（应用化学专业论文）新型NO供体——54H吡啶酮并氧化呋咱及其核苷衍生物的合成.pdf

硕士论文新型n o 供体5 ( 4 ) 吡啶酮并氧化呋咱及其核苷衍生物的合成 摘要 氧化呋咱化合物是一类重要的杂环化合物，在含能材料、医药等领域都具有重要的 地位。目前氧化呋咱系列化合物的研究对象主要局限于苯并氧化呋咱或嘧啶并氧化呋咱 系列，而吡啶类氧化呋咱化合物的研究还相对较少。 吡啶的许多衍生物是重要的药物，有些还是维生素或酶的重要组成部分，考 虑到吡啶酮式结构的抗菌活性，利用含内酰胺结构的氮杂环物在体内的生物活性， 并结合氧化呋咱环是优良的体内n o 供体的特性，本文设计了一个新的化合物 4 皿 1 ，2 ，5 】嗯二唑 3 ，4 b l j 比啶5 酮1 氧( 又称：5 ( 4 h ) 吡啶酮并氧化呋咱) 。预计 目标产物5 ( 4 ) 吡啶酮并氧化呋咱将具有多重生物活性，在医药领域有很好的 应用前景。以其为碱基，与四乙酰核糖偶联可以得到非天然核苷衍生物，这类化 合物在抗病毒和抗肿瘤化疗药物中具有非常重要的地位。 本文旨在探索5 ( 4 ) 吡啶酮并氧化呋咱及其核苷衍生物的合成路线。通过文献 查阅，机理分析，结合成本、检测手段、原料来源及中间体的稳定性、毒性和安全性， 设计出了两条合成路线：邻硝基叠氮法和次氯酸钠氧化法。实验中以红外、质谱、核磁 等手段对各步产物进行表征，并分析机理，证明两条路线都是可行的。其中邻硝基叠氮 脱氮法较好，总体收率相对较高，操作方便。而次氯酸钠法总体收率不高，后处理繁琐， 安全性较低，合成工艺尚待改进。最后对目标产物及其四乙酰核糖核苷衍生物进行生物 活性测试，结果表明它们具有抗肿瘤活性。 关键词：5 ( 4 日) 吡啶酮并氧化呋咱；n o 供体；核苷；合成；抗肿瘤活性 a b s t r a c t 硕十论文 a b s t r a c t f u r o x a n sa r eo n ei m p o r t a n tk i n do fh e t e r o c y c l i cc o m p o u n d s t h e ya r ew i d e l yu s e di n e n e r g e t i cm a t e r i a l sa n dp h a r m a c e u t i c a lf i e l d s h o w e v e r , p r e s e n ts t u d i e sm a i n l yf o c u so n b e n z o f u r o x a n sa n dp y r i m i d o f u r o x a n s ，r e s e a r c hi np y r i d o f u r o x a n si sl i m i t e d c o n s i d e r i n gt h a tp y r i d i n ed e r i v a t i v e sa l eg o o dp r e e n t i t yi np h a r m a c ya n ds o m eo ft h e m a r ee v e ni n t e g r a lp a r t so fv i t a m i n so re n z y m e ，t h i sd i s s e r t a t i o nd e s i g n e dan e w c o m p o u n d ：4 h - 【1 ，2 ，5 】o x a d i a z o l o 【3 , 4 一b 】p y r i d i n e - 5 - o n e1o x i d e ( 4 h - p y r i d o f u r o x a n - 5 - o n ei ns h o r t ) w i t l l a na n t i b a c t e r i a a c t i v i t yw h i c hb a s e o nt h ep y r i d o n ef o r m ，i ta l s oh a sas t r e n g t h e n e d c o m b i n a t i v ea b i l i t yw i t he n d o - a c c e p t o rb e c a u s eo ft h ea m i d ef o r m b e s i d e s ，f u r o x a ni sag o o d n o - d o n o r h e r e b y , t h i so b j e c tp r o d u c tw o u l dp r o b a b l yh a sm u l t i p l eb i o l o g i c a la c t i v i t i e sa n d h a sa na m a z i n gp r o s p e c ti np h a r m a c e u t i c a lf i e l d i fc o u p l e dw i t h