第十一章天然产物全合成实例
天然产物的全合成方法研究
天然产物的全合成方法研究天然产物是指存在于自然界中的有机化合物,如植物、动物和微生物产生的化学物质。
这些化合物通常具有复杂的结构和多样的生物活性,因此对于天然产物的全合成方法的研究具有重要的科学意义和应用价值。
天然产物的全合成方法是指通过人工合成的方式,将天然产物的结构完全复制出来。
在过去的几十年里,许多科学家致力于发展新的合成方法,以便能够高效地合成天然产物。
这些合成方法涉及到有机合成化学的各个方面,包括反应的选择性、底物的设计和合成路径的优化等。
在天然产物的全合成方法研究中,反应的选择性是一个非常重要的考虑因素。
天然产物的结构通常包含多个官能团,因此在合成过程中需要选择适当的反应条件,以确保特定官能团的保护和反应的进行。
例如,醛和酮等羰基化合物在合成过程中往往需要选择适当的还原剂或氧化剂来进行反应。
此外,选择性的控制还需要考虑到其他官能团的稳定性和反应性,以避免不必要的副反应的发生。
底物的设计也是天然产物全合成方法研究中的一个重要方面。
由于天然产物的结构复杂多样,因此在设计底物时需要考虑到合成路径的可行性和效率。
有时候,为了合成一个复杂的天然产物,需要利用多步反应和中间体的转化。
在这种情况下,底物的设计需要考虑到每一步反应的可行性和产物的稳定性。
此外,底物的设计还需要考虑到合成过程中可能产生的副产物和废弃物,以确保合成方法的可持续性和环境友好性。
合成路径的优化是天然产物全合成方法研究中的另一个重要方面。
在合成过程中,通常需要通过多步反应来构建复杂的结构。
因此,合成路径的优化需要考虑到每一步反应的条件和反应物的选择,以最大程度地提高合成的效率和产物的纯度。
此外,合成路径的优化还需要考虑到反应物和中间体的稳定性,以避免不必要的副反应和产物的分解。
天然产物的全合成方法研究不仅对于理论化学有着重要的意义,也对于药物研发和生物活性研究具有重要的应用价值。
通过合成天然产物,可以获得足够的化合物量,以进行药物活性的评价和生物学机制的研究。
第十一章羧酸及其衍生物
第十章羧酸及其衍生物【教学重点】羧酸及其衍生物的化学性质、丙二酸二乙酯和乙酰乙酸乙酯在合成上的应用。
【教学难点】诱导效应、酰基上的亲核取代反应机理。
【教学基本内容】羧酸的结构;羧酸的制备方法;羧酸及其衍生物的物理性质;羧酸的化学性质——羧酸的酸性及影响酸性强度的因素(诱导效应、共轭效应和场效应);羧酸衍生物的生成;羧基的还原反应;脱羧反应;α-氢原子的卤代反应。
羟基酸的制备方法(卤代酸水解、羟基腈水解、Refomatsky反应)、羟基酸的化学性质——酸性、脱水反应、α-羟基酸的分解。
羧酸衍生物的化学性质——酰基上的亲核取代反应(水解、醇解、氨解)及其反应机理;还原反应;与Grignard反应;酰胺氮原子上的反应(酰胺的酸碱性、脱水反应、Hofmann降解反应)。
乙酰乙酸乙酯的制备方法(Claisen酯缩合);乙酰乙酸乙酯的化学性质——酮式-烯醇式互变异构、酸式分解和酮式分解;乙酰乙酸乙酯在合成上的应用。
丙二酸二乙酯的制备及在合成上的应用。
Ⅰ目的要求羧酸是含有羧基(—COOH)的含氧有机化合物,我们平常所说的有机酸就是指的这类化合物。
所谓羧酸衍生物,包括的化合物种类很多,诸如羧酸盐类、酰卤类、酯类(包括内酯、交酯、聚酯等)、酸酐类、酰胺类(包括酰亚胺、内酰胺)等都是羧酸衍生物,有人甚至把腈类也包括在羧酸衍生物的范围之内。
其实,比较常见的而又比较重要的是酰卤、酸酐、酯和酰胺这四类化合物。
羧酸盐与一般无机酸盐在键价类型上没大区别,不作专门介绍。
至于腈类,将放在含氮化合物中加以介绍。
这四类化合物都是羧酸分子中,因酰基转移而产生的衍生物,所以又叫羧酸的酰基衍生物。
羧酸及其衍生物RCOL(L:-OH、-X、-OOCR′、-OR′、-NH2)在许多重要天然产物的构成以及在生物代谢过程中均占有重要地位。
本章将以饱和一元脂肪酸为重点,讨论羧酸及其衍生物的结构和性质。
鉴于乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯在有机合成上的重要地位,本章作概括介绍。
药用天然产物全合成 - 合成路线精选
药用天然产物全合成 - 合成路线精选在当今社会,人们对健康的重视程度日益提高,对药用天然产物的需求也越来越大。
药用天然产物是指从天然植物、动物或微生物中提取的具有药用价值的化合物,其来源自然、含量丰富、效果明显。
