新型青蒿素衍生物的合成及其抗肿瘤活性的初步研究
姓名:孟丽丽申请学位级别:硕士专业:药物化学指导教师:匡永清
20090524
硕十学位论文摘要青蒿素及其衍生物具有高效的抗疟作用,是目前治疗疟疾最有效药物之一。近年来的研究表明,青蒿素及其衍生物还具有抗肿瘤、抗寄生虫病以及免疫抑制等多种生物活性。特别是在抗肿瘤方面,由于具有抗瘤谱广,毒副作用小、可以逆转肿瘤多药耐药,与传统化疗药物不存在交叉耐药现象等特点,已经成为目前抗肿瘤药物领域的研究热点。其抗肿瘤作用机制,主要是因为肿瘤细胞内Fe2+离子的含量高于正常细胞,而Fe2+离子可催化青蒿素的过氧桥断裂产生自由基,进而损伤细胞内的生物大分子。本文开展了三方面的工作:1.用NaBH4(KBH4)还原青蒿素得到双氢青蒿素,根据多不饱和脂肪酸对肿瘤细胞的特殊靶向性,选择二十二碳六烯酸作为靶向药物载体,用DCC法将双氢青蒿素与二十二碳六烯酸成酯。同法制备出油酸双氢青蒿素酯,以供对照。MTT法考察结合物对人Burkitt淋巴瘤细胞株CA46,人T淋巴细胞白血病细胞株Molt4和小鼠淋巴瘤细胞P388的体外增殖抑制活性,结果显示二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯的活性优于青蒿素和双氢青蒿素。2.以丁二酸酐为酰化剂,酰化双氢青蒿素得到青蒿琥酯,根据药物拼合的原理,设计、合成了多种新型青蒿素类拼合药物。考虑到茄尼醇和N0供体的抗肿瘤活性,用DCC法将茄尼醇和5.单异山梨醇的羟基和青蒿琥酯的侧链羧基成酯;鉴于某些肿瘤细胞内环氧合酶.2的表达水平高于正常细胞,而非甾体抗炎药又可抑制环氧合酶活性,因此用DCC法和酰氯法将阿司匹林和布洛芬与双氢青蒿素进行成酯,得到具有多重抗肿瘤机制的新型青蒿素类拼合药物。采用MTT法考察拼合物的对人Burkitt淋巴瘤细胞株CA46、人T淋巴细胞白血病细胞株Molt4和小鼠淋巴瘤细胞P388的体外增殖抑制活性,结果显示除了布洛芬双氢青蒿素酯之外,其余的抑制效果均优于对照组。3.合成聚乙二醇单甲醚.聚乳酸两性嵌段共聚物,并用透析法制备共聚物的空白胶束、蒿甲醚共聚物胶束和青蒿素共聚物胶束,考察原料投料比和透析条件等因素,初步得到了具有核.壳结构和杆状结构的胶束,为开发青蒿类药物的新剂型提供了线索。关键词:青蒿素衍生物;二十二碳六烯酸;茄尼醇;单异山梨酯;阿司匹林;布洛芬;抗肿瘤;聚乙二醇单甲醚.聚乳酸;胶束硕七学位论文AbstractArtemisininanditsderiVatiVeshaVehighanti·malarialactiVityandareonekindofthemostef琵ctiVedrugsforthetreatmentofmalarial.Inrecentyears,manystudieshaVeshownthatartemisininanditsderiVatiVesalsohaVeandaantitumor,anti-parasiticactiVity,theyhaVediseasesimmunosuppressiVeactiVities.Asforantitumorbecomeresearchfocus,duetotheirwideantitumorspectrumwithlittlesideef佗ctsreVerseandtheircapabilitytocross·resistancewithtumormultidrugresistance.Furthermore,theyhaVeanti—cancerdrugs.Thenothetraditionalmechanismoftheirantitumoren’ectsisthattheconcentrationofFe2+intumorcellsishigherthanthatinnormalones,andFez十canpromotethebreakoftheperoxidebridgeinartemisinintoformfreeradicals,whichcandamagethebiologicalmacromoleculesinthetumorcells.Thisworkincludesthreeparts:1.DihydroartemisininwasobtainedbythereductionofartemisininwithNaBH4(KBH4)asareductant.Then,accordingf.attyacid,wechosetothespecifictumor·targetingabilityofacidasapolyunsaturateddocosahexaenoictumor—targetingmoleculeandproducedtheesterofdihydroartemisininanddocosahexaenoicacidusingDCCmethod.Wepreparedtheesterofdihydroartemisininandoleicacidusingthesamemethodforthepurposeofcomparision.AntitumoractiVitiesofthoseartemisininderiVatiVesagainstResultsshowedCA46,Molt4thatandP388cellsweretestedinvitrobyhadhigheractiVitythanMTTmethod.andDHA·DQHSartemisinindihydroaIrtemisinin.2.Artesunatewassynthesizedbyacylationofdihydroartemisininwithsuccinicasananhydridedesignedsolanesolacylatingagent.Accordingtothedrughybridizationprinciples,weseVeraldonorsnewhadandandsynthesizedartemisininanti—cancerderiVatives.actiVities,ConsideringsynthesizedthatthesomeN0weconjugatesbyesterincationofthecarboxylgroupofartesunatewiththehydroxygroupofsolanesolandisosorbidemononitrate.BecausesomekindsoftumorcellsproducedmoreCOX-2thannormalcellsandnon—steroidalanti-inflammatorydrugscouldinhibittheactiVityofCOX,weproducedtheestersofdihydroartemisininrespectiVelywithaspirinandibuprofenusingDCCandacylchloridemethodsinordertoobtainnewconjugateswithpleiotropicmechanismsagainsttumor.AntitumoractivitiesoftheseIII新型青蒿素衍生物的合成及其抗肿瘤活性的初步研究conjugatesagainstCA46,Molt4andP388cellsweretestedinvitrobyofthesehybridsshowedhigherMTTmethod.actiVitiesthanExceptIbuprofen-DQHS,therestartemisininanddihydroartemisinin.3.WesynthesizedtheamphipathicblockcopolymerMePEG-PLA,andthenpreparedtheblankmicelles,artemisinin-micellesandartemether-micellesbydialysismethod.Wekindsstudiedthematerialratioanddialysisconditionsinordertoproducetwoofmicellesawithcore-shellstructureandrod—shapedstructure.ThisworkproVidedcluef.ornewpharmaceuticalpreparationsofartemisininanditsderiVatiVes.Keywords:Artemisininderivatives;Docosahexaenoicacid;Solanesol;Isosorbidemononitrate;Aspirin;Ibuprofen;Antitumor;MePEG-PLA;MiceIle湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:多颓匍日期:o了年多月;日,学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口,在2、不保密团。(请在以上相应方框内打“√”)年解密后适用本授权书。作者签名:查和确导师签名:瞳p陬日期:日期:西年‘月岁日夕'年莎月乡日硕lj学位论文第1章绪论癌症是全球人口死亡的第二大原因,尽管在最近几年里,癌症的治疗已经有了明显的迸步,但是,对于很多类型的癌症,目前仍然没有治愈的方法。20世纪下半叶以来,癌症的发病率和死亡率都呈逐年上升的趋势,尤其是20世纪70年代以后,癌症发病人数以年均3%~5%的速度递增。据世界卫生组织WHO统计,2007年全球癌症死亡人数达790万,约占所有死亡人数的13%,并且预测到2010年,癌症将超越心脏病成为人类死亡的首要原因。而癌症在我国的现状同样不容乐观,癌症发病率日趋上升,占人口总死因的第二位,最新统计资料显示,在过去不到20年的时间内,我国癌症发病率上升69%,仅2008年就有139万新增病例,占全世界癌症发病总数的17%。恶性肿瘤的治疗方法目前主要有手术治疗,化学治疗、放疗治疗和生物治疗等多种方法。其中,化学治疗是治疗癌症的基本方法,也是不可缺少的重要手段。恶性肿瘤的化学治疗法是应用一种或数种化学药物,通过口服或注射来治疗肿瘤的方法。但是,传统的化疗方法主要存在两大问题,一是化疗药物能产生严重的毒副作用,如脱发,肝脏,肾脏毒性等,不仅给病患带来了痛苦,同时也影响了治疗效果;二是肿瘤细胞的抗药性,尤其是多药耐药性,在很大程度上降低了化疗的治疗效果,是导致化疗失败的重要因素。因此,寻找新型的高效、低副作用和具有肿瘤靶向性的抗肿瘤药物成为目前的研究热点。从天然产物中寻找抗肿瘤活性成分是当前抗肿瘤药物研究的重要发展战略之一。20世纪80年代,我国在天然药物的研究方面取得了显著的成绩。天然药物对发现新药有很重要的作用,它可以为设计理想的抗肿瘤新药提供独特的化学结构,成为创制新药的先导化合物。经验表明,从天然药物中筛选具有优良抗肿瘤活性的新药比传统的随机筛选更有优势,而且更经济。到目前为止,喜树碱衍生物、紫杉醇衍生物、三尖杉酯碱类及长春花碱类等植物源抗肿瘤药物,已经在临床恶性肿瘤治疗方面取得了很好的效果。其中,青蒿素及其衍生物以其独特的抗肿瘤作用机制和高效,低毒的抗肿瘤活性引起了广泛的关注。1.1青蒿素的发现和结构测定疟疾是人类最古老的传染性疾病之一,也是当今世界范围内分布最广泛的传染性疾病之一,在非洲、亚洲的南部和东南部以及南美洲等地区,每年大约有3亿到5亿的疟疾临床病例发生。传统的抗疟药如奎宁1、氯喹2(图1.1)等曾一度有效遏制了疟疾在全球范围内的肆虐,但是在20世纪60年代,在南美洲和非洲已新型青蒿素衍生物的合成及其抗肿瘸活件的初步研究经发现抗药性疟原虫…,一些常用的抗疟药对它们已不再那么有效,疟疾的防治形势十分严峻。为此,全球投入了大量的人力和物力寻找新型的抗疟药。