（有机化学专业论文）核苷中碱基的修饰与扩展的研究及合成现状.pdf

摘要 核酸是构成一切生物体遗传基因的重要物质 核酸的基本组成单位是碱基 核糖和磷 酸三种成分连接而成 不同的碱基的排列顺序决定着不同的遗传密码 通过对碱基的衍生 化 即碱基的修饰和扩展 可以提高核苷类化合物的反义活性 是抗病毒 抗肿瘤和抗爱 滋病药物的重要研究途径 其中包括对核苷的碱基或糖基部分进行修饰和扩展 或者同时 对碱基和糖基进行双重修饰和扩展已经成为化学工作者 医药工作者以及生物学工作者 的研究热点之一 并取得了卓有成效的成绩 本论文在查阅了大量的文献之后 对碱基修饰和扩展的核苷类化合物的研究进展及药 理活性作了综述 在此基础上又对噻唑 4 5 一d 嘧啶类碱基和1 2 4 一三唑 3 一羧酸甲酯的合成 现状进行了分析 设计并优化了合成路线 设计了两方面的研究内容 1 微波促进5 氨基 噻唑 4 5 d 嘧啶 2 3 h 酮的合成研究 5 一氨基 噻唑 4 5 d 嘧啶一2 3 h 一酮作为合成噻唑 4 5 d 嘧啶核苷的重要中间体 其合 成的优劣直接影响到下一步的糖基花反应 以硫脲为原料 采用微波辐射 经简单三步合 成5 一氨基一噻唑 4 5 d 嘧啶一2 3 h 一酮 反应总产率为6 3 9 通过多次反复的实验 优化 反应条件 找到了在微波促进下合成的最佳条件 此法合成步骤少 反应时间短 副反应少 易纯化 产率高 环境友好 为进一步开发合成具有生理活性的噻唑 4 5 捌嘧啶类核苷提供 了简便的方法 是一条有发展潜力的合成路线 为其工业化生产奠定了理论基础 2 1 2 4 三唑 3 羧酸甲酯的合成研究 本论文还对广谱抗病毒药物利巴韦林的重要中间体一一1 2 4 一三唑 3 一羧酸甲酯的合 成 进行了新工艺的改造 采用廉价易得的1 2 4 三唑为原料 经加成 氧化 酯化三步得 到目的物 该合成法与传统的合成工艺的最高收率提高了5 6 且避免了传统的合成工艺 的重氮脱氨 大大降低操作的危险系数 该新工艺具有步骤少 操作简便 条件温和 污 染小等优点 为工业化生产利巴韦林开辟了新途径 具有重要的实用价值 关键词 核苷 碱基修饰和扩展 微波辐射 合成 a b s t r a c t t h en u c l e i ca c i df o 衄si m p o n a mi l l i l c r i t a i l c em 雏耐a l0 fa l l b i o l o g i c a lb o d yc e l l s i s m a i n l ym a d eu po fb a s e p e n t o f 打a 1 1 0 s e 锄dp h o s p h o r i ca c i d d i 腩r e n ts e q u e n c eo fb a s e d e t e m l i n e sd i 行b r e n ti n h e r i t a n c ec o d e d e r i v a t i o no fb a s e i no m e rw o r d s m o t 墒c a t i o na r l d e x p a i l s i o no f b a s ec a l lh e i 曲t e na 埘s e n er o l eo fo l i g o n u c l e o t i d e s h a se s p e c i a l l ya l r e a d ym a d e o u t s t a l l d i n ga c h i e v e m e n t si 工1 t 1 1 ep r e v e n t i o na n d 打e a t f l l e n to fa t l t i v j r u s a n t i t u 1 1 0 ra n da i d s n u c l e o s i d e sa i l dn u c l e o s i d ea n a l o g so fm o d i f y i n ga n de x p a n d i n gt h eb a s eo ft h en u c l e o s i d eo r m er i b o s ep a n o rm o d i f i n ga i l de x p a l l d i n gb a s ea n dr i b o s eb a s ea tm es a r n et i n l ei sg e n e r a l l y c a l l e dt l l en u c l e o s i d ea i l t i v i r i l sm e d i c i n e 州c hp l a y sav e r yi m p o n a i l tr o l et ot r e a t i l l e n to ft h e v i r a ld i s e a s e n u c l e o s i d ec o m p o u n dl l a sa l r e a d yb e c o m et l l ef o c u sw o r ko fc h e i i l i s t m e d i c a l w o r k c r 锄d b i o l o g i c a lr e