（有机化学专业论文）6氯嘌呤衍生物与乙酰乙酸乙酯的snar反应研究.pdf

摘要 核苷类化合物在抗肿瘤、抗病毒和抗艾滋病药物中占有重要的地位，已成为一类不 可缺少的药物，也是目前公认的最有抗病毒潜能的一类药物。在众多核苷类药物中，6 位被c 原子取代的嘌呤类化合物因其潜在的生物活性即在嘌呤环的6 位引入c 取 代基能够显著地影响碱基配位能力，与靶细胞( 酶，受体) 选择性键合的能力，而日益 引起人们的关注。传统的嘌呤6 位引入含c 取代基的方法大多具有自身的局限性，如产 率低，步骤繁琐，反应条件苛刻，催化剂成本昂贵等，鉴于此，我们利用芳环上的亲核 取代反应规律设计并完成了无催化剂条件下2 ( 嘌呤6 基) 乙酰乙酸乙酯，( 嘌呤一6 基) 乙酸乙酯，及6 甲基嘌呤一系列6 位被c 原子取代的嘌呤类化合物的合成工作。 在高极性溶剂d m s o 中，6 位卤代的嘌呤类衍生物与乙酰乙酸乙酯在过量碱的作用 下，在较低的反应温度下，首先生成了2 ( 嘌呤6 基) 乙酰乙酸乙酯；而在较高的反应 温度及较长的反应时间下，6 位卤代的嘌呤类衍生物与乙酰乙酸乙酯经过芳环上的亲核 取代反应，原位脱乙酰化反应生成了( 嘌呤6 基) 乙酸乙酯；在微波辐射下，6 位卤代 的嘌呤类衍生物与乙酰乙酸乙酯在过量碱的作用下，经芳环上的亲核取代反应，原位脱 乙酰化反应及原位脱酯基反应，以较高的收率得到了6 一甲基嘌呤类化合物。共得到了 2 1 种化合物，其中1 9 种为新化合物，所有目标化合物的结构均经1 h - n m r 、1 3 c - n m r 、 h i 洲s 确证。 与文献报导的方法相比，该方法操作简单，无需采用昂贵的催化剂及配体，产率较 高，为在嘌呤6 位引入含c 官能团的化合物提供了一种新方法。 关键词：6 氯嘌呤衍生物，乙酰乙酸乙酯，亲核取代、微波辐射 a b s t r a c t n u c l e o s i d ec o m p o u n d sp l a ya l li m p o r t a n tr o l ei nt h ea n t i t u m o r , a n t i v i r u sa n da n t i h i vd r u g sa n d8 j e r e c o g n i z e da st h ei n d i s p e n s a b l ea n dt h em o s ti m p o t e n ta n t i v i r u sd r u g s o ft h em a n yn u c l e o s i d ed r u g s ， p u r i n e sb e a d n gc a r b o ns u b s t i t u e n t sa t t a c h e dt or i n g c a r b o na t o m si np o s i t i o n s6a r eo fm o r ea n dm o r e i n t e r e s t ，d u et ot h e i rp o t e n t i a lb i o l o g i c a la c t i v i t y - 一i n t r o d u c t i o no fac a r b o ns u b s t i t u e n to n t ot h ep y r i m i d i n e c o m p o n e n t ( p o s i t i o n s6 ) s h o u l dd r a m a t i c a l l yi n f l u e n c et h e i rb a s e - p a r i n ga b i l i t ya n d o rs e l e c t i v eb i n d i n gt o t a r g e tc e l ls y s t e m s ( e n z y m e s ，r e c e p t o r s ) t h et r a d i t i o n a lm e t h o d so fp r e p a r a t i o no fp u r i n e sb e a r i n g c s u b s t i t u e n t si nt h e i r6 - p o s i t i o n sa l w a y sh a v et h e i rl i m i t a t i o n s ，s u c ha sl o wy i e l d s ，t e d i o u so p e r a t i o n s ， h a r s hr e a c t i o nc o n d i t i o n s ，t h ep r e s e n c eo fe x p e n s i v ec a t a l y s t se t c h e r e i n ，w e v ed e s i g n e da n ds y n t h e s i z e d as e r i e so fp u r i n e sb e a r i n gc - s u b s t i t u e n t si np o s i t i o n6s u c h 觞2 - ( p u r i n 6 - y 1 ) a c e t o a c e t i ca c i de t h y le s t e r s ， ( p u f i n e - 6 - y 1 ) a c e t a t e sa n d6 - m e t h y l p u r i n e si n t h ea b s e n c eo fc a t a l y s t sb a s e do nt h es n a rr e a c t i o no f 6 - c h l o r o p u r i n e s 。 