5-(2-溴乙烯基)-4-硫代尿苷合成工藝的改進(jìn)

句 媛，李德鵬

（大連大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 大連 116622）

癌癥的主要誘因源于堿基的變化，堿基的微小變化都有可能引起生物機(jī)體的變異亦或是機(jī)體異常?？拱捳畈《舅幬锇⑽袈屙f(Aciclovir)為人工合成核苷類藥物奠定了基礎(chǔ)[1-3]。在核苷類藥物中，其堿基的結(jié)構(gòu)起著決定性的作用。因此，核苷堿基結(jié)構(gòu)修飾是發(fā)現(xiàn)新先導(dǎo)化合物十分有效的手段[4]。天然DNA堿基中不含有硫原子，但Lipsett[5]從大腸桿菌分離出4-硫尿嘧啶核酸進(jìn)而引發(fā)人們極大的關(guān)注。與正常DNA堿基對(duì)比，含硫堿基DNA具有獨(dú)特的性質(zhì)，尤其是含巰嘧啶系列化合物具有抗癌活性和免疫增強(qiáng)作用[6]，同時(shí)硫代嘧啶堿基的親脂性有很大的提高[7]。基于硫代堿基特性，徐耀忠和Peter Kann博士提出了“近紫外光/4-硫胸苷(UVA/Thiothymidine )光動(dòng)力療法”[8-9]，可高選擇性的殺死腫瘤細(xì)胞，對(duì)正常細(xì)胞的損傷較小從而減少了病患在治療中的痛苦，為癌癥治療提供了一個(gè)新的途徑。為癌癥治療提供了一個(gè)新的途徑。

在核苷衍生物的生物活性中，5-取代胸苷類似物作為抗腫瘤和抗病毒藥物已被廣泛用于臨床[10]，而4-硫代核苷類似物對(duì)紫外線更敏感，尤其是與UVA結(jié)合后可用于治療皮膚癌，且當(dāng)5-位取代基能與嘧啶環(huán)共軛時(shí)，抗腫瘤效果更好[10-11]。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)4-硫-5-鹵代尿苷等4-硫胸苷類衍生物均具有良好的生物活性[12-13]。以往5-碘代用稀硝酸和碘體系反應(yīng)劇烈，而用硝酸鈰銨和碘的體系反應(yīng)溫和，操作簡(jiǎn)單。而在4-硫代時(shí)五硫化二磷反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，溫度較高，柱分離較為困難，產(chǎn)率不高。勞森試劑反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較短，反應(yīng)條件也更加溫和，柱分離較簡(jiǎn)單，產(chǎn)率較高。故改變已合成5-(2-溴乙烯基)-4-硫代尿苷[14]的路線，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案。新合成路線如圖1示:

圖1 5-(2-溴乙烯基)-4-硫代尿苷的合成路線

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

儀器：JASCO-UV560型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（日本）；JULABO-F12型制冷和加熱循環(huán)器（德國(guó)，f?.01 ℃）；FA1004電子天平（上海精科天平廠）。

試劑：尿苷（Sigma公司，純度98%）。所用的其它試劑均為分析純。實(shí)驗(yàn)用水為二次去離子蒸餾水，無(wú)熒光雜質(zhì)。

1.2 5-(2-溴乙烯基)-4-硫代尿苷的合成

1.2.1 5-碘尿苷(2)的合成

取尿苷(1)13.06 g(53.50 mmol)溶于無(wú)水乙腈中，升溫至90 ℃，加入硝酸鈰銨34.79 g (63.45 mmol)等溫度恒定至90 ℃時(shí)，加入10.09 g(39.92 mmol)單質(zhì)碘，通過(guò)薄層色譜法監(jiān)測(cè)反應(yīng)，直至原料點(diǎn)消失。反應(yīng)時(shí)間1 h。然后將溶劑蒸干，得到紫黑色油狀物，加入乙酸乙酯將油狀物溶解，轉(zhuǎn)入分液漏斗后，加入飽和亞硫酸氫鈉溶液，收集下層白色固體。用乙酸乙酯萃取，萃取至液體為無(wú)色或淡黃色。然后再用用飽和NaCl萃取，并用無(wú)水硫酸鎂干燥有機(jī)相，蒸除溶劑，白色固體出現(xiàn)，即為(2)14.30 g(38.64 mmol)，收率為72.2%.m.p.206～209 ℃ (文獻(xiàn)值m.p.208～210 ℃[15]).1H NMR(500 MHz, DMSO-d6)δ: 11.69 (s, 1H), 8.48 (s, 1H), 5.72 (d, J = 4.6 Hz, 1H),5.43 (s, 1H), 5.27 (s, 1H), 5.08 (s, 1H), 4.03 (d, J = 4.1 Hz, 1H), 3.98 (t, J = 4.4 Hz, 1H), 3.9 0～3.82 (m, 1H),3.68 (d, J = 11.6 Hz, 1H), 3.57 (d, J = 11.6 Hz, 1H).13C NMR (125 MHz, DMSO-d6) δ: 160.99, 150.59,145.52, 87.98, 85.10, 70.47, 69.77, 61.27, 40.65。

