（药物化学专业论文）手性螺环化合物的合成与拆分.pdf

t h e s i ss u b m i t t e dt ot i a n ji nu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g yf o r t h em a s t e r sd e g r e e s y n t h e s i sa n dse p a r a t i o no fch i r a l s p i r o c o m p o u n d s b y l iw e n l i s u p e r v i s o r w e ir o n g b a o j a n 2 0 1 0 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 也不包含为获得天津理工大鲎或 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 套立承 签字日期 伽j 7 d 年 乡月j 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 墨盗墨墨盘堂有关保留 使用学位论文 的规定 特授权墨盗墨兰盘鲎 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本和电子 文件 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 巷交丽 签字日期 伽 年 月j1 日 导师签名 弧牺 签字日期 珈1d 年弓月 j 日 摘要 手性是自然界最重要的属性之一 手性化合物在医药化学 农药 食品等领域中所 起的作用同益显著 由于手性化合物对映体的生物学活性 毒性 代谢和药物素质完全 不同 所以各类手性化合物的制备 合成 性能及外消旋体的手性拆分成为研究的热点 利用气相色谱 液相色谱 薄层色谱 超临界流体色谱和毛细管电泳分离手性对映体 己成为新药研究和分析的重要内容 本文通过季戊四醇与对r 基苯甲醛或苯二甲醛单缩醛反应合成一系列手性螺环化 合物 然后利用高效液相色谱法 超临界流体法和毛细管电泳法分别对化合物进行了拆 分 考察了各种拆分方法中流动相的比例 分离因子 保留因子 分离度对化合物的影 响 优化了拆分条件 主要包括以下内容 1 通过季戊四醇与对r 基苯甲醛缩合制备了3 9 一二 4 一r 基 苯基 2 4 8 l o 四氧杂 螺 5 5 十一烷 其中r 为甲基 氰基 羟基 氟基 羧基 并分析了温度 催化剂 溶 剂 时间 摩尔比对反应过程的影响 2 通过季戊四醇与4 一 2 2 一二氰基 乙烯基苯甲醛或对苯二甲醛单缩乙二醇两种合 成方法制备了3 9 二 4 甲酰基 苯基 2 4 8 1 0 四氧杂 螺 5 5 十一烷 并对这两种方 法进行了分析对比 3 利用高效液相色谱法对三种螺环化合物进行了拆分 以一定比例的j 下己烷与异丙 醇作为流动相成功分离了3 9 二 4 甲基 苯基 2 4 8 1 0 四氧杂一螺 5 5 十一烷 3 9 4 甲酰基 苯基 2 4 8 1 0 四氧杂 螺 5 5 十一烷 并对其它化合物的拆分也取得了一定成 果 4 利用超临界流体法对三种螺环化合物进行了拆分 在流动相为异丙醇和c 0 2 条件 下成功拆分了3 9 二 4 氰基 苯基 2 4 8 l o 一四氧杂 螺 5 5 十一烷 3 9 二 4 氟基 苯基 一 2 4 8 l o 一四氧杂一螺 5 5 十一烷 3 9 二 4 一羟基一苯基 一2 4 8 1 0 一四氧杂一螺 5 5 十一烷 达 到了基线分离 5 利用毛细管电泳方法 以c m d c d 做为手性拆分试剂成功拆分了3 9 4 羧基 苯基 2 4 8 1 0 四氧杂 螺 5 5 十一烷 达到了基线分离 关键词 手性螺环化合物合成拆分 a b s t r a c t c h i r a li so n eo ft h em o s ti m p o r t a n ta t t r i b u t ei nn a t u r e t h er o l eo fc h i r a lc o m p o u n d si n p h a r m a c e u t i c a lc h e m i c a l p e s t i c i d e f o o d i n c r e a s i n g l yp r o m i n e n t a st h ee n a n t i o m e r so fc h i r a l c o m p o u n d s b i o l o g i c a la c t i v i t y t o x i c i t y m e t a b o l i s m a n dp h a r m a c e u t i c a lq u a l i t yo ft h e c o m p l e t e l yd i f f e r e n t t h e r e f o r e p r e p a r a t i o n o fv a r i o u sc h i r a l c o m p o u n d s s y n t h e s i s p e r f o r m a n c e a n