i nt h es o l v e n to fd m s ow h i c hh a sh i l g hp o l a r i t y , h a l o p u r i n ed e r i v a t i v e sc o u l dr e a c tw i t he t h y l a c e t o a c e t a t ee f f i c i e n t l yt oy i e l d2 - ( p u r i n - 6 - y 1 ) a c e t o a c e t i ca c i de t h y le s t e r sa tr e l a t i v e l yl o w e rt e m p e r a t u r ei n t h e p r e s e n c e o fe x c e s s i v eb a s e s w h i l eh a l o p u r i n ed e r i v a t i v e sa n de t h y la c e t o a c e t a t ec o u l dg i v e ( p u r i n e - 6 - y 1 ) a c e t a t e sa tr e l a t i v e l yh i g h e rt e m p e r a t u r ea n dl o n g e rr e a c t i o nt i m ew h i c hu n d e r w e n ts s - a r r e a c t i o na n ds u b s e q u e n td e a c e t y l a t i o n u n d e rm i c r o w a v ei r r a d i a t i o n ，6 - m e t h y l p u r i n e sw e r eo b t a i n e di n e x c e l l e n ty i e l d st h r o u g ht h er e a c t i o no fh a i o p u r i n ed e r i v a t i v e sa n de t h y la c e t o a c e t a t ei nt h ep r e s e n c eo f e x c e s s i v eb a s e s ，w h i c hu n d e r w e n ts s a rr e a c t i o n ，d e a c e t y l a t i o na n ds u b s e q u e n td e c a r b o x y l a t i o n t h e s t r u c t u r e so ft h e2 1c o m p o u n d so b t a i n e dw e r ec o n f i r m e db y1 h - n m r , 1 3 c - n m r ，h r m s ，o fw h i c h1 9 c o m p o u n d sh a v en o tb e e nr e p o r t e di nl i t e r a t u r e s c o m p a r e dw i t hp r e v i o u s l yk n o w na p p r o a c h e s ，t h es i m p l i c i t yo ft h i sp r o c e d u r e ，t h ea b s e n c eo f e x p e n s i v ec a t a l y s ta n di i g a n d s ，a n dg e n e r a l l ys a t i s f a c t o r yy i e l d sr e n d e ran o v e lm e t h o df o rt h es y n t h e s i so f p u r i n e sb e a r i n gc a r b o ns u b s t i t u e n t si np o s i t i o n6 k e y w o r d s ：6 - c h l o r o p u r i n e s ，e t h y la c e t o a c e t a t e ，s n a r , m i c r o w a v er a d i a t i o n i i i 独创性声明和论文使用授权说明 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河南师范大学或其他教育机构的学位或证书 所使用过的材料。