環(huán)維黃楊星D的結構改造與生物活性研究.pdf

1、乙酰膽堿(Ach)是中樞及末梢神經系統(tǒng)中的重要的神經遞質。通過水解作用,乙酰膽堿酯酶(AChE)可實現(xiàn)膽堿能的有效破壞。作為累積性神經退行性疾病,阿爾采末病(AD)的發(fā)生即是基于中樞神經系統(tǒng)中的膽堿能缺失。提高大腦中的乙酰膽堿水平被認為是治療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而治療AD的一種有效方法。近年來已有多個AChEI被批準用于AD的治療。
　　 從相應植

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,均被證實具有明顯改善認知功能的作用,已被批準用于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)學中被廣泛應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行結構解析與體外生物活性測試。
　　 本論文從豐富化合物結構多樣性出發(fā),針對相關結構片段,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物在內的數(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行了篩選,為該類化合物的構效關系總

4、結及進一步結構優(yōu)化奠定了基礎。
　　 本論文包括如下幾個部分:
　　 第一部分黃楊生物堿的研究進展
　　 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。因此有必要在相關文獻報道的基礎上,對近年來黃楊生物堿的植物化學及生物活性研究的進展進行總結。研究表明,乙酰膽堿酯酶抑制活性是目前該類化合物相關生物活性研

5、究的重點之一。
　　 第二部分選題依據、原料純化及化合物設計
　　 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域的研究進展。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進行了研究,確認了重結晶和pH值調節(jié)法無法去除的雜質為環(huán)布辛,利用環(huán)布辛結構中末端雙鍵的存在,首次通過化學反應實現(xiàn)了環(huán)維黃楊星D的有效純化。
　　 從拓

6、展黃楊生物堿的結構多樣性出發(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Jones氧化、Rischig消除反應得到具有α,β-不飽和酮結構片段的天然產物-Cyclobuxophyllinine M。并以此為中間體,通過選擇性還原等反應得到了系列化合物。
　　 (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)的天然產物--buxozine C,再通過氫化開環(huán),將C20之仲胺基轉化成叔胺基,C16之羥基保持不變,由此實現(xiàn)反應差異性的構建。
　　 (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物,目的是考察叔胺與對應酰胺的活性差異。
　　 (4)Cycloprotobuxine D及其相關衍生物為考察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,反應策略為選擇性消除某個活性基團,亦或選擇性反應部分基團,從而達到構造反應差異性、選擇性考察某個活性基團對抑制活性的影響的目的。
　　 第三部分合成路線設計、實驗及討論
　　 (1)在羥基和氨基同時存在情況下,溫和的Jones氧化反應選擇性地將羥基氧化成了對應的酮羰基,在堿性條件下,中間體β-胺基酮

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

10、成尚未見文獻報道,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。反應條件溫和,收率較高。
　　 (3)CVB-D與甲醛發(fā)生環(huán)合反應形成四氫噁嗪環(huán)的反應機理類似于mannich反應,不同之處在于,此時的活潑氫來自羥基而非經典的mannich反應中的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,將CVB-D的C20的仲胺基團轉化為叔胺的同時,C16的羥基和C3的仲胺基團不發(fā)生反應

11、。C20的叔胺與C3的仲胺基的化學反應差異性的構建是實現(xiàn)化合物結構多樣性的基礎。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)尚未見文獻報道。
　　 (5)為獲得C20上的仲胺基消除反應的末端烯烴產物,設計了通過cope消除反應得到含有末端烯烴結構片段的產物的合成路線。但Cope消除反應得到的并非預想的末端烯烴,其因為可能是C16的酯基的存在,使得消除反應發(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,實現(xiàn)了羥基的氯代反應。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效關系的初步研究
　　 對CVB-D及三十七個經半合成得到的黃楊生物堿進行了體外AChE抑制活性測試,借助相關軟件進行了分子對接研究及藥效團模型的構建,初步總結了該類抑制劑的構效