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编号:10219943
糖苷合成研究ⅩⅣ2-烷氧基(2-苯硫基)-5-氟-3H-4-嘧啶酮木糖苷的合成及其抗肿瘤活性研究
http://www.100md.com 《中国药物化学杂志》 1999年第4期
     作者:孙昌俊 戚聿新 李爱霞 张华坤 张建国

    单位:孙昌俊 戚聿新 李爱霞 张华坤 山东大学化学学院,济南 250100;张建国 青岛海洋大学化学系,青岛 266003

    关键词:5-氟脲嘧啶;相转移催化;糖苷;抗癌化合物

    中国药物化学杂志990403

    摘 要 在相转移催化条件下,使2,3,4-三-O-乙酰基-1-溴-1-脱氧-α-D-木吡喃糖(1)同2-烷氧基(2-苯硫基)-5-氟-3H-4-嘧啶酮(2a~2e)反应,合成了2-烷氧基(2-苯硫基)-3-N-(2,3,4-三-O-乙酰基-β-D-木吡喃糖-1-基)-5-氟-4-嘧啶酮(3a~3e).(1)与(2a~2e)的银盐(4a~4e)在二甲苯中发生Koenigs-Knorr反应,合成了2-烷氧基(2-苯硫基)-4-O-(2,3,4-三-O-乙酰基-β-D-木吡喃糖-1-基)-5-氟嘧啶(5a~5e).化合物(3)和(5)的结构经红外光谱、核磁共振氢谱、质谱或元素分析所证实.初步的体外杀伤癌细胞试验表明,部分化合物具有一定抗肿瘤活性.
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    Studies on the Synthesis of Glycosides(XIV)

    The Synthesis of β-D-Xylopyranosides of 2-Alkoxy(2-Phenylthio)-

    5-Fluoro-3H-4-Pyrimidone and Their Antitumor Activities

    Sun Changjun,Qi Yuxin,Li Aixia,Zhang Huakun

    (School of Chem.Shandong University,Ji′nan 250100)

    Zhang Jianguo

    (Department of Chemistry,Qingdao Ocean University,Qingdao 266003)
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    Abstract 2-Alkoxy(2-phenylthio)-3-N-(2,3,4-tri-O-acetyl-β-D-xylopyranos-1-yl)-5-fluoro-4-pyrimidone(3a~3e)were synthesized by the condensation of 2,3,4-tri-O-acetyl-1-bromo-1-deoxy-α-D-xylopyranose(1)with 2-alkoxy(2-phenylthio)-5-fluoro-3H-4-pyrimidone(2a~2e)under phase transfer catalysis.2-Alkoxy(2-phenylthio)-4-O-(2,3,4-tri-O-acetyl-β-D-xylopyranos-1-yl)-5-fluoro-pyrimidine(5a~5e)were obtained by the Koenigs-Knorr reaction of (1) with the silver salts(4a~4e) of (2a~2e)in xylene.Ten new compounds with structure (3) and (5) were synthesized and their structures were confirmed by IR,1H-NMR,MS or elementary analysis.Preliminary results of the in vitro tests on KB,HCT-8 tumor cells showed that some of them were of certain antitumor activities.
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    Key words 5-fluorouracil;phase transfer catalysis;Koenigs-Knorr reaction;glycoside;antitumor compound

    R.Duschinsky〔1〕等人于1957年首先合成了5-氟脲嘧啶(5-FU),同年C.Heidelberger〔2〕等证明了其抗肿瘤活性,并很快在临床上得到应用.由于5-FU具有骨髓抑制和胃肠道副反应〔3〕,使其在临床应用中受到限制.为了寻找毒副作用小,疗效高的抗癌药物,人们合成了许多5-FU衍生物,并测定了它们的抗肿瘤活性,其中糖苷类化合物受到人们的普遍重视.木糖是自然界中存在的一种重要的单糖,与生命现象密切相关,某些糖酯则具有一定的抗肿瘤活性4〕.本文以相转移催化法使2,3,4-三-O-乙酰基-1-溴-1-脱氧-α-D-木吡喃糖(1)与2-烷氧基(2-苯硫基)-5-氟-3H-4-嘧啶酮(2a~2e)在氢氧化钠、四丁基溴化铵存在下,于水-有机相中反应,合成了2-烷氧基(2-苯硫基)-3-N-(2,3,4-三-O-乙酰基-β-D-木吡喃糖-1-基)-5-氟-4-嘧啶酮(3a~3e).化合物(1)与化合物(2)的银盐(4a~4e)在二甲苯中发生Koenigs-Knorr反应,合成了2-烷氧基(2-苯硫基)-4-O-(2,3,4-三-O-乙酰基-β-D-木吡喃糖-1-基)-5-氟嘧啶(5a~5e).化合物(3)和(5)的结构经红外光谱、核磁共振氢谱、质谱或元素分析所证实.合成路线见图1.
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    Fig.1 The route of synthesis