dr a c e m i cc h i r a lb o d yo fi n t e r n a t i o n a lr e s e a r c hh a sb e c o m eah o ts p o t i n r e c e n t y e a r s t h e u s eo f g a sc h r o m a t o g r a p h y l i q u i dc h r o m a t o g r a p h y t h i nl a y e r c h r o m a t o g r a p h y s u p e r c r i t i c a lf l u i dc h r o m a t o g r a p h ya n dc a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i ss e p a r a t i o n o fd r u ge n a n t i o m e r sh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tp a r ti nn e w d r u g r e s e a r c ha n da n a l y s i s i nt h i sd i s s e r t a t i o n as e r i e so fc h i r a ls p i r ec o m p o u n d sw e r ep r e p a r e db yp e n t a e r y t h r i t o l a n dc o n t r a p u n t a ls u b s t i t u t e db e n z a l d e h y d e i nw h i c hc o m p o u n d sw e r es e p a r a t e db yh p l c s f c c e t h ee f f e c to fm o b i l ep h a s em o d i f i e r so nac o m p o u n d sr e t e n t i o nf a c t o r k a n d r e s o l u t i o n s r s w e r ei n v e s t i g a t e d a n dc h r o m a t o g r a p h i cc o n d i t i o n sw e r eo p t i m i z e d i tw a sa s f o l l o w 1 3 9 一d i 4 r p h e n y l 一2 4 8 10 一t e t r a o x a s p i r o 5 5 u n d e c a n ea n do t h e rs p i r ec o m p o u n d s w e r ep r e p a r e db yp e n t a e r y t h r i t o la n dc o u n t e r p o i n ts u b s t i t u t e db e n z a l d e h y d e a n dt h ee f f e c t s o fd i f f e r e n tc o n d i t i o n sl i k et e m p e r a t u r e c a t a l y s t s o l v e n t s t i m ea n dm o l a rr a t i ow e r es t u d i e d 2 3 9 d i 4 一f o r m y l p h e n y l 2 4 8 1 0 一t e t r a o x a s p i r o 5 5 u n d e c a n e w a sp r e p a r e db yt w o m e t h o d so f p e n t a e r y t h r i t o la n d4 一 2 2 一d i c y a n o v i n y l b e n z a i d e h y d eo rp h t h a l a l d e h y d eg l y c o l m o n o a c e t a l a n dt h e s et w om e t h o d sw e r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d 3 t h r e ec o m p o u n d sw e r es e p a r a t e db yh p l c a n d3 9 d i 一 4 一m e t h y l p h e n y l 一2 4 8 1 0 t e t r a o x a s p i r e 5 5 u n d e c a n e 3 9 d i 4 一f o r m y l p h e n y l 2 4 8 10 一t e t r a o x a s p i r o 5 5 一u n d e c a n e w e r es u c c e s s f u l l ys e p a r a t e dw i t ht h eh e x a n ea n di s o