β-L-2′-脫氧胞苷的合成

常海洲,沈開源,江霜英

(1.上海理工大學 理學院，上海 200093；2.同濟大學 環(huán)境科學與工程學院，上海 200092)

核苷是含氮堿基與糖組分縮合成的糖苷。核苷類似物在藥學上被歸類為競爭性抑制劑，由于結(jié)構與天然核苷相似，這類藥物不僅可以“欺騙”病毒的酶，代替底物和酶結(jié)合，還能參與反應加入到新合成的核酸鏈上，阻止下一個核苷酸加入，比一般競爭性抑制劑具有更強的效果[1]。L-核苷是D-核苷的對映異構體，目前發(fā)現(xiàn)的天然核苷均屬于D構型。1964年，Smejkal等[2]合成了第一個L-核苷：L-胸苷。許多L-核苷類似物被證明比其對映的D構型核苷具有更好的抗病毒活性和更低的細胞毒性。如Belleau[3]合成的拉米夫定(Lamivudine)比其D-對映體(±)-2′,3′-雙脫氧-3′-硫代胞苷(BCH-189)擁有更優(yōu)的抗HIV活性[4-5]。

核苷類化合物的合成方法主要有以下4種：(1)提取天然生物體的RNA和DNA[6]，經(jīng)過水解、脫磷酸和分離后，得到天然D-核苷；(2)通過對堿基改造、糖基改造或堿基和糖基雙重改造來得到不同的核苷類化合物；(3)堿基和糖基在酶的催化下進行連接；(4)化學-酶合成法。

L-核苷的合成一般有兩種思路。一是直接用L-糖基和堿基縮合合成。Grigorii[7]用以特戊酰基為保護基的L-戊糖為原料，將2位的羥基氟代，再與胸腺嘧啶進行反應，脫保護基得到1-(2-脫氧-2-氟-β-L-呋喃阿糖基)胸腺嘧啶。Zhang等[8]以L-木糖和5-氟胞嘧啶為原料，用氯乙?；Ｗo糖的羥基，糖與堿基縮合時加入了TMSOTf(三氟甲磺酸三甲基硅烷酯)，經(jīng)過十步反應合成β-L-Fd4C(Elvucitabine)。任行等[9]以3-位被疊氮基團取代的1,2-O-異亞丙基-α-L-呋喃木糖和6-氯腺嘌呤、尿嘧啶及5-氟尿嘧啶等進行縮合反應合成了多種3′-疊氮L-核苷。二是首先得到對應的α-D-核苷，再經(jīng)過兩次反轉(zhuǎn)得到對應β-L-核苷。Watanabe等[10]以D-阿拉伯糖原料，與嘌呤的鈉鹽縮合得到α-D-型核苷，再經(jīng)過兩次結(jié)構翻轉(zhuǎn)得到9-(2-脫氧-β-L-呋喃核糖基)-2-巰基-9H-嘌呤。

L-dC可以被病毒的核苷激酶、磷酸激酶當作底物識別，具有極好的抗HBV活性[11-12]，是目前最有前景的抗HBV核苷類藥物之一。在20世紀初，L-dC與L-dT(替比夫定)一同進行了臨床1期和2期實驗，其中替比夫定已經(jīng)獲批上市[13]。Moosa等[14]以經(jīng)保護基保護的呋喃核糖和經(jīng)保護基保護的胞嘧啶經(jīng)過縮合得到了2′-脫氧-L-胞苷，產(chǎn)物中構型比例為α/β=1/5。

目前，針對L-dC這一重要中間體的合成路線研究較少。本文以2′-脫氧-L-核糖和胞嘧啶為原料，用對甲苯甲?；Ｗo糖的羥基，并在糖基和堿基的縮合反應中加入TMSOTf確保β構型產(chǎn)物的生成，經(jīng)過多步合成得到目標產(chǎn)物(Scheme 1),其結(jié)構經(jīng)1H NMR,13C NMR和MS確證。