    1 实验部分

    所用仪器:柳本显微熔点仪(温度未校正),Nicolet-5 DX型红外光谱仪(KBr压片),JEOL-FX 90Q型核磁共振仪(CDCl3为溶剂,TMS为内标),Finigan MAT-212 GC-MS 联用仪(EI源,70 eV).

    化合物(1)按文献〔5〕方法制备,mp 100~102℃.化合物(2)按文献〔6〕方法制备.其他试剂为化学纯或分析纯.

    1.1 化合物(3)的合成(以3b为例)

    于反应瓶中加入30 mL水、30 mL氯仿和1 g(31 mmol)四丁基溴化铵,加热到50℃.另将化合物(2b)1.72 g(10 mmol)溶于含氢氧化钠0.4 g(10 mmol)的20 mL水溶液及化合物(1)3.73 g(11 mmol)溶于20 mL氯仿中的两种溶液慢慢滴入反应瓶中,控制反应液pH 8~9,约50 min加完,继续搅拌反应3 h.反应过程中可补加5%氢氧化钠水溶液以维持pH 8~9.分出有机层,水洗,无水硫酸镁干燥,活性炭脱色,减压除溶剂得浅黄色粘稠物.用乙醇重结晶,得白色固体(3b)2.05 g,收率:47.4%,mp 142~144℃.
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    1.2 化合物(4)的合成(以4e为例)

    将化合物(2e)2.40 g(11 mmol)溶于含0.48 g(12 mmol)氢氧化钠的100 mL无离子水中,搅拌下将1.77 g(11 mmol)硝酸银溶于15 mL无离子水制得的溶液慢慢加入上述溶液中,加完后继续搅拌10 min,抽滤,水洗,干燥,得化合物(4e)3.60 g,收率:99.5%,避光保存备用.

    1.3 化合物(5)的合成(以5e为例)

    将化合物(4e)3.28 g(10 mmol)悬浮于100 mL二甲苯中,加热蒸出约20 mL以共沸除水.稍冷后滴加化合物(1)3.73 g(11 mmol)溶于40 mL二甲苯的溶液,约30 min加完,继续回流30 min.滤去沉淀物,滤液用饱和碳酸氢钠水溶液洗涤,水洗至中性,无水硫酸镁干燥,减压除溶剂得浅黄色粘稠物,用乙醇重结晶得白色固体(5e)2.43 g,收率:50.5%,mp 188~190℃.
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    2 结果与讨论

    化合(3a~3e),(5a~5e)的理化常数和波谱学数据分别列于表1和表2中.

    Tab.1 The physical data of compounds (3a~5e),(5a~5e) Compd.

    mp/℃

    Yield/%

    Formula

    Elementary analysis/%

    Found(Calc.)

    C

    H
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    N

    3a

    161~163

    51.0

    C16H19FN2O9

    47.51(47.77)

    5.01(4.76)

    7.10(6.96)

    3b

    142~144

    47.4
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    C18H23FN2O9

    49.95(50.23)

    4.98(5.39)

    6.37(6.51)

    3c

    91~92

    55.2

    C19H25FN2O9

    3d

    96~97
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    48.1

    C22H23FN2O9

    3e

    204~206

    45.2

    C21H21FN2O8S

    52.18(52.50)

    4.15(4.41)

    5.56(5.83)

    5a
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    221~223

    60.0

    C16H19FN2O9

    47.36(47.77)

    4.46(4.76)

    6.62(6.96)

    5b

    136~138

    59.2

    C18H23FN2O9
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    50.15(50.23)

    5.08(5.39)

    6.30(6.51)

    5c

    97~98

    43.8

    C19H25FN2O9

    5d

    104~106

    64.1

    C22H23FN2O9
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    5e

    188~190

    50.5

    C21H21FN2O8S

    52.74(52.50)

    4.52(4.41)

    5.55(5.83)

    Tab.2 The spectrum data of compounds(3a~5e),(5a~5e) Compd.

