（药物化学专业论文）地贝卡星中间体合成工艺研究.pdf

原创性声明 f,hmhr；ii|llliiiiiiiiiif| l y 18 3 3 0 7 0 。 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 或集体已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。 学位论文作者：矽玄办日期：沪， 年! ：月y ) ，日 、7 j r 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。 根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州 大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学 位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑 州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。 学位论文作者： 易歹阻 1 日期：2 口厶年r 月1p 日 摘要 地贝卡星( 双去氧卡那霉素b ) 属于半合成氨基糖苷类抗生素，它是一种新型 的广谱抗生素，具有独特的化学结构与抗菌作用机制，与其他抗生素与抗菌药 之间不但交叉耐药性小，而且多数呈协同作用。在文献研究基础上，本论文对 地贝卡星关键中间体的合成工艺进行了研究，对各步反应进行了优化。 本文以卡那霉素b 为原料，经氨基保护、醛酮缩合、羟基磺酰化、 t i p s o n - c o h e n 反应、催化氢化和脱保护七步反应得双去氧卡那霉素b ，k a n a m y e i n b 在碱作用下与对甲基苯磺酰氯反应得到氨基保护的单一产物，在对甲苯磺酸催 化下6 0 c 与环己酮二甲基缩酮反应高收率地得到4 ”，6 ”位羟基选择性保护的产 物l ，3 ，2 ，6 ，3 ”五- n 对甲苯磺酰基- 4 ，6 氧环亚己基卡那霉素b ( 3 ) 。化合物3 在 吡啶和二氯甲烷中与苄基磺酰氯反应得到l ，3 ，2 ，6 ，3 五n 对甲苯磺酰基 3 ，4 ，2 ”三氧苄磺酰基- 4 , 6 - 氧环亚己基卡那霉素b ( 4 ) 和1 ，3 ，2 ，6 ”，3 ”五- n 对 甲苯磺酰基3 ，4 二氧苄磺酰基- 4 , 6 - 氧环亚己基卡那霉素b ( 5 ) 。化合物4 和5 无需分离，在n a i 作用下1 2 0 c 生成3 ，4 位不不饱和化合物1 , 3 , 2 ，6 ”，3 ”五- n - 对甲苯磺酰基2 ”氧苄磺酰基- 4 ，6 ”氧环亚己基3 ，4 ，- 二脱氧3 ， 4 二脱氢一卡那 霉素b ( 6 ) 和l ，3 ，2 ，6 ，3 ”五- n 对甲苯磺酰基- 4 , 6 - 氧环亚己基3 ，4 ，- 二脱氧- 3 ，4 二脱氢卡那霉素b ( 7 ) ，6 和7 在5 0 * , 4 乙酸中8 5 1 2 下脱去4 ”，6 ”位缩酮得l ，3 ，2 ， 6 ”，3 ”五- n 对甲苯磺酰基2 氧苄磺酰基3 ，4 二脱氧3 ，4 二脱氢卡那霉素b ( 8 ) 和1 ，3 ，2 ，6 ”，3 ”五- n 对甲苯磺酰基3 ，4 ，- 二脱氧37 ，4 ，二脱氢卡那霉素b ( 9 ) ，8 和 9 在液氨溶液中经钠还原得3 ，4 ，- 二脱氧3 ，4 二脱氢卡那霉素b ( 1 0 ) ，各中间体 结构均经核磁共振氢谱。核磁共振碳谱确证。 关键词：氨基糖苷类抗生素；地贝卡星；t i p s o n c o h e n 反应；催化氢化 k 醛弧呶 s t u d yo nt h ep r o c e s sf o r p r e p a r a t i o n o fk e yi n t e r me d i a t e so f d i b e k a c i n a b s t r a c t d i b e k a c i n ( 3 ，4 - d i d e o x y k a n a m y e i nb ) i san e ws e m i s y n t h e t i ca m i n o g l y c o s i d e a n t i b i o t i c , sd e v e l o p e di nj a p a na n do n ew h i c hh a sf o u n dw i d ec l i n i c a la c c e p t a n c ei n t h a tc o u n t r y d i b e k a c i ni san e wt y p eo fl o wt o x i c i t ya n t i m i e r o b i a la n db r o a d - s p e c t r u