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化學合成喜樹堿-20-O-(3, 3'-二硫代二丙酰)單酯的方法探究
添加時間:2019-06-03

  摘    要: 喜樹堿具有較強的抗腫瘤活性, 喜樹堿E環的修飾主要目的是抑制內酯的水解, 從而提高E環的穩定性。在喜樹堿的E環引入二硫鍵即可保護α-羥基內酯環又可增強其靶向性。本文以喜樹堿 (CPT) 為原料, 與3, 3'-二硫代二丙酸在縮合劑的作用下, 發生部分O-酰化反應, 合成了喜樹堿-20-O- (3, 3'-二硫代二丙酰) 單酯, 通過考察縮合劑、反應時間和反應溫度對O-酰化反應的影響, 選定EDCI為縮合劑劑, 以DMAP為縮合活化劑, 室溫下攪拌反應12小時, 經柱層析純化, 產品收率可達62%。

  關鍵詞: 喜樹堿; 縮合劑; 酰化反應;

  喜樹堿 (Camptothecin, CPT) 是從我國特有植物喜樹中提取得到的生物堿。喜樹堿具有較強的抗腫瘤活性, 對多種實體腫瘤以及白血病具有明顯的抑制作用。喜樹堿的構效關系研究證明, 喜樹堿E環結構中閉合的α-羥基內酯環是抗腫瘤活性的必需結構, 但由于α-羥基內酯環在人體的生理環境內易水解開環形成羧酸鹽, 這種開環形式與人血清蛋白結合就使喜樹堿喪失了抗腫瘤活性。喜樹堿E環的修飾主要目的是抑制內酯的水解, 從而提高E環的穩定性[1]。基于利用藥物傳遞系統的專一性和靶向性, 將藥物分子輸送至特定的細胞的設計思路, Henne等人設計并合成了以葉酸為受體的小分子藥物組合物[2], 利用二硫鍵、酰胺鍵和碳酸酯鍵將葉酸、單分散PEG和喜樹堿連接到一個分子中, 取得了較好的抗腫瘤效果。為了克服喜樹堿的毒副作用和低水溶性, Borrelli等人[3]通過二硫鍵將Squalene連接到喜樹堿分子結構中, 合成了在水溶液中能夠形成自主腫瘤裝納米粒, 進入細胞后能夠釋放出藥物的喜樹堿前藥分子, 抗腫瘤活性增強約10倍。因此, 在喜樹堿的E環引入二硫鍵即可保護α-羥基內酯環又可增強其靶向性。本文以喜樹堿 (CPT) 為原料, 與3, 3'-二硫代二丙酸在縮合劑的作用下, 發生部分O-酰化反應, 合成了喜樹堿-20-O- (3, 3'-二硫代二丙酰) 單酯, 研究其可行性及合適的反應條件, 為其工業化應用提供理論和實驗依據。

  1 、實驗部分

  1。1 、試劑與儀器

  喜樹堿 (97%, 西亞試劑) 3, 3'-二硫代二丙酸 (98%, 麥克林試劑) 、N, N'-二環己基碳酰亞胺 (DCC) 、1-乙基- (3-二甲基氨基丙基) 碳酰二亞胺鹽酸鹽 (EDCI) 、DMAP、DMF、二氯乙烷、二氯甲烷、甲醇等均為分析純試劑。Bruker AVANCE-300MHz核磁共振儀, KH-2100法定型雙波長薄層色譜掃描儀;硅膠H-CMC-Na薄層板。

化學合成喜樹堿-20-O-(3, 3'-二硫代二丙酰)單酯的方法探究

  1.2、 產品制備

  將2。1克 (0。01摩爾) 3, 3'-二硫代二丙酸溶于50毫升DMF中, 依次加入1克二甲氨基吡啶、3。5克 (0。01摩爾) 喜樹堿、3克N, N'-二環己基碳酰亞胺 (DCC) , 在室溫下攪拌12小時, 向反應液中加入500毫升冰水, 靜止過夜, 過濾, 水洗, 將濾餅用硅膠柱層析 (二氯甲烷:甲醇=20:1) , 得淺黃色喜樹堿-20-O- (3, 3'-二硫代二丙酰) 單酯。結構鑒定:1HNMR (300MHz, DMSO-d6, ppm) :δ0。96 (3H, t, H-19) , 2。10 (2H, m, H-18) , 2。58-2。72 (4H, m, -OOCCH2CH2S-) , 2。87-2。99 (4H, m, -OOCCH2CH2S-) , 5。11 (2H, s, H-5) , 5。50 (2H, s, H-17) , 6。89 (1H, d, N-H) , 7。14 (H, s, H-14) , 7。72 (1H, q, H-10) , 7。87 (H, t, H-11) , 8。00 (1H, d, H-12) , 8。14 (1H, d, H-9) , 8。42 (1H, t, N-H) , 8。65 (1H, s, H-7) 。確定產品為喜樹堿-20-O- (3, 3'-二硫代二丙酰) 單酯。

