二萜生物堿化學研究的回顧

王鋒鵬

四川大學華西藥學院天然藥物系，成都 610041

二萜生物堿是一類重要的天然化合物。由于生物多樣性、結(jié)構(gòu)的復雜性以及有趣的化學和重要的生物活性，二萜生物堿的研究長久來一直受到人們的重視。特別是近30年來，由于色譜與波譜技術(shù)的發(fā)展與應用，發(fā)現(xiàn)的二萜生物堿的數(shù)目急劇增加。截止2019年底為止，發(fā)現(xiàn)的二萜生物堿已逾1 500個。而絕大多數(shù)二萜生物堿分自于毛茛科烏頭屬和翠雀屬，以及薔薇科繡線菊屬。僅僅極少數(shù)散在分布在其他植物中。我們先后比較系統(tǒng)地歸納總結(jié)C20-、C18-和C19-二萜生物堿的諸多方面，主要包括結(jié)構(gòu)分類、分布、生源關(guān)系、存在、譜學和單晶X-射線衍射分析、化學性質(zhì)與轉(zhuǎn)化合成，生物活性，以及對1998～2008年期間報告的二萜生物堿的植物化學、合成和生物活性的綜述[1-5]。本文僅簡要地回顧我們研究組過去30多年來，在二萜生物堿化學方面的主要研究結(jié)果，供同行們指正。

1 化學成分和結(jié)構(gòu)分類的研究

對36種烏頭屬和翠雀屬植物做了比較系統(tǒng)的化學研究。從中分出新化合物約170個，新骨架6個。其中，racemulosine(1)是一種罕見而奇特的C20-二萜堿。其特點是分子中A/B/C三個環(huán)生源上由前體物denudatine-type二萜堿，經(jīng)A-nor/B-homo/C-nor重排而來。同時，C-17上引入氨基[6]。首次分得海替烷型(hetidanes)二萜化合物campylopin(2)，生源上可認為是海替定二萜生物堿的前體化合物[7]。新型阿苦塔型(arcutanes)二萜化合物atropurpuran(3)，其結(jié)構(gòu)呈罕見的五環(huán)籠狀結(jié)構(gòu)，生源上可認為是阿苦塔型二萜生物堿(arcutines)的前體物[8](見圖1)。

圖1 發(fā)現(xiàn)的新骨架化合物Fig.1 Compounds with new skeletons identified during our studies

紫烏定(episcopalidine，4)[9,10]是從云南產(chǎn)蒼山烏頭(Aconitumcontrodum)，最初誤定為紫烏頭(A.episcopale)中分出。在當時條件下，其結(jié)構(gòu)測定頗費周折。困難的是，分子中兩個酮基(C-6、C-13)的弛豫時間T1不同，導致通常情況測不出C-6信號。同時，影響酯基偕碳質(zhì)子δ值的兩種矛盾的因素(空間效應：H-2(e) >H-3(a)；誘導效應：H-C-OBz >H-C-OAc)(見圖2A)，使其定位難以判斷。此外，跨環(huán)效應的存在，也使非充分堿化條件下，測得的C-6信號的δ值偏離真值。最后，除NMR和輔助化學法外，結(jié)構(gòu)的確證是由單晶X-射線分析完成的[9,11]。

圖2 Episcopalidine的結(jié)構(gòu)研究及franchetine的結(jié)構(gòu)式Fig.2 Study on structure of episcopalidine and the chemical structure of franchetine

修正了46個二萜生物堿的結(jié)構(gòu)[12-17]。其中franchetine(5)又是一種新骨架的化合物。修正涉及酸-堿反應，結(jié)構(gòu)與構(gòu)象，含特殊結(jié)構(gòu)單元(如季胺堿，氮雜縮醛、具跨環(huán)效應)生物堿的成鹽，跨環(huán)效應，二萜生物堿的光譜特征與特有的化學反應，影響F3CCOO-中C-13信號強度的因素，以及光譜技術(shù)(19F NMR、1H-15N NMR、CSI-MS)和單晶X-射線分析等[15,16]。

