（应用化学专业论文）NO修饰的新型抗HIV+L核苷类似物的合成研究.pdf

摘要 艾滋病严重威胁着整个人类，迫切需要研制相关药物，d 一核苷类似物是一类 重要的抗艾滋病病毒( h i v ) 化合物，近年研究表明一些l 一核苷类似物也具有很好 的抗h i v 活性，为此本文设计了一类新型含烷基羟胺基团的l 一核营类似物作 为目标化合物，进行了合成研究。实验设计了一条1 3 步的反应路线，并进行了 深入的合成研究，得到4 0 个颏型核苷类似物，总产率在4 左右。这些化合物 的合成为后续的抗h i v 活性测试，以及相应的构效关系研究打下坚实基础。 以l 一抗血酸为起始原料，经过p d c 催化加氢还原，生成l 一古洛糖酸一1 ，4 - 内 酯，产率为9 9 1 ，由于加氢方向不同，反应得到的是一对非对映异构体。该混 合物在酸催化下经过选择陛缩酮保护生成5 , 6 一o - 异亚丙基一l 一古洛糖酸一1 ，4 一内酯， 产率为7 5 0 。该内酯的2 ，3 一邻二羟基经过两个当量的高碘酸钠氧化生成 ( 2 s ) 一2 ，3 一o 异亚丙基甘油醛，完成了一个由混合物生成单一构型化合物的过程。 利用该醛在水中和有机溶剂中都能溶解的特点，于0 。c 下完成了w i t t i g 反应，得 到顺式产物占优势的( 3 r ) 3 ( 2 ，2 二甲基一1 ，3 - 二氧戊环4 一基) 丙烯酸乙酯混合物。 该混合物在酸性条件下水解，其中反式产物生成邻二醇，顺式产物生成我们的目 标化合物( r ) ( 十) 一5 一羟甲基2 ( 5 h ) 呋喃酮，三步反应的总产率是4 3 0 。该呋喃 酮保护后与一系列- 烷基羟胺进行m i c h a e l 加成，得到含 l 烷基羟胺的呋喃酮 化合物，两步反应的总产率在8 6 8 9 之间，其中m i c h a e l 加成反应中生成一个 五元环过渡态，由于该环的空间效应，反应生成构型单一的化台物。该系列化合 物经过保护、还原以及乙酰化反应生成( r ) 一3 一【? u 烷基o ( 叔丁基二甲基硅烷基) 羟氨基 5 o ( 叔丁基二苯基硅烷基) 2 ，3 双脱氧l 乙酰阿拉伯呋喃糖苷化合物， 三步反应的总产率在2 0 一3 3 之间。得到的乙酰糖苷在三氟甲磺酸三甲基硅酯 ( t m s o t 0 的催化下，生成一个氧翁离子过渡态，然后与硅烷保护的嘧啶类生物 碱偶合，生成含保护基的核苷类似物，总产率在7 0 8 5 之问。这些化合物经过 选择性脱去保护基，大部分可以分离得到单一构型化合物，然后再经过一次脱保 护反应，得到最终含_ 烷基羟胺的l 核苷类似物，两步反应的总产率在5 5 7 7 之间。 本文所得关键中间体及目标产物的结构均经核磁共振谱鉴定。 关键词：艾滋病，艾滋病病毒，核苷类似物，m i c h a e l 加成，l 抗坏血酸，w i 坩g 反应。 a b s t r a c t a i d s s e v e r e l yt h r e a t e n sa l lh u m a nb e i n g s t h e r e f o r ei t i s u r g e n tt of i n dp o t e n t a n t i h wm e d i c i n e s s o m eo fd - n u c l e o s i d e a n a l o g s w e r e p r o v e d a sa n t i - h i v m e d i c i n e s ，w h i l e ，t h e i rl - i s o m e r sw e r ea l s of o u n dt ob ep r o m i s i n gc o m p o u n d s t h i s t h e s i s r e p o r t s t h e d e s i g n a n d s y n t h e s i s o fas e r i e so f n o v e l n - a l k y l h y d r o x y l a m i n e m o d i f i e dl , - n u c l e o s i d ea n a l o g s ，i nw h i c h4 0 n o v e lc o m p o u n d sw e r e o b t a i n e dv i aa1 3 一s t e ps y n t h e t i cr o u t ei na b o u t4 o v e r a l ly i e l d s t h e s ec o m p o u n d s a r ed e s i r a b l ef o rt h es t u d i e so ft h e i r b i o l o g i c a l a c t i v i t i e sa n d s t r u c t u r e - - a c t i v i t y r e l a t i o n s h i p s s t a r t e df r o ml - a s c o r b i ca c i d ，ad i a s t