s e a r c hw o r k e r 1 l a so b t a i l l e dt l l ef h j i t 向la c l l i e v e m e f l t a f b e rc o n s u l t 洫gal o to fl i t e r 虮l r e w es u 蝴i z e dt h er c s e a r c hd e v e l o p m e n t s t 1 1 e s i s a c t l a l i t i e sa n db i o l o 西c a la c t i v i t i e s b a s e d0 nt 1 1 锄 t 1 1 i sp 印e ra n a l y z e sm es y n 血e 西sa c t u a j j t i e s o f t h i a z o l o 4 5 一d p y m n i d i n ea n dm c l y l l 2 4 m i a z o l e 3 c a r b o x y l a t e d c v i s e sa i l do 面m i z e sm e i r s y n t h e s i sm u t e s 1 s y n 日1 e s i so f 5 一a m i n o 卅1 i a z 0 1 0 4 5 一d p f i i n i d i n 2 3 h 喝n eu n d e rm i c r o w a v ei a d i a t i o n 5 锄i 1 1 0 m i a z o l o 4 5 叫p y r i m i d i n 2 3 h o n ei sn l c i m p o n a i l t i n 伽n e d i a t co f t h i a z o i o 4 5 d n u c i e o s i d e s i t ss y n t h e s i sd i r e c t l yi n f l u e n c e sn e x tg i y c o s y i a t i o n u n d e rm i c r o v a v e i m d i a t i o n a i l d v i m o u t s o l v e n t s t a r t i n g f o n nt h i a u r e aa i l dc h l o r o a c e t i c a c i d 5 a r n i n o t m a z o l o f 4 5 一d p 妒m m i m 2 3 h 删1 ei s o b t a i n e di nm et o t a ly i e l do f6 3 舛6b y t h r e e s t 印r e a c t i o n s t b eb e s tr e s u l tw a s f o l l r l da r e ro p t i m i z i n gt h er c a c t i o nc o n d i t i o na 疵吐i n g t h ey i e l d so fi t 1 1 l i sm e t l l o d w h i c hp r o v i d e ds h o r t e rr e a c t i o nt i m e f b w e rs i d er e a c t i o n s e a s i e r w o r k u p s h i g h e ry i e l d s l e s s p o l l u t i o i l p a v e d t 1 1 e w a y f o rf 吼h e r s 1 也e s i s t h i a z o l o 4 5 一d n u c l e o s i d e s a r l dw o u l db eag r e a tp o t e m i a ls y n t h e t i cm u t i n e 1 a y e db a s ef o r i n d u s m a lp r c p a r a i o n 2 l m p m v e ds y n m e s i so f m e m y l l 2 4 一m a z o l e 3 一c a r b o x y l a t e m e t l l y l1 2 4 t r i z a l e 一3 一c a r b o x y l a t ei st h ei m p o n a i l ti n t e m l e d i a t eo fl a 唱e s p e c n l l ma m i v i r a l 砒v a v i r i 玛w eh a v em a d eg r e a ti m p r o v e m e n to n i t ss t 1 1 e s i s s t a r t i n g 仔o mc h e 印c ra v a i l a b l e 1 2 4 衄a z o l e m e t h y l1 2 4 仃i z a l e 一3 一c a r b o x y l a t c i s s y n 也e s i z e db y a d d i t i o n o x i d