（应用化学专业论文）7位接枝修饰的甾体芳香酶抑制剂的合成研究.pdf

中文摘要 甾体芳香酶抑制剂能抑制芳香酶活性，阻断芳构化反应，抑制雌激素生成， 从而达到治疗乳腺癌的目的。芳香酶抑制剂具有较高的专一性和作用持久性，作 为乳腺癌治疗的一种全新思路引起广泛关注，广泛应用于i 临床。甾体芳香酶抑制 剂结构与芳香酶底物雄烯二酮相似，可由雄烯二酮合成而得。雄烯二酮来源广泛， 价格便宜。本文以雄烯二酮为起始原料，设计得到7 位接枝修饰的甾体芳香酶抑 制剂，研究化合物及其中间体的合成，并通过i r 、n m r 、m s 等手段对化合物 结构进行确证。 论文首先研究了雄烯二酮的氧化反应。当以2 ，3 二氯5 ，6 二腈对苯二醌为氧 化剂时，反应受酸的影响很大。无酸催化下，苯做溶剂，主要得到化合物3 3 ， 3 3 的纯度为9 7 5 、收率为7 6 1 ；二氧六环做溶剂，对甲苯磺酸( 含水) 催 化下，主要得到化合物3 3 ，3 3 的纯度为9 5 9 、收率为5 0 3 ；弱酸对甲苯甲 酸催化下，苯做溶剂，主要得到化合物3 3 ，3 3 的纯度为9 7 1 、收率为8 8 7 ； 无水强酸对甲苯磺酸催化下，苯做溶剂，主要得到化合物3 2 ，3 2 的纯度为 9 6 5 、收率为6 8 3 。提高反应温度、加大催化剂用量或延长反应时间，3 3 较稳定，而3 2 有转化为3 _ 4 的趋势。反应需加入当量很大的强酸催化剂，反应 产物需通过柱色谱分离才能得到单一产物，收率低，副产物多，后处理复杂。当 用2 ，3 ，5 ，6 四氯对苯二醌作氧化剂，对雄烯二酮进行氧化时，副产物比例低，主 要得到化合物3 2 。最佳反应条件为：2 ，3 ，5 ，6 四氯对苯二醌作氧化剂，氧化剂与 雄烯二酮当量比为1 1 ：1 ，回流3 h ，重结晶后纯度为9 8 6 、收率7 2 6 。 其次，论文通过中间体3 2 进行7 位接枝修饰。通过g r i g n a r d 反应在7 位引 入乙基、丁基，收率分别为3 7 。2 、3 0 9 ：通过m i c h a e l 加成反应在7 位引入 乙硫基、苯硫基、苯亚砜基、巯丙硫基、氨乙硫基，收率分别为4 0 1 、8 0 4 、 2 8 5 、9 2 1 、8 7 9 。 最后，论文在化合物3 1 0 的基础上，通过取代反应，合成化合物3 1 6 ，总 收率为6 6 - 3 。 关键词：甾体，雄烯二酮，芳香酶抑制剂，2 ，3 ，5 ，6 四氯对苯二醌，接枝修饰 a b s t r a c t s t e r o i d a la r o m a t a s ei n h i b i t o rc a l li n h i b i tt h ea r o m a t a s ea c t i v i t y , i n t e r d i c tt h e r e a c t i o n 。a n di n h i b i tt h ee s t r o g e nf o r m a t i o n ，s ot h a ti tc a l lc u r et h eb r e a s tc a n c e r f o r i t ss p e c i a l i t ya n dd u r a t i v e a r o m a t a s ei n h i b i t o ra sad r u gf o r t h eb r e a s tc a n c e rh a s g a i n e dw i d ea t t e n t i o n i tc a nb eu s e dt oc l i n i c s t e r o i d a la r o m a t a s ei n h i b i t o rh a st h e s i m i l a rs t r u c t u r ew i t ht h ea n d r o s t e n e d i o n e ( a d ) ，w h i c hc a l lb eu s e dt os y n t h e s i z e a r o m a t a s e a di sv e r yc h e a pa n dh a st h er i c hr e s o u r c e i nt h i sd i s s e r t a t i o nd e s i g n s s t e r o i d a la r o m a t a s ei n h i b i t o rw i t l lt h ep o s i t i o no fc 7i n g r a f t a t i o nd e c o r a t e d , s t u d i e s s y n t h e s i so fc o m p o u n do ri t si n t e r m e d i a t ea n dc o r r o b o r a t e st h es t r u c t u r eo fc o m p o u n d t h r o u g h 1 n m rm s f i r s t l y , t h e s i si n v e s t