（材料学专业论文）多羟基甾醇25（r）螺甾环5烯2β3a19三醇的合成.pdf

摘要 摘要 甾醇类化合物许多具有抗肿瘤活性、细胞毒活性、抗菌活性、防污活性、抗 炎活性、抗心血管疾病活性等，是一类很有新药发展前景的化合物。后来人们发 现甾醇类化合物在神经系统也起到很重要的作用。神经f ； 体的发现开拓了甾体类 化合物在脑内作用的新领域，并越来越显示出其研究的重要性，因为很多证据表 明神经活性甾体在脑功能中特别是在高级脑功能中如学习记忆，认知、情绪等中 具有重要作用。本论文的主要内容及结果有以下几点： ( 1 ) 我们根据已有的具有神经保护作用的f f 醇类化合物的构效关系研究结果，提 出了合成多羟基f ； 醇2 5 承) 一螺f 环一5 一烯一2 b ，3 ，1 9 一三醇，以期应用在神经保 护方面。 ( 2 ) 设计了2 5 ( r ) 一螺甾环一5 一烯一2 p ，3 a ，1 9 三醇的合成路线，即以价廉的薯蓣皂素为 原料，经过磺酰酯化、n b s 氧化加成、p b ( o a c ) 4 远程氧化关环、消去反应、 m c p b a 氧化、高氯酸开环及锌粉还原7 步反应，合成了多羟基甾醇2 5 ( 鼬 螺f ； 环5 一烯一2 d ，3 ，1 9 - 三醇。 ( 3 ) 详细叙述了2 5 ( r ) 一螺甾环一5 烯一2 p ，3 a ，1 9 三醇的合成步骤，用i r 、1 h n m r 、 ”c n m r 、m s 、及e a 对各中间体及目标化合物进行了表征。主要通过 。h n m r 、”c n m r 、m s 的详细分析确认得到各中间体及2 5 ( r ) 一螺甾环5 烯 - 2 p ，3 ，1 9 一三醇。用n o e s y 谱确认了目标产物的立体结构为2 p ，3 构型。 ( 4 ) 通过”c n m r 、m s 确认得到另多羟基甾醇化合物2 5 ( r ) 螺甾环 5 a h 一2 d ，3 a ，1 9 一三醇。 关键词：2 5 ( r ) - 螺涝环一5 - j 皤一2 p , 3 a ，1 9 - _ - - - - 醇，薯蓣皂素，多羟基甾醇，神经甾体； a b s t r a c t a b s t r a c t t h es t e r o l se x h i b i t e dp o t e n t i a lb i o a c t i v i t i e ss u c ha sa n t i t u m o r , c y t o t o x i c , a n t i b a c t e r i a l ， a n t i f o u l i n g , a n t i f l a m m a t i o n a n da n t i c a r d i o v a s c u l a rd i s e a s ea c t i v i t y i ti sac l a s so f p r o m i s i n gp r o s p e c t sf o rt h ed e v e l o p m e n to fn e wd r u gc o m p o u n d s l a t e rp e o p l ef o u n d s t e r o l sa l s o # a yav e r yi m p o r t a n tr o l e i nt h en e r v o u ss y s t e m t h ed i s c o v e r yo f n e u r o s t e r o i d so p e n su pan e wf i e l di nt h eb r a i na n ds h o w sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t b e c a u s eo fm a n ye v i d e n c e si n d i c a t e st h a tn e u r o a c t i v es t e r o i d sp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei n b r a i nf u n c t i o n ，e s p e c i a l l yi nt h eh i g h e rb r a i nf u n c t i o ns u c ha sl e a r n i n ga n dm e m o r y , c o g n i t i v e ，e m o t i o n a l i nt h i sp a p e r , t h em a i nc o n t e n t sa n dt h er e s u l t sa l ea sf o l l o w s ： ( 1 ) w eh a v et h eb a s i so f t h es t r u c t u r e - a c t i v i t ) rr e l a t i o n s h i po f t h en e u r o p r o t e c t i v es t e r o l s ，s o