蟲草素的合成

劉 君，丁 杰，何 巍，謝 歡，梁興勇

(四川理工學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，四川自貢 643000)

蟲草素又稱 3'-脫氧腺苷，由 Cunningham［1］于1950年第一次從蛹蟲草中分離得到。生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)蟲草素具有抗腫瘤、抑菌、抗病毒、消炎等［2］廣譜生物活性和藥理作用。近年來研究人員發(fā)現(xiàn)蟲草素可能具有增強(qiáng)人類免疫力［3］和清除因老齡化引起的體內(nèi)自由基的功效［4］。另外，臨床上已有以蟲草素為主要成分的新藥用于白血病的治療［5］，應(yīng)用前景良好，因此具有巨大的市場(chǎng)潛力。但是，蟲草素純品的獲得非常不易，因此國(guó)際市場(chǎng)上蟲草素的價(jià)格非常昂貴。

目前，蟲草素純品主要通過從人工培育的蛹蟲草中提取分離得到，操作繁瑣、制備成本較高［6］。為了大規(guī)模的獲取蟲草素用于生物活性研究，我們首先嘗試了對(duì)蟲草花進(jìn)行分離，但是最終只獲得500 mg樣品，純度約93%。該方法成本太高，因此我們?cè)噲D通過化學(xué)合成的方法獲取蟲草素。

通過對(duì)骨架分析可知，蟲草素由一個(gè)3-脫氧的核糖和腺嘌呤進(jìn)行糖苷化連接而成。目前文獻(xiàn)報(bào)道的蟲草素的化學(xué)合成工藝主要有兩種:一是以腺苷(1)為原料，通過將1的3'-位羥基溴代，接著用自由基還原去除3'-位的鹵素制備蟲草素［7］;二是利用木糖為原料通過多步基團(tuán)保護(hù)，單獨(dú)裸露出3-位羥基，接著用自由基還原反應(yīng)制得3-脫氧核糖，再與1進(jìn)行糖苷化連接制得蟲草素［8］。

本文以1為原料［9］，經(jīng)3步反應(yīng)簡(jiǎn)單快速地合成了蟲草素。即1與原乙酸三甲酯在醋酸作用下反應(yīng)制得2'，3'-羥基原酸酯化的中間體(2)，接著加入乙酰溴，水解2'，3'-原酸酯，通過一鍋兩步法以40.5% 的收率制得 2'，5'-O-二乙?；?3'-溴代腺苷(3);3在三丁基氫化錫和偶氮異二丁腈(AIBN)作用下經(jīng)還原脫溴反應(yīng)制得2'，5'-O-二乙?；?3'-脫氧腺苷(4);4經(jīng)水解去除糖環(huán)羥基上的乙?；铣闪讼x草素，3步總收率29.8%，純度＞95%，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR和MS確證［7］。本文還重點(diǎn)對(duì)3的合成條件進(jìn)行了優(yōu)化。

Scheme 1

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

UV1900型雙光束紫外分光光度計(jì);Bruker 400 MHz型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo));Hitachi型高效液相色譜儀;5500 Q-Trap型液質(zhì)聯(lián)用儀。

高效薄層層析板，青島海浪;柱層析用硅膠，200目～300目，青島海洋化工廠;Sephendex LH-20，北京綠百草公司;其余所用試劑均為分析純，愛斯特試劑公司，其中醋酸、甲苯和甲醇使用前經(jīng)干燥和純化。

1.2 合成

(1)3的合成

在反應(yīng)瓶中依次加入1 10.0 g(37.5 mmol)和冰醋酸75 mL，氮?dú)獗Ｗo(hù)，水浴冷卻，攪拌下緩慢滴加原乙酸三甲酯14.4 mL(112 mmol)，滴畢;于室溫反應(yīng)過夜(TLC檢測(cè));冰水浴冷卻下反應(yīng)15 min;緩慢滴加乙酰溴 7.6 mL(93.7 mmol)(30 min);升溫至20℃，反應(yīng)6 h(TLC檢測(cè))。低溫蒸去大部分乙酸和過量乙酰溴，殘余物用氯仿(80 mL)溶解，用飽和NaHCO3溶液調(diào)至pH 7～8，依次用水和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，蒸干溶劑后經(jīng)硅膠柱層析［洗脫劑:A=V(DCM)∶V(MeOH)=15 ∶1］純化得黃色油狀物 3 6.26 g，收率40.5%;MSm/z:414，416{［M+H］+}。

(2)4的合成

在反應(yīng)瓶中加入3 5.53 g(13.4 mmol)和無水甲苯67 mL，攪拌使其溶解;加入AIBN 0.44 g(2.68 mmol)，于室溫反應(yīng)10 min;氮?dú)獗Ｗo(hù)下滴加三丁基氫化錫 5.8 g(20.1 mmol)，滴畢;回流(110℃)反應(yīng)2 h(TLC檢測(cè))。傾入100 mL輕石油醚中(析出淡黃色固體)，過濾，濾餅用冰輕石油醚洗滌得4粗品3.87 g，收率87.0%，直接進(jìn)行下步反應(yīng)。

