天然產(chǎn)物化合物及衍生物的組合合成

1、天然產(chǎn)物類(lèi)似物庫(kù)的組合合成【摘要】 天然產(chǎn)物是藥物先導(dǎo)化臺(tái)物的重要來(lái)源。組合化學(xué)技術(shù)在天然產(chǎn)物的研究中起著越來(lái)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(kù)，為基于天然產(chǎn)物的藥物研究開(kāi)辟了廣闊的空間。【關(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(lái)治療人類(lèi)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(lái)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(guò)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(kù),將會(huì)對(duì)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(xiàng)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(lèi)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(lèi)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(gè)新的發(fā)展階段。二、以天然產(chǎn)物為模板的化合物庫(kù)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(kù)，能夠?yàn)楦咄克幬锖Y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(kù)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(duì)藥物的藥理活性和藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾或優(yōu)化，提供簡(jiǎn)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(kù)。目前，天然產(chǎn)物化合物庫(kù)的合成所采用的是比較成熟的組臺(tái)化學(xué)方法?；衔飵?kù)的合成大多以生物合成的中間體為起點(diǎn)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以方便快速地產(chǎn)生化合物庫(kù)，而且可以在保留天然產(chǎn)物的母體結(jié)構(gòu)的前提下對(duì)中間體結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾。通過(guò)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(lèi)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(lèi)型的天然

4、產(chǎn)物化合物庫(kù)。三、天然化合物的組合合成1糖類(lèi)糖類(lèi)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(guò)程中起著十分重要的作用。糖類(lèi)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(duì)糖類(lèi)的研究一直是一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)領(lǐng)域。隨著合成方法的發(fā)展，合成了一些糖化合物庫(kù)。Hong等用液相方法合成了包括了72個(gè)化合物的水溶性半乳糖甙庫(kù)，用于考察對(duì)由細(xì)菌毒素產(chǎn)生的對(duì)受體結(jié)合過(guò)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(gè)化合物庫(kù)。他們通過(guò)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(diǎn)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(lèi)重要的天然產(chǎn)物。作為第二信使，它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)的信號(hào)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(guò)程。chang等構(gòu)建并合成了脂肪酸類(lèi)化臺(tái)物神經(jīng)酰胺的化合物庫(kù)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(guò)一步過(guò)濾即能獲得高純度的產(chǎn)物，共合成了528個(gè)化合物。生物活性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了數(shù)個(gè)化合物對(duì)u937白血病細(xì)胞有誘導(dǎo)凋亡的作用；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)含半乳糖的一系列化合物在10M對(duì)NFB具有明顯的活化作用。3甾體化合物天然存在的甾體類(lèi)成分很多包括強(qiáng)心甙、甾皂甙

6、類(lèi)、膽酸類(lèi)等多個(gè)類(lèi)型。許多甾體類(lèi)化合物有獨(dú)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(kù)的合成中采用隨機(jī)?；碗S機(jī)糖基化的雙隨機(jī)策略。庫(kù)的臺(tái)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(gè)可能的化合物(圖式4)。4黃酮類(lèi)化合物黃酮類(lèi)化合物是廣泛存在于自然界中的一類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(shù)脂捕獲技術(shù)相結(jié)合，合成了苯并吡哺酮類(lèi)化合物庫(kù)3 (圖式7)。其方法是將一個(gè)二級(jí)胺與固相載體相連形成固載化的二級(jí)胺A，與炔烷基酮反應(yīng)產(chǎn)生固載化烯胺酮B，通過(guò)簡(jiǎn)單的過(guò)濾即可除去過(guò)量的試劑及副產(chǎn)物；在樹(shù)脂上環(huán)合裂解同時(shí)釋放出產(chǎn)物及二級(jí)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(dòng)化合成苯并吡哺酮類(lèi)化合物庫(kù)。5萜類(lèi)化合物雄茸交酯和去氧雄茸交酯是一種來(lái)源于藥用植物的二萜內(nèi)酯類(lèi)化合物，具有抗炎、抗病毒、抗血栓形成、抗低血壓和動(dòng)脈粥樣硬化等方面的生物活性

8、。I期臨床試驗(yàn)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(gè)含20個(gè)化合物的14一去氧雄茸交酯衍生物化合物庫(kù)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(shù)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(lèi)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(gè)化合物的維生素D3類(lèi)似物的化合物庫(kù)(圖式10)。先將CD環(huán)通過(guò)磺酸酯鍵連接到氯代的PSDE

9、S樹(shù)脂上，A環(huán)通過(guò)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(shù)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(tái)庫(kù)的合成，共合成了72個(gè)化合物。連接分子在烷基化的同時(shí)從樹(shù)脂上裂解，是一種無(wú)痕跡(traceless)的連接分子5。7生物堿生物堿是一類(lèi)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(shù)脂上，然后經(jīng)過(guò)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(shù)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(duì)芳香氨基進(jìn)行?；?，在過(guò)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(lèi)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(duì)某些日益流行的致病源如支原體、衣原體、變形桿菌及對(duì)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(lèi)抗生素正受到越來(lái)越多的重視。Akritopoulouzanze等合成了大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)似物化合物庫(kù)6(圖式15)。其

11、構(gòu)建是先合成了母萬(wàn)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(jí)胺與醛反應(yīng)引入第二個(gè)取代基；第三個(gè)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(shù)脂上裂解下來(lái)，然后經(jīng)高效液相色譜純化。用這種方法產(chǎn)生了一個(gè)大的混合裂分庫(kù)，包括了大約7萬(wàn)個(gè)化合物。9.紫杉醇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(shù)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(shí)用經(jīng)典的化學(xué)方法制得一系列7

12、-乙酰氧基-10-去乙?；仙即佳苌?圖式26) 。在第一個(gè)系列里先以丁基二乙基硅醚作為連接臂,將10-去乙?；仙即纪ㄟ^(guò)2-羥基連接到樹(shù)脂上,然后以各種酸酐和烷基碳酸對(duì)C-10 位羥基進(jìn)行酰化。經(jīng)活性篩選發(fā)現(xiàn)4 個(gè)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(kù)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(shí),從最簡(jiǎn)單的原料開(kāi)始逐步合成時(shí),由于經(jīng)歷的路線過(guò)長(zhǎng),以及反應(yīng)涉及的中間體官能團(tuán)過(guò)多,一般可行性較差; 而以相對(duì)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(diǎn)的衍生化比較有效。四、結(jié)語(yǔ)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

13、的分子結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，利用固相或是液相合成方法已合成了多種類(lèi)型的以天然產(chǎn)物及其類(lèi)似物為模板的化合物庫(kù)。無(wú)論這些化合物庫(kù)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(kù)的合成仍面臨多方面的困難：一方面是因?yàn)樵S多天然產(chǎn)物的作用靶點(diǎn)和作用機(jī)理并不清楚，給篩選帶來(lái)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(gè)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(lái)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?？梢灶A(yù)計(jì)，會(huì)有更多的以天然產(chǎn)物及其類(lèi)似物為模板的化合

14、物庫(kù)被合成；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?！緟⒖嘉墨I(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