5-(2-溴乙烯基)-4-硫代尿苷合成工艺的改进

2018-04-12李德鹏

大连大学学报 2018年6期

句媛，李德鹏

（大连大学环境与化学工程学院，辽宁大连 116622）

癌症的主要诱因源于碱基的变化，碱基的微小变化都有可能引起生物机体的变异亦或是机体异常。抗疱疹病毒药物阿昔洛韦(Aciclovir)为人工合成核苷类药物奠定了基础[1-3]。在核苷类药物中，其碱基的结构起着决定性的作用。因此，核苷碱基结构修饰是发现新先导化合物十分有效的手段[4]。天然DNA碱基中不含有硫原子，但Lipsett[5]从大肠杆菌分离出4-硫尿嘧啶核酸进而引发人们极大的关注。与正常DNA碱基对比，含硫碱基DNA具有独特的性质，尤其是含巯嘧啶系列化合物具有抗癌活性和免疫增强作用[6]，同时硫代嘧啶碱基的亲脂性有很大的提高[7]。基于硫代碱基特性，徐耀忠和Peter Kann博士提出了“近紫外光/4-硫胸苷(UVA/Thiothymidine )光动力疗法”[8-9]，可高选择性的杀死肿瘤细胞，对正常细胞的损伤较小从而减少了病患在治疗中的痛苦，为癌症治疗提供了一个新的途径。为癌症治疗提供了一个新的途径。

在核苷衍生物的生物活性中，5-取代胸苷类似物作为抗肿瘤和抗病毒药物已被广泛用于临床[10]，而4-硫代核苷类似物对紫外线更敏感，尤其是与UVA结合后可用于治疗皮肤癌，且当5-位取代基能与嘧啶环共轭时，抗肿瘤效果更好[10-11]。本课题组前期研究发现4-硫-5-卤代尿苷等4-硫胸苷类衍生物均具有良好的生物活性[12-13]。以往5-碘代用稀硝酸和碘体系反应剧烈，而用硝酸铈铵和碘的体系反应温和，操作简单。而在4-硫代时五硫化二磷反应时间较长，温度较高，柱分离较为困难，产率不高。劳森试剂反应时间相对较短，反应条件也更加温和，柱分离较简单，产率较高。故改变已合成5-(2-溴乙烯基)-4-硫代尿苷[14]的路线，优化实验方案。新合成路线如图1示:

图1 5-(2-溴乙烯基)-4-硫代尿苷的合成路线

1 实验

1.1 仪器与试剂

仪器：JASCO-UV560型紫外-可见分光光度计（日本）；JULABO-F12型制冷和加热循环器（德国，f?.01 ℃）；FA1004电子天平（上海精科天平厂）。

试剂：尿苷（Sigma公司，纯度98%）。所用的其它试剂均为分析纯。实验用水为二次去离子蒸馏水，无荧光杂质。

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)溶于无水乙腈中，升温至90 ℃，加入硝酸铈铵34.79 g (63.45 mmol)等温度恒定至90 ℃时，加入10.09 g(39.92 mmol)单质碘，通过薄层色谱法监测反应，直至原料点消失。反应时间1 h。然后将溶剂蒸干，得到紫黑色油状物，加入乙酸乙酯将油状物溶解，转入分液漏斗后，加入饱和亚硫酸氢钠溶液，收集下层白色固体。用乙酸乙酯萃取，萃取至液体为无色或淡黄色。然后再用用饱和NaCl萃取，并用无水硫酸镁干燥有机相，蒸除溶剂，白色固体出现，即为(2)14.30 g(38.64 mmol)，收率为72.2%.m.p.206～209 ℃ (文献值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