a t i o n e s t e r i f i c a t i o n m e t h y l1 2 4 t r i z a l e 一3 一c a r b o x y l a t ei so b n e d v i t i lm o r e5 6 y i e i dt l a n l i c o u l l t e r p a r tr e p o 蹴di nl i t e i 雹n r e e s c a p e s 舶mt h e s ko fd i a z o l i z a t i o no fd e 踟i n a t j o n c o m p a r e d v i 廿1m l d i t i o n a lm e t l l o d s t h i sm e m o d h a sa d v a n t a g e so ff e w e rs t e p s e a s i e rw o r k u p s m i l dr e a c t i o i l s t l l en l e m o dp m v i d e s e wp a t hf o rl a 唱e s c a i ei n d u s m a ip r e p a r a t i o no f n b a v i r i n h a si m p o r t 柚t l yv i a b i ev a l u e k e y w o r d s n u c l e o s i d e s b a s em o d i 矗c a t i o n m i c r o w a v ei 删i 砒i o n s y n t h e s i s i i i 第一章碱基修饰与扩展的核苷类化合物的研究进展 第一章碱基修饰与扩展的核苷类化合物的研究进展 核酸是构成一切生物体细胞和病毒遗传基因的重要物质 天然存在的核酸有核糖核酸 i a 和脱氧核糖核酸 d n a 之分 核酸的基本组成单位是核苷酸 而核苷酸则由碱 基 戊糖和磷酸三种成分连接而成 碱基和核糖或脱氧核糖通过糖苷键 g l y c o s i d i cb o n d 缩合形成核甘或脱氧核苷 前者是 r n a 的组成部分 后者是 d n a 的构成单元 核 苷 或脱氧核苷 与磷酸通过酯键 e s t e rb o n d 结合构成核苷酸 或脱氧核苷酸 核酸 就是核昔酸 脱氧核苷酸 按照一定的排列顺序以37 57 一磷酸二酯键 37 5 一p h o s p h o d i e s t e rl i n k a g e 相连形成的多聚体 作为核酸的基本单元 核苷参与生物体中基因信息的保留 复制和转录的分子机制 换句话说 核苷是一类十分重要的生物分子 在细胞的结构 代谢 能量和功能的调节等 方面起着重要作用 许多核营类似物是病毒复制过程中重要酶的抑制剂 可以抑制病毒d n a 多聚酶和逆转录酶的活性并与核苷酸竞争性掺入病毒d n a 键 终止d n a 键的延长和合成 使病毒的复制受到抑制而发挥抗病毒作用 鉴于核苷在细胞生命中占有极为重要的地位 用核苷类似物和衍生物干扰肿瘤细胞的生长和病毒的繁殖 成为治疗癌症和各种病毒性疾 病的一个极有吸引力的途径 1 1 核苷类化合物的碱基结构特点及修饰与扩展必要性 核苷 一词最早是由l c v e n e 和j a c o b s 在1 9 0 9 年提出的 作为核酸由核酸酶水解的 水解产物而被分离得到 核苷类化合物是由糖基和碱基以糖苷键缩合而成 组成核苷的碱 基分为两大类 嘧啶碱和嘌呤碱 图1 其中天然嘧啶碱基包括尿嘧啶 u r a c i l u 胸 腺嘧啶 1 h y m i n e t 和胞嘧啶 c y t o s i n e c 天然嘌呤碱基腺嘌呤 a d e l l i n e a 和 鸟嘌呤 g u a n m e g 图2 4 0 h l 嘧啶碱 p i r n i d i n e 图1嘧啶和瞟岭的结构 嚯蕊妒 第一章碱基修饰与扩展的核苷类化台物的研究进展 0 3 胸腺嘧啶 m y m i n e h 2 n 0 n n 日 鸟嘌呤 腺嘌呤 g i l l a d e n i n e 图2五种天然核苷碱基的结构 2 0 世纪4 0 年代末至5 0 年代初期 e n v i nc h a r g a f r 等人采用层析和紫外吸收等技术研 究了d n a 分子的碱基成分 他们提出了以下有关d n a 分子的碱基组成的c h 鹕a f 规则 1 d n a 分子的碱基a 与t g 与c 以互补配对方式存在碱基之间以氢键相结合 2 不同生物种属的d n a 碱基组成不同 3 同一个体不同器官 不同组织的d n a 具有相同 的碱基组成 科学家发现不同碱基的排列顺序决定着不同的遗传密码 形成个体的多样性 核苷类化合物之所以受到科学家的青睐 有其必然性 从化学的角度来看 此类化合 物均含有核碱基 而生物细胞内核酸及其代谢物的主要成分也含有核碱基 由于病毒是在 细胞内寄生 其繁殖依赖于寄生细胞的代谢过程 病毒特异编码的基因通过病毒和宿主细 胞的酶系统 在宿主细胞内复制 转录 合成病毒的核酸及蛋白质和酶等成分 完成病毒 的生物合成 如果将核苷碱基的结构加以改造 即对碱基进行修饰和扩展 引进目些活性 基团 使之与体内的核苷酸存在差异 利用高等动物细胞生化代谢过程中的酶系统对底物 