md r u g sw i t l la n t i m i e r o b i a lm e c h a n i s ma n d u n i q u ec h e m i c a ls t r u c t u r ei th a sa l i t t l ec r o s s - r e s i s t a n c ew i t ho t h e ra n t i b i o t i c so ra n t i m i c r o b i a la g e n t s t h en o v e lp r o c e s s f o rs y n t h e s i so ft h ek e yi n t e r m e d i a t eo fd i b e k a c i nw a ss t u d i e di nt h i sp a p e r t h r s y n t h e t i cr o u t e sw e r er e v i e w e d0 nt h eb a s i so fr e l e v a n tr e f e r e n c e s t h eo p t i m u m p r o c e s sp a r a m e t e r sw e r ed i s c u s s e d k a n a m y c i nb i sr e a c t e dw i t l lt o s y lc h l o r i d et op r o t e c tt h ef i v ea m i n og r o u p so f k a n a m y e i nb i na q u e o u sd i o x a n ei nt h ep r e s e n c eo fn a 2 c 0 3 ，a n dt h e nt h ep a i ro f 4 a n d6 - h y d r o x y lg r o u p sa l es e l e c t i v e l yp r o t e c t e di n t ok e t a lb yr e a c t i n gw i 廿l c y c l o h e x a n o nd i m e t h y l k e t a la t6 0 ( 2i nd m e t h ec o m p o u n d3c a nb ec o n v e r t e di n t o t h e3 4 - d i - o - b e n z y l s u l f o n y l - p e n t a - n - t o s y l - 4 , 6 ”- o - c y e l o h e x y l i d e n ek a n a m y c i nb ( 5 ) a n d3 ，4 ， - t r i o - b e n z y l s u l f o n y l - p e n t a - n - t o s y l - 4 , 6 - o - e y c l o h e x y l i d e n ek a n a m y - e i nb ( 4 ) b yt h er e a c t i o n 谢t l lb e n z y l s u l f o n y lc h l o r i d ei np y r i d ea n dd i c h l o r o m e t h a n e a t - 5 t h ec o m p o u n d s4a n d5a r et r e a t e dw i t hn a li nd m fa t1 2 0 c ，t op r o d u c e t h e3 ，4 - u n s a t u r a t e dd e r i v a t i v e sw h i c ha r es u b j e c e dt oc a t a l y t i ch y d r o g e n a t i o na f t e r r e m o v m e dt h ep r o t e c t i n gg r o u p st oy i e l d3 ，4 - d i d e o x y - 3 - e n o k a n a m y e i nb ( i o ) t h er o u t ef o es y n t h e s i so f d i b e k a e i ni sf r e ef r o md r a w b a c k so f t h ek n o w nm e t h o d ， w h i c hi so p e r a a b l e 谢也ar e d u c e dr e a c t i o ns t e p sa n dh a v ea ni r n p r r o v e dk e yi m e r m e - d i a t e s y e