t e t r a - a c e t y lr i b o s e a n o n n a t u r a ln u c l e o t i d ei so b t a i n e d ，w h i c hh a sa p o t e n t i a li nc u r eo fv i r u so rc a n c e r t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e do nf i n d i n gam e t h o dt os y n t h e s i s4 h - p y r i d o f u r o x a n 一5 - o n e a c c o r d i n gt ot h er e f e r r e n c ea n dm e c h a n i s ma n a l y s i s ，t w os y n t h e s i sm e t h o d sw e r ed e s i g n e d a f t e rt a k i n gs u c hf a c t o r sa sc o s t ，i n s p e c tm e t h o d s ，r e a g e n tc h a r a c t e r si n t oc o n s i d e r a t i o n ： a z i d i z a t i o na n dn i t r o g e ne l i m i n a t i o n ( t h ef o r m e r ) a n do x i d a t i o nb ys o d i u mh y p o c h l o r i t e ( t h e l a t t e r ) d u r i n ge x p e r i m e n t s ，e a c hs y n t h e t i cp r o d u c t sw e r ec h a r a c t e r i z e db yi n f r a r e d ( i r ) ，m a s s s p e c t r a ( m s ) a n d1 hn u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e ( n m r ) e a c hs t e pw a sa n a l y s e d i n m e c h a n i s m s i tp r o v e dt h a tb o t hs y n t h e s i sm e t h o d sw e r ef e a s i b l e t h ef o r m e ro n ew a s c o m p a r a t i v e l yb e t t e rt h a nt h el a t t e ro n e w i t l lah i g h e rg e n e r a ly i e l da n dm o r ec o n v e n i e n t o p e r a t i o n s ，t h el a t t e rm e t h o ds t i l ln e e dm o d i f i c a t i o n f u r t h e r m o r e ，b i o l o g i c a la c t i v i t yt e s t s s h o w e dt h a tt h eo b j e c tp r o d u c ta n di t sn u c l e o t i d ed e r i v a t i v eh a da na n t i t u m o u r a c t i v i t y k e yw o r d s ：4 h - p y r i d o f u r o x a n 5 - o n e ；n od o n o r ；n u c l e o t i d e ；s y n t h e s i s ；a n t i t u r n o u t a c t i v i t y i i 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名： 胃严刖瑁 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：牛尹脚 硕士论文 新型n o 供体5 ( 4 ) 吡啶酮并氧化呋f 1 及】核苷衍生物的合成 1 绪论 氧化呋咱类化合物是一类含氮氧配键或氮氧内鲶离子型的杂环化合物i lj ，在工业上 常用作金属抛光剂、防腐剂、照相感光促进剂等；在含能材料领域中，添加该类化合物 后能使材料密度增加，含氢量减少，氧平衡改善；医疗上，其硝基衍生物可以作为荧光 探针，且有防白血病、抗癌1 2 、抗病毒扩散等生物医药功能【3 】，特别是近年来还发现呋 咱环对艾滋病毒有很好的抑制作用，受到了有关专家的高度重视【3 】。