p r o p a n o la sm o b i l ep h a s e 4 t h r e e c o m p o u n d sw e r es e p a r a t e db ys f c a n d3 9 一d i 4 c y a n o p h e n y l 一2 4 8 lo t e t r a o x a s p i r e 5 5 u n d e c a n e 3 9 一d i 4 一f l u o r o p h e n y l 2 4 8 10 一t e t r a o x a s p i r o 5 5 u n d e c a n e 3 9 一 d i 4 h y d r o x y l p h e n y l 2 4 8 10 一t e t r a o x a s p i r o 5 5 u n d e c a n ew e r es u c c e s s f u l l ys e p a r a t e dw i t h t h ei s o p r o p a n o la n dc 0 2a sm o b i l ep h a s e i t sr e a c h e dt h er e m a r k a b l yb a s e l i n es e p a r a t i o n 5 3 9 d i 4 一c a r b o x y l p h e n y l 2 4 8 10 t e t r a o x a s p i r o 5 5 u n d e c a n ew a ss e p a r a t e db yc e w i t hc m 一1 3 c da sc h i r a lr e a g e n t s i tr e a c h e dt h er e m a r k a b l yb a s e l i n es e p a r a t i o n k e yw o r d s c h i r a l s p i r e c o m p o u n d s y n t h e t i c s e p a r a t i o n 目录 第一章绪论 l 1 1 手性化合物的概述 1 1 1 1 手性问题 1 1 1 2 手性化合物的定义 1 1 2 手性化合物的获取方法 1 1 2 1 生物法 1 1 2 2 非生物法 2 1 3 手性药物的研究进展及意义 2 1 3 1 手性药物 2 1 3 2 手性药物的研究现状 3 1 3 3 手性药物的发展前景 4 1 4 螺环与手性螺环化合物的应用 5 1 4 1 螺环化合物的定义 5 1 4 2 螺环化合物的用途 5 1 4 3 螺环化合物的发展现状及前景 6 1 5 手性化合物的拆分 6 1 5 1 晶体机械分离法 7 1 5 2 结晶法 7 i 5 3 萃取法 7 1 5 4 酶促拆分法 7 1 5 5 薄层色谱法 7 1 5 6 气相色谱法 8 1 5 7 超临界流体色谱法 8 1 5 8 毛细管电泳法 8 1 5 9 高效液相色谱法 8 1 6 手性化合物的拆分进展及应用6 订景 9 第二章手性螺环化合物的合成 1 l 2 1 引言 1 1 2 2 实验部分 1 1 2 2 1 实验试剂与仪器 1 l 2 2 23 9 一二 4 甲基 苯基 2 4 8 1 0 1 7 l 氧杂螺 5 5 十一烷 1 的合成 1 2 2 2 33 9 二 4 一氰基 苯基 2 4 8 1 0 四氧杂一螺 5 5 十一烷 2 的合成 1 3 2 2 43 9 一二 4 羟基 苯基 2 4 8 1 0 四氧杂 螺 5 5 十一烷 3 的合成 1 4 2 2 53 9 一二 4 一氟基一苯基 一2 4 8 1 0 四氧杂 螺 5 5 十一烷 4 的合成 1 4 2 2 63 9 二 4 羧基一苯基 一2 4 8 1 0 一四氧杂 螺 5 5 十一烷 5 的合成 1 5 2 2 74 2 2 二氰基 乙烯基苯甲醛 6 的合成 1 6 2 2 83 9 一 4 一 2 2 二氰基 乙烯基苯基 2 4 8 1 0 一四氧杂 螺 5 5 十一烷 7 的 合成 1 6 2 2 9 对苯二甲醛单缩乙二醇 8 的合成 1 7 2 2 1 03 9 二 4 一二氧杂环戊烷基 苯基 一2 4 8 10 四氧杂 螺 5 5 十一烷 9 的合成 1 8 2 2 1 13 9 一二 4 甲酰基 苯基 2 4 8 1 0 一四氧杂一螺 5 5 一十一烷 1 0 的合成 1 9 2 3 结果与讨论 2 0 2 3 13 9 一二 4 甲基 苯基 2 4 8 l o 四氧杂 螺 5 5 十一烷 1 的合成 2 0 2 3 23 9 一二 4 氰基 苯基 2 4 8 1 0 四氧杂 螺 5 5 十一烷 2 的合成 2 0 2 3 33 9 二 4 羟基 苯基 2 4 8 1 0 四氧杂 螺 5 5 十一烷 3 的合成 2 1 2 3 43 9 一二 4 氟基 苯基 2 4 8 1 0 四氧杂 螺 5 5 十一烷 4 的合成 2 2 2 3 53 9 二 4 羧基 苯基 2 4 8 1 0 四氧杂 螺 5 5 十一烷 5 的合成 2 2 2 3 64 一 2 2 二氰基 乙烯基苯甲醛 6 的合成 2 3 2 3 73 9 一二 4 一 2 2 一二氰基 乙烯基苯基 2 4 8 