    IR(KBr)/cm-1
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    1H-NMR((CDCl3) δ

    MS m/e

    C=O

    C1—H

    3a

    1757

    1709

    907

    1.82,1.94,2.00(9H,3s,3×CH3CO—),3.52(2H,d,C′5—H),3.98(3H,s,CH3O—),4.10(1H,m,C′4—H),5.30(1H,t,C′3—H),5.76(1H,t,C′2—H),6.10(1H,d,J1-2=9.2 Hz,C′1—H),7.50(1H,d,JH-F=3.0 Hz,C6—H)
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    3b

    1739

    1709

    903

    1.05(3H,t,CH3—),1.75(2H,m,—CH2—),1.84,1.92,2.00(9H,3s,3×CH3CO—),3.50(2H,d,C′5—H),4.10(1H,m,C′4—H),4.32(2H,t,—CH2O—),5.28(1H,t,C′3—H),5.81(1H,t,C′2—H),6.10(1H,d,J1-2=9.2 Hz,C′1—H),7.46(1H,d,JH-F=3.0 Hz,C6—H),3c
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    1757

    1710

    904

    0.9~1.15(7H,m,CH3CH2CH2—),2.00,2.04,2.06(9H,3s,3×CH3CO—),3.70(2H,t,—CH2O—),4.70(4H,m,C′3,4,5—H),5.80(1H,t,C′2—H),6.08(1H,d,J1-2=7.2 Hz,C′1—H),7.60(1H,d,JH-F=3.0 Hz,C6—H)

    97,139,199,259,445(M+1)

, 百拇医药     3d

    1754

    1703

    889

    2.00,2.04,2.06(3H,3s,3×CH3CO—),3.80(2H,m,C′5—H),5.15(3H,m,C′2,3,4—H),7.36(5H,m,Ph—),6.15(1H,d,J1-2=8.2 Hz,C′1—H),7.58(1H,d,JH-F=3.0 Hz,C6—H)

    97,139,199,259,479(M+1)

    3e

, 百拇医药     1757

    1708

    905

    1.92,1.96,2.04(9H,3s,3×CH3CO—),3.62(2H,m,C′5—H),4.30(1H,t,C′4—H),5.30(2H,m,C′2,3—H),6.40(1H,d,J1-2=7.2 Hz,C′1—H),7.55(6H,m,Ph—and C6—H)

    5a

    1752

    908

    2.01,2.06,2.08(9H,3s,3×CH3CO—),4.10(2H,m,C′5—H),4.95(2H,m,C′2,3—H),3.96(3H,s,CH3O—),5.38(1H,t,C′4—H),6.30(1H,d,J1-2=7.2 Hz,C′1—H),8.14(1H,d,JH-F=3.0 Hz,C6—H)
, 百拇医药
    5b

    1754

    901

    0.96(3H,t,CH3—),1.73(2H,m,—CH2—),1.98,2.00,2.04(9H,3s,3×CH3CO—),3.65(2H,m,C′5—H),4.16(2H,t,—CH2O—),4.90(1H,m,C′4—H),5.10(2H,m,C′2,3—H),6.24(1H,d,J1-2=7.2 Hz,C′1—H),8.10(1H,d,JH-F=3.0 Hz,C6—H)

    5c

, 百拇医药     1758

    889

    0.90~1.70(7H,m,CH3CH2CH2—),2.02,2.03(9H,2s,3×CH3CO—),3.65(2H,q,C′5—H),4.20(2H,t,—CH2O—),5.13(3H,m,C′2,3,4—H),6.04(1H,d,J1-2=7.6 Hz,C′1—H),8.16(1H,d,JH-F=3.0 Hz,C6—H)

    97,139,199,259,445(M+1)

    5d

    1759
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    895

    2.00,2.04,2.16(9H,3s,3×CH3CO—),4.34(2H,m,C′5—H),4.80~5.40(5H,m,C′2,3,4—H and —CH2O—),6.26(1H,d,J1-2=7.2 Hz,C′1—H),7.24(5H,m,Ph—),8.18(1H,d,JH-F=3.0 Hz,C6—H)

    97,139,199,259,479(M+1)

    5e

    1747

    903

    1.98,2.00,2.03(9H,3s,3×CH3CO—),4.08(2H,m,C′5—H),4.86~5.10(3H,m,C′2,3,4—H),5.80(1H,d,J1-2=7.2 Hz,C′1—H),7.48(5H,m,Ph—),8.16(1H,d,JH-F=3.0 Hz,C6—H)
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    2.1 相转移催化反应中影响产品收率的因素