该类化合物在不同 条件下还可以还原成多种化合物，因此已经广泛地应用到了国民经济生产中。 苯并或杂环并氧化呋咱是氧化呋咱类化合物重要分支，具有相当优良的n o 供体特 性，其中杂环并氧化呋咱化合物能与多种糖基偶联，故可以作为核苷类药物的前体，制 备一系列具有优良生物活性的核苷类化合物，并对此类药物进行修饰，从而改良其药代、 药理学性质，因此越来越受到学术界和医药界的重视。 然而，目前该领域的研究对象主要局限于苯并或嘧啶并氧化呋咱，而吡啶类氧化呋 咱化合物的研究还相对较少。考虑到吡啶酮系列化合物在医药中间体领域的广泛应用， 参考嘧啶酮并氧化呋咱的性质，本文设计了一个新的化合物4 厚 1 ，2 ，5 】嗯二唑【3 ，4 b 】 吡啶5 酮1 氧( 又称：5 ( 4 h ) 吡啶酮并氧化呋咱) ，探索其化学合成路线，预测该目 标产物可能同时具备吡啶酮的抗炎抗菌活性以及氧化呋咱环的优良n o 供体特性，此外， 以前者为核苷碱基，与糖基偶联，制备吡啶酮并氧化呋咱核苷，并检测其在抗肿瘤方面 的生物活性。因此，该课题具有不可估量的学术价值和应用前景。 1 1 选题背景及应用前景 吡啶酮类化合物常被用作抗菌、消炎类药物的前体，若在吡啶环上引入不同的取代 基，则可以改良其在生物体内的活性，而吡啶环上氮原子含有孤对电子，具有了与生物 体内受体正电部分相结合的潜力；而氧化呋咱作为优良的体内n o 供体，常常被用于药 效的改良和新药的研发。比如n o 与p g s 在胃肠道中作用的类似性与互补性，启发人 们可以将n o 释放基团引入到非甾体抗炎药( n s a i d s ) 当中，从而开发出一类含有n o 供体结构的n s a i d s 。这些n o 供体型n s a i d s 与原来的n s a i d s 相比，具有相似甚至 更强的活性，而副作用则大大下降，甚至可以促进溃疡的愈合【4 】。例如，有实验【5 】将胃 肠道副作用较大的奥丙嗪与含有n o 供体结构的呋咱环通过不同的碳链偶联起来，获得 了药效加强而副作用减小的化合物。 同样的，根据药物拼合原理【6 j ，将吡啶酮结构与氧化呋咱环并构，利用前者的抗菌 消炎活性以及后者在体内释放n o 、降低毒副作用的特性，得到具有多重药理和生物活 性的新化合物吡啶酮并氧化呋咱，为新药的研发提供新的思路和方向。另外，根据 1 绪论硕1 ：论文 1 2 氧化呋咱类化合物概述 n 脚o n r 。x n 脚o n r 。ro n 0 n r r 图1 2 2 2 苯并氧化呋咱 o x = c ，n ，e t c 图1 2 2 3 杂环并氧化呋咱 其中，杂环并氧化呋咱目前的研究热点主要集中在嘧啶并氧化呋咱及其衍生物上。 氧化呋咱类化合物不仅是优良的体内n o 供体，而且其本身所具有的含能特性，使 得它在新药的开发以及含能材料的改性等方面得到了广泛的应用。 2 硕十论文 新型n o 供体5 ( 4 ) 吡啶酮并氧化呋咱及其核昔衍生物的合成 ( 1 ) 医药领域 氧化呋咱的医药功能主要表现在它是优良的n o 供体，由其产生的高浓度n o 可使 d n a 碱基部分脱氨基并断裂，进一步诱导细胞的凋亡【刀研究【8 1 表明，氧化呋咱诱导肿瘤 细胞凋亡的效果比其它n o 供体更强，因而广泛应用于药物前体的合成中。若将呋咱和 苯环、吡啶环、嘧啶环以及其他药效团偶联，则可以应用到抗高血压、血管舒张作用、 抗肿瘤、抗病毒等方面。 ( 2 ) 含能材料领域 研究表明，一个呋咱环相当于两个硝基的作用，是一种含能基团，可以用于构建性 能优异的新型含能化合物。该类化合物【9 1 卅具有：通常含偶氮基、氧化偶氮基、硝基、 叠氮基等含能基团；标准生成焓较高；富含n 和o ；能量密度很高；具有一定 的芳香性，热力学稳定性好；熔点相对较低等特点，从而成为一类重要的含能化合物 并广泛应用于含能材料领域。 有专家计算了一系列呋咱类含能化合物的生成焓1 5 】，结果表明，分子中所含的呋 咱环越多，则相应的化合物生成焓值就越高，因此如果设计含有c 、h 、o 、n 原子的高 能量密度化合物，呋咱环是一个相当有效的结构单元。此外，当以一个氧化呋咱基团代 替化合物分子中的一个硝基后，其密度将提高0 0 6 0 0 8g - c m 一，而且爆速也将提高3 0 0 m s 一左右【m l 。含能氧化呋咱的分子结构中含氢量减少，氧平衡改善，爆压增大，因此 受到了含能材料领域的专家们的高度重视【1 7 1 。比如，苯并氧化呋咱类含能化合物的代表 一，6 二硝基苯并氧化呋i i f l ( d n b f ) ，它具有非常强大的爆炸威力，是一种能量比三硝 基甲苯的更大的高能炸药，也是制备其它高能量炸药的重要中间体【1 8 】，因此在国防工业 上具有很高的应用价值。 