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。 签名：毛毒盎日期：吐： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河南师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权河南师 范大学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，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 签名：墨杰导师签名：疆丝整日期：盟笸厶： 第一章核苜类化合物的结构、性质及研究进展 第一章核苷类化合物的结构、性质及研究进展 1 1 核苷类化合物的结构和性质 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( r n a ) 和脱氧核糖核酸( d n a ) 之分。它是由多个核苷酸( 脱氧核苷酸) 按照一定的排列顺 序相连形成的多聚体【1 1 ，“核苷”一词最早是由l e v e n e 和j a c o b s 在1 9 0 9 年提出的， 作为核酸的水解产物而被分离得到。核苷中的核糖羟基被磷酸酯化就形成核苷酸。如腺 苷5 - o h 被磷酸酯化就是5 一腺嘌呤核苷酸；当它的y - o h 被磷酸酯化就是3 腺嘌呤核 苷酸。多个核苷酸通过y , 5 - 磷酸二酯键连接起来即形成核酸。核苷和核苷酸的构成如图 1 1 所示。 广硼 姗一艄酸t 核苷厂黼 l 碱基 核苷类化合物的共同结构特点是由糖基和碱基缩合而成，并以糖苷键相连，糖基上 的c 1 与嘧啶的n 1 或与嘌呤的n 9 相连接，x 衍射分析证明，核苷中的碱基与糖环平面 互相垂直。组成核苷的碱基分为两大类：嘧啶碱和嘌呤碱，其中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 ) ；嘌呤碱基包括腺嘌呤 ( a d e n i n e ，a ) 和鸟嘌呤( g u a n i n e ，g ) ，其结构分别如下( 图i 2 ) ： ：噼4 7 礤5 6 h 鞴o h h 鞲。h 碱基 1 本研究得到国家自然科学基金( n o 2 0 7 7 2 0 2 4 ，n o 2 0 8 0 2 0 1 6 ) 的资助 核糖 6 一氯嘌呤衍生物与乙酰乙酸乙酯的s 以r 反应研究 o h t h y m i n e 嘧啶环碱基 印职 h 。毋肿毋h 弗h 谶焱： h o o o h t h y m i d i n e 构成r n a 的核苷 舯尊h d 弗舯甾墩心 构成d n a 的核苷 图卜3 天然核苷 核苷是一类十分重要的生物大分子，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。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 2 文瑚noe盎 第一章核苷类化合物的结构、性质及研究进展 录。许多核苷类似物是病毒复制过程中酶的抑制剂，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，从而终止或抑制病毒d n a 链的延长 和合成，使病毒的复制受到抑制而发挥抗病毒作用。自从1 9 6 2 年第一个抗病毒的核苷 类药物碘苷( i d u ) f 2 1 在临床用于角膜炎和单纯疱疹病毒引起的粘膜损伤以来，核苷类化合 物在抗病毒药物中占有相当重要的地位。在目前己上市的以及应用于临床的抗病毒药物 中，除少数化合物，如金刚烷和干扰素不是核苷类化合物外，核苷类化合物占了相当大 的比例，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型引。 1 2 核苷类抗病毒药物的作用机制和药物代谢机理及分类 1 2 1 核苷类抗病毒药物的作用机制和药物代谢机理 具有抗癌活性的核苷类似物是一类抗代谢物，主要在于拮抗核苷酸代谢。这类化合 物产生细胞毒的机制有三个方面：一是核苷类似物在生化反应中作为伪底物，抑制核苷 酸从头合成的相关酶，干扰d n t p s 库，从而抑制d n a 的复制。二是核昔类似物掺入 d n a 和r n a ，中断d n a 和r n a 链的延伸。三是抑制核酸合成的相关酶，如d n a 聚 合酶和核酸还原酶等，从而抑制核酸大分子的合成和修复。 核苷类似物代谢途径的一个共同点是，药物被细胞膜的转移子识别后转运到胞内， 被相应的激酶磷酸化为三磷酸酯活性衍生物【4 1 。一般认为，核苷类似物的单磷酸化是药 物代谢途径的限速步骤，人体内催化核苷类似物磷酸化的脱氧核苷激酶有胸苷激酶 l ( t h y m i d i n ek i n a s e l ，t k l ) ，t k 2 ，腺苷激酶( a d e n o s i n ek i n a s e ，a k ) ，脱氧胞苷激酶 ( d e o x y c y t i d i n ek i n a s e ，d c k ) 和脱氧鸟苷激酶( d e o x y g u a n o s i n ek i n a s e ，d g k ) 。