e r e o m e r i cm i x t u r eo fl - g u l o n o 一1 ，4 l a c t o n e w a so b t a i n e di n 9 9 】y i e l db yp d c - c a t a l y z e dh y d r o g e n a t i o n t h em i x t u r ew a s s e l e c t i v e l yp r o t e c t e db y f lk e t a l g r o u p u n d e ra na c i d c o n d i t i o nt o g i v e 5 , 6 一o i s o p r o p y l i d e n e - l - g u l o n o - 1 4 一l a c t o n e i n 7 5 o y i e l d l - ( s ) 一g t y c e r a l d e h y d e a c e t o n i d ew a so b t a i n e da f t e rt h el a c t o n ew a ss u b m i t t e dt on a l 0 4o x i d a t i o n s i n c et h e g l y c e r a l d e h y d e c a l ld i s s o l v ei n t ob o t hw a t e ra n d o r g a n i cs o l v e n t s ，w i t t i gr e a c t i o nw a s s u c c e s s i v e l yc a r r i e do u ta to 。c i i lt h em i x t u r es o l v e n to fw a t e ra n dc h 2 c 1 2 t og i v e e t h y l 一【( r ) - 2 ，2 一d i m e t h y l 1 ，3 一d i o x o l a n - 4 - y l 】一a c r y l a t ew i t ht h ec i s i s o m e ra st h em a i n p r o d u c t t h em i x t u r eo f t h et r a n s - i s o m e ra n dt h ec i s i s o m e rw a s h y d r o l y z e du n d e r a n a c i dc o n d i t i o nt o g i v e d i a l c o h o l a n d ( r ) - ( + ) - 5 一h y d r o x y m e t h y l - 2 - ( 5 h ) - f u r a n o n e ， r e s p e c t i v e l y s e p a r a t i o na n dp u r i f i c a t i o no f t h er e s u l t i n gm i x t u r e g a v e t h ef u r a n o n ei n 4 3 ，o y i e l d t h ep r o t e c t e d f u r a n o n ew a st h e ns u b m i t t e dt oas e r e so f - a l k y l h y d r o x y l a m i n e st og i v et h ec o r r e s p o n d i n gm i c h a e la d d i t i o np r o d u c t si n8 6 8 9 y i e l d s t h e r e w a saf i v e - m e m b e r e d r i n g i n t e r m e d i a t ei nt h em i c h 扯1a d d i t i o n p r o c e d u r e a n d o n l y o n e c o n f i g n m t i o n w a s o b t a i n e d b y a d d i t t i o no f n - a l k y l h y d r o x y l a m i n e s f r o mt h el e s sh i n d e r e df a c eo ft h ef u r a n o n e r i n g t h o s e c o m p o u n d sw e r ep r o t e c t e d ，r e d u c e d ，a n da c y l a t e dt og i v ea c e t y li n t e r m e d i a t e si n 2 0 3 3 y i e l d t h e s ei n t e r m e d i a t e sw e r e t u r n e di n t oo x o n i u mi n t e