i l d i ti su s e f u lt os e tu paf o u n d a t i o no fi n d u s t r yp r o d u c t i o no fd i b e k a c i n i nt h i sp a p e r , t h es t r u e t u r eo fi n t e r m e d i a t e sw e r ec o n f i r m e db y n m r ，乃c - n m r k e y w o r d s ：a m i n o g l y c o s i d ea n t i b i o t i c s ；d i b e k a c i n ；t i p s o n c o h e nr e a c t i o n ； c a t a l y t i ch y d r o g e n a t i o n 玎 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章前言1 1 1 氨基糖苷类抗生素的概述1 1 1 1 氨基糖苷类抗生素的发展情况1 1 1 2 氨基糖苷类抗生素衍生物构效关系3 1 1 3 氨基糖苷类抗生素的作用机制和耐药机制4 1 1 4 氨基糖苷类抗生素的研究新进展7 1 1 5 氨基糖苷类抗生素的耳毒性和肾毒性1 1 1 2 地贝卡星概述1 2 1 2 1 地贝卡星合成路线综述1 3 1 2 2 地贝卡星合成路线的确定2 0 1 3论文选题与研究工作2 l 1 3 1 论文选题2 l 1 3 2 论文研究工作 第二章地贝卡星中间体制备2 3 2 1 l ，3 ，2 ，6 ”，3 - 五一n 一对甲苯磺酰基卡卡那霉素a ( 2 ) 的制备。2 3 2 1 1 氨基保护2 4 2 1 2 投料比对反应的影响2 4 2 1 3 溶剂对反应的影响：2 5 2 1 4 投料方式对反应的影响。2 6 2 1 5 缚酸剂对反应的影响2 7 2 2 1 ，3 ，2 ， 6 ”，3 ”一五- n - 对甲苯磺酰基- 4 , 6 - 氧一环亚己基卡那霉素b ( 3 ) 的制 备2 7 i i i 目录 2 2 2 投料比的影响。2 9 2 2 3 溶剂对反应的影响。3 0 2 2 a 催化剂的影响3 0 2 3 l ，3 ，2 ，6 ”，3 ”一五- n 对甲苯磺酰基3 ，4 ，2 三氧苄磺酰基- 4 ”，6 ”氧环亚 己基卡那霉素b ( 4 ) 和l ，3 ，2 ，6 ”，3 五- n 对甲苯磺酰基- 3 ，4 ，- 二氧苄磺酰基 - 4 ”，6 ”氧环亚己基卡那霉素b ( 5 ) 的制备3 l 2 3 1 投料比对产物组分的影响3 2 2 3 2 溶剂及碱对反应的影响3 2 2 4 1 , 3 ，2 ，6 ”，3 n 五n - 对甲苯磺酰基- 2 ”氧苄磺酰基_ 4 ”，6 ，- 氧环亚己基 3 , 4 - - - 脱氧3 , 4 - - - 脱氢卡那霉素b ( 6 ) 3 3 2 5 l ，3 ，2 ，6 ”，3 ”五n 对甲苯磺酰基4 ”，6 氧环亚己基3 ，4 ，二脱氧3 ，4 ，- 二 脱氢卡那霉素b ( 7 ) 的制备3 5 2 5 1 温度对反应的影响3 5 2 6 l ，3 ，2 ，6 ”，3 一五- n 对甲苯磺酰基2 氧苄磺酰基3 ，4 ，二脱氧3 ，4 ，二脱 氢卡那霉素b ( 8 ) 。3 6 2 7 l ，3 ，2 ， 6 ，3 ”一五n - 对甲苯磺酰基- 3 ，4 ，二脱氧- 3 ，4 二脱氢卡那霉素b ( 9 ) 的制备3 7 2 7 1 温度对反应的影响3 7 2 7 2 乙酸浓度对反应的影响3 8 2 8 3 ，4 ，二脱氧- 3 1 , 4 - 二脱氢- 卡那霉素b ( 1 0 ) 的制备。错误! 未定义书签。 第三章实验部分3 9 3 1 仪器与试剂3 9 3 2 地贝卡星及其中间体的制备4 0 3 2 1 1 , 3 , 2 ，6 ”，3 ”五- l q - 对甲苯磺酰基卡那霉素b ( 2 ) 的制备4 0 3 2 2 1 , 3 , 2 6 ”3 ，- 五- n 对甲苯磺酰基_ 4 ”，6 ”氧环亚己基卡那霉素b ( 3 ) 的制备4 0 3 2 3 1 , 3 , 2 ，6 ”，3 ”五- n 对甲苯磺酰基3 ，4 ，2 ”三氧苄磺酰基_ 4 ”，6 ”氧环亚己基 卡那霉素b ( 4 ) 和l 3 ，2 ，6 ”，3 ”五n - 对甲苯磺酰基3 ，4 ，- 二氧苄磺酰基- 4 , 6 ”氧环 亚己基卡那霉素b ( 5 ) 的制备。