1.2.2 5-(2-丙烯酸甲酯基)尿苷(3)的合成

取無(wú)水二噁烷于反應(yīng)器中，加氬氣保護(hù)，加熱至70 ℃時(shí)，依次加入醋酸鈀0.31 g (1.38 mmol)，三苯基膦0.72 g (2.75 mmol)，三乙胺5 mL，攪拌30 min。加入(2) 10.18 g (27.52 mmol)，丙烯酸甲酯7.11 g (82.56 mmol，約7.11 mL)，通過(guò)薄層色譜法監(jiān)測(cè)，直至原料點(diǎn)消失。反應(yīng)時(shí)間為20 h。冷卻過(guò)濾，收集濾液，靜置，再過(guò)濾。得到白色絮狀固體，即(3) 6.57 g (20.01 mmol)，收率為72.7%.m.p.194～197 ℃.1H NMR (500 MHz, DMSO-d6) δ: 11.67 (s, 1H), 8.51(s, 1H), 7.35 (d, J = 12.0 Hz, 1H), 6.85 (d, J = 12.0 Hz,1H), 5.77 (d, J = 4.0 Hz, 1H), 5.46 (d, J = 4.0 Hz, 1H),5.30 (t, J = 4.0 Hz, 1H), 5.08 (d, J = 4.0 Hz, 1 H), 4.08(dd, J = 12.0 Hz, 4.0 Hz, 1H), 4.01 (dd, J = 12.0 Hz,4.0 Hz, 1H), 3.87 (dd, J = 4.0 Hz, 4.0 Hz, 1H), 3.68 (s,3H), 3.57 (s, 2H).13C NMR (125 MHz, DMSO-d6) δ:167.61, 162.14, 149.91, 144.43, 138.36, 116.73, 108.67,89.13, 85.13, 74.37, 69.48, 60.66, 51.75.HRMS:calcd for C13H16N2O8Na [M+Na]+ 351.0927, found 351.0921.

1.2.3 5-(2-羧乙烯基)尿苷(4)的合成

取(3) 6.00 g緩漫滴入80 mL碳酸鈉溶(2 mol/L)，室溫?cái)嚢? h后，在冰浴條件下逐滴加入濃鹽酸，直到pH為1，此時(shí)有大量白色沉淀生成。抽濾，得到白色固體(4) 5.31 g (16.89 mmol)，收率為92.3%.m.p.269～270 ℃.1H NMR (500 MHz, DMSO-d6)δ: 8.43 (s, 1H), 7.18 (d, J = 12.0 Hz, 1H), 6.74 (d, J =12.0 Hz, 1H), 5.78 (d, J = 4.0 Hz, 1H), 4.09 (t, J = 4.0 Hz, 1H), 4.04 (t, J = 4.0 Hz, 1H), 3.89 (d, J = 4.0 Hz,1H), 3.70 (m, J = 4.0 Hz, 1H), 3.61 (dd, J = 8.0 Hz, 1H).13C NMR (125 MHz, DMSO-d6) δ: 169.52, 162.28,150.08, 142.67, 135.36, 121.27, 109.40, 88.93, 85.28,74.41, 69.72, 60.78.HRMS: calcd for C12H14N2O8Na[M+Na]+ 337.0570, found 337.0632.