H、N人/\/NVCH3CIl午Hsr2图1.1奎宁和氯喹的化学结构我国在1967年组织了全国数百名科研工作人员开展了疟疾的防治工作,开始对传统的中草药提取物进行筛选,并进行结构改造工作,其中最为成功的是青蒿素及其衍生物。14915833图1。2青蒿素的化学结构青蒿素3(artemisinin,QHS,图1.2)是一种无色针状结晶,由我国研究人员于1972年首次从传统抗疟植物青蒿中提取得到,动物实验和临床实验均显示出突出的抗疟效果【21。它的分子式为C15H2205,分子量282.34,是一种新型的倍半萜内酯化合物。青蒿素的化学结构的测定相对比较困难,在摸索了四年后,由中国科学院生物物理研究所用X射线晶体衍射法于1976年确定【31,1981年被世界卫生组织确认。天然青蒿素分子中有7个手性中心,【Q】苫=+66.3。(c=1.64,cHcl3),并且无紫外吸收效应。青蒿素易溶于氯仿、二氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯等溶剂中,可溶于甲醇和乙醇,但是在油和水中的溶解性均很差。由于其结构中包含有特殊的过氧基团、缩酮,缩醛和内酯,对热不稳定‘41,对酸‘51,碱、金属离子和还原剂【61都比较敏感。硕lj学位论文1.2青蒿素衍生物的研究进展1.2.1双氢青蒿素衍生物虽然青蒿素对疟疾的治疗具有高效,低副作用、起效快和对抗药性疟疾有效等优点,但是由于青蒿素的亲油亲水性均很差,因此很难制成合适的剂型,在抢救昏迷病人时只能采取鼻饲,并且青蒿素在胃肠道给药时会部分分解,导致杀虫不彻底,疟疾复发率高。因此,通过对青蒿素的结构进行修饰来得到理想的衍生物是世界药物学家和有机化学家研究的热点领域,我国科研人员早在1976年便开始对其进行了结构改造。在对青蒿素类药物的抗疟机制研究中发现,过氧桥是青蒿素具有抗疟活性的关键结构,因此,青蒿素的一系列结构改造都是在保留l、2、4.三氧杂环己烷骨架的基础上进行的。20世纪70年代,我国先后研发出了双氢青蒿素4(dihydroartemisinin,DQHS)、蒿甲醚5(artemether)、蒿乙醚6(arteether)和青蒿琥酯7(artesunate)等多种衍生物【6 ̄91(图1.3),这些衍生物的抗疟活性相对于青蒿素都有不同程度的提高。其中,双氢青蒿素具有比青蒿素更好的口服生物利用度和抗疟活性,但是溶解度并没有改善。蒿甲醚是醚类衍生物中活性最高的,是青蒿素的6倍,并且稳定性较好,油溶性大,因此被选作新药候选药物进行重点研究。而青蒿琥酯的钠盐.青蒿琥酯钠则是第一个水溶性的青蒿素衍生物,可以口服,也可以静脉滴注,因此适合于救治急、重症疟疾病人。但是,青蒿琥酯钠由于在水溶液中易分解,存在半衰期短、疟疾复发率高的缺点【l01。研究表明,青蒿琥酯钠的不稳定性是因为酯基的易水解性,因此,国外的研究小组在80年代用醚键代替酯键,合成了蒿苄醚酸8,它具有在水溶液中稳定性好,半衰期长和低毒性等优点。同时,在药代动力学研究中发现有较高的口服生物利用度和较好的红细胞结合能力110'11】,曾被美国WalterReedArmyResearchInstitute(WalterReed军事研究所)重点研究。但是之后的动物实验证明,它的抗疟活性不如青蒿琥酯¨2。。4.R=H5,R2Me(p·)6,R2Et(p一)7,R=CoCH2CH2C00H(m)OR8,R寻CH2C6H4CoOH—p(p·)图1.3第一代青蒿素衍生物经过十多年的探索之后,在1986年和1987年,我国将青蒿素栓剂、青蒿琥酯水针剂和蒿甲醚油针剂作为一类新药批准生产。随后,双氢青蒿素片剂和蒿甲新犁青蒿素衍生物的合成及je抗肿瘤活惟的初步研究醚.本芴醇复方于1992年批准生产。2003年,双氢青蒿素哌喹复方和青蒿素.萘酚喹复方也被批准生产。我国自行研制的青蒿素类抗疟新药自20世纪80年代正式批准生产以来,已在世界范围内救治了成千上万的疟疾病人,被誉为抗疟药物史上继奎宁,氯喹之后的第三个里程碑。