r m e d i a t e sc a t a l y z e d b yt m s o t f , a n dt h e ng l y c o s y l a t e dt og i v et h ep r o t e c t e dn u c l e o s i d e a n a l o g si n 7 0 8 5 y i e l d s i n o r d e rt o s e p a r a t e t h em i x t u r eo f d i a s t e r e o i s o m e r s ，t h e s e c o m p o u n d s w e r es e l e c t i v e l yd e p r o t e c t e da n dt h e ns e p a r a t e d m o s to ft h e mc o u l db e s u c c e s s i v e l ys e p a r a t e dt og i v em o n o m e r sa n dt h e ns u b m i t t e dt oa n o t h e rd e p r o t e c t e d p r o c e d u r e t op r o d u c et h ef i n a ln u c l e o s i d e a n a l o g si n5 5 - 7 7 y i e l d s t h es t r u c t u r e so ft h ek e yi n t e r m e d i a t e sa n dt h en o v e lt a r g e tn u c l e o s i d ea n a l o g s w e r ec o n f i r m e d b y t h ea n a l y s i so fn m rd a t a k e yw o r d ：a i d s ，h i v , n u c l e o s i d ea n a l o g ，m i c h a e la d d i t i o n ，l - a s c o r b i ca c i d ，w i t t i g r e a c t i o n 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，也不包含为获得丞洼太堂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：声舫专峨签字目期：护y 车f 月占f 1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞洼盔堂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 禳如) i 签字日期：守乒年月莎日 刖鬲 艾滋病，即获得性免疫缺陷综合症( a c q u i r e di m m u n o d e f i c i e n c ys y n d r o m e ， a i d s ) ，是由一种人免疫缺陷病毒( h u m a ni m m u n o d e f i c i e n c yv i r u s ，h i v ) 弓l 起，以 全身免疫系统严重损害为特征的传染性疾病。自1 9 8 1 年美国发现首例艾滋病之 后，艾滋病即以不可思议的速度渗透到世界的每一个角落，没有哪个国家能够“独 善其身”。联合国的最新报告显示，仅2 0 0 2 年一年全球就有3 1 0 万人死于艾滋病， 新感染艾滋病病毒的人数约有5 0 0 万，全球艾滋病患者和病毒感染者的总数达到 了4 9 9 0 万人。1 9 8 5 年我国发现了第一例艾滋病患者，截止到2 0 0 2 年底，全国 累计报告艾滋病病毒感染者4 0 5 6 0 例，较2 0 0 1 年底累计增长3 2 。其中艾滋病 病例2 6 3 9 例，比2 0 0 1 年底上升6 5 6 ，死亡1 0 4 7 例。如果不采取有效措施， 到2 0 1 0 年，中国将突破1 0 0 0 万患者的大关u ，2 1 。艾滋病正以前所未有的程度威 胁着人类的安宁、社会的发展与稳定。 艾滋病作为一种遍及世界各地的瘟疫，从发现它的第一天开始，就引起了人 们的格外关注，成为科研工作者竭力要攻克的堡垒。到目前为止，人们虽然在一 定的领域取得了一定的进展，但是还没有研制出一个能够彻底预防或治愈艾滋病 的特效药物。在没有找到更好的思路和方法去攻克艾滋病之前，大量新型化合物 的合成以及活性筛选仍然是抗h 1 v 研究的一个重要领域。 核苷类药物是一类重要的抗h i v 药物，目前已经合成了大量的核苷类似物， 并取得了很大的成果，现有齐多夫定( a z t ) 、去羟肌苷( d d i ) 3 】、扎西他滨( d d c ) 【4 、 司他夫定( d 4 t ) 【5 j 、拉米夫定( 3 t c ) 陌l 和阿巴卡韦( a b a c a v i r ) 等几种药物上市。但是 这些药物都存在一定的缺陷，一方面是药效有限，另一方面是长期服用有严重的 毒副作用，并且会产生抗药性。