1.2.4 5-(2-溴乙烯基)尿苷(5)的合成

取(4) 4.50 g (14.31 mmol) 加入120 mL水并加熱至100 ℃攪拌，再加入無(wú)水碳酸鉀1.20 g，取NBS 1.3 g分別溶于22.5 mL丙酮和22.5 mL水中，并將混合液滴加至燒瓶中，在135 min滴加完畢。攪拌3 h，停止反應(yīng)，蒸出一半溶劑，置于冰箱中，過(guò)夜。有許多針狀棕色晶體析出，抽濾，得到產(chǎn)品(5)2.70 g (7.73 mmol)，收率為50.5%.m.p.170～172 ℃.1H NMR (500 MHz, DMSO-d6) δ: 11.57 (s, 1H), 8.16(s, 1H), 7.24 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 6.82 (d, J = 12 Hz,1H), 5.76 (d, J = 4.0 Hz, 1H), 5.23～5.09 (m, 3H), 4.05(t, J = 4.0 Hz, 1H), 4.00 (t, J = 4.0 Hz, 1H), 3.86 (dd,J = 8.0 Hz, 4.0 Hz, 1H), 3.71 (dd, J = 12.0 Hz, 8.0 Hz,1H), 3.59 (td, J = 12.0 Hz, 8.0 Hz, 1H).13C NMR (125 MHz, DMSO-d6) δ: 162.13, 149.99, 139.96, 130.16,110.14, 107.03, 88.83, 85.14, 74.23, 69.72, 60.88.UV-vis (CH3CN) λmax: 251, 295 nm.HRMS: calced for C11H13BrN2O6Na [M+Na]+ 370.9855, found 371.4815.

1.2.5 2', 3', 5'-O-三乙?；?5-(2-丙烯酸甲酯基)尿苷(6)的合成

取(5) 2.50 g (7.16 mmol) ，溶于無(wú)水吡啶21.00 mL溶解完全后，置于冰浴條件下，加入乙酸酐4.81 mL (50.77 mmol)。通過(guò)薄層色譜法監(jiān)測(cè)反應(yīng)情況，反應(yīng)約5 h后，原料點(diǎn)消失。蒸除溶劑，得到油狀粘稠物，乙醇重結(jié)晶，得到灰白色固體(6)2.87 g (6.03 mmol)，產(chǎn)率84.3%.m.p.191～193℃.1H NMR (500 MHz, DMSO-d6) δ: 11.74 (s, 1H),7.93 (s, 1H), 7.30 (d, J = 12.0 Hz, 1H), 6.87 (d, J = 12.0 Hz, 1H), 5.92 (d, J = 4.0 Hz, 1H), 5.45 (dd, J = 4.0 Hz,8.0 Hz, 1H), 5.3 5～5.33 (m, 1H), 4.34 (t, J = 8.0 Hz,1H), 4.2 8～ 4.23 (m, 2H), 2.0 8～ 2.05 (m, 9H).13C NMR (125 MHz, DMSO-d6) δ: 170.52,169.79,169.77,162.01, 149.65, 140.38, 129.77, 111.02, 107.97, 88.35,79.52, 72.50, 69.91, 63.37, 20.99, 20.73, 19.02.HRMS:calcd for C17H19BrN2O9Na [M+Na]+ 497.0172,found 497.0171.

1.2.6 2', 3', 5'-O-三乙酰基-5-(2-溴乙烯基)-4-硫代尿苷(7)的合成

取(6) 2.29 g (4.81 mmol)，溶于無(wú)水二噁烷中，加熱到105 ℃。加入勞森試劑 2.15 g (5.32 mmol)，用薄層色譜法檢測(cè)反應(yīng)情況，反應(yīng)4 h后原料點(diǎn)消失。除去溶劑，得到棕紅色固體。柱分離得到得到黃色固體(7) 0.73 g (1.49 mmol)，收率為31.1%.m.p.200～202 ℃.1H NMR (500 MHz,DMSO-d6) δ 13.06 (s, 1H), 7.96 (s, 1H), 7.21 (d, J= 12.0 Hz, 1H), 7.09 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 5.89 (d, J =4.0 Hz, 1H), 5.57 (dd, J = 8.0 Hz, 4.0 Hz, 1H), 5.38 (t,J = 6.0 Hz, 1H), 4.38 4.33 (m, 1H, 4’-H), 4.31 4.26(m, 2H, 5’-H), 2.08～2.03 (m, 9H).13C NMR (125 MHz, DMSO-d6) δ: 188.77, 170.49,169.75,169.74,147.23, 135.59, 131.26, 119.02, 107.83, 89.53, 79.93,72.60, 69.82, 63.24, 20.97-20.70.HRMS: calcd for C17H19BrN2NaO8SNa [M+Na]+ 512.9943; found 512.9950.