i g a t e so x i d a t i o no fa da n dg e t st h em i x t u r ew i t ht h ea da s t h em a t e r i a la n dd d qa so x i d a n t t h er e a c t i o ni si n f l u e n c e dg r e a t l yb ya c i d w i t h b e n z e n ea st h es o l v e n t ，m a i n l yg e t st h e3 - 3w i t h o u tt h ea c i dc a t a l y s t ，p u r i t ya n dy i e l d c a ng e tu pt o9 7 5 ，7 6 1 。t h e s i sg e t st h e3 - 3w i t ht h ea c i dc o n t a i n i n gw a t e r w i t h d i o x a n ea ss o l v e n t ，i t sp u r i t ya n dy i e l da r e9 5 9 ，5 0 3 w i t ht h ew e a ka c i d t h e b e n z e n ea st h es o l v e n t ，g e t st h e 3 - 3p u r i t ya n d y i e l do f 9 7 1 ，8 8 7 。w i t ht h es t r o n g a c i dw i t h o u tw a t e r , t h eb e n z e n ea st h es o l v e n t g e t st h e3 - 2p u r i t ya n dy i e l do f9 6 5 6 8 3 r i s i n gu pt h et e m p e r a t u r ea n dm o r ec a t a l y s to rl o n gt i m eo fr e a c t i o nc a nm a k e t h e3 3m o r es t a b l eb u tm a k et h et r e n dt h a tt h e3 2w o u l dt r a n s f e ri n t o3 3 i nt h e r e a c t i o n ，i tn e e d sl a r g eq u a n t i t yo fs t r o n ga c i dc a t a l y s t ，s oh a st og e tt h ef i n a ls i n g l e p r o d u c tw i t ht h ec o l u m n i a t i o nc h r o m a t o g r a ms e p a r a t i o nm e t h o d w i t ht h i sm e t h o d ， t h ey i e l dw a sv e r yl o wa n dt h e r ew e r em a n yo u t g r o w t h s a n dt h el a t e rt r e a t m e n ti s v e r yc o m p l i c a t e d t h e s i sg e t st h ei n t e r m e d i a t e3 2w i t ht h ea da st h em a t e r i a la n d c h l o r a n i la so x i d a n t t h eo u t g r o w t hr a t ei sv e r yl o w t h em o s tp r o p e rc o n d i t i o ni s ： w i t l lc h l o r a n l la so x i d a n t 1 1 ：1f o rt h ee qr a t i oo fo x i d a n tv sa d 3 hf o rt h er e f l u x u n d e rt h ec o n d i t i o nw eg o tt h ep u r i t ya n dy i e l do f9 8 6 7 2 6 w i t hr e e r y s t a l m e t h o d s e c o n d l y , t h e s i sg e t st h ei n t e r m e d i a t e3 2a st h em a t e r i a la n dt h e nm e n d e di t w i t ht h ee v e ni n g r a f t a t i o nd e c o r a t e d i n d u c t e dt h ee t h y la n db u t y lt h r o u g ht h e g r i g n a r dr e a c t i o n , a n dg e t st h