的要求高于病毒 可对这些外来的 假底物 加以识别 而病毒的 识别能力 则差一些 由此这些 假底物 选择性参与病毒代谢过程 阻断病毒复制周期的某一环节 从而达到 抑制病毒繁殖 控制感染发展的目的 2 j 反义核酸技术 简称 反义技术 a 埘s e i l s et e c t l i l o l o g y 是近2 0 年来发展的一种全新 的药物设计方法 是继基因克隆和重组技术后分子生物学领域的又一全新的技术 最先采 用反义核酸干扰基因功能的是z a m c c n i k 等人 他们于1 9 7 8 年报道了反义寡核苷酸 锄t i s e n e o l i g o d e o x y n u c l e o t i d e 可抑制肉瘤病毒的复制吼1 9 8 4 年i z 锄t 和w i i i l 打a u b 首次 2 慧a 盛 胞 o 洲k o i z h 4 嘧 垂 尿细 第一章喊基修饰与扩展的核昔类化台物的研究进展 提出了 反义核酸技术 的概念f 4 l 即根据核酸杂交碱基互补配对的原理 利用人工或 生物合成的寡核苷酸 0 1 i g o d e o x y l l u c l e o d d e 片段 与目的基因 单链 双链d n a 或 m r n a 的特定序列相结合 从基因复制 转录 剪接 转运 翻译等水平上调节靶基因的 表达 干扰遗传信息从核酸向蛋白质的传递 从而达到抑制 封闭或破坏靶基因的目的 利用这一技术研制的药物称为反义药物 a 砸s e i l s ed m g s 通常指反义1 枷s e n c o l i g o n u c l e o t i d e s a s 1 主要包括反义d n a a m i s e n eo l i 9 0 d e o x y 抽o n u c l e i ca c i d a s o d n a s 2 反义r n a 蹰6 s e n eo l i g o 曲o n u d e i ca c i d a s 0 n a s 3 等 5 由于药用的a s 1 必须具有一定的稳定性 不被体内各种酶所破坏 必须含有1 3 个以上的碱基 并能准确 到达靶部位 与靶细胞内特定的位点发生作用 必须有较好的细胞通透性 且能在靶细胞 内保持一定的浓度 6 由于天然的核苷难以同时满足以上的要求 因此必须对核苷的结构 进行化学修饰来提高其反义活性 其中主要就包括碱基的化学修饰与扩展 一般来说 碱 基的修饰是指保持天然碱基的骨架不变 只是改变了天然碱基上的基团 发生了基团间的 互相转化 而碱基的扩展是天然碱基的骨架发生改变 在骨架上增添 减少或改变基团的 结构 随着生物技术的飞速发展 反义药物的研究越来越引起人们的兴趣 其中 作为对 反义药物研究的重要组成部分 即核碱基的化学修饰与扩展的研究受到了极大的重视1 5 j 因此通过对核苷的碱基进行修饰和扩展而合成核苷的衍生物和类似物 可以作为核酸代谢 抑制剂 用于干扰肿瘤细胞的生长和病毒的繁殖 起到抗病毒和抗肿瘤的目的陋l 1 2 碱基修饰与扩展的核苷类化合物的种类 天然的三种嘧啶碱基包括尿嘧啶 u r a c i l u 胸腺嘧啶 t h y m i n e t 和胞嘧啶 c y t o s i n e c 两种天然嘌呤碱基腺嘌呤 a d e i l i n e a 和鸟嘌呤 g 1 l a n i n e g 均是 含有氮原子的杂环化合物 这为人们合成碱基修饰的核苷提供了参考 在此基础上化学家 们合成了大量的碱基修饰和改造的核苷 其中许多具有良好的抗病毒和抗肿瘤活性 1 2 1 碱基修饰的核苷类似物 该类化合物特点是保持天然核苷的基本骨架 只是在碱基上修饰 改变了不 同的取代基 天然核苷的类似物种类繁多 它可以仅在碱基上进行取代基改变 有 的是碱基与核糖上同时进行了取代基改变 1 仅碱基上修饰改变的例子 如 8 c l 腺苷 8 c h l o r a d e n o s i n e 8 6 c l 鸟苷 6 c h l o r g u a n o s i n e 9 5 f 胞苷 3 第一章碱基修饰与扩展的核苷类化合物的研究进展 5 f l u o r o c y t i d i n e 1 0 2 c l 腺苷 2 c h l o r a d e n o s i n e 1 1 5 f 尿苷 5 一f l u o r o u r i d i n e 2 5 一i 尿苷 5 一i o d o u r i d j n e 1 3 5 一b r 尿苷 5 b f o m o u f i d j n e 1 4 5 c j 尿苷 5 c h l o r u r i d i n e l5 5 一n 0 2 尿苷 5 n i t r o u r i d i n e 1 6 等 其结构式如图3 8 8 氯腺昔 8 c h l o 埘1 e 如s l 呻 1 1 2 c 慷苷 2 c h i a 埘 l n e 9 i 乌苷 睁c h b q l o s 岫 5 纛苷 s f l r 0 一d l r 哟 砖町如d 刈 d 1 4 5 潞蕊高 l s 5 一c i 屎苷 5 七h l o m r 诏i 嘴 f 1 0 5 f 胞苷 5 f i m 刚i d i n e 1 6 嚣 孀 惹 f 图3 几种常见的碱基上取代基改变的核苷的衍生物 