w ed e c i d e dt os y n t h e s i st h ep o l y h y d r o x ys t e r 6 12 5 ( r ) 一s p i r o s t - 5 一c i l 一2 b ，3 a ，1 9 一t r i o lw i t ha v i e wt ot h ea p p l i c a t i o no f n e u r a lp r o t e c t i o n ( 2 ) w ed e s i g n e dt h e r o u t eo f s y n t h e s i s i n gt h ep o l y h y d r o x ys t e r o l2 5 ( r ) 一s p i r o s t - 5 一e n - 2 p ， 3 a , 1 9 - t r i 0 1 i tw a ss y n t h e s i z e df r o mc h e a pd i o s g e n i nb ys e v e ns t e p sw h i c hc o n t a i n e d s u l f u r y lr e a c t i o n ，o x i d a t i v ea d d i t i o nr e a c t i o nw i t hn b s ，f a r - w a yo x i d a t i o no fp b ( o a c ) 4 ， e l i m i n a t i o n ，o x i d d i f i o no f m c p b aa n dr e d u c t i o nw i t hz np o w d e r ( 3 ) w ed e s c r i b e dt h es t e p so f s y n t h e s i s i n g2 5 ( r ) 一s p i r o s t - 5 一e n - 2 1 3 ，3 c t ，1 9 一t r i o l d e t a i l e d l y t h e i rs t r u c t u r e sw e r ee l u c i d a t e db yi r 、i h n m r 、b c n m r 、m sa n de a m a i n l yt h r o u g h 1 h n m r 、1 3 c n m r 、m sa n a l y s i sc o n f i r m e dt h ed e t a i l so fv a r i o u si n t e r m e d i a t e sa n d 2 5 ( r ) - s p i r o s t 一5 - a n - 2 p ，3 a ，1 9 一t r i 0 1 n o e s yc o n f i r m e dt h a tt h es t u c t u r eo ft a r g e tp r o d u o t i s2 d ，3 ac o n f i g u r a t i o n ( 4 ) w ec o n f i r m e dt h a ta n o t h e rp o l y h y d r o x y s t e r o li s2 5 ( r ) 一s p i r o s t - 5 a - h 一2 b ，3 a ，1 9 - t r i 0 1 ( 5 ) w eg e tt h ec o n c l u s i o nt h a tt h e r ew e r eo n l y2 ，3e p o x yp e n - r i n ga n d6 ，1 9 - o x y g e nb r i d g e s t r u c t u r ew a sn o tc h a n g e di nt h ec o n d i t i o n se x i s t i n gp e r c h l o r a t e t h es p i r o s tr i n g sh a v e n o tc h a n g e di nt h i ss e v e n - s t e pr e a c t i o nc o n d i t i o n s k e y w o r d s ：d i o s g e n i n ；p o l y h y d r o x ys t e r o l ；2 5 ( r ) 一s p i r o s t 5 一e n - 2 1 3 ，3 u ，1 9 - t r i o l ；n e n r o s t e r o i d s h 0 l 苦 引言 神经甾体是中枢、周围神经组织及腺体产生的对中枢神经系统具有调节作 用的一类f 体化合物。神经甾体及其类似物有望在预防和治疗神经系统疾病， 如神经功能紊乱、神经元损伤、老年痴呆等方面取褥显著效果。目前对内源性 神经甾体的研究主要集中在雌激素、黄体酮等甾体激素及其代谢物，发现活性 化合物a 环3 位多为n 一羟基，而天然存在的多羟基螺甾化合物能保护神经元细 胞抵抗a p ，从而治疗或延缓老年痴呆症的发生。在2 或1 9 位存在羟基，可使神 经保护作用明显增强。