核苷类似物 一般是水溶性分子需要特异的转移蛋白进入细胞内，这种特异性也就造成了核苷对于不 同癌细胞的特异性和灵敏性，以及药物在体内组织中的分布5 1 。 1 2 2 核苷类抗癌药物的分类 ( 一) 按化学结构分类 ( 1 ) 嘌呤核苷类似物 a ) 巯基嘌呤 6 一巯基嘌呤( 6 m p ) 和6 毓基鸟嘌呤( 6 一t g ) 是最早应用于抗肿瘤的嘌呤核苷类似物， 6 一氯嘌呤衍生物与乙酰乙酸乙酯的s 以r 反应研究 它们分别是次黄嘌呤和鸟嘌呤的衍生物。6 巯基嘌呤和6 巯基鸟嘌呤代谢途径相似，进 入体内后在次黄嘌呤一鸟嘌呤磷酸核糖转移酶的催化下，与5 磷酸核糖一1 焦磷酸反应 生成6 巯基嘌呤核苷酸和6 巯基鸟苷酸。6 巯基嘌呤核苷酸抑制体内嘌呤核苷酸的从头 合成，作为5 磷酸核糖焦磷酸氨基转移酶抑制剂，抑制5 磷酸核糖焦磷酸与谷氨酰胺 反应生成5 磷酸核糖胺，通过抑制次黄嘌呤核苷酸脱氢酶和核苷酸还原酶，影响次黄嘌 呤核苷酸及腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸的形成【6 】。6 巯基鸟苷酸进一步磷酸化为三磷 酸，是多聚酶的底物，掺入到d n a 中去，影响d n a 聚合酶、核酸内切酶和连接酶的 功能，而产生细胞毒作用1 7 1 。 硝基咪唑硫嘌呤( a z a t h i o p r i n ) 是6 巯基嘌呤的咪唑基衍生物( 图1 4 ) ，体内代谢为6 巯基嘌呤，广泛应用为免疫试剂。巯基嘌呤对急性白血病有很好的疗效，如急性淋巴白 血病、急性骨髓性白血病等，对于绒毛膜上皮癌也有显著疗效。 s 印h s 焱h 2 6 一m p6 t g h 3 c 7 n 多、n 0 2 斌心 图卜4 巯基嘌呤类抗癌药物 b ) 脱氧腺苷类似物 脱氧腺嘌呤核苷衍生物目前临床应用的以f l u d a r a b i n e 和c l a d r i b i n e 为代表， f l u d a r a b i n e 主要用于慢性淋巴细胞白血病的治疗，c l a d r i b i n e 主要用于非霍奇金淋巴瘤 的治疗。f l u d a r a b i n e 和c l a d r i b i n e 的抗癌机制主要在于诱导细胞凋亡【8 - 1 0 l 。 1 9 8 3 年c o h e n 等报道了阿糖鸟苷( a r a - g ) 对t 淋巴细胞的活性，但因为非水溶性 一直限制了其发展。其前药n e l a r a b i n e 水溶性是其l o 倍，在第一期临床试验中，n e l a r a b i n e 对t 细胞白血病有很好的治疗前景( 图1 5 ) 。 4 第一章核苷类化合物的结构、性质及研究进展 粉擎。毋心 6 一氯嘌呤衍生物与乙酰乙酸乙酯的s 以r 反应研究 d o h c y t a r a b i n e ，a r a c 硎 dd o h g e m c i t a b i n ec n d a c 咐冬掣n 冬n k 甲 沁n 剖目- o h6 h 6 h o h d a c n h 2_ h 2 破取 db 洲 5 - a z a t y t ：i d i n e5 - a z a - c y t o s i n e a r a b i n o s i d e d d ct r o x a c i t a b i n e 图卜6 网糖胞苷类抗癌药物 b ) 氟嘧啶核苷类似物 5 氟尿嘧啶和氟尿嘧啶脱氧核苷对结肠癌、胰腺癌、胸腺癌和头颈部癌有很好的疗 效。5 氟尿嘧啶和氟尿嘧啶脱氧核苷在体内均被转化成5 氟一2 一脱氧尿苷一5 单磷酸活性 形式，而表现出细胞毒性作用。5 一氟一2 脱氧尿苷5 单磷酸是脱氧胸腺酸合成酶的抑制 剂，干扰脱氧胸腺嘧啶核苷酸的从头合成，导致胸腺嘧啶核苷三磷酸库的清空，脱氧尿 苷库的扩增，最终影响核酸的转录和翻犁1 7 】。 5 氟尿嘧啶前药c a p e c i t a b i n e 能够提高氟尿嘧啶在肿瘤细胞中的浓度而降低在正常 组织细胞中的浓度，从而提高治疗效果降低副作用，有很好的临床应用前景。这主要是 因为c a p e c i t a b i n e 透过肠黏膜后，代谢为5 脱氧5 一氟胞嘧啶和5 脱氧5 氟尿嘧啶，在 胸腺嘧啶磷酸化酶作用下产生氟尿嘧啶，而这种酶在肿瘤细胞中比在正常细胞中有更高 的表达。其他前药如呋氟尿嘧啶、双呋氟尿嘧啶等较稳定，在体内逐渐释放5 氟尿嘧啶， 毒性比5 氟尿嘧啶小5 - 6 倍，化疗指数高。( 图1 7 ) 6 第一章核茁类化合物的结构、性质及研究进展 o ef 卒f 最h 。 剧0 帅 h n 8 一o c 5 h 11 f 哦 o ho h 5 - f uf u d rf t c a p e c i t a b i n e 图卜7 氟嘧啶核苷类抗癌药物 ( 二) 按抗癌药物作用分类 对核苷类药物按其抗病毒作用不同可分为六大类：( 1 ) 抗人类免疫缺陷病毒药物。