助作用，其作用模式如图( 1 2 ) 所示【3 6 】： 图1 - 3 苯乙烯喹啉类化合物与h i v 整合酶的体外作用模式 f i g u r e1 - 3p r e s u m e di nv i t r ob i n d i n gi n t e r a c t i o n sb e t w e e ns t y r y l q u i n o l i n e sa n dt h eh i v - 1 i m e g r a s ec a t a l y t i cs i t e 1 2本课题主要研究内容 基于苯乙烯喹啉衍生物族在h i v 1 整合酶抑制剂中的重要地位以及对该类 先导化合物改造的先例，本课题以苯乙烯喹啉结构为设计原型，根据其作用机 制，对其进行结构改造，设计了l ，2 ，3 三唑取代的水杨酸衍生物结构，利用 芳基取代的端炔与叠氮基水杨酸衍生物发生l ，3 偶极环加成反应，即将疏水 性芳基与金属离子识别位点水杨酸结构快速连接起来，合成具有潜在h i v - 1 整合酶抑制作用分子，进一步作为药物分子进行活性筛选。 首先设计了苯酚结构的芳基与水杨酸结构通过三唑相连的水杨酸衍生物结 构，利用含各种取代基的苯酚与炔丙基溴反应，得到炔丙基苯基醚，再与3 叠 氮基取代的水杨酸发生“c l i c kr e a c t i o n ，得到苯氧亚甲基三唑取代的水杨酸衍 生物。 c i o h 6 7 a d a ：r = h ，b ：r - - p - t b u , c ：r = p - n 0 2 ，d ：r = p - b r 第1 章绪论 考虑到链的长短对药物活性的影响，设计和合成了苄氧亚甲基三唑取代的 水杨酸衍生物6 8 。 o h 6 8 a h 8 1r = h ，b ：r = p - m e ，c ：r = m m e ，d ：r = o - m e ， e ：r = p - f , f r = m - f , g ：r = d - f h ：r = o - b r 以n h 代替苯酚结构中的氧原子，合成了化合物6 9 。 c i 同理，延长碳链，设计了化合物7 0 的合成。 h o o c c i o h 妒钭w r r 可以为各种取代基 7 0 另外还设计了n ，n - 二取代苄基炔丙胺与叠氮基水杨酸反应生成三唑键连 的水杨酸衍生物。 h o o c o h 7 1 7 1 a ：r = p - c h a 9 r n j r 舻r ，h 今n l 陟 、俅 6 北京工业大学理学硕士学位论文 最后，设计了苯二酚结构作为芳基连接模块的二唑取代水杨酸衍生物7 2 。 实验结果表明，得到的是化合物7 3 。 h o h h o o c 圆一。旬。 o h 7 2 a c a ：p - b ：，疗c ：d 禽一。旬。 7 3 a c a ：p - b ：m - c ：o - 2 0 o o h 第2 章论文设计思想和合成路线 近年来，通过化学工作者与药物研究者的共同努力，不断开发了大量抗h i v 1 整合酶活性的抑制剂，但这些抑制剂分子都存在着一些问题，如化合物结构复杂， 不易合成，进而不利于工业生产开发；活性较低，抑制选择性差及细胞毒性大， 生物利用度不高等缺点。因此，开发新型高效、低毒、廉价、选择性作用的抗 h i v 1 整合酶活性的抑制剂将是研究的主要目标。 2 1 l ，2 ，3 三唑取代的水杨酸衍生物的设计 r ，一艮g 丝# r 1r 2 + r f 扣r 1 7 4 a7 4 b s c h e m e2 - 1h u i s g e n1 ，3 - d i p o l a rc y c l o a d d i t i o no fa l k y n e sw i t ha z i d e s 自h u i s g e n 在1 9 6 0 年首先发现炔与叠氮化物的l ，3 偶极环加成反应以来， 大量的1 ，2 ，3 三唑衍生物被制备出来，用于各种性质研究以及药物筛选。利用活 化的炔与叠氮化物反应或者活化的叠氮化物与炔反应，得到1 , 4 加成产物和1 ，5 加成产物( 如s c h e m e2 1 所示) 。s h a r p l e s s 于2 0 0 2 年改进了该反应，利用c u ( i ) 催化叠氮化物与端炔反应，得到了结构专一的1 , 4 取代产物【1 6 】。该反应条件温 和，无需特殊操作。