1 2 3n o 及其供体 n o 供体是指在生理条件下能释放n o 的化合物，根据报道，目前总共分为1 6 种 类型【1 9 】- ( 1 ) 有机硝酸酯类( 9 ) 二氮杂环丁烯二氧化物类 ( 2 ) 有机亚硝酸酯类( 1 0 ) 氧化呋咱苯并氧化呋咱类 ( 3 ) 金属n o 复合物类( 11 ) 嗯三唑一5 亚胺类 ( 4 ) n 一亚硝胺类( 1 2 ) 悉尼酮亚胺类 ( 5 ) n 羟基亚硝胺类( 1 3 ) 肟类 ( 6 ) 亚硝基亚胺类( 1 4 ) 羟胺类 (7)硫亚硝基类(15 ) n 羟基胍类 ( 8 ) 碳亚硝基类( 16 ) 羟基脲类 其中，氧化呋咱已经越来越受到专家和学者的重视，成为新药开发的热点之一。 1 绪论硕十论文 一氧化氮( n i t r i co x i d e ，n o ) 作为一个无机自由基，是种新型的细胞信使分子，它 在免疫系统、神经系统和心血管系统等方面发挥了重要的作用【2 1 1 ，具有广泛的生物活 性1 2 川，它不仅能够参与生理功能的调节，而且可以参与多种疾病的病理过程。由于n o 具有高度的弥散性，可以通过内分泌或旁分泌的形式作用于靶细胞，与鸟苷酸环化酶 ( g u a n y l i ca c i dc y c l a s e ，g c ) i i t - 啉环上的f e 2 + 结合，通过环磷酸鸟苷( c g m p ) 途径促使三 磷酸鸟苷( g t p ) 转化为c g m p ，从而增加细胞内c g m p 的浓度，增加的c g m p 又可激活依 赖于其的蛋白激酶和磷酸二酯酶，调节磷酸二酯酶及离子通道，从而产生一系列的生理 和生化功能。n o 是体内重要的舒血管活性物质，能够平衡交感神经系统和肾素血管紧 张素系统所引起的血管张力的改变，此外还能抑制血管损伤后血小板的聚集，防止血小 板黏附于血管壁1 2 3 1 。n o 还能通过影响白细胞黏附分子c d l l 、c d l 8 的活性或者抑制其表 达，阻止白细胞黏附于血管内皮，从而防止动脉粥样硬化的形成。n o 还可能通过抑制 血管平滑肌的增殖，减少胶原纤维、弹性纤维的产生，进一步阻止粥样斑块和动脉硬化 的形成和发展。n o 通过选择性扩张肺动脉并减少肺内分流而用于治疗急性呼吸窘迫综 合症，还能通过扩张阴茎海绵窦血管而致阴茎勃起，用于性功能障碍的治疗。在胃肠系 统中，n o 能够抑制胃酸的生成，促进黏液分泌，调节黏膜的血流量，抑制白细胞的激活 和黏附以及调节生长因子等，发挥与前列腺素( p g s ) 类似的保护作用。另外，研究表明， n o 在肿瘤细胞的凋亡过程中起着双重作用。体内持续低浓度的n o ( 无论是内源性还 是外源性的) 可以抑制细胞凋亡，对肿瘤具有保护及促进生长的作用；相反，体内高浓度 的n o 贝, i j 将产生细胞毒性，诱导肿瘤细胞的凋亡，并阻止肿瘤的扩散和转移。据文献【2 4 j 报道，这种诱导细胞凋亡的活性具有浓度和时间依赖性，因此可以通过调控体内的n o 浓度来治疗癌症和肿瘤。 1 35 ( 4 日) 吡啶酮并氧化呋咱简介 5 ( 4 日) 吡啶酮并氧化呋咱是一个新化合物，其结构式如图1 3 1 所示t o 图i 3 15 ( 4 日) 吡啶酮并氧化呋咱结构式 本文以嘧啶酮并氧化呋咱为参考，设计了一个新的化合物4 体 1 ，2 ，5 】嗯二唑 【3 ，4 b 吡啶- 5 酮1 一氧( 又称：5 ( 4 h ) 一吡啶酮并氧化呋咱) 。考虑到吡啶的许多衍生物 是重要的药物，有些还是维生素或酶的重要组成部分，而且吡啶酮式结构有一定的 抗菌活性，故以吡啶酮代替嘧啶酮以构建新化合物。由于含内酰胺结构的氮杂环物 4 硕- l ：论文新型n o 供体5 ( 4 月) 吡啶酮并氧化呋咱及其核苷衍生物的合成 在体内能与生物大分子形成氢键，从而增强与受体的结合作用1 6 j ，因此在毗啶环上 氮原子的邻位引入羟基，从而形成环内酰胺结构，便于与生物体内酶或受体等相 结合或相互作用，增加生物活性。另外，吡啶环上氮原子含有孤对电子，具有了与 生物体内受体正电部分相结合的潜力。而氧化呋咱环是已知的优良一氧化氮( n o ) 供 体，把n o 供体引入后，一方面可以降低药物的毒副作用，另一方面由于其本身特殊的 生理功能，可以和原有药物针对单一生理症状起协同治疗作用。因此，预计目标产物5 ( 4 日) 吡啶酮并氧化呋咱将具有n o 供体、抗病毒、抗肿瘤等多重生物活性，应用前 景广阔，具有很高的研究价值。 根据药物的构效关系，药物结构中不同的官能团可以改变整个分子的理化性质及生 物活性，因此若以5 ( 4 h ) 吡啶酮并氧化呋咱为母体，引入不同原子和基团，对目标 产物进行修饰，将可以得到某些新的药理性质或生物活性。 例如在吡啶环上引入烃基，可以改变其溶解度、解离度、分配系数，还可增加位阻， 从而增加稳定性；引入卤素可以影响分子间电荷分布、脂溶性及药物作用时间；成醚则 可以使分子在脂水交界处定向排布，便于通过生物膜；引入磺酸基一般可以增加水溶 性、降低毒性，但生物活性减弱；羧酸成盐可以增加水溶性、利于增强活性；成酯则增 加脂溶性，易被吸收等等【6 j 。设计系列衍生物如图1 3 2 所示。 x n ，o o n x 2 rh a l ，o r ，s o , h , c o o ，e t c 图1 3 2 修饰后的5 ( 4 h ) 吡啶酮并氧化呋咱衍生物 另外，若以无取代吡啶酮并氧化呋咱为母体，通过向其吡啶环上n 引入不同糖基， 便可以得到一系列非天然核苷化合物。