这 类药物很多，如已经上市的核苷类逆转录酶抑制剂：齐多夫定( z i n d o v u d i n e ，1 ) 、地丹诺 辛( d i d a n o s i n e ，2 ) 、扎西他滨( z a l c i t a b i n e ，3 ) 、司他夫定( s t a v u d i n e ，4 ) 、拉米夫定 ( l a m i v u d i n e ，5 ) 、阿巴卡韦( a b a c a v i r ，6 ) 等【1 8 之0 1 ，其作用机制是在细胞内磷酸化形成5 三磷酸的活性代谢产物，与5 三磷酸核苷竞争，通过逆转录酶整合入病毒d n a ，引发 病毒r n a 链提前终止，从而抑制病毒的复制，但所有的核苷逆转录酶抑制剂都能引起 一些潜在的肝脏脂肪变性和致死性酸中毒综合症【1 9 1 ；( 2 ) 抗巨细胞病毒药物。这些药物主 要有：更昔洛韦( g a n c i c l o v i r ，7 ) 、西多夫韦( c i d o f o v i r ，8 ) 等，这类药物均存在一定的缺 点，如更昔洛韦( 7 ) 对巨细胞病毒( c m v ) 有较强的抑制作用，但毒性大。为了克服这一缺 点，人们对其结构进行修饰或发展其前药，如更昔洛韦的前药v a l g a n c i c l o v i r 已投入临 床研究中【1 9 1 ；( 3 ) 抗肝炎病毒药。目前这类药物主要有：单磷酸阿糖腺苷、拉米夫定( 5 ) 、 喷昔洛韦( p e n c i c l o v i r ，9 ) 、三氮唑核苷( r i b a v i r i n ，1 0 ) 、阿德福韦( a d e f o v i r , 1 4 ) 等，但这 类药物均存在一定的缺点，如拉米夫定需患者长期服用，停药易复发，且有耐药病毒株 出现【1 9 1 ；( 4 ) 抗疱疹病毒药物。这类药物经过病毒胸苷激酶磷酸化成三磷酸化合物与三磷 酸脱氧尿苷竞争，从而抑制病毒d n a 的合成。主要有：阿昔洛韦( a c y c l o v i r ，1 1 ) 、泛 昔洛韦( f a m e i c l o v i r ，1 2 ) 、喷昔洛韦( 9 ) 、三氮唑核昔( 1 0 ) 等，这些药物也存在一定的缺 点，如阿昔洛韦长期使用可出现耐药性【2 1 】：( 5 ) 抗流感a 及呼吸道病毒药物。如利巴韦 林等；( 6 ) 抗人乳头瘤病毒( h p v ) 药物，如西多夫韦。现已进入和即将进入临床的药物有 数十种之多，核苷类抗病毒药物在世界抗病毒药物销售总额中占很大部分并呈逐年增长 趋势。一些常见的核苷类抗病毒药物的化学结构如图1 8 所示： 7 故h f 6 一氯嘌呤衍生物与乙酰乙酸乙酯的s 以r 反应研究 h o h o n 3 齐多夫定( a z d z i d o v u d i n e ，1 柁米夫定 l a m i v u d i n e ，5 n 喷昔洛韦 p e n c i c l o v i r , 9 o o l i 碘苷 i d o x u r i d i n e ，1 3 h o n n o 地丹诺辛( 3 l 叫 去羟肌茸，d d l ) d i d a n o s i n e ，2 h 2 0 h 阿巴卡韦 a b a c a v i r , 6 h o 三氮唑核昔 r i b a v i v i n ，1 0 n on h o k o o h 舯d 扎西他滨( d d c ) z a l c i t a b i n e ，3 n 0 h o - l - o j i h o _ j 阿德福韦 a d e f o v i r , 1 4 o 更昔洛韦 g a n c i c l o v i r ，7 阿昔洛韦 a c y c l o v i r , 11 o d 司他夫定( d 4 t ) s t a v u d i n e ，4 o 等l 。 西多大韦 c i d o f o v i r , 8 h 泛昔洛韦 f a m c i d o v i r , 1 2 o 图1 - 8 常见的核苷类抗病毒药物 1 3 核苷类化合物的研究现状 阿德福韦酯 a d e f o v i rd i p i v o x i l ，1 5 从1 9 5 9 年第一个核苷类药物问世以来【2 2 】，核苷类化合物的合成研究引起了药物化 学工作者极大的兴趣。经人工合成的核苷类化合物种类非常繁多，但经过分析可以发现 大多数核苷类化合物都是对天然核苷改造的结果，天然核苷总的骨架没有发生大的变 化。对天然核苷的修饰主要包括碱基修饰、糖基修饰以及碱糖基双重修饰三个方面： 1 3 1 碱基修饰的核苷类化合物 8 nnj f f n n 又 。众 乙 寸三絮谢 第一章核苷类化合物的结构、性质及研究进展 碱基对核苷及其衍生物的抗病毒性能起着决定作用，因此，碱基改造是研究核苷抗 病毒药物的一条重要途径。