因此，新型核苷类似物的合成以及活性测试依然 是一个重要的研究方向。 人们在研究核苷类药物时，合成了大量的d 型化合物，后来研究表明l 一型 核苷类似物也有很好的抗h i v 活性，特别是拉米夫定( 3 t c ) 的成功上市，启示人 们合成更多的l 一型核苷类似物，进行进一步的活性测试。 含- 烷基羟胺的一类核苷类似物是我们实验室自主研发的一类新型化合 物，在这方面已经取得了一定的进展，合成了一些d 一型核苷类似物m 】，本论文 作为该研究工作的一个重要部分，致力于l 核苷类似物的合成。 通过改变l - 型核苷上的碱基和- 烷基羟胺上的烷基，合at 大量化合物， 为今后进一步的活性测试以及更加明确的结构设计奠定了坚实基础。 第一章文献综述 1 , 1 引言 第一章文献综述 艾滋病严重威胁着整个世界的安宁，联合国的最新报告显示，仅2 0 0 2 年一 年全球就有3 1 0 万人死于艾滋病，新感染艾滋病病毒的人数约有5 0 0 万，全球艾 滋病患者和病毒感染者的总数达到了4 9 9 0 万人。近年来我国艾滋病患者数量迅 猛增长，2 0 0 2 年全国报告艾滋病病毒感染者9 8 2 4 例，比2 0 0 1 年上升了1 9 5 。 其中病人1 0 4 5 例，比2 0 0 1 年增加4 6 4 ，死亡3 6 3 例。截止2 0 0 2 年底，全国 累计报告艾滋病病毒感染者4 0 5 6 0 例，较2 0 0 1 年底累计增长3 2 o 。其中艾滋 病病例2 6 3 9 例，较2 0 0 1 年底上升6 5 6 ，死亡1 0 4 7 例。根据专家估计，目前 我国艾滋病病毒感染者已达1 0 0 余万。如果不采取有效措旌，到2 0 1 0 年，中国 将突破1 0 0 0 万患者的大关，防治艾滋病已经刻不容缓【1 3 】。 本章将就艾滋病病毒( h i v ) 的结构和性质，核苷类抗h i v 药物的合成以及构 效关系等方面进行总结。 1 2h i v 知识背景b 1 0 到目前为止，医学专家所发现和鉴定的艾滋病毒有两种：一种是h 1 v - 1 ，另 一种是h i v - 2 ，其中大部分感染者携带的是h i v - 1 。h i v 在过去近2 0 年的时间中 受到世界各国科学家们比其它任何感染介质更密切的关注，对其研究已经取得了 突破性进展，h i v 属于逆转录病毒科的慢病毒亚科，仅由9 7 4 9 个核苷酸组成。 人们对h i v 复制循环过程已经基本搞清。同时，还了解到h i v 如何感染正常细 胞并复制本身产生新的感染性病毒粒子的详细过程。研究发现h i v 复制是一个 由细胞和病毒编码蛋白质之间相互作用，高度调节的过程。这些蛋白质调节的许 多过程对h i v 来讲可能是特有的。h i v 引起的疾病，临床表现非常复杂，特征 为c d 4 + t 淋巴细胞逐渐减少和免疫缺陷，常常伴有实质器官的炎症、神经障碍 和恶性肿瘤等症状发生。h i v 感染人体后一般有8 1 0 年的潜伏期，然后进入发 病期，艾滋病患者的平均生存年限是2 年。 第一章文献综述 1 2 1i t l v 的结构及主要生物学性质 h 隶属于逆转录病毒，它显示出所有逆转录病毒的共有特征，其核糖核酸 f r n a ) 是由三个多蛋白基因：编码核心蛋白( g a g ) 、病毒的聚合酶( 0 0 1 ) 及被膜蛋白 ( e n v ) 所组成的。 成熟的h i v 颗粒呈球形，类似2 0 面体结构，直径约1 1 0n m ，基本结构见图 1 1 。毒粒外层是脂双层膜构成的被膜，也称外膜或包膜，其表面有突起，由外 膜糖蛋白g p l 2 0 和g p 4 1 构成，在沉淀或提纯病毒的过程中，g p l 2 0 常会从病毒 体上脱落，插入被膜中的跨膜糖蛋白( 主要由g p 4 1 组成) ，被膜上还有宿主细胞 的各种成分，被膜内面为p 1 8 伊1 7 蛋白构成的核壳，其内为p 2 4 蛋白，它包裹着 核心蛋白、酶类( 逆转录酶、r n a s eh 、整合酶和蛋白酶) 及作为基因组的第二条 r n a ，病毒的酶类在毒粒内部比较稳定，而r n a 却不太稳定，在3 7 。c 时的半衰 期为6 h 。 图1 1h 的基本结构 f i g 1 1 s t r u c t u r eo f h i v h i v 显著的生物学特性是：( 1 ) 对c d 4 t 细胞有明显的嗜性，特异地侵染人 体免疫细胞，造成免疫系统缺损，导致各种机会性感染和肿瘤的发生，从而引发 a i d s 。( 2 ) h i v 本身带有逆转录酶，通过逆转录和整合作用，可造成无症状潜伏 感染致使受感染者携带病毒。( 3 ) h i v 基因组具有高度的变异性，非常容易产生 变异株，给医治造成困难，尤其是那些对原毒株有抗性的变异株，给研究防治药 物带来很大困难。( 4 ) 一般的逆转录病毒只侵染处于分裂状态的细胞，而h i v 不 仅侵染处于分裂状态的细胞，同时也侵染非分裂状态的细胞，如巨噬细胞。( 5 ) 第一章文献综述 h i v 基因组的复制、转录、表达等过程受自身编码的酶、蛋白因子以及调控序列 的调控。 