这类化合物从化学结构上看与天然核苷及核苷酸 有一定的相似之处，故在体内能够以假乱真，从而干扰或者直接作用于核酸的代谢过程， 阻断蛋白质、核酸的生物合成，因而在抗病毒和抗肿瘤化疗药物中具有非常重要的地位。 根据糖基的不同，主要可以分为以下五大类： ( 1 ) 2 脱氧系列：可能具有抗病毒功能【2 5 1 ，可以应用到抗h i v 、h b v 等的治疗中，设 计衍生物如图1 3 3 所示。 图1 3 3 2 脱氧系列 5 1 绪论硕士论文 ( 2 ) 3 脱氧系列：可能具有抗肿瘤活性【2 6 1 。设计衍生物如图1 3 4 所示。 x x 2 n 3 ，f ，o h ，e t c 图1 3 4 3 脱氧系列 ( 3 ) 呋喃糖系列：可能具有抗肿瘤活性和抗病毒活性口7 。2 9 】。设计衍生物如图1 3 5 所示。 h 。w 爿o z - h 。 。k h ， e t c 图1 3 5 呋喃糖系列 ( 4 ) 双脱氧系列：可能具有抗h i v 、抗疱疹病毒功能【3 0 。3 1 1 。设计衍生物如图1 3 6 所示。 h 0 ，0 h 0 e t c 图1 3 6 双脱氧系列 ( 5 ) 无环系列：可能具有抗h i v 、h s v 、h c m v 等的活性，且毒副作用低【3 2 - 3 4 。设计 衍生物如图1 3 7 所示。 h0 h 0 0 、 0 ， 气c o e t c 图1 3 7 无环系列 此外，如果用具有其他特殊药理活性的基团对糖进行进一步的修饰后，可以预测其 药理活性在某些方面会进一步加强，甚至产生新的生物活性，以下便对此进行探讨： 6 硕士论文新型n o 供体5 ( 4 日) n 比啶酮并氧化呋响及其核苷衍生物的合成 ( 1 ) 桂皮酸系列 桂皮酸系列化合物修饰的糖基具有抗癌活性【3 5 弓引，在目前的抗癌药物的开发中占有 重要地位。若以其为糖基部分与5 ( 4 h ) 一吡啶酮并氧化呋咱偶联，得到桂皮酸酯系列 核苷化合物，其抗肿瘤，抗病毒作用都可能会加强。设计衍生物如图1 3 8 所示。 r o o n 占 n x = n 3 , f ，o h ，e t c 图1 3 8 桂皮酸系列 ( 2 ) 磷酸酯系列 磷酸酯系列也是抗病毒、抗癌药物开发的热点。用磷酸酯修饰的糖基与5 ( 懈) 吡啶酮并氧化呋咱偶联，得到磷酸酯系列核苷化合物，同样可能具有抗癌、抗病毒的活 性【3 9 1 ，而且药物的脂溶性改善，利于细胞吸收，药物毒性降低，活性大大提高。设计衍 生物如图1 3 9 所示。 0 o 火 o i i o p h 0 o 、 0 ， r = h t - c i t - n o2 1 - o m e 2 i c i2 , 3 1 c iz a t - o c h2 0 2 - c i t - m e t - f 图1 3 9 磷酸酯系列 7 i (掣 2 路线设计 硕上论文 2 路线设计 2 1 氧化呋咱合成方法概述 。一o n o 弋。y o r 、 一 多n l o r 咚n 么h r _ 一c 三掣一o 。 图2 1 2 氧化呋咱环的构建方法 此外，有文科4 1 a 2 报道，与苯环直接键合的c = c 键可以被亚硝酸氧化为氧化呋咱 环。一般反应式如图2 1 3 所示。 8 r c h c h 2 型q ；- r 图2 1 3 亚硝酸氧化法构建氧化呋咱环 x b义 h h o o n n x r r h 2 o o n n x r r 硕j ：论文 新型n o 供体5 ( 4 h ) 吡啶酮并氧化吠咱及其核苷衍生物的合成 2 2 苯并及杂环并氧化呋咱类化合物的合成 根据文献【4 3 4 4 1 ，室温下，邻苯醌二肟与s e 2 c 1 2 在无水d m f 中反应，水解后以氯仿 萃取，浓缩后析出苯并硒二唑氮氧化物及副产物苯并氧化呋咱。前者在二氯甲烷中经光 解( 波长 3 9 0 n m ) 几乎定量转化为苯并呋咱。此法应用有一定局限1 9 - 生 2 3 ，而且氧化呋 咱是作为副产物生成的，收率较低。反应式如图2 2 1 所示。 q ：三粤q 多一驭多 j h v 一n s e 驭 被次氯酸钠氧化为苯并或杂环并氧化呋咱及其衍生物【4 5 1 ，反应式如图2 2 2 所示。 r 荻二 r 缸 + n a c l + h 2 0 图2 2 2 次氯酸钠氧化法 据文献报道，为了提高收率、降低成本、减少污染，该路线的合成工艺得到了不断 的完善和优化，并主要体现在反应溶剂的选择上：最早是以乙醇为溶剂在低温下反应m j ， 8 0 年代出现了以甲醇为溶剂的方法1 4 ，随着相转移催化剂的运用又出现了以甲苯、苯等 为溶剂的合成方法【4 羽，随后有人将分散剂聚l , - 醇取代了传统的有机溶齐1 j 4 9 , 5 0 】，甚至有 文献报道以水作为溶剌5 1 , 5 2 】。 尽管目前次氯酸钠氧化法主要应用于苯并氧化呋咱的合成，但随着理论研究的深入 和实际经验的积累，其在杂环类氧化呋咱合成中的应用也越来越广泛。 