核苷類藥物中間體2－脫氧－α-D-核糖-1-磷酸的合成

錢 捷，彭美紅，王 鴻

（浙江工業(yè)大學(xué) 藥學(xué)院，浙江 杭州 310032）

核苷類藥物中間體2－脫氧－α-D-核糖-1-磷酸的合成

錢 捷，彭美紅，王 鴻

（浙江工業(yè)大學(xué) 藥學(xué)院，浙江 杭州 310032）

2-脫氧－α-D-核糖-1-磷酸是酶法合成核苷類藥物的重要中間體，以往的化學(xué)合成法立體選擇性不高，筆者以α／β混合構(gòu)型的1－氯-3′，5′-二（O-對(duì)氯苯甲?；?2-脫氧-D-核糖為原料，采用結(jié)晶誘導(dǎo)不對(duì)稱轉(zhuǎn)化技術(shù)，合成了單一構(gòu)型的2－脫氧－α-D-核糖-1-磷酸鹽，HPLC測定其α構(gòu)型含量為96.8%，總收率82.14%.考察了反應(yīng)物投料比，反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)溫度等因素的影響，得到了較佳工藝條件為：投料摩爾比為1∶3，－5～0℃下結(jié)晶誘導(dǎo)反應(yīng)23 h然后在含有3%環(huán)己胺的甲醇溶液中，45℃下反應(yīng)36 h脫除保護(hù)基.該工藝反應(yīng)條件溫和、操作簡單、產(chǎn)物立體選擇性好且收率高，是經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的合成路線.

2-脫氧－α-D-核糖-1-磷酸；結(jié)晶誘導(dǎo)不對(duì)稱轉(zhuǎn)化；核苷

核苷類藥物與天然核苷具有相似的結(jié)構(gòu)，在體內(nèi)能夠直接作用或干擾核酸的合成，具有良好的抗腫瘤、抗病毒和抗菌等活性［1－2］.2-脫氧－α-D-核糖-1-磷酸是酶法合成核苷類藥物的重要中間體［3－6］，然而以往化學(xué)合成得到的終產(chǎn)物往往是α－核苷和β－核苷的混合物，立體選擇性差，其產(chǎn)率較低.結(jié)晶誘導(dǎo)不對(duì)稱轉(zhuǎn)化技術(shù)是基于熱力學(xué)控制立體選擇性合成單一異構(gòu)體的前沿技術(shù)［7－10］，它是采用結(jié)晶誘導(dǎo)劑使其中一種構(gòu)型以晶體的形式析出，能夠解決核苷類藥物合成過程中無法得到單一構(gòu)型的問題，尤其是在工業(yè)應(yīng)用上具有顯著的效果.

1 材料與方法

在文獻(xiàn)［11］的基礎(chǔ)上以α／β混合構(gòu)型的1－氯－3′，5′-二（O-對(duì)氯苯甲?；?2-脫氧-D-核糖為原料，采用結(jié)晶誘導(dǎo)不對(duì)稱轉(zhuǎn)化技術(shù)合成單一構(gòu)型的核苷類藥物中間體2－脫氧－α-D-核糖-1-磷酸，其合成路線如下：

1.1 主要試劑

1－氯-3′，5′-二（O-對(duì)氯苯甲?；?2-脫氧-D-核糖（上海元吉化工有限公司）；正磷酸（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；乙腈（天津四友精細(xì)化工有限公司）；正三丁基胺（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；環(huán)己胺（上海凌峰化學(xué)試劑有限公司）；4-甲基-2-戊酮（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑）其他溶劑均為分析純或化學(xué)純.

1.2 主要儀器

X-4數(shù)字顯示顯微熔點(diǎn)測定儀（北京泰克儀器設(shè)備有限公司）；Micolet 6700紅外光譜儀（美國Thermo公司）；ZF-2紫外光譜儀（上海安亭電子儀器廠）；R-201旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海申勝生物技術(shù)有限公司）；Bruker ANANCEⅢ（500M）核磁共振儀（瑞士Bruker公司）；Agilent 1200高效液相色譜儀（安捷倫科技有限公司）.