h i v 的传播途径有：密切的性接触、静脉注毒、输入污染血或血制品以及母 婴垂直传播。 1 2 2t t l v 的生命周期 h i v 的生命周期如图1 2 所示，包括以下阶段：吸附、侵入和脱壳、逆转录、 整合、病毒r n a 和蛋白质的合成、装配、释放和成熟等。已确证c d 4 是h i v 的受体，它是决定h i v 亲嗜性的关键。h i v 表面的g p l 2 0 与c d 4 相互作用使得 病毒吸附在靶细胞表面，使毒粒穿透细胞膜后迅速脱壳，将病毒基因组r n a 暴 露在细胞浆中，在此进行逆转录反应，病毒本身的逆转录酶以r n a 为模板合成 与其互补的第一条d n a 链；继之r n a s e h 消除r n a 。d n a 中的模板r n a 再合 成第二条d n a ，随之将h r v 的遗传信息转移到这个双链d n a 上，至此完成了 逆转录过程。然后双链d n a 进入细胞核，在整合酶的作用下和宿主染色体d n a 以共价键的形式结合，从而形成前病毒，至此完成了h i v 的早期阶段，前病毒 d n a 随着宿主细胞d n a 的复制而复制，因而造成长期潜伏感染。在静止的t 4 细胞内前病毒不繁殖，一旦被激活，前病毒d n a 在宿主细胞转录因子的作用下， 由宿主细胞的i l n a 聚合酶i i 转录生成m r n a ，这是低水平的，却是很有意义的 病毒m r n a 合成，这种初阶段形成的转录物经过多次剪切变成小的m r n a ，被 转运到细胞浆内翻译成调节蛋白t a t 和r e v 。在r e v 的作用下与基因组等长的转 录物被运入细胞浆，作为病毒基因组r n a 或用作翻译病毒结构蛋白的模板。t a t 能反式激活l t r 基因表达，并能构成正反馈环，这种作用导致r e v 蛋白质聚集 到一定水平后就能抑制上述调节性m r n a 的表达。r e v 能抑制早期的调节性 m r n a 的表达而激活晚期结构m r n a 的表达，即在r e v 的作用下，全长的h i v m r n a 进入细胞浆，翻译生成病毒结构蛋白，新生成的被膜蛋白结合在细胞膜 上，g a g - p o l 蛋白前体由g a g 的p 1 8 的n 端连接在膜内侧，被p r 切割成g a g 蛋白 和p o l 蛋白，再被蛋白酶切割成各种独立成分，即g a g 被切割成p 1 8 ，p 2 4 ，p 7 和p 9 ，它们共同构成病毒核心蛋白。然后它们与h 全长的m _ r n a ( 即病毒基因 组r n a ) 和逆转录酶、r n a s eh 、整合酶及蛋白酶一起进行装配形成病毒的主要 结构，然后钻过细胞浆膜，以芽生的方式获取宿主细胞的脂质双层膜及附在其上 的病毒被膜糖蛋白g p 4 1 和g p l 2 0 ，再经过成熟阶段，释放到细胞外，最终形成 具有感染性的病毒颗粒，至此病毒完成了一个生命周期。由此可见h i v 的增殖 是非常复杂的，不仅受自身基因编码酶类的影响，还受调控序列和调控蛋白与宿 苎二至苎型堡堕 主细胞多种蛋白因子之间相互作用的影响。 图1 2h i v - 1 的生命周期 f i g 1 2l i f e c y c l eo f h i v 1 3 逆转录酶及其功能阳0 1 h i v 的逆转录酶f r t ) 是一种多功能酶，同时具有依赖r n a 的d n a 聚合酶、 依赖d n a 的d n a 聚合酶和r n a s eh 活性，其活性来于镁离子。h i v 的r t 由两 个亚基组成，大亚基p 6 6 和小亚基p 5 1 。首先从h i vp o l 蛋白前体加工出p 6 6 ， 包括h i v 逆转录酶的n 端和c 端结构域，其中具有4 4 0 个残基所组成的n 端结 构域具有依赖r n a 或d n a 的聚合酶活性，而长1 2 0 1 个残基的c 端结构域则具 有r n a s e h 活性。随后h i v 蛋白酶将对p 6 6 进行特异性裂解，得到p 5 1 ，p 5 1 从 n 端开始的氨基酸序列和p 6 6 完全一致，但缺乏p 6 6 的c 端。由于h i v 需要宿 主细胞的代谢系统来合成它的r n a 和蛋白质，因此h i v 必须先将k n a 基因组 转为双链m d n a 的形式。作为病毒复制的第一步，h i v ( + ) 链m d n a 和h i v ( 一) 链m d n a 的合成都是由病毒携带的逆转录酶p 6 6 p 5 1 所催化，在细胞质中完成 的。h i v 首先以病毒基因组的r n a 为模板，以宿主细胞的运转r n a 为引物， 进行( 一) 链d n a 的合成，然后以同样的方式合成( + ) 链d n a 。当逆转录结束以后， h i v 所携带的全部遗传信息从单链r n a 转化为双链m d n a 。a z t 等逆转录酶抑 制剂可以组织m d n a 的延长，干扰h i v 的逆转录过程，从而成为化学治疗艾滋 病的药物。 