然而,由于天然产物的含量一般较低,提取困难,以及在纯度、稳定性和效力方面存在局限性,因此人们对药用天然产物全合成的研究日益增多。
在全合成药用天然产物的研究领域,合成路线的设计和精选显得尤为重要。
合成路线的设计涉及到从简化的原料开始,经过多步反应,最终得到目标化合物的过程。
优秀的合成路线应当具有高效性、高收率、低成本、稳定可控、环境友好等特点。
在选择合成路线时,应当优先考虑以下几个方面:1. 定位于目标化合物的结构特点,以及结构改造的难易程度。
2. 合成途径的可行性和可操作性。
3. 合成途径所需试剂和条件的可获取性和可操作性,是否会引入有毒、难处理的中间体或副产物。
4. 合成途径的收率、原子效率以及废弃物处理。
接下来,我将通过从简化的原料开始,逐步进行深入研究,为您介绍某种主题的合成路线。
第一步:从某种简化的原料出发,进行反应A,得到中间体X。
中间体X具有一定反应活性,容易进行进一步的转化和改造。
第二步:对中间体X进行反应B,得到中间体Y。
在该步骤中,需特别注意反应条件的控制,以避免副反应的发生,并保证高收率。
第三步:对中间体Y进行反应C,得到目标化合物Z。
在该步骤中,可以选择不同的合成途径,以达到最佳的合成效果。
经过以上步骤的设计和优化,得到了一个高效、高收率、低成本的合成路线,从而成功地合成了目标化合物Z。
这种合成路线的设计和精选,将为药用天然产物全合成提供重要的范例和启发。
个人观点和理解:在进行药用天然产物全合成研究时,合成路线的设计和精选非常重要。
合成路线的选择应当以简化的原料为出发点,以高效、高收率、低成本为目标,经过多次反应得到目标化合物。
还应当考虑到合成途径的可行性、可操作性、废弃物处理等方面。
天然产物全合成
天然产物全合成学院:化学化工学院系别:化学系姓名:***学号:**************简介:天然产物全合成是有机化学中最为活跃、最具原动力的研究方向之一。
这方面的研究极大地推动了有机新反应、新方法、新试剂、新理论和新概念的发现和发展。
天然产物全合成也是发现、发展新医药等功能物质的重要途径,在医药健康、生命、材料以及能源等科学领域具有广阔的应用前景。
天然产物全合成是以天然产物(源自植物、动物或微生物的有机化合物)为目标分子,通过设计研究合成策略、路线和方法,从简单原料出发实现其化学合成。
研究内容主要包括:(1)高效、简捷和高选择性合成策略;(2)不对称(特别是催化不对称)合成策略;(3)选择廉价、易得的天然产物为原料,研究简捷、高效的半合成策略;(4)目标分子生物活性、结构多样化导向的合成策略;(5)针对目标分子关键结构(或骨架)的合成方法学研究,实现其形式合成;(6)生物催化和仿生合成。
关键词:天然产物、全合成、前言:天然产物全合成是一项难度大、耗资多、周期长、见效慢的工作,需要科学家集全面而深厚的有机化学知识、坚忍不拔的耐力和良好的综合素质于一身。
只要投入足够的财力和资源,建立客观合理的评价体系,就会有越来越多的学者投身到这项事业,中国的天然产物全合成研究就有可能走在世界的前列,并推动有机化学学科及相关产业的快速发展。
天然产物全合成是有机化学中最为活跃、最具原动力的研究方向之一。
这方面的研究极大地推动了有机新反应、新方法、新试剂、新理论和新概念的发现和发展,并在很大程度上体现了有机化学学科的发展水平和实力。
因此,一方面,天然产物全合成在有机化学的发展中仍将发挥无可替代的作用,具有更加辉煌的发展前景;另一方面,天然产物全合成也是发现和发展新医药等功能物质的重要途径,其所建立的方法同样也适用于其他有机物的制备,例如有机光电磁材料、高分子单体、组装体基元、有机探针分子、染料敏化剂。
因此,天然产物的化学合成研究在医药健康、生命、材料、能源等科学领域具有广阔的应用前景。
(1)天然产物cassiarinsa和b的全合成(2)喜树碱类药物sn38及其新衍生物的合成
中国科学技术大学 博士学位论文 (1)天然产物CassiarinsA和B的全合成(2)喜树碱类药物SN38及 其新衍生物的合成 姓名:姚元山 申请学位级别:博士 专业:有机化学 指导教师:姚祝军 2011-04-20摘要摘要(1)疟疾是一种很古老的疾病,其对人类的危害已有数千年的历史。
即使 是文明高度发达的现代社会每年仍有数百万的人死于这种以蚊虫叮咬作为主要 传染途径的疾病。