近年来从海洋生物中提取分离了大量具有生理活性、结 构新颖的甾醇类化合物，对这些先导化合物及其类似物的合成越来越引起人们 的注意，但同时引入2 b ，3 c t ，1 9 - 三羟基的i 醇未见报导，应用在神经保护方面的外 源性甾醇的合成很少，因此本研究以廉价易得的薯蓣皂素为原料，在螺甾环的 甾体骨架上同时引入2b ，3 c t ，1 9 羟基，合成神经甾体类似物2 5 ( r ) 螺甾环5 烯 2 p ，3 a ，1 9 - - - 醇，以期得到副作用小，神经保护作用强的神经甾体化合物。 第一章前苫 1 1 甾醇类化合物 第一章前言 甾醇类化合物由于侧链结构的多样化和氧化程度不同，其结构呈现多样化。 甾醇类化合物许多具有抗肿瘤活性、细胞毒活性、抗菌活性、防污活性、抗炎 活性抗心血管疾病活性等。从自然界的生物体中分离出具有生理活性的天然产 物，对它们进行结构分析、药理研究和临床试验，从而发现能够治疗某种疾病 的药物，是人们发现新药的一条主要途径。这类天然产物不仅是药物的重要来 源，而且也在不断地为合成化学家提供新骨架和新的合成思想。这些甾醇类成 分大多为多样取代，可分为单羟基甾醇、二羟基甾醇、三羟基甾醇、四羟基甾 醇、五羟基甾醇、甾醇硫酸盐和甾醇苷等类型。大量的活性研究工作表明，甾 醇类化合物具有多样性的生物活性。 1 1 1 单羟基甾醇 植物甾醇是一种存在于植物中的天然活性物质f l 】。它广泛分布于自然界，是 植物体内构成细胞膜的成分之一，也是多种激素、维生素d 及f 体类化合物合 成的前体。天然植物甾醇种类繁多，一般有4 种分子结构：谷甾醇、豆甾醇、菜 油甾醇和菜籽甾醇。目前，从植物中鉴定出了2 5 0 多种植物甾醇，它们主要以 游离态、甾醇酯( 脂肪酸酯和酚酸酯) 、甾基糖苷和酰化甾基糖苷等形式存在。 植物甾醇不仅可直接用于消炎、降血脂、抗溃疡和防治癌症等，也是生产甾体 药物的重要原料【2 】。近年来随着生命科学、油脂科学与工程技术的迅速发展，植 物甾醇在医药、食品、化工和饲料等领域得到了关注和重视。植物 醇的化学 性质主要表现在具有活性的羟基和双键上，c 1 7 位上的烃基会使植物甾醇的化学 性质在某些方面出现差异。植物 醇不能由人体自行合成，只能从饮食中摄取。 它能保持生物体内环境稳定，控制糖原和物质的代谢，调节应激反应等，是不 同于胆甾醇( 动物甾醇) 而具有许多有益生理功能的天然化合物。我们合成所 使用的原料薯蓣皂素作为从植物中提取的一种类固醇，具有多种生理功能。早 期研究发现它能够抑制胆固醇的合成和减少胆固醇的吸收，从而具有明显的抗 第一章前言 高胆固醇作用【3 “。近期研究表明薯蓣皂苷元具有明显的抗肿瘤效应。它通过抑 制肿瘤细胞d n a 合成、诱导细胞凋亡，阻止细胞的分裂和增殖1 5 l 。s h e uj - h 等 从台湾乳节藻m a r g i n a t a 中分离得到新的f 醇1 、2 ，它们都表现出显著细胞毒性 【6 】。从圆形短指软珊瑚s i n u l a r i ag y r o s a 中得到了一个孕甾烷型成分3 ，对人体结 肠癌细胞株h t - 2 9 具有较强的细胞毒活性，e d s o 值为0 7 1 9 9 m l 对小鼠淋巴增多 性白血病细胞株p 一3 8 8 和人体腺癌细胞株a 5 4 9 有中等强度的细胞毒作用，其 e d s o 值分别为7 8 p g u d 和8 6 - t g m l l 7 j 。 1 1 2 二羟基甾醇 n e p h t h e a 属软珊瑚以含c 1 9 羟甲基骨架甾醇为特征，从台湾软珊瑚 n e p h t h e ao e c t a 中得到了2 个c 一1 9 羟甲基二羟基f 醇成分4 、5 。化合物4 体外 活性实验对a 5 4 9 ，h t - 2 9 ，k b 和p - 3 8 8 显示中等细胞毒活性，e d 5 0 值分别为 1 7 6 m g m l 、1 3 1 m g m l 、1 0 1 m g m l 和0 4 5 p g m l 。化合物5 分别为0 8 1 p g m l 、0 8 7 t t e d m tl 、0 3 8 i t g m l 和0 4 2 p g m l 燃。 扯- - o w t r o -， 苏镜娱等从海绵d y s i d c af i a g i l i s 中分离得到一种新的多羟基甾醇( 6 ) 。具有 显著的细胞毒性，其中6 的e d s o 值为5 t t g m t 曾陇梅等从软珊瑚a l e y o n i u m p a t a g o n i c u m 中分离得到新的多羟基f 醇7 ，它对鼠类白血病细胞的e d s o 为 l p g m i e g j 。 2 第一章前言 1 1 3 三羟基甾醇 曾陇梅等从软珊瑚n e p h t h e aa l b i d a 和n t i e x i e r a lv e r s e v e l d t 中分离得到量的 含1 9 羟基的多羟基甾醇8 和9 。