第一章文献综述 1 4 逆转录酶抑制剂 h h o 1 1 a z t 1 4d 4 t h 1 2d d i h h h o h 1 3d d c 1 53 t c1 6a b a c a v i r 渺 h o c l l - 8d e l a v i r d i n e1 - 9e f a v i r e n z 图1 3 逆转录酶抑制剂的结构 f i g 1 3 s t r u c t u r eo f r e v e r s et r a n s c r i p t a s ei n h i b i t o r s 逆转录酶抑制剂是以逆转录酶为靶点而设计的一类化合物，根据抑制剂的作 用机理不同，可以把它们分为两类：1 ) 核苷类逆转录酶抑制剂，其作用于h i v d n a 逆转录过程中，通过嵌入到病毒d n a 中，促使其成为缺陷d n a 而使h i v 的宿主细胞的d n a 整合后无法复制，从而达到抗h i v 的作用，现有药物为齐多 夫定1 - i ( a z t ) 、去羟肌苷 3 1 1 - 2 ( d d i ) 、扎西他滨 4 1 1 3 ( d d c ) 、司他夫定口1 1 4 ( d 4 t ) 、 拉米夫定1 6 1 1 - 5 ( 3 t c ) 、阿巴卡韦1 6 ( a b a c a v i r ) ；2 ) 非核苷类逆转录酶抑制剂，其 作用机制是阻止h i vr n a 直接连接到r t ，不让其编码成d n a 。现有药物奈韦 拉平1 7 ( n e v i r a p i n e ) 、d e l a v i r d i n e1 - 8 和e f a v i r e n z1 - 9 。 。玲 。心 h n 蒜。 第一章文献练述 1 5 核苷类逆转录酶抑制剂 d f 1 o p o _ 1b 骂3 匕一 + d k 一一o 一 兰三0 叫_ 。叫_ 。u 竺i o 卜。叫_ 。一o 卜。u 兰驽 iii l 一。、i 兰兰兰 。 o 。 。 r 一1 一 图l ，4 核苷类似物的三磷酸化示意图 f i g 1 4p h o s p h o r y l a t i o np a t h w a y so f n u c l e o s i d ea n a l o g s a z t 、3 t c 、d d l 、d d c 、d 4 t 和a b a c a v i r 是美国f d a 批准的六个核苷类逆转 录酶抑制剂药物，其中只有3 t c 是p l 型，其于的都是p d 型。这些核菅类似 物在体内必须先转化为其相应的三磷酸化合物，然后才能够起到抑制h i v 逆转 录酶的作用。在细胞激酶的作用下，这些核苷类似物先后生成一、二和三磷酸化 合物，其历程的通式如图1 4 所示。虽然这些核苷类似物的磷酸化速度比体内核 苷的磷酸化速度慢，但是由于它们和含有大量三磷酸的核苷聚合酶几乎不发生作 用，因此有很强抗h i v 活性。当这些核苷类似物嵌接到前病毒体的d n a 中，由 于3 c 上没有羟基，因此就终止了病毒d n a 链的进一步生长，从而起到了抗病 毒的作用。核苷类似物的抗病毒机理是一样的，但它们药代和药理性质却各不相 同。 针对不同的细胞，包括m t - 2 、m t - 4 、h 9 、c e m 等t _ 细胞和a t h 8 、p b m 、 p b l 、c 3 h 等细胞，人们已经做了大量的体外活性和毒性实验。核苷类药物的抗 病毒活性主要依赖于药代过程中，细胞激酶在5 位羟基上生成三磷酸。细胞激酶 在不同环境中的绝对数量和相对数量差别较大，因此对核苷类似物三磷酸化催化 的速度差别较大，从而引起了活性上的差别。因此评价一个化合物的生物活性要 看它在什么细胞中，以及在细胞代谢过程中处于什么阶段 1 1 , 1 2 】。根据磷酸化速度 第一章文献综述 的差异，a z t 和d 4 t 在不同的细胞中表现出大致相同的活性及毒性而d d i 、d d c 和3 t c 等核苷类似物则差别较大【i 。 a z t 对骨髓有较大的毒性，在临床上主要表现在嗜中性白血球和引起贫血等 副作用1 4 】，而d d i ，d d c 和d 4 t 对神经末梢损伤较为明显u ”。 天然核苷衍生物可以通过便利的通道进入细胞，而抗h i v 核苷类似物进入细 胞的情况则比较复杂，它们或者是通过简单的扩散，或者是通过简单扩散和核苷 亲核碱载体运输相结合的方式进入细胞【l6 1 ”j 。一般来讲，核苷类似物可以进入 除中枢神经之外身体的各个部位，但由于它们在循环系统中半衰期不超过3 小 时，因此很快就会被排泄到体外，从而影响了药效。目前这几种核苷类似物药物 在临床上均表现出较明显的毒副作用，并且长期服用会产生抗药性，因此还要不 断地研发和优化新的核苷类似物药物。由于中枢神经系统和淋巴系统是公认的 h i v 储存库，因此在前药设计过程中设法提高化合物进入中枢神经系统和淋巴系 统的能力，也是一个重要的研究思路。 1 6 核苷类似物逆转录酶抑制剂的合成 核苷类似物的合成方法可以分成两类：( 1 ) 糖基化生成核苷类似物：反应首 先生成糖基配体，然后经氮糖基化反应，同碱基偶合起来，然后脱去反应的保护 基团，合成最终的核苷类似物。这种方法的优点是无论对糖基，还是对碱基的修 饰都比较简单，可以在较短的时间里合成大量的化合物，适合于构效研究。缺点 是有些反应空间构型难于控制，因此引起了一些分离以及收率方面的问题。