20世纪80年代起,国内外先后合成了多种类型的青蒿素衍生物,这些衍生物也都是在保留青蒿素过氧桥结构的基础上进行的,大多是以双氢青蒿素为原料,对其C12进行修饰得到,可以分为0一苷,C.苷和N.苷三大类(图1.4)。6认。认6认6小6认。厶撤诹镦镦徽取ORCH2R图1.4双氢青蒿素衍生物分类O.苷类衍生物包括双氢青蒿素的醚类、羧酸酯和碳酸酯类,是我国研究人员早期研究的主要类型。李英等【l3’14】曾合成出带有金刚烷基和叔丁基的碳酸酯类衍生物9和10,实验证明大体积基团能减慢酯基的降解速度,与此同时,他们也设计、合成了醚类和羧酸酯类衍生物【.7’8】。之后,国外的研究小组也开展了对O.苷类衍生物的研究,Haynes等【15】通过Schmit和Mitsunobu方法改进了合成醚类和羧酸酯类衍生物的途径,Sin曲等Il6J合成了具有较高口服抗疟活性的带有金刚烷基和联苯基等大体积取代基的醚类衍生物。在O.苷类衍生物的研究中,梁洁等【l7J意外发现12.B一双氢青蒿素的芳香醚类衍生物11具有多种癌株有较强的细胞毒性,这个发现引起了研究人员对青蒿素类衍生物抗肿瘤活性的关注(图1.5)。OY0no9O10十cH3CHlCH3图1.5碳酸酯和芳香醚类O.苷类衍生C.苷类衍生物由于在体内不会转化成双氢青蒿素,因此具有比O.苷类更长的半衰期,这方面的研究工作国内外很多小组都有报道。Jung、Pu和O’Neil等【18 ̄21】都合成了12-p-取代基的脱碳青蒿素衍生物,其中12-p一珂-丙基脱碳青蒿素12具有硕十学位论文与蒿乙醚相似的抗疟活性和毒性(图1.6)。Posner和Lee等‘22,231也都报道了有关改进C.苷类衍生物合成方法的研究工作。国内的研究小组也有关这方面的报道。李英等‘241合成了12.Oc.芳香基脱碳青蒿素13,这类衍生物的抗疟活性高于青蒿素,有的还高过蒿甲醚。(图1.7)。R12图1.612一B.取代基的脱碳青蒿素衍生物加=々叫电伽电渊舢仓叫eMeO叫eOMe时13=o占。Ho号。Me图1.712.0【.芳香基脱碳青蒿素N.苷类衍生物到目前为止研究得不是很多,而且主要是以国内的研究为主。李英等【25,261用双氢青蒿素或乙酰双氢青蒿素为原料,在酸的催化下与带有各种取代的芳香胺或氮杂环反应,生成了C12的N.苷类衍生物14和15,它们的抗鼠疟作用高于青蒿素(图1.8)。嗄poY~I酃6Y~N爪MQ\=强N—.≥Np5图1.8青蒿素N.苷类衍生物1.2.2青蒿素二聚体在对青蒿素及其衍生物的研究中,人们发现青蒿素类化合物不仅具有显著的5新型青筋素衍牛物的合成及j£抗肿痛活性的初步研究抗疟作用,同时还具有广泛的生物活性,其中,最令人感兴趣的是这类化合物具有抗肿瘤活性。近年来,国内外纷纷报道了青蒿素类化合物抗肿瘤筛选的结果,其中,青蒿素二聚体类衍生物的抗肿瘤效果最为突出。早在20世纪80年代,科研人员便合成出了具有较强抗疟活性的双氢青蒿素的分子间脱水产物16和17【7,8,27,2引,以及用二元酸和二元醇为连接链段的青蒿素酯类和醚类二聚体【29,301,但是没有对其进行抗肿瘤活性的研究(图1.9)。O…·o1617图1.9双氢青蒿素的分子间脱水产物之后,W6erdenbag等【3l】也合成出了以上这两种二聚体,并用MTT法检测了它们对肿瘤细胞的药物活性,结果发现以a型和p型相连的化合物16的抗肿瘤活性最好。它的细胞毒性是青蒿素的22倍,是双氢青蒿素的60倍。但是以酯键和醚键连接的二聚体由于C12为缩醛结构,在水中常常不稳定,易发生水解,因此不少研究小组均合成出了C12非缩醛碳衍生物来解决这个问题。Posner小组对青蒿素二聚体衍生物作了较全面的研究,从1999年开始,他们多次合成出了12位碳.碳相接的二聚体衍生物,这些二聚体很好的解决了稳定性的问题,而且显示出较高的抗疟,抗癌活性。最初,他们合成了以苯环为主体链连接的二聚体,其中化合物18~20对多种人癌细胞株比较敏感【32。。之后,他们对上述结构进行改造,得到了具有较好抗疟,抗风湿和抗癌活性的新型二聚体衍生物21和22【33】(图1.10)。