不需要隔绝水和空气，反应就能进行较为彻底，而且产率 较高，产物容易分离( 如s c h e m e2 2 所示) 。 刚一+ ，竺3 意5 解 引。奄 l ，4 力口成产物 s c h e m e2 - 2c u ( i ) c a t a l y z e dh u i s g e ni ，3 - d i p o l a re y c l o a d d i t i o n 自从该反应被发现以来，迅速成为化学热点研究主题，被广泛地应用于药 物合成。 一方面，1 ，2 ，3 三唑化合物不仅具有广泛的生理活性，而且是个非常好的连 接模块。该刚性模块可以作为蛋白质中肽键的功能替代物1 3 7 。在肽键中，r 1 与 北京工业大学理学硕士学位论文 r 2 距离为3 9 a ，而1 ，4 取代1 ，2 ，3 三唑中r 1 与r 2 距离为5 0 a ( 计算值) ，三唑 环比肽键有更强的偶极，n ( 2 ) 、n ( 3 ) 均是很强的氢键受体，等同于肽键中的c = o ， 而c ( 5 ) 则由于强的偶极作用可能成为氢键供体，等同于肽键中的n h ( 如图2 1 所示) ，因此，许多1 ，2 ，3 三唑化合物具有强的生理活性。 ：6 32 砂n ，r 2 型专：待r 2 h1 劁1 图2 1 酰胺键与1 ，2 ，3 三唑的电子结构相似性 f i g u r e2 - 1t o p o l o g i c a la n de l e c t r o n i cs i m i l a r i t i e so f a m i d e sa n d l ，2 ，3 - t r i a z o l e s 另一方面，苯乙烯喹啉类化合物是一类具有抑制活性的h i v - 1 整合酶抑制 剂，已经成为了许多h i v - i 整合酶抑制剂研发的先导化合物。构效关系研究发 现，其结构可以简化为三大部分，如图2 2 所示，即由b i n d i n gs i t e 、l i n k e r 以 及衄lg r o u p 组成。其中水杨酸结构是必要结构，它对二价金属离子m 孑+ 进 行络合，引起核心催化区域整合功能障碍，从而抑制整合酶活性，阻断病毒复 制，达到治疗的目的。l i n k e r 部分可以用其他键相连接，有报道称酰胺键活性 最好【3 4 b l 。芳基为疏水性n 电子环，通过与酶催化核心区域的范德华力相互作用， 而达到稳定构象的目的。 一( 黾面t e 扯薅：圣：j 、号婴登灶妣7 地! - 2 磐7 t 一， 图2 - 2 苯乙烯喹啉结构简化图 f i g u r e2 - 2t h es k e t c hm a p o fs t y r y l q u i n o l i n ed e r i v a t i v e s 文献【3 8 1 报道了水杨酰肼衍生物与整合酶中金属离子假设结合模型，如图2 3 所示。 o h n q，o m e + + 彳d e d 毽。了d e d 遵。 功ed 庄 图2 3 假设的水杨酰肼衍生物与金属离子结合模型 f i g u r e2 - 3h y p o t h e t i c a lm o d e l sf o rt h eb i n d i n go fs a l i c y l h y d r a z i d ew i t hm e t a li o n s 第2 章论文设计思想与合成路线 c i ： ， ， ， 7 5 考虑到以上两个方面因素，本课题以苯乙烯喹啉衍生物为改造原型，保留 药效团水杨酸结构，运用c u ( i ) 催化的h u i s g e n1 , 3 - 偶极环加成反应，快速， 高效构建1 ，2 ，3 三唑连接模块，设计了l ，2 ，3 三唑取代的水杨酸衍生物7 5 。该结 构包含三大部分：水杨酸结构是金属离子作用位点，游离酸的结构使化合物在 水中有一定的溶解度，有利于在血液中转运；1 , 2 ，3 - 三唑结构既是刚性连接模块， 环上的n 原子亦可参与金属离子相互作用。 