体外活性实验表明，化合物8 和9 对肿瘤细胞 a 5 4 9 、h t - 2 9 、k b 和p 3 8 8 有显著的细胞毒活性，化合物8 的e d s o 值分别为 o 6 9 、o 7 2 、o 5 s 和o 2 4 r t g m l ，化合物9 的e d s o 值分别为0 4 l 、o 1 7 、o 6 0 和 o 0 7 i t g m l 1 0 8 还对鼠类白血病细胞具有很强的细胞毒性，e d 5 0 为o 1 r t g m l t l l 】。 “ o f v 弋 l li k i ；| 7 j g 2 从台湾软珊瑚s i n u l a r i ag i b b e r o s a 得至4 了一个新三羟基甾醇1 0 ，其立体化学 通过n o e s y 分析和化学转化得到了确证。该成分对h e p a 5 9 t v g h 肿瘤细胞株 显示中等强度的细胞毒活性，e d 5 0 值为1 0 0 i _ t g m t t l 2 】。化合物1 1 、1 2 是从韩国 柳珊瑚a c a b a r i au n d u l a t a 中分离得到的一组多羟基f 醇，它们具有抑制磷脂酶 的作用【1 3 1 。 此外还有许多多羟基甾醇“4 j 及其硫酸盐、皂苷类甾醇【1 5 1 具有各种各样的生 理活性。因此，研究它们的合成开发、活性与结构的关系、探寻新的具有不同 生理活性的多羟基甾醇化合物，这无论在理论或实际应用上，都具有重要的意 义。后来人们发现f 5 醇类化合物在神经系统也起到很重要的作用。 1 2 神经甾体 神经甾体是近年发现的由神经组织合成的一类甾体化合物。传统的观点认 3 第一章前占 为孕烯醇酮、孕酮、别孕烯醇酮、脱氢表雄酮等甾体激素只在性腺和肾上腺产 生，主要发挥与生殖有关的作用。在实验中，陆续观察到一些有趣的现象【1 6 】， 在刚出生的小鼠脑中，孕烯醇酮的含量已较高，而此时外周的肾上腺尚处于无 功能状态。这说明此时鼠脑组织中的甾体激素( 如孕烯醇酮) 并不是简单的外 周摄取和积聚。c o r p e c h o t 等1 1 7 】还观察到成年鼠的。臣上腺和性腺切除数周后，其 外周血中的甾体激素( 如睾酮等) 已基本消失，而脑中仍可测到一定量的孕烯 醇酮和d h e a 。他们设想脑中的孕烯醇酮和d h e a 可能是独立于外周血的。经 过多次努力，b a u l i e u 等1 1 6 1 在1 9 8 7 年以培养的鼠脑组织原代细胞为标本，加入 同位素标记的胆固醇的前体甲羟戊酸进行培养，发现有同位素标记的孕烯醇酮 等甾体激素生成，实验成功地证明了鼠脑细胞具有合成甾体激素的功能。他们 把这种由脑组织细胞合成的甾体激素称之为神经甾体。后来又发现神经甾体不 但能在中枢神经组织中合成在外周神经组织中同样可以合成代谢1 8 49 1 。因此神 经甾体的概念范围已从中枢扩展到中枢和外周神经组织。在神经组织中具有活 性的神经甾体通常被称为神经活性衡体( n e u r o a c t i v es t e r o i d s ) 。 神经甾体的发现开拓了甾体类化合物在脑内作用的新领域，并越来越显示 出其研究的重要性，因为很多证据表明神经活性甾体在脑功能中特别是在高级 脑功能中如学习记忆、认知、情绪等中具有重要作用 2 0 彩1 。 1 2 1 脑内神经甾体的合成与代谢 胆固醇可以在各种酶的催化下合成孕烯醇酮、孕酮、别孕烯醇酮、脱氢表 雄酮等甾体激素 2 4 。2 5 】，它们在脑功能中特别是在高级脑功能中如学习记忆、认 知、情绪作用。下图为神经甾体在脑内的合成路线。 4 第一章前言 妒 。j p * m o i o 衅 拽g ) p e b y 忡o r e ( d i i f 认) 堡! 些 p r o g e s l r r o n e p k o g 图卜1 神经甾体在脑内的合成路线 f i g1 - 1t h er o u t e o f n e u r o s t e r o i d b i o s y n t h e s i s i n b r a i n 1 2 3 具有改善学习记忆等高级脑功能作用的内源性神经甾体 1 2 3 1 孕烯醇酮及其硫酸盐对神经系统的作用 ，b j m t h p r o g t e p h i i 呻 胛d 咄l 尽管孕烯醇酮可以转变成系列其它的神经甾体，但是行为学方面的研究 已经证实其在改善记忆方面有较强的作用。长时程增强( l 1 m ) 是学习与记忆的 神经基础，而n m d a 受体与l t p 密切相关，研究发现，孕烯醇酮硫酸盐对于 n m d a 受体拮抗剂所致的记忆损伤有改善作用。脑室内注射孕烯醇酮硫酸盐， 可以改善n m d a 受体竞争性拮抗剂d - 2 a m i n o - 5 - p h o s p h o n o v a l e r a t e ( d - a p 5 ) 在 y 迷宫逃避试验中引起的记忆损伤。d a m a u d e r y 掣2 6 】向大鼠脑室内注射孕烯醇 酮硫酸盐，引起乙酰胆碱的释放增加，并可以改善大鼠的空间记忆成绩。而胆 碱能神经的功能亦与学习、记忆密切相关。另有l a d u r e l l e 掣2 7 l 研究发现，向小 5 。| |姐似 第一章前言 鼠脑室内注射孕烯醇酮硫酸盐，能明显改善小鼠在y 迷宫中的学习成绩。