4 l 3 2 4 l ，3 2 ， 6 ”，3 乜五n - 对甲苯磺酰基- 2 ”氧苄磺酰基4 ”，6 ”氧环亚己基3 ，4 ，二 脱氧3 ， 4 ，- 二脱氢卡那霉素b ( 6 ) 和1 , 3 , 2 ，6 ”，3 ”五n 一对甲苯磺酰基- 4 , 6 ”氧环亚己 第四章 参考文 附图 个人简 致谢 第一章前言 第一章前言 1 1氨基糖苷类抗生素的概述 1 1 1 氨基糖苷类抗生素的发展情况 氨基糖苷类抗生素( a m i n o g l y e o s i d ea n t i b i o t i c s ) 是临床上一类重要的广谱抗 感染药物，具有抗菌能力强、抗菌谱广、水溶性好、化学性质稳定、易于吸收 和代谢等特点。虽然近年来受喹诺酮类和1 3 内酰胺类抗感染药物的挑战，但氨 基糖苷类药物仍然是治疗细菌感染尤其结核杆菌和革兰氏阴性菌感染的首选药 物【l 】o 根据氨基糖苷类抗生素的抗菌特性和结构特点，可分为三个发展阶段【2 1 ：以 卡那霉素为代表的第一代氨基糖苷类抗生素，其临床应用的品种有链霉素、巴 龙霉素( p m ) 、新霉素( n m ) 和核糖霉素( 砌田、卡那霉素a 、b 、杂交霉素、丁酰 苷霉素( b t ) 等，其结构特点是完全羟基化的氨基糖和氨基环醇相结合，此类药物 对绿脓杆菌无活性【3 】，这一代抗生素以卡那霉素应用最广，以庆大霉素为代表的 第二代氨基糖苷类药物，其结构中均含有脱氧氨基糖，对第一代抗生素无效的 假单胞茵、部分耐药菌和绿脓杆菌有较强的抗茵活性，其主要代表药物有西索 米星( s i s 0 ) 、地贝卡星( d k b ) d x 诺霉素f n c r ) 和妥布霉素( r o b ) 等，品种之间存在 不同程度的交叉耐药性【4 】，第三代氨基糖苷类药物则是以1 - n 取代的2 脱氧链霉 胺的衍生物( 乙基取代物或2 羟基4 氨基丁酰基取代物) ，代表药物有奈替米星 ( n t l ) 、阿米卡星、阿贝卡星( a i c a ) 和我国自主研制的一类新药依替米星等 5 1 ， 此类药物既保留了母体的抗菌活性，又具有低微的耳毒性和肾毒性1 6 j ，并具有抗 耐药性等特点。很大程度上祢补了前代抗生素的不足。 n h 2 卡那霉素ba r m = ( s ) - 4 氨基2 羟基丁酰基阿贝卡星 第一章前言 3 ”- 去氧双氰链霉素奈替米星 自1 9 4 4 年w a k s m a n 发现链霉素以来，至今已有1 0 0 多个氨基糖苷类抗生素 问世 7 1 ，其中大部分抗生素均含有l ，3 二氨基环醇的基本结构，具有此基本骨架 的抗生素按其结构可分为三类嘲：含放线胺的( 1 ) 奇放线菌素，含链霉胍结构 的( 2 ) 链霉素和含2 脱氧链霉胺的卡那霉素、核糖霉素和新霉素，随着抗生素 临床的不合理应用和新抗生素的不断应用于临床，细菌对抗生素的耐药性日益 严重【9 1 ，自1 9 6 7 年梅泽滨夫等i l o 】从卡那霉素与耐药菌作用的产物中发现6 - n 乙酰化酶( 简称a c c ) 后，随着对氨基糖苷类抗生素耐药机理的深入研究，迄 今已发现的各种耐药菌钝化酶达2 0 余种【l ，主要有乙酰化酶( a a c ) 、磷酸化 酶( a p h ) 、腺苷化酶( a a d ) 三类，图l 【1 2 】所示临床常用的抗生素被耐药菌种 各种钝化酶钝化的作用部位，这些部位均是通过分离对应的钝化产物并确定其 结构而予以证实的【1 3 1 ，氨基糖苷类抗生素的化学修饰大都是以这些耐药机理为 依据的【1 4 1 。 - m - l c a i o m b - i v - o m a , g i - v l l - l ) 图1 1作用于卡那霉素b 的主要氨基糖苷类钝化酶 2 一n g u 一、o h 一兰箨nhc曲nh2 i h n c h n l 弋专啬汐n 几h 一i l o n h h n 。 n h c h 放线胺 2 一脱氧链霉胺 1 1 2 氨基糖苷类抗生素衍生物构效关系n 司 1 删除个别官能图等结构改造的衍生物氨基糖苷类抗生素结构中有多个 氨基和羟基，其中有些是钝化酶的作用靶点，删除某些与抗菌活性无关的基团 可以增强对耐药菌的活性，日本化学家梅泽滨夫【l5 】等删除卡那霉素a 的c 6 7 位上 的羟基后，得到3 ，脱氧卡那霉素a ，它既对卡那霉素a 的敏感菌有效，又对含 磷酸化酶( a p h ) 的大肠杆菌有很好的抑制作用。s a n o 等学者1 1 7 】合成的3 ”脱氧 链霉素对产生腺苷化酶a a d ( 3 ，) 和磷酸化酶a p h ( 3 3 的伤寒沙门氏菌和大肠杆菌 的最低最低抑菌浓度( m i c ) 为0 7 6 和1 6 5 t t g m l ，除此之外，梅泽删除卡那霉素 b3 和4 的羟基而得到3 ，4 双去氧卡那霉素b ( d i b e k a c 岫，它对许多卡那霉素 耐药菌有很强的活性而且对绿脓杆菌也有效【l 引，已在日本、韩国等国和我国的 台湾得到广泛应用，2 官能团上引入侧链的衍生物氨基糖苷类抗生素结构中的 氨基对抗菌活性起着重要作用，日本的川口博士等【1 9 】发现核糖霉素与丁胺菌素 的结构中只相差c l 位n 上的4 氨基2 斑基丁酸( a h b a ) 的侧链，但后者对前 者的耐药菌有很好的抑制作用，受此启发合成了丁胺卡那霉素( a m i k a c i n ) ，其抗 菌结果显示丁胺卡那霉素对多种含磷酸化酶a p h ( 3 ) 、a a d ( 3 ”) 的耐药菌包括绿 脓杆菌都有很强的抑制作用【2 0 】，引入侧链后增加了对抗耐药菌的抑制作用，这 是因为与母体化合物相比c l 位n 上a h b 侧链对卡那霉素c 2 ”与c 3 上的羟基的 屏蔽，使得钝化酶不能与衍生物结合，使被修饰的靶点远离钝化酶的作用位点， 同样的道理，对钝化酶酶作用部位的n 原子上烷基化后对耐药菌也有很好的作 用。