q 2 路线设计硕上论文 2 2 3 叠氮法 叠氮法【5 3 】较为常用。此法向环同一侧相邻的两个位置分别引入硝基和叠氮基。硝基 一般通过硝化得到，而叠氮基往往借助其他基团问接引入。根据文献【5 引，以卤代烃、醇、 经重氮化的芳香胺或杂环芳香胺用叠氮盐处理，肼的亚硝化等都可以引入叠氮基。一般 以碱金属叠氮盐为主，但也有使用t s n 3 【5 5 1 、i n 3 削等的报道。其中，较适宜用于制备氧 化呋咱环的方法主要有以下2 种，如图2 2 3 所示。 埏 k 二| 近 图2 2 3 叠氮法 2 2 4 醋酸碘苯法 醋酸碘苯法【5 7 ，5 跚在制备杂环并氧化呋咱中优势明显。如在d m f 中以l i h 及i b d ( 一- - 乙酰碘苯) 处理邻硝基苯胺或杂环芳香胺而获得相应的氧化呋咱化合物。反应式如图 2 2 4 所示。 妖 图2 2 4 醋酸碘苯法 2 2 5 电化学合成法 该法为本课题的研究带来了新思路。文献【5 9 】报道，邻硝基苯胺在乙腈中以碘化钾为 催化剂，经石墨电极电解可以获得苯并氧化呋咱。实验表明邻硝基苯胺与碘化钾摩尔比 的降低及电流密度的增加可以提高收率。i 是该方法的关键所在，它不仅是氧化催化剂， 也是电子载体，还是优良的离去基团。如图2 2 5 所示。 i - = _ 丝：p i + 1 0 ，| 3 几x ：n h 0 1 2 + 一、| ( ：、| k 埏 图2 2 5 电化学合成法 啦p ( 迁 i | 砌一一 口 屺 尸k尹迁4 一 吣尸一艮 硕七论文新型n o 供体5 ( 4 ) n 比啶酮并氧化呋咱及其核苷衍生物的合成 2 35 ( 懈) 吡啶酮并氧化呋咱合成路线的选择 根据文献，目前构建氧化呋咱环最常用的是叠氮法和次氯酸钠氧化法，故优先尝试 这两种方法，并对两者各自的优势和缺陷进行比较。 2 3 1 邻硝基叠氮脱氮法 根据目标产物结构，考虑在吡啶同一侧的a 和d 位分别引入叠氮基和硝基。由于吡 啶酮存在酮与烯醇的互变异构体，故考虑在吡啶的另一个q 位引入甲氧基，经脱甲基得 到羟基再获得酮式结构。问题转为先获取中间体2 叠氮3 硝基6 甲氧基吡啶。经综合 考虑，选取2 ，6 二氯吡啶为起始原料，经甲氧化、硝化及叠氮化获取上述中间体并最终 获取目标产物。拟定合成路线如图2 3 1 所示。 c n a n 3 - - h 3 c o n 0 2 o ， n l o n o ， n 、0 n 图2 3 1 邻硝基叠氮脱氮法 2 3 2 次氯酸钠氧化法 与叠氮法类似，首先考虑在吡啶同- - n 的o r , 和p 位分别引入氨基和硝基，另一侧的 q 位则引入甲氧基经脱甲基得到羟基并最终获得其酮式结构。关键中间体转化为2 氨基 - 3 硝基6 甲氧基吡啶，可以由2 ，6 二氯吡啶经硝化、胺化、甲氧化而获得。拟定合成 路线如图2 3 2 所示。 n 0 2 n a o c l ，k o h - - 一 e t 0 h n h 2 h 3 c o n 0 2 n h 3 - - - - - - - - - e t o h c ic i 图2 3 2 次氯酸钠氧化法 o ， n i o n n h 2 o ， n l o l n 篱 发一 a 羹 詈岫 2 路线设计硕士论文 2 4 糖苷键的形成 核苷一般通过化学方法使核苷碱基与糖基形成糖苷键而制得。根据文献 6 0 】，目前核 苷合成中以下三种方法使用较多，但各有利弊。 2 4 1 重金属盐法 重金属盐法是将氮杂环化合物的金属盐和c 1 位卤代而其他羟基酰化的核糖衍生 物反应制核备苷。此法经过了不断的优化，主要体现在金属盐的选择上。 f i s c h e r - h e l f e r i c h 法( a g 盐法) 。此法以氮杂环化合物的a g 盐与异头碳卤代而其他羟 基酰化的核糖衍生物反应，利用卤素与银易形成难溶性卤化银而促进两者间缩合反应完 成。但是如果碱基为含有内酰胺或羟基亚胺的嘌呤分子或含有羟基以及巯基的嘧啶衍生 物，则仅能得到c 0 和c s 键糖苷，而非c - n 键糖苷。 f i s c h e r - h e l f e r i c h d a v o l l 法( h g 盐法) 。此法用碱基h g 盐代替a g 盐，与多酰化卤代 糖基反应，反应时间大大缩短，并能得到银盐法不易得到的核苷。但此法所得核苷中会 含有少量或痕量的汞杂质，具有生物毒害性。 n a 盐法。此法避免了汞盐法的缺陷，以嘌呤类或具有一定酸性的杂环体系的n a 盐 代替h g 盐。但通常这些钠盐都需要用n a h 或类似的碱性化合物现做先用。 2 4 2 经典的h i l b e r t - j o h n s o n 法和s i l y l h f l b e r t j o h n s o n 反应 经典的h i l b e r t j o h n s o n 法。此法以乙酰化卤化的葡糖或核糖衍生物与烷氧基嘧啶类 碱基反应制备核苷。该法能选择性的形成c - n 键糖苷，但缺陷也很明显，如不易脱除 4 位烷氧基、立体选择性问题并有副产物产生等。 