目前 孕烯醇酮硫酸改善记忆作用的机制尚未明确，故应继续深入研究其作用机制， 从而为许多以记忆力降低为主要表现的疾病如阿尔茨海默病( a d ) ，血管性痴 呆等的治疗提供理论依据，以进一步开发新药。张勤等【2 8 】研究发现孕烯醇酮硫 酸盐对p 一淀粉样蛋白( a1 3 ) 所致的原代培养的海马神经元损伤有保护作用。 而a1 3 形成聚集，产生聚集依赖的神经元毒性作用是产生a d 的关键，这就为 a d 的治疗指出了研究方向。 1 2 3 2 孕酮对神经系统的作用 孕酮对于学习和记忆的影响，由于应用的动物模型及评价方法不同，其结 果也不相同。a s b u r y 等【2 9 】发现用孕酮处理的皮层切除的大鼠与溶剂对照组相比， 被动逃避学习成绩明显提高。d j c b a i l i 等【3 0 】应用孕酮可以减轻脑外伤大鼠的学习 记忆损害。而u r a n i 等【3 1 l 发现孕酮不能改善东莨菪碱所致的小鼠空间记忆和长时 间记忆障碍。因此孕酮在此方面的作用尚需进一步研究。孕酮对于脑损伤的保 护作用越来越引起人们的重视。李东亮等p 2 1 利用大鼠局灶性脑缺血p 再灌注 ( i p r ) 模型，测定大脑中动脉阻塞后脑皮层各离子的含量，发现应用孕酮预防 及防治组均可明显降低缺血皮层的h 2 0 、n a + 、c a 2 + ，升高k 说明孕酮可以 减轻i p r 引起的脑水肿。孕酮可能是通过抑制n a + ，k + - a t p 酶介导n a + 进入脑 血管和脑组织而发挥作用。另有研究发现f 3 3 】，孕酮可显著降低大脑中动脉阻塞 2 h ，再灌注2 2 h 时血脑屏障的通透性，这可能是其减轻i p r 时脑水肿的机制之 一。r o o f 掣驯在大鼠皮层挫伤后2 4 ，4 8 ，7 2 h 后，测定脑中脂质过氧化反应指 示剂前列腺素f 2a 的水平，发现以孕酮处理过的大鼠脑中前列腺素f 2a 约相当 于对照组的1 3 ，这提示孕酮具有抗氧化作用。而脂质膜的过氧化反应是血脑屏 障渗漏的主要原因之一，孕酮的抗氧化作用可能是其抗脑水肿的机制之一。多 种脑损伤性疾病均伴有脑水肿，故进一步研究孕酮抗脑水肿及作用机制，对于 辅助治疗各种脑损伤，改善预后大有裨益。g o o d m a n 等1 3 5 】利用谷氨酸、无糖培 养、硫酸亚铁、a 1 3 损伤原代培养的海马神经细胞，发现孕酮可以明显减轻上述 引起的细胞毒性，且这种保护作用不被放射霉素d 和放线酮所阻断。孕酮还可 减轻硫酸亚铁引起的脂质过氧化反应。这些资料提示孕酮对于神经退化性疾病 6 第一章前著 的治疗有广阔的发展前景。 1 2 3 3 别孕烯醇酮对神经系统的作用 别孕烯醇酮对学习和记忆均有抑制作用，例如j o h a n s s o n 等【3 6 】研究发现，大 鼠静脉注射别孕烯醇酮以后，在m o r r i s 水迷宫试验中，找到水中平台的潜伏期 延长。又如，l a d u r e l l e 等【3 7 j 向t j , 鼠脑室内注射别孕烯醇酮，抑制小鼠在y 迷宫 的学习成绩。在不可逆的原代海马神经细胞模型中，别孕烯醇酮能延缓神经细 胞的损伤、死亡。y u 等【3 8 1 对别孕烯醇酮的药理作用进行过研究，发现其对原代 大鼠皮质神经细胞有保护作用。但是目前别孕烯醇酮的保护作用机制尚不清， 故需要进一步研究。 1 2 3 4 脱氢表雄酮和脱氢表雄酮硫酸盐对神经系统的作用 脱氢表雄酮( d h e a ) 脱氢表雄酮硫酸盐( d h e a s ) 也具有改善记忆的作 用。m a u r i e e 等以n m d a 受体的非竞争性拮抗剂m k 8 0 1 对小鼠的记忆造成损 害，在y 迷宫和被动逃避试验中，d h e a s 均可以改善记忆损害。周彬等研 究发现，脱氢表雄酮硫酸盐对东莨菪碱所致的小鼠记忆障碍有明显改善作用。 d h e a 和d h e a s 对神经细胞也有保护作用。b a s t i a n e t t o 等1 4 l 】证实d h e a 对氧 化剂损伤的大鼠原代海马神经细胞有保护作用。我国王雁【4 2 1 等用自由基、无血 清培养对原代培养的大鼠胎鼠皮层神经细胞造成损伤，同时加入d h e a s ，发现 d h e a s 可以提赢神经细胞损伤后细胞生存率，并显著提高抗氧化酶活性。这些 资料提示d h e a 和d h e a s 对于与年龄相关的中枢神经系统疾病可能具有治疗 价值。 1 2 3 5 雌激素对神经系统的作用 雌激素( e ) 可以促进学习记忆作用。海马是学习和记忆的重要部位，也是 e 作用的主要靶点之一【4 3 1 。f u g g e r 等t 4 4 删ie 2 加快大鼠海马脑片突触传递速度。 e 2 使去睾丸的雄性鼠、敲除e 艮( 雌激素受体) 鼠和野生型鼠海马脑片的突触 传递速度加快，性别之间无差异，对野生型鼠作用更为明显些。e r 拮抗剂不能 7 第一章前言 阻断e r a 敲除小鼠e 2 对突触传递的作用，说明e 2 加速突触传递作用或通过e 风 或通过e 艮非基因组作用机制。阿尔茨海默病( a d ) 是一种慢性中枢神经系统 退行性疾病，主要的临床症状是进行性认知功能减退，其病理特征之一是老年 斑。老年斑与6 淀粉样蛋白( a1 3 ) 沉积有关。