（化学工艺专业论文）鬼臼毒素中间体的合成研究.pdf

硕士学位论文 摘要 论文首先在综述部分系统的概述了以下内容： 鬼臼毒素及其衍生物具有显著的抗肿瘤活性，其中鬼臼毒素的糖苷 衍生c t o p o s i d e ( v p 1 6 ) 和t e n i p o s i d e ( v m 2 6 ) 被广泛用于临床。鬼臼毒素结 构中c 4 位立体构型对其生物活性有重要影响。另外，鬼臼毒素中4 个连 续手性中心和敏感的反式内酯环结构给合成工作带来很大挑战。目前常 用于构建鬼臼毒素主体结构的合成方法主要有：d i e l s a l d e r 反应，共轭加 成反应等。 论文实验部分我们在综合考虑文献的基础上，经过实验摸索，并结 合鬼臼毒素中间体的结构特点以简单的胡椒醛为起始原料，对a ，b 一不饱 和羰基化合物具有选择性还原的锂铝氢还原反应为关键步骤，先后经过 k n o e v e n a g e l 缩合，间氯过氧苯甲酸环氧化，碱性过氧化氢环氧化，d c c 缩合酯化等反应合成了鬼臼毒素中间体。 关键词：鬼臼毒素，中间体，合成 m 鬼臼毒素中间体合成研究 a b s t r a c t i nt h ef i r s tp a r to ft h es y s t e mo u t l i n e di nt h ef o l l o w i n g ： p o d o p h y l l o t o x i na n di t sd e r i v a t i v e sp o s s e s sa n t i t u m o u ra c t i v i t y a n d s o m eo ft h e m ，s u c ha se t o p o s i d e ( v p - 16 ) a n dt e n i p o s i d e ( v m 2 6 ) ，h a v e b e e nu s e da sa n t i c a n c e rd f u g sf o rc l i n i c a lc h e m o t h e r a p y t h ec 一4c o n f i g u f a t i o n ，w h i c hi so fc r u c i a li m p o r t a n c cf o rb i o l o g i c a la c t i v i t y o t h e r w i s e ，t h e c h a l l e n g eo fas t e r e o s e l e c t i v es y n t h e s i si se m b e d d e di nt h ef o r m a t i o n0 ft h e f o u rc o n t i g u o u ss t e r e o c e n t e r sa n dt h cp r c s e n c eo fab a s cs e n s i t i v et f a n s l a c t o n em o i e t y t h e f ea r es o m ea p p r o a c h e sk n o w nf r o mp r e v i o u sl i t e f a t u r e f o rs y n t h e s i s ：d i e l s a l d e rf e a c t i o n ，t a n d e mc o n ju g a t ea d d i t i o nr e a c t i o ne t a l p a p e r si nt h ee x p e r i m e n t a lp a r to fo u rl i t e r a t u r ec o n s i d e r e do nt h eb a s i s o ft h ee x p e r i m c n t a le x p l o r a t i o n ，a n dp o d o p h y l l o t o x i ni n t e r m e d i a t e sw i t ht h e s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so fas i m p l ep e p p e ra l d e h y d e a st h e s t a r t i n g m a t e r i a l ，a ，b u n s a t u r a t e dc a r b o n y lc o m p o u n d sa r es e l e c t i v c r e d u c t i o n l i t h i u ma l u m i n u mh y d r o g e nr e d v c t i o nr e a c t i o na st h ck e ys t e p st oh a v et h c k n o e v e n a g e lc o n d e n s a t i o n ， p e r a c e t i c a c i de p o x