環(huán)維黃楊星D的結(jié)構(gòu)改造與生物活性研究.pdf

1、乙酰膽堿(Ach)是中樞及末梢神經(jīng)系統(tǒng)中的重要的神經(jīng)遞質(zhì)。通過水解作用,乙酰膽堿酯酶(AChE)可實(shí)現(xiàn)膽堿能的有效破壞。作為累積性神經(jīng)退行性疾病,阿爾采末病(AD)的發(fā)生即是基于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的膽堿能缺失。提高大腦中的乙酰膽堿水平被認(rèn)為是治療AD的最可靠的途徑之一。使用乙酰膽堿酯酶抑制劑(AChEI)抑制AchE活性是提高大腦中乙酰膽堿水平進(jìn)而治療AD的一種有效方法。近年來已有多個AChEI被批準(zhǔn)用于AD的治療。
　　 從相應(yīng)植

2、物中分離得到的生物堿-石杉堿甲與加蘭他敏,作為可逆、高效、高選擇性的AChEI,均被證實(shí)具有明顯改善認(rèn)知功能的作用,已被批準(zhǔn)用于AD的臨床治療。
　　 黃楊科黃楊屬植物富含三萜類生物堿,在傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中被廣泛應(yīng)用于多種疾病的治療,迄今已從該屬植物中分離得到200多個三萜生物堿,且已知該類生物堿具有良好的抗乙酰膽堿酯酶活性。
　　 環(huán)維黃楊星D(CVB-D)是從中草藥-小葉黃楊中分離得到的三萜生物堿,以此為主要活性成分的黃楊寧

3、片,在我國被廣泛應(yīng)用于心率失常、心絞痛及心肌缺血的治療。目前,黃楊生物堿的乙酰膽堿酯酶抑制活性研究還處于起步階段,近期的報道多集中于對新近分離得到的黃楊生物堿進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析與體外生物活性測試。
　　 本論文從豐富化合物結(jié)構(gòu)多樣性出發(fā),針對相關(guān)結(jié)構(gòu)片段,以環(huán)維黃楊星D(cyclovirobuxine D)為起始原料,合成了包括若干天然產(chǎn)物在內(nèi)的數(shù)十個黃楊生物堿,并就這些化合物的乙酰膽堿酯酶抑制活性進(jìn)行了篩選,為該類化合物的構(gòu)效關(guān)系總

4、結(jié)及進(jìn)一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。
　　 本論文包括如下幾個部分:
　　 第一部分黃楊生物堿的研究進(jìn)展
　　 作為4-甲基孕甾烷衍生物,黃楊生物堿多被歸入三萜類化合物的范疇,因其具備廣泛的生物活性而一直備受關(guān)注。迄今已從該屬植物中分離得到了200多個全新的三萜生物堿。因此有必要在相關(guān)文獻(xiàn)報道的基礎(chǔ)上,對近年來黃楊生物堿的植物化學(xué)及生物活性研究的進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)。研究表明,乙酰膽堿酯酶抑制活性是目前該類化合物相關(guān)生物活性研

5、究的重點(diǎn)之一。
　　 第二部分選題依據(jù)、原料純化及化合物設(shè)計
　　 首先著眼于黃楊生物堿的乙酰膽堿酯酶抑制活性,綜述了此類生物堿在該領(lǐng)域的研究進(jìn)展。作為起始原料的環(huán)維黃楊星D的市售粗品難以純化,為了保證后繼的半合成研究的順利完成,借助高效液相色譜對市售粗品中的雜質(zhì)進(jìn)行了研究,確認(rèn)了重結(jié)晶和pH值調(diào)節(jié)法無法去除的雜質(zhì)為環(huán)布辛,利用環(huán)布辛結(jié)構(gòu)中末端雙鍵的存在,首次通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了環(huán)維黃楊星D的有效純化。
　　 從拓

6、展黃楊生物堿的結(jié)構(gòu)多樣性出發(fā),以純化后的CVB-D為原料,通過半合成得到了如下幾類化合物:
　　 (1)Cyclobuxophyllinine M及其類似物依次經(jīng)Jones氧化、Rischig消除反應(yīng)得到具有α,β-不飽和酮結(jié)構(gòu)片段的天然產(chǎn)物-Cyclobuxophyllinine M。并以此為中間體,通過選擇性還原等反應(yīng)得到了系列化合物。
　　 (2)環(huán)維黃楊星C及其衍生物利用C20仲胺基及C16羥基的存在,生成具有四