a1 3 的神经毒作用主要表现是诱 导神经元的死亡、胞内钙超载、自由基产生、活化小胶质细胞释放细胞因子和 抑制胆碱能神经的功能等。在绝经后妇女e 减少加速a 6 的沉积诱发和加重a d 的危险，e 替代疗法使a d 得以改善。研究表明e 2 有抑制ab 的沉积作用】。 实验用淀粉沉积( a m y l o i d o s i s ) 的转基因小鼠模型进行。切除无淀粉沉积的转基 因小鼠的卵巢，给予e 测量a p 水平，评价e 在老年斑形成的初期对a b 沉积 的作用，结果是切除卵巢的小鼠的ab 水平高于正常的小鼠，当注射e 后ab 水平降至正常。a d 病人血清中2 4 羟胆固醇( 胆固醇在脑内的主要代谢产物) 明显增多。研究发现2 4 羟胆固醇对分化型人成神经细胞瘤细胞类s h s y 5 y 细 胞的死亡【l 。生理浓度维生素e 可预防神经细胞的死亡；生理浓度e 2 对分化神 经细胞有保护作用但不明显，而对未分化的神经细胞有明显的保护作用。维生 素e 和e 2 有预防和治疗神经变形性疾病的作用。 1 2 4 具有改善学习记忆等高级脑功能作用的外源型神经甾体 外源性神经f 体包括天然的和人工合成的神经甾体，较多的研究集中在对 已有活性的甾体激素的修饰，如孕烯醇酮及雌激素f 4 7 】，当前，甾体激素与神经 元存活关系的研究主要集中于甾体激素对神经元兴奋毒性死亡的影响。研究表 明有些神经甾体可以作用于g a b a a 或n m d a 等受体，从而加强或抑制一些兴 奋性氨基酸( 如g l u - t a m a t e 、k a i n a t e ) 引起的神经元兴奋毒性死亡【4 引。姚等 4 9 1 从天然植物中提取的、通式为含螺甾5 烯- 3 醇通用结构的生物活性2 2 r 羟基胆 甾醇衍生物，可以治疗、预防、或缓解患者发生与神经毒性相关的、特别是与 1 3 一淀粉样蛋白诱发的神经毒性相关的症状。 中山医神经药理研究中心颜光美教授的研究组发现海洋甾体y c 1 能有效 地抑制低钾和谷氨酸诱导的小脑颗粒神经元的凋亡，有显著的神经保护作用蚰】。 y c 1 是从南沙群岛唇软珊瑚中提取的多羟基氧代固醇类化合物，对海洋甾体 y c 1 的神经系统药理作用进行了进一步的研究，结果显示y c 1 除具有增强学 第一章前占 习记忆的能力以外，还能通过非基因组机制剂量依赖性地抑制谷氨酸诱导的小 脑颗粒神经元兴奋毒性死亡。 1 3 本论文的立题意义 综上所述，在海洋及陆源植物中发现大量具有生理活性的甾醇类化合物， 这些化合物许多具有抗肿瘤活性、细胞毒活性、抗菌活性、防污活性、抗炎活 性抗心血管疾病活性等，是一类很有新药发展前景的化合物。这类天然产物不 仅是药物的重要来源，而且也在不断地为合成化学家提供新骨架和新的合成思 想。 后来人们发现简醇类化合物在神经系统也起到很重要的作用。神经甾体的 发现开拓了甾体类化合物在脑内作用的新领域，并越来越显示出其研究的重要 性，因为很多证据表明神经活性 体在脑功能中特别是在高级脑功能中如学习 记忆、认知、情绪等中具有重要作用。 神经甾体及其类似物有望在预防和治疗神经系统疾病，如神经功能紊乱、 神经元损伤、老年痴呆等方面取得显著效果。目前的研究拟应用在神经保护方 面的外源性甾醇的合成很少，而主要集中在对内源性神经甾体结构的修饰，如 孕酮、孕烯醇酮及其硫酸盐、别孕烯醇酮、脱氢表雄酮及其硫酸盐、雌激素等， 发现这些f 醇类化合物具有一定的神经保护作用；起神经保护作用的一些甾醇 化合物3 位为a 一羟基，而这在天然的f ； 醇化合物( 3 位多为b 构型) 中比较少 见；天然存在的多羟基螺 ；化合物能保护神经元细胞抵抗a b ，从而治疗或延缓 老年痴呆症的发生。在2 或1 9 位存在羟基，可使神经保护作用明显增强，所以 我们用廉价易得的薯蓣皂素为原料，在螺甾环的甾体骨架上同时引入21 3 ，3 a ，l 乳 羟基，合成多羟基甾醇2 5 ( r ) 螺f 环5 一烯一2 b ，3 a ，1 9 三醇，以期得到副作用小， 神经保护作用强的神经胬体化合物。 9 第一二章实验方案i 5 1 计 第二章实验方案设计 2 1 目标化合物的设计 本研究拟用廉价易得的薯蓣皂素为原料，以海洋多羟基甾体为先导化合物，通过 对甾体a 环进行结构修饰，以期得到神经保护作用强，副作用小的多羟基f ；体化合物 2 5 ( r ) - 螺甾环- 5 一烯一2 p ，3 a ，1 9 一三醇，原料皂素及目标化合物的结构如图2 1 所示，从图 可以看出1 9 一位羟基及2 p ，3 a 羟基的引入为合成的关键： 图2 - 1 原料皂索及日标化合物的结构 f i 9 2 1t h es t r u c t u r e so f d i o s g e n i na n dt a r g e tc o m p o u n d 2 1 11 9 - 位羟基的引入 参照文酬5 1 引入1 9 位羟基的方法，首先保护3 位羟基，接下来对5 ，6 位双键用 n b s 氧化，p b ( o a c ) 4 远程关环，最后锌粉开环生成1 9 - 位羟基和5 ，6 位双键。 她。 h d ，a 2 1 22 3 位羟基的引入 图2 - 21 9 掘! 