o o 二、妇、 沁h n ，h i h o n ：铬 跌h p 诺 7 6 a7 6 b 图2 - 43 氨基水杨酸与金属离子的结合模式 f i g u r e2 - 4c o o r d i n a t i o nm o d e so f3 a m i n o s a l i c y l i ea c i db i n d i n gw i t hm e t a li o n s 0 ：h o 7 5 a7 5 b7 5 c 图2 - 5 化合物7 5 与金属离子可能的结合模式 f i g u r e2 - 5t h ep r o p o s e dc o o r d i n a t i o nm o d e so fc o m p o u n d7 5b i n d i n gw i t hm e t a li o n s 文献【3 9 】报道了3 氨基水杨酸与金属离子的结合模式为六元环配位的7 6 a 以 及五元环配位的7 6 b 。文献【4 0 】报道，亚胺基氮具有很强的与二价金属离子配位 的能力。新设计的化合物配位模式不仅有7 5 a ，7 5 b 结合模式，还可能有如7 5 c 所示模式；柔性链接代替刚性反式烯烃结构，便于分子结构部位旋转，使分子 与酶活性催化区域产生更好的结合作用：含各种取代基的疏水性芳环起辅助作 用，用以调节与酶的范德华力相互作用。因此，提出了以下化合物的设计与合 r 惦 北京工业大学理学硕士学位论文 成。 首先设计了苯氧亚甲基三唑取代的水杨酸衍生物，利用含各种取代基的苯 酚与炔丙基溴反应，得到炔丙基苯基醚，再与3 一叠氮基取代的水杨酸发生_ c l i c k r e a c t i o n ，得到含不同取代基的苯氧亚甲基三唑取代的水杨酸衍生物6 7 。 c i h o o c o h 国、囝r 6 7 a - d a ：r = h ，b ：r = p - t b u , c ：r = p - n 0 2 ，d ：r = 卜b r 考虑到链的长短对药物活性的影响，设计了苄氧亚甲基三唑取代的水杨酸 衍生物结构，利用含各种取代基的溴苄与炔丙醇反应，得到苄基炔丙基醚，发 生“c l i c kr e a c t i o n ”，得到了延长了一个碳原子链的含不同取代基、不同位置 取代的芳基键连三唑取代的水杨酸衍生物6 8 。 c i h o o c o h a ：r = h ，b ：r = p - m e ，c ：r = m m e ，d ：r = o m e ， e ：r 2 p f f r = m f ，g ：r = o f , h ：r = o - b r 运用生物电子等排体思想，以n h 代替6 7 ，6 8 结构中的氧原子，设计了n 原子桥连的三唑取代的水杨酸衍生物6 9 ，7 0 。 跏旬 n ：心h 坻 c i o h 进一步考虑到芳基结构的可变性以及炔丙胺上的n 原子可以连接两个芳基 结构，设计了化合物7 1 的结构，可以进一步研究芳基结构对活性的影响。 嘭 鼢 u 妒加 第2 章论文设计思想与合成路线 h o o c o h a 甲r n r 7 1 最后，设计了苯二酚结构作为芳基连接模块的二唑取代水杨酸衍生物7 2 。 c i h o h鼢。旬 n ：nu 飞 h 7 2 a - c a ：p b ：m - c ：0 - 2 21 ，2 ，3 三唑取代的水杨酸衍生物合成路线的确定 运用c u ( i ) 催化叠氮基水杨酸与端炔发生1 ，3 - 偶极环加成反应，合成关键步 骤是制备中间体3 叠氮基5 氯水杨酸。芳基伯胺生成叠氮的方法主要有以下几种 方法【4 1 】：( 1 ) 生成重氮盐，叠氮负离子亲核进攻；( 2 ) t f n 3 法；( 3 ) 与叔丁基 亚硝酸酯作用，叠氮负离子亲核进攻，生成芳基叠氮。n a n s 或者( m e ) 3 s i n 3 常用 作叠氮化物源。其中由于( m e ) 3 s i n 3 溶解在有机溶剂体系中，反应效果更好【4 2 】。 如图2 6 所示。 a r n h 2 n a n 3 一 ( 2 ) t f n 3 ，a q c u s 0 4 e t 3 n 。