2 碱基与核糖上同时修饰的核苷 在保持核苷基本骨架的前提下 无论是糖 基还是碱基的修饰 改变越小 与天然核苷越相似 则毒性越高 改变稍大 往往会增加抗病毒的选择性 毒性相应降低 因此 核苷糖基和碱基的双重修 饰就更能满足这种需要 例如 s7 脱氧 5 f 尿苷 57 d e o x y 5 f i u o r o u r i d i n e 1 7 27 一f 5 一i 胞苷 27 f l u o r o 5 i o d o c y t i d i n e 1 8 2 氯 5 一磷酸腺苷 2 c h l o r a d e n o s i n e 57 m o n o p h o s p h a t e 1 9 37 57 环磷酸 8 氯腺苷 8 c h l o r a d e n o s i n e 一37 5 c y c l i p h o s p h a t e 2 0 等 其结构式如图4 4 a f d一 弗 飞d洲 d一 艾d 一 毽社 工 f d一 眦 o 函 z 少 摅 第一章碱基修饰与扩展的核苷类化合物的研究进展 o ho h 1 7 5 脱氧 5 f 尿苷 5 一d e y 5 n u o m 嘣d i l l e 9 h o 一甲一o h n o hf 2 脱氧 2 2 璺i 胞苷 2 d e o 码心 f l u o r o 5 i o d o c y i i d i n e 0 ho h 1 9 2 氯 5 磷酸腺苷 2 c h l o r a d e n o s 抽e 5 m o n o p h o s p h 删 h n 0 n o 2 0 3 5 环磷酸 8 氯腺苷 s c h l o f a d e s h l e 3 5 c y c j i p h o 啦a t e 舯 雷 z d 第一章碱基修饰与扩展的核苷类化台物的研究进展 顶 o h o h 2 3 5 6 二甲苯并咪唑核苷 5 6 d i m 叫1 y 1 0 b c r i z i i r i i d a z 0 1 e n u l e o s i d e o h o h 2 4 三氮唑核营 r i b a v j n 图5 几种常见的碱基扩展的核苷衍生物 2 碱基与核糖上同时扩展的核苷衍生物 例如 卡那霉素 k a n a m y c i n 2 5 2 一f 一5 一氮杂胞营 27 f l u o r o 一5 一a z a c y t i d i n e 2 6 5 一i h e p t 2 7 2 氟 3 硫杂 5 氮杂胞苷 2 n u o r o 一37 一t h i o 5 a z a c y t i d i n e 2 8 2 一i c y c l o b u t a 2 9 等 其结构式如图6 9 c h 3v h 2 c h 2 2 亡 h n 卫一 肿d o hn h 2 5 卡那霉素 k m y c i n o h n 1 o 厶n 几s o 飞 h o l l o j o hf 2 6 但 提 氧 盎 专 乏彖盎器苷 s 篡矗e 盯 但 抛y 2 n u o r o 5 a z a c y t i d j n 曲 一 岔h 帮最 n i h o 气卫h i 其 d鬯h n 但2 璧墨 g 蒸喜 薏 巷 主磊 急挚苷 z 愚 n u t 诅 2 q e o x y 2 门u o r o 3 t h i o 5 a 盈c i d i n e 1 3 碱基修饰与扩展的核苷类化合物的药物用途及重要性 自从1 9 6 2 年第一个抗病毒的核苷类药物碘营 i d u 1 3 州问世以来 核苷类化合物在 6 心 n 一 0 i c 丫州 n n 蒜一 n 第一章碱基修饰与扩展的核昔类化合物的研究进展 抗病毒 抗肿瘤 抗真菌等药物中占有极为重要的地位 在目前已上市的以及应用于临 床的抗病毒的药物中 除少数化合物如金刚烷和抗生素不是核苷类化合物外 核苷类化 合物占了相当大的比例 1 9 6 2 1 9 9 9 年国外上市的4 5 个抗病毒药中有2 5 个是核苷类药物 5 5 6 其中 核苷酸类似物3 个 包括糖基修饰物 聚核苷酸和反义寡核苷酸各1 个 2 2 个核苷类似物 中有6 个是对碱基进行修饰的脱氧核苷类似物 全身用药毒性较大 抗病毒活性仅限于抑 制单疱i 型病毒 h s v 1 和水痘 带状疱疹病毒 v z v 一个碱基扩展核苷类似物利巴 韦林 抽a v i 血 具有广谱抗病毒活性 对2 0 多种d n a 病毒和r n a 病毒有较强的抑制作 用 是目前国内外在临床上广泛使用的抗病毒药物 在1 3 个糖基修饰的核苷抗病毒药中有5 个是近几年开发的爱滋病毒 h i v 逆转 录酶抑制剂 也是治疗h i v 感染和a j d s 患者不可缺少的药物 有5 个是开环核苷类似物 这是8 0 年代以来用疱疹病毒特异性d 1 q a 聚合酶为靶点筛选 开发成功的抗疱疹病毒药 上市以后已逐步取代早期开发的其它抗病毒药 成为治疗疱疹病毒感染的首选药物 另有 3 个是阿糖腺苷 阿糖胞苷及其衍生物 只有眼用制剂治疗h s v 角膜炎 此外 还有2 个是对碱基和糖基进行双重修饰的核苷类似物 索利夫定 s o r i v u d i n e 是溴乙烯取代阿糖胞苷 1 9 9 3 年首次在日本上市 因与5 氟尿嘧啶 5 一f