s i l y l h i l b e r t j o h n s o n 反应。此法以三甲基硅烷氧基嘧啶代替原来的烷氧基嘧啶。由 于三甲基硅烷氧基嘧啶的亲核性更高且易分解去除，大大提高了原h i l b e r t j o h n s o n 法的 应用，但仍需加入汞盐和a g c l 0 4 等催化剂，考虑到前者的毒性和后者的爆炸性，又发 展出了以s n c h 为代表的f c 催化剂，但若遇到碱性较强的碱基时，反应将不易发生。 2 4 3 熔融缩合法( h e l f e r i c h 反应) 熔融法常用几乎等摩尔的酰基保护的糖基与碱基，在熔融状态下加入催化剂来反 应。温度范围比较宽泛，常在1 3 0 。c 1 9 5 之间。一般情况下需要在负压下( 负压要 求并不高) 反应数分钟到数小时不等。反应结束后再进行分离处理，便可以获得目标产 物。最常用的催化剂有对甲苯磺酸和氯化锌等，此外常用的还有二氯醋酸、一氯醋酸、 二溴醋酸、氯化钛、硫酸、氨基磺酸、对硝基苯酚、磷酸二( 对硝基苯酚) 酯以及碘等。 当糖基的异头碳上有卤素取代基时，也有用碘化钠和碘化钾作为催化剂的。甚至有不加 任何催化剂便能反应的报道。所以，是否使用催化剂以及使用何种催化剂应以实验结果 来判断。熔融法一般适用于反应原料熔点不太高的情况。对于含有氨基和羟基的嘌呤或 1 2 硕士论文 新型n o 供体5 ( 4 ) 吡啶酮并氧化呋响及其核苷衍生物的合成 者熔点较高的碱基，为了适应熔融法，通常将碱基进行酰化或者硅烷化保护处理，以降 低其熔点。另外，当糖基的异头碳有卤素取代基时，常常将碱基进行保护，但若当使用 酰化的糖基时，则可以先不用对碱基进行保护，视实验结果再决定。 本实验中核苷碱基为5 ( 4 日) 吡啶酮并氧化呋咱，而糖基则选择了四乙酰呋哺核 糖，通过两者之间建立洲糖苷键而得到目标产物。综合考虑了成本、反应条件、后 处理过程及生物活性等方面，优先选择熔融缩合法来制备目标产物。反应式如图2 4 1 所示。 2 5 小结 n 芦窟咖瓦c a t 图2 4 1 熔融法建立c _ n 糖苷键 占 n 通过上述讨论，本文选择了叠氮法和次氯酸钠氧化法来制备目标产物。这两种方法 可以从同一种初始原料一，6 二氯吡啶开始，分别经过不同途径，得到同一种中间 产物5 - 甲氧基吡啶并氧化呋咱，再经过脱甲基得到5 ( 4 日) 吡啶酮并氧化呋咱， 最后与糖基偶联得到核苷化合物。合成路线如图2 5 1 所示。 ，o ，o j 肛 牟 w 眦 6 a o a c 图2 5 1合成路线的设计 球专 悯叫 6 a o a c 3 实验部分硕上论文 3 实验部分 3 1 一般实验条件 3 1 1 一般仪器 三口烧瓶、单口烧瓶、烧杯、广口瓶、聚四氟乙烯搅拌棒、磁力搅拌子、玻璃棒、量筒、 玻璃漏斗、砂芯漏斗、布氏漏斗、抽滤瓶、恒压滴液漏斗、分液漏斗、直形冷凝管、球 形冷凝管、表面皿、玻璃试管、生料带、称量纸、定性滤纸( 中速) 、温度计、温度计 套管、玻璃塞、牛角勺、不锈钢勺、胶头滴管、橡皮管、p h 试纸、洗耳球、镊子、剪 刀、小刀、保鲜膜、脱脂棉、标签纸、托盘天平。 j a 2 0 0 3 电子天平( 0 2 0 0 9 ) 上海越平科学仪器有限公司 6 4 0 2 型电子继电器南通科学仪器厂 数字温度控制仪上海医用仪表厂 j b 5 0 d 型增力电动搅拌机上海标本模型厂制造 数显恒温水浴锅h h 2国华电器有限公司 t w 型电热套巩义市英峪仪器一厂 d f 1 0 1 d 型集热式恒温加热磁力搅拌器巩义市予华仪器有限责任公司 s z c l b 数显智能控温磁力搅拌器南京科尔仪器设备有限公司 8 5 1 型磁力搅拌器南京科尔仪器设备有限公司 s e n c or 2 0 1 旋转蒸发器南京科尔仪器设备有限公司 r e 2 d 1 d 升降恒温水浴锅南京科尔仪器设备有限公司 d z f 6 0 2 0 型真空干燥箱上海精宏实验设备有限公司 d g f 3 0 7 i 型电热鼓风干燥箱南京实验仪器厂 s h z d ( i i i ) 循环水式真空泵巩义市英峪予华仪器厂 新飞x c d 2 1 2 h 卧式微冻冷冻箱河南新飞电器有限公司 3 1 2 色谱和仪器分析 莲题屋扭( ! 坠2 ： g f 2 5 4 薄层层析硅胶( h g t 2 3 5 4 9 2 ) ，化学纯，青岛海洋化工有限公司 c m 纤维素钠盐，3 0 0 8 0 0 ，化学纯，国药集团化学试剂有限公司 挂层板( ： 柱层层析硅胶，粗孔( z c x i i ) 试剂级，1 0 0 2 0 0 目，青岛海洋化工厂分厂 壶夔速担鱼谱( 望坠2 ：w a t e r s 6 0 0 型高效液相色谱仪，流动相为甲醇和水配比。 熔点( m 卫) ：b 型管熔点测试仪，以甲基硅油作为加热载体。 堕v 显鱼：z f i 型三用紫外分析仪，上海顾村电光仪器厂 1 4 硕：i ：论文 新型n o 供体5 ( 4 ) 吡啶酮并氧化呋f j 及其核苷衍生物的合成 i r 迸谱：p a r a g o n5 0 0f t - i r 型红外光谱仪；k b r 压片，吸收峰符号：s - - 强吸收峰， m - - 中等强度吸收峰，w - - - 弱吸收峰，b r - - 宽峰，；v - - 价键振动波数。 