丹參素及其衍生物合成方法的研究進(jìn)展*

李俊鵬， 楊涵， 陳家林， 周利民， 崔浩， 陳立橋

(1.昆明貴金屬研究所 稀貴金屬綜合利用新技術(shù)國家重點實驗室，云南 昆明 650106；2.湖北文理學(xué)院 低維光電材料與器件湖北省重點實驗室，湖北 襄陽 441053)

1 丹參素的藥理活性及結(jié)構(gòu)特點

1.1 丹參素的生理藥理活性

丹參素是唇形科植物丹參(SalviamiltiorrhizaBge)中的主要藥用成分，具有廣泛的生理藥理學(xué)活性，臨床上應(yīng)用于擴(kuò)張冠狀動脈、抑制血小板聚集和心肌細(xì)胞凋亡、抗血栓和防止動脈粥樣硬化、保肝護(hù)肝、抗炎和增強機體免疫等等[1].目前，丹參素主要是從中藥丹參中提取.丹參素的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，一是分離、合成過程中易消旋、易氧化，給分離、純化造成困難；二是生物體內(nèi)代謝的脂溶性差、體內(nèi)代謝不穩(wěn)定，大鼠體內(nèi)的生物利用度為14.18%，而SD大鼠口服生物利用度僅為9.53%；因此，開發(fā)具有適當(dāng)脂溶性、物化性質(zhì)穩(wěn)定及體內(nèi)代謝時間較長的丹參素衍生物是丹參素類藥物研發(fā)的重點.

目前，大量研究致力于分離提取工藝，提高了其分離的產(chǎn)率和效率，但僅僅依靠從中藥中分離獲得丹參素還遠(yuǎn)不能滿足需要[2].近年來，利用細(xì)胞工程、基因工程等現(xiàn)代生物技術(shù)對丹參作了應(yīng)用性研究，但存在代謝產(chǎn)物繁多、分離提取步驟復(fù)雜、干擾因素眾多及產(chǎn)率較低等諸多問題，難以實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用.而利用化學(xué)方法合成是獲得丹參素的重要途徑之一.本文就丹參素衍生物的合成方法進(jìn)行了歸納和總結(jié).

1.2 丹參素的結(jié)構(gòu)特點

圖1 丹參素及部分丹參素類藥物的結(jié)構(gòu)

圖1給出了丹參素及部分丹參素類藥物的結(jié)構(gòu)[3].丹參素的結(jié)構(gòu)包括三個部分.第一部分是左邊的兒茶酚結(jié)構(gòu)，第二部分是右邊的疏水酯基部分，第三部分是中間的(R)-羥基.目前，對丹參素結(jié)構(gòu)的改造，主要是從這三個方面入手，同時，這三部分對丹參素的藥理、藥效以及藥代學(xué)的影響也是不同的.

兒茶酚(即3，4-二羥基苯基)結(jié)構(gòu)是丹參素體內(nèi)外抗氧化及抗自由基損傷的活性藥效團(tuán)[4].大量研究表明，具有兒茶酚結(jié)構(gòu)的化合物，如咖啡酸、咖啡酸苯乙酯、腎素等等，都具有清除自由基的能力.雖然目前其具體作用機制尚未明確，但是可以肯定的是，兒茶酚結(jié)構(gòu)是丹參素抗心肌缺血再灌注作用的主要藥效基團(tuán).不過，令人困擾的是，該類結(jié)構(gòu)的物化性質(zhì)不太穩(wěn)定，溶液中易被氧化為醌式結(jié)構(gòu)，降低其生理活性.對策之一是將這兩個羥基用不同的官能團(tuán)保護(hù)，進(jìn)入體內(nèi)后，在到達(dá)藥物作用靶點前，在生理環(huán)境中脫去保護(hù)基，從而增加了其化學(xué)穩(wěn)定性以及體內(nèi)代謝穩(wěn)定性，有利于制備、制劑及給藥形式的開發(fā).第二部分疏水酯基的變化是丹參素類藥物多樣性開發(fā)的重點，如處于臨床2期研究的丹參素異丙酯主要用于抗高原反應(yīng)[5]，丹參素降冰片酯用于抗腦缺血[6]等(結(jié)構(gòu)見圖1).丹參素類藥物與其作用靶點結(jié)合時，受體可能會有一個疏水腔，通過疏水作用與藥物結(jié)合，從而啟動下游通路[7].第三部分是藥物化學(xué)研究的難點，原因有二：一是易消除，生成咖啡酸的結(jié)構(gòu)，二是易消旋，生成外消旋化合物.因此，如何簡單、高效的構(gòu)建該手性羥基是藥物化學(xué)和有機化學(xué)研究的重點內(nèi)容之一.

2 丹參素外消旋體的合成

丹參素的外消旋體，即(±)-丹參素特殊的結(jié)構(gòu)很早就引起了有機化學(xué)家的關(guān)注，具體的合成路線較多，基本策略是從α-羰基羧酸(酯)的還原得到丹參素或其衍生物.因此，從關(guān)鍵中間體α-羰基羧酸(酯)的制備入手，可歸納為兩類較成熟的合成路線：

2.1. Knoevenagel縮合路線

1992年，黃乃正發(fā)展了乳酸衍生物的合成(圖2)[8].該路線以3,4-二羥基苯甲醛為原料，與乙酰甘氨酸的Knoevenagel縮合反應(yīng)得到噁唑酮衍生物，并探討了Knoevenagel縮合后由烯胺制備α-羥基羧酸酯的合成條件，開環(huán)后經(jīng)烯胺中間體合成關(guān)鍵中間體α-羰基酸衍生物；隨后通過各種方法還原羰基得到丹參素(或其衍生物).

圖2 Knoevenagel縮合路線

2005年，鄧喜玲等采用該路線，以5步、31%產(chǎn)率得到了丹參素的外消旋體；其中，第四步采用的Clemmenson還原條件，還原α-酮酸為α-羥基酸，產(chǎn)率為66%，該路線將烯胺的水解和還原反應(yīng)分開，總反應(yīng)產(chǎn)率穩(wěn)定[9].

同年，馮淑華小組也采用該路線，但是還原α-酮酸時所用的試劑是KBH4，反應(yīng)條件相對溫和，同時將兩個酚羥基用乙?；Ｗo(hù)，在一定程度上增加了丹參素的穩(wěn)定性[10].

2008年，鄭曉輝小組采用該路線，合成了丹參素的外消旋體，同時也合成了丹參素的酰胺衍生物，隨后從孿藥的思路出發(fā)，用傳統(tǒng)的合成方法將丹參素與非天然氨基酸縮合得到了丹參素酰胺衍生物[11].

2011年，張群正小組針對Knoevenagel縮合及開環(huán)反應(yīng)的時間較長，產(chǎn)率較低的問題，采用微波輔助催化技術(shù),將反應(yīng)時間從5 h和4 h分別降低到15 min和8 min，同時產(chǎn)率略有增加[12].由此可見，新的合成技術(shù)和方法對丹參素的合成是十分有幫助的.

2.2 Darzens縮合路線

該合成路線也是以3,4-二羥基苯甲醛為起始原料，經(jīng)關(guān)鍵步驟Darzens縮合[13]反應(yīng)合成苯基環(huán)氧乙烯酯衍生物，再選擇性開環(huán)，得到α-羥基酸衍生物，這路線雖然增加了保護(hù)/脫保護(hù)兩步，但是總產(chǎn)率與前一路線基本接近.

圖3 Darzens縮合路線

2007年吳松小組采用該路線，以3,4-二羥基苯甲醛為起始原料，經(jīng)六步反應(yīng)，以48.4%產(chǎn)率得到了丹參素的外消旋體.其中Darzens縮合反應(yīng)是一步構(gòu)建碳-碳鍵及環(huán)氧鍵的關(guān)鍵反應(yīng).該小組通過將催化劑四丁基硫酸氫銨改為芐基三乙基氯化銨(TEBAC) ,使反應(yīng)時間由原來的5 d縮短為1 d[14].