( 2 ) 核营生成核苷类似物：从完整的核苷出发，通过对核苷糖环动外科手术，合成所 需的核苷类似物，反应的起始原料是已经存在的核苷化合物。它的优点是由于起 始原料具有特定的空间构型，因此合成的化合物空间构型固定；缺点是原料种类 少，对于基础研究，需要合成大量化合物进行构效研究，比较困难。 1 6 1 糖基化生成核苷类似物 糖基化生成核苷类似物是制备核苷类似物的重要方法，不同的糖基和碱基经 过氮糖基化反应，可以合成大量的核营类似物。为了进行构效关系研究，人们合 成了大量的糖苷化合物，由于篇幅所限，本论文只对氮糖基化等有限的几步关键 反应进行深入探讨。氮糖基化反应是一类非常重要的反应，它的关键是活化糖基 的异头碳( 图1 5 和表1 1 ) 。活化的方法可以分成两类：( 1 ) l e w i s 酸催化法：利 用l e w i s 酸与呋喃糖或吡喃糖的酰氧基或烷氧基糖苷络( o a c o m e ) ，然后离去 第一章文献综述 生成氧翁离子过渡态( e 可以是a g 或s n 的盐，也可以是t m s o t f ) 【1 8 1 9 1 的方法生 成活性中心，然后碱基进攻合成核苷类似物。( 2 ) 特定基团法：通过在糖的异头 碳部位生成容易被亲核试剂激活的基团( ) ( e s ( o ) p f 2 0 【2 0 】，p h s n b s i ”1 ，m e s n o b f 4 2 “，0 。( 4 一p e n t e n y l ) n b s 2 3 】) 的方法，直接对下一步反应进行活化，通过亲 核取代或者生成氧镩离子中间过渡态的方法生成产物。 x o 。p 图1 ，5 异头碳的活化以及糖基化反应 f i g 1 5 a c t i v a t i o no f a n o m e r i cc e n t e ra n dt h ef o l l o w i n g g l y c o s y t a t i o n 表1 1 糖基化反应的活化方法 t a b 1 1a c t i v a t i o nm e t h o d sf o r g l y c o s y l m i o n s a 第一章文献综述 1 6 1 1l e w i s 酸催化的氮糖基化反应 1 6 1 1 12 - 酰氧基糖苷的偶合反应 1 1 0 l t m s o a c i 型! 塑ob ：o t m s c 1 c h 2 c h 2 c 1 9 3 篪一俨敏 1 - 1 3 1 - 1 4 ) 汀m s 1 1 l b 0 1 1 2 f h 2 0 o t m s l 1 5 焱。m 蛰 图1 62 - 酰氧基糖苷的偶合反应 f i g 1 6c o u p l i n g r e a c t i o no f 2 一a c y l o x ys u g a r s 核糖苷与生物碱偶合生成核苷的方法首先是h i l b e r t j o h n s o n ”j 提出来的， v o r b r t i g g e n l l 9 】对它进行了改迸，这是目前应用最为广泛的方法之一。反应的原料 是三甲基硅烷化嘧啶或嘌呤碱和不同的糖瞢，它们在l e w i s 酸催化下发生反应， 生成含有保护基团的核苷类似物，脱去保护基团后即得到相应的核菅类似物( 图 1 6 ) 。催化剂的种类很多，包括三氟甲磺酸三甲基硅酯( t m s o t f ) ，锡类化合物( 主 要是s h e l 4 ) 和其它的一些l e w i s 酸 2 5 , 2 6 】。一般情况下，这些l e w i s 酸均具有较好 的催化效果。硅烷化的嘧睫或嘌呤是通过嘧睫或嘌呤与合适的硅烷基化试剂( 三 甲基氯硅烷吡啶，六甲基二硅亚胺( h m d s ) 反应生成的。 最简单、最直观的氮糖基化反应是在核糖苷或其它糖苷与硅烷基化的碱之间 进行。图1 6 f 1 9 】给出了该类反应的一个例子，如图化合物1 1 0 在t m s o t f 催化 下，脱去乙酰氧基，生成氧豁离子过渡态中间体1 一1 3 ，在苯甲酰基邻基参与作用 s 文 。 靠 第一章文献综述 下，生成五元环状氧镣离子1 1 4 ，该化合物由于共振式较多而比1 - 1 3 稳定。三 甲基硅烷化的碱进攻1 - 1 4 的c l 部位，生成核苷类似物1 - 1 5 ，1 1 5 经后处理即生 成1 1 2 。1 1 2 再经过三步反应生成最终的核苷类似物1 - 1 6 。 反应只得到b 型产物，具体原因是：( 1 ) 在邻基参与的作用下，中间体l - 1 3 进一步转化成更稳定的1 1 4 ，在呋喃环的下面生成了一个稳定的五元环，在空间 效应的影响下，硅烷化的碱基只能从平面的上方进攻；( 2 ) 反应是s n 2 反应，碱 基的进攻与五元环氧蹄离子的破坏是同时进行的。邻基参与作用在糖化学方面的 应用非常广泛，在这里就不再详细论述。通过这种方法可以把不同的碱基，如 1 - l l b 和1 - l l c 连接到糖基上。当使用的催化剂是t m s o t f 时，进攻糖苷的氮是 嘧啶的n l 或嘌呤的n 9 1 9 , 2 5 , 2 6 1 ；当使用的催化剂是s n c l 4 时，由于它与嘧啶n l 或 嘌呤的n 9 能生成络合物 2 5 , 2 7 】，因此有部分n 3 或n 7 氮糖基化副产物生成。