u 有严重的药物 相互作用 十多例癌症患者同时服这两种药后引起急性肝衰竭而死亡 上市不到3 个月已 从市场上撤销 a b a c a v i r 是疗效较好 不良反应较小的h i v 逆转录酶抑制剂 与齐多夫定 z i d o v u d i n e 拉米夫定 1 a m i n l d i n e 有协同作用 已研制这3 种组分的复方制剂 2 0 0 1 年上市 中国投产的1 4 个抗病毒药中有n 个核苷类抗病毒药 7 8 6 聚肌胞 p 0 1 y i c 是我国仿制的聚核苷酸药物 具有广谱抗病毒活性 曾用于治疗疱疹病毒 呼吸道病毒感 染和乙型肝炎等 但疗效并不显著 国外至今尚未批准上市 其它1 0 个是碘苷 利巴韦 林 阿昔洛韦 更昔洛韦 伐昔洛韦 泛昔洛韦 阿糖胞苷 安西他滨 阿糖腺苷和单磷 酸阿糖腺苷等 载止1 9 9 9 年底正在研制的核苷类抗病毒药近3 0 个 已进入i i 期临床试验的有1 4 个 品种 其中抗疱疹病毒药3 个 抗h 药1 0 个 抗h b v 或兼有抗硼 v 活性者5 个 从 化学结构分类 有3 个开环核苷酸 5 个对碱基和糖基进行双重修饰与扩展的核苷 3 个 聚核苷酸或反义寡核苷酸 另3 个是分别对碱基或糖基进行修饰与扩展的核苷衍生物 通过核苷碱基的结构加以改造 即对碱基进行修饰和扩展 引进某些活性基团 使之 第一章碱基修饰与扩展的核甘类化合物的研究进展 与体内的核苷酸存在差异 利用高等动物细胞生化代谢过程中的酶系统对底物的要求高 于病毒 可对这些外来的 假底物 加以识别 而病毒的 识别能力 则差一些 由此这 些 假底物 选择性参与病毒代谢过程 阻断病毒复制周期的某一环节 从而达到抑制病 毒繁殖 控制感染发展的目的 因此碱基修饰与扩展的核苷类化合物在在抗病毒 抗肿瘤 抗真菌等药物中的地位越来越突出 受到极大的关注 它己成为一类不可缺少的药物 分 类介绍如下 1 3 1 碱基修饰与扩展的核苷类抗病毒 抗肿瘤药物 据资料报道 1 9 9 2 年以来 核苷类抗病毒药物在世界抗病毒药销售总额中所占比例均 超过9 0 且年均增长率在i o 1 2 呈现良好的递增趋势川 1 9 5 7 年 d u s c i n s h y 1 2 合 成了5 氟尿嘧啶脱氧核苷 2 d e o x y 5 n u o r o u r i d i n e 3 0 它对动物移植性肿瘤有 抑制作用 是第一个嘧啶核苷类抗代谢药物 目前用于消化道肿瘤的治疗 对肝癌 有效 毒性比5 f 尿嘧啶 5 f l u o r o c y t o s i n e 小 随后一些5 取代嘧啶及其核苷的衍 生物相继被合成和研究 如5 溴尿苷 27 d e o x y 一5 b r o m o u r i d i n e 3 1 5 碘尿苷 2 7 d e o x y 一5 j o d o u r j d i n e 3 2 和胸腺嘧啶脱氧核苷 27 d e o x y t h y m i d j n e 3 3 等 j 其中碘苷是1 9 5 9 年由p r u s o f f 首先合成的 j 后发现在组织培养中对单纯疱疹i i i 型病毒 牛痘病毒有很强的抑制作用 从而发展成为第一个有效的抗病毒药物 继而合成和发现了一些疗效好 选择性高的脱氧核苷类抗病毒药物 如三氟胸苷 2 一d e o x y 5 t r i f l u o r o m e t h y l u r i d i n e 3 4 溴乙烯脱氧尿苷 e 一5 2 b r o m o v i n y l 一2 一d e o x v u r j d i n e 3 5 1 5 1 等 氟尿嘧啶核苷的化学结构经过改造 又发现了喃氟 啶 t e g a f u r 3 6 1 6 1 和双喃氟啶 1 7 1 t e g a d i f u r 3 7 由于它们可口服吸收 且药物的 血浓度高而持久 与5 一f u 相比 治疗指数较高 毒性较低 已成为治疗胃肠道等 实体瘤的常用药物 近年来开发的5 脱氧 5 一氟尿嘧啶核苷 5 一d e o x y 一5 一 f l u o r o u d i n e 3 8 1 8 可被肿瘤组织中高活性的尿苷磷酸化酶转化为5 f u 具有 有选择性抗肿瘤作用 是一个有希望的抗肿瘤药物 治疗白血病药物维甲酸 r e t i n o i c a c i d 5 一n 一胞苷 2 2 及治疗恶性肿瘤药物8 氯腺苷 8 1 1 9 l 等一批新核苷类药物也 相继开发出来 第一章碱摹修饰与扩展的核苷类化合物的研究进展 审 玲卧 剧 d 帕 3 0 5 一氟脱氧尿苷 4 c o x y 5 n u o r o 州d i n c 2 3 l 5 溴脱氧尿苷 d e y 1 5 b r o m o u r i d i n e 0 o hh 3 2 潞墨氯恩赫 曲妣曲眠曲忡c h b r d d d 3 33 4 3 5 2 d 愚盂呱d i n c 2 d e 毒 蒿 撼t h y d i n c e 5 2 b 慕 恐蔑一 2 氯葛i n e 2 d c o x 灿呱d i n c 2 7 一d e o x y 5 一t r 讯u o r o m 砒y i u d i n c e 5 2 b r o 捕6 v i n y 啤 d o o 则五a i n e 3 6 蕊孑 o 