2009年，張群正小組采用類似路線合成了丹參素的降冰片酯，總產(chǎn)率為29%[15].第二步的縮合反應(yīng)中，當(dāng)采用疏水的、大體積的降冰片酯時，產(chǎn)率較低，這可能與空間效應(yīng)和電子效應(yīng)都有關(guān)系.值得注意的是，作者討論了氯乙酸酯中酯基對Darzens縮合反應(yīng)影響，同時，也通過該反應(yīng)引入丹參素衍生物所需的具有適當(dāng)空間大小和疏水性質(zhì)的酯基.

2010年，顧軍小組研究了芳環(huán)上不同取代基對Darzens縮合反應(yīng)的影響，結(jié)果顯示Darzens反應(yīng)能容忍大部分保護(hù)基，其中雙芐基保護(hù)的3,4-二羥基苯甲醛的產(chǎn)率較低[16].

2010年后，有機化學(xué)家開始關(guān)注第三、四步的反應(yīng)，并試圖將開環(huán)和還原反應(yīng)合二為一，即從環(huán)氧化合物一步得到α-羥基酸衍生物，當(dāng)然該步反應(yīng)需要溫和的還原性條件以及合適的選擇性，目前來看似乎效果不理想.

以上這些合成方法只針對(±)-丹參素的合成，都無法獲得光學(xué)純的(R)-丹參素.大量研究表明，化學(xué)合成的(±)-丹參素與天然的(R)-丹參素在藥理、藥效以及藥代方面明顯不同，甚至表現(xiàn)出相反的活性[17-19].同時，根據(jù)新藥申報的標(biāo)準(zhǔn)，要求區(qū)分化合物的不同異構(gòu)體(包括對映異構(gòu)體和非對映異構(gòu)體)為不同的化學(xué)實體.因此，光學(xué)純丹參素的合成也是藥物化學(xué)關(guān)注的重點之一.

3 光學(xué)純丹參素及其衍生物的合成

3.1 酶拆分法

圖4 酶拆分光學(xué)純丹參素的路線

2005年，F(xiàn)indrik小組成功地利用了來源于細(xì)菌Lactobacillusleishmannii的D-乳酸脫氫酶立體選擇性的還原α-羰基酸衍生物(圖4)，從而得到了(R)-丹參素[20].該方法可以獲得幾乎100%光學(xué)純的(R)-丹參素，但是缺點是該酶的分離、純化比較困難，且反應(yīng)過程中需要NADH/NAD+氧化還原體系的參與，拆分條件不易控制.

3.2 從原料引入手性中心的方法

圖5 借助原料中手性氨基的路線

從結(jié)構(gòu)特點上來看，丹參素是α-羥基-β-苯基的羧酸衍生物，與酪氨酸的α-氨基-β-苯基羧酸的結(jié)構(gòu)類似，中心碳原子的絕對構(gòu)型相同，主要的不同是：α-位的官能團(tuán)，一個是氨基，一個是羥基.基于此，Bogucki小組用(S)-酪氨酸為原料通過傅克酰基化，重氮化反應(yīng)，Dakin反應(yīng)，合成了(S)-丹參素，即為天然丹參素的對映異構(gòu)體[21].于沛小組從(R)-酪氨酸出發(fā)，經(jīng)相似步驟合成了(R)-丹參素(圖5)[22-23].該合成路線充分利用了原料中的手性碳原子，降低了不對稱合成的成本.合成中需要注意的是在傅克?；^程中，較強的酸性條件容易使得原料中的手性氨基消旋化，因此對于反應(yīng)條件的要求是比較苛刻的.