1 0 一四氧杂 螺 5 5 十一烷 7 的合成 2 3 2 3 8 对苯二甲醛单缩乙二醇 8 的合成 2 4 2 3 93 9 一二 4 一二氧杂环戊烷基 苯基一2 4 8 1 0 四氧杂 螺 5 5 十一烷 9 的合成 2 4 2 3 1 03 9 一二 4 一甲酰基一苯基 2 4 8 1 0 四氧杂 螺 5 5 十一烷 1 0 的合成 1 5 2 4 本章小结 2 5 第三章手性螺环化合物的拆分 2 6 3 1 引言 2 6 3 2 实验部分 2 6 3 2 1 试剂与仪器 2 6 3 2 2 化合物l 2 和l o 的高效液相色谱法拆分 2 7 3 2 3 化合物2 3 和4 的超临界流体色谱法拆分 2 7 3 2 4 化合物5 的毛细管电泳色谱法拆分 2 9 3 3 结果与讨论 3 0 3 3 1 化合物l 2 和l o 的高效液相色谱法拆分 3 0 3 3 2 化合物2 3 和4 超临界流体色淆法拆分 3 3 3 3 3 化合物5 的毛细管电泳色谱法拆分 3 7 3 4 本章小结 4 0 第四章结论 4 2 参考文献 4 3 发表论文和科研情况说明 4 6 致谢 4 7 附录 4 8 第一章绪论 1 1 手性化合物的概述 1 1 1 手性问题 第一章绪论 手性问题与日常生活的联系非常紧密 在生物系统中 不同的手性体在代谢与调节 过程中所显示的生理活性完全不同 例如 蛋白质中含有的天然氨基酸都是l 广构型 而 天然糖类大多为d 一构型 d n a 的螺旋构型都是右旋 而不是左旋 利用人工方法合成 的d 构型氨基酸的生理活性如何 手性问题已成为各学科研究的热点 涉及医药 化 学 食品 材料等多种领域 1 1 2 手性化合物的定义 碳原子连接的四个原子或基团能形成结构不同的对映体 互成镜像 相互对称却不 重合 此对映体可使偏振光发生反向偏转 故又称为光学异构体 即手性化合物 两个 对映体之间的光学性质 物理性质 化学性质以及生物活性都存在差异 在生命活动中 分子手性的作用极其重要 1 1 1 2 手性化合物的获取方法 手性化合物的获取主要包括生物法和非生物法两种 1 2 1 生物法 1 从天然物中提取 从生物体内直接分离提取手性化合物是最原始的方法 此方法在生物来源和含量方 面收到制约 因此对人们的需要难以满足 2 酶法 化学反应中的酶催化无处不见 它既能催化已知的化学反应 又能完成无法用化学 方法进行的反应 既能催化合成结构单一的物质 义能催化合成复杂的高分子化合物 酶催化具有化学催化无法比拟的优点 催化条件温和 立体选择性高 反应速度快 副产物少 产率高 同时 酶催化的优点随着酶工程技术的发展迅速扩大 酶可以通过 改变反应性能与操作性能重复利用 实现反应的自动化 有机相酶催化能提高底物的溶 第一章绪论 解度 改变反应的平衡与方向 酶催化反应的应用范凼能通过辅酶供给 多酶接力等连 续反应问题的解决而扩大 3 微生物法 利用微生物法获得手性化合物的研究逐步深入 它的优点很多 例如 提高酶的稳 定性 延长催化剂的使用时问 降低生产成本 简化工艺 避免副产物的生成 此外 菌体细胞还能避免过渡金属元素中存在的失活作用 4 从催化抗体获得 1 9 8 6 年对催化抗体的研究有突破性进展 合成人工酶也进入了新时期 通过化学修 饰 定位突变和基因选择等方法在抗体结合位点上引入高效 快速的催化与辅助因子 应用范围扩大 选择性提高 催化抗体技术已成功用于氧化 还原 重排 水解 光诱 导 环加成 等多种化学反应 2 5 从现代生物技术获得 在手性的合成中 利用现代生物技术制备特定组成序列的蛋白质成为重要的研究方 向 例如 使葡萄糖发酵成维生素c 合成l 苯丙氨酸 另外 此技术对辅酶再生 核 酸酶的研究也具有指导作用 1 2 2 非生物法 1 不对称合成 把非手性化合物转变为手性化合物的合成方法称为不对称合成法 包括化学催化和 生物催化 化学催化合成是以膦配体与铱 铑 钉的络化物作为手性试剂 通过相转移 催化技术合成的方法 3 此方法缺点很多 手性试剂贵 反应成本高 应用范围小 生 物催化合成能制备多种不稳定的化合物 它以不同的生物材料作为催化剂 此方法的优 点包括 立体选择性高 反应成本底 应用范围广 2 手性源合成 利用此方法合成新型手性化合物是以天然手性物为原料 经构型保留 转化性等反 应 此法合成简单 快捷 例如 以乳酸为原料合成除草剂 手性源的来源广泛 光学 纯度高 并可衍生出多种手性试剂及配体 3 外消旋体拆分 手性化合物的生产除了不对称合成与发酵外 主要通过化学合成外消旋体 然后利 用各种拆分方法得到单一的的对映体 拆分方法主要包括机械分离法 结晶法 萃取法 酶促拆分法 薄层色谱拆分法 气相色谱拆分法 超临界流体色谱拆分法 毛细管电泳 拆分法 高效液相色谱拆分法等 1 3 手性药物的研究进展及意义 1 3 1 手性药物 在3 6 0 0 4 0 0 0 种用于临床的原料药中约5 0 是合成药物 在合成药物中 又有约4 0 第一章绪论 是外消旋体 在外消旋体药物中 往往只有一种立体异构体有药效 而它的对映体具有毒 副作用 相反的药效或根本无药效 例如 只有左旋体用于临床的氯霉素 只有r 一 异构体具有兴奋作用的巴比妥酸盐 两个对映体虽都有镇痛作用 但只有 一 的异构体服 用后会成瘾的苯并吗啡烷 只有右旋体具有降血脂药效而左旋体对心脏具有严重副作用 