天然產(chǎn)物化合物及衍生物的組合合成

1、天然產(chǎn)物類似物庫的組合合成【摘要】 天然產(chǎn)物是藥物先導(dǎo)化臺物的重要來源。組合化學(xué)技術(shù)在天然產(chǎn)物的研究中起著越來越重要的作用。目前巳構(gòu)建并合成了許多以天然產(chǎn)物為模板的化合物庫，為基于天然產(chǎn)物的藥物研究開辟了廣闊的空間?！娟P(guān)鍵詞】 天然化合物 組合合成 組合化學(xué)一、引言利用天然產(chǎn)物作為藥物來治療人類疾病可以追溯到距今約4 000 多年前。此后,有機(jī)合成藥物逐漸成為臨床治療藥物的主要來源,尤其是合成一些具有生物活性的天然結(jié)構(gòu)化合物更吸引了人們的注意力。組合化學(xué)的出現(xiàn),加快了合成化合物的速度, 通過高通量篩選,可以加快藥物先導(dǎo)化合物發(fā)現(xiàn)的進(jìn)程。因而采用組合化學(xué)的方法合成以天然活性化合物為模板分子的化學(xué)

2、庫,將會對藥物發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。現(xiàn)代分離分析技術(shù)及微量快速大規(guī)模的篩選方法的發(fā)展為天然藥物的研究提供了有效的手段。盡管如此，如何從含有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的天然產(chǎn)物中找到具有特定生物活性的化合物仍然是一項很困難的工作。組合化學(xué)技術(shù)具有強(qiáng)大的制備能力，能生成大量的不同結(jié)構(gòu)類型的化合物，可以進(jìn)一步研究天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)活性關(guān)系發(fā)現(xiàn)活性更好、毒副作用更小的天然產(chǎn)物的衍生物或類似物。因此，組合化學(xué)的應(yīng)用將使天然產(chǎn)物的研究進(jìn)入一個新的發(fā)展階段。二、以天然產(chǎn)物為模板的化合物庫的構(gòu)建方法和策略構(gòu)建以天然產(chǎn)物為模板的化合物庫，能夠為高通量藥物篩選提供大量含有豐富結(jié)構(gòu)多樣性的化合物。以化合物庫所提供的大量的構(gòu)效關(guān)系信息為基礎(chǔ)

3、，研究人員可以對藥物的藥理活性和藥代動力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾或優(yōu)化，提供簡便有效的合成方法，從而得到藥物先導(dǎo)化合物甚至藥物本身。 人們已經(jīng)合成了許多以天然產(chǎn)物為模板的化合物庫。目前，天然產(chǎn)物化合物庫的合成所采用的是比較成熟的組臺化學(xué)方法?；衔飵斓暮铣纱蠖嘁陨锖铣傻闹虚g體為起點。該方法的優(yōu)點是可以方便快速地產(chǎn)生化合物庫，而且可以在保留天然產(chǎn)物的母體結(jié)構(gòu)的前提下對中間體結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾。通過引入不同的取代基，可以避免因母體結(jié)構(gòu)的改變使活性喪失但是，由于所修飾的部位和引入基團(tuán)的種類受到天然產(chǎn)物前體結(jié)構(gòu)的限制，使分子多樣性受到一定程度的限制。目前應(yīng)用組合化學(xué)方法已經(jīng)構(gòu)建并合成了多種類型的天然

4、產(chǎn)物化合物庫。三、天然化合物的組合合成1糖類糖類廣泛分布于生物體內(nèi)，占植物體干重的80一90，在生物合成反應(yīng)以及許多基本生命過程中起著十分重要的作用。糖類尤其是糖與非糖物質(zhì)結(jié)合而成的甙不少具有重要的生理活性。對糖類的研究一直是一個熱點和難點領(lǐng)域。隨著合成方法的發(fā)展，合成了一些糖化合物庫。Hong等用液相方法合成了包括了72個化合物的水溶性半乳糖甙庫，用于考察對由細(xì)菌毒素產(chǎn)生的對受體結(jié)合過程的抑制作用1(圖式2)。以不同的基團(tuán)x和R，平行合成了3個化合物庫。他們通過三烷基膦促進(jìn)的疊氮化合物與羧酸的反應(yīng)形成酰胺鍵。該合成反應(yīng)的特點在于其副產(chǎn)物或試劑是易揮發(fā)的或是溶于有機(jī)溶劑，在組合合成中能方便地經(jīng)