在过去的几个世纪里,人类在抗疟斗争中取得了辉煌成就但并 没有根除这一恶疾。
与此相反,近年来发现疟原虫对已有的抗疟药物交叉抗药性 越来越严重,因此发展新的抗疟药物重新被赋予了重要的意义。
2007 年,日本科学家 Morita 等从印尼豆属植物铁刀木(Cassia siamea)的 叶中分离到两个结构新颖、具有优良抗疟活性并且低毒性的生物碱 cassiarins A 和 B。
根据它们的结构特点,我们从同一起始原料出发,成功地发展了三条不同 的全合成路线,其中包括一条仿生全合成路线。
在此基础上,我们也完成了三个 cassiarin A 衍生物的合成。
(2)目前,癌症正越来越严重地威胁人类的生命健康。
由其导致的死亡人 数也在逐年增加。
随着现代药物和生物化学的发展,化学药物在癌症治疗中占据 了越来越重要的地位。
喜树碱是由 Wall 等人在 1966 年从喜树中分离得到的具有优良抗癌活性的五 环生物碱。
虽然喜树碱的临床研究并不成功,但是作为先导化合物它为我们的抗 癌药物研究指明了方向。
目前,喜树碱家族在售的抗癌药物有伊立替康 (Irinotecan)和拓扑替康(Topotecan) ,并且有许多化合物处于临床研究的不同 阶段。
考虑到喜树碱药物的工业化生产对天然资源的依赖性以及发展新的喜树碱 衍生物药物的需要,我们小组于 2007 年和 2008 年先后发展了两条温和、高效的 喜树碱全合成路线。
本论文在此基础上实现了伊立替康活性代谢物 SN38 的全合 成和 30 个新喜树碱衍生物的合成。
一种天然产物的全合成
2015-6-3
羟基保护下生成羧基
2015-6-3
7.合成CP分子的最后一次严峻挑战
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五元环上羟基保护 加长羧基
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谢谢!
2015-6-3
Phil S. Baran
Education · NIH Postdoctoral Fellowship, Harvard University, 2001 - 2003 · Ph.D., The Scripps Research Institute, La Jolla, 2001 · B.S., New York University, 1997
此时的醛基相当不稳定,使整个分 子的化学性质活泼不能变成羧酸
2015-6-3
加上酸酐和 内酯后
2015-6-3
6.合成CP分子的第二次严峻挑战
拆七元环的过程中由保 护羧基的酯生成了内酯
在羧基存在的条件下保 护羧基生成其他结构
用氨基保护羧基 形成羟基内酯
2015-6-3
2015-6-3
2015-6-3
催化剂和反应条件都比较苛刻
3.顺丁烯酸酐结构的合成(二)
理论能完成,实际操作过程中失败
3.顺丁烯酸酐结构的合成(三)
产率低不可信
硫叶立德 双键变成三元环
3.顺丁烯酸酐结构的合成(四)
2015-6-3
4.羟基内酯结构的合成(一)
2015-6-3
4.羟基内酯结构的合成(二)
加上顺丁烯酸酐 时不能正常反应
• 合成天然产物的原因: 天然产物是自然界长期进化的物质实体,是 生物活性物质和实用药物发现的重要源泉。 然而,这些天然产物并不是取之不尽、用 之不竭,那些具有很好生理活性的天然产 物往往在其载体如植物、动物、微生物中 的含量稀少。为了天然药用资源的可持续 利用以及环境、生态保护,从易得的原料 出发,开展活性天然产物化学合成研究。
天然产物的化学合成
天然产物的化学合成返回知识介绍首页在过去的十年里,天然产物的多级全合成始终向复杂分子的新水平上推进。
目前化学家们正在应付有机化学的挑战:即在镜像体中如何选择合成所需要的构象。
也就是选择合成特殊的手性中心。
化学家们正在重新确定研究的前沿目标和开辟一个新的有效进攻对象。
聚醚抗生素的合成和结构测定是一个极好的例子。
天然存在的聚醚抗生素大约有50个,其中有链霉菌产生的莫恩菌素是人们最熟悉的。
目前有三个聚醚抗生素,即莫恩菌素,Lasalocid,和盐霉素(salinomycin),被用来控制家禽工业感染寄生虫病(球孢子菌病)。
莫恩菌素在美国每年的销售额大约为5,000万美元。
有机化学家面临莫恩菌素的严重挑战。
莫恩菌素的26个合成碳原子骨架上有17个不对称中心。
这就意味着它可能存在131,072个不同的抗生素立体异构体。