ey i e l do f37 2 、3 0 9 r e s p e c t i v e l y a n di n d u c t e dt h e t h i o e t h y l ，t h i o p h e n y l ，s u l f o x i d e p h e n y l ，t h i o h y d r o x y p r o p y l t h i o ，t h i o e t h y l a m i n o ， t h r o u g hm i c h a e lr e a c t i o n , a n dg e t st h ey i e l do f 4 0 1 、8 0 4 、2 8 5 、9 2 1 、8 7 9 r e s p e c t i v e l y f i n a l l y , t h e s i sg e t s3 - 1 6t h r o u g hs u b s t i t u e n tr e a c t i o nw i t h3 10a st h em a t e r i a l t o t a ly i e l di s6 6 3 k e yw o r d s ：s t e r o i d ，a n d r o s t e n e d i o n e ，a r o m a t a s ei n h i b i t o r , c h l o r a n i l ，i n g r a f t a t i o n d e c o r a t e d 独创，i - k 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，除了文中特剐加以标汴和致翰之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞盘堂或其他教育机构的学位或征 书而使用过的材料。与我一同1 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： 嬲 签字| r 期：聊年6 胃侈h 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定 特授权墨叠盘堂可以将学位论文的令部或部分内容编入有关数掘库进行检 索，并采用影e 毋、缩印或扫描等复锚手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向罔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浇明) 学位论文作者签名： 褡芦rl 期：矽司年6 月肛i - - 1 导师签名： l 签字f t 期：眵毯 前言 - 一 月i j 吾 乳腺癌是常见的恶性肿瘤，严重威胁女性健康。自1 9 3 0 年至今，其世界年 度死亡率一直保持在2 7 10 万。发病起接受治疗者的lo 年生存率迄今低于3 0 。 我国乳腺癌虽不如欧美多见，但也在大量增加，每年外科治疗数已达2 0 余万例， 已经引起重视。 目前乳腺癌的治疗主要采用抗雌激素疗法。乳腺肿瘤具有雌激素依赖性，调 控雌激素水平可影响疾病的进展。抗雌激素与雌激素受体竞争，优先与雌激素结 合，使雌激素受体失活，阻断雌激素受体转变成肿瘤，从而达到治疗乳腺癌的目 的。抗雌激素药物敏感性高，对子宫内膜及子宫内膜癌无促进增生作用。抗雌激 素有一定的副作用，能带来骨质疏松、脂代谢紊乱等不利因素。鉴于抗雌激素的 局限性，临床上提出了用芳香酶抑制剂来治疗乳腺癌的新方法。 当前，乳腺癌的治疗都是为去除、抑制、阻断或干扰雌激素介导的细胞生长 和分化作用，从而达到减少乳腺癌的发生率或抑制癌细胞的生长。雌激素可由芳 香酶催化雄激素转变而成，芳香酶抑制剂能抑制芳香酶活性，阻断芳构化反应， 抑制雌激素生成，降低血液中雌激素水平，从而达到治疗乳腺癌的目的。芳香酶 抑制剂作为乳腺癌治疗的一种全新思路引起了相关学者的关注，经过三十年的努 力，已开发了许多芳香酶抑制剂，广泛用于临床。芳香酶抑制剂按其结构可分为 甾体和非甾体两类，非甾体芳香酶抑制剂具有较高的口服利用度和药代动力学特 性，但多数选择性不高。甾体芳香酶抑制剂模拟芳香酶的天然底物雄烯二酮的结 构，竞争与芳香酶结合位点结合而使酶失活，与前者相比具有较高的专一性和作 用持久性，已广泛应用于临床。 甾体芳香酶抑制剂是治疗乳腺癌的特效药物，结构与雄烯二酮相似，可由雄 烯二酮合成而得。雄烯二酮来源广泛，价格便宜。雄烯二酮7 位可引入多种基团， 合成的化合物具有一定的芳香酶抑制活性，它为合成高选择性的甾体芳香酶抑制 剂提供了很好的设计空间。本文开展了以雄烯二酮为起始原料合成7 位接枝修饰 的芳香酶抑制剂的探索，摸索合理的合成工艺，对推动以雄烯二酮为原料合成芳 香酶抑制剂的研究具有非常重要的理论意义和现实意义。 第一章文献综述 1 1 甾体化合物简介 第一章文献综述 甾体化合物又叫类固醇化合物( s t e r o i d ) ，是一类具有环戊烷骈多氢菲母核的 有机化合物。甾体是广泛存在于自然界动植物体内的一类化合物，其化学结构由 a 、b 、c 、d 四个环稠合而成，a 、b 和c 环为六元环，b 环为五元环。