喜樹堿類生物堿的高效全合成VIP

1、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 博士學(xué)位論文喜樹堿類生物堿的高效全合成 姓名：劉觀賽 申請學(xué)位級別：博士 專業(yè)：有機(jī)化學(xué) 指導(dǎo)教師：姚祝軍 20210401 摘要 摘要 癌癥是當(dāng)前危害人類健康的主要?dú)⑹种?，近年來其發(fā)病率呈上升趨勢，死亡人數(shù)逐個(gè)增加。藥物是癌癥治療中最具開發(fā)潛力的手段與研究方向之一。隨著有效抗癌藥物的增多、治療策略的改進(jìn)，藥物治療在癌癥綜合治療中的地位日益提高、比重日益增加。 喜樹堿是由等人從喜樹中別離得到的具有五元并環(huán)結(jié)構(gòu)的生物堿，具有優(yōu)良的抗癌活性。目前己用于臨床的抗癌藥物伊立替康與拓?fù)涮婵?就是以喜樹堿作為先導(dǎo)化合物開展而來的衍生結(jié)構(gòu)化合物，另外還有一些喜樹堿的衍生物正處于臨床研究的

2、各個(gè)階段。雖然目前化學(xué)合成喜樹堿及其衍生物的報(bào)道層出不窮，但其合成方法往往存在著效率低，路線長，費(fèi)用高等缺陷。鑒于此，我們試圖開展高效且實(shí)用的合成喜樹堿類生物堿的新策略和新方法，進(jìn)行喜樹堿類生物堿的合成探索，拓展獲得由天然喜樹堿難于或無法得到的喜樹堿衍生物的新途徑。 年，周海濱博士以試劑作為酰胺活化試劑開展了一個(gè)條件溫和且高效的串聯(lián)環(huán)化反響，并以此反響為關(guān)鍵步驟高效合成了喜樹堿及 。在周海濱博士的工作根底上，我們相繼完成了對及的全合成。相對于之前的合成，合成效率得到了極大的提高。 傳統(tǒng)的環(huán)的構(gòu)建使用大量昂貴且難于不易操作的金屬試劑。為了防止這些缺點(diǎn)，我們開展了一條新的喜樹堿及一羥基喜樹堿的全合

3、成路線。該路線從廉價(jià)易得的原料出發(fā)，應(yīng)用有機(jī)催化的加成及縮合組成的串聯(lián)反響構(gòu)建喜樹堿的環(huán)，利用分子內(nèi)的氧雜反響構(gòu)建喜樹堿的環(huán)。該路線的成功對喜樹堿及其衍生物的工業(yè)化生產(chǎn)具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：全合成，生物堿，喜樹堿，串聯(lián)反響，氧雜反響。一 。一 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 一 ， ， ， ， ： ， ， 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行研究工作所取得的成果。除已特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含任何他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。與我一同工作的同志對本研究所做的奉獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明。 作者簽名： 簽字日期：

4、山旦掣 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)位論文授權(quán)使用聲明 作為申請學(xué)位的條件之一，學(xué)位論文著作權(quán)擁有者授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)擁有學(xué)位論文的局部使用權(quán)，即：學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱，可以將學(xué)位論文編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。本人提交的電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。 保密的學(xué)位論文在解密后也遵守此規(guī)定。 明公開 口保密年 作者簽名： 導(dǎo)師躲趣遜退 簽字日期： 第一章背景介紹 第章背景介紹 引言 腫瘤是指肌體在各種致瘤因素的作用下，局部組織的某一個(gè)細(xì)胞異常增生而形成的局部腫塊吐通常情況下，腫瘤分為

5、良生腫瘤和惡生腫瘤兩大類。良性腫瘤是無浸潤和轉(zhuǎn)移能力的腫瘤它在絕大多數(shù)情況下不會(huì)惡變，很少復(fù)發(fā)，對機(jī)體影響較小；惡性腫瘤又被稱為癌癥，其瘤細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能與相應(yīng)的正常細(xì)胞有較人的差異，可以破壞組織及器官的結(jié)構(gòu)和功能，最終導(dǎo)致器官功能衰竭而死亡。與良性腫瘤不同的是，惡性腫瘤在生長的過程中，瘤細(xì)胞在局部浸潤到周圍組織的同時(shí)，還可以轉(zhuǎn)移到身體的其他部位 。這種局部浸潤和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤特有的性質(zhì)，并且是威脅患者的健康和生命的主要原因。 乏 ， 。 一 。量 哪 惡性腫瘤的開展過程及其生長的主要部位 癌癥是當(dāng)前危害人類健康的主要?dú)⑹种?，近年來其發(fā)病率成上升趨勢，死亡人數(shù)逐漸增加。據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)