实际上莫恩菌素的异构体的立体异构体的数目是十分庞大的。
因此,为了达到莫恩菌素的全合成,具备高水平的立体选择性(非对映立体异构体的选择合成)和区域选择性(功能基因的位点选择性)是必备的条件。
莫恩菌素及其类似物全合成的成功涉及到革命性的位点选择性的突破。
在此之前还不能肯定,立体异构和位点控制反应是否能在易变的无环分子中实现。
由于受到这些结果的鼓舞,化学家现在已把这种途径延伸到安莎霉素和碳水化合物的合成中。
然而,最重大的进展是珊瑚虫毒素的化学研究。
珊瑚虫毒素是从海洋软体珊瑚分离出来的。
是已知的最毒的药物之一。
静脉注射0.025μg就能致家免死亡(LD50)。
日本和美国夏威夷的化学家们的初步研究,提出了珊瑚虫毒素的独特结构复杂性和分子大小的粗略设想。
当合成化学把他们的见解付诸珊瑚虫毒的全合成时,他们揭开了有机化学历史的新篇章。
珊瑚虫毒素这个奇特的大分子有128个碳原子,其中64个处于不对称中心。
这些不对称中心由7个双链骨架连接起来,产生2×1021个立体构体。
由此看来,建立珊瑚虫毒素的立体化学是通向全合成的第一步。
天然产物全合成 参考书-概述说明以及解释
天然产物全合成参考书-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述天然产物全合成是一项重要的研究领域,旨在利用合成化学方法合成从天然来源中提取的活性化合物。
这些天然产物通常具有丰富的生物活性和药理作用,被广泛应用于药物研发、农业和化妆品等领域。
通过全合成,可以提高产物的纯度和产量,同时避免对自然资源的过度开采。
本文将全面探讨天然产物全合成的意义、方法和面临的挑战,以期为该领域的研究和应用提供有益的参考。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下:文章结构包括引言、正文和结论三个部分。
在引言部分,会对天然产物全合成进行概述,介绍文章的结构和目的。
正文部分会详细探讨天然产物全合成的意义、方法和挑战。
结论部分则对整个文章进行总结,展望未来研究的方向,并得出结论。
通过这样的结构安排,读者可以清晰地了解文章的内容和研究重点,使整篇文章有条理和逻辑性。
1.3 目的天然产物全合成是一项重要的研究领域,其目的在于通过合成化学的方法,从简单的起始物质出发,合成复杂的天然产物。
这种方法可以帮助我们理解天然产物的合成途径和结构特性,同时也可以为新药物的发现和开发提供重要的参考。
在当前药物研发领域,许多天然产物具有重要的药用价值,但由于其来源有限和结构复杂,导致其合成困难,产量低,成本高。
因此,通过全合成的方法,可以解决这些问题,从而实现对这些天然产物的大规模生产和进一步的药物研发。
此外,天然产物全合成也可以促进化学合成方法的发展和创新,推动有机合成化学的进步。
通过解决合成过程中的挑战和困难,可以促使合成化学领域的不断发展,为未来的研究提供更广阔的拓展空间。
总的来说,天然产物全合成的目的是为了探索新的合成途径,提高合成效率,扩大药物研发的可能性,促进有机合成化学的发展,为医药领域和科学研究带来更大的推动力。
2.正文2.1 天然产物全合成的意义天然产物全合成是一种重要的化学领域研究,其意义主要体现在以下几个方面:1. 药物开发:天然产物是许多有效药物的来源,如阿司匹林、紫杉醇等。
11+12 天然产物的合成
44
4. 全合成(Total Synthesis)
• Start with readily available materials and build up to the target molecule from simple, common materials.
45
5. 半合成(Partial Synthesis)
38
•合成策略
39
1. 线性合成(Linear Synthesis)
40
2. 汇聚式合成(Convergent Synthesis)
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汇聚式合成(Convergent Synthesis)
42
3. 发散性合成(Divergent Synthesis)
43
发散性合成(Divergent Synthesis)
合成之一,也为其它蛇孢菌素类天然产物以及萜类天然产物的全
合成提供了重要的借鉴。
/news/2464
13
7.