通常a b 环和c d 环稠合处各有一个角甲基，许多甾体在d 环c 1 7 位有侧链【1 1 。甾体基本 结构如图1 1 所示。 图1 - 1 甾体基本结构 f i g 1 lg e n e r a ls t r u c t u r eo fs t e r o i d s 甾体化合物具有四个环系和多个取代基，几乎所有的这类化合物的c l o 和 c 1 3 处的侧链都是甲基，称为角甲基，而在c 1 7 位常有一个含氧的功能基或一 个碳链。在它的分子中含有多个手性碳原子，立体化学比较复杂，从理论上讲， 它应含有许多个立体异构体，但就目前所知，天然甾体化合物都只有两种构型， 即只在a 环和b 环之间有顺反异构现象，而b 环和c 环、c 环和d 环之间只以 反式互相稠合： 妒扩 a 、b 反式a 、b 顺式 图1 2 甾体环构象 f i g ，1 - 2c o n f o r m a t i o n a lo fs t e r o i d s 1 2 甾体药物合成进展 目前，广泛使用的甾体药物有5 0 多种，已成为医药工业的一大门类。从国 2 第一章文献综述 际甾体药物产业发展来看，1 9 8 0 年产量约9 5 吨，销售额达1 5 亿美元，占医药 产品总销售额的4 3 ；1 9 9 0 年产量增至1 0 5 吨，销售额1 0 8 亿美元，年均递增 1 0 4 ；2 0 0 0 年销售额约2 0 0 亿美元，约占世界医药总销售额的6 ，成为产量 仅次于抗生素的第二大类药物。据统计，1 9 9 6 年我国甾体药物年生产能力已达 2 2 0 吨，产量1 0 0 吨以上；2 0 0 1 年计划生育类甾体药物产量为1 1 3 2 6 吨，出口 量为1 7 1 1 吨，而2 0 0 2 年产量已达1 3 0 4 6 吨，出口量为2 9 2 9 吨，分别增长了 1 5 1 9 和7 1 7 9 。目前国内开发成功的强的松龙、倍他美松、米非司酮等新型 高效甾体药物产品正在扩大规模，确炎舒松、布地奈德已在申报临床试验，即将 审批投产。从上述资料显示，随着甾体药物生产技术的不断更新，其应用领域也 在不断扩大，必将带来更加广阔的市场前景。 迄今为止，至少有几十种疗效确实、副作用小、使用安全的甾体药物分别被 收载于各国药典。还有许多将收于各国药典，同时还有一些正处于开发阶段，包 括临床前和正处于临床阶段的药物。 甾体药物从最初的动物腺体中提取分离，发展到人工全合成再到实现工业化 生产，其发展过程可分为四个阶段。 第一阶段( 二十世纪三十年代) ，从动物腺体粗提物中分离出天然甾体激素药 物，如雌酮( e s t r o n e ) 、雌二醇( e s t r a d i 0 1 ) 、睾丸酮( t e s t o s t e r o n e ) 、皮质酮 ( c o r t i c o s t e r o n e ) 等结晶，发现它们作为替代性药物却取得了良好的疗效，挽救了 无数的生命，激发了科学家们对这些物质化学结构的研究，并在实验室中合成成 功，开创了甾体化学。 o 雌酮 睾丸酮 h 雌二醇 皮质酮 第二阶段( - - 十世纪四十年代至五十年代前期) ，采用薯蓣皂素( d i o s g e n i n ) 作 为甾体药物生产的工业原料，标志着甾体药物进入实用化阶段，药物可大量而相 第一章文献综述 对廉价地投放市场。同时，生产过程所得到的中间体醋酸妊娠双烯醇酮及醋酸 去氢表雄酮成为了合成各种新型甾体药物的重要原料，对甾体化学的发展起了十 分重要的作用。 1 9 4 9 年前，类风湿性关节炎是属于一种常见病、多发病，对于此病长期缺乏 有效药物的治疗。偶然发现促肾上腺皮质激素药物可的松是治疗此种疾病的有效 药物之后，甾体药物的使用范围从替补治疗扩大到了更为广泛的领域，如皮肤病、 过敏性哮喘、鼻炎等变态反应疾病的治疗以及在生物医学工程如器官移植等方面 的应用，并促进人们对于甾体药物的化学合成及其构效关系进行深入研究，在此 期间寻找并开发出了许多皮质激素甾体药物。同时，微生物转化方法在甾体药物 工业生产上的成功应用，a 环芳香化，引入双键及引入c 1 1 位基团等微生物转化 方法的成功，使以植物皂素为原料的半合成法更趋完善。微生物转化法的区域选 择性和立体选择性均较好，专一性强，一步发酵常可代替几步化学反应【2 卅。用 微生物氧化降解胆甾醇或豆甾醇等植物甾醇的c 1 7 位侧链的成功，开辟了一条 不同于以薯蓣皂素为原料制备甾体药物的新途径。 h o 薯蓣皂素醋酸妊娠双烯醇酮胆甾醇 o 可的松醋酸去氢表雄酮豆甾醇 第三阶段( 二十世纪五十年代后期至六十年代) ，甾体避孕药的发明是甾体药 物的又一临床新用途，给人类计划生育控制提供了新的良好手段，同时也促进了 甾体化学研究不断地发展。甾体药物使用人数增至上亿人口，甾体药物消费量大 幅度上升，推动了甾体药物工业化生产水平达到新的高度。 第四阶段( - - 十世纪七十年代后期至今) ，甾体药物全合成已实现了工业化生 产，说明甾体化学、特别是不对称合成发展到了相当高的水平。由全合成法制得 4 第一章文献综述 的抗早孕甾体药物左旋炔诺酮5 ，6 1 、米非司酮7 ，8 1 等已成为我国重要的计划生育使 用药物，对我国计划生育和人口控制有着深远的社会意义和影响。