6、據(jù)，全球每年約有萬人被確診為癌癥，有萬人死于癌癥已成為超過瘧疾、艾滋病和結(jié)核病的人類第一大死因。據(jù)估計(jì)，如果不采取相應(yīng)的措施，預(yù)計(jì)到年全球?qū)?huì)有萬新增病例，死亡人數(shù)可能會(huì)到達(dá)萬，而其中絕大局部人將處在低收入的開展中國家。 第一章背景介紹年月日，在上海舉行的腫瘤宣傳周上發(fā)布的最新癌癥統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，中國每年癌癥新發(fā)病例為萬人，因癌癥死亡人數(shù)為萬人。惡性腫瘤已成為我國居民的主要死因，中國每至個(gè)死亡者中就有一個(gè)死于癌癥，占死亡原因的以上。同樣，兒童惡性腫瘤的發(fā)病率也逐漸上升，已成為歲以下兒童的主要死因之一，僅次于意外事故，排列第二。 癌癥的發(fā)生是很復(fù)雜的，人體的任何課歡加鋅贍萇疲椋紓酰潁?。醫(yī)學(xué)開展到

7、了現(xiàn)在，人們在癌癥面前依然顯得無能為力。一旦一個(gè)人身患癌癥，隨之而來的是患者及其家人在生理，心理及經(jīng)濟(jì)上無盡的痛苦和折磨。善良的人們幾乎身懷同一個(gè)希望，即希望有一天突然出現(xiàn)一劑靈丹妙藥，可以藥到病除。但是，目前的情況卻不盡人于人意。由于醫(yī)療條件的限制及人們對癌癥早期病癥缺乏了解，早期癌癥患者并不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的病情，而錯(cuò)過了預(yù)防癌瘤擴(kuò)散及轉(zhuǎn)移的最正確契機(jī)。 到目前為止，癌癥的治療方法主要有放射治療、手術(shù)治療、藥物治療及目前比擬時(shí)新的生物治療。所謂放射治療是指由放射治療機(jī)和放射性核素產(chǎn)生的射線、電子線、質(zhì)子束等照射癌變的腫瘤，從而抑制腫瘤細(xì)胞的生長、繁殖和擴(kuò)散。放射治療癌癥的方法已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)多

8、世紀(jì)的開展，是非常重要的局部治療惡性腫瘤的方法。目前，約有的癌癥患者在治療過程中需要用放射治療。但是，由于放射治療著眼于直接殺死癌瘤細(xì)胞，其選擇性較差，易引起其他正常組織的破壞。手術(shù)治療是直接通過手術(shù)切除非正常組織中的惡性腫瘤。除血液系統(tǒng)的癌癥外，大多數(shù)實(shí)體腫瘤都可以用手術(shù)療法，它是早期腫瘤患者首選的治療方法，其療效直接，沒有生物抵抗性。但是，手術(shù)治療的風(fēng)險(xiǎn)較大，易引起并發(fā)癥，例如將肺癌患者的肺葉切除后，將有可能會(huì)影響到患者的呼吸系統(tǒng)。生物治療是研究人員對腫瘤的發(fā)生機(jī)制及分子生物學(xué)等認(rèn)識不斷深入的產(chǎn)物，是利用和激發(fā)機(jī)體的免疫反響來抑制、對抗和殺滅癌細(xì)胞的手段。生物治療的特點(diǎn)在于利用生物反響修飾

9、劑提高機(jī)體本身所固有的防御功能，以抵御腫瘤細(xì)胞，同時(shí)提高患者自身的免疫能力，從而減少腫瘤細(xì)胞。從本質(zhì)上說，生物治療是一種個(gè)體化的治療，其通過調(diào)節(jié)人體抗腫瘤免疫能力，針對腫瘤蛋白質(zhì)靶向性強(qiáng)的基因藥物進(jìn)行導(dǎo)向性治療，特異性強(qiáng)，毒性小。目前，生物治療成為新興的癌癥治療方法。但是，就目前而言，除少數(shù)腫瘤外，生物治療的療效并不明確，根本上還處于實(shí)驗(yàn)治療階段。 癌癥的藥物治療也就是俗稱的化療。當(dāng)惡性腫瘤發(fā)生遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)移或者侵犯范圍較大時(shí)，就得靠藥物治療了?？拱┧幬锏淖饔脵C(jī)制是在癌變細(xì)胞生長繁殖的各個(gè)環(huán)節(jié)中，破壞癌細(xì)胞生長控制的染色體，使細(xì)胞無法分裂而抑制或殺死癌細(xì)胞。目前在醫(yī)學(xué)界對抗癌藥物存在著不同的分類方法