n 乙基紫苏霉素( n e t i l m i c i n ) 即有紫苏霉素的c i 位n 上乙基化而得到，它 对许多耐药的菌株有很好的活性【2 ，6 - n 甲基卡那霉素就不会被a a c ( 6 3 所钝 化，庆大霉素c l a 的c 1 氨基乙基化( 依替米星) 后抗耐药菌能力增强。除了 上述的化学修饰外，若将钝化酶作用部位的碳原子的构型改变也能克服某些耐 药性，如将双氢链霉素的c 3 构型查向化，它对几种耐药肺炎杆菌、大肠杆菌、 3 、r a r irr ， 薪霉素b n l i z 巴龙霉素 o h 稠维霉素bo h 丁胺菌素b n 】 拨糖霉素n 坞 o hhd a 0 o hhd a g hhd a g o ha h bh o 黯hh 卡那零素a 蟪炙卡星 妥布霉素 阿米卡豆 阿贝卡墨 r l岔rr o ho ho hh n 强h hh n i l h o hh 0 髓o ho ha h 8 砒hha h b 图1 2 主要氨基糖苷类抗生素结构 1 1 3 氨基糖苷类抗生素的作用机制和耐药机制汹l 嘧町 氨基糖苷类抗生素是一类作用于细菌核糖体进而抑制细菌蛋白质合成的抗 菌药物，因其具有广谱、高效、优良的药物动力学特征和其他抗菌药物具有协 同等优点，成为临床抗革兰氏阴性菌重度感染不可或缺的药物。但是随着氨基 糖苷类抗生素的广泛应用，细菌产生耐药性问题日益严重，深入氨基糖苷类抗 生素的作用机制和耐药机制有助于开发新的有效的药物。氨基糖苷类抗生素分 子水平上作用机制的研究为细菌耐药机制提供了坚实基础，其作用机制同细菌 的耐药机制密切相关，抗生素的作用位点被修饰或钝化而是细菌产生耐药性， 对作用机制和耐药机制的研究为控制耐药菌传播和蔓延提供了理论依据，并未 新型感觉氨基糖苷类抗生素提示了新的发展方向。 1 1 3 1 氨基糖苷类作用机制嘲 氨基糖苷类抗生素应用于临床五十年来，由于其与b 内酰胺类抗菌药物合 用的协同作用，浓度依赖性快速杀菌作用，以及临床有效、价格低廉和细菌耐 药性低等优点，目前仍是国内临床的产用药物，尤其是革兰氏阴性菌所致的败 4 3 0 s 核蛋白合成并改变细胞膜的完整性从而达到杀菌的目的，对繁殖力强的细 菌，氨基糖苷类抗生素通过细菌细胞膜扩散后，与细抱内膜上具有转运功能的 相转运蛋白结合，从而使与细胞膜相连的核蛋白体3 0 s 亚基的位点上不断累积 药物，并引发相转运系统加速药物在细胞内的累积，从而抑制细菌体内蛋白质 的合成，达到破坏细菌细胞膜结构以致细菌体内物质外漏从而死亡的目的。另 有研究报道氨基糖苷类药物的作用靶点是核糖体r n a 而不是核糖体蛋白， 1 1 3 2 氨基糖苷类抗生素的耐药性咖嘲： 据世界卫生组织发布的2 0 0 7 年世界卫生报告中指出，耐药是未来威胁 人类健康的六大严峻问题之一。也是人们与病原微生物抗争中取胜的关键点， 为确保抗感染药物的有效性，应但重视其合理使用。其耐药机制如下： l 细胞壁渗透性改变或细胞内转运异常导致药物摄取减少网 基因突变导致膜的通透性降低进而导致药物摄取减少，基因突变既能使需 能代谢的药物转运系统受到抑制而减少氨基糖苷类药物的摄入，也能使药物转 运系统受损导致药物吸收减少，细菌就是通过减少转运药物的寡核结合蛋白的 合成进而降低药物的摄取的。如链霉素对绿脓杆菌无抗菌活性就是因为药物不 能与细胞外膜结合，限制了该药进入细胞，细菌对氨基糖苷类药物的摄取是需 氧耗能的，在厌氧环境下细菌不能进行需氧耗能的主动转运过程，因此，氨基 糖苷类药物对厌氧菌无抗菌活性。 2 氨基糖苷类钝化酶的产生 钝化酶的修饰和钝化作用是细菌对氨基糖苷类抗生素产生耐药的主要机 制，氨基糖苷类药物通过电子转运经细胞内膜进入细胞质后，与核糖体6 0 s 亚 基结合，破坏控制翻译准确性，导致异常蛋白插入细胞膜，改变细胞膜通透性， 促进更多的药物转运，质粒与遗传因子的砖座左右有利于耐药基因插入到细菌 的遗传物质中，氨基糖苷类抗生素修饰酶催化氨基和羟基的共价修饰，使得药 物与核糖体结合减少。