碱基部分的改造主要有：( 1 ) 碱基杂环上引入取代基，这种改 造方法比较常见，多为嘧啶环上的5 位、嘌呤的2 位、6 位或8 位上引入卤素等基团1 2 3 - 3 0 1 ， 如碘苷( i d u ，图1 8 ，13 ) ，2 脱氧- 5 一氟尿苷( 2 - d e o x y 5 一f l u o r o u r i d i n e ，f u d r ，1 4 ) ，5 一( 2 一 溴乙烯基) 脱氧尿苷( b v d u ，1 5 ) ，5 - 乙基脱氧尿苷( e d u ，1 6 ) ，5 氟胞苷( 1 7 ) ，2 一氟腺苷 ( 2 - f l u o r o a d e n o s i n e ，1 8 ) ，6 巯基嘌呤( 6 一m e r c a p t o p u r i n e ，6 - m p ，1 9 ) 和6 一巯基鸟嘌呤 ( 6 - t h i o g u a n i n e ，6 - t g ，2 0 ) ，8 氯腺苷( 8 一c i - a d o ，2 1 ) 等。( 2 ) 碱基杂环上的原子取代，通 过引入杂原子，如嘧啶环和嘌呤环的脱氮或氮杂型来调节活性，如用于治疗急性非淋巴 细胞性白血病的5 一氮杂胞苷( 5 a z ac y t i d i n e ，2 2 ) 。( 3 ) 双环或多环碱基的应用与改造，这 类改造不常见( 图1 9 ) 。 h o n n o i o h 2 氟腺苷 2 - f l u o r o a d e n o s i n e 1 8 1 7 6 巯基嘌呤 6 巯基鸟嘌呤8 氯腺苷 5 氮杂胞苷 6 - m p ，1 9 6 - t p ，2 08 - c i - a d o ，2 1 5 - a z ac y t i d i n e ，2 2 图1 9 嘧啶和嘌呤环上的改造 在碱基上改造的取代基不能太大，主要是卤素( 氟、氯、溴、碘) ，2 卤代乙烯基，炔 基，低级烷基，低级醇，杂芳基如2 噻吩，2 呋喃基等，如果取代基过大则没有活性。 5 卤代尿嘧啶由于氟原子半径与氢接近，可作为尿嘧啶替代物，氯和溴原子半径与甲基 接近，可作为胸腺嘧啶的替代物，当它们嵌入d n a 或r n a 链时，生物遗传物质发生变 化，从而干扰病毒的合成。 1 3 2 糖基修饰的核苷类化合物 核苷衍生物的抗病毒活性与侧链连接的糖基密切相关，通过改造糖基有时可以使药 q 刚礅 n n h 蚰玲 n n h 6 一氯嘌呤衍生物与乙酰乙酸乙酯的s 以r 反应研究 物的抗病毒活性有很大的提高，同时还可以降低药物的毒副作用，而且改造后的糖基与 天然核苷相差越大，则核苷的毒副作用越低。为了筛选有更高活性的药物和改进己知药 物的药效、药理性质，并降低毒副作用，修饰糖基就成了很好的选择3 1 。3 6 1 ，其变化主要 有以下几个方面： ( 1 ) 2 、3 或57 一单独改造的核糖核苷 2 ，- 或3 单独改造核糖核苷是核糖基的2 ，- 或3 ，- 位羟基被其它基团取代( 包括2 ，- 羟基 由p 位转变为q 位的阿糖核苷和3 一羟基由p 位转变为仅位的木糖核苷) ，取代基主要有 卤素、叠氮基、氨基、亚甲基、乙炔基、氰基和羟甲基等。57 位改造核糖变化类型与前 两种脱氧核糖核苷有较大差别，除了上述取代基类型外，还可以连接其他许多基团，如 1 羟乙基、2 羟乙基等【3 7 , 3 8 】，这类改造核苷目前只有阿糖腺苷( a d e n i n ea r a b i n o s i d ，a r a a ， 2 3 ) 和单磷酸阿糖腺苷在临床上应用，阿糖腺苷抑制乙肝病毒脱氧核糖核酸聚合酶的水 平快而明显，比干扰素好。阿糖胞苷( c y t a r a b i n e ，a r a c ，2 4 ) 是最早发现并应用于临床 的脱氧胞嘧啶核苷类似物。它是目前治疗急性骨髓性白血病( a m l ) 最有效的药物之一。 如另外，2 ，- 氧一磺酰基腺苷( 2 5 ) 、虫草素( c o r d y c e p i n ，2 6 ) 均有抗菌和抗r n a 病毒作用。 其结构式如图1 1 0 ： 岬n 玲舯 肿d “舯 玲印 剖啪d 哆糖婴毫 阿糖胞苷 2 - 氧磺酰基腺苷2 5 a r a - 丸2 3a m c ，2 4 一一” 虫草素 c o r d y c c p i n ，2 6 图卜1 0 四个2 、3 或57 一单独改造的d 一腺苷 ( 2 ) 2 一，3 一二脱氧或脱氧脱氢型核糖核苷 这类化合物是目前核糖改造中最常见的类型，已有许多在临床上作为药物，如齐多 夫定( a z t ，1 ) ，地丹诺辛( d d i ，2 ) ，扎西他滨( d d c ，3 ) ，司他夫定( d 4 t ，4 ) 等【3 9 4 ，这类 化合物都是较好抗a i d s 的药物。 ( 3 ) 杂原子取代的核糖核苷类 这类核苷是用杂原子取代糖环上的氧或碳，其中以硫原子和氮原子取代研究的最多， 如拉米夫定( l a m i v u d i n e ，3 t c ，5 ) 【4 2 】。 ( 4 ) 其它类型呋喃核糖核苷 1 0 d 叫 第一章核苷类化合物的结构、性质及研究进展 这类核苷包括碱基连接在非正常碳原子位，如化合物2 7 ；或连接在五元氮杂环的氮 上，如化合物2 8 ；糖基的羟基与碱基形成环状，如环胞苷( c y c l o c 州d i n e ，2 9 ) ；以及2 位和3 位羟基形成环，如化合物3 0 等各种情况，其结构式如图1 1 1 所示： n h h n h ， i 玲n o o h 环胞苷 2 72 8 c y c l o c y t i d i n e 2 9 图卜1 1 非正常呋喃糖核苷 h 。舀季 。