取无水二噁烷于反应器中，加氩气保护，加热至70 ℃时，依次加入醋酸钯0.31 g (1.38 mmol)，三苯基膦0.72 g (2.75 mmol)，三乙胺5 mL，搅拌30 min。加入(2) 10.18 g (27.52 mmol)，丙烯酸甲酯7.11 g (82.56 mmol，约7.11 mL)，通过薄层色谱法监测，直至原料点消失。反应时间为20 h。冷却过滤，收集滤液，静置，再过滤。得到白色絮状固体，即(3) 6.57 g (20.01 mmol)，收率为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缓漫滴入80 mL碳酸钠溶(2 mol/L)，室温搅拌3 h后，在冰浴条件下逐滴加入浓盐酸，直到pH为1，此时有大量白色沉淀生成。抽滤，得到白色固体(4) 5.31 g (16.89 mmol)，收率为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水并加热至100 ℃搅拌，再加入无水碳酸钾1.20 g，取NBS 1.3 g分别溶于22.5 mL丙酮和22.5 mL水中，并将混合液滴加至烧瓶中，在135 min滴加完毕。搅拌3 h，停止反应，蒸出一半溶剂，置于冰箱中，过夜。有许多针状棕色晶体析出，抽滤，得到产品(5)2.70 g (7.73 mmol)，收率为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-三乙酰基-5-(2-丙烯酸甲酯基)尿苷(6)的合成

取(5) 2.50 g (7.16 mmol) ，溶于无水吡啶21.00 mL溶解完全后，置于冰浴条件下，加入乙酸酐4.81 mL (50.77 mmol)。通过薄层色谱法监测反应情况，反应约5 h后，原料点消失。蒸除溶剂，得到油状粘稠物，乙醇重结晶，得到灰白色固体(6)2.87 g (6.03 mmol)，产率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)，溶于无水二噁烷中，加热到105 ℃。加入劳森试剂 2.15 g (5.32 mmol)，用薄层色谱法检测反应情况，反应4 h后原料点消失。除去溶剂，得到棕红色固体。柱分离得到得到黄色固体(7) 0.73 g (1.49 mmol)，收率为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) ，用饱和的氨甲醇溶液120 mL溶解并进行反应，室温搅拌，通过TCL检测反应历程，直至原料点消失，反应时长为3 h，停止反应。蒸除溶剂，得到黄色油状物，柱分离得到黄色固体，得到产品(8) 0.15 g (0.42 mmol)，收率为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 结果与讨论

本文中用尿苷(1)合成5-碘尿苷(2)时，用硝酸铈铵代替了稀硝酸，反应条件温和，产率提高，分离简单，收率是72.2%，在合成化合物5-(2-丙烯酸甲酯基)尿苷(3)过程中，二价钯催化效率较高，双三苯基膦钯反应时间较长。此外，反应体系的碱性对实验结果至关重要，故而实验中选用无水二噁烷作溶剂，所用碱为三乙胺。

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)，即脱去羧基-溴代反应，类似于Hunsdiecker反应，本方法无需银离子和无水条件进行，操作简捷方便，可以使用水和DMF做溶剂，考虑到DMF的毒性和价格，故选用水做溶剂，加入少量的丙酮可以更好溶解NBS，提高反应速度。

在化合物2', 3', 5'-O-三乙酰基-5-(2-丙烯酸甲酯基)尿苷(6)硫化过程中，使用劳森试剂代替五硫化二磷，其反应温度、时间及收率均优于五硫化二磷法，TLC监测发现杂质点较少，产物和杂质Rf相差较大，十分有利于柱色谱分离。分析实验路线得出，用硝酸铈铵和劳森试剂代替稀硝酸与五硫化二磷，反应时间缩短，产率提高，反应条件温和。

5-(2-溴乙烯基)尿苷的紫外最大吸收峰为295 nm，硫代后的5-(2-溴乙烯基)-4-硫代尿苷的波长为351 nm，发生了红移，波长向长波方向移动，能量降低，对正常细胞损害降低，减轻病人痛苦。故而5-(2-溴乙烯基)-4-硫代尿苷可以作为抗癌药物的前药，适合用于光动力疗法。