(3)蟲草素的合成［8］

在反應(yīng)瓶中依次加入無水甲醇37 mL和4 640 mg(1.87 mmol)，攪拌使其溶解;回流反應(yīng)3 h(TLC檢測(cè))。緩慢冷卻至室溫，減壓濃縮后經(jīng)Sephendex LH-20柱層析［洗脫劑:V(H2O)∶V(MeOH)=10∶1］純化得淡黃色固體蟲草素405 mg，收率 85.1%，Rf=0.3(展開劑:A=4 ∶1)，m.p.226 ℃ ～228 ℃，［α］20D- 35.2 °(c0.10，MeOH);UV-Vis(CH3OH)λmax:213，260 nm;1H NMR δ:8.36(s，1H，2-H)，8.15(s，1H，8-H)，7.30(s，2H，NH2)，5.87(d，J=6.0 Hz，1H，1'-H)，5.69(d，J=5.6 Hz，1H，2'-H)，5.19 ～5.17(m，1H，5'-OH)，4.57(s，1H，2'-OH)，4.34(s，1H，4'-H)，3.69 ～3.66(m，1H，5-Ha')，3.51 ～3.46(m，1H，5-Hb')，2.27 ～2.20(m，1H，3-Ha')，1.93～1.90(m，1H，3-Hb')(與文獻(xiàn)［8］值一致);MSm/z:274.1{［M+Na］+}。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成

本文參照文獻(xiàn)方法通過兩步反應(yīng)合成3:一是1的環(huán)化;二是乙酰溴開環(huán)。實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)雖然收率較好，但伴隨生成的副產(chǎn)物5(Chart 1)較多，很難分離純化。其次，第一步反應(yīng)產(chǎn)物2在乙酸乙酯、二氯甲烷及乙醚中的溶解性均較差，只在氯仿中有一定的溶解度。因此，萃取時(shí)氯仿用量較大。此外，由于第二步反應(yīng)中DMSO會(huì)干擾反應(yīng)的進(jìn)行(DMSO會(huì)和原位生成的HBr反應(yīng))，所以需要將其盡量除凈。文獻(xiàn)方法通過大量水洗和柱層析處理，后處理操作步驟較為繁瑣。在第二步溴解反應(yīng)中，我們發(fā)現(xiàn)按文獻(xiàn)方法操作，3/5=4/1，選擇性不理想，給后處理分離純化帶來了較大困難。

Chart 1

2.2 反應(yīng)條件優(yōu)化

在1的原酸酯化反應(yīng)中，為了克服現(xiàn)有方法的缺點(diǎn)，尋找更加合理的合成工藝，對(duì)反應(yīng)的溶劑進(jìn)行了篩選，考察不同溶劑對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果見表1。由表1可見，以 DMSO為溶劑時(shí)，2收率82%;以醋酸和DMF為溶劑時(shí)，收率較高，分別為72%和65%，且雜質(zhì)較少，可以作為DMSO的替代溶劑;乙腈和二氯甲烷為溶劑時(shí)收率較低，不能作為替代溶劑。

在2的溴解反應(yīng)過程中，考察了溶劑對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果見表2。首先參照文獻(xiàn)［9］方法以乙腈為溶劑時(shí)，以78%的收率獲得3和5的混合物，3/5=4/1［較文獻(xiàn)值(6/1)稍低］;嘗試以乙酸為溶劑，3和5總收率為63%，3/5最佳能達(dá)6/1。因此在進(jìn)行溴解反應(yīng)時(shí)，乙酸可作為較佳溶劑。

表1 溶劑對(duì)腺苷原酸酯化反應(yīng)的影響*Table 1 Effect of the solvent on ortho-esterification

鑒于此，可將原酸酯化反應(yīng)和溴解反應(yīng)合并進(jìn)行，反應(yīng)以40.5%收率制得3和5，3/5=6/1。該方法提高了反應(yīng)選擇性的同時(shí)也簡(jiǎn)化了后處理程序。由于醋酸的沸點(diǎn)相對(duì)較低，因此可以在低溫下將乙酸和過量乙酰溴蒸餾出，大大簡(jiǎn)化了后處理難度。但是反應(yīng)選擇性一般，需進(jìn)一步改進(jìn)以利于工業(yè)化生產(chǎn)。

3 結(jié)論

以廉價(jià)易得的腺苷(1)為原料，經(jīng)3步反應(yīng)以29.8%總收率成功合成了具有抗腫瘤、抑菌、抗病毒活性的天然產(chǎn)物蟲草素。合成中間體2'，5'-O-二乙?；?3'-溴代腺苷的最佳反應(yīng)條件為:1 37.5 mmol，醋酸 75 mL(作為溶劑和催化劑)，將原乙酸三甲酯112 mmol在冰水浴條件下緩慢滴加入體系，于室溫反應(yīng)過夜;冰浴條件下，將乙酰溴93.7 mmol在30 min內(nèi)緩慢滴加入反應(yīng)體系，于20℃反應(yīng)6 h，收率40.5%。

該改進(jìn)方法為蟲草素工業(yè)化合成提供了新的途徑。

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