羟基的引入 f i 口- 21 9 - h y d r o x y - i n t r o d u c t i o n 参照文献【5 2 】引入2 ，3 位羟基，用对甲苯磺酰氯保护皂素的3 位羟基，其在碱的作 用下发生消去反应生成2 ，3 位双键，选择合成的试剂可以使烯烃双羟基化。 l o 第章实验方案设计 h 跨b 蹿a 哎海o h + 刘眵 2 2 合成路线与设计 图2 - 32 ，3 位羟基的引入 f i g2 - 32 ，3 - h y d r o x yi n t r o d u c t i o n 虽然上面已有分别引入1 9 位羟基及2 ，3 位羟基的合成方法，但他们所用的原 料的侧链为纯粹的烷基链，侧链上不易发生反应。且同时引入1 9 位羟基及2 ，3 位羟 基的方法未有报导。我们在设计过程中做了以下考虑： ( 1 ) 3 - 位羟基的保护，显然用对甲苯磺酸脂基保护3 位羟基比较合理，因为它可 以在碱的作用下形成2 ，3 位双键，经氧化后得到2 ，3 位羟基；既作为保护基又是后 面形成2 ，3 位双键步骤的必需基团。 ( 2 ) 3 - 位羟基用对甲苯磺酸脂基保护后，不能立即脱保护，因为这样会存在2 ，3 位双键及5 ，6 位双键；下面的步骤无法进行。 ( 3 ) 那么3 位羟基保护以后，应该先进行双键的氧化，生成5q 溴，61 3 羟基化 合物，由于后面还要经历两步氧化反应，所以此时也不可脱保护：待到5a 溴，6t 3 羟基化合物在p b ( o a c ) 4 远程关环形成6 ，1 9 氧桥后，不宜用z i l 粉还原，同样是由于 后面会同时存在两个双键，反应无法继续进行。 ( 4 ) 那么我们就停留在6 ，1 9 氧桥阶段，去脱去3 位的对甲苯磺酸脂基形成2 ， 3 位双键，用m c p b a 氧化双键得到环氧化合物；再在高氯酸作用下形成2 ，3 位羟基， 最后锌粉还原得到目标产物。 ， 综合上面的考虑，我们设计了相对合理的2 5 ( r ) 一螺甾环5 一烯一2 p ，3 c t ，1 9 - - - - 醇的合成 路线。整个合成路线将保护基团还作为下步反应的必要基团，使得整个路线的设计高 效，无冗余步骤，且操作简单，反应条件温和。合成路线见图2 - 4 。 第一二章实验方案改计 t 6 7 图2 42 5 ( r ) 一螺甾环5 - 烯- 2 1 3 ，3 a ，1 9 - 三醇的合成路线 f i g2 - 4 t h es y n t h e s i sr o u t e so f p o l y h y d r o x ys t e r o l2 5 ( r ) - s p i r o s t 5 - e n 一2 9 ，3 a ，1 9 - t r i o l 1 2 第二章实验部分 3 1 实验试剂与仪器 3 1 1 实验试剂 第三章实验部分 原料薯蓣皂素从山西晋城中晋药业有限公司购得，纯度9 8 ： 液体试剂：毗啶、盐酸、四氢呋喃、石油醚、乙酸乙脂、环己烷、二氯甲烷、n ， n 二甲基甲酰胺( d m f ) ( 广州化学试剂厂，a r ) ；9 5 乙醇、7 0 高氯酸、苯、丙酮 ( 天津市大茂化学试剂厂，a r ) ； 固体试剂：n 溴代丁二酰亚胺( 山东天字精细化工有限公司，a r ) ；亚硫酸钠、 碳酸氢钠、无水硫酸钠、氯化钠、碳酸钙、碘、锌粉( 广州化学试剂厂，a r ) ；二苯 甲酮、溴化锂、碳酸锂、对甲苯磺酰氯( 中国医药集团上海化学试剂公司，a r ) ；间 氯过氧苯甲酸( m c p b a ，8 5 5 6 ，常州市宝康医药化工有限公司) ：四醋酸铅( s i g m a 公司，a r ) ；柱层析硅胶( 2 0 0 - 3 0 0 ) 目，青岛海洋有限公司；薄层用硅胶板( 硅胶g f 2 5 4 ) 天津天河医疗仪器有限公司。 3 1 2 实验仪器 旋转蒸发仪n 1 0 0 0 型，上海爱朗仪器有限公司；机械搅拌器7 6 1 型，上海标本 模型厂；磁力搅拌器d f l 0 1 型，巩义市予华仪器有限责任公司；循环冷却器c a 1 1 l l 型，上海爱朗仪器有限公司；电热真空干燥箱z k - - 8 2 a 型，上海市仪器总厂；电热套 p 1 7 - i w 型，河南豫华仪器有限公司；水浴锅d f 一1 0 i s 型，巩义市英峪予华仪器厂； 柱层析仪器，上海莱鑫仪器有限公司。 3 1 3 表征仪器 熔点用w r r 型熔点仪测定，温度未经校正，上海万衡光学仪器厂；红外光谱用 b r u k e r 公司e q u i n o x5 5 型傅里叶变换红外光谱仪，k b r 压片；元素分析用德国 e l e m e n t a rv a r i oe l 型元素分析仪：质谱用t h e r m o 公司d s q 型及l c q 质谱仪；核磁 共振用美国v a r i a n 公司i n o v a4 0 0 n b 超导核磁共振谱仪，以t m s 为内标。 