药物摄取同时被阻断，从而导致细菌耐药【3 0 】，根据不同 作用类型，氨基糖苷类抗生素修饰酶【3 1 】有氨基糖苷类n 乙酰基转移酶 ( a m i n o g l y c o s i d ea c e t y l t r a n s f e r a s e sa a c s ) 供体为乙酰辅酶a ( 简称c o a ) ，主要 修饰氨基糖苷类药物l ，3 ，6 ，2 位氨基，氨基糖苷类磷酸转移酶( a m i n o g l y e o s i d e p h o s p h o t r a n s f e r a s e s , a p h s ) ，供体位a t p ，主要修饰羟基，氨基糖苷类0 腺苷转 5 第一章前言 移酶( a m i n o g l y c o s i d ea d e n y l y l t r a n s f c r a s c s 舭d s ) 或核苷转移酶( a m i n o g l y c o s i d e l l i c l c o t i d y l 们n s 向。a s e s a n r s ) ，供体为a t p 或m 口，主要修饰氨基，由于氨基糖 苷类抗生素的活性与羟基关系不大，而与氨基基团的数量和位置关系密切，( 顺 序为2 ”，6 ”二氨基) 这几类酶的基因决定簇即便在没有明显遗传关系的细菌种 群间也能传播，这几类酶按其钝化抗生素的不同和作用位点的不同分为很多种， 目前为止已知的至少有2 0 种【捌，比较重要的钝化酶见表 表1 1 不同钝化酶对氨基糖苷类药物的作用范围 3 药物外排泵 外排药物也是细菌耐药机制之一，在许多细菌都有主动外排系统，大致可 分为以下四类【3 3 】：a , a t p 组合转运器，它包含多药转运蛋白，具有输出新霉素、 卡那霉素的活性。b ，葡萄球菌多重耐药家族，它包含四个跨膜转运器，c ，和哺 乳动物的葡萄糖转运器具有同源的转运家族，d 耐药结节分化家族，它的转运蛋 白能泵出钴、镍和镉离子，总之，药物外排机制就是细菌通过药物外排系统或 者说外排泵把氨基糖苷类抗生素排出体外，降低细菌体内药物浓度继而出现耐 药性。 4 药物作用靶点的改变 6 受抑制，实验证明，核糖体蛋白的基因突变会使核糖体靶点改变，是细菌对链 霉素产生明显的耐药性，许多革兰氏阴性杆菌、金色葡萄球菌、肠球菌属等均 可产生钝化酶而产生耐药性，氨基糖苷类抗生素常被乙酰转移酶、磷酸转移酶 和核苷转移酶所钝化，经过钝化作用的药物通过下列作用而失去抗菌活性，与 未经钝化的药物竞争细菌细胞内的转运系统，减少药物摄入，不能与核糖体结 合，失去了干扰核糖体功能的作用阴】。3 氨基糖苷类抗生素作用靶位的改变p 5 1 如耐药性结核分支杆菌对链霉素的抗性是由于链霉素的作用靶位1 6 s r r n a 的某些 碱基发生了改变或者与核糖体结合的核蛋白s 1 6 的某些氨基酸发生改变。 总之，目前人类与感染性疾病之间的斗争形势非常严峻，细菌耐药性已经 从小范围的医院内菌株发展到普通社区感染菌株，由单一耐药发展到多重耐药， 给人类健康带来很大威胁，我们必须合理应用抗菌药物、了解耐药茵的发生机 徘加强抗菌药物的管理，从而控制耐药茵的增长势头。 1 1 4 氨基糖苷类抗生素的研究新进展 自1 9 4 4 年w a k s m a n 发现链霉素六十多年来，已报道的天然的和半合成氨基 糖苷类抗生素已超过3 0 0 0 种冈，本类抗生素抗菌谱广，抗菌活性强，虽然由于 其耳毒性、肾毒性和耐药菌的出现限制了氨基糖苷类药物的应用，但它们仍是 临床治疗革兰氏阴性菌感染的不可或缺的药物，近年来，氨基糖苷类抗生素分 子水平上作用机制的研究为设计。开发抗感染能力更强的新化合物，与病原有 关的r n a 能特异性结合的新氨基糖苷类化合物以及开拓他们的新用途打下了良 好的基础，为该类化合物的发展提示了更多的新方向，诸如氨基糖苷类抗生素 抗h i v 等病毒研究，分子水平上的作用机制、耐药菌的耐药机制以及肾毒性的 分子药理学和病理学研究等。 1 1 4 1 抗耐药菌氨基糖苷类抗生素的开发研究口7 1 。嘲 耐药菌的出现迫使人们开发研究行的氨基糖昔类药物，并获得了许多半合成 衍生物，开发了一些新药，比如我们拥有自主知识产权的一类新药依替米星， 根据对氨基糖苷类抗生素作用机制和耐药机制的研究表明，细菌对氨基糖苷类 药物产生耐药性是其结构中的羟基和氨基被钝化酶修饰或钝化所致，前文所述， 氨基糖苷类钝化酶有乙酰转移酶( a a c ) 、磷酸转移酶( a p h ) 、核苷转移酶( a a d ) 7 能e k m a n 等【4 l 】研究了核营酸转移酶( 2 勺和乙酰转移酶与底物结合的构象的差异 对耐药的影响，该研究对设计氨基糖苷类钝化酶抑制奠定了基础。他们的工作 主要分为两类【4 2 j ：( 1 ) 对氨基糖苷类药物结构修饰得到对特定钝化酶有效的衍 生物，最初由地贝卡星的发明者日本科学家梅泽滨夫对磷酸转移酶的研究，合 成37 脱氧卡那霉素a 和3 ，4 ，- 双脱氧卡那霉素b ，后来由于乙酰化转移酶特 别是6 位n 乙酰化转移酶对卡那霉素、妥布霉素和i - n 取代的衍生物如奈替米 星和阿米卡星等氨基糖苷类抗生素产生钝化作用而备受关注，人们发现庆大霉 素c 1 在6 o n 和c - 6 上都有甲基，而它们对乙酰化酶却不受钝化，因此，在n 6 位进行了修饰研究，后来发现6 n 甲基阿米卡星对耐药菌的活性较低而没有临 床应用价值，对其他母核n - 6 位修饰也未取得较大进展。