10、，其中從來源和作用機(jī)制上分， 第章背景介紹可以把抗癌藥物分為：烷化劑藥物，如順氧胺鉑，其在體內(nèi)容易形成非?；顡艿挠H電基團(tuán)，與體內(nèi)的生物大分子，酶中的富電子基團(tuán)如羥基，氨基等形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵使斷裂最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡。該藥物抗瘤譜廣，但毒性較大抗代謝類藥物，如氟屎嘧啶，六甲瞌胺，這類藥物經(jīng)常阻斷的正常復(fù)制，從而導(dǎo)致細(xì)胞分裂；抗腫瘤抗生素，如博萊霉嘉它是由微生物產(chǎn)生的具有抗癌活性的化學(xué)物質(zhì)，從微生物培葬液中提取而來，大多直接作用于或干擾模塊，屬細(xì)胞周期非特異性藥物：植物糞抗癌藥即從植物中提取的天然產(chǎn)物及其衍生物，如紫杉醇，喜樹堿。目前，在眾多抗癌藥物中，植物類抗癌藥占所占的比重最大。植物抗癌藥是未

11、來國際抗癌藥市場的主打產(chǎn)品之一。就紫杉醇注射澈麗言，自上市瞳采一直暢銷市場，景計(jì)銷售金額高迭億美元。在我國抗癌藥市場上，從植物中提取的抗癌藥物中。銷量較好的有紫杉醇，羥基喜樹堿，多西他賽等。 獸樹及喜樹堿簡介 喜樹， 別名水果子、千丈樹及天梓樹，是我國特有的一種落葉喬木，一般樹高可達(dá)米屬珙桐科早蓮屬植物，其主要分布于我國長江流域及南方各省。該樹種不耐嚴(yán)寒枯燥，多生長于山腳的溝谷與坡地。喜樹全身是寶，其果、根、皮、枝及葉均可入藥。其中，喜樹果酴抗癌作用外，還具有解毒教結(jié)，破血化淤的成效，是我國傳統(tǒng)的中藥藥材。 翩底 喜樹及喜樹果 第一章背景介紹 喜樹堿， 是由美國科學(xué)家手：等人于年從我國引種的喜

12、樹的皮中別離得到的一種微量生物堿。通過對喜樹堿的碘乙酰衍生物進(jìn)行射線單晶衍射【】，他們最終確定了喜樹堿的結(jié)構(gòu)：它含有一個(gè)五元的稠環(huán)結(jié)構(gòu)，依次稠合了喹啉環(huán)環(huán)，毗咯烷環(huán)，吡啶酮環(huán)以及六員內(nèi)酯環(huán)環(huán)，其中在位含有一個(gè)構(gòu)型的手性中心。與普通的生物堿不同的是，喜樹堿沒有明顯的堿性，不能與各種酸形成結(jié)晶鹽，而且喜樹堿與一般的生物堿試劑無反響，如與常用的檢測試劑碘化鉍銫和苯酚試劑無反響。 喜樹堿及其鈉鹽 目前，從喜樹植株的不同部位別離出種化合物，其中，喜樹堿及其衍生物就多達(dá)余種【 ： 喜樹堿及天然的喜樹堿衍生物 第一章背景介紹 喜樹堿具有良好的抗癌活性，是近年來發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用于臨床的最著名的植物類抗癌藥之一?，F(xiàn)代

13、臨床試驗(yàn)說明，喜樹堿對腦癌、膀胱癌、乳癌、宮頸癌、神經(jīng)腹質(zhì)癌、結(jié)腸癌、何杰金氏病淋巴網(wǎng)狀細(xì)胞癌、肺癌、淋巴癌、卵巢癌、黑色素癌、兒科癌瘤、胰腺癌、前列腺癌和肝癌等余種腫瘤都有不同程度的療效。由于喜樹堿的水溶性與脂溶性都很差，不便于制成適宜的劑型，所以在世紀(jì)年代初，研究人員將喜樹堿的鈉鹽， 用于癌癥的實(shí)驗(yàn)性治療。雖然對胃癌等消化道腫瘤取得了較好的療效，但令人遺憾的是，其毒副作用太大，其主要表現(xiàn)在泌尿系統(tǒng)，易引起血尿，尿急等副作用，而對消化道，造血功能也有不同程度的副作用。鑒于此，人們對喜樹堿的研究熱情一度陷入低潮【。直至年，美國科學(xué)家等人發(fā)現(xiàn)，區(qū)別與其他抗癌化合物的是，喜樹堿具有獨(dú)特的作用機(jī)制，