1 3 第三章实验部分 3 2 合成步骤 3 2 1 化合物1 的合成 1 图3 - 1 化合物1 的合成 f i 9 3 一i t h es y n t h e s i so f c o m p o u n di 将5 0 9 ( 1 2 0 7 7 m m 0 1 ) 薯蓣皂素溶于4 0 0 m l 无水吡啶中，搅拌条件下将4 7 9 ( 2 4 6 5 m m 0 1 ) 对甲苯磺酰氯分批缓慢加入溶液中，室温条件下反应2 0 h ，用t l c 检测 确定反应完全，机械剧烈搅拌下将反应物缓慢倒入5 盐酸水溶液中，抽滤，水洗至中 性，干燥至恒重，得白色固体产物6 8 9 ，产率：8 9 。 3 2 2 化合物2 的合成 t 图3 - 2 化合物2 的合成 f i 9 3 2 t h es y n t h e s i so f c o m p o u n d2 将1 0 9 ( 1 7 6 m m 0 1 ) 化合物2 溶于1 0 0 m l 四氢呋喃中，搅拌下加入0 6 m l 7 0 的高 氯酸和2 1 m l 蒸馏水，0 c 下分批加入7 5 9 ( 4 2 1 m m 0 1 ) n 一溴代丁二酰亚胺( n b s ) ； 室温搅拌1 h ，将反应后溶液倒入冰冷的5 的亚硫酸钠溶液中，用乙酸乙酯萃取，有 机相依次用饱和碳酸氢钠溶液洗涤，蒸馏水洗至中性，无水硫酸钠干燥；经柱色谱提 纯( 淋洗液为乙酸乙酯：石油f f 迷= 2 ：8 的混合溶剂) 得6 9 白色固体。产率：5 1 。 1 4 第三章实验部分 3 2 3 化合物3 的合成 t t 图3 3 化合物3 的合成 f j 9 3 3 t h es y n t h e s i so f c o m p o u n d3 将9 0 9 ( 1 3 5 m m 0 1 ) 化合物2 溶于5 0 0 m l 无水苯和1 5 0 0 m l 无水环己烷的混合溶剂 中，加入3 6 9 ( 8 1 3 m m 0 1 ) 四醋酸铅，8 4 9 ( 3 3 1 m m 0 1 ) 碘，1 6 4 9 ( 1 6 4 m m 0 1 ) 碳酸 钙，在2 5 0 w 的钨灯下反应6 h ，抽滤，减压蒸除溶剂，用乙酸乙酯萃取，由基层依次 用亚硫酸钠溶液、饱和碳酸氢钠溶液、饱和食盐水及蒸馏水洗涤，无水硫酸钠干燥， 经柱色谱提纯( 淋洗液为乙酸乙酯：石油醚= l ：9 的混合溶剂) 得o 8 9 白色固体，产率 8 9 。 3 2 4 化合物4 的合成 t 图3 4 化合物4 的合成 f i 9 3 - 4t h es y n t h e s i so f c o m p o u n d4 将6 9 ( 9 0 m m 0 1 ) 化合物4 溶于1 0 0 m l 无水d m f 中，快速加入8 4 9 ( 1 1 3 5 r e t 0 0 1 ) 碳酸锂和9 6 9 ( 1 1 0 3 m m 0 1 ) 溴化锂，以避免溴化锂、碳酸锂大量吸水，对反应造成影 响。油浴回流1 5 h ，待反应液充分冷却后缓慢倒入1 0 的盐酸水溶液中，用c h 2 c 1 2 萃取两次，合并有机相，分别用水、饱和n a h c 0 3 溶液及蒸馏水洗涤，洗涤后溶液用 无水硫酸钠干燥。柱色谱提纯( 淋洗液为乙酸乙酯：石油醚= l ：9 的混合溶剂) 得3 5 9 第三章实验部分 白色固体，产率8 0 。 3 2 5 化合物5 的合成 图3 - 5 化合物5 的合成 f i 9 3 5t h es y n t h e s i so f c o m p o u n d5 将3 0 0 r e i c h 2 c h 与2 5 0 m l 的水混合后，取3 9 ( 6 1 m m 0 1 ) 化合物4 溶于该混合溶 剂中，剧烈搅拌下分批缓慢加入3 3 9 ( 1 9 2 r e t 0 0 1 ) 的氧化剂间氯过氧苯甲酸，由于该 氧化剂被还原后生成的间氯苯甲酸进入水相会导致反应产物水解开环，因此反应过程 中，还需要加入5 2 9 ( 4 9 1 m m 0 1 ) 的碳酸钠以中和生成的问氯苯甲酸；在室温条件下 搅拌6 h ，t l c 监测反应完全；用旋转蒸发仪将体系中的c h 2 a 2 完全蒸除后，用乙酸乙 酯对产物进行萃取分离，将得到的上层有机层依次用亚硫酸钠溶液，饱和碳酸氢钠溶 液及蒸馏水充分洗涤，将所得产物用无水硫酸钠干燥。产物经柱色谱提纯( 淋洗液为 乙酸乙酯：石油醚_ 2 ：8 的混合溶剂) 后得到1 4 9 的白色固体，产率为4 8 。 3 2 6 化合物6 的合成 5 b f 8 图3 _ 6 化合物6 的合成 f i 9 3 - 6 t h es y n t h e s i so f c o m p o u n d6 取1 8 9 ( 3 6 m m 0 1 ) 化合物6 溶于9 0 m l 丙酮溶剂中，依次加入8 4 m l 蒸馏水，1 2 m l 1 6 第三章实验部分 7 0 的高氯酸，在室温条件下搅拌1 2 h ，t l c 检测反应进行完全后，用旋转蒸发仪将 体系中的丙酮完全蒸除后，用乙酸乙酯萃取，有机层依次用5 的亚硫酸钠、饱和 n a h c 0 3 溶液及蒸馏水洗涤至中性，溶液用无水硫酸钠干燥。浓缩后经柱色谱提纯( 淋 洗液为乙酸乙酯：石油醚- - - - 3 ：7 的混合溶剂) 锝1 2 9 化合物7 ，产率：6 4 。 3 2 7 化合物7 的合成 b r 6 7 图3 - 1 化合物7 的合成 f