汴3 。 ( 5 ) 碳环类核苷 此类化合物的合成一般针对性较强，大都是为了要改进特定药物的严重缺陷而设计 的，因此命中率较高，也有少数碳苷来自自然界，其代表性的化合物及衍生物有：溴乙 烯脱氧尿碳苷1 、腺嘌呤及其衍生物的碳苷 4 5 , 4 6 。碳环类核苷代表了一大类糖基改造核 苷，碳环可以是三元环、四元环、五元环和六元环，它们可以是饱和的，也可以是不饱 和的。其中以四元碳环和五元碳环研究的最多，发现活性较好的也最多，临床应用前景 较大，值得进一步研究。五元碳环类核苷是将核糖基的氧换成碳，由于碳原子的引入， 在该碳原子上可带有羟基或其它基团，以及与邻近的碳形成双键等更多的变化类型。目 前有三类体外活性较大的此类核苷：n e p l a n o c i na ( 3 1 ) ，a r i s t e r o m y e i n ( 3 2 ) 和c a r b a - 2 一脱 氧核苷( 3 3 ) ( 其结构式如图1 1 2 所示) ，其它变化形式的核苷可视为它们的类似物。除此 之外，碳环类核苷的糖基还可以是三元，四元和六元碳环。 o 吣趣 肿d n m 2 “。 o h o h n e p l a n o c i na3 1 n n o 儿 丫l h 八n 入n h ， h o o h o h a r i s t e r o m y c i n3 2 n n o 儿 页# n h n 心 o h c a r b a - 2 - 脱氧核苷3 3 图卜1 2 几种碳环类核苷 ( 6 ) 无环核苷( 即无糖环核苷) 自从无环鸟苷( a c v ) i h 世以来，无环核苷作为抗病毒药物已逐渐引起人们的注意， 殳b 6 氯嘌呤衍生物与乙酰乙酸乙酯的s m r 反应研究 一p 辛玲一p 辛玲一p 磐： 第一章核苜类化合物的结构、性质及研究进展 角膜炎及其他疱疹性眼病。5 氟尿嘧啶( 5 f u ) 是临床上广泛应用于治疗实体瘤的抗肿瘤 药物，但5 - f u 缺乏选择性，给骨髓、胃肠道、中枢神经系统和皮肤方面带来毒性。卡 培他滨( c 印e c 油b i n e ) 5 0 j 是一种基于改善5 氟嘧啶的选择性、毒性及安全性而发展起来的 抗肿瘤药，它只能在肿瘤组织中特定的胞苷脱氨酶和胸苷磷酸酶作用下才能完全转化成 真正有活性的5 氟尿嘧啶。c a p e c i t a b i n e 已在美国、加拿大等国批准用于治疗乳腺癌。 糖碱基双重修饰的一些化合物结构式如下图所示： h o i d u v i r a n a i d u c a p e c i t a b i n e n h 2 图卜1 4 糖碱基双重修饰的核苷 1 46 位被c 原子取代的嘌呤核苷衍生物的合成化学 6 位被c 原子取代的嘌呤核苷类衍生物在核苷类药物的研究中占据着重要地位，6 位被c 原子取代的嘌呤类衍生物大多具有广泛的生物效应：如抑制细胞生长，抗病毒， 杀菌等活性。目前，6 位被c 原子取代的嘌呤核苷衍生物的合成方法有杂环化，自由基 取代，与金属有机化合物的偶联反应及以适当嘌呤核苷类似物为底物的s n 时反应等，以 下章节就这几种方法进行深入介绍： 1 4 1 杂环化法 杂环化法是进行嘌呤6 位c 取代基修饰的一种传统方法【5 1 5 3 1 。如6 甲基嘌呤【5 l 】可由 6 甲基嘧啶经氯化，氨基化，硝化，还原，得到的4 ，5 二甲基嘧啶中间体再与原甲酸 酯反应而制得。该方法用以制备6 位被c 原子取代的嘌呤类化合物通常步骤比较繁琐， 6 一氯嘌岭衍生物与乙酰乙酸乙酯的s 以r 反应研究 而且产率较低。 1 4 2 自由基取代 自由基取代是在嘌呤6 位进行含c 官能团修饰的另一种方法( 图1 1 5 ) 1 5 4 - 5 7 。在 光解条件下，6 卤代嘌呤中弱的碳卤键可发生均裂，得到嘌呤自由基【5 7 1 。而6 氨基嘌 呤在经过重氮化后可以形成较为稳定的重氮盐 5 8 , 5 9 j ，重氮盐经光化分解，同样也可以得 到嘌呤自由基。得到的嘌呤自由基可以与醇及酰胺反应得到羟基或是胺烷基取代的嘌 呤。类似地，光解产生的嘌呤自由基也可以与芳香性溶剂反应而得到6 位芳基取代或是 杂芳基取代的嘌呤类化合物。由这种方法制备6 位被c 原子取代的嘌呤类化合物，通常 会得到区域异构体的混合物，而且产率也不是太高。 n n i r南拿o c h 3 8 0 ) 1 h 2 ，p d - c ( 5 ) 2 a c 2 0 p y m e o h n n o a co a c 1 9 第二章微波辐射在核苷类化合物合成中的研究进展 第二章微波辐射在核苷类化合物合成中的研究进展 2 1 微波简介 微波( m i c r o w a v e ，m w ) 是频率大约在3 0 0m h z - - 3 0 0g h z ，即波长在10 0c m 至lm m 范围内的电磁波，位于电磁波谱的红外辐射和无线电波之间。根据国际无线电公约，工 业和科研中可用的微波频率有4 个，臣p ( 9 1 5 _ 2 5 m h z ) 、( 2 4 5 0 1 3m h z ) 、( 5 8 0 0 7 5m h z ) 和( 2 2 1 2 5 1 2 5m h z ) ，其中( 2 4 5 0 1 3m h z ) 最为常用。