5、蒸發(fā)或萃取除去，脫保護(hù)后只留下水溶性的產(chǎn)物。2脂肪酸脂肪酸及其代謝物是一類重要的天然產(chǎn)物。作為第二信使，它們在細(xì)胞內(nèi)的信號傳導(dǎo)中起著關(guān)鍵的作用；另外，還可以作為一種激素調(diào)節(jié)大量的生理過程。chang等構(gòu)建并合成了脂肪酸類化臺物神經(jīng)酰胺的化合物庫2。其代表性化合物的合成方法如圖式3，是由中心(鞘胺醇)和尾部(固相上連接的硝基苯酚酯)兩部分在四氫呋喃中反應(yīng)經(jīng)過一步過濾即能獲得高純度的產(chǎn)物，共合成了528個化合物。生物活性試驗發(fā)現(xiàn)了數(shù)個化合物對u937白血病細(xì)胞有誘導(dǎo)凋亡的作用；同時還發(fā)現(xiàn)含半乳糖的一系列化合物在10M對NFB具有明顯的活化作用。3甾體化合物天然存在的甾體類成分很多包括強(qiáng)心甙、甾皂甙

6、類、膽酸類等多個類型。許多甾體類化合物有獨特的生理活性，在臨床上起著重要的作用。皂角甙是甾體和三萜的甙，廣泛分布于植物中，是許多藥用植物的主要活性成分。Yu等在皂角甙衍生物庫的合成中采用隨機(jī)?；碗S機(jī)糖基化的雙隨機(jī)策略。庫的臺成包括隨機(jī)?；?、隨機(jī)糖基化及脫保護(hù)三步反應(yīng)，在液相中幾乎等量地得到了包括單糖甙原料到五糖甙在內(nèi)的全部16個可能的化合物(圖式4)。4黃酮類化合物黃酮類化合物是廣泛存在于自然界中的一類天然產(chǎn)物。其生理活性廣泛，包括心血管活性，抗炎活性、抗肝臟毒、抗菌和抗病毒等。因此，以黃酮類化合物為模板的創(chuàng)新藥物研究是很有意義的。苯并吡喃酮是黃酮類化合物中重要的一種母體結(jié)構(gòu)。研究表明許多具

7、有苯并吡喃酮結(jié)構(gòu)的天然產(chǎn)物具有一定的藥理活性，如山油柑堿具有抗腫瘤作用，咖馬林則是一種選擇性的蛋白激酶抑制劑。Bhat等將液相法與樹脂捕獲技術(shù)相結(jié)合，合成了苯并吡哺酮類化合物庫3 (圖式7)。其方法是將一個二級胺與固相載體相連形成固載化的二級胺A，與炔烷基酮反應(yīng)產(chǎn)生固載化烯胺酮B，通過簡單的過濾即可除去過量的試劑及副產(chǎn)物；在樹脂上環(huán)合裂解同時釋放出產(chǎn)物及二級胺，固相載體可以回收并用于下一輪的合成中。該方法適合于快速、平行、自動化合成苯并吡哺酮類化合物庫。5萜類化合物雄茸交酯和去氧雄茸交酯是一種來源于藥用植物的二萜內(nèi)酯類化合物，具有抗炎、抗病毒、抗血栓形成、抗低血壓和動脈粥樣硬化等方面的生物活性

8、。I期臨床試驗表明，雄茸交酯能夠升高HIV感染患者的CD4(+)淋巴細(xì)胞的水平。Biabani等以14一去氧雄茸交酯為模板，合成了一個含20個化合物的14一去氧雄茸交酯衍生物化合物庫4(圖式9)。其方法是把14一去氧雄茸交酯連接到2一氯三苯甲基氯樹脂上，然后在c-3羥基及c-8(17)雙鍵上進(jìn)行酯化、氧化、環(huán)氧化、肟化及形成肟酯等一系列固相有機(jī)合成反應(yīng)。6維生素維生素是人體不可缺少的一類天然產(chǎn)物，絕大多數(shù)是酶的輔基或輔酶的組成成分，參與了人體內(nèi)許多重要的生化反應(yīng)。Hijikuro等在固相上合成了包括72個化合物的維生素D3類似物的化合物庫(圖式10)。先將CD環(huán)通過磺酸酯鍵連接到氯代的PSDE

9、S樹脂上，A環(huán)通過HornerWadsworthEmmons反應(yīng)與CD環(huán)相連，在Cul的催化下用格氏試劑引入側(cè)鏈并從樹脂上裂解產(chǎn)物，利用REC技術(shù)和混合裂分組合策略完成了組臺庫的合成，共合成了72個化合物。連接分子在烷基化的同時從樹脂上裂解，是一種無痕跡(traceless)的連接分子5。7生物堿生物堿是一類重要的天然有機(jī)化合物，許多已應(yīng)用于臨床。生物堿的研究仍是新藥研究的重要內(nèi)容之一。wang等發(fā)展了一種固相合成fumiquinazoline生物堿的方法即以鄰氨基苯甲酸為中心的線性三肽連接到wang樹脂上，然后經(jīng)過脫水環(huán)合得到高純度的(+)glyantryplne(吡嗪2，1-b喹唑啉-3，