f=A:18…:泌Me20R=H2cco飞夕一cocH22·R=—(卜一22图1.10以苯环为主体链连接的12位碳一碳键连接的青蒿素二聚体近年来,Posner等【341改进了方法,仅用两步便合成出了一个更加稳定的二聚体23,将其进行简单的转化得到了另一种类型的12位碳.碳键相接的二聚体硕Ij学位论文24~26。2006年,他们又合成了以四碳链连接的二聚体,其中化合物27具有高于青蒿素10倍的抗疟活性,化合物28则对多种人肿瘤细胞株有很好的增殖抑制作用【35】(图1.11)。23OH28图1.1l12位碳.碳键连接的青蒿素二聚体1.2.3肿瘤靶向性青蒿素衍生物1.2.3.1青蒿素一转铁蛋白结合物目前,国内外许多研究小组已经对青蒿素及其衍生物的抗肿瘤作用展开了系统的研究,其中青蒿素及其衍生物的转铁蛋白结合物的靶向抗肿瘤活性是研究较多的一个领域。青蒿素及其衍生物的抗肿瘤作用机制与其抗疟作用机制相似,与细胞内的亚铁自由基引起青蒿素结构中的过氧桥的断裂有关,过氧桥断裂产生自由基,能产生细胞毒性。研究表明,由于细胞增殖的需要,肿瘤细胞表面有大量的转铁蛋白受体来保证充足的Fe(III)的吸收,所以转铁蛋白受体可用作肿瘤靶向药物的载体。Lai等【36】通过将青蒿素衍生物与转铁蛋白相连,合成了青蒿素结合的转铁蛋白29,使Fe(III)和青蒿素能同时进入细胞(图1.12)。当Fe(III)进入细胞后,迅速形成Fe(II),使过氧桥断裂,产生自由基,对细胞产生毒性作用。在对Molt.4淋巴肿瘤细胞株和正常人淋巴细胞的活性检测中,相对于正常细胞,这个修饰后的转铁蛋白能更有选择性、更有效地杀死肿瘤细胞。并且,通过改进合成的条件,Nakase等【371能控制平均每个转铁蛋白上结合的青蒿素的数量,结果表明,结合有16个青蒿素的转铁蛋白是最有效的,在不破坏转铁蛋白与受体结合功能的前提下,能通过诱导癌细胞内线粒体的凋亡来显著抑制前列腺癌细胞的生长。1.2.3.2青蒿素一多肽结合物最近,Oh等【38J在之前研究的基础上,又合成出了一种新的转铁蛋白受体靶向的青蒿素.多肽结合物,含有一个青蒿素和两个青蒿素的两种多肽结合物30和7新型青蒿素衍牛物的合成及其抗肿痛活性的初步研究3l(图1.13),并且用Molt-4淋巴肿瘤细胞株和正常人淋巴细胞来考察新结合物的29图1.12青蒿素.转铁蛋白结合物抗癌活性,发现将青蒿素与多肽结合能显著提高青蒿素类药物的抗肿瘤活性和对肿瘤细胞的选择性,具有较少的副作用。而且,由于青蒿素与Fe(III)并不是结合在同一个蛋白体上,因此,青蒿素的介入不会影响转铁蛋白对Fe(III)的捕获和结合能力,也不会影响转铁蛋白与转铁蛋白受体的结合能力。妒、、C\‰;s一地一--e—Br—Pro一她一胁一c洲Hzys—His—AIa—IIe——T扣——Pro—Arg—His—CONH2图1.13青蒿素.多肽结合物1.2.3.3青蒿素.吖啶类结合物除了Lai研究小组之外,国外其它的研究小组也作了提高青蒿素类药物肿瘤硕}j学位论文细胞靶向性方面的工作。Jones等【39J推测青蒿素类药物在Fe(II)的作用下形成自由基后,可能对肿瘤细胞的DNA产生烷基化作用,从而导致细胞的死亡,而已知吖啶类化合物可以插入到DNA的双螺旋结构中从而破坏DNA,它己被广泛抗菌、抗寄生虫和抗肿瘤药物。因此,他们合成了青蒿素.吖啶类结合物32a~c和33(图1.14),经体外抗肿瘤活性考察,并且用抗氯喹疟原虫P.廊,c咖.口,.“聊来考察它们的体外抗疟活性,结果表明,虽然这类结合物的抗疟活性不如双氢青蒿素来得高,但是它们对四种肿瘤细胞株均有较好的抑制效应,特别是大幅度地提高了青蒿素对HL60的抑制作用。其中,化合物32a对DNA/RNA有高度的亲和力,具有很好的靶向性。c,她眦1.3青蒿素及其衍生物的药理活性现出许多其它的生物活性。c。咖叫e图1.14青蒿素.氮蒽类结合物青蒿素及其衍生物具有高效、快速和低毒的抗疟活性,在全世界范围内得到广泛应用。