    采用相转移催化法合成化合物(3)时,催化剂种类对产品收率有明显影响.采用Bu4NI和Bu4NBr时产品收率较高,一般在43%~60%;而用新洁而灭〔PhCH2N(CH3)2C12H25.Br〕时产率稍低,一般在40%左右;当用C16H33N(CH3)3Br时,乳化现象严重,后处理困难,产品收率较低,一般在40%以下.用氯仿作有机相时产品收率较高,用苯时稍低,而用四氯化碳或乙酸乙酯时,产率明显降低.反应体系的pH值在8~9时产品收率较高,随着pH值的升高,产品收率明显下降,且有机相的颜色加深,这可能与化合物(1)在碱性条件下更易分解有关.同时实验证明,反应温度控制在50~55℃为宜.由于化合物(2)在碱性条件下存在下列平衡:
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    负电荷既可在3-位N原子上,也可在4-位O原子上,所以在相转移催化反应合成化合物(3)时,尚有少量化合物(5)生成.

    2.2 关于化合物(3)和(5)结构的确定

    众所周知,糖苷类分子具有α-和β-两种构型,由于吡喃型糖环中α-异头物的C1-H处于六元环椅式构象的平伏键e上,而β-异头物的C1-H处于直立键a上,使它们的波谱性质有明显差别.在化合物(3)和(5)的红外光谱中,于895~907 cm-1间均出现了明显的吸收峰,这是木糖环上C1-H的吸收峰,证明它们均为β-型异构体,而α-异构体应出现在840 cm-1附近〔7〕.在(3)和(5)的核磁共振氢谱中,木糖环上C1-H在δ 6附近均出现一个双重峰,且J1-2=7~10 Hz,根据J1e-2a=2.5~3.5 Hz,J1a-2a=7~10 Hz的规律〔8〕,也证明木糖环上C1-H和C2-H处于反式的1,2-直立键上,它们均为β-型异构体.另一方面,在化合物(3)的红外光谱中,除了在1750 cm-1附近出现糖环上酯基的羰基(CH3CO—)吸收峰外,还在1710 cm-1附近出现了嘧啶环上的羰基吸收峰,从而证明(3)为N-苷.而化合物(5)则没有出现嘧啶环上的羰基吸收峰,它们均为O-苷.质谱及元素分析数据与分子式相符,进一步证明了其结构的正确性.
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    2.3 生物活性实验

    对合成的部分化合物,以KB细胞和HCT-8细胞进行体外毒性实验,结果见表3.由表3可以看出,其中有些化合物对肿瘤细胞有一定的杀伤活性,其它生物学实验正在进行之中.

    Tab.3 The results of the in vitro tests on KB and HCT-8 tumor cellsIC50/mg.L-1 Compd.

    5-FU

    3d

    3e

    5d

    5e
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    KB

    7

    8

    >10

    4.5

    7

    HCT-8

    >10

    >10

    >10

    >10

    8

    作者简介:孙昌俊 通讯联系人
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    张华坤 山东大学生命科学院

    参考文献

    1 Duschinsky R,Pleven E,Heidelberger C.The synthesis of 5-fluoropyrimidines.J Am Chem Sci,1957,79:4559~4560

    2 Heidelberger C,Chudhuri NK,Dannerberg P,et al.Fluorrinated pyrimidines,a new class of tumor-inhibitory compounds.Nature,1957,79:663~666

    3 孙昌俊,王汝聪.抗癌药物FD-2的研制.医药工业,1987,11(12):10~11

    4 Nishikawa Y,Yoshimoto K,Okab M,et al.Chemical and biochemical studies on carbohydrate esters.Chem Pharm Bull,1976,24(4):756~760
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    5 Hudson CS,Jonuson JM.The isomeric tetracetates of xylose,and observation regarding the acetates of melibiose treholose and sucrose.J Am Chem Sci,1915,37(3):2748~2753

    6 孙昌俊,陈再成,孟轶,等.2-烷氧基-5-氟-3H-4-嘧啶酮的合成.山东大学学报,1994,29(2):192~195

    7 谢晶曦.红外光谱在有机化学和药物化学中的应用.北京:科学出版社,1978.77~78

    8 西一俊,吉村寿次.炭水化物.东京:朝仓书店,1980.267~268

    收稿日期:1999-04-26, 百拇医药