1.3 合成方法

1.3.1 3′，5′-O-二（4-苯甲酰氯）-2-脫氧－α-D-核糖－1－磷酸二環(huán)己基胺鹽（化合物Ⅰ）的合成

取98%的正磷酸7.02 g投入三角燒瓶，加入乙腈100 mL，加入正三丁胺5.6 mL，4A分子篩10 g攪拌至磷酸溶解，低溫冷卻至-5℃，加入1-氯-3′，5′-二（O-對(duì)氯苯甲?；?2-脫氧-D-核糖8.5 g在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌反應(yīng)13 h后，再加入正三丁基胺16.0 mL，繼續(xù)反應(yīng)8 h得到酒紅色的透明液體，過濾除去分子篩，濾液蒸干得到紅棕色糖漿狀物質(zhì).糖漿狀物質(zhì)用四甲基二戊酮溶解后，水洗3次，所得有機(jī)相冷卻至0℃，加入環(huán)己胺5.6 mL攪拌反應(yīng)1 h析出白色沉淀，過濾，濾餅用四甲基二戊酮、丙酮洗滌，真空干燥得到白色固體12.78 g.

1.3.2 2-脫氧－α-D-核糖-1-磷酸二環(huán)己基胺（化合物Ⅱ）的合成

取3′，5′-O-二（4-苯甲酰氯）-2-脫氧－α-D-核糖－1－磷酸二環(huán)己基胺鹽7.02 g溶于甲醇120 mL，加入環(huán)己胺3.0 mL，40℃攪拌反應(yīng)24 h，反應(yīng)液濃縮，最終沉淀物用乙醇洗滌，真空干燥得到白色固體3.46 g.

2 結(jié)果與討論

2.1 3′，5′，-O-二對(duì)氯苯甲酰基2-脫氧－α-D-核糖－1－磷酸二環(huán)己胺鹽（化合物Ⅰ）的合成

2.1.1 化合物Ⅰ的結(jié)構(gòu)表征

化合物Ⅰ經(jīng)熔點(diǎn)測定，紅外及核磁共振氫譜表征其結(jié)構(gòu)正確：熔點(diǎn)mp：176～178℃（文獻(xiàn)值179～180℃）；IR （KBr）：2 942 cm－1，2 869 cm－1，1 723 cm－1；1H NMR（CD3OD）：8.08（2H，ddd），8.01（2H，ddd），7.50（2H，ddd），7.48（2H，ddd），6.01（1 H，ddd），5.49（1 H，ddd），4.87（1 H，ddd），4.67（1 H，dd），4.61（1 H，dd），4.54（1 H，dd），2.92（2 H，dd），2.58（1 H，dddd），2.42（1H，dddd），1.96（4H，m），1.81（4 H，m），177（2H，m）

2.1.2 氯糖與磷酸的投料比比對(duì)化合物Ⅰ收率的影響

由于磷酸加入后會(huì)改變反應(yīng)體系的pH值，因此核糖-1-氯化物與磷酸的投料比影響化合物Ⅰ的收率.在核糖用量為8.48 g，溫度為－5℃，三丁基胺用量為11.2 mL條件下改變磷酸的用量反應(yīng)23 h，考察核糖-1-氯化物與磷酸的投料比對(duì)化合物Ⅰ收率的影響.其結(jié)果如圖1所示.

圖1 核糖-1-氯化物與磷酸的比值對(duì)收率的影響Fig.1 Influence of molar ratio of nucleoside-1-chlorides and phosphoric acid on the yield of compoundⅠ

由圖1可以看出：當(dāng)磷酸與核糖以摩爾比1∶1反應(yīng)時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)物收率很低，磷酸的用量必須過量很多才能使反應(yīng)進(jìn)行的完全，當(dāng)磷酸與核糖的摩爾比達(dá)到3∶1時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物的收率迅速提高，當(dāng)超過3∶1后產(chǎn)物收率有少量的提高.從經(jīng)濟(jì)角度考慮，磷酸與核糖以摩爾比3∶1反應(yīng)時(shí)產(chǎn)物有最大收率.

2.1.3 溶劑用量的影響

溶劑的用量對(duì)產(chǎn)物的收率有直接影響，尤其在工業(yè)化應(yīng)用中直接影響產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益.在其他條件不變的情況下考察溶劑乙腈用量對(duì)化合物Ⅰ收率的影響.乙腈用量對(duì)化合物Ⅰ收率的影響結(jié)果如圖2所示.