yb e t w e e nc h l o r i n ea n d a l k a l i n eh y d r o g e np e r o x i d ec p o x y ，d c cc o n d e n s a t i o ne s t e r i f i c a t i o nr c a c - t i o no ft h ep o d o p h y l l o t o x i ni n t e r m e d i a t e s k e y w o r d ：p o d o p h y i l o t o x i n ；i n t e r m e d i a t e ；s y n t h e s i s i v 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 、原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：嬲日期：硼年口石月如日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留并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。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中 国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：孤螽 导师 日期：和喀年口f 月后日 日期：哩年o f 月d 日 硕士学位论文 第1 章文献综述 1 1 鬼臼毒素类生物活性及其应用 1 1 1 引言 木脂素是在自然界中广泛存在的一类天然产物，它不仅可以在众多的植物 中找到，在动物体乃至人体中也有发现。自然界中的木脂素是由c 。c 。单元( 烯丙 基酚及其衍生物或丙烯基酚及其衍生物) 经氧化聚合而生成的，通常是二聚物。 此类化合物在生物体中发挥着非常重要的作用。许多木脂素类的化合物都表现 有很强的生物活性，常常是一些潜在的药物。因此，关于木脂素的研究工作得 到了各方面的广泛关注芳基四氢萘类的木脂素是目前己知化合物较多的一类 木脂素，它包括了2 ，3 二甲基4 芳基四氢萘类和2 ，3 丁内酯4 芳基四氢萘这两 类，均是很重要的天然产物。 1 1 2 抗肿瘤活性 鬼臼毒素( p o d o p h y l l o t o x i n l 1 ) 属于2 ，3 丁内酯4 芳基四氢萘类木脂体， 主要存在于小檗科多年生草本类群鬼臼亚科八角莲属、桃几七属、山荷叶属及 足叶草属植物中。鬼臼类植物是一类含有显著生物活性物质，又有悠久应用历 史的药用植物。我国汉代的 0 0 m c 图1 9 在1 9 9 8 年他们又对t b d m s 保护的氰醇所进行的串联共扼加成反应 做了进一步的研究：f 5 0 l 0 r + 图1 1 0 1 2 0 硕士学位论文 2 0 0 3 年，澳大利亚学者r e y n o l d s 等人通过醛为原料，以e v a n s 手性试剂构建 手性，经过重排烷基化，手性构型的转化，得到化合物。合成的关键是通过化 合物重排，构建了木脂素骨架化合物f 5 1 1 。 衅警 岛_ m c 0 、夕、6 0 一盼佣 t b 潭旦 图1 1 1 o h 2 0 0 6 年，云南大学的张宏斌教授等以溴代胡椒醛为起始原料，共轭加成烷 基化为关键步骤，先后涉及h e c k 反应，迈克尔加成，烯丙基化，l 脯氨酸做 手性诱导的羟醛缩和硼氢化钠还原及路易斯酸催化的内酯化反应等，合成了鬼 臼毒素【s 2 1 。 图1 1 2 近年来，许多新技术、新方法的应用，都推动了其合成研究的进程。同时， 一些新试剂、新合成策略的不断引入也给合成工作带来了新的活力和挑战。随 着合成化学的飞速发展，鬼臼毒素的合成工作必将更加丰富多彩，必将拥有更 f 炼 。 0 + 鬼臼毒素中间体合成研究 广阔的天地和更美好的前景。 1 5 本章小结 本章主要分为两部分内容对鬼臼毒素作了简要概述。 首先介绍了鬼臼毒素的生物活性及其应用。鬼臼毒素属于2 ，3 一丁内酯- 4 一 芳基四氢萘类木脂体，主要存在于小檗科多年生草本类群鬼臼亚科八角莲属、 桃儿七属、山荷叶属及足叶草属植物中。鬼臼毒素具有显著的抗肿瘤活性，其 中鬼臼毒素的糖苷衍生物e t o p o s i d c ( v p 1 6 ) 和t e n i p o s i d c ( v m 2 6 ) 被广泛用于临 床。鬼臼毒素已知的抗肿瘤作用机制主要有两种：其一是抑制微管蛋白的聚合 作用和阻断中期相细胞分裂：其二是抑制d n a 拓扑异构酶活性。母体鬼臼毒 素的抗肿瘤机理主要是作用于细胞中微管从而抑制有丝分裂。另外，近年来研 究发现，鬼臼毒素除具有显著的抗肿瘤活性外还有杀虫活性。关于其确切的杀 虫机理还有待进一步研究确定 自7 0 年代发现鬼臼毒素类天然产物有强烈的抗癌活性以来，它的合成及结 构改造就一直是研究热点。纵观国内外的报道，大多数的合成实际上都是依据 几个有限的关键途径来构筑鬼臼毒素基本的骨架。