  1.3 、合成條件優化

  將0.21克 (0.001摩爾) 3, 3'-二硫代二丙酸溶于100毫升二氯乙烷中, 依次加入0.1克二甲氨基吡啶、0.35克 (0.001摩爾) 喜樹堿、一定量的縮合劑, 攪拌反應, 每2小時取樣, 利用TLCS法[4]測定反應液中喜樹堿的含量并計算喜樹堿的轉化率。薄層條件如下:硅膠H-CMC-Na薄層板, 展開劑:二氯甲烷-甲醇 (20∶1, V/V) , 喜樹堿Rf值0.45、喜樹堿-20-O- (3, 3'-二硫代二丙酰) 單酯Rf值0.20, 單波長線性掃描, λs:360 nm。

  2 、結果與討論

  2.1、 縮合劑的選擇

  羧酸能夠與醇發生O-酰化反應生成酯, 由于喜樹堿α-羥基內酯環為叔醇, 且3, 3'-二硫代二丙酸的酰化能力較弱, 所以喜樹堿 (CPT) 與3, 3'-二硫代二丙酸必須在縮合劑的作用下, 才能發生部分O-酰化反應。目前, 常用的縮合劑主要有三種:二環己基碳二亞胺 (DCC) 、二異丙基碳二亞胺 (DIC) 和1- (3-二甲胺基丙基) -3-乙基碳二亞胺 (EDCI) 。DCC是使用頻率最高的縮合劑, 廉價, 固體狀, 方便實用。但是, 反應中生成的副產物DCU難于除去。DIC性質與DCC類似, 室溫下為液態。EDCI副產物可以溶于水, 所以可以很容易被除去, 這是其最大的一個優點。因此常應用于醫藥品的工業合成中, 但是價格比DCC要昂貴。本文分別選用DCC和EDCI做縮合劑, 進行比較研究。

  2.2 、反應時間對喜樹堿轉化率的影響

  分別以DCC和EDCI做縮合劑, 以DMAP為縮合活化劑, 在室溫下攪拌反應, 每2小時取樣, 檢測, 考察酰化反應時間對喜樹堿轉化率的影響, 實驗結果 (見圖1) 表明, 隨酰化時間的延長, 喜樹堿的轉化率增加, DCC為縮合劑, 反應時間8小時左右喜樹堿基本反應完全, 而EDCI為縮合劑則需14小時, 可見對于喜樹堿-20-O- (3, 3'-二硫代二丙酰) 單酯的合成, DCC的催化活性較高。另外, 隨著反應時間的延長, 副產物也隨之增加, 故反應時間不宜過長。

  2.3、 反應溫度對喜樹堿轉化率的影響

  分別以DCC和EDCI做縮合劑, 以DMAP為縮合活化劑, 在不同溫度下攪拌反應4小時, 取樣, 檢測, 考察酰化反應溫度對喜樹堿轉化率的影響, 實驗結果 (見圖2) 表明, DCC為縮合劑, 反應溫度升高, 喜樹堿轉化率增加, 但增幅不顯著, 但通過薄層色譜檢測, 發現隨著反應溫度升高, 有較多副產物的生成。EDCI為縮合劑, 反應溫度升高, 喜樹堿的轉化率先增加后降低, 這可能是EDCI在較高溫度下發生分解反應, 失去了催化縮合功能。

  考慮到成本和后處理的難度, 選定喜樹堿-20-O- (3, 3'-二硫代二丙酰) 單酯的合成條件為EDCI為縮合劑, 室溫下攪拌反應12小時, 經柱層析純化, 產品收率可達62%。

  3、 結論

  為提高喜樹堿E環的穩定性, 以喜樹堿為原料, 與3, 3'-二硫代二丙酸在縮合劑EDCI的作用下, 以DMAP為縮合活化劑, 室溫下攪拌反應12小時, 經柱層析純化, 得喜樹堿-20-O- (3, 3'-二硫代二丙酰) 單酯, 產品收率可達62%。該方法用于制備喜樹堿-20-O- (3, 3'-二硫代二丙酰) 單酯, 反應條件簡單, 產品純化容易, 具有較好的實際應用價值。

  圖2 反應溫度對喜樹堿轉化率的影響
圖2 反應溫度對喜樹堿轉化率的影響

  圖1 反應時間對喜樹堿轉化率的影響
圖1 反應時間對喜樹堿轉化率的影響

  參考文獻

  [1]張磊, 張澤國, 王京.喜樹堿衍生物的抗腫瘤研究進展[J].天然產物研究與開發, 2016, 28:1830-1837.
  [2]Henne WA, et al. Synthesis and activity of a folate targetedmonodisperse PEG camptothecin conjugate[J].Bioorg MedChem Lett, 2013, 23:5810-5813.
  [3]Borrelli S, et al. New class of squalene-based releasablenanoassemblies of paclitaxel, podophyllotoxin, camptothecinand epothilone A[J].Eur J Med Chem, 2014, 85:179-190.
  [4]王立屏, 魏永巨.薄層熒光掃描法測定喜樹果中喜樹堿及10-羥基喜樹堿[J].分析測試學報, 2012, 31:282-289.

  

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