圖2 乙腈用量對(duì)化合物Ⅰ收率的影響Fig.2 Influence of the amount of acetonitrile on the yield of compoundⅠ

實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)選擇60 mL的乙腈量時(shí)，核糖-1-氯化物不能完全溶解，攪拌過程中出現(xiàn)結(jié)塊，成團(tuán)的現(xiàn)象.繼續(xù)往反應(yīng)液中加入20 mL后，塊狀物之溶解，形成一個(gè)均勻的乳濁液，在加入三丁基胺后可以完全溶解為澄清透明溶液.由表可以看出，當(dāng)乙腈用量為80 mL時(shí)，其產(chǎn)物收率只有78.21%，增加溶劑的用量產(chǎn)物的收率提高，其原因可能是乙腈用量不夠，反應(yīng)物沒有完全溶解.當(dāng)增加到120 mL后，繼續(xù)增加溶劑用量，產(chǎn)物收率不再提高.因此從經(jīng)濟(jì)和安全的角度考慮，當(dāng)核糖為8.48 g時(shí)，乙腈的最佳用量為120 mL.

2.1.4 三丁基胺用量對(duì)產(chǎn)物收率的影響

三丁基胺在反應(yīng)過程中作為一個(gè)重要的試劑，起到一個(gè)催化劑的作用，同時(shí)三丁基胺是本實(shí)驗(yàn)中關(guān)鍵技術(shù)“結(jié)晶誘導(dǎo)不對(duì)稱轉(zhuǎn)化技術(shù)”的結(jié)晶誘導(dǎo)劑，它能夠與反應(yīng)液中α／β混合構(gòu)型的核糖-1-磷酸中的α構(gòu)型結(jié)合，從而打破反應(yīng)液中的平衡，使β構(gòu)型不斷的向α構(gòu)型轉(zhuǎn)化，最終形成α構(gòu)型的核糖-1-磷酸三丁基胺鹽.其結(jié)晶誘導(dǎo)過程如下：

在其他條件不變的條件下，考察三丁基胺用量對(duì)化合物收率的影響，其反應(yīng)結(jié)果如圖3所示.

圖3 核糖-1-磷酸與三丁基胺的摩爾比對(duì)化合物Ⅰ收率的影響Fig.3 Influence of molar ratio of nucleoside-1-chlorides and tri-n-Butylamine on the yield of compoundⅠ

在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)核糖-1-氯化物與三丁基胺以1∶1的摩爾比反應(yīng)時(shí)無法得到白色固體，原因可能是核糖-1-氯化物與當(dāng)量的三丁基胺結(jié)合形成的化合物不穩(wěn)定.由圖可以看出：核糖-1-氯化物與三丁基胺用量的摩爾比為1∶3時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物有最大收率.

2.1.5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物收率的影響

在其他條件保持不變的條件下，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)化合物Ⅰ收率的影響，其結(jié)果如圖4所示.

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)化合物Ⅰ收率的影響Fig.4 Influence of reaction time on the yield of compoundⅠ

由圖4可以看出：隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，產(chǎn)物收率也隨之增加，當(dāng)反應(yīng)超過15 h后產(chǎn)物顏色逐漸變深，20 h后產(chǎn)率達(dá)到最大值，隨著反應(yīng)時(shí)間繼續(xù)增加反應(yīng)物產(chǎn)率沒有明顯增加，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間延長到30 h后，產(chǎn)率有所下降.其原因可能是反應(yīng)時(shí)間短的情況下，反應(yīng)未完全，隨著反應(yīng)時(shí)間過長，體系發(fā)生了副反應(yīng).因此控制反應(yīng)時(shí)間20～25 h可以達(dá)到最大收率.

由于3′，5′-O-二對(duì)氯苯甲酰基-2-脫氧-D-核糖－1－氯化物極不穩(wěn)定，需在0℃以下，無水條件下保存，因此實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)溫度控制在－5～0℃，未研究其他反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物收率的影響.

2.2 2-脫氧－α-D-核糖-1-磷酸二環(huán)己胺鹽（化合物Ⅱ）的制備

2.2.1 化合物Ⅱ的結(jié)構(gòu)表征

化合物Ⅱ經(jīng)過熔點(diǎn)測定，紅外及核磁共振氫譜數(shù)據(jù)表征其結(jié)構(gòu)正確：熔點(diǎn)mp：166～167℃（文獻(xiàn)值168～169 ℃）；IR （KBr）：2 939 cm－1，2 853 cm－1，2 238 cm－1，1 630 cm－1；1H NMR（D2O）：5.67（1 H，dd），4.14～4.07（2H，ddd），3.60（1 H，dd），3.52（1H，dd），3.07（2H，m），2.28～2.23（1 H，ddd），1.99（1H，ddd），1.89（4H，m），1.71（4H，m），1.57（2H，m），1.29～1.21（8H，m），1.12（2H，m）.