19 9 0 年日本专利【4 3 】报 道小单胞菌可能卡那霉素a 和b 中3 和4 ，位的羟基被脱去，但由于各种因素未 能进行工业化生产，地贝卡星仍通过化学半合成方法生产。 8 2 ”养孓付衍生物 图1 4 针对钝化酶对卡那霉素b 进行的化学修饰 ( 2 ) 耐多种钝化酶的衍生物，对多种钝化酶有效的化合物的半合成已取得很大 进展，主要合成的l - n 取代衍生物有阿米卡星、阿贝卡星 1 n 【( s m 氨基2 羟 基丁酰】3 ，4 ，- 双脱氧卡那霉素b ) 、异帕米星，且已广泛应用于临床，这些氨基 糖苷类衍生物不仅使2 ”位的钝化酶失去活性，也能有效抑制3 位甚至3 ，位的钝化 酶【删，但l - n 氨基被酰化的化合物对4 位的钝化酶无抗耐药性，阿贝卡星是3 和4 位的羟基被脱去的地贝卡星 4 5 1 ，对葡萄球菌和金葡菌产生的双功能钝化酶 a p h ( 2 ) 2 a a c ( 6 3 3 和a nt ( 4 ) 2 a nt ( 4 3 3 也有很强的抵抗作用，因此阿贝卡星是 一种临床治疗耐甲氧西林金葡茵等耐药菌感染有效的药物，人们从异帕米星结 构3 ”位有一个甲基胺从而对大部分a a c ( 6 3 3 有抑制作用得到启发，发现3 位氨 基甲基化影响乙酰化转移酶a a c ( 6 3 3 的结合和正确定位。这是影响氨基糖苷类 药物效果的重要因素，通过对1 - n 取代氨基糖苷类化合物的烷基化合成的衍生 物能使a n t ( 2 勺和a a c ( 3 ) 钝化酶失活，从奈替米星合成受到启发，我国自主 成功开发了一类新药依替米星【伺，它为庆大霉素c l a 的c 1 氨基的乙基化衍生 物。( 3 ) 卤代衍生物【4 7 1 ，氨基糖苷母核卤代后不仅能抵抗钝化酶进攻，卤原子 还能保护邻近官能团，。卡那霉素a 的5 位被氟取代后能使柚h ( 3 ，) 、a n t ( 2 ) 和a a c ( 3 ) 失活。( 4 ) 差向异构化的衍生物【4 8 】，钝化酶的作用与氨基、羟基等 官能团的空间排列有关，通过将连接这些官能团的碳原子的手性翻转，获得了 一些对多钝化酶有抑制作用的化合物，如西梭米星的5 位羟基由平伏键转变为 9 第一章前言 直立键得到5 差向西梭米星后，由于羟基的空间位置使得2 脱氧链霉胺上两取 代糖环上碳原子自由度增大，不易结合钝化酶，从而对a a c ( 2 3 、a n t ( 2 ) 和 a a c ( 3 ) 有抵抗作用，郑卫等【4 9 】通过对奈替米星和西索米星结构中双键的催化还 原分别得到5 差向依替米星和5 ，- 差向庆大霉素c l a ，但奇诡的是二者的抗菌活 性大大降低，原因可能是差向异构化后不利于2 ，6 位氨基结合细菌的1 6 sr r n a ， 从而也说明2 ，6 ，位氨基在抗菌活性方面起着重要作用。( 5 ) 双功能的氨基糖类 的合成美国s c r i p p s 小组的科学家 s o l 于2 0 0 0 年报道了具有抗菌和抑制钝化酶 ( a a c ，a p h ) 的双功能氨基糖苷类化合物的合成，他们合成了许多新霉胺的二 聚体，如图1 5 ，发现3 和5 的抗菌活性与新霉胺相近，对多种钝化酶也有很好 的抑制作用，通过对二聚体中羰基进行还原或用甲基保护氨基后到一系列，其 中化合物对大肠杆菌的抗菌活性增强了五倍以上，m i c 仅为6 2 5 t t m ，对金色葡萄 球菌、绿脓杆菌、粪肠道球菌等也有很好的抗茵活性，对包括a a c 、a p h 在内 的钝化酶有抑制作用，比妥布霉素抗菌活性提高了三倍。 o o o lho i h r 人肭人rr 人0 c h 2 ) x 、n r h n h i m c ih 3占h 3 3x - 3 i 净 图1 5 双功能氨基糖苷药物一新霉胺二聚体 n h 2 1 1 4 2 具有抗病毒作用的新的氨基糖苷类抗生素的研究与开发洲嘲 近几年来，随着对氨基糖苷类抗生素抗菌机制的深入研究，有了很多新的 研究方向，研究开发新的抗病毒的氨基糖苷类抗生素成为研究的热点方向，通 过对此类化合物的结构修饰，得到了一些新的衍生物，有望成为多药耐药菌的 钝化酶抑制剂、潜在的抗h i v - 1 药物1 、以及成为可能的抗癌药物， 作用机制研究表明，氨基糖苷类抗生素的抗菌活性源于其与原核r r n a 的结 合，化合物选择性地结合r n a 而不是d n a ，它们不但对不同r n 结合的选择 性差异不大，而且还可以结合很多种r n a ，诸如1 6 s 和1 8 sr r n a 、转录m r n a 、 1 0 第一章前言 t r n a 、以及病毒r n a 等。