丛丛壁光谱：1 h n m r 光谱，b r u k e r5 0 0 m h z 3 0 0 m h z ，化学位移i 5 ( p p m ) ，内标为四 甲基硅烷( 0 0 0 p p m ) ；质子峰符号：$ - - - 单重峰，d = 双重峰，t = - - - 重峰，q = 四重峰， m - - 多重峰。 丛星谱：f i n n i g a nt s qq u a n t u mu l t r a a m 型液质联用质谱仪( t h e r m a l ，u s a ) 3 1 3 起始原料 名称：2 ，6 二氯吡啶( 2 ，6 d i c h l o r o p y r i d i n e )分子式：c s h 3 c 1 2 n 分子量：1 4 7 9 9外观：白色棱状结晶闪点：1 1 0 0 c 熔点：8 6 8 8 5 。c沸点：2 1 1 。c水溶性：墨t誓 8葛pl昌薹自i一蛊 3 实验部分硕j 二论文 3 3 路线二实验操作及讨论 3 3 1 3 硝基2 ，6 二氯吡啶的制备 n 0 2 3 3 1 1 实验方法 量取4 5 m l 浓硫酸倒入三口烧瓶中，搅拌，冰浴下冷却至0 。c 左右，称取1 4 8 9 ( 0 1 m 0 1 ) 2 , 6 二氯吡啶少量、分批加入烧瓶，维持反应液温度在5 。c 左右。投料完毕保持搅拌 2 0 m i n ，同时配制2 5 m l 混酸( 1 0 m l 发烟硝酸+ 1 5 m l 浓硫酸，搅拌均匀) 。维持冰浴， 在半小时内将此混酸缓慢滴加到前述反应液中。滴加完毕待温度稳定后撤去冰浴，自然 升至室温，然后改用电热套缓慢加热至1 l o ，维持此温度搅拌回流1 0 h 。t l c 监测反 应进程。反应完毕撤走热源，冷却至室温，将反应液倾入碎冰中，有大量浅黄色固体析 出并伴有红棕色气体放出。抽滤，滤饼水洗至中性，干燥，得淡黄色固体1 4 6 9 9 ，收率 7 6 1 ，熔点：6 0 6 2 。c 。 3 3 1 2 结果讨论 吡啶环为缺电子体系，亲电取代活性很低，而且环上两个氯原子为钝化基团，硝化 不易进行，文献【67 】显示反应收率较低。故考虑相对强烈的硝化条件，如适当提高反应温 度并选择适宜的混酸配比。实验发现，硝酸的用量对反应有较大影响：用量过少反应不 完全，用量过多则给后处理带来不便并造成污染和浪费。实验表明，增加硝酸的用量可 以提高反应收率，但当摩尔比达到2 , 6 二氯吡啶：发烟硝酸= 1 ：2 5 后，再提高硝酸用 量，收率未见明显提高。而浓硫酸的用量对反应也有一定的影响：用量过少反应进行的 不完全，用量过多则会有部分磺化副产物生成，实验中配制的混酸为体积比发烟硝酸： 浓硫酸= l ：6 ，硝化效果较好。此外，反应温度对收率也有较大的影响：当反应温度 低于9 0 时，反应时间较长并且反应不完全，当温度高于1 2 0 后开始有磺化产物生成， 其所占比例随着温度的升高而逐渐增加，实验表明：反应在1 1 0 下进行时比较好，收 率相对较高。 3 3 22 氨基3 硝基6 氯吡啶的制备 c i n 0 2 n h 3 c h 3 c h 2 0 h - 卜 c l n 0 2 n h 2 硕士论文新型n o 供体5 ( 4 ) - 毗啶酮并氧化呋咱及其核苷衍生物的合成 3 3 2 1 实验方法 在单口烧瓶中加入适量氨水，加热，产生的氨气经干燥管后通入置于冰浴中的无水 乙醇里，控制气体流速，约2 h 后撤去冰浴。称取1 9 3 9 ( 0 1 m 0 1 ) 3 硝基2 ，6 二氯吡啶 投入1 0 0 m l 前述n h 3 c h 3 c h 2 0 h 溶液中，保持t = 2 0 。c 搅拌一夜。t l c 监测反应进程。 反应完毕得到淡黄色澄清液，移入冰柜冷藏，有黄色晶体析出，抽滤，干燥，得黄色固 体1 4 9 5 9 ，收率8 6 4 ，熔点：1 9 5 1 9 6 。 3 3 2 2 结果讨论 在a 或丫位的卤素相对较易被多种亲核试剂通过加成消去反应而取代，并可被以 下因素加速：取代基的吸电子性和良好的离去能力【6 8 】，3 硝基2 ，6 二氯吡啶恰恰具备 了这两点，a 位的氯原子是优良的离去基团且有吸电性的硝基。预测此反应中氨基取代 将有很高的选择性，取代反应将优先发生在与吸电性硝基相邻的2 位氯原子上，一取代 发生后，由于氨基的强供电性，而且氨气分子的亲核性相对较弱，将会阻碍二取代的发 生。而实验结果验证了此预测的正确性，并没有发现二取代产物。另外，有资料旧j 显示： 用氨气溶于溶剂中进行胺化反应是利用了溶剂化效应，因此不同溶剂对胺化收率有很大 影响，而醇类溶剂对反应有明显的促进作用，其中以乙醇最为适宜，故实验中也选择了 乙醇作为胺化溶剂。 3 3 32 氨基3 硝基6 甲氧基吡啶的制备 n 0 2 c h 3 0 n a c h l o h - - - -