这几个关键途径主要包括： v 酮酸酯路线，二羟基羧酸路线，d i e l s a l d e r 反应路线，串连共轭加成路线， 单内酯的烷基化和酰基化等。近年来对鬼臼毒素的研究主要集中在中间体合成 工艺的改进和新合成路线的探索两方面。 由于鬼臼毒素分子具有4 个手性中心，1 个反式内酯环和c 1 位轴向相接的 芳基取代基团，即使微弱碱性条件也极易使反式相接的内酯环变成稳定的顺式 而生成苦鬼臼毒素而失去活性这使得鬼臼毒素化学全合成相对比较困难，产 率低，成本高。目前广泛应用于临床的v p 1 6 和v m 2 6 主要依靠以天然植物提的鬼臼毒素为原料的半合成获得。鬼臼类木脂素的天然 生药资源生长缓慢、数量少等诸多局限，加上因其药用价值而过量采挖且缺乏 有组织的人工栽培，许多含有鬼臼类木脂素的植物已经濒危。仅以天然资源来 提供鬼臼毒素显然已经不能满足日益增长的市场需求。化学合成是扩大鬼臼毒 素生产的主要途径。因此，探索新的更加简单快捷的合成路线是项十分有意 义的工作。 1 4 硕士学位论文 2 1 引言 第2 章鬼臼毒素中间体合成工艺研究 木脂素是近三十年来较为活跃的研究领域，尤其是最近十年，有关化学和 生活性的综述相继问世，原因就在于具有重要生物活性化合物的发现。木脂素 化合物具广泛的生理活性：抗癌、抗病毒、抑制生物体内的酶活力、保肝、降 低应激反应和中枢神经系统的作用等【5 3 ，5 4 1 。由于显著的抗癌活性而广受关注的 鬼臼类化合物则是木脂素中研究最广，最深入的一类。鬼臼毒素主要存在于小 檗科多年生草本类群鬼臼亚科八角莲属、桃儿七属、山荷叶属及足叶草属植物 中。鬼臼毒素具有显著的抗肿瘤活性，它的糖酐衍生物依托泊甙 ( e t o p o s i d e ，v p 1 6 ，1 2 ) 和替尼泊代( t e n i p o s i d e ，v m 2 6 ，1 3 ) 是目前临床使用 较多的抗肿瘤药之一。 尽管文献报道的关于鬼臼毒素的合成方法有很多，但比较简单有效的合成 方法尚不多见。从这个化合物的结构特征可以看出，鬼臼毒素( 1 1 ) 由五个环组 成，c 环含有4 个连续的手性碳原子，2 ，3 位存在敏感的反式内酯环。即使微 弱碱性条件下也极易使反式相接的内酯环变成稳定的顺式而生成苦鬼臼毒素 失去活性。由于其立体构型的复杂性使得以往的合成路线普遍存在合成步骤 多，产率低，成本高等缺点。 现阶段对鬼臼毒素的研究主要针对以下两方面：合成新方法的研究。 已知的鬼臼毒素中间体的合成工艺改进。以往的合成路线中大多数的都是依 据几个有限的关键途径来构筑鬼臼毒素基本的骨架。如：v 酮酸酯路线，二羟 基羧酸路线，d i e l s a l d e r 反应路线，串连共轭加成路线等。我们在参考其它 国内外文献的基础上，并结合鬼臼毒素中间体的结构特征对其进行了合成，并 以所合成的中间体为原料对鬼臼毒素进行了新的合成尝试。 2 2 本论文的设计思路 2 0 0 6 年，n a i f 等人报道了用c a n ( 硝酸铈铵) 作为单电子转移试剂进行的分 子间自由基环和反应如下图2 1 所示，基于这一报道我们设计了中间体1 。反合 成分析如下图2 2 所示。 一m 联 图2 1 1 5 鬼臼毒素中间体合成研究 笋 姗 m 。叙二 0 m e l 掣 姗 m e 。众二 o m e 2 舻伽j 巧锄 c 0 2 h r 伽j 习伽 + 图2 3 埠 移锄 i l：i 以目标分子2 为例，由其结构特征可以看出：目标分子可看作肉桂醇衍生 物与肉桂酸衍生物生成的酯。因此可通过酯化反应策略合成。其中肉桂醇衍生 物可由胡椒醛经k n o e v e n a g c l 缩合等反应所得的酯进一步在锂铝氢作用下选择 性还原而制得。 2 3 合成路线 在综合考虑文献的基础上，经过实验摸索，并结合鬼臼毒素中间体的结 构特点，设计了以下几条合成路线： 1 6 硕士学位论文 路线1 ) ：胡椒醛与活性亚甲基的丙二酸在路易斯碱哌啶作用下发生 k n o c v e n a g e l 缩合反应得到取代肉桂酸6 ；在浓硫酸催化作用下6 与无水乙醇进 一步加热回流得到酯化产物酯7 ；在无水四氢呋喃的溶液中，酯7 被氢化锂铝还 原为a ，b 不饱和醇8 ，也可以选择与硼烷反应得到8 ；8 与3 ，4 ，5 甲氧基肉桂酸 在d c c ( 1 ，3 二环己基碳二亚胺) 做脱水促进剂，d m a p ( n ，n 一二甲氨基吡啶) 作催 化荆条件下发生d c c 缩合即可得到鬼臼毒素中间体1 。如图2 3 所示。 强y 4 i c r l = 。 舻挥t 7 c 。z 二旷：丝：， 0 m e 5 8 i ) 丙二酸，毗啶，1 0 5 ，9 1 ； i i i ) u 枷4 ，e t 2 0 ，5 ，加； i i ) c 2 h 5 0 h ，h 2 s o ，7 0 ，9 0 ； i v ) d c c ，d m a p ，c h 2 a 2 ，9 2 图2 4 0 m e l 理论上来说，化合物8 可由化合物6 直接一步还原而得到。在实际操作过程 中，最初尝试用广泛应用于选择性还原羧酸的硼烷还原。由于硼烷毒性很大， 因此选择用三氟化硼乙醚【b f 3 ( c 2 h 5 ) 2 0 和硼氢化钠( n a b h 4 ) 反应原位制备。 