1.2.7 5-(2-溴乙烯基)-4-硫代尿苷(8)的合成

取(7) 0.60 g (1.22 mmol) ，用飽和的氨甲醇溶液120 mL溶解并進(jìn)行反應(yīng)，室溫?cái)嚢?，通過(guò)TCL檢測(cè)反應(yīng)歷程，直至原料點(diǎn)消失，反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)為3 h，停止反應(yīng)。蒸除溶劑，得到黃色油狀物，柱分離得到黃色固體，得到產(chǎn)品(8) 0.15 g (0.42 mmol)，收率為34.6%。m.p.170～172 ℃.1H NMR (500 MHz,DMSO-d6) δ: 12.91 (s, 1H), 8.42 (s, 1H), 7.25 (d, J =8.0 Hz, 1H), 6.93 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 5.71 (d, J = 4.0 Hz, 1H), 4.1 1～ 4.10 (m, 1H), 4.0 4～ 4.02 (m, 1H),3.90～3.89 (m, 1H), 3.78 (dd, J = 12.0 Hz, 4.0 Hz,1H), 3.62 (dd, J = 12.0 Hz, 8.0 Hz, 1H).13C NMR (125 MHz, DMSO-d6) δ: 188.06, 147.49, 134.88, 131.68,118.23, 106.50, 90.00, 84.89, 74.57, 68.98, 60.07.UV-vis(CH3CN) λmax: 230, 279, 351 nm.HRMS: calcd for C11H13BrN2O5SNa [M+Na]+ 386.9626, found 386.9610.

2 結(jié)果與討論

本文中用尿苷(1)合成5-碘尿苷(2)時(shí)，用硝酸鈰銨代替了稀硝酸，反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)率提高，分離簡(jiǎn)單，收率是72.2%，在合成化合物5-(2-丙烯酸甲酯基)尿苷(3)過(guò)程中，二價(jià)鈀催化效率較高，雙三苯基膦鈀反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。此外，反應(yīng)體系的堿性對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果至關(guān)重要，故而實(shí)驗(yàn)中選用無(wú)水二噁烷作溶劑，所用堿為三乙胺。

由化合物5-(2-羧乙烯基)尿苷(4)合成化合物5-(2-溴乙烯基)尿苷(5)，即脫去羧基-溴代反應(yīng)，類似于Hunsdiecker反應(yīng)，本方法無(wú)需銀離子和無(wú)水條件進(jìn)行，操作簡(jiǎn)捷方便，可以使用水和DMF做溶劑，考慮到DMF的毒性和價(jià)格，故選用水做溶劑，加入少量的丙酮可以更好溶解NBS，提高反應(yīng)速度。

在化合物2', 3', 5'-O-三乙?；?5-(2-丙烯酸甲酯基)尿苷(6)硫化過(guò)程中，使用勞森試劑代替五硫化二磷，其反應(yīng)溫度、時(shí)間及收率均優(yōu)于五硫化二磷法，TLC監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)點(diǎn)較少，產(chǎn)物和雜質(zhì)Rf相差較大，十分有利于柱色譜分離。分析實(shí)驗(yàn)路線得出，用硝酸鈰銨和勞森試劑代替稀硝酸與五硫化二磷，反應(yīng)時(shí)間縮短，產(chǎn)率提高，反應(yīng)條件溫和。

5-(2-溴乙烯基)尿苷的紫外最大吸收峰為295 nm，硫代后的5-(2-溴乙烯基)-4-硫代尿苷的波長(zhǎng)為351 nm，發(fā)生了紅移，波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，能量降低，對(duì)正常細(xì)胞損害降低，減輕病人痛苦。故而5-(2-溴乙烯基)-4-硫代尿苷可以作為抗癌藥物的前藥，適合用于光動(dòng)力療法。

3 結(jié)論

基于原有實(shí)驗(yàn)方案，我們?cè)O(shè)計(jì)了新的合成路線，新合成方法反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)時(shí)間縮短，分離簡(jiǎn)單，產(chǎn)率提高了27%。