10、6-二酮)。如圖式8所示，首先將Fmoc保護(hù)的L-Trp與Wang樹脂相連，脫保護(hù)后經(jīng)EDC活化與鄰氨基苯甲酸縮合；之后Fmoc保護(hù)的氨基酸酰氯對芳香氨基進(jìn)行?；?，在過量的三苯基膦的存在下脫水環(huán)合，用哌啶脫保護(hù)后重排最后于乙腈中回流得到環(huán)合后解離的(+)glyantrypine。8抗生素大環(huán)內(nèi)酯類抗生素在臨床上占有較重要的地位，主要用于耐藥的金葡萄球菌、肺炎球菌、溶血鏈球菌等。由于對某些日益流行的致病源如支原體、衣原體、變形桿菌及對一些新的致病源如弓形體、螺旋體有特殊的療效，大環(huán)內(nèi)酯類抗生素正受到越來越多的重視。Akritopoulouzanze等合成了大環(huán)內(nèi)酯類似物化合物庫6(圖式15)。其

11、構(gòu)建是先合成了母萬方數(shù)據(jù)核I，經(jīng)還原胺化與游離胺相連；所產(chǎn)生的二級胺與醛反應(yīng)引入第二個取代基；第三個取代基的引入也同樣采用還原胺化的方法；最后的產(chǎn)物用95三氟乙酸二氯甲烷從樹脂上裂解下來，然后經(jīng)高效液相色譜純化。用這種方法產(chǎn)生了一個大的混合裂分庫，包括了大約7萬個化合物。紫杉醇治療腫瘤臨床效果確切,目前臨床上廣泛用于卵巢癌、乳腺癌以及非小細(xì)胞肺癌等的治療。但由于其多藥耐藥性及制劑方面的缺陷限制了其在臨床上的使用。2002 年,Kingston 等7 采用固相組合合成技術(shù), 在PS-DES 樹脂上制備了一系列10-酰氧基及7,10-雙酰氧基紫杉醇衍生物,同時用經(jīng)典的化學(xué)方法制得一系列7-乙酰氧基

12、-10-去乙?；仙即佳苌?圖式26) 。在第一個系列里先以丁基二乙基硅醚作為連接臂,將10-去乙酰基紫杉醇通過2-羥基連接到樹脂上,然后以各種酸酐和烷基碳酸對C-10 位羥基進(jìn)行?；?。經(jīng)活性篩選發(fā)現(xiàn)4 個化合物比天然紫杉醇具有更強(qiáng)的促進(jìn)微管聚合能力。從上述紫杉醇衍生物庫的合成可以看出,在組合合成那些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的天然產(chǎn)物衍生物時,從最簡單的原料開始逐步合成時,由于經(jīng)歷的路線過長,以及反應(yīng)涉及的中間體官能團(tuán)過多,一般可行性較差; 而以相對比較方便,且易得的母核結(jié)構(gòu)作為模板或者作為起始原料連在載體上進(jìn)行多位點的衍生化比較有效。四、結(jié)語天然產(chǎn)物是藥物研究的重要領(lǐng)域。如上所述，以天然產(chǎn)物豐富的分子結(jié)構(gòu)

13、為基礎(chǔ)，利用固相或是液相合成方法已合成了多種類型的以天然產(chǎn)物及其類似物為模板的化合物庫。無論這些化合物庫的大小如何他們都增加了分子結(jié)構(gòu)多樣性為新藥的研究提供了豐富的信息。當(dāng)然，天然產(chǎn)物化合物庫的合成仍面臨多方面的困難：一方面是因為許多天然產(chǎn)物的作用靶點和作用機(jī)理并不清楚，給篩選帶來困難；另一方面，天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)一般都比較復(fù)雜，許多都含有多個活性基團(tuán)給現(xiàn)有的組合合成方法以及純化和鑒別帶來了很大的困難。但是，隨著多種藥物篩選模型和高通量篩選方法的建立。以及新的有機(jī)合成方法特別是固相有機(jī)合成方法和多組分合成方法的發(fā)展這些困難將逐步被克服。可以預(yù)計，會有更多的以天然產(chǎn)物及其類似物為模板的化合物庫被合成

14、；藥物基因組學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展也將促進(jìn)組合化學(xué)技術(shù)在天然產(chǎn)物研究中的應(yīng)用。這必將給以天然產(chǎn)物為基礎(chǔ)的藥物研究創(chuàng)造更廣闊的空間。【參考文獻(xiàn)】1 Hong F，F(xiàn)an ETetrahedron Letters，200l，42：6073607660762 Chang Y TChoi J,Ding S，et a1. JAmChem. Soc.，2002124(9)：1856-18573 Bhat A S,Whetstone J L.Brueggemeier R W. J.Comb.Chem.，2000,2（6）；597-5994 Biabam M A F.Grover R K,Singh S K,et al.Tetrahedron Letters，2001,42:7119-71215 Hijikuro l，Doi T，Takabashi T.J.Am.Chem.S