3 n a b h 4 + 4 b f 3 + 2 8 2 h 6 + 3 n a b f 4 舻c 荨钽y 吣h + 甑y 八h 图2 5 反应中将原位制备的硼烷滴加到a ，b 不饱和酸6 的四氢呋喃溶液中，1 0 氢 氧化钠溶液淬灭，乙酸乙酯萃取。结果我们遗憾的发现，反应所得产物总是以 1 7 鬼臼毒素中间体合成研究 饱和和不饱和的混合物存在，用普通的柱层析方法很难对其进行分离纯化。因 此，我们不得不放弃了这一还原方法。随后，我们以锂铝氢为还原试剂进行化 合物6 的还原，所得产物复杂且a ，b 不饱和醇产率仅为3 2 。对所得产物进行分 析，发现产物中既有反应中间产物醛同时还有大量的二醇存在。因此我们认为， 造成产物复杂的原因可能是由于化合物酸6 极性大，溶解性差造成了反应的不 同步。我们知道羧酸衍生物酯是极性相对较低的一类化合物且溶解性好。因此， 我们尝试将羧酸6 转化为其衍生物酯7 后再进行还原。随后的实验过程中取得了 令人满意的结果。 路线2 ) ：胡椒醛与活性亚甲基的丙二酸在路易斯碱吡啶作用下发生 k n o e v e n a g e l 缩合反应得到取代肉桂酸6 ；在浓硫酸催化作用下6 与无水乙醇 进一步加热回流得到酯化产物酯7 ；在无水四氢呋喃的溶液中，酯7 被氢化锂 铝还原为a b 不饱和醇8 ，8 在二氯甲烷作溶剂条件下用m c p b a 做氧化剂制 得环氧醇9 ：9 与3 ，4 ，5 甲氧基肉桂酸在相似反应条件下发生d c c 缩合转化为 中间体2 。如图2 4 所示 钗y 竺 4 舻兰 n r 兰 r 。i p 伽 o m e s 产。j o m e 】 i ) 丙二酸 吡啶，1 0 5 ，9 l ；i i ) c 2 h 5 0 h ，h 2 s 0 4 珊，蜘；i i i ) 岫，e t 2 0 ，5 ，8 0 i v ) m c p b a ，n a i i c 0 3 ，c i l 2 c 1 2 ，8 5 ；v ) d c c ，d 脚，c h 2 c 1 2 ，9 0 图2 6 路线3 ) ：在中间体2 进行路易斯酸环化过程中，我们尝试了多种路易斯酸， 但结果却不如人意，并未发现有新的化合物生成。经分析我们认为虽然路易斯 1 8 皿 + 0c 硕士学位论文 酸容易与氧发生配位，但由于酯羰基的强吸电子作用使其a ，b 位不饱和双键的 电子云密度降低，从而造成亲电的环和反应不能发生。在此分析基础上，设计 了以下路线。 3 ，4 ，5 甲氧基肉桂酸经过相同的浓硫酸催化的酯化反应和锂铝氢还原反应 得到a ，b 不饱和醇1 2 ；胡椒醛与丙二酸缩合产物酸6 在碱性过氧化氢做氧化 剂的条件下环氧化为化合物1 0 ；1 0 与1 2 在d c c 做脱水促进剂，d m a p 作催化 剂条件下发生d c c 缩合酯化即可得到中间体3 。如图2 5 所示。 影c 舻c 4 o m e 5 c 0 2 出- 枝r m e o + m e o 0 m e l i c 0 2 c 2 h 5 瑾 - 0 m e l 1 2 l o o m e 心 0 h 0 m e 、 3 i ) 丙二酸，吡晓1 0 5 ，9 l ；i i ) h 2 0 2 ，5 n a o h8 6 2 ，；i i i ) c 2 h 5 0 h ，h 2 s 0 4 ，7 0 ，9 6 ； i v ) i j a l h 。，硼旺，5 ，8 4 ；v ) d c c ，d 脚，c h 2 c 1 2 ，9 2 2 4 结果与讨论 图2 7 实验从简单的胡椒醛开始，经过一系列反应合成鬼臼毒素中间体并对其进 一步的环化合成鬼臼毒素作了初步尝试。现将实验中遇到的问题具体讨论如 下： 2 4 1 鬼臼毒素中间体的合成 2 4 1 1 化合物6 此步反应为活性亚甲基的丙二酸与芳香醛在有机碱作用下的的 k n o e v e n a g e l 缩合反应【5 6 】，反应中毗啶作为拔质子的碱外还起溶剂的作用。反 1 9 鬼臼毒素中间体合成研究 应机理如图2 4 所示。其中，反应中涉及的脱羧现象为热消除。有报道称【5 7 l 丙二酸发生羟醛缩合时有二次脱羧现象。研究证明，当醛基对位为羟基时，由 于体系中有机碱哌啶的存在，易于形成酚氧负离子，从而形成大的共轭体系( 氧 负离子，苯环形成的双键和羧基) ，使羧基易于离去，二次脱羧现象不属于热消 除反应。制备3 ，4 一( 亚甲二氧基) 肉桂酸的原料为胡椒醛，没有对位羟基，因此 不存在二次脱羧现象。 禹( c o 蛾一凸+ 。：嘞 = ；：= 兰= ll + c h 2 ( c 0 2 h 毙 一幅嘞 0 h + 2 h 图2 8 l “o e v e n a g e l 缩合反应机理 反应物的摩尔配比对产率的影响 反应中若胡椒醛过量，多余的胡椒醛在反应过程中可能被氧化和聚合，从 而使产品的颜色变深，晶形较差，熔点偏低，故实验选择保持丙二酸过量( 丙二 酸需在烘箱中1 0 0 下干燥2 小时以除水) 。在实验中，加入催化量的六氢吡啶， 效果会更好。但若六氢吡啶用量过多达到化学剂量，则溶液碱性过强，产率明显 降低。 