3 7 双喃氟啶 f r e g a d i f u r f o f 5r 脱氧 5 氟尿嘧啶核苷 5 一d c o x y 5 日u o r o u n d j n c 图7几种碱基修饰的脱氧核苷类抗病毒药物 在改造核苷碱基过程中 合成了广谱抗病毒的天然核苷类似物 例如三氮唑核 苷 r i b a v i r i n 2 4 2 1 抗肿瘤药物巯嘌呤核苷 6 一m e r c a p t o p u r i n e 3 9 2 1 1 和 n n s h 巯韶畸核苷 6 m e r c 印i o p l i r i e o h n 人 n 山 d o ho h 4 0 氮杂尿苷 恤a m j n e d 父d d 第一章碱基修饰与扩展的核苷类化合物的研究进展 图8几种合成的核苷类似物抗病毒药物 氮杂尿苷 4 0 2 2 1 等 无环鸟苷的合成也成为核苷类衍生物在抗病毒药物中占有的 重要的地位 其中阿昔洛韦 a c i c l o v i r 是治疗多种庖疹病毒感染的主要药物 2 3 更昔络韦 g a n c i c l o v i r 法昔络韦 f a m c i c l o v i r j 都是有已应用的抗病毒新药 最近发现的一些无环腺嘌呤类化合物 如 s 9 一 2 3 二羟基丙基 腺嘌呤 s d h p a 和 s 3 腺嘌呤 9 基 2 一羟基丙酸 s a h p a 等对病毒的r n a 有活性已引起 重视f 2 卯 它们的作用机理都非常相似 都是通过中断病灶分子中的d n a 复制 增 殖来达到抗肿瘤 抗病毒的目的 由于它们能优先识别病毒分子 并且只能被病毒 分子的胸苷激酶磷化 从而阻断病毒分子的d n a 合成 对宿主细胞的胸苷激酶则 无影响 因而呈现出高效 低毒的特点 阿昔洛韦 a c i c l o v i r 是1 9 7 8 年开发出来 的 开创了无环鸟苷类药物的新纪元f 2 6 1 目前在全世界的抗病毒药物销售额中占第 五位 此外另外一种无环核苷法昔洛韦 v a l a c i c l o v i r 对乙型肝炎这一长期困扰人 们的疑难疾病具有显著的疗效 27 1 有报道其对艾滋病病毒 h i v 也具有一定的活 性 2 8 1 1 3 2碱基修饰与扩展的核苷类抗艾滋病药物 目前国际上已被美国食品与药物管理局 f d a 批准上市的治疗艾滋病的药物 有1 2 种 其中有六种属于核苷类化合物 占5 0 艾滋病病毒 h 的复制过 程依赖一种独特的酶一逆转录酶 r e v e r s et r a n s c p t a s e 所以逆转录酶抑制剂能有效 的抑制艾滋病毒的复制 是应用最早的抗艾滋病药物 可分为核苷类逆转录酶抑制 剂 n u e l e o s i d er e v e r s et r a n s c r i p t a s ei n h i b t o r s n r t i s 和非核营逆转录酶抑制剂 n o n n u c l e o s i d er e v e r s et r a n s c p t a s ei n h i b i t o r s n n i h i s 首先用于临床的核苷类抗 艾滋病药物是齐多夫定 z i d o v u d i n e 4 1 2 9 1 1 9 8 4 年发现其具有抗艾滋病病毒的活 性 1 9 8 5 年临床试验 1 9 8 6 年被f d a 批准为抗艾滋病药物 经f d a 批准的另外五 个n r t i s 是司他夫定 s t a v u d i n e 4 2 扎西他滨 z a l c i t a b i n e 4 3 拉米夫定 1 a m i r u d i n e 4 4 双脱氧肌苷 d i d e o x y i n o s i n e 4 5 阿巴卡韦 a b c a v i r 4 6 2 卵 其结构式见图 9 对核苷类化合物的结构改造是目前药物研究中最有成效 最活跃的领域之一 核苷类化合物可改造的主要部分有碱基 核糖以及核苷键的构型等方面 3 0 1 其中 对核糖部分的改造是抗h i v 一1 药物研究的主要方面 与碱基的改造结果相比 对核 糖部分的改造形式和效果要丰富得多1 3 根据核糖环的27 37 4 57 位取 1 0 第一章碱基修饰与扩展的核苷类化合物的研究进展 代情况可大致划分为2 取代 2 3 双去氧 2 3 一双去氢核苷类似物 异核苷 碳环和杂环核苷类似物 在这些构造改造中27 37 一双去氧核苷类似 物对抗h i v l 病毒的活性最高 研究也最多 2 3 一二脱氧核苷类具有很好的 抗逆转录酶活性 但该化合物的异二脱氧核苷类化合物 i s o d i d e x y a d e n o s i n e 4 7 具有很好的化学稳定性和抗h i v 活性 将天然脱氧腺苷的碱基由9 位移到7 位 合 成了异脱氧腺苷 i s o d e o x y a d e n o s i n e 4 8 m l 目前 双脱氧肌苷 27 37 d i d e o x y i n o s i n e d d i 双脱氧月包苷 2 37 d i d e o x y c y t i d i n e d d c o h n c h 3 弘 岫v j n 3 4 l 齐多夫定 2 i d o v u 山n e 如洲3 力 帅剖 