的甲状腺素钠 只有左旋体具有抗菌药效而右旋体损害肝 肾功能的氧氟沙星 以纤维 素作为手性固定相 对外消旋体药物进行拆分的模拟移动床手性色谱 效果好 生产成本 低 为手性药物的工业化发展开辟了广阔的前景 1 3 2 手性药物的研究现状 1 国内研究现状 2 0 世纪9 0 年代以前 合成药物主要为 非光学纯药物 其结构中有两个对映体 旋 光异构不同导致了对映体所起的作用也不相同 4 多年来手性药物存在的问题都未能引 起足够重视 主要包括两方面原因 首先 大多制药企业缺乏有效快捷的手段获得单一 对映体 对外消旋体所引起的药效 药物转运 代谢及毒性等一系列问题了解困难 其 次 用单一对映体代替外消旋体药物的研究不够透彻 当前 许多单一对映体药物的市 场效益非常显掣5 1 例如 单一对映体的钙拮抗剂地尔硫 年销售额超过2 0 亿美元 选择 性5 羟色胺单一对映体再吸收抑制剂 年销售额超过1 5 亿美元 随着拆分技术的迅速发 展 人们对对映体的药理差异有了更深的认识 对映体之间的药理活性差异基本分为四 类 6 o 1 对映体之间的活性相同或相近 对映体含有的活性可能相同 或者某一个异 构体还可能具有其它活性 代表药物有平喘药丙羟茶碱 抗组胺药异丙嗪 抗心率失调 药氟卡尼等 2 对映体之间的活性程度不同 例如 氯霉素中只有 r r 一异构体能作为抗菌 素 而另一异构体无活性 肾上腺素p 阻滞剂普萘洛尔的 s 一异构体活性是 r 一异构体 的百 3 对映体之间的活性的强弱程度不同 例如 抗癌药物环磷酰 其 s 一异构 体的活性是 r 一异构体的两倍 但对映体毒性几乎相同 抗凝剂华法林活性e i s r 约 为5 4 对映体之间的药理活性不同 对映体的活性不同 能起到取长补短的作用 例如 利尿药茚达利酮 其异构体 都能促进尿酸的排泄 而 r 一异构体也增加了尿酸的副作用 此对映体达到一定比例 后治疗效果才最佳 对映体的活性性质不同 例如 丙氧芬的 2 r 3 s 一异构体是镇咳药 左丙氧芬 而 2 s 3 r 一异构体是止痛剂 右丙氧芬 对映体的疗效不同 例如 抗震颤麻痹症的l 一多巴 其对映异构体有严重的毒副 作用 无药效 对映体的活性不同 巴比妥类药物的对映体对中枢神经系统的作用相反 例如 第一章绪论 卜甲基一5 一苯基一5 一丙基巴比妥酸的 r 一异构体有镇定作用 而 s 一异构体则引起惊厥 市场一卜销售的药物中大多数为手性药物 但以单一手性药物出售的占少数 随着人 们对药物安全知识的增加 手性药物迅速发展 在国内市场中所占比重逐渐增大 7 j 研究 表明 手性药物的分离与制备技术是我围应加大力度进行研究的领域 该技术的发展能 带动整个药物研究水平的提高 2 国外研究现状 1 9 9 8 年西方各国的 老药新做 之举逐步增加 其原因是开发经费低 时间短 市 场风险小 其中的手性新药有 西沙必利 利他林 西酞普左旋异物体 奥美拉唑 普 哌拉唑 沙丁胺醇 世界各大制药公司纷纷将注意力转向单一异构体药物 至今 由光 学纯分子构成的手性药物将成为本世纪世界药物市场的主流 手性革命不仅是市场推动的结果 也是环境保护的必然趋势 手性合成可以避免产 生大量的 无效的 对环境和人体有害的对映体 对环境保护和人类健康具有重要的研 究价值 手性技术越来越得到各国的高度重视 各国纷纷采取行动 投入大量的人力与 物力 其必将成为本世纪的一个支柱产业 1 3 3 手性药物的发展前景 手性化合物在各领域中的作用同益显著 目前 国内外学者对各种旋光化合物的制 备 性能及外消旋体的拆分研究非常活跃 主要包括以下几个领域 8 1 医药领域 此领域中具有手性的药物甚至中草药都具有光学活性 但同时其对映体的药理作用 差异很大 所以无论手性药物的对映体是互补的或相反的 都要求对其进行深入考察 了 解各自的生理活性 毒性等 2 精细化学品领域 生物效应中的立体选择性不仅局限于医药方面 而是对所有的生物活性试剂 其中 具有手性结构的物质较为普遍 而多数药品中异构体之间的活性差异大 例如 农药化 学品中的手性问题与医药一致 其中一个对映体无效或对农作物有毒害作用 新型旋光农药的制备是从保护生态环境的观点出发 并具有生物活性高 药效高 低毒等优点 因此开发有效的对映体农药具有良好的双重效应 3 材料科学领域 手性化合物在材料科学方面的潜力巨大 例如 利用单一手性异构体的单体聚合能 得到旋光性高聚物 在分子电化学和光学数据贮存方面也有巨大的推动作用 手性化合物在各个领域中正逐渐显示它的魅力 吸引着人们对其不断深入的研究 有效拆分两个或多个对映体 将不需要的对映体转化为所需成为手性化合物研究的重 点 第一章绪论 1 4 螺环与手性螺环化合物的应用 1 4 1 螺环化合物的定义 螺环化合物具有两平面相互垂直的特殊刚性结构 在一定的条件下 由于手性轴的 存在 能构成不对称分子或非对称分予 1 1 手性螺环刚性强 分子量小 不易消旋化 比旋光度大 手性碳无法与它比拟 其中杂环螺坏化合物多含有电负强的o n 杂原子 能形成较大的分子间作用力 作为手性催化剂和固定相的骨架 1 4 2 螺环化合物的用途 螺环化合物因其独特的结构和性质而占有重要的地位 它在医药 农药 光学材料 配位催化 液晶显示等方面的作用显著 研究表明 具有生理活性的螺环化合物主要为 不对称分子 其中大多数为含有氧 氮 