无论 是哪一种催化剂，2 一酰基都对产物的立体构型起到决定性的作用，由于它的邻基 参与作用，反应得到的都是b 型产物。 1 6 1 1 22 - 脱氧核糖的偶合反应 h o t b d m s o 屯y 竺譬 1 1 9 1 _ 2 1 1 1 8 t m s o t f , c h 2 c 1 2 t b d m s o - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - s i l y l t h y m i d i n e 6 6 ( i ) t b a f ，t h f h - - - ( 2 ) s e p a r a t i o n l - 2 0 o 图1 7c h u 的a z t 合成方法 f i g 1 7s y n t h e t i cm e t h o do f a z tb yc h u 十 等 第一章文献综述 核苷类似物能够抑制h i v 复制的决定性原因是核苷3 碳上的羟基被取代， 从而使h i v 在复制过程中，d n a 链不能进一步延长，因此3 一脱氧核苷的合成 以及活性测定是研究人员的研究重点。合成这类化合物的最简单方法就是以3 位有不同取代基的2 脱氧核糖苷为起始原料，采用v o r b r f i g g e n 的氮糖基化方法 进行偶合反应。但是这类反应由于没有邻基参与，以及缺少相应的空间电子效应， 导致碱基进攻糖环上下两个平面机率相差不大，因此反应的立体选择性较差，甚 至没有。 c h u 等人合成的a z t 是2 ，3 双脱氧核苷类似物合成方面的一个很好的代表 f 图1 ，7 ) 2 ”。为了避免早期路线使用价格昂贵的尿苷，他们设计了这条路线并最 终合成a z t 。该路线用到的原料( s ) 一4 一羟甲基2 ( h ) 呋喃酮1 1 7 是由甘露醇经过 四步反应生成的。1 1 7 首先经过叔丁基二甲基氯硅烷( t b d m s c l ) 烷基化保护， 然后经过立体选择性的m i c h a e l 加成，在c ，上连接上叠氮基，生成化合物1 1 8 。 1 1 8 经过低温还原以及乙酰化两步反应生成化合物l - 1 9 。经过v o r b r f i g g e n 偶合 反应生成了比例相等的d 一型( 1 2 0 ) 年n 。【一型( 1 - 2 1 ) 化合物。该混合物经过脱保护， 柱色谱分离得到最终的化合物i ( a z t ) 。由于反应的立体选择性太差，因此限制 了它的应用。 v o r b r f i g g e n 偶合反应在其它2 脱氧呋喃糖苷和吡喃糖苷的合成上也取得了成 功。但是与合成a z t 出现的问题一样，生成的产物是0 【和b 型混合物2 9 1 。当 c 3 位置为不同的取代基时，这两种混合物的比例有所不同，具体数据如表1 2 所 示。当反应以2 ，3 一双脱氧核糖苷起始原料与硅烷基化的胸腺噫啶或胞嘧啶反应 时，反应没有立体选择性1 3 q ”j ；当c 3 位置是不同的杂原子时，选择性有所变化； 当连接在c 3 上的基团是以碳原子开始的基团时，反应没有立体选择性。 r r o 1 2 2 x 1 2 5 t m s o t f c h ，c 1 2 ，s i l y l b a s e 0 1 2 3 图1 82 - 脱氧核糖的偶合反应 f i g 1 8c o u p l i n gr e a c t i o no f2 d e o x y r i b o s e p 第一章文献综述 实验生成混合物的主要原因是在反应过程中生成了氧锚离子( 图1 8 ，化合物 1 - 2 5 ) ，c 3 和c 4 上连接的基团对进攻c 1 的碱基没有明显空间效应，并且生成的 化合物在t m s o t f 的作用下，能发生可逆反应，从而使生成的化合物不能保持 固定的构型( 图1 1 0 ) 。表1 2 中有两个特例：( 1 1 化合物1 - 2 2 的3 氟衍生物，由 它生成的产物1 - 2 3 1 - 2 4 可以达到5 ，1 j ，但是到目前为止，还没有文献对此作出 明确的解释，很可能是氟的强吸电子效应在其中起到了重要的作用：( 2 ) 化合物 1 - 2 2 的3 - o 一乙基甲基亚砜取代基衍生物，由它生成的产物1 - 2 3 1 1 - 2 4 是8 1 t 3 3 1 ， 具体原因如图1 9 所示，氧锚离子l - 2 6 在反应过程中进一步转化，在呋哺环下面 生成了一个相对稳定八元环氧铸离子过渡态中间体1 2 7 ，由于空间效应的影响， 碱基只能从平面的上方进攻，因此生成的产物表现出一定的立体选择性。但是不 同的碱基进攻时，实验表现出了不同的立体选择性，当是胞嘧啶进攻时，得到两 种产物的比例仅为3 1 。通过改变3 羟基上的保护基团来实现立体选择性，一直 是大家梦寐以求的最好结果，但是到目前为止，人们还没有找到理想的定位基团。 1 2 6 | o b n 0 图1 9 八元环机理 f i g 1 9 m e c h a n