微波技术因军事应用而问世，而 后向民用领域转移，8 0 年代扩展到化学领域，逐步形成一门新的交叉学科微波化学。 微波化学已在无机材料、分析化学、高分子材料等领域得到广泛而成功的应用【9 6 1 。微波 加热是指在3 0 0m h z 3 0 0g h z 频率范围内对物体进行的加热。微波加热不同于一般的 常规加热方式，常规加热是由外部热源通过热辐射由表及里的传导式加热；微波加热是 材料在电磁场中由介质而引起的体加热，这种加热的优点是明显的，它与高频介电加热 技术类似，只不过采用的工作频率为微波频段而已。微波加热意味着将微波电磁能转变 成为热能，其能量是通过空间或媒质以电磁波形式来传递的。对物质的加热过程与物质 内部分子的极化有着密切的关系。 2 2 微波辐射原理及特点 关于微波加速有机反应的机理，化学界存在着两种观点1 0 4 】。一种观点认为，微波合 成反应速率或产率的提高在于微波的致热作用和过热作用；另一种则认为，微波作用有 其独特的非致热效应。致热观点认为，虽然微波是一种内加热，具有加热速度快、加热 均匀无温度梯度、无滞后效应等特点，但微波化学反应只是一种加热方式，与传统加热 反应并无区别。微波仅使物质内能增加，并未改变反应的动力学性质。微波属非电离辐 射，其作用于分子的化学键发生共振时不可能发生化学键断裂。极性分子由于分子内电 荷分布不平衡，在微波场内能迅速吸收电磁波的能量，通过分子偶极作用以每秒数十亿 次的高速旋转产生热效应，这种加热是由分子自身运动引起的，称为“内加热”。内加 热的优越之处在于加热快，受热体系温度均匀，分子的偶极矩越大，则加热越快，此时 能显著提高反应的速度；非热效应观点认为，微波对有机化学反应的作用是非常复杂的， 除其热效应外，它还加剧了分子的运动，提高了分子的平均能量，即降低了反应的活化 2 l 6 一氯嘌呤衍生物与乙酰乙酸乙酯的s 以r 反应研究 能，大大增加了反应物分子的碰撞频率，使反应迅速完成。微波被极性分子吸收时，可 以通过在分子中储存微波能量与分子平动能量发生自由交换，即通过改变分子排列等焓 或熵效应来降低反应活化能，从而改变了反应的动力学，促进反应进程，即所谓的“特 殊效应”或“非热效应”。 目前关于微波对化学反应的致热效应或非热效应仍存在较多的争论，在这方面的研 究有待于进一步的深入。此外，人们还发现化学反应速率不仅与微波的功率有关，而且 还与施加微波的方式有关。应该说，微波有机合成的发展已有二十年，但对于微波加速 反应机理的研究还是一个新的领域，有些反应结果缺乏实验上更为充分的论证，有许多 实验现象需要更全面、细致和系统地解释，从而得出较为全面、合理的结论。 2 3 微波辐射在核苷类化合物合成中的应用现状 自从1 9 8 6 年g e d y er n 等【9 3 1 报道了用微波辐射进行快速有机合成以来，受到化学 工作者的普遍重视。微波作为一种非传统能量方式，能提高反应速率数百倍乃至上千倍， 且具有操作方便、副产物少、产率高及易分离提纯等优点，更趋于满足“绿色合成 环 境友好的需要。目前，在有机合成领域微波辐射已经具有了广泛的应用【1 0 岳1 1 2 1 ，在微波 加热合成【1 1 3 。1 1 6 】、微波选择性和催化合成 1 1 7 , 1 1 8 】、无溶剂合成【1 1 9 1 、高分子合成【1 2 0 1 、组合 化学的平行高通量合成【1 2 l j 等方面已经有很好的综述和总结。 微波辐射方法的采用，同样使核苷类化合物的合成研究有了较大的改观。从近年来 的研究状况可以看出，微波在核苷类化合物的合成中已经有了较为广泛的应用。内容涉 及微波辅助下碱基的改造【1 2 2 1 2 6 1 、糖环的改造【1 2 7 - 1 2 9 1 、c - n 苷键的生成【1 3 0 - 1 3 3 1 、碱基和糖 环的构建【1 3 4 。1 3 6 】等方面，涉及的反应类型有取代反应、加成反应、成环反应、偶联反应、 官能团的保护与脱保护以及c - n 苷键的形成反应等等。 总之，微波辐射方法的采用，使核昔类化合物的合成研究得到了很大的改进。随着 微波技术和微波作用机理的进一步研究，相信微波辐射将成为核苷类化合物合成的理想 方法。与此同时，核苷类化合物的药用价值也会得到更为深入的开发。 2 2 第三章工作设想及仪器、药品和试剂 3 1 工作设想 第三章工作设想及仪器、药品和试剂 鉴于核苷类化合物在抗病毒、抗肿瘤以及抗菌类药物开发中的重要性，我们认为对 已知具有生理活性的嘌呤类化合物进行新的合成方法学研究，同时对其进行合理的修饰 十分必要，并且具有重要的理论意义和现实意义。 传统的6 位被c 原子取代的嘌呤类化合物的合成方法普遍存在着反应路线复杂，收 率低，使用昂贵的催化剂及配体等问题。考虑到6 位被c 原子取代的嘌呤类化合物具有 重要的临床药用价值，因此寻求一种高效、低廉的合成方法已迫在眉睫。因此我们确定 将6 位被c 原子取代的嘌呤类化合物的合成新方法研究作为本论文的主要指导思想。在 实验室前期工作的基础上，我们在d m s o 及过量碱的体系中利用芳环上的亲核取代反 应规律采用常规加热及微波辅助的方法合成出了一系列6 位被c 原子取代的嘌呤类化合 物，即2 ( 嘌呤6 基) 乙酰乙酸乙酯，( 嘌呤6 一基) 乙酸乙酯，及6