硫等杂原子的化合物 为手性轴类药物的研究 提供了更广阔的空间 1 医药领域 1 具有抗肿瘤活性的螺环化合物 植物中有许多含螺环结构并具有生理活性的化合物 如长春花碱等 l2 1 姚新生等对 石豆兰进行分离提取后得到了一个新的螺环化合物 该化合物在体外可以抑制巨噬细胞 中n o 的释放 同时对肿瘤细胞也有明显的抑制作用 2 治疗女性更年期的螺环化合物 2 0 0 5 年渡边信英掣1 3 合成了一类具有生理活性的全碳螺环化合物 此药物具有调节 作用 可预防或治疗骨质疏松症 更年期综合症等 3 具有安定作用的氧杂螺环化合物 1 9 8 3 年a t h e n s 等 1 4 制备了一系列氧杂螺环化合物 该类化合物与安定药的作用相 同 4 治疗哮喘病的螺环化合物中间体 1 9 8 8 年c r e g g e 1 5 合成了具有拮抗白细胞三烯的功能 能治疗变态性反应的疾病 对 治疗哮喘病有特效的一系列螺环化合物 5 丁螺环酮类抗焦虑医药 1 9 7 2 年首次合成了新型抗焦虑药丁螺环酮 该药被认为最理想的抗焦虑药 1 6 嗡j 已 用于多个国家 其代表药物为8 一 4 4 2 嘧啶基 1 哌嗪基 丁基 一8 一氮杂螺 4 5 一7 9 癸二 酮盐酸盐 是新一代非二氮杂类抗焦虑药 6 消炎解热镇痛的螺环吲哚衍生物 此类化合物为非甾体抗炎药 具有抗炎 解热及镇痛作用 对慢性疼痛有良好的治疗 效果 其代表化合物为5 氟螺川i 哚啉 3 3 哌啶 2 酮盐酸盐 7 具有烟碱药理的螺环化合物 烟碱螺环类衍生物具有毒性低 成瘾性小 疗效高等优点 有止痛 减轻炎症 治 疗溃疡性结膜炎 治疗神经性疾病 治疗细菌或病毒感染 治疗炎性肠病 急性胆管炎 第一章绪论 口疮性口腔炎 关节炎 以及抑制细胞因子释放等用途 8 刺激产生生长激素的螺坏化合物 生长激素分泌过少会导致侏儒症等各种疾病 制备某些具有刺激生长激素释放活性 的螺坏化合物可用于治疗此种疾病 9 螺坏抗菌药物 大多数微生物用于合成具有抗菌活性的化合物 早川勇夫等 i9 对此类化合物的合 成了具有很大的推动作用 其可治疗一系列疾病 例如 肺炎 慢性支气管炎 咽喉炎 扁桃腺炎 肾炎等 1 0 抗癌药螺环化合物 螺 四氢吡咯一2 3 羟吲哚 化合物具有良好的生物活性 具有抗癌的作用 除此之 外 嗯唑链霉素和新嗯唑链霉素是从链霉菌株中提取的 其也有强烈的抗菌和抗癌活 性 2 农药领域 随着环境保护重要性的提高 对新农药的开发逐渐增加 采用立体选择性合成 拆 分和差向异构化等新技术合成光学异构体农药已成为研究热点 2 0 埘 目前国内外使用的 非螺环农药中 仅有螺环菌胺 灰黄霉素f 3 6 等少量品种投入使用 螺环农药的特殊效果 包括 生产周期长 药效好 含量高 对环境无害等 对此类化合物的药理与结构的研 究成为重要方向 3 螺环化合物在材料方面的应用 螺共轭效应是通过一个四面体原子将两个互相垂直的兀电子体系连接 使电子贯穿 整个分子之中 这种特殊的电子排布方式电光谱和具有巨大的影响力 目前科学家们已 在电子转移材料 光致变色材料发光材料 螺环染料 磁性材料 非线性光学材料 导 电材料等高科技领域取得了显著的成果 1 4 3 螺环化合物的发展现状及前景 目前 各国在新药技术的保护和创新反面的竞争激烈 这为新药研究提供了一个有 利的平台 其中对螺环化合物的研究在合成药中占有重要的位置 近年来 研究者合成 出一系列具有螺环骨架的化合物 有药效的化合物占大多数 许多大的制药集团正研制 开发对十七肽痛敏肽受体有影响的螺环化合物 并以组合药物的形式出现 研究螺环化 合物的覆盖面大 剩余空间小 竞争激烈 今后应从以下几方面对螺环化合物进行深入 研究 1 加强螺环化合物的合成与拆分研究 获得更加准确的药理和毒理性质 2 建立螺环化合物合成组合技术平台 加快小分子螺环前体的合成研究 3 缩短新药的 开发周期和研发成本 4 利用1 h n m r 或x 射线等技术加强螺环化合物的结构研究 并 应用于新的螺环化合物的合成 5 寻找有相似疗效的螺坏化合物 既能产生可观的经 济效益 又能减少环境的影响 1 5 手性化合物的拆分 将外消旋体的对映体分开 得到单一的纯净状态 称为外消旋体的拆分 它的基本 第一章绪论 原理是利用对映体在化学性质或物理性质上的差异 拆分方法包括两类 非色谱法 包 括结晶 萃取 酶促法等 色谱法 包括薄层色谱 气相色谱 高效液桐色谱 超临界 色谱 毛细管电泳法等1 2 引 外消旋体在生物体内的吸收途径不同导致它具有不同的生理活性 甚至产生不良反 应 药物对杂质的要求极其严格 人们着眼于使用高光学纯度的单一异构体作为特效药 1 4 因此 对手性化合物的拆分具有巨大的潜力 1 5 1 晶体机械分离法 此方法适用于晶体外形有明显差异的外消旋体混合物 左右旋对映体能以宏观的晶 体析出并具有明显的差别时 可以用镊子将它们拣开 完成分离 1 5 2 结晶法 在饱和溶液中 加入其中一个对映体晶体 然后通过接种 冷却 过滤等方法分离 晶体 要求溶液中另一对映体过量 当升温后加入混合物晶体 使其重新成为饱和溶液 冷却 析晶 反复实验 外消旋体混合物可慢慢分开 但效率极低 1 5 3 萃取法 利用萃取法 2 6 1 分离对映异构体 要求互相接触的两液相至少有一相具有旋光性 1 亲和萃取拆分体系 如李俊等 2 7 分别用合成的酒石酸酯 d 