实例分析与合成
14
有机合成是在一个真实的世界旁边 创造着一个新的世界。 R. B. Woodward,1965
15
有机合成:挑战、奋斗与创造的轨迹
• • • • • • • 1.复杂分子结构的挑战性 2.激发新的合成方法学的发展 ������ Shorter time ������ More efficient ������ Previously undreamed complexity 3.产生新的有机化学理论 4.创造新的功能性物质
28
有机合成及其相关领域的诺贝尔奖
2010 Heck, Negishi, Suzuki 钯催化的交叉偶联反应 29
30
合成方法学的趋势
天然产物化学第(十一章)天然药物的研究开发
现代创新药物研究开发的大致过程
合成
情报
提取、结 构测定
活性筛选
申请专利
选择确定作为开发对象的目标化合物
工业化探讨(大量制备)
(GLP)
药效药理
致畸
药 理
一般药理 药物动态
特 致癌
殊 毒 性
致瘾 生殖毒性
生 化
吸收排泄 代谢
毒 急性毒性 亚急性毒性
性 慢性毒性
作用机理
理化学性质、
制定质量标准 稳定性 配伍变化 试验方法
O
(高活性)
(低活性)
第三节 天然药物化学研究方法
一、调研
在开展某一天然药物的研究中,研究开始前,必
须进行充分的调查研究。这其中包括实地调查、资源
调研和文献调研三个方面。
实地调查 包括临床疗效的考察和实际应用效果(民间使用情况) 资源调查
植物的生长环境、资源分布、品种的多少 文献调研 相关近缘植物的研究、所含有的化合物类别、研究方 法等
例 抑制前列腺素合成酶的药物筛选
追踪分离天然活性化合物时的注意事项
1.选择、建立先进的生物活性测试方法 好的生物活性测试体系的建立. 试验模型可以有整体动物、器官、组织、细胞、酶或 受体以及体内生物活性物质等。 2.确保供试材料具有活性 这是追踪分离活性化合物的前提。 为了确保活性成分离工作在可靠的基础上进行, 对供试天然药物或中药有时须采用多项指标、体 内外进行测试加以确认。
喜树原料12kg
热正己烷提取
正己烷提取物 (无活性,弃去)
植物残渣
乙醇提取 用4 倍体积的氯仿+1 / 4 体积的5%含水乙醇处理
பைடு நூலகம்
19
12 11
天然产物类化合物的全合成研究
天然产物类化合物的全合成研究天然产物是自然界中存在的各种化合物,拥有丰富的生物活性,常被用作药物、农药和食品添加剂等领域。
然而,由于很多天然产物的产量较低,传统的从自然界中提取天然产物的方法收效甚微。
因此,科学家们开始着手进行天然产物类化合物的全合成研究,以解决天然产物不足的问题。
全合成是一种通过逐步合成目标化合物的方法。
在天然产物的全合成研究中,化学家们尝试合成复杂结构的天然产物,以期发现新的药物和为已知的药物提供更好的合成路径。
全合成的过程通常包括设计合成路径、寻找合成中间体,以及实现合成目标等多个阶段。
合成路径的设计是天然产物全合成研究中的重要步骤。
天然产物的结构复杂多变,其全合成路径的设计需要兼顾合成的可行性和高效性。
化学家们通常会参考合成类似天然产物的模型化合物,通过对比已知合成路线和合成中间体的结构,来设计合成路径。
在寻找合成中间体的过程中,化学家们需要解决一系列困扰全合成研究的难题。
首先,合成中间体的合成难度较大,合成出错可能会导致合成路径的失败。
其次,合成中间体的选择对于全合成研究的进展至关重要。
一个好的合成中间体可以使全合成路径更加简化和高效。
最后,合成中间体的稳定性也需要被充分考虑,以确保全合成的可行性。
全合成的最终目标是实现合成目标。
为了成功实现合成目标,合成化学家需要综合运用有机合成、无机合成和物理化学等多个学科的知识。
同时,他们还需要进行大量实验,通过反复尝试不同的实验参数和条件,来获得最佳的合成结果。
天然产物类化合物的全合成研究的意义重大。
首先,全合成研究可以帮助科学家们深入了解天然产物的结构和性质,并为药物研发提供有力支持。
其次,全合成研究也有助于发现和开发新的合成方法和技术,进而促进有机合成化学的发展。
此外,全合成研究还可以为药物合成提供更好的路径选择,降低合成成本,提高生产效率。
然而,天然产物类化合物的全合成研究也面临一些挑战。
首先,天然产物的结构复杂,全合成的难度较大,需要化学家们具备高超的合成技术和创新能力。
天然产物全合成实例
尽管紫杉醇显示了良好的细胞毒活性.但有两个缺 点:一是来源有限,二是溶解度低。一定的水溶性对抗癌 药物是非常重要的,而紫衫醇几乎完全不溶于水。正是这 个原因使对紫杉醇的研究在随后的10年中几乎完全停顿。 但是,紫杉醇促进小管蛋白聚合为对热和钙稳定的微管、 并以非共价键化学计量地与聚合的微管而不是与小管蛋白 的亚基结合,从而可防止细胞分裂并促进细胞死亡。这一 重大发现使得紫杉醇的研究成为药物化学界研究的热点。 1978一1982年,美国对紫杉醇进行了大量的临床前研究。 同时紫杉醇的剂型这一非常困难的问题也得到了解决.