这种对r n a 的普遍结合力源于氨基糖苷类抗生素的氨 基，通过对汗2 一脱氧链霉胺氨基糖苷类抗生素的研究发现新霉素是很强的锤头 核酶的抑制剂，通过对半合成氨基糖苷类抗生素的进一步研究证明了静电作用 在r n a 一氨基糖苷类化合物结合中的作用，将天然氨基糖苷类抗生素的c h 。0 h 用 c h 2 n h z 取代后，衍生物与锤头核酶的结合力增强，根据托普霉素与卡那霉素b 结 构上仅差3 位羟基但托普霉素抑制锤头核酶能力强于后者的这一现象，人们从此 得到启发，通过对卡那霉素b 进行结构修饰，得到一系列脱氧衍生物并测定它 们抑制核酶的活性，结果表明2 ”、4 和4 脱氧衍生物对核酶的抑制活性大大增 谦， g o o d m a n 等l 刈人合成了制备了一系列含胍基的氨基糖苷类化合物，其母体主 要为妥布霉素、葡糖胺、卡那霉素b 、卡那霉素a 、2 一脱氧链霉胺、新霉素和巴 龙霉素等，由于胍基的碱性强、具有平面结构和氢键的作用具有方向性等特点， 在许多p , n a 和蛋白质结合过程中起重要作用，因此，胍基取代的氨基糖苷类抗 生素中的氨基使得到的新衍生物提高了与r n a 的亲和力及选择性，结果表明， 胍基妥布霉素和胍基新霉素能抑制h i v 的复制，其抗病毒活性比其母体强1 0 0 倍以上，5 0 有效抑制浓度约为l m o l l ，目前由美国0 p t i m e r 药业公司开展i 晦床 前研究。1 9 9 3 年，z a p p 掣蚓最先报道了某些氨基糖苷类抗生素在微摩尔( u m o l l ) 浓度内能够阻遏h i v - 1 感染，具有一定抗h i v 活性，由此人们对以新霉素为代 表的氨基糖苷类抗生素所具有的新的抗h i v 活性产生了浓厚的兴趣，并对此类 化合物与r n 的相互作用开展了一系列研究。 总之，随着对氨基糖苷类化合物与r n a 的作用机制越来越深入的研究，氨 基糖苷衍生物在抗h i v 研究终将取得丰硕的成果。 1 1 5 氨基糖苷类抗生素的耳毒性和肾毒性f 羽 自链霉素作为第一个氨基糖苷类抗生素用于i 陆床治疗结核病以来，氨基糖 苷类药物的耳毒性、肾毒性、神经肌肉阻碍和变应原性等毒副作用日益引起人 们重视，这些可逆不可逆的毒性损害也限n t 此类药物的临床应用，研究氨基 糖苷类的毒副作用对此类药物的合理应用及药物的开发有重要作用。 1 耳毒性任何一种氨基糖苷类抗生素均可导致前庭及听觉功能的损伤，服 用药物后药物可扩撒到内耳的淋巴液中，氨基糖苷类药物在淋巴中的半衰期远 长于其在血液中的半衰期，从而造成药物在内耳淋巴中的累积，进而产生对前 第一章前言 庭和耳蜗细胞的毒副作用隋钉。氨基糖苷类药物的耳毒性还和耳蜗内第二信使、 体内自由基、葡萄糖转运与代谢、体内金属离子等因素有关，此类药物的耳毒 性还与化合物分子中氨基数目有关，氨基越多毒性越大，比如耳毒性发生率为 新霉素 卡那霉素 阿米卡星 西索米星 庆大霉素 妥布霉素 链霉素，进年来高 效低毒的新氨基糖苷药物正在研究中。 2 肾毒性氨基糖苷类抗生素连续用药几天发生不同肾脏损害的发生率为 8 - - 一2 6 ，药物在肾脏的累积以圾肾近曲小管细胞的的毒害，从而造成肾功能减 弱，肾脏对药物排除功能的减弱又加增了耳毒性，近年来通过对氨基糖苷抗生 素肾毒性进行病理和药理学研究发现，造成肾毒性的过程嘲1 为：a ) 药物被肾近 区小管细胞吸收；b ) 药物累积导致溶酶体磷脂变性；c ) 肾衰竭。针对上述病理 过程，临床上虽提出很多减少肾毒性的措施，但寻找肾毒性低的氨基糖苷类抗 生素仍是首选方向。分子药理学和病理学上对氨基糖苷类抗生素耳毒性和肾毒 性研究为开发新的高效低度药物奠定了基础。 1 2 地贝卡星概述 地贝卡星：d i b e k a c i n 化学名：0 - 3 氨基- 3 - 脱氧- a d 葡吡喃糖基- ( 1 _ 6 ) o 2 ，6 一二氨基一2 ，3 ，4 ，6 一四 脱氧吨- d - 赤型一己吡喃糖基】一( 1 叶4 ) 】- 2 - 脱氧一d - 链霉胺 英文名：o 一3 - a m i n o - 3 - d e o x y - a d - g l u e o p y r a n o s y l - ( 1 _ 6 ) - 0 - 【2 ，6 - d i a m i n o 一2 ，3 ，4 ，6 t e t - r a d e d e o x y - a - d - e r y t h r o - h e x o p y r a n o s y l - ( 1 叫) 】2 - d e o x y - d - s t r e p t a m i n e 分子式：c i s h 3 7 n 5 0 8 分子量：4 5 1 5 3 c a s 登录号：3 4 4 9 3 9 8 6 化学结构式： 3 ，4 q i d 舶n a m y c i nb 1 2 第一章前言 地贝卡星一适应症：本品主要用于各种敏感肠杆菌科细菌、绿脓杆菌、金葡茵、 肠球菌属等所致的败血症、呼吸道感染、皮肤软组织感染、尿路感染及术后感 染等，有