7、氫噁嗪環(huán)的天然產(chǎn)物--buxozine C,再通過氫化開環(huán),將C20之仲胺基轉(zhuǎn)化成叔胺基,C16之羥基保持不變,由此實(shí)現(xiàn)反應(yīng)差異性的構(gòu)建。
　　 (3)環(huán)維黃楊星A及其衍生物在合成環(huán)維黃楊星A及其衍生物的同時,合成了數(shù)個CVB-D的選擇性?；a(chǎn)物,目的是考察叔胺與對應(yīng)酰胺的活性差異。
　　 (4)Cycloprotobuxine D及其相關(guān)衍生物為考察C16位羥基的存在與否對AChE抑制活性的影響,合成了cyclopro

8、tobuxine D及其數(shù)個衍生物。
　　 即所合成的四十個化合物都是圍繞C3、C20之仲胺基、C16之羥基所展開,反應(yīng)策略為選擇性消除某個活性基團(tuán),亦或選擇性反應(yīng)部分基團(tuán),從而達(dá)到構(gòu)造反應(yīng)差異性、選擇性考察某個活性基團(tuán)對抑制活性的影響的目的。
　　 第三部分合成路線設(shè)計、實(shí)驗(yàn)及討論
　　 (1)在羥基和氨基同時存在情況下,溫和的Jones氧化反應(yīng)選擇性地將羥基氧化成了對應(yīng)的酮羰基,在堿性條件下,中間體β-胺基酮

9、通過Rischig反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了C20仲氨基的消除,得到了α,β-不飽和酮結(jié)構(gòu)片斷。通過探索性實(shí)驗(yàn),順利實(shí)現(xiàn)了兩步反應(yīng)在水中的“一鍋法”合成,即在氧化過程中,以環(huán)維黃楊星D的乙酸鹽作為反應(yīng)物,Jones試劑作為氧化劑,在水中完成改良的Jones氧化反應(yīng)；中間體不經(jīng)分離,直接調(diào)節(jié)pH值后進(jìn)行水介質(zhì)中的Rschig消除反應(yīng)。該方法操作簡便,收率高、反應(yīng)體系中無順式異構(gòu)體。與文獻(xiàn)方法相比較,優(yōu)勢明顯。
　　 (2)Buxozine C的合

10、成尚未見文獻(xiàn)報道,首次以CVB-D為原料合成出這一在自然界含量極低的黃楊生物堿。反應(yīng)條件溫和,收率較高。
　　 (3)CVB-D與甲醛發(fā)生環(huán)合反應(yīng)形成四氫噁嗪環(huán)的反應(yīng)機(jī)理類似于mannich反應(yīng),不同之處在于,此時的活潑氫來自羥基而非經(jīng)典的mannich反應(yīng)中的α氫。
　　 (4)環(huán)維黃楊星C的合成是通過四氫噁嗪環(huán)中間體的催化開環(huán)反應(yīng),將CVB-D的C20的仲胺基團(tuán)轉(zhuǎn)化為叔胺的同時,C16的羥基和C3的仲胺基團(tuán)不發(fā)生反應(yīng)

11、。C20的叔胺與C3的仲胺基的化學(xué)反應(yīng)差異性的構(gòu)建是實(shí)現(xiàn)化合物結(jié)構(gòu)多樣性的基礎(chǔ)。以Pd/C為催化劑,甲酸銨為供氫體的四氫噁嗪環(huán)的還原開環(huán)尚未見文獻(xiàn)報道。
　　 (5)為獲得C20上的仲胺基消除反應(yīng)的末端烯烴產(chǎn)物,設(shè)計了通過cope消除反應(yīng)得到含有末端烯烴結(jié)構(gòu)片段的產(chǎn)物的合成路線。但Cope消除反應(yīng)得到的并非預(yù)想的末端烯烴,其因?yàn)榭赡苁荂16的酯基的存在,使得消除反應(yīng)發(fā)生在C17與C20更為有利。
　　 (6)以二氯亞砜為

12、氯代試劑,吡啶作為溶劑和縛酸劑,實(shí)現(xiàn)了羥基的氯代反應(yīng)。羥基的氯代既是為了考察C16位的羥基為氯原子所取代后生物活性的變化,同時也是后繼的“碘代-氫解”一鍋法制備cycloprotobuxine系列黃楊生物堿的需要。
　　 第四部分生物活性測試與構(gòu)效關(guān)系的初步研究
　　 對CVB-D及三十七個經(jīng)半合成得到的黃楊生物堿進(jìn)行了體外AChE抑制活性測試,借助相關(guān)軟件進(jìn)行了分子對接研究及藥效團(tuán)模型的構(gòu)建,初步總結(jié)了該類抑制劑的構(gòu)效