在二萜生物堿的結(jié)構(gòu)分類中，S.W.Pelletier 做了許多奠基性的工作[2,4]。1983年我們最早建議從C19-二萜堿中將C18-二萜堿分出[9]。2002年我們首次提出以骨架類型結(jié)合氮原子為中心的4級(類型、型、亞型、組)的分類方法，將復雜的C20-二萜堿分為4大類(烏頭烷類、考烷類、重排類，雙二萜堿類)20型35亞型43組[2]。自后，又依次對C18-和C19-二萜生物堿的結(jié)構(gòu)分類進行歸納總結(jié)，分別將C18-和C19-二萜生物堿分為2類型4亞型和6類型13亞型19組[3,4]。

2 化學反應的研究

二萜生物堿是一類具有多環(huán)籠狀復雜結(jié)構(gòu)的化合物。無論是結(jié)構(gòu)修飾，還是合成研究，都常常涉及多種功能基的轉(zhuǎn)換與鍵的裂解與形成，以及骨架的轉(zhuǎn)化等。二萜生物堿的骨架源于四環(huán)二萜，則更使其化學反應復雜多樣。這里，匯集的化學反應都是我們研究此類生物堿，尤其是轉(zhuǎn)化合成紫杉烷類研究中所遇到的反應。茲擇主要者，加以概述。

2.1 N-去乙基化與亞胺形成

這是A環(huán)修飾的關(guān)鍵反應之一。文獻報告的方法較多，但產(chǎn)物收率低或反應后處理復雜。經(jīng)過多次摸索，我們發(fā)現(xiàn)一種新的去氮乙基方法，來制備去氮乙基物和亞胺化合物(見圖3)[18]。其特點是反應條件溫和、收率高，且可通過改變反應條件人為地控制產(chǎn)物，此法更適用于烏頭堿型二萜生物堿[19]。該法成為后來候選抗心衰藥物中烏寧工業(yè)生產(chǎn)的重要反應之一。

圖3 NBS法制備去氮乙基物和亞胺化合物Fig.3 Preparation of deethylated amines and imines using NBS

2.2 鍵的形成與裂解

2.2.1 N-C(6)鍵的形成

文獻報道真空熱解牛扁酰胺酸(6)，僅得脫羧物。我們的研究發(fā)現(xiàn)在類似條件(15 mmHg,220 oC，25 min)下，由底物6，經(jīng)一系列反應(Pinacol重排、SN2取代、脫羧、Grob裂解)生成含N-C(6)鍵的化合物6a。同時，伴隨N-C(19)鍵的裂解。這是一個異常的裂解C(19)-C(4)鍵，而形成N-C(6)鍵的反應?；衔?a再經(jīng)氫解，則生成裂解N-C(6)鍵的化合物6b和6c[20](見圖4)。

圖4 牛扁酰胺酸6及其裂解產(chǎn)物6a/6b/6cFig.4 Structures of 6 and its cleavage products 6a/6b/6c

2.2.2 C(7)-C(17)鍵的裂解

文獻有多種方法報告，但操作繁冗、收率低[4]。我們先后發(fā)現(xiàn)N-氧化物熱解法(見圖5A)[4,21]、應用N-氯物重排(見圖5B)[4]和8-氯物熱解還原法(見圖5C)[4,22,23]，尤其后者反應收率高達80%～90%，是一種新的更實用的方法。而在diglyme中熱解N-氧化物反應，則經(jīng)歷了一個鄰基參與的復雜的過程[21]。

圖5 三種C(7)-C(17)鍵裂解的方法Fig.5 Three methods for breaking C(7)-C(17) bonds

在轉(zhuǎn)化合成內(nèi)酯型二萜生物堿heteratisine中，我們又偶然發(fā)現(xiàn)，在真空熱解條件下，由N-去乙基-8-乙酰氧基-C19-二萜生物堿，如化合物10和化合物11可分別中等收率地制得7，17-次裂產(chǎn)物10a/10b和11a[24](見圖6)。這是一種新的裂解C(7)-C(17)鍵的方法。但不適用于含13-OH基的底物。

圖6 7，17-次裂產(chǎn)物10a/10b和11aFig.6 7,17-Seco products 10a/10b and 11a

2.2.3 C(9)-C(10)鍵的裂解

在我們試圖由化合物12于NaOH-DMF液中,經(jīng)Wagner-Meerwein重排裂解C(9)-C(10)鍵時，卻得到9,10-次裂產(chǎn)物12a?？s短反應回流時間至4h時，才得到12b(見圖7)。顯然，二者都是Grob裂解的產(chǎn)物[25]。這個反應成為后期轉(zhuǎn)化合成紫杉烷類似物的關(guān)鍵步驟之一。