目前，全合成 法虽不能与半合成法全面竞争，但也已经显示出良好的应用前景。 左旋炔诺酮米非司酮 如今随着甾体药物作用机制的基础理论的研究、构效关系的研究逐步深入以 及甾体生物测定方法的建立，进一步促进了甾体药物的发展。 1 3 甾体芳香酶抑制剂的作用原理 芳香酶( a r o m a t a s e ，a r ) 是微粒体细胞色素p 4 5 0 的一种复合酶，它由血红 蛋白p 4 5 0 一和还原型辅酶n a d p h 组成，是催化生物体内雄激素向雌激素转化的 限速酶。其催化反应分3 步进行，首先是a r 中的铁卟啉活化分子氧，将雄激素 ( 雄烯二酮) 的1 9 角甲基氧化生成偕二羟基，然后脱水生成1 9 醛基化合物，最 后再氧化成甲酸脱去，同时脱去1 1 3 h 使a 环芳构化，从而转化为雌激素嘲( 见图 1 3 ) 。 n a d p h - - - - - - - - - - - - - - - - 1 0 2 n a d p h 。0 2 h 2 0 h c 0 2 h 丛垒旦! 蔓- 0 2 图1 3 芳香酶催化过程 f i g 1 3t h ep r o p o s e dm e c h a n i s mo f t h ea r o m a t a s ee n z y m e 研究表明：有三分之二的乳腺癌是雌激素依赖性的，它们能在雌激素减少后 得以消退。a r 抑制剂按其结构可分为甾体和非甾体两类，非甾体a r 抑制剂通 常是含氮杂环衍生物，杂环上的氮原子通过与a r 上的血红蛋白铁离子配位，占 据a r 的活性位置而使酶失活。此类抑制剂具有较高的口服利用度和药代动力学 5 第一章文献综述 特性，但多数选择性不高。甾体a r 抑制剂模拟a r 的天然底物雄烯二酮 ( a n d r o s t e n e d i o n e a d ) 的结构，竞争与a r 结合位点结合而使酶失活，与前者 相比具有较高的专一性和作用持久性。 1 4 甾体芳香酶抑制剂的研究进展 1 9 7 3 年，s c h w a r s e l 首次提出芳香酶抑制剂能特异性导致靶酶失活，阻断芳 香化反应，抑制雌激素生成，降低血液中雌激素水平从而达到治疗乳腺癌的目的， 并相继报道了一系列抑制a r 活性的化合物。甾体芳香酶抑制剂作为乳腺癌治疗 的一种全新思路引起了相关学者的关注，经近三十年的努力，已开发上市了大量 甾体a r 抑制剂，作为治疗乳腺癌的二线或三线药物，在美国、日本等已广泛用 于临床。 1 4 1c - 1 、c - 2 位的结构修饰 当淄体a 环上c 1 与c 2 为饱和键时，大多为可逆性芳构酶抑制剂。在c l 位 引入立体位阻小的取代基对活性有利，如2 ，2 二甲基雄烯二酮( 化合物1 1 ) 及 2 氟1 甲基雄甾1 ，4 二烯3 ，1 7 二酮( 1 2 ) 对a r 均具有较强的竞争性抑制作用。 在c 1 的口位引入空间位阻大的取代基则活性显著降低i l0 1 。此外，c 2 位的a ，b 两种不同构型取代基对a r 活性的影响不同。2 b 取代基指向与1 9 甲基相关的1 ， 3 二直立键，阻碍1 9 甲基的羟化反应，故较2 0 【异构体活性侧1 1 】。在c 1 和c 2 间插入双键，导致a 环构型趋于平坦，更适合与a r 结合，可得到基于作用机制 的不可逆a r 抑制剂【1 2 】。1 , 4 二烯3 ，1 7 二酮( a t d ，1 - 3 ) 是强不可逆a r 抑制剂， 以其为先导化合物经结构优化已获得一些较高活性化合物。如德国s c h e r i n g 公司 开发研制的阿他美坦【l3 】( a t a m e r t a n e ，1 - 4 ) 可显著减少雄猴睾酮或a d 芳构化， 降低血浆中雌激素水平。 6 1 - 2 第一章文献综述 1 4 20 - 3 位的结构修饰 1 4 f i s h 等用羰基的生物电子等排体亚甲基取代c 3 位羰基，同时在c 1 9 位引入 羟基、醛基等得到了一系列3 亚甲基类似物( 1 5 ) ，其亲和力是3 羰基类似物的 3 - - 1 0 倍【l4 】。用氚标记底物的方法结合其他证据表明：3 亚甲基a d 类似物通过 与干扰底物进入各催化位点的变构部位结合而使酶失活。 c 3 位和c 1 7 位羰基曾被认为是活性必需的官能团，为考察c 3 羰基的重要 性，n u m a z a w a 等人合成了一系列a 、b 环中含烯酮结构的3 脱氧a d 衍生物( 1 - 6 8 ) ，6 a 、7 柳8 a 均能以竞争方式有效抑$ i j a r 活性，从而说明c 3 位羰基不是活 性所必需的官能团，且研究表明：c 1 7 位羰基对该系列衍生物的活性是十分重 要的【1 5 】。3 亚甲基a d 类似物与3 脱氧a d 类似物均与催化位点具有较高的亲和 力，且由于缺乏c 一3 位羰基，其氧化物不能发生非酶重排生成性激素活性物质， 因此无论作为芳香酶抑制剂还是作为研究芳构化反应机制的探针，它们均具有较 好的开发前景。 