毗啶用量的影响 反应脱羧有水生成，为使反应进行更加彻底，须将丙二酸在1 0 0 下干燥 2 小时以除水；吡啶在氢氧化钾存在下重蒸。文献报道中不同底物的反应温度 存在很大差别，从6 5 1 2 0 不等。另外，吡啶即作催化剂又作溶剂，从溶剂 因素考虑吡啶的用量可能对反应没有太大影响，但这将给后处理带来困扰。因 此，我们对反应温度和吡啶用量进行了以下优化。 硕士学位论文 由优化实验可知，吡啶用量为1 om l g ，反应温度为1 0 5 时，3 ，4 一亚甲 二氧基肉桂酸的产率达到最高9 2 。值得注意的是，继续增大吡啶的用量为 2 0m l g 时，同样在1 0 5 下反应产率没有变化。这就说明当吡啶达到一定量 时对反应所造成的溶剂作用将不再明显即此时吡啶用量对反应产率几乎没有 影响。考虑到后处理须用盐酸与其反应生成溶于水的盐酸盐，因此选择毗啶用 量为1 om l g 。反应升温到温度为1 2 0 时，有副反应发生产率稍有下降。反 应时间由t l c 跟踪检测确定为2 h 。 综上所述，最终确定的最佳反应条件为：胡椒醛与丙二酸物质的量之比为 1 0 ：1 1 ，1 0m l g 的吡啶，1 0 5 回流2 h 。 。 本反应的后处理也很关键。起初我们用乙酸乙酯直接萃取，萃取多次仍然 无法萃取完全，操作繁琐且产物损失严重，产率只有5 6 。我们分析认为这种 低产率是由于产物为极性大的酸，在乙酸乙酯中溶解性差造成的。后来在文献 报道及考虑产物极性基础上，改变处理方法为：反应后混合物直接倒入盐酸的 冰水混合物中使产物直接析出，过滤，所得固体用乙醇重结晶即可得到产物。 使用盐酸是为了使体系中的吡啶与其生成可溶于水的盐酸盐。改进后的处理方 法操作简便且效果良好，产率达到了9 0 9 2 。 2 4 1 ：2 化合物7 和l l 此反应为浓硫酸作催化剂的酯化反应，以优良的产率得到了化合物7 和1 1 。 反应中对催化剂浓硫酸的用量没有严格控制【5 8 】。反应结束后，蒸除乙醇所得固 体用乙酸乙酯溶解，饱和碳酸氢钠和水洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩即 可得到粗产品。 鬼臼毒素中间体合成研究 2 4 1 3 化合物8 和12 还原反应是有机合成中重要的官能团转变反应。其中，负氢转移还原是有 机合成中使用较广泛的一类还原反应。负氢转移还原反应是以金属氢化物作为 负氢转移试剂提供负氢离子，加成到被还原的反应物，达到还原氢化。常用的 负氢转移试剂有：硼氢化钠，硼烷，氢化锂铝，铝烷等。用锂铝氢还原a ，b 一 不饱和羰基化合物时，控制锂铝氢用量可选择性还原羰基，得到产物烯丙醇【5 9 1 。 因此，该反应成功的关键是还原剂锂铝氢与底物酯的当量比控制。 c 叩餐犬矗。h r 从。焱 r 一凼_ r 盔卜 r 鳗f 一 每r j 二 一：2 ”志 o h0 h r l 人 图2 9 锂铝氢还原a ，b 一不饱和酯为l ，3 一二醇的可能机理 加料顺序的影响 起初选择了文献报道中锂铝氢还原常用方法：氩气氛下将底物滴加到锂铝 氢溶液中。所得产物复杂，产率较低只有4 6 5 根据文献报道和实验结果对比 我们认为，产物复杂是由于将底物滴加到锂铝氢溶液中，使得反应初期还原剂 硕士学位论文 锂铝氢比底物过量过量的锂铝氢将a ，b 一不饱和醇进一步还原为饱和醇，甚至 生成了l ，3 一二醇【6 0 】。反应机理如图2 5 所示。基于以上原因随后将加料顺序改 为将锂铝氢溶液滴加到底物酯中，效果良好。 锂铝氢当量比的影响【l ，配】 由于反应是只对不饱和基团中的羰基进行还原。因此锂铝氢用量也很关 键。理论上，1 m o l 锂铝氢能够还原4 m o l 的羰基。在实际反应中，1 m o l 锂铝氢 能与多少摩尔羰基作用则完全取决于与羰基连接的r 基团的大小所带来的空 间上的影响【5 9 j 开始，我们选择锂铝氢：3 ，4 ( 亚甲二氧基) 肉桂酸乙酯( 化合物 7 ) = 1 ：2 ，t l c 跟踪反应过程中发现有极性很大的化 合物生成，硅胶柱层析分离产物，极性较大副产物为二醇，3 ，4 ( 亚甲二氧基) 苯丙烯醇产率仅为4 6 5 。后将锂铝氢用量减少到锂铝氢：3 ，4 ( 亚甲二氧基) 肉桂酸乙酯= 1 5 ，发现没有二醇生成，但酯反应不完全，产率仅为5 6 2 。相 关优化过程中的反应数据如下图所示： 表2 2 化合物8 和化合物1 2 锂铝氢当量比优化实验 实验表明：以化合物7 为例，当量比为0 3 5 时，化合物6 的产率最高： 当量比为0 5 0 时，产率有所下降。这是由于过量的锂铝氢进一步将生成的产 物还原成了饱和醇；当量比为0 2 0 时，产率只有5 6 2 。这是由于底物反应不 完全造成的。因此最终确定反应条件为：0 3 5e q 的锂铝氢，5 下反应3 0 m i n 。 值得注意的是，由于锂铝氢与水反应很剧烈，因此反应结束后不能直接加 水淬灭。实验发现在冰水浴下缓慢滴加工业酒精或乙酸乙酯进行淬灭，反应温 和。后处理过程中，起初选择将混合物浓缩液用水稀释后直接用乙酸乙酯萃取。 鬼臼毒素中间体合成研究 结果发现，稀释后乳化严重萃取很难进行。