圖7 9,10-次裂產(chǎn)物12a/12bFig.7 9,10-Seco products 12a/12b

2.2.4 C(12)-C(13)鍵和C(12)-C(14)鍵的裂解

文獻未見報告。經(jīng)過種種努力，我們終于發(fā)現(xiàn)在十分溫和條件下，C19-二萜生物堿B經(jīng)semipinacol重排，可高收率地得到的重排物C，C再與Br2或SOCl2反應即得所希望的12，13-次裂C19-二萜生物堿D(見圖8)[26]。

圖8 化合物B的重排產(chǎn)物C和12,13-次裂產(chǎn)物DFig.8 Rearrangement from compound B to C and 12,13-seco product D

以滇烏堿(yunaconitine，7)為原料，經(jīng)Jone’s氧化/堿化，C(14)位羥基選擇性甲基磺?；倥cDMF-NaOH(150 ℃，10 h)反應即生成一對差向異構(gòu)的12，13-次裂化合物13和14(總收率85%)[27]。類似地，應用A環(huán)不同的底物時，也高收率地獲得12，13-次裂產(chǎn)物(見圖9)[26]。

圖9 12,13-次裂產(chǎn)物13和14Fig.9 12,13-Seco products 13 and 14

2.3 擴B環(huán)

當我們試圖用文獻方法[4]，由亞胺15與NaNO2-HOAc反應脫氮時，卻意外地得到擴B環(huán)的二萜化合物15a和15b[28]。更重要的是，底物有擴展性(見圖10)[29,30]。

圖10 擴B環(huán)的二萜化合物15a/15bFig.10 Diterpenoid derivatives 15a/15b with expanded B ring

類似地，亞胺16或17與NaNO2-10% H2SO4-THF反應，得擴B環(huán)的同一二萜物18(Scheme5)[31]。該法成為另一條新的轉(zhuǎn)化合成紫杉醇類似物的關(guān)鍵反應(見圖11)。

圖11 擴B環(huán)的二萜化合物18Fig.11 Diterpenoid compound 18 with expanded B ring

2.4 跨環(huán)效應

跨環(huán)效應僅在某些特定結(jié)構(gòu)的天然產(chǎn)物中存在。日本學者Kakimoto和Pelletier[4]最早指出海替定型C20-二萜生物堿可能存在這種效應。我們應用碳譜首次證明海替定型紫烏定類似物存在跨環(huán)效應(見圖12)[11,32]。后來，又證實vakognavine-type C20-二萜生物堿分子中，如trifolialasines D(19)、E(20)、F(21)等也存在跨環(huán)效應[16,33]。

圖12 二萜生物堿中的跨環(huán)效應Fig.12 Transannular effect in diterpenoid alkaloids

2.5 重排反應

雪上一支蒿甲素(光翠雀堿，denudatine，22)是藥用草烏類藥材質(zhì)量控制的重要特征性成分，我們對其理化性質(zhì)進行了比較詳細地研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了光翠雀堿與10% HCl甲醇液反應，生成有趣的3個重排反應產(chǎn)物及其重排產(chǎn)物之間的互相轉(zhuǎn)化(見圖13)[34]。

圖13 光翠雀堿的重排產(chǎn)物及其相互轉(zhuǎn)化Fig.13 Rearrangement products of denudatine and their interconversion

當我們試圖使亞胺23季胺化來裂解N-C(19)鍵時，在5% NaOH甲醇室溫條件下，卻意外地得到一個A環(huán)重排的新骨架C19-二萜堿23a[35]。這是一個新奇的重排反應，反應過程比較復雜。有趣的是，化合物24在不同的反應條件下，均生成同一化合物24a(見圖14)[36]。重排反應涉及N-C(19)鍵的裂解，以及N-C(6)鍵和δ-內(nèi)酯的形成。