2.2.2 用環(huán)己胺甲醇溶液脫去保護(hù)基時(shí)環(huán)己胺含量對(duì)收率的影響

在其他條件相同的情況下，用環(huán)己胺體積分?jǐn)?shù)為1%，2%，3%，4%，5%，6%，7%，10%，20% 的甲醇溶液來脫去保護(hù)基，考察堿體積分?jǐn)?shù)對(duì)產(chǎn)物收率的影響（圖5）.

圖5 堿用量對(duì)化合物Ⅱ收率的影響Fig.5 Influence of the amount of base on the yield of compoundⅡ

從圖5可以看出：當(dāng)環(huán)己胺的用量為1%時(shí)，產(chǎn)物的收率為11.3%，其原因可能為堿的用量不夠.當(dāng)環(huán)己胺的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到4%時(shí)，產(chǎn)物的產(chǎn)率最高.隨著環(huán)己胺濃度的增加，產(chǎn)物的收率逐漸降低.其原因可能是環(huán)己胺體積分?jǐn)?shù)過高之后，產(chǎn)物在溶液中的溶解度增大.

2.2.3 反應(yīng)溫度對(duì)化合物Ⅱ收率的影響

在其他條件不變的情況考察25，35，45，55℃等反應(yīng)溫度對(duì)化合物Ⅱ收率的影響.其結(jié)果如圖6所示.

圖6 反應(yīng)溫度對(duì)化合物Ⅱ收率的影響Fig.6 Influence of the reaction temperature on the yield of compoundⅡ

由圖6可以看出：在反應(yīng)時(shí)間為48 h的情況下，隨著反應(yīng)溫度的升高，產(chǎn)物的收率不斷增加，當(dāng)溫度升高到45℃后，在相同反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，反應(yīng)溫度升高后產(chǎn)物的收率不再繼續(xù)增加.因此從經(jīng)濟(jì)的角度考慮選擇反應(yīng)溫度為45℃較為理想.

2.2.4 用環(huán)己胺甲醇溶液脫去保護(hù)基時(shí)反應(yīng)時(shí)間對(duì)收率的影響

在其他條件不變的情況下，選擇反應(yīng)14，20，24，28，32，36，40，44，72 h考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物收率的影響（圖7）.

圖7 反應(yīng)時(shí)間對(duì)化合物Ⅱ收率的影響Fig.7 Influence of the reaction time on the yield of compoundⅡ

從圖7中可以看出：在環(huán)己胺，甲醇以及溫度一定的條件下，反應(yīng)時(shí)間對(duì)化合物Ⅱ的收率影響較大，反應(yīng)液從開始到12 h以內(nèi)反應(yīng)液為透明澄清液，反應(yīng)時(shí)間在13 h后開始變渾濁，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，反應(yīng)液開始由無色變成乳白色，同時(shí)有少量的絮狀沉淀產(chǎn)生，化合物Ⅱ的質(zhì)量也在不斷增加，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間延長到36 h時(shí)產(chǎn)物的質(zhì)量增加較少，繼續(xù)延長反應(yīng)到72 h，產(chǎn)物的質(zhì)量也沒有明顯變化.因此在反應(yīng)溫度為45℃的條件下，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮反應(yīng)的最佳時(shí)間為36 h.

3 結(jié) 論

以α／β混合構(gòu)型的1－氯-3′，5′-二（O-對(duì)氯苯甲?；?2-脫氧-D-核糖為原料，采用結(jié)晶誘導(dǎo)不對(duì)稱轉(zhuǎn)化技術(shù)，以三丁基胺為催化劑經(jīng)過三步合成得到了單一構(gòu)型的3′，5′-O-二對(duì)氯苯甲酰基2－脫氧－α-D-核糖-1-磷酸二環(huán)己胺，并用IR，1HNMR對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征.合成3′，5′-O-二對(duì)氯苯甲?；?2-脫氧－α-D-核糖-1-磷酸二環(huán)己胺的最佳條件為核糖與磷酸的投料摩爾比為1∶3，三丁基胺用量為核糖摩爾量的三倍，反應(yīng)溫度為-5～0℃，反應(yīng)時(shí)間為23 h，其α構(gòu)型含量為96.8%.2－脫氧－α-D-核糖-1-磷酸二環(huán)己胺的合成采用甲醇弱堿溶液脫除保護(hù)基，研究了脫除保護(hù)基的最佳條件為含有3%環(huán)己胺的甲醇溶液，反應(yīng)溫度為45℃，反應(yīng)時(shí)間為36 h，總收率為82.14%.