l 5 l 一7 o 1 6 i pc h 3 ，c h 2 0 h ，c h o 7 o 1 _ 8 第一章文献综述 1 4 3c 一4 位的结构修饰 b r o d i n e 在a t d 的c - 4 位引入羟基，合成了强力且具高度特异性的芳香酶抑制 剂福美斯坦( f o r m e s t a n e ，1 9 ) ，经瑞士c i b a g e i g y 公司开发，1 9 9 3 年在英国首 次上市。此药耐受性良好，适用治疗绝经后妇女的乳腺癌，对经过激素治疗后又 复发的患者也具疗效，其缺点是体内消除速度过快，口服生物利用度低1 1 6 1 。福 美斯坦的发现引起了对c 4 位结构改造的兴趣，继而引入了巯基、甲氧基、酯基、 卤素等取代基，并从中筛选出4 氨基取代雄烯二酮类似物米那米斯坦 ( m i n a m e s t a n e 1 1 0 ) d 7 ，虽然其活性略低于福美斯坦，但却是一个无内在雌激 素活性、口服有效的a r 不可逆抑制剂。a b u l h a j j 等合成了系列4 巯烷基取代和 4 芳基取代的衍生物1 1 8 , 1 9 ，发现4 个碳以内的烷基及苯基取代衍生物是芳香酶的 “双重危险自杀性底物”，其中4 一苯硫基a d ( 1 1 1 ) 活性最高，据此推测在甾体 的4 旺位有一个疏水性口袋。随后又合成了一系列4 - n ，s ，o 烷基或芳基取代的 衍生物，它们均为竞争性芳香酶抑制剂。构效关系研究表明：n ，s ，o 上的孤对 电子对活性几乎没有影响，即电子效应不是主要影响因素【2 。 1 4 40 - 6 位的结构修饰 n h 2 1 1 2 s 国 1 1 0 1 1 1 r l 1 3 i pa l k y l ( c1 - c 8 ) ，c 6 h 5 ，c h 2 c 6 i - 1 5 ，c h = c h 2 ，c - - = c h n u m a z a w a 等首先在a d 的c 6 位引入溴、氟、羟基、乙酰氧基等，得到了 较高活性的竞争性抑制剂。而后又分别以a d 和3 脱氧a d 为母体，合成了系列 8 第一章文献综述 6 烷基( c 1 c 8 ) ，6 芳基( 苯基、苄基) 取代的类似物( 1 1 2 ，1 1 3 ) 。 研究表明，在a d 的6 b 位，有一个容积有限的疏水性口袋，由于乙基是这个 容积度的最佳适配基，故6 p 乙基进入疏水性口袋可生成热力学稳定的抑酶复合 物，因而活性最高【2 l 】。最近报道了一系列6 取代的1 , 4 一二烯，4 ，6 二烯，1 , 4 ，6 三烯a d 衍生物，除6 p 苯甲酸及6 p 乙酰基外其余均具有较好的抑制活性。分子 模型显示空间效应及电子效应均是影响6 取代衍生物活性的重要因素【2 2 1 。1 1 3 系列衍生物由于缺乏3 位羰基，仅c 1 7 位羰基通过氢键与芳香酶活性部位相连， 其角度不同于底物与a r 键合的角度，故c 6 取代基对其活性的影响也不同于系 列1 1 2 。3 脱氧甾体的6 仅烷基取代物对酶的亲和力比相应的b 异构体要高。其中 6 a 乙基，6 p 乙酰基，6 p 甲氧基具有较强抑制活性【2 3 】。 3 , 6 ，1 7 雄烯三酮( 1 1 4 ) 是发现得最早的“自杀性底物”，其活性较弱【2 4 1 。 而后进一步研究了3 , 6 ，1 7 一雄烯- - - 酮的a ，b 环取代【2 5 】、1 9 取代【2 6 1 、3 3 b 还原及 3 脱氧衍生物1 28 1 ，从中得到一些活性较高的衍生物。构效关系表明：c 一3 位羰基 是该系列化合物使芳香酶时间依赖性失活所必需的官能团。 依西美斯坦【2 9 j ( e x e m e s t a n e ，1 1 5 ) 为1 3 服的不可逆芳酶抑制剂，具有较好的 生物利用度，绝经后晚期乳腺癌患者口服依西美斯坦2 5 m g d f l 邑使a r 活性降低 9 8 ，它对皮质激素、醛固酮、1 7 羟化酶等均未见不良反应。该药由美国p h a r m a c i a & u p j o l l i l 公司研制，于2 0 0 0 年3 月在美国、英国等国上市。 o 1 1 41 1 5 此外，c 6 位的改造还包括一些4 , 6 ，6 , 7 ，5 , 6 一桥环衍生物，它们大多是中 等强度的抑制剂。 1 4 5c - 7q 位的结构修饰 b r u g g e m e i e r 等在a d 的c 一7 位引入- s r 、一s 矧取代基，它对芳香酶的亲和力显 著增强【3 0 1 。其中7 a ( 4 氨基) 苯硫醚- 4 雄烯3 ，1 7 二酮( 1 1 6 ) 是最强的竞争 性抑制剂。据实验结果推测，在7 q 附近有一个容积较大的“疏水性口袋”，可允 许较大基团进入。为了迸一步定量这个“疏水性口袋”，2 0 世纪8 0 年代以来， 在c 7 a 位引入了烷基、芳基、萘环、酯基等基副3 1 1 。结果表明：含芳环侧链的 9 第一章文献综述 衍生物亲和力最高，苯环通过1 - 3 个碳与甾核相接时具有较高的活性，但随着 碳链增长，活性显著降低。在化合物1 1 6 的c 1 与c - 2 间引入双键，得到了基于 作用机制的强力芳香酶抑制剂1 1 7 ，它对芳香酶具有高度亲和力，在酶的催化下 能转化为活性中间体，迅速地与a r 的活性部位共价结合，从而不可逆地抑制芳 香酶的活性。 