3.3 不對稱催化氫化方法

圖6 不對稱催化氫化的合成路線

該路線利用雙鍵的不對稱催化氫化來構(gòu)建手性碳原子，即先合成苯乙烯衍生物，然后不對稱還原得到手性碳，再通過官能團(tuán)轉(zhuǎn)化合成丹參素衍生物.王洋小組即采用這一路線(圖6)[24].以3，4-二羥基苯甲醛為原料先合成α-羰基酸衍生物，進(jìn)而用酯基保護(hù)烯醇化后的α-醇羥基得到關(guān)鍵中間體α,α-酯基-β-苯基烯烴的衍生物，隨后在[Rh(cod)2]BF4和手性配體的催化下加氫，得到了一系列不同保護(hù)基和酯基的丹參素衍生物，最高產(chǎn)率89%，對映選擇性92%.同時，該小組對該類衍生物的藥效團(tuán)和藥動團(tuán)進(jìn)行了初步的篩選.該合成路線充分利用了較為成熟的不對稱催化氫化技術(shù)，有多種催化體系，為以后的工業(yè)化操作提供方便.值得一提的是該催化氫化底物不是很穩(wěn)定，易生成α-酮酸或共軛烯烴結(jié)構(gòu)，雖然可以使用保護(hù)基，但無疑會增加合成步驟.

3.4 不對稱環(huán)氧化方法

圖7 Sharpless環(huán)氧化的合成路線

該路線從醛出發(fā)，先合成苯乙烯衍生物，然后通過Sharpless環(huán)氧化引入手性中心，選擇性開環(huán)后得到手性α-羥基酸(圖7).樓亞平、邵以德小組即采用這一路線，即先合成具有酯基苯乙烯結(jié)構(gòu)的E-肉桂醇，隨后利用sharpless不對稱環(huán)氧化得到絕對構(gòu)型確定的、酯基取代的環(huán)氧苯乙烯，催化氫化開環(huán)后得到所需的丹參素衍生物.該合成路線的優(yōu)點是雙鍵的不對稱環(huán)氧化有多種催化體系，而這些催化體系有工業(yè)化應(yīng)用的成功案例.不足之處可能是在環(huán)氧原料的制備上.它需要通過多步反應(yīng)才能得到苯乙烯衍生物，而后進(jìn)行不對稱環(huán)氧化.隨后，該小組從苯環(huán)的代謝穩(wěn)定性出發(fā)，用氟替代苯環(huán)對位上的氫，采用類似的方法合成了對氟苯基乳酸及其衍生物[25].同樣為了提高丹參素的代謝穩(wěn)定性，特別是I相代謝穩(wěn)定性，朱依諄等人在苯環(huán)的鄰位引入硝基，效果明顯[26].

3.5 不對稱雙羥化/脫羥基方法

圖8 Sharpless雙羥化的合成路線

2011年，姜茹等采用Sharplass不對稱雙羥化合成了丹參素的冰片酯.該路線也是從兒茶酚醛出發(fā)，保護(hù)后合成苯乙烯衍生物，通過Sharpless雙羥化引入兩個手性羥基，隨后在三乙基硅氫條件下，脫除芐位的羥基，保留手性α-羥基結(jié)構(gòu)(圖8)[27].該路線得到的丹參素冰片酯的光學(xué)純度非常高(大于99.9%).

4 展 望

丹參素及其衍生物獨特的結(jié)構(gòu)和廣泛的生理藥理活性是吸引化學(xué)工作者的關(guān)鍵.因此，新的合成方法及丹參素(及其衍生物)結(jié)構(gòu)與生理藥理活性間的關(guān)系是今后關(guān)注的焦點.

1)新的合成方法

新的合成方法，特別是關(guān)于手性α-羥基的構(gòu)建方法是丹參素衍生物合成的關(guān)鍵.如何簡單有效、高選擇性的構(gòu)建手性羥基是不對稱催化合成所關(guān)注的重點.

2)新的構(gòu)效關(guān)系

迄今為止，丹參素結(jié)構(gòu)與藥理活性的構(gòu)效關(guān)系尚無系統(tǒng)的研究報道.當(dāng)然這需要合成大量的衍生物，以及基于不同體內(nèi)外模型，篩選的活性數(shù)據(jù)，建立其構(gòu)效關(guān)系.另外，在分子水平認(rèn)識丹參素衍生物的作用靶點及其可能的作用方式是丹參素類藥物研發(fā)的重點.

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