［1］姚其正.核苷化學(xué)合成［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［2］何軍林，張禮和.尿苷的結(jié)構(gòu)改造與細(xì)胞毒活性研究［J］.藥學(xué)學(xué)報(bào)，1998，34（1）：29-33.

［3］LING F，INOUE Y，KIMURA A.Purification and characterization of anovel nucleoside phosphorylase from a Klebsiella sp and is't use in the enzymatic production of adenine arabinoside［J］.Applied and Environmental Microbiology，1990，56（12）：3830-3834.

［4］LIANG Sheng-hua，LI Wen-zhou，GAO Tong，et al.Enzymatic synthesis of 2′-deoxyadenosine and 6-methylpurine-2′-deoxyriboside by Escherichia coli DH5αoverexpressing nucleoside phosphorylases from Escherichia coli BL21［J］.Journal of Bioscience and Bioengineering，2010，110（2）：165-168.

［5］樊華偉，傅紹軍，邵志宇，等，核苷類藥物酶法合成研究進(jìn)展［J］.生物技術(shù)通訊，2005，16（6）：690-692.

［6］TRELLES J，F(xiàn)ERNADEZA M，LEWKOWICZ E，et al.Purine nucleoside synthesis from uridine using immobilized Enterobacter gergoviae CECT 875 whole cells［J］.Tetrahedron Letters，2003，44：2605-2609.

［7］BERKES D S，JAKUBEC P，WINKLEROVA D，et al.CIAT with simultaneous epimerization at two stereocenters.Synthesis of substitutedβ-methyl-α-homophenylalanines［J］.Organic＆ Biomolecular Chemistry，2007，5（1）：121-124.

［8］VEDEJS E，DONDE Y.Crystallization-induced asymmetric transformation of a tertiary phosphine［J］.The Journal of Orgnic Chemistry，2000，65（8）：2337-2343.

［9］JAKUBEC P，BERKES D，POVAZANEC F.Crystallizationinduced asymmetric transformation.application to conjugate addition of benzylamine to amides of benzoylacrylic acid［J］.Tetrahedron Letters，2004，45（24）：4755-4758.

［10］BRANDS K M J，DAVIES A J.Crystallization-Induced diastereomer transformations［J］.Chemical Reviews，2006，106（7）：2711-2733.

［11］KOMATSU H，AWANO H.First Stereoselective Synthesis of 2-Deoxy－α-D-ribosyl-1-phosphate： novel application of crystallization-induced asymmetric transformation［J］.The Journal of Organic Chemistry，2002，67（15）：5419-5420.

Synthesis of a intermediate of nucleosides：2-deoxy－α-D-ribosyl-1-phosphate

QIAN Jie，PENG Mei-hong，WANG Hong
（College of Pharmaceutical Science，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310032，China）

2-deoxy－α-D-ribosyl-1-phosphate is a important intermediate for synthesizing nucleosides.2-deoxy－α-D-ribosyl-1-phosphate was synthesized from 1-chloro-3′，5′-di-（4-chlorobenzoyl）-2-deoxy－D-ribose by crystallization-induce asymmetric transformation，The yield of the product was 82.14%with 96.8 percent ofαconfiguration by HPLC.The influence factors of raw ratio，reaction time and reaction temperature were investigated.The optimum reaction conditions were determined as follows：The molar ratio of raw ratio was 1：3，reaction temperature was－5～0℃，the reaction time was 23 h.The protect group was released with weak-base solution，reacted at 45 ℃for 36 h in methanol with 3%cyclohexane.The process is mild reaction condition，good stereoselectivity，convenient to operate with low cost and high yield.This application is proved to be a technique with a higher economic value.

2-deoxy－α-D-ribosyl-1-phosphate；crystallization-induce asymmetric transformation；nucleosides

TQ463

A

1006-4303（2013）02-0138-05

2012-02-17

浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2009C13033-1）

錢 捷（1962－），男，江蘇揚(yáng)州人，副教授，碩士，研究方向?yàn)樗幬锖铣?，E-mail：qianjie＠zjut.edu.cn.

（

陳石平）