1 1 61 1 7 1 1 8 7 旷芳硫醚衍生物具有较高的活性，但由于结构中含硫，在体内易发生代谢 而被排泄，故稳定性较差。为提高稳定性同时也为考察硫是否是活性所必需，用 c c 键代替c s 键合成了一系列7 a ( c h 2 ) 。a r 取代衍生物( 1 1 8 ) ，结果同样得 到竞争性芳香酶抑制剂，虽然活性有所降低，但它们却具有较高的稳定性【3 2 1 。 研究表明，空问效应是主要影响因素，为新化合物的设计提供了定量依据【3 3 1 。 1 4 6c - 10 和c - 19 位的结构修饰 c 1 9 甲基的氧化脱去是芳构化反应的主要步骤，故是结构修饰的重要靶位。 w r i g h t 等在1 9 位引入环丙烷、环硫乙烷、环氧乙烷等取代基，它们均为强竞争 性抑制剂。用纯化酶进行光谱学研究表明，在杂环上的n ，s ，o 等杂原子能通 过s p 杂化轨道与血红素中铁离子生成强配位键，它们与酶的成键部位和血红素 的双重作用使其具有较高活性。 r o u s s e l u c l a f 拘研究人员【3 4 1 设计合成了一系列1 0 b 含硫取代基的化合物， 其中r u 5 4 1 1 5 ( 1 1 9 ) 与o i 沁3 0 9 5 8 ( 1 2 0 ) 显示出较强的抑制活性。为寻找更 好的a r 抑制剂，l e s u i s s e 及c o u r v c s t 掣”】以r u 5 4 1 1 5 为先导化合物，改变化合物 1 1 8 取代基的链长、刚性、支链及杂原子等因素，合成了系列c 1 9 1 3 取代的衍生 物( 1 2 1 ) 。杂原子与甾体间的亚甲基将会显著影响甾体与a r 活性部位的作用方 式，光谱分析表明：杂原子通过碳链( c h 2 ) 。与甾体相连，当n = l ，2 时抑制活性 1 0 第一章文献综述 最强：当n = 0 时，杂原子直接与甾体相连，该化合物只与a r 的亲脂性区域成键； 当1 1 3 时则由于空间位阻失去与芳香酶的结合力。 1 1 91 2 01 2 l b u r k h a r t 等1 3 6 】合成了一系列2 ，1 9 桥环取代的衍生物( 1 - 2 2 ) ，其中化合物1 - 2 2 a 和1 - 2 2 b 是时间依赖性的芳香酶抑制剂，1 - 2 2 c f l 邑与酶底物的复合物成键，非竞 争性抑制芳香酶的活性。化合物1 - 2 2 d 显示了最强的抑制活性，b u r k h a r t 提出了 它使酶失活的机制，即在酶的作用下氧化成羟基，进一步发生逆羟醛缩和转化成 亲电试剂，然后与a r 发生共价加成反应使芳构酶失活。另外，还合成了2 ，1 9 ， 3 ，1 9 ，4 ，1 9 ，6 ，1 9 系列桥环衍生物，但它们几乎没有活性。 1 2 2 abc d xos n h c h 2 y c h 2c h 2c h 2 c h 2 1 4 7 甾体芳香酶抑制剂构效关系的研究 芳香酶抑制剂作为治疗乳腺癌的新型药物，是乳腺癌治疗取得的重大进展。 甾体芳香酶抑制剂不仅作为治疗药物而且可作为化学探针进一步研究芳香酶结 构和活性部位。了解甾体芳香酶抑制剂的构效关系，能进一步揭示酶促反应和药 物作用的过程，能建立更完善、精确的模型指导高效专一的芳香酶抑制剂的设计 与合成。 芳香酶抑制剂的构效关系如下： c 一1 ，c 2 位由于空间位阻只能引入小体积的基团；在c 1 c 2 位引入双键能找到 第一章文献综述 基于作用机制的a r 酶抑制剂。 3 位羰基通过氢键与a r 活性部位相连，但不是活性必需的官能团，其3 脱 氧及3 亚甲基衍生物也具有较高的生物活性。 c 4 5 双键能使甾体采取合适的构型与a r 活性部位进行结合，c - 4 位有一 疏水性口袋，合适体积大小的取代基有利于活性。 在c 6 位空间效应和电子效应均是影响活性的主要因素，6 a 位有一容积有限 的疏水性口袋，负电性基团对活性不利。 c 7 a 位a r 有一个容积较大疏水性口袋，可允许苯环等大基团的引入，它为 寻找高选择性a r 抑制剂提供了很好的设计空间。 甾体的c 1 7 位羰基对活性十分有利，在结构改造时一般作保留基团。 芳构酶中的血红素铁离子在甾体a 环c 1 和c 2 原子的上方接近c 1 9 甲基， c 1 9 位空间限制和电子效应是影响活性的主要因素，在c 1 9 位引入合适体 积和空间取向的给电子基团有利于寻找开发基于机制的a r 抑制剂。 1 2 第二章课题的提出与实验设计 第二章课题的提出与实验设计 2 1 课题的提出与意义 2 0 世纪7 0 年代以来，随着薯蓣资源日渐枯竭，原本以薯蓣为原料的甾体药 物工业，开始向以胆固醇、植物甾醇为原料的方向转变。1 9 6 9 年日本m m i m a 等 人利用添加抑制剂的方法成功地使甾醇降解为a d ( 雄甾- 4 烯3 ，1 7 二酮) 。另外 m a r s c h e c k 等用诱变的方法筛选到分枝杆菌m y c o b a t e r i u mn r r lb 3 8 0 5 的突变 株，该菌能有效的产生a d 。