我们试图通过静置和破乳常用的方 法( 在水层加入带结晶水的硫酸钠) 以减轻乳化作用，但效果并不明显。后来改 变方法为：将加水稀释后乳化物用砂心漏斗减压过滤，所得滤液再进行萃取。 改进后的处理方法操作简单快捷。 综上所述，锂铝氢还原反应应注意以下几点：1 水分的影响很关键，即反 应溶剂的纯化除水和反应装置的干燥处理。2 加料过程应选择将锂铝氢的乙醚 溶液滴加到底物当中，否则将会生成大量的二醇和饱和醇，影响产率。3 后处 理时，加水稀释后先过滤再萃取可以使操作更加简单快捷。 2 4 1 4 环氧化反应 碳一碳双键的环氧化反应最常用的氧化剂是过氧化物，如过氧化氢，过氧 羧酸，醇的过氧化物。实验中涉及两种不同化合物的环氧化，分别选择了不同 的氧化试剂。 a ：环氧醇的制备 过氧羧酸与双键反应是合成环氧化物最简便的方法。其环氧化双键的机理 是：过氧羧酸对碳碳双键的亲电性进攻【6 3 l 。常用过酸主要有过氧乙酸和间氯过 氧苯甲酸。由于过氧乙酸易挥发，贮存过程中既逐渐分解。因此，反应选择了 性质较稳定的间氯过氧苯甲酸为氧化剂。 间氯过氧苯甲酸对烯醇进行氧化后生成相应的羧酸，反应中加入碳酸氢钠 与其反应进行中和。反应的后处理由于反应中涉及氧化剂间氯过氧苯甲酸，因 此后处理一定要加还原剂处理。否则，在浓缩过程中有可能发生爆炸。首先用 还原剂硫代硫酸钠除去过量的间氯过氧苯甲酸，再用碳酸氢钠除去间氯苯甲 酸，调节酸性。根据相似相溶原理，在后处理中选择用乙醚萃取。可是，在所 得的产品中还含有较多的间氯过氧苯甲酸和少量的间氯苯甲酸，需柱层析才能 彻底除去 一 b ：环氧酸的制备 过氧化氢在碱性条件下产生的过氧负离子，可对a ，b 不饱和羰基化合物进 行共轭加成式的环氧化反应【6 6 l 。过氧化氢作为环氧化氧源，在环氧化反应后自 身转化为h 2 0 ，没有难于处理的副产品，从这个角度讲过氧化氢是对环境友好、 更为洁净的氧源。 反应为使底物反应完全，氧化剂选择过量。因此后处理时要加入还原剂硫 代硫酸钠将过量的过氧化氢反应掉。由于产物为环氧羧酸，极性很大，用有机 溶剂直接萃取很难将产物萃取完全。因此选择了在合成3 ，4 一( 亚甲二氧基) 肉 桂酸时所采用的处理方法即将反应后所得混合物浓缩去除有机溶剂后直接倒 入冰水混合物中是产物析出。所得固体用乙醇重结晶即得产物环氧羧酸1 0 。 硕士学位论文 2 4 1 5d c c 醑化反应 通常情况下，酯的合成是用羧酸与醇在酸性催化剂的作用下来实现的。反 应通常要用强酸作为催化剂，由于反应是可逆的，须用分水器进行分水，同时反 应要求在加热的条件下进行，大多反应速度慢，产率低，当底物结构复杂或含有 敏感基团时甚至得不到目标产物。研究发现以二环己基碳二亚胺( 简称d c c ) 作 为脱水剂进行酯化反应具有分离简单，可以回收利用，以及反应常在室温下进 行等优点，如用d c c 法合成胆甾醇酯哺驯，胆甾醇酯可以用羧酸与醇直接酯化 制得，但传统的酸催化方法酯化率很低。而用d c c 作为脱水促进剂时，反应条 件温和，产率也比较高。在有位阻的羧酸和醇的酯化反应中，为加速反应提高转 化率，通常会在反应体系中加入少量的4 一甲氨基吡啶( d m a p ) 作催化剂f 7 0 垅】。 该步反应中，由于底物酸和醇含有不饱和双键或环氧键等对酸敏感的官能 团【7 3 1 ，且底物分子结构复杂位阻较大，反应属于两个大片断的连接：因此选用 d c c 缩合酯化法。d c c 作脱水促进剂，d m a p 为催化剂的酯化反应机理如下 1 7 4 】： ， 弋 h p c y kpn hl n 杈一一h 南设n 一 n i t 图2 1 0 d c c 缩合酯化反应机理 0 少o -+ d m 匕心 分子中的累积二烯结构使d c c 具有很强的化学活泼性，不仅可以和羧酸、 氢氰酸及硫化氢等许多酸性化合物起反应，也可以和其它如醇、胺及含活泼亚 甲基等活泼氢一类化合物起反应。反应由d c c 引发，因此可待底物和d m a p 完全溶解再缓慢加入d c c 。过程中d c c 吸水后形成d c u ( 1 ，3 二环己基脲) 沉 淀，后处理时需用砂心漏斗过滤即可基本除去，大多时候会有少量混杂在产物 中，需柱层析才能彻底除去。 留 是 o o j ，1 4 9 3 c m d l 4 6 1 c m 。1 ( 苯环c = c ) ，1 2 9 3 c m 1 ( 芳香醚) ，1 0 9 2 c m 1 ( 伯醇c o ) ，9 7 2 c m 以( 反式烯烃面外yc h ) ，8 9 8 c m d ( 苯环4 取代) 2 6 3 6 化合物9 的制备 蛇r 。1 l p 伽 硕士学位论文 在1 0m l 圆底烧瓶中，将间氯过氧苯甲酸( m c p b a ) 1 6 5g ，约7 2m m o l e s 溶于8 m l 二氯甲烷，在2 5 m l 茄形瓶中，加入底物取代烯丙醇1 0 6g ，约6 m m o l e s 碳酸氢钠3 9 约3 6m m o l e s ，1 2 m l 二氯甲烷，待底物完全溶解( 碳酸氢钠 不溶_ ) ，将m c p b a 的二氯甲烷溶液滴加到反应体系中，室温搅拌2 h 。