Scheme 1

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Reichert-Thermovar型熔點儀；Bruker AVANCE III 400 MHz型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標)；Waters ACQUITY UPLC H-CLASS-QDA型質(zhì)譜儀。

2′-脫氧-L-核糖，純度≥99.0%，蕪湖華仁科技有限公司；胞嘧啶，純度≥98.0%，上海邁瑞爾化學技術有限公司；氨的甲醇溶液，上海邁瑞爾化學技術有限公司；其余所用試劑均為分析純或化學純。

1.2 合成

(1) 1-氯-2-脫氧-3,5-二-O-對甲苯甲酰基-L-呋喃核糖(5)的合成

冰鹽浴冷卻，將2′-脫氧-L-核糖(2)13.41 g(0.1 mol)和無水甲醇200 mL加入反應瓶中，攪拌下持續(xù)通入干燥HCl氣體，反應2 h得化合物3。減壓蒸餾除盡甲醇，殘余物加入吡啶250 mL、4-二甲氨基吡啶(DMAP)0.4 g(3.6 mmol)和三乙胺20.24 g(0.2 mol)，于5 ℃滴加對甲基苯甲酰氯30.92 g(0.2mol)，滴畢，升溫至室溫，反應過夜。析出白色固體4，過濾，濾液濃縮，殘余物加入冰乙酸100 mL，持續(xù)通入干燥的HCl氣體，過濾，濾餅用甲基叔丁醚打漿得白色固體527.2 g，收率70.0%，純度98.1%，m.p.113～115 ℃(112～114 ℃[16]);1H NMRδ:7.82～7.88(m,4H),7.27～7.34(m,4H),5.81(t,J=7.0 Hz,1H),5.45～5.64(m,1H),4.25～4.59(m,2H),2.45(dt,J=13.6,6.8 Hz,1H),2.61(dt,J=13.6,6.8 Hz,1H),2.27(d,J=1.3 Hz,6H);13C NMRδ:166.0,165.8,143.6,143.5,129.9,129.9,129.5,129.5,129.5,129.4,129.2,129.1,126.5,126.3,89.2,84.5,75.4,63.9,40.2,21.3,21.3;MSm/z:411.1{[M+Na]+}。

(2) 3,5-二-O-對甲苯甲?；?2′-脫氧-β-L-胞苷(6)

將胞嘧啶10.00 g(90 mmol),六甲基二硅氮烷(HDMS)500 mL和三甲基氯硅烷(TMSCl)180 mL加入反應瓶中,攪拌使其混合均勻；氮氣保護下加熱至130 ℃，回流反應5 h。減壓蒸除去多余HDMS和TMSCl，加入二甲苯0.5 L，重蒸得米白色油狀液體，不經(jīng)處理直接投入下一步反應。

將米白色油狀液體12.87 g(50 mmol)、化合物519.44 g(50 mmol)、三氟甲磺酸三甲基硅烷酯(TMSOTf)0.5 mL和二氯甲烷250 mL加入反應瓶中，攪拌使其混合均勻；氮氣保護下，反應3 h。加入飽和KHCO3溶液，分液，水相用少量二氯甲烷萃取，合并有機相，依次用飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓蒸除溶劑得米白色固體，加入100 mL混合溶液(乙醇/水=4/1,V/V)，于83 ℃回流反應30 min。減壓蒸除溶劑，經(jīng)硅膠柱層析純化得白色固體619.24 g，收率83.0%，純度93.7%,m.p.192～196 ℃;1H NMRδ:7.66～7.99(m,5H),7.22～7.34(m,4H),7.02(s,2H),6.20(t,J=6.9 Hz,1H),5.68(d,J=10.8 Hz,1H),4.33(q,J=7.0 Hz,1H),4.10～4.22(q,J=7.0 Hz,1H),3.97(dd,J=12.4 Hz,7.0 Hz,1H),3.68(dd,J=12.5 Hz,6.9 Hz,1H),2.63(dt,J=13.6 Hz,7.0 Hz,1H),2.39(dt,J=13.6 Hz,7.0 Hz,1H),2.12(d,J=1.3 Hz,6H);13C NMRδ:165.8,165.6,165.5,156.5,145.6,141.3,141.2,129.9,129.9,129.5,129.5,129.4,129.4,129.2,129.1,128.0,127.2,95.9,92.3,85.2,75.3,63.4,37.7,21.4,21.3;MSm/z:464.1{[M+H]+}。