圖14 化合物23與24的重排Fig.14 Rearrangement reactions of 23 and 24

2.6 復雜二萜的形成

含八元環(huán)B的重排aconane二萜25與Br2反應時，并未得到期望的8，17-seco產(chǎn)物，而生成25a和異常復雜的溴化物25b(見圖15)。25b的生成可能涉及包括連續(xù)的3次W.M.重排以及溴化、消除和氧化的反應過程。但當25與(Boc)2O反應時，卻生成化合物25c、25d和25(見圖15)?；衔?5c和25d的生成也可能經(jīng)連續(xù)的W.M.重排，以及?；^程[31]。

圖15 復雜二萜化合物25a～e的形成Fig.15 Formation of complex diterpenoid compounds 25a-e

2.7 海替定型與阿替生型C20-二萜生物堿的互相轉(zhuǎn)化

在梁曉天教授指導下，經(jīng)種種探索，終于利用海替定26分子中，2α-直立羥基捕獲中間體的方法來裂解C(20)-C(14)鍵，而轉(zhuǎn)化成阿替生型生物堿(見圖16)[37]。

圖16 海替定型與阿替生型C20-二萜生物堿的互相轉(zhuǎn)化Fig.16 The interconversion of hetidine- and atisine-type C20- diterpenoid alkaloids

3 轉(zhuǎn)化合成紫杉醇類似物和紫杉醇類似物的合成

3.1 轉(zhuǎn)化合成紫杉醇類似物

在抗癌藥紫杉醇(taxol?，27)和多烯紫杉醇(docetaxel?，28)的研究開發(fā)成功背景下，經(jīng)過思考與聯(lián)想，于90年代初我們提出由豐富存在的二萜生物堿，如滇烏堿(yunaconitine，7)、印烏堿(indaconitine，29)和deltaline(30)等為原料，轉(zhuǎn)化合成紫杉醇的戰(zhàn)略。10多年來，先后提出6個戰(zhàn)略進行研究[4]。

最后，如圖17所示，以deltaline(30)為原料，經(jīng)6步反應(O-去甲基化/內(nèi)酰胺化、堿水解，BzCl選擇性保護/甲磺?；珿rob裂解/O-甲基化保護，O3裂解/O-甲基化保護，B2H6還原和Pelletier’s裂解)，以總收率16%合成紫杉烷類似物35?；衔?5經(jīng)NaBH4還原、乙?；蚼-CPBA/H+氧化制得類似物36(收率69%)(見圖17)[38]。

圖17 Deltaline轉(zhuǎn)化合成紫杉醇類似物35和36Fig.17 Conversion synthesis of taxol analogues 35 and 36 from deltaline

另外，利用擴B環(huán)的關(guān)鍵反應，以牛扁堿(lycoctonine，37)為原料，如圖18所示路線，最終也完成轉(zhuǎn)化合成紫杉醇類似物A/B/C母核的研究[30]。該法優(yōu)點是步驟少，不足的是最后一步收率低。

圖18 牛扁堿轉(zhuǎn)化合成紫杉醇類似物Fig.18 Conversion synthesis of taxol analogues from lycoctonine

3.2 紫杉醇類似物的合成

在完成紫杉醇類似物母核后，我們以deltaline(30)為原料，合成了多烯紫杉醇類似物41和42(見圖19)[39]。轉(zhuǎn)化中難點是13α-酯基的引入。遺憾的是，這兩個化合物均無細胞毒活性。

圖19 多烯紫杉醇類似物41和42的合成Fig.19 Synthesis of docetaxel analogue 41 and 42

4 多烯紫杉醇D環(huán)修飾及其構(gòu)效關(guān)系的研究

由于作為轉(zhuǎn)化合成的活性目標物中，四元環(huán)氧結(jié)構(gòu)既必需，又不穩(wěn)定與難于合成。而文獻對D環(huán)修飾未有突破。所以，我們決定對紫杉醇類分子中D環(huán)進行修飾。通過仔細分析，我們設計以10-deacetyl baccatine III(43)為原料，用10步反應總收率1.3%完成含γ-內(nèi)酯化合物44的合成(見圖20)。44對多種腫瘤細胞抑制作用與多烯紫杉醇相當，其對人黑色素瘤的抑制作用是多烯紫杉醇的2倍[40]。這是紫杉醇類D環(huán)修飾的一個新突破，從而大大簡化了轉(zhuǎn)化合成的步驟與難度。