一酒石酸正戊酯作为萃取剂 以辛烷为稀释剂 以微量辛醇作为调节剂 对麻黄碱对映体水溶液和假黄碱对映体水溶 液先后进行萃取拆分 结果表明 在含有d 一酒石酸酯的辛烷溶液中存在更多的左旋体 2 配位萃取拆分体系 t o s h i f u m i 等用正十二烷基脯氨酸的醇溶液拆分亮氨酸对映体 结果表明 l 一异构体的醇溶液中富集了更多的l 一亮氨酸 3 非对映体萃取拆分体系 此体系跟据非对映体物理性质与化学性质的不同 利用手性试剂实现拆分 1 5 4 酶促拆分法 酶的选择性多种多样 其中包括底物的专一性 对映体的选择性 位置的选择性 在对映体的拆分过程中起决定作用 对映体的选择性越高 手性药物的拆分随光学纯度 的提高而增加 2 0 世纪8 0 年代美国的k l i b a n o v 等用胰脂肪酶粉或其固定化酶在几乎无水 的有机溶剂中成功地合成了肽 酯酰胺 手性醇 改变了酶促反应只能在水相中发生的 传统观念 1 5 5 薄层色谱法 t l c 是最简单的色谱分离技术 它的分离方式包括c d r c m p a c s p 2 8 1 三种 用 的较多的是c s p c s p 关键在于制备不同的手性薄层板 常用的有 1 纤维素板及预涂纤维素的薄 第一章绪论 层板 用于拆分氨基酸及其衍生物 镇痛剂苯酯 黄酮类化合物及具有重要生理活1 生的 手性药物对映体 2 浸渍手性选择剂的手性薄层板 主要是浸渍有0 一氨基酸烷基衍q 三 物的铜 1 i 复合物的薄层板 3 分子印记法 能选择性合成高分子 常用的载体有 氰基 氨基 二醇基修饰的硅胶等 4 将手性选择剂键合到载体上 进行对映体分离 的手性薄层板主要有d c d 键合 p r i c k l e 型 萘乙基脲型 1 5 6 气相色谱法 用g c 2 9 1 法拆分对映体 手性固定相的作用极其重要 1 9 8 8 年用环糊精衍生物做g c 固定相成功拆分对映体 至今 几十种改性的环糊精成为新一代高选择性的手性色谱固 定相 气相色谱拆分法的步骤包括 1 合成手性试剂 2 制柱 毛细管柱清洗吹干 处理后 将手性试剂溶液用适当方法涂柱 吹干 老化 3 样品衍生化 例如将酸类 药物酯化 醇类药物酰化等 4 设定恰当的色谱条件 包括检测器 温度 压力等 1 5 7 超i 临界流体色谱法 s f c 在手性药物拆分技术中的优越性显著 它的粘度低 可减少过程阻力 且细长 的色谱柱可以增加柱效 s f c 色谱柱包括两种类型 填充柱 选择性高 拆分效果好 用于强柱性手性分子的拆分 开管毛细管柱 柱效高 操作条件温和 可以使用多种类 型的检测器 1 5 8 毛细管电泳法 c e 的拆分技术原理是以高压为驱动力 毛细管为分离通道 依据各组分之间淌度与 分配的差异实现分离 3 川 特点是高效 快速 简捷 根据操作模式存在的差异 其分离方式可分为 1 毛细管区带电泳 它的分离效 果高 一些位置异构体甚至可直接分离 2 毛细管凝胶电泳 3 胶体电动色谱 特 别适用于脂性化合物的分离 4 毛细管点色谱 在毛细管壁上填充固定相进行电泳 这种方式是将h p l c 发展的各种固定相能用至j j c e 中去 同时保持c e 固有的特点 1 5 9 高效液相色谱法 高效液相色谱法在不对称合成 不对称催化及外消旋药物的拆分研究中作用巨大 分为间接法与直接法 3 l 1 间接法 也称柱前衍生化法或手性衍生化试剂法 根据对映体与手性试剂结合后形成非对映 异构体 然后用常舰固定相进行分离的方法 此法要求纯度与稳定性高 但衍生化复杂 不易于分离提纯 2 直接法 此法直接用手性流动相或同定相进行拆分 1 手性固定相 c s p 拆分法首先用手性固定相直接与外消旋物相互作用 与一 第一章绪论 种异构体生成不稳定的复合物 然后根据保留时0 白j 不同而进行分离 它的特点是分离快 速 立体选择性强 适用范围广 c s p 分为吸附型 配体交换型 蛋广1 质型及电荷转换 型等 3 2 1 a 吸附型手性固定相 利用吸附与解吸附能力的不同而进行分离 分为天然高分子 合成高分子 氨基 酸型手性键合固定相等 b 配体交换型 此类固定相是在过渡金属离子的参与下 某种聚合物与手性氨基酸结合 被拆分物 质配位基发生配体交换后络合 由于此络合可逆 分离效果显著 c 蛋白质型 a g p 是一种键合的蛋白类手性柱 是由1 8 1 个氨基酸组成的单一肽链 适用于阳离 子型化合物 手性选择性强 杨永健等用酸性糖蛋白拆分了沙美特罗对映体 得出流动 相p h 有机改性剂的量是影响分离效果的重要因素 d 电荷转移型 根据与对映体发生的电荷转移而进行分离 2 手性流动相拆分法此法不需药柱前衍生 在流动相中加入手性试剂 根据稳 定常数以及分配系数不同进行分离 a 配体交换型 此类添加剂是指a 氨基酸与某些二价金属铜离子结合 以适当的浓度分布于流动相 中 然后与外消旋体形成配位络合物进行拆分 3 3 1 b 环糊精型 常用的环糊精主要为b c d 在添 j i c d 的色谱中存在两个平衡 其中包括流动相中游 离溶质和c d 络合物的吸附平衡 c 手性离子型 此类添加剂是指对映体与手性离子对形成非对映离子对 根据其不同的分配比进行 分离 1 6 手性化合物的拆分进展及应用前景 光学活性物质的合成对生命科学具有重大的意义 3 4 弓 l o u i sp a s t e u r 