由于紫杉醇是治疗乳腺癌和卵巢癌的特效药,目前的售 价为140美元/30g左右,平均每例病人的治疗费至少要 2000一4000美元。
11.2.1 紫杉醇的发现及历史
l961年,美国北卡罗来纳州三角研究所(RTI)的Monroe Wall博士发现,西部红豆杉树皮的提取物在KB细胞株的 试验中显示很强的细胞毒活性。1969年,他们分离到足够 量的活性物质一一紫杉醇。紫衫醇能用Zemplen醇解法分 解为可结晶的两个部分。通过对该两个化合物即对溴苯甲 酸衍生物(1)和双碘乙酸酯衍生物(II)的X射线单结晶衍射 分析.紫杉醇的结构得到最后确定。紫杉醇的结构研究结 果于1971年首次发表.
11.2.2 紫杉醇的化学合成
(1)由浆果赤霉素III(baccatin)的半合成
由于浆果赤霉素III(baccab inIII)和l0—脱乙酰浆果亦 霉素III(10—deacetylbac—catin)在植物中的合量相对较高, 因而将其转化为紫杉醇的工作可以大大地改善紫杉醇供应 短缺的情况。
尽管紫杉醇与浆果赤霉素的差别仅仅是一个简单的酰化 反应,但是由于浆果赤霉素进行酰化时,13位羟基周围 的立体位阻,使得反应较为困难。
天然产物_E_白黎芦醇的全合成
收稿日期:2001-12-03作者简介:卓广澜(1968-),男(汉族),博士研究生,主要从事有机中间体的合成;姜玄珍(1942-),女(汉族),教授,博士生导师,主要从事一碳和绿色化学合成及机制研究,T el :(0571)87951611,E -mail :chejiang @pub -lic .zju .edu .cn 。
文章编号:1005-0108(2002)03-0152-03天然产物(E )-白黎芦醇的全合成卓广澜,沈振陆,姜玄珍(浙江大学化学系,浙江杭州310027)摘 要:从价廉易得的3,5-二羟基苯甲酸为原料,通过甲基化、肼化、氧化反应得到中间体3,5-二甲氧基苯甲醛,与对甲氧基苄磷酸酯经Witting -Horner 缩合反应得到单一反式的3,4′,5-三甲氧基芪,最后用BBr 3/CH 2Cl 2脱去甲基保护基,合成目标产物(E )-白黎芦醇,总收率为35.7%。
关键词:白黎芦醇;甲氧基芪;全合成中图分类号:R914.5 文献标识码:A 白黎芦醇(resveratrol ,3,4′,5-trihydroxy s -tilbene )为已知天然化合物,广泛存在于多种植物中[1,2]。
近年来的研究表明:它具有抗高血压和冠状动脉血管扩张等重要生物活性。
它对治疗炎症、酯类代谢、心脏疾病等有明显的效果,并能抑制肿瘤、癌症的发生,是目前最有希望的抗癌剂之一,因而引起了人们的兴趣[3~5]。
但白黎芦醇在植物中的含量极低,在植物中通常以其苷的形式存在。
为此利用化学方法进行合成颇有意义。
白黎芦醇属多羟基芪类化合物,文献[6~12]报道的多羟基芪类化合物的合成方法,均存在原料难得、路线复杂、收率不高等缺点。
而有关白黎芦醇的全合成更鲜见报道。
作者采用改进的方法,以价廉易得的3,5-二羟基苯甲酸为原料,通过五步反应,得到目的产物。
总收率为35.7%。
合成路线见图1。
Fig .1 The route of synthesis of resveratrol1 实验部分温度未经校正。
天然产物_E_白黎芦醇的全合成-1
92
中 国农 业大 学学 报
2005 年 第 10 卷
1.2 g , 干燥二氯甲烷 60 mL , 搅拌溶解 。 在 0 ℃以 下 , 氮气保护 , 缓慢滴加溶于 60 mL 干燥二氯甲烷 的 5.0 g 三溴化硼溶液 , 室温反应 10 h , 反应液颜色 由鲜红色变为浅黄色或无色 , 降温至 0 ℃, 滴加蒸馏 水 60 mL 。将反应液倾入 200 m L 冰水中 , 分液 , 水 层以乙酸乙酯萃取 , 合并有机层 , 无水硫酸钠干燥 , 减压蒸除溶剂 , 得黄色固体 1.2 g 。 以正己烷 、丙酮 溶液(1∶1)重结晶 , 得黄色晶体 1.0 g , 产率 98 %。 mp 254 ~ 256 ℃, H , 4-H), 6.37(d , 2H , 2 , 6-H), 6.74(dd , 2 H , 3′, 5′-H), 6.80 (d , 1H , J =16.3 Hz , α-H ), 6.92(d , 1 H , J =16.3 Hz , β-H ), 7.38(dd , 2H , 2′, 6′-H), 9.17(s , 2H , 3 , 5-OH), 9.53(s , 1 H , 4′-OH ) 。