在制備化合物44時，需選擇性由?；w移開裂原料10-deaxeryl-baccatin III(43)分子中D環(huán)。我們發(fā)現(xiàn)10-deacetyl-baccatine III與TiCl4反應，可高收率(66%)地制得關(guān)鍵中間體45(見圖20)[41]。這是一個新的選擇性開裂紫杉醇類D環(huán)的方法。

圖20 多烯紫杉醇D環(huán)修飾化合物44及45Fig.20 Docetaxel D-ring modified compounds 44 and 45

5 催化氫化還原醛與六元環(huán)酮的新方法

醛和酮的還原是有機化學和天然產(chǎn)(藥)物化學的常見反應。還原劑多為金屬氫化物如NaBH4、LiAlH4等。文獻未報告用氧化鉑-三乙胺常溫常壓催化氫化來還原醛或酮的。我們在紫杉醇構(gòu)效關(guān)系研究中，偶然發(fā)現(xiàn)在PtO2(5 mol%)-Et3N(1當量)-95%乙醇(溶劑)條件下，常溫常壓催化氫化種種醛(脂肪醛/芳香醛、鏈狀或環(huán)狀醛)以及包括復雜體系中的六元環(huán)酮還原成醇(見圖21)[42]。顯然，這是一種具有廣泛應用價值的創(chuàng)新性的還原方法。

圖21 氧化鉑-三乙胺常溫常壓催化氫化還原醛或酮Fig.21 Hydrogenation of aldehydes or ketones catalyzed by PtO2-Et3N at normal temperature and pressure

6 二萜生物堿的合成

二萜生物堿結(jié)構(gòu)復雜、活性多樣，是最有趣最復雜的生物堿之一。其全合成的黃金期是上世紀60-90年代。近年來又成為全世界天然產(chǎn)物化學家全合成關(guān)注與研究的熱點與難點領(lǐng)域之一。我們從2008年開始，進行二萜生物堿全合成和復雜多樣性二萜生物堿合成的研究，并取得如下突破性的進展。

6.1 環(huán)系的構(gòu)建

創(chuàng)新性地完成A/E、C/D、A/E/F、B/C/D和A/B/E/F環(huán)系的構(gòu)建。

6.1.1 A/E環(huán)系的構(gòu)建

在二萜生物堿中，含5-OH羥基者十分罕見，如nordhagenil A(46)。以cyclohex-2-enone (47)為原料，經(jīng)9步總收率7%合成具A/E環(huán)系的化合物51(見圖22)[43]。

圖22 具A/E環(huán)系化合物51的合成Fig.22 Synthesis of compound 51 with A/E rings

6.1.2 C/D環(huán)系的構(gòu)建

以芳醛52為起始原料，經(jīng)關(guān)鍵中間體53，共5步反應合成高度官能化的化合物54。其C/D環(huán)系與C20-二萜生物堿中相對應(見圖23)[44]。

圖23 具C/D環(huán)系化合物54的合成Fig.23 Synthesis of compound 54 with C/D rings

6.1.3 A/E/F環(huán)系的構(gòu)建

以目標化合物royleinine(55)為準發(fā)展了兩種方法，其一是以56和57為原料進行DA反應生成關(guān)鍵中間體61和62，共11步反應合成期望的化合物63(見圖24A)[45]。59→60是經(jīng)I+3介導的分子內(nèi)氮環(huán)丙烷化完成的。另一種是以2,2-bis (3-methoxy-3-oxopropyl) malonic acid(64)為原料，經(jīng)關(guān)鍵中間體67和68，共11步總收率15%合成目標物69(見圖24)[46]。

圖24 具A/E/F環(huán)系化合物63和69的合成Fig.24 Synthesis of compounds 63and 69 with A/E/F rings

6.1.4 Racemulosine的合成：A/E/F環(huán)系的構(gòu)建

如前所述，racemulosine(1)是我們報告的一個新骨架的C20-二萜生物堿。但除A環(huán)為五元環(huán)以及骨架碳為C20外，與C19-二萜生物堿很相似。我們以易得的二醇70為原料，經(jīng)關(guān)鍵中間體71和72，共18步合成目標物76(見圖25)[47]。

圖25 Racemulosine的化學結(jié)構(gòu)及其A/E/F環(huán)系的合成Fig.25 Chemical structure of racemulosine and construction of its A/E/F rings