d 4 2 司她夫定 s 组v u d i n 订 h d 砷 h o 4 3 扎西他蒗 丝i c i c 曲i n e 4 4 扫米夫定 1 a r l i d i 嘴l 丫 n h 队 礅呲 斟 4 6 曷孝韦 h 0 o h 4 74 8 异一脱氧脾苷异脱氧腺封 j s o d i d e x y a d e n o s j n e i s o d e o x y a d o s j n e 图9几种常见的抗艾滋病病毒核苷类似物 己在 些国家获准临床使用 双脱氧脱氢胸苷 2 3 d i d e h y d r o 一3 d e o x y t h y m i d i n e d 4 t 已进入临床i i i 期试验 3 近来报道双脱氧胸苷 蠡d x y 出y m i d i n e d d t 对h i v 病毒也具有活性 3 5 1 m a b s 醢nm m 2 6 1 报道了有关双脱 第一章碱基修饰与扩展的核苷类化合物的研究进展 氧胸苷的合成 刘君 3 7 1 等对其合成路线进行了改进 尽管对核糖部分的改造是目 前抗h i v 1 药物研究的主要方面 但碱基改造的核苷在抗h i v l 药物中的作用同样已 引起人们的极大关注和重视 对核苷的碱基进行修饰与扩展已成为一个极为活跃的领 域 该类化合物的地位正日益突出 例如b v d u 4 9 c b v d u 5 0 4 一s b v d u 5 1 f i d a u 5 2 2 炔基腺苷 5 3 等具有很好的抗h i v 1 的生理活性 结构 如下 o h 4 9 b v d u h 0 o h 5 0 c b v d u h 曾 d dh u 剧 聃d 捉r f 者 u 2 蛳1 l l 弱 i f a u 2 a 崎i l l y l a d 如o s i n e o h 5 l 4 s b v d u c r 气c h 2 o c h 2 m c h 3 图1 0 几种新型的碱基修饰与扩展的抗艾滋病病毒核苷类似物 1 3 3碱基修饰与扩展的核苷类抗菌素药物 一些酰基和糖基核苷类化合物具有广泛的抗菌性 杀螨虫性 除莠性和驱肠虫 性 研究发现 当对该化合物进行碱基修饰与扩展时 该类化合物的抗微生物活性和 抗菌性就会大大增强 目前的该类化合物主要是对腺嘌呤碱基修饰与扩展的化合物 例如具有很好的抗微生物活性和抗菌性的磺胺核苷类化合物核菅杀菌素 n u c l e o c i d i n 一2 5 4 链霉素中分离出来的a s c a m y c i n 5 5 a 和脱内酰胺基类似 物a 2 6 5 5 5 b 以及具有广泛的抗菌活性的嘌罗霉素 p u r o m y c i n 5 6 和对念珠 菌有很强的抗活性 且细胞毒性很小的可瑞斯卡啶 c h r y s c a n d i n 5 7 等 它们的结 构如图所示 2 扩扩扩 第一章碱基修饰与拶展的核苷类化台物的研究进展 n ho h 嘌罗霉素 p u m m y c j n o a r 2 h 2 n c h c h 2 c o b r h o h o h 5 5 链霉素 舔c a n l y c i n a t 2 6 5 n ho h 可亲7 斯卡啶 c h r y s c m d i n 图1 1 几种典型的碱基修饰的抗菌素核苷类 r d b i n s r k 在1 9 7 5 年曾经指出 新的时期已经达到这样的一个水平 以直接运用分 子药理 细胞生物学及生物化学的近代原理来研究药物为特点 核苷 核苷酸可以打开这 种研究途径的大门 他认为在今后的2 5 年内 核苷 核苷酸的发展 将在各重要的药物 领域发生重大的影响 它将成为治疗冠心病和病毒性疾病的主要药物 3 引 r d b 妇 r k 的 科学预言 正在不断的实现中 随着核苷酸化学研究的进展 相信不久的将来 具有选择 的抗肿瘤 抗病毒和抗菌素的核苷类药物一定会相继出现 给人们的健康带来福音 1 4 碱基修饰与扩展的核苷类化合物的合成研究现状 由于核苷及其类似物具有广泛的抗肿瘤 抗病毒活性 因此研究核苷的合成方 法长期以来一直是人们关注的热点 其中化学合成方法进展很快 已由原来的经典 合成法 半合成法发展到目前生产中应用的全合成法 另外 现在已发展了利用生物 酶的酶合成法和化学 酶合成法 1 4 1 化学合成法 1 4 1 1 经典合成法 糖基化法 经典合成法 糖基化法 是先分别合成碱基与糖基部分 再将二者通过一定的方 13 第一章碱基修饰与扩展的核苷类化合物的研究进展 法连接起来 根据生成c n 苷键时所采用的方法不同 可分为三类 重金属法 熔融法和硅烷法 1 重金属法f i s c h e r 和h e l f e r i c h 以四乙酰一a d 一溴代葡萄糖和1 3 一二甲基 黄嘌呤银盐为原料在二甲苯中回流反应 合成了最早的人工合成核苷类化合物7 b d 一葡萄糖茶碱核苷 4 0 1 随后 他们利用此方法合成了天然核苷化合物腺苷和鸟 苷1 4 1 1 但产率不理想 后来d a v o l l 和l o w y 进行了改进 采用嘌呤的h g i i 盐和 保护的三乙酰氯代核糖反应制备嘌呤类核苷 发现产率得到明显的提高 并成为制 备核苷类化合物的传统方法 42 1 该法的特点是具有很好的立体选择性 主要得到b 一构型的核苷 应用范围广 不仅适用