在上述产物中加入 80 mL 无水四氢呋喃 , 氮气 保护 。 冰盐浴冷却至 0 ℃以下 , 加入氢化钠(质量分 数 70 %)2.2 g , 搅拌 30 min 。 缓慢滴加溶于 80 m L 无水四氢呋喃的 2.7 g 对茴香醛溶液 , 后升至室温 反应 8 h 。 将反应产物冷至 0 ℃, 缓慢滴加蒸馏水 50 m L 。 将反应液倾入 200 mL 冰水中 , 乙醚萃取 , 有机 层以饱和氯化钠溶液洗至中性 , 无水硫酸钠干燥 , 回 收溶剂 , 冷藏 , 析出黄色固体 , 以甲醇水溶液(5∶1)重 结晶 , 得黄色针状晶体(5)3.4 g , 产率 63.0 %。m p 47 ℃, 1H-NM R (CDCl3)δ:3.83 (s , 9 H , 3 , 4′, 5OCH3), 6.37(t , 1 H , 4-H), 6.65 (d , 2 H , 2 , 6-H),
第十一章-天然产物全合成实例
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11.3.1 青蒿素的化学合成
因为青蒿素的分子是由过氧基团组成的一个缩酮内酯。 经反合成分折。烯醇甲醚与酮酸甲酯是合成的关键化合物, 利用光氧化反应可把过氧基引入七员环的C6位,这是合 成中的关键反应:
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内(R)—香草醛出发的全合成:
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合成过程的最后.在甲醇溶液中以四碘四氯荧光素 (rose bengal)为光敏剂,在-78度和高压汞灯下通氧,接 着用酸处理生成捕获化合物。它用酸处理经分子内醇酮和 醇醛缩合并内酯化即得目标产物——青蒿素。最后两步(r 与s)产率为28%。
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尽管Holton和Nicolaou研究组相继完成的紫杉醇全合成 工作十分出色,但由于紫杉醇的合成路线太长而不会有商 业价值。另外一些科学家仍在寻找其他的路线,
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(3)紫杉醇的构效关系如图114-1所示
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11.3.2 青蒿素的生物合成
由于萜类化合物的生物合成途径非常复杂,因而对于青 蒿素 这一类低含量的复杂分子的生物合成研究就更具复 杂性。倍半萜内酯合成的限速步骤,一个是环化和折叠成 倍半萜母核的过程,另一个为形成含过氧桥的双倍半萜内 酯过程。从Akhila等通过放射性元素示踪法对青蒿素的生 物合成途径进行了研究,认为青蒿素的生物合成途径如下 图所示:
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主讲人:
本书经过前13章的讨论,无论是有机合成反应,还是 合成路线设计的方法已介绍过了。最后一章,我们用3个 天然产物全合成的实例,作为对前述知识综合应用,使读 者更深人体会所学的知识 。
11.1 除虫菊酸的合成
除虫菊酸[(+)-trans—chrysanthemic acid]是一种单萜 酸,结构上是环丙烷上含有反式的取代基。
由于紫杉醇是治疗乳腺癌和卵巢癌的特效药,目前的售 价为140美元/30g左右,平均每例病人的治疗费至少要 2000一4000美元。
11.2.1 紫杉醇的发现及历史
l961年,美国北卡罗来纳州三角研究所(RTI)的Monroe Wall博士发现,西部红豆杉树皮的提取物在KB细胞株的 试验中显示很强的细胞毒活性。1969年,他们分离到足够 量的活性物质一一紫杉醇。紫衫醇能用Zemplen醇解法分 解为可结晶的两个部分。通过对该两个化合物即对溴苯甲 酸衍生物(1)和双碘乙酸酯衍生物(II)的X射线单结晶衍射 分析.紫杉醇的结构得到最后确定。紫杉醇的结构研究结 果于1971年首次发表.
尽管紫杉醇显示了良好的细胞毒活性.但有两个缺 点:一是来源有限,二是溶解度低。一定的水溶性对抗癌 药物是非常重要的,而紫衫醇几乎完全不溶于水。正是这 个原因使对紫杉醇的研究在随后的10年中几乎完全停顿。 但是,紫杉醇促进小管蛋白聚合为对热和钙稳定的微管、 并以非共价键化学计量地与聚合的微管而不是与小管蛋白 的亚基结合,从而可防止细胞分裂并促进细胞死亡。这一 重大发现使得紫杉醇的研究成为药物化学界研究的热点。 1978一1982年,美国对紫杉醇进行了大量的临床前研究。 同时紫杉醇的剂型这一非常困难的问题也得到了解决.