由于胆固醇、植物甾醇等来源丰富，价格便宜，许 多大的制药公司如日本三菱化成、德国先令( s c h e r i n ga g ) 、荷兰g i s t 、美n u p j o h n 等先后成功采用胆固醇、植物甾醇为原料，用于生产a d i - 3 7 - 4 1 。 雄烯二酮( a d ) 是一种重要的甾体药物中间体，因其独特的结构，利用它 做起始原料几乎可以合成所有甾体药物，如芳香酶抑制剂、睾丸素、妊娠素、螺 甾内酯、安体舒通、氢化可的松等甾体药物。因此，以雄烯二酮为原料合成甾体 药物，是目前研究甾体药物开发的一个热剧4 2 1 。 我国的甾体药物生产基本上使用薯蓣皂素，来源主要是野生的川地龙、黄姜 等。利用微生物降解方法可使甾醇侧链高产率的生成1 7 酮基甾体获得成功后， 为我们开辟了一个新的可供利用的资源。我国不仅有丰富的薯蓣皂素资源，而且 也有丰富的动、植物甾醇资源。因此，利用食用油精炼下脚的豆甾醇和谷甾醇等 来生产甾体药物，原料基础稳固，价格相对便宜，在产品上极具竞争优势。 乳腺癌是妇女常见的恶性肿瘤，严重危害女性健康，寻找高效低廉的治疗药 物迫在眉睫。甾体芳香酶抑制剂具有较高的专一性和作用持久性，是治疗乳腺癌 的特效药物。甾体芳香酶抑制剂结构与雄烯二酮相似，可由雄烯二酮合成制备。 雄烯二酮来源广泛，价格适中。 因此，本文开展了以雄烯二酮为起始原料合成芳香酶抑制剂的探索，摸索合 理的合成工艺，最终获得切实可行的甾体芳香酶抑制剂的合成方法。 2 2 实验方案设计 以雄烯二酮为起始原料，设计合成如下化合物： 1 3 第二章课题的提出与实验设计 r = c h 2 c h 3 ，c h 2 c h 2 c h 2 c h 3 ，s c h 2 c h 3 ，s c 6 h 5 ，o s c 6 h 5 ，s c h 2 c h 2 c h 2 s h ， s c h 2 c h 2 n h 2 h c i ， 具体的合成路线如图2 - 1 ，通过脱氢氧化反应先在雄烯二酮的6 , 7 位形成双 键，再在7 位引入侧链进行修饰。研究反应是否可行以及反应介质、温度、时间 等反应条件对反应的进程及其产物的影响规律。 r = a l k y lo rt h i o a l k y l , t h i o a r y l 图2 1 合成路线 f i g 2 1s y n t h e t i cr o u t e 1 4 第三章实验部分 3 1 实验原料和设备 3 1 1 实验原料及试剂 第三章实验部分 实验中所用的主要原料和试剂如表3 - 1 所示。 表3 - 1 主要原料及试剂 t a b 3 1m a i nm a t e r i a l sa n dr e a g e n t s 第三章实验部分 3 1 2 主要实验设备和仪器 高效液相色谱仪( h p l c ) ：a g i l e n t11 0 0s e r i e s 型 核磁共振仪( n - m r ) ：b r u k e r a v4 0 0 型，t m s 内标 1 6 第三章实验部分 质谱仪( m s ) ：v gz a b h s 型 3 2 雄烯二酮的氧化 3 2 1 雄甾一4 。6 一二烯一3 ，17 一二酮的合成 3 - 1 c h l o r a n i i - - - - - - - - - - t - b u o h ，r e f l u x 3 - 2 向l l 三口瓶中加入5 0 0 m l 叔丁醇和3 0 9 ( 1 0 5 m m 0 1 ) 化合物3 1 ，搅拌下 加入2 9 9 ( 1 2 0 m m 0 1 ) 四氯苯醌，升温至回流，回流4 h 。冷却至室温，减压浓缩 除去大部分叔丁醇，加水稀释，用二氯甲烷萃取。有机相用饱和碳酸钠水溶液洗、 水洗、饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥，过滤，减压浓缩，得浅黄色膏状物。用 乙酸乙酯重结晶，晶体用少许乙酸乙酯洗涤，得2 1 4 9 浅黄色晶体3 2 ，收率 7 2 6 。 e i m s ( 1 l z ) ：2 8 4 2 ( m + ) ，2 4 0 2 ，1 0 7 1 ，4 1 1 1 h n m r ( 4 0 0 m h z ，c d c l 3 ) 6 ：1 1 0 ( s ，3 h ，1 8 - q 邑) ，1 2 5 ( s ，3 h ，1 9 一q 邑) ， 5 6 8 ( t ，1 h ，7 h ) ，6 1 7 ( d ，1 h ，6 h ) 1 3 cn m r ( 4 0 0 m h z ，c d c l 3 ) 6 ：1 3 8 4 ，1 6 4 8 ，2 0 1 3 ，2 1 5 6 ，3 1 0 0 ，3 1 4 6 ，3 4 0 3 ， 3 5 ”，3 6 3 0 ，3 7 1 9 ，4 8 4 1 ，4 8 9 l ，5 0 9 5 ，1 2 4 3 1 ( 4 c ) ，1 2 8 9 2 ( 6 c ) ，1 3 8 4 7 ( 7 c ) ， 1 6 3 0 4 ( 5 - c ) ，1 9 9 3 6 ( 3 - c ) ，2 1 9 4 3