14、是拓?fù)洚悩?gòu)酶的特異性抑制劑。這一重大發(fā)現(xiàn)，又重新激起了人們對喜樹堿的研究熱情。喜樹堿的抗癌作用機(jī)制 拓?fù)洚悩?gòu)酶 即催化拓?fù)鋵W(xué)異構(gòu)體相互轉(zhuǎn)化，并在活細(xì)胞中具有多重功能的重要酶，它的主要作用是催化鏈斷開與結(jié)合的偶聯(lián)反響】。根據(jù)催化鏈斷開方式的不同，可以將拓?fù)洚悩?gòu)酶分為拓?fù)洚悩?gòu)酶 與拓?fù)洚悩?gòu)酶 。其中拓?fù)洚悩?gòu)酶催化鏈斷開時(shí)不需要金屬離子與，是通過切斷超螺旋結(jié)構(gòu)中的一條鏈，形成 共價(jià)中間物而使超螺旋松弛化，從而改變其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；而拓?fù)洚悩?gòu)酶是通過同時(shí)切斷的兩條鏈并解開螺旋，進(jìn)而在，及的幫助下，改變拓?fù)洚悩?gòu)酶的構(gòu)象，表現(xiàn)其連接酶的活性，使斷開的雙鏈再鏈接起來，從而改變的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 拓?fù)洚悩?gòu)酶催化的單鏈斷裂

15、及再連接的過程可分為以下幾步【】 ：拓?fù)洚悩?gòu)酶識別并通過非共價(jià)鍵的方式與結(jié)合，在結(jié)合的過程中，由于構(gòu)象的改變，暴露出其活性位點(diǎn)；通過轉(zhuǎn)酯作用，拓?fù)洚悩?gòu)酶活性位點(diǎn)上的酪氨酸殘基與 端的磷酸基團(tuán)形成磷酸二酯鍵，同 第一罩背景介繒叫骨架上磷酸二酯鍵斷裂；另一條鏈沿著的軸心旋轉(zhuǎn)；拓?fù)洚悩?gòu)酶與別離，實(shí)現(xiàn)鏈的再連接過程。這種的單鏈斷裂與再連接過程不斷的重復(fù)，完成了具有超螺旋結(jié)構(gòu)的的解旋，為的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄作準(zhǔn)備。 ， 一 拓?fù)洚悩?gòu)酶催化單鏈斷裂凰再連接的過程 相對于拓?fù)洚悩?gòu)酶而言，拓?fù)洚悩?gòu)酶之所以成為更好的抗癌靶點(diǎn)是因?yàn)橥貟戤悩?gòu)酶是細(xì)胞生長所必需的酶，參與的復(fù)制、翻譯、重組和修復(fù)等多個(gè)過程而且在多種腫瘤細(xì)胞中

16、拓?fù)洚悩?gòu)酶的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常細(xì)胞。因此發(fā)現(xiàn)一種優(yōu)良的拓?fù)洚悩?gòu)酶的抑制劑已成為開展高選擇性抗腫瘤藥物研究的一個(gè)主攻方向。 年，美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)喜樹堿是拓?fù)洚悩?gòu)酶的特異性抑制劑，能夠有效影響的再鏈接反響】。喜樹堿與可裂解的 的二元復(fù)合物形成 三元復(fù)合物，這種三元復(fù)合物非常穩(wěn)定，使裂解的堆積，從而抑制復(fù)合物翻譯的進(jìn)行，導(dǎo)致不可逆的復(fù)制停滯，表現(xiàn)為細(xì)胞毒作用最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的死亡 。 第一章背景介紹 盯作用于拓?fù)洚悩?gòu)酵的機(jī)理示意圖 喜討堿的構(gòu)效關(guān)系研究 隨著對喜樹堿抗癌作用機(jī)制的深入了解，研究人員對喜樹堿的研究興趣不斷增強(qiáng)，喜樹堿也因此成為了開展新型抗癌藥物的杰出的先導(dǎo)化合物。世界上許許多多的研究小組相繼開展了大量的結(jié)構(gòu)修飾與改進(jìn)工作，既希望能夠提高喜樹堿的水溶性或脂溶性，又希望能夠增強(qiáng)喜樹堿的抗癌活性與減小喜樹堿的毒性。年，美國藥物食品管理局己批準(zhǔn)兩種喜樹堿類衍生物， 及 上市，主要用于治療卵巢癌、直腸結(jié)腸癌及小細(xì)胞肺癌。這使喜樹堿成為目前為止唯一有藥物上市的拓?fù)洚悩?gòu)酶的抑制劑。另外，還有很多喜樹堿類衍生物尚處于臨床開展的各個(gè)階段例，相信在不久的將來，會(huì)有