t l c 检 测反应基本完全后，加入饱和碳酸氢钠溶液反应掉过量的m c p b a 。所得混合 物用3 5 m l 乙醚萃取，有机层分别用饱和碳酸氢钠溶液1 0 m l ，饱和食盐水 1 0 m l ，水1 0 m l 洗涤，然后用无水硫酸钠干燥。过滤，在旋转蒸发仪上减压浓 缩得白色固体。经硅胶柱层析分离产物，洗脱剂( 石油醚：乙酸乙酯= 5 ：1 ) ，得白 色晶体9 9 5m g ，产率8 5 。 i r ( k b r ) ：3 3 6 2 c m d ( 宽峰，缔合o h ，不饱和c h ) ，2 8 9 3 c m 以( 饱和c h ) ，1 5 1 0c m 。1 1 4 9 6 c m 1 ( 苯环c = c ) ，1 2 4 5 c m 以1 1 0 1 c m 以( 醚键c o c ) ，1 0 3 5 c m d ( 伯醇c o ) ，9 6 7 c m 1 ( 反式烯烃面外yc h ) 2 5 3 6 化合物1o 的制备 扩c 严唧 在2 5 m l 茄形瓶中，加入3 0 双氧水3m l ，5 氢氧化钠2 m l 调p h 值为8 8 5 ， 搅拌5m i n 后加入3 ，4 一( 亚甲二氧基) 肉桂酸8 9 0 m g ，4 5 m m o l ，继续搅拌，t l c 检测反应基本反应完全后，加入硫代硫酸钠反应掉过量的双氧水。将混合物倒 入冰水混合物中，有大量白色沉淀生成，过滤，将所得固体用乙醇重结晶即得 产物环氧酸。 i r ( k b r ) ：3 2 2 1 c m 。1 ( 宽峰，缔合o h ，饱和c - h ) ，1 6 9 0 c m 1 ( c = o ) ，1 4 9 2 c m 。11 4 4 7 c m 1 ( 苯环c = c ) ，1 2 4 8 c m 。1 1 1 0 8 c m 。1 ( 醚键c o c ) 9 2 6 c m 。1 ( 面外o - h ) 2 5 3 8 化合物1 的制备 o m c 5 ：习 u i e l 2 5 m l 茄形瓶中，加入醇( 3 5 2 m g ，2 m m 0 1 ) ，酸( 4 8 0 m g ，2 0 2 m m 0 1 ) 和d m a p ( 4 一 二甲氨基吡啶，1 9 6 m g ，1 6 m m 0 1 ) ，溶于1 0 m l 二氯甲烷，待待底物完全溶解，0 下，将d c c ( n ，n 一二环己基碳酰亚胺，6 2 0 m g ，3 m m 0 1 ) 缓慢加入到反应体系 中，0 继续搅拌5 m i n 后自然升至室温反应2 h ，t l c 检测反应基本完全后， 将混合物用抽滤漏斗过滤，除去反应生成的1 ，3 一二环己基脲。二氯甲烷洗涤， 3 1 鬼臼毒素中间体合成研究 所得滤液分别用稀盐酸，饱和碳酸氢钠溶液1 0 m l ，饱和食盐水1 0 m l ，水2 l o m l 洗涤，然后用无水硫酸钠干燥。过滤，在旋转蒸发仪上减压浓缩得浅黄色粘稠 物体。经硅胶柱层析分离产物，洗脱剂( 石油醚：乙酸乙酯= 8 ：1 ) ，得白色晶体， 产率9 2 。 i r ( k b r ) ：3 0 1 8 c m 。1 ( 双键c h ) ，1 6 9 7 c m 。1 ( 酯羰基c = o ) ，1 5 9 3 c m 1 ( 共轭c = c ) 2 5 3 9 化合物2 的制备 o m e 2 5 m l 茄形瓶中，加入醇( 3 8 8 m g ，2 m m 0 1 ) ，酸( 4 8 0 m g ，2 0 2 m 盎0 1 ) 和d m a p ( 4 一 二甲氨基吡啶，1 9 6 m g ，1 6 m m 0 1 ) ，溶于1 0 m l 二氯甲烷，待待底物完全溶解，0 下，将d c c ( n ，n 一二环己基碳酰亚胺，6 2 0 m g ，3m m 0 1 ) 缓慢加入到反应体 系中，0 继续搅拌5m i n 后升温至室温反应2 h ，t l c 检测反应基本完全后， 将混合物用抽滤漏斗过滤，除去反应生成的l ，3 一二环己基脲以二氯甲烷洗涤， 所得滤液分别稀盐酸，用饱和碳酸氢钠溶液1 0 m l ，饱和食盐水1 0 m l ，水2 1 0 m l 洗涤，然后用无水硫酸钠干燥。过滤，在旋转蒸发仪上减压浓缩得黄色粘稠物 体。经硅胶柱层析分离产物，洗脱剂( 石油醚：乙酸乙酯= 8 ：1 ) ，得白色晶体，产 率9 0 。 i r ( k b r ) ：1 7 1 5 c m 1 ( 酯羰基c = o ) ，1 6 2 7 c m 。1 1 5 9 3 c m 。1 ( 共轭c = c ) ，1 2 8 6 c m 1 1 2 4 9 c m 以( 芳香醚) ，1 1 4 9 c m d1 0 9 6 c m 以( c o c ) 2 5 3 1 0 化合物3 的制备 扩唧+ ： o m e 1 2 u m e 3 2 5 m l 茄形瓶中，将醇( 4 4 8 m g ，2 m m 0 1 ) ，酸( 4 2 0 m g ，2 0 1 m m 0 1 ) 和d m a p ( 4 一 二甲氨基吡啶，1 9 6 m g ，1 6 m m 0 1 ) ，溶于1 0 m l 二氯甲烷，待待底物完全溶解，o 下，将d c c ( n ，n 一二环己基碳酰亚胺，6 2 0 m g ，3 m m 0 1 ) 缓慢加入到反应体 系中，0 反应5m i n 后升温至室温反应2 h ，t l c 检测反应基本完全后，将混 合物用抽滤漏斗过滤，二氯甲烷洗涤，所得滤液分别稀盐酸，用饱和碳酸氢钠 溶液1 0 m l ，饱和食盐水1 0 m l ，水2 1 0 m l 洗涤，然后用无水硫酸钠干燥。