(3) 2′-脫氧-β-L-胞苷(1)的合成

將化合物616.22 g(35 mmol)和氨(7 eq.)的甲醇(250 mL)溶液加入反應瓶，氮氣保護下,攪拌反應過夜。減壓蒸除溶劑，用超干甲醇打漿，過濾，濾餅用二氯甲烷洗滌，減壓蒸除溶劑得白色固體16.8 g，收率85.5%，純度99.9%,m.p.208～210 ℃(214 ℃[16]),α=34.6°(c=0.6 mol/L,H2O);1H NMRδ:7.16(d,J=10.8 Hz,1H),7.11(s,2H),6.16(t,J=7.0 Hz,1H),5.72(d,J=10.8 Hz,1H),4.20(q,J=7.0 Hz,1H),4.10～4.16(m,1H),3.77(m,1H),3.55(m,1H),2.57(dt,J=13.6 Hz,7.0 Hz,1H),2.11(dt,J=13.6 Hz,7.0 Hz,1H),1.87(t,J=5.5 Hz,1H),1.74(d,J= 5.1 Hz,1H);13C NMRδ:165.5,156.5,142.3,95.7,92.1,88.7,70.1,62.0,40.5;MSm/z:228.3{[M+H]+}。

2 結(jié)果與討論

2.1 5的合成

將2′-脫氧-L-核糖1-位甲苷化，得到脫氧L核糖甲苷。將3，5-位羥基用甲苯甲?；Ｗo起來得到化合物4。實驗中，發(fā)現(xiàn)對甲苯甲酰氯和苯甲酰氯上保護基的效果都很好，且均易在氨水中水解去除?？紤]到苯甲酰氯的危險性比對甲苯甲酰氯的危險性更高，所以選擇了更符合綠色化學理念的對甲苯甲酰氯。最后，化合物4在冰醋酸中與HCl發(fā)生氯化反應，1-位甲苷轉(zhuǎn)換成離去基團。通過甲基叔丁醚打漿得中間體5。

2.2 6的合成

鹵化物在TMSOTf的催化下糖苷鍵合成過程中經(jīng)歷了兩次SN2反應，第一次形成酰氧鎓離子，第二次形成核苷鍵，這樣合成的核苷均為β構型，提高了產(chǎn)物β構型的獲取率。

以中間產(chǎn)物4和5的反應為模板反應，研究了溶劑種類(No.1～5)、反應溫度(No.1,6～8)和反應物比例(No.1,9～10)對收率的影響，結(jié)果見表1。由表1可見，以二氯甲烷和氯仿為溶劑，收率最高(83%)?？紤]到氯仿的毒性更高、在堿性條件下不穩(wěn)定等因素，選擇二氯甲烷為最優(yōu)溶劑。溫度對反應的影響較大，在室溫下，反應收率最高；低溫下，反應收率均不足80%；在40 ℃時，由于中間體Ⅴ在高溫下不穩(wěn)定，收率也較低。

表1 溶劑、物料比及溫度對收率的影響Table 1 Effects of solvent,ratio of starting materials and temperature on yield

綜上，反應的最優(yōu)條件為：二氯甲烷為溶劑，反應溫度為室溫，物料比為1/1。

以2′-脫氧-L-核糖和胞嘧啶為原材料，以49.7%的總收率合成了純度達99.9%的目標產(chǎn)物2′-脫氧-β-L-胞苷。該方法具有原材料易得、反應溶劑毒性低、化學選擇性和收率較高等優(yōu)點，符合“綠色化學”理念。