最早认识到光 学活性物质的不对称合成 并于1 8 4 8 年成功分离了外消旋体的对映异构体 此外 他还发 展了制备光学活性物质的非对映体结晶法和发酵法 这两种方法迄今还广泛地应用于外 消旋体的工业生产中 近年来 人们认识到药物在生物体内的一系列活动与其结构有密切关系 不同对映 体所表现的药理活性 代谢过程以及药动学作用存在很大的差异 据统计 目f j 仃市售的药 物巾 除一些激素 抗生素等天然药物主要以单一异构体存在外 其它的合成药物则多数 是以消旋体供药 这会给疾病的治疗带来严重的问题 因此 如何制备单一的高纯度手性 药物成为国内外学术界研究的热点 但是拆分中的许多问题 如拆分试剂与拆分体系的 选择 拆分过程的动力学及热力学研究等 还需要进一步研究和探索 综合看来 酶 微 第一章绪论 生物 动植物细胞是天然的手性催化剂 且具有价格低 效率高 立体选择性高 应条 件温和及无公害等特点 其它的方法无可比拟 3 引 随着酶的固定化 有机相酶催化 分 子生物学技术和化学修饰技术的发展 酶法的应用范围更加广泛 相信随着生物技术以 及酶法的不断发展 酶催化反应与化学合成的结合将是手性化合物合成的新途径 对手 性化合物的合成与应用将起到积极的推动作用 第二章手性螺环化合物的合成 2 1 引言 第二章手性螺环化合物的合成 手性化合物的合成能有效解决手性问题及手性原料供应紧张问题 也可为不对称合 成提供必需的手性源 如手性催化剂 手性溶剂 手性试剂等 还能解决环境污染 产 生大量无效 对环境和人体有害的对映体问题 对于保护人类的自然环境和健康具有重 要意义 由于螺环类手性化合物的分子量小 占空间体积大 药物活性强 因此越来越多的 化学家致力于手性螺环化合物的合成 许多螺环化合物也被作为药物先导化合物的重要 来源 目前国内外的研究主要集中于小分子手性螺环化合物 通过对该类物质的研究发 现 可以在盐酸水溶液中制备小分子六元环结构的螺坏缩醛酮化合物 此合成方法成本 低 操作简单 副产物少 为缩醛酮螺环化合物的制备提供了可行的方法 2 2 实验部分 2 2 1 实验试剂与仪器 表2 1 主要原料与试剂 t a b 2 1m a i nm a t e r i a l sa n dr e a g e n t s 第二章手性螺环化合物的合成 表2 2 主要仪器 t a b 2 2m a i nm e a s u r e m e n t s 2 2 23 9 一二 4 甲基一苯基 一2 4 8 l o 匹t 氧杂一螺 5 5 十一烷 1 的合成 c o 兰x 一邺 h x 卜p 毗 合成方法 一 环己烷做溶剂 步骤 称取2 4g 对甲基苯甲醛和1 3 6g 季戊四醇放入三口烧瓶中 依次加入溶剂环己 烷7 0 m l 催化剂对甲苯磺酸0 3g 装分水器 加热至8 0 回流 现象 开始反应后 溶液立即变为白色 随着温度的增加 溶液中逐渐出现白色悬 浮物 分水器内壁有少量水珠 反应2h 后 分水器中水不再增加 同时进行薄层色谱 分析 发现反应完全 处理 将溶液冷却 直接抽滤 用水洗涤 抽滤 反复三次 再用热水洗涤 抽滤 反复三次 干燥 最后用二氯甲烷结晶 产物为白色针状结晶 3 3 6 产率9 9 熔点 2 2 5 2 2 6 合成方法 二 d m f 做溶剂 称取2 4g 对甲基苯甲醛和1 3 6g 季戊四醇放入圆底烧瓶中 依次加入溶剂d m f 8 0 m l 催化剂对甲苯磺酸0 3g 加热 回流 反应4h 后 溶液中含有大量白色悬浮物 点样分析 反应完毕 冷却 抽滤 水沈 抽滤 乙醇结晶 产物3 2g 产率9 6 第二二章手性螺环化合物的合成 2 2 33 9 二 4 氰基一苯基 2 4 8 1 0 一四氧杂一螺 5 5 十一烷 2 的合成 n c 兰x 兰 一n c c n 步骤 称取5 3g 对氰基苯甲醛与2 7g 季戊四醇放入圆底烧瓶中 依次加入溶剂 n n 一二甲基甲酰胺6 0m l 催化剂吡啶盐酸盐0 4g 加热至9 0 现象 反应一会后 溶液变为淡黄色透明溶液 反应过程进行薄层色谱分析 乙酸 乙酯 石油醚 l 1 随着反应的进行 溶液颜色加深 3 5h 后反应结束 利用蒸干法 蒸去大部分d m f 后停止反应 此时溶液为深棕色 处理 溶液降至室温后 加入水析出白色沉淀 抽滤 依次用冷水 热水进行洗涤 抽滤 除去溶剂和催化剂 得到白色固体 用乙醇和水重结晶 干燥 得到产物6 1g 产 率8 6 8 熔点 1 9 4 1 9 6 表2 4 化合物2 的合成 t a b 2 4s y n t h e s i so fc o m p o u n d2 第二章手性螺环化合物的合成 2 2 4 3 9 二 4 羟基 苯基 2 4 8 1 0 一四氧杂 螺 5 5 十一烷 3 的合成 h o 兰x 兰 一h h 合成方法 一 步骤 称取1 2g 对羟基苯甲醛与o 6 8g 季戊四醇分别放入圆底烧瓶中 依次加入 溶剂苯3 0m l 催化剂对甲苯磺酸0 2g 搅拌后加热 回流 现象 随着反应的进行溶液变为浅黄色透明溶液 反应过程中进行薄层色谱分析 4 5h 后反应完全 处理 溶液静置至室温后 加冷水 有浅橙色固体析出 抽滤 把固体反复洗涤 抽滤 除去过量的季戊四醇和催化剂 用热水洗涤 抽滤 除去溶剂后干燥 最后用乙 醇 水重结晶 得浅橙色粉末固体2 1g 产率6 5 熔点 2 3