过滤， 矿 誓 硕士学位论文 在旋转蒸发仪上减压浓缩得浅黄色固体。经硅胶柱层析分离产物，洗脱剂( 石 油醚：乙酸乙酯= 8 ：1 ) ，得白色晶体，产率9 2 。 i r ( k b r ) ：1 7 3 2 c m 。1 ( 酯羰基c = o ) ，1 6 4 5 c m 。1 ( 共轭c = c ) 1 2 9 6 c m 1 1 2 5 2 c m 。1 ( 芳香醚) ， 1 1 5 6 c m 11 0 9 8 c m 。1 ( c o c ) 2 5 3 1 1c a n 环化反应 0 m e 乏 一- 0 u m e 一在干燥的1 0 0m l 圆底烧瓶中，氩气氛下将c a n ( 6 8 5 m g ，1 ，2 5 m m 0 1 ) 溶于 5 m l 无水甲醇( 溶液为枣红色) 。同样在干燥的1 0 0m 1 三口瓶中将化合物 l ( 2 0 0 m g ，o 5 m m 0 1 ) ，氩气保护下溶于5 0 m l 无水甲醇，冰盐浴下搅拌至底物完 全溶解。将c a n 的甲醇溶液缓慢滴加到反应体系中，约2 0 m i n 分两次滴完， 反应现象明显，体系颜色由桔黄色逐渐变为浅黄色直至淡黄色。滴加过程中随 时用t l c 跟踪反应，约3 0 m i n 反应基本完全。加入少量硫代硫酸钠反应掉过 量的c a n ，将混合物在旋转蒸发仪上减压蒸出甲醇，所得浅黄色混合物用乙 酸乙酯3 1 5 m l 萃取，有机层分别用饱和食盐水2 0 m l ，水2 0 m l 洗涤，然后用 无水硫酸钠干燥。过滤，在旋转蒸发仪上减压浓缩得黄色粘稠物。经硅胶柱层 析分离产物，洗脱剂( 石油醚：乙酸乙酯= 8 ：1 ) ，得到的主产物是两个化合物的混 合物，产率6 5 2 。 2 5 3 1 2 路易斯酸环化 乏 o o m e ， o 0 0 m e 在装有回流冷凝装置的干燥的1 0 0m l 圆底烧瓶中，氩气氛下将化合物2 溶于3 0 m l 无水四氢呋喃( t h f ) ，待酯完全溶解，滴加催化量的路易斯酸。室温 搅拌3 h 后回流3 h 。t l c 检测反应不再有变化时，加入工业酒精淬灭。将混合 物在旋转蒸发仪上减压蒸出t h f ，所得混合物用乙酸乙酯3 1 5 m l 萃取，有机 层分别用饱和食盐水2 0 m l ，水2 0 m l 洗涤，然后用无水硫酸钠干燥。过滤，浓 缩。 鬼臼毒素中间体合成研究 2 6 本章小结 在综合考虑文献的基础上，经过实验摸索，并结合鬼臼毒素中间体的结构 特点，以简单的胡椒醛为原料先后经过k n o e v e n a g e l 缩合，锂铝氢还原，环氧 化，d c c 酯缩合等反应合成了3 个鬼臼毒素中间体。通过对这些反应可以得到 如下结论： ( 1 ) 在k n o e v e n a g e l 缩合中产物为极性较大的酸，直接用乙酸乙酯萃取产 物损失严重，考虑其极性采用在水中析出的办法效果良好。 ( 2 ) 锂铝氢是强还原性试剂，用其还原a ，b 不饱和羰基化合物时主要得到 羰基还原产物烯丙醇，当锂铝氢过量时不饱和双键和羰基均被还原得到饱和 醇甚至生成1 。3 二醇。 ( 3 ) d c c 缩合酯化反应中d c c 吸水生成d c u ( 1 ，3 二环己基脲) 沉淀，后处理 时用砂心漏斗过滤即可基本除去，但大多时候还会有少量混杂在产物中，需柱 层析才能彻底除去。 硕士学位论文 结论 本论文的主要内容是对鬼臼毒素中间体的合成研究。首先在综述中介绍了 鬼臼毒素的生物活性及其应用和来源，并对鬼臼毒素的合成研究作了简单的介 绍。 鬼臼毒素属于木脂素中的2 ，3 一丁内酯4 芳基四氢萘类，主要存在于小檗 科多年生草本类群鬼臼亚科八角莲属、桃儿七属、山荷叶属及足叶草属植物中。 鬼臼类植物是一类含有显著生物活性物质。其中鬼臼毒素具有抗肿瘤活性，已 知的抗肿瘤作用机制有两种：其一是抑制微管蛋白的聚合作用和阻断中期相 细胞分裂：其二是抑制d n a 拓扑异构酶活性它的衍生物依托泊甙 ( e t o p o s i d e ，v p 1 6 ，1 2 ) 和替尼泊代( t e n i p o s i d e ，v m 2 6 ，1 3 ) 是目前临床使用较 多的抗肿瘤药之_ 。另外，近年来研究发现，鬼臼毒素还具有杀虫活性，其中 鬼臼毒素的活性最强，具反内酯环的鬼臼衍生物活性显著高于具顺式内酯环的 衍生物。由于鬼臼毒素的立体结构复杂，使得大多合成路线普遍存在路线长， 产率低，成本高等缺点不易于大规模的工业生产。目前广泛应用的鬼臼类抗肿 瘤药物主要采取半合成模式及以天然提取的鬼臼毒素为原料，在此基础上对其 进行进一步的结构改造。 。 近几十年来，关于鬼臼毒素的合成时有报道。纵观这些合成方法，不难看 出，大多数的合成实际上都是依据几个有限的关