6.1.5 B/C/D環(huán)系的構(gòu)建

此環(huán)系構(gòu)建是以烏頭堿(aconitine，77)和isodelphine(78)為最終目標物而設計的。以2-methoxyphenol THP ether(79)為原料，經(jīng)關(guān)鍵中間體83而合成目標分子84(見圖26)[47]。

圖26 具B/C/D環(huán)系化合物84的合成Fig.26 Synthesis of compound 84 with B/C/D rings

6.1.6 A/B/E/F環(huán)系的構(gòu)建

以franchetine(85)和consolarine(86)為最終目標物，構(gòu)建A/B/E/F模擬研究，以methylcyclohept-1-enecarboxyclate(87)為原料，經(jīng)關(guān)鍵中間體90和91，合成期望的化合物94(見圖27)[49]。

圖27 具A/B/E/F環(huán)系化合物94的合成Fig.27 Synthesis of compound 94 with A/B/E/F rings

6.2 全合成

6.2.1 仿生合成Heteratisine

Heteratisine(95)具有顯著的抗心律失常作用，但天然來源困難。通過反復研究，我們以deltaline(30)為原料，以15步總收率3.1%完成其合成(見圖28)[50]。

圖28 Heteratisine的仿生合成Fig.28 Biomimetic synthesis of heteratisine

6.2.2 (±)-Atisine和(±)-Isoazitine的全合成

這是兩個重要的C20-二萜堿。我們以鄰甲酸乙酯環(huán)己酮97為原料，經(jīng)18步完成這兩種生物堿(±)-atisine(105)和(±)-isoazitine(106)的全合成(見圖29)[51]。關(guān)鍵反應是全新的氧化去芳香化/分子內(nèi)DA環(huán)加成。

圖29 (±)-atisine和(±)-isoazitine的全合成Fig.29 Total synthesis of (±)-atisine and (±)-isoazitine

6.2.3 (±)-Spiramilactone B、(±)-spiraminol、(±)-dihydroajaconine和(±)-spiramines C和D的全合成

這是兩類化合物：阿替生烷型二萜和阿替生型二萜生物堿的首次合成(見圖30)。關(guān)鍵反應(步驟)是：①串聯(lián)逆Dids-Alder/分子內(nèi)Diels-Alder順序完成三環(huán)[6.2.2.0]環(huán)系構(gòu)建(112→115)；②高效非對映選擇性的1,7-炔環(huán)異構(gòu)化構(gòu)建功能化的四環(huán)二萜阿替生烷(117→119)；③由δ-內(nèi)酯遷移成內(nèi)酯(119→120)；④在spiramilactone B(107)后面合成階段，引入生源轉(zhuǎn)化反應(108→109/110，121→109)[52]。

圖30 (±)-Spiramilactone B、(±)-spiraminol、(±)-dihydroajaconine和(±)-spiramines C/D的全合成Fig.30 Total synthesis of (±)-spiramilactone B,(±)-spiraminol,(±)-dihydroajaconine and (±)-spiramines C/D

6.2.4 4種C20-二萜生物堿骨架和C20-二萜生物堿dihydroajaconine和gymnadine的全合成在前期研究的基礎(chǔ)上，加之，我的年青同事—天然產(chǎn)物合成化學家秦勇教授的加入，我們以化合物122為原料，全合成了4種C20-二萜生物堿骨架(atisine-type、ajaconine-type、denudatine-type、heti-dine-type)和2種天然產(chǎn)C20-二萜生物堿gymnadine(132)和dihydroajaconine(133)(見圖31)[53]。

如圖31所示，再次應用Corey-Seebach反應和氧化去芳香化/分子內(nèi)D-A反應由123和124合成了126(atisine-tytpe)。首次采用自由基酰胺氧化-分子內(nèi)羥基捕獲的方法，將128轉(zhuǎn)變成化合物129(ajaconine-type)和130。又依Iwabuchi方法氧化131中羥基后，接著在SmI2介導下，發(fā)生aza-pinacol偶聯(lián)生成化合物132。132引入15-羥基后就生成15-epi-gymnadine(133)和gymnadine(134，denudatine-type)。此外，129經(jīng)一系列功能基的轉(zhuǎn)換與引入后，完成了dihydroajaconine(135)全合成。最后，136經(jīng)aza-prins反應生成hetidine-type的二萜生物堿化合物137。