Potier首先用肉挂酸对浆果赤霉素进行酰化,然后利 用温和羟基氨基化反应得到紫杉醇,尽管该反应的立体选 则性和区域选择性较差,但是,他们却利用该反应从l 0—脱乙酰浆果赤霉素IIຫໍສະໝຸດ 合成了紫杉醇衍生物Taxotexe:
Taxotexe在某些试验中显示优于紫杉醇的生物括性, 该药目前在法国进行临休试验.
1950年左右,在非洲大量种植除虫菊.并研究其作为 杀虫剂的机理。其主要
有效成分除虫菊素(pyrethrin)为下列化合物的酯类:
这类化合物的特点是:对害虫击倒力强.杀虫作田快, 广谱性,易绛解,对高等动物及鸟类低毒,使用安全,因 而不污染环境。
日前市场上销售的是这类化食物的类似物、如戊二烯拟 除虫菊酯(nes—methrin)、丙烯拟除虫菊(a11etthr in)等都 是化学合成的产品:
紫杉醇是20世纪70年代初从短叶红豆杉(Taxus brevifolia)的树皮中分离得到的。由于该树是一种生长缓 慢的矮小灌木,紫杉醇主要在其树皮中,其含量平均为 0.015%、提取收率平均为0.01%。因此,为供试验及临床 所需,必须砍伐,剥取树皮,这必然破坏自然环境与生态 平衡,并将导致资源枯竭。显然后来从红豆杉的草叶部分 分离得到紫杉醇的前体桨果亦霉素3(baccatin),以供半合 成紫杉醇,但紫杉醇仍然供不应求,限制了对它用于癌症 的治疗研究。因此,为了增加紫杉醇的来源,世界各国都 在加紧对紫杉醇及其衍生物的开发研究。
(4)利用已知具有环丙烷结构的起始物
以下为一条除虫菊酸的合成路线
11.2 紫杉醇的合成
紫杉醇(taxol)是阿霉素和顺铂之后最热点的新抗癌药, 已于1992年底被美国FDA批准作为抗晚期癌症的新药上 市。紫杉醇在肿瘤的治疗药物种代表了一类新的、独特的 抗癌药物.它的抗癌机制与其他的抗癌机制不同。它的主 要作用是通过促进极为稳定的微管聚合并阻止微管正常的 生理性解聚,从而导致癌细胞的死亡,并抑制其组织的再 生。
紫杉醇的半合成研究与直接从植物提取紫杉醇的力法相 比较主要有下面两个优点:①浆果亦霉素和10—脱乙酰 浆果赤霉素在植物中的含量远远高于紫杉醇。从文献上发 表的结果来看,浆果赤霉素最好的提取收率6倍于紫杉醇 的收率;半合成紫杉醇的研究可以使紫杉醇侧链具有很 大的变化性。Taxotexe的合成就是一个很好的例子。这 样就有可能在将来发现更强活性的紫杉醇衍生物。
Holton采用了由A环到ABC环的线性合成战略,以樟 脑为原料,通过数步反应先形成在B环上带有一个酮基的 化合物,以便形成C环:
Nicolaou则采用非常简明的合成战略.仅用两年就 合成了紫杉醇。他采用非手性的原料,以 Diels-Alder反 应合成 了A环,然后通过官能团改造形成第—个中间体 化合物,另外一个中间体也是通过Diels-Alder反应由简单 原料合成而得到的。然后两个中间体经过几步又合并成 最后产物。
由于种植条件限制,除虫菊酯的产量有限,有效成分的 含量也较低、同时受结构上的影响,不耐光和热,残效期 极短,长期以来仅作家庭卫生杀虫剂.
合成除虫菊酯的关键也在于合成除虫菊酸。有多种方法, 例如:
〔1)以卡宾或硫的叶立德与双键加成:
(2) 利用有机金属作为分子内亲核性取代反应: (3) 由α—卤代环丁酮在碱处理下作Farvoskii重排反应:
11.2.2 紫杉醇的化学合成
(1)由浆果赤霉素III(baccatin)的半合成
由于浆果赤霉素III(baccab inIII)和l0—脱乙酰浆果亦 霉素III(10—deacetylbac—catin)在植物中的合量相对较高, 因而将其转化为紫杉醇的工作可以大大地改善紫杉醇供应 短缺的情况。
尽管紫杉醇与浆果赤霉素的差别仅仅是一个简单的酰化 反应,但是由于浆果赤霉素进行酰化时,13位羟基周围 的立体位阻,使得反应较为困难。
(2)紫杉醇化学全合成
合成紫杉醇这一复杂的天然分子是有机合成化学家所 面临的挑战.全世界共有40多个一流的研究小组从事紫杉 醇的全合成工作,主要分为两种合成战略:①线战略,即 由A环到ABC环和由C环到ABC环;②会聚战略,即由A 环和C环会聚合成ABC环:
1994年初.Holton和Nicolaou几乎同时宣告紫衫醇 的全合成获得成功。他们的成功,标志着有机合成化学登 上了一个新的台阶。