c h 2 c 1 2 m e o h ( 3 ) t - b u o n o ，t m s n ： m e c n a r n 3 a r n 3 a r n 3 图2 6 芳基伯胺转化成芳基叠氮的几种反应方法 f i g u r e2 - 6s e v e r a lr o u t e sf o rp r e p a r i n ga r y la z i d e sf r o ma r y la m i n e s 北京工业大学理学硕士学位论文 查阅相关文献，确定合成路线如图2 9 所示： h h n 0 3 h 2 s 0 4 o h 7 7 t m s n 3 ，t b u o n o - - - - - - - - - - - - - - - - - - - c h 3 c n h o h o h 8 0 o h 7 8 n a 2 s 2 0 4 n o zc h 3 0 h h 2 0 h o o c r 暑 n 3c u * , t b u o h h 2 0h o o c o h 7 9 c i o h n h 2 _ 飞卜r s - - - s c h e m e2 - 3s y n t h e t i cr o u t eo ft a r g e tc o m p o u n d s 以化合物7 7 为原料，首先进行硝化反应，得到化合物7 8 ，接着用保险粉还原， 得到化合物7 9 ，将氨基反应生成叠氮基，得到化合物8 0 ，最后与各种取代的端炔 反应，得到目标产物。在化合物7 9 转变成化合物8 0 的合成方法选择上，面临着许 多困难。如果选择常规的重氮化反应后，叠氮负离子进攻生成目标化合物，则需 要保护活性基团酚羟基及与苯环相邻的羧基上的羟基，如此则不仅延长了反应步 骤，而且大大减低了总的收率。我们尝试文献【4 3 】的方法，以化合物7 9 为底物， 1 5 e q u 叔丁基亚硝酸酯以及1 2 e q u 三甲基叠氮基硅烷为反应试剂，结果顺利得到 了目标产物化合物6 8 ，结果表明，酚羟基以及苯环相邻的羧基上的羟基对该反应 无影响。 第3 章结果与讨论 第3 章结d - i - 1 果与讨i 论 c 二1t = = j 7 - r l1 l ，- 一r n7-rv 3 13 一叠氮一5 氯水杨酸的合成研究 电c i 咖h 。3 垫 10 。c 2 n 肆c i o h 7 77 8 图示3 - 1 化合物7 8 的合成 s c h e m e3 - 1s y n t h e s i so f c o m p o u n d7 8 按文献1 方法合成。该反应为亲电取代反应，反应过程中应使反应温度低 于1 0 c ，同时严格控制硝酸的滴加速度和硝酸的量，若硝酸过量，则生成3 , 6 二硝基5 氯水杨酸。 3 1 23 氨基5 氯水杨酸的合成 o h 7 8 o h 7 9 图示3 2 化合物7 9 的合成 s c h e m e3 - 2s y n t h e s i so fc o m p o u n d7 9 硝基还原成氨基的方法很多，有p d c 催化氢化、f e 盐酸，z n 盐酸、水合 肼还原等。但操作过于复杂，如催化氢化一般要用到高压反应釜；用f c 盐酸， z n 盐酸来还原，则后处理繁琐，并且需要消耗大量铁粉和锌粉；另外取代基的 性质对还原反应有很大的影响，一些活性基团，如醇羟基、酚羟基以及羧基等 需要先进行保护，然后再将硝基还原。本实验采用保险粉作为还原剂，可以不 需要保护酚羟基以及羧基，就可得到目标产物。 北京工业大学理学硕士学位论文 表3 1 不同溶剂体系对反应产率的影响 t l b l e3 一le f f e c to fs o l v e n ts y s t e m so nt h ey i e l d 考虑到溶剂体系对反应产率也有影响，为此考查了m e o h h 2 0 ，e t o h h 2 0 ， 1 p r o h h 2 0 三种反应介质。结果如表3 1 所示。当以乙醇水为反应介质时，产 率为2 8 ，而用甲醇水时反应产率达到3 8 ，反应时间也要长。也有文献报道 【4 5 】以异丙醇为反应溶剂。但在本实验中，发现采用异丙醇水为反应介质的时候， 产率只有2 6 ，反应时间较长，副产物较多。造成以上结果的原因有可能与溶 剂极性大小有关。同样考虑了温度对该反应的影响。在冰浴下，产率达到3 8 ； 而在室温下进行该反应，产率为3 6 。由此说明，温度低有利于该反应。最后 也考查了保险粉的用量对产率的影响，如表3 2 所示。 表3 2 还原试剂量对反应产率的影响 t a b l e3 - 2t h ey i e l de f f e c t e db yt h eq u a n t i t i e so f r e d u c t a n t 结果表明，使用5 当量的保险粉时，产率达到3 8 。如果增加保险粉的用 量，产率并没有明显的影响，反而略为降低。其原因可能在于使用过量保险粉 时，后处理过程中需要更多的水洗，而产物在水中又有一定的溶解度，导