圖31 4種C20-二萜生物堿骨架和C20-二萜生物堿dihydroajaconine和gymnadine的全合成Fig.31 Assembly of four types of C20-diterpenoid alkaloids and total synthesis of dihydroajaconine and gymnadine

6.2.5 復雜多樣性二萜生物堿的合成

這是我們近幾年開展的研究，目的是為新藥的活性篩選提供基礎(chǔ)。最先，以易得的deltaline(30)為原料，采用環(huán)變形途徑(ring-distortion approach)，以少于10步的反應，合成了約50個二萜生物堿的衍生物，其中代表性化合物如圖32所示[54]。接著，又以talatisamine(148)為起始物，制備了20個具有新穎C/D環(huán)結(jié)構(gòu)單元的二萜生物堿化合物。其代表性化合物如圖33所示[55]。初步活性篩選表明，147對人乳腺癌MCF-7示出較好的活性(IC50=10.6 μM)。而化合物216具有突出的鎮(zhèn)痛作用。

圖32 基于二萜生物堿deltaline(30)多樣性合成的代表性化合物Fig.32 Representative products from diterpenoid alkaloid deltaline (30)

圖33 基于二萜生物堿talasamine(148)多樣性合成的代表性化合物Fig.33 Representative products from diterpenoid alkaloid talasamine (148)

7 附子中強心活性成分及其構(gòu)效關(guān)系的研究

附子是著名中藥，廣泛用于臨床。其強心作用研究成為數(shù)十年來國內(nèi)外研究的熱點與難點。文獻報告的強心活性成分，如dl-去甲烏藥堿、尿嘧啶和附子苷等含量甚微，難于被認可為附子中強心的主要成分。我們采用體外牛蛙離體心臟模型追蹤篩選，首次從其水溶性活性部位，分出具有顯著強心作用的二萜生物堿N-去乙基烏頭寧堿(N-deethylaconine，155)、北烏寧堿(beiwutinine，156)、次烏寧堿(hypaconine，157)和中烏寧堿(mesaconine，158)，以及具短暫強心作用的附子靈(fuziline，159)[56,57]。

同時，設計、制備數(shù)十個化合物，供強心活性篩選，并首先報告其構(gòu)效關(guān)系：N甲基或NH、8-OH基和15α-OH基，以及胺醇形式是強心活性的必需結(jié)構(gòu)(見圖34A)[19,58]。最后，通過體內(nèi)試驗(結(jié)扎大鼠冠狀動脈左前降支致心衰，戊巴比妥鈉致心衰大鼠模型，以及阿霉素致小鼠慢性心衰模型)，發(fā)現(xiàn)一種具有高效(有效劑量：0.0375 mg/kg，0.1 mol/kg，大鼠，iv；5 mg/kg：小鼠灌胃)、低毒(LD50：643.37 mg/kg，ip，小鼠；135.04 mg/kg，iv，小鼠)，新的作用機制的原料易得，制備簡便的新類型的侯選強心藥物中烏寧堿[57,59]。目前正在進行臨床前研究。所有這些，都是附子強心作用研究的新突破。

圖34 具有強心作用的二萜生物堿155～159及其構(gòu)效關(guān)系(A)Fig.34 Diterpene alkaloids 155-159 with cardiotonic effect and their structure-activity relationships(A)

8 小結(jié)

回顧我們的二萜生物堿化學的研究歷程，最令人難忘的是艱難而持久進行的由烏頭堿類轉(zhuǎn)化合成紫杉烷類似物的研究，以及全合成和附子中抗心衰中烏寧堿的發(fā)現(xiàn)、研究與開發(fā)。

縱觀二萜生物堿的研究，除了繼續(xù)深入地開展植物化學的研究外，對其多方面的生物活性做深入的研究，以及世界范圍內(nèi)天然產(chǎn)物化學家對二萜生物堿全合成的繼續(xù)關(guān)注，將成為未來二萜生物堿化學研究的新趨勢。

致謝：衷心地感謝我的導師們梁曉天院士、方起程研究員、于德泉院士和S.W.Pelletier教授的培養(yǎng)與教誨！還應該感謝我的同事、研究生和博士后們的支持與努力！他/她們的名字都列在本文的參考文獻中。本院天然藥物系劉小宇副教授和唐培副教授協(xié)助加工與排版，特此致謝！