在临床使用和进一步的研究过程中,人们发现青蒿素类抗疟药物还表中国科学家早在80年代就发现青蒿素类药物有杀灭日本血吸虫的作用,尤其是对血吸虫章虫的作用最强【401。我国于1996年批准蒿甲醚和青蒿琥酯为血吸虫预防药。有些青蒿素衍生物对由艾滋病毒引起的相关病有治疗效果。我国援外医疗队曾在乌干达用口服蒿甲醚油剂的方法治疗艾滋病人的鹅口疮,效果较好f4¨。大多数青蒿素衍生物都表现出免疫调节作用。如青蒿素、青蒿琥酯和蒿甲醚都有不同程度的免疫抑制作用,70年代曾报道用青蒿素来治疗红斑狼疮【421。青蒿素及其衍生物的其他生物活性还有如:双氢青蒿素和青蒿琥酯对小鼠、金黄地鼠、豚鼠和兔有抗孕作用【43】、某些含胺基的水溶性青蒿素衍生物还具有局部麻醉作用144。。9新型青蒿素衍生物的合成及je抗肿痛活性的初步研究除了以上这些生物活性,近年来青蒿素及其衍生物的抗肿瘤作用引起了越来越多的关注。1992年我国学者报道了青蒿素衍生物对白血病P388细胞,肝癌细胞SMMC.772l,人胃癌细胞SGC一7901有选择性杀伤活性145|。Efferth等【461在研究青蒿琥酯对55种癌细胞株的抗癌活性时发现,青蒿琥酯对白血病细胞和结肠癌细胞的抗癌活性最强,对黑色素瘤,乳腺癌、卵巢癌,前列腺癌、中枢神经系统肿瘤和肾细胞癌等都有中度活性,对非小细胞性肺癌的活性最弱。Beckman等147J用青蒿素对多种肿瘤细胞进行检测发现,双氢青蒿素对白血病、黑色素瘤、结肠癌、前列腺癌和乳腺癌细胞株高度敏感。Jeyadevan等【48】评价了青蒿素几种衍生物的抗肿瘤活性,肯定了双氢青蒿素的抗肿瘤效应,认为不同结构的青蒿素类药物抗肿瘤活性不一致,双氢青蒿素抗癌活性高。Galal等【49】用青蒿素及其衍生物在体外对来自9中组织的60中癌细胞系的细胞毒作用进行评估,肯定了其抗癌活性,同时也认为对不同组织来源的癌细胞其敏感性差异较大。华盛顿大学生物工程系的Lai和Singh瞪o】在离体实验中证实,青蒿素具有选择性杀死癌细胞的能力,而对正常细胞影响极小。张星等【5I】报道青蒿琥酯钠体外对人肝癌细胞BEL.7402细胞及体内对裸鼠异体移植人肝癌细胞生长具有明显的抑制作用。Rinner等152J研究发现青蒿琥酯对甲状腺髓样癌细胞的增殖有较明显的抑制作用。总之,国内外的各种研究都表明青蒿素及其衍生物对人体多种肿瘤细胞株有一定的抑制作用。青蒿素及其衍生物的抗肿瘤作用机制目前尚不完全清楚,主要有三种观点:(1)延迟细胞周期,诱导细胞凋亡。林芳等【53】研究证明双氢青蒿素抑制MCF.7细胞增殖的机制之一是将细胞阻止在Go+Gl期,使S期细胞明显减少;Li等154】发现含氰基和芳香基的青蒿素衍生物对小鼠白血病细胞P388和人肺癌细胞A549具有明显的抗增殖作用,可以使P388细胞阻滞在Gl期并诱导其凋亡。(2)自由基作用。不少研究人员认为青蒿素及其衍生物的抗肿瘤作用机制与其抗疟作用机制相似,是在铁元素的介导下,分子内过氧桥裂解产生活性自由基发挥作用。自由基为强烷化剂,极易攻击生物大分子,直接作用于细胞膜或氧化细胞膜上的不饱和脂肪酸,引起膜脂质过氧化反应,还可以烷化DNA来达到杀死肿瘤细胞的作用。Lai和Sin曲puJ研究证明,因为肿瘤细胞增殖需要大量的铁质,细胞表面有高表达的转铁蛋白受体,所以青蒿素类药物在肿瘤细胞内能形成更多的自由基,因此可以有选择性的杀死肿瘤细胞而较少损伤正常细胞。(3)抗肿瘤血管生成。最近的研究表明青蒿琥酯也有抗肿瘤血管生成的作用,Chen等【55】在研究青蒿琥酯体内外抗血管生成作用中发现在裸鼠人卵巢癌移植瘤模型中,应用免疫组化染色法,青蒿琥酯能下调肿瘤细胞的血管内皮细胞生长因子(VEGF)及其配体KDR/nk.1的表达。综上所述,青蒿素及其衍生物具有较好的抗肿瘤活性,还具有不易耐药和选择性杀伤肿瘤细胞的特点,有望将其开发为新型的化疗和辅助化疗药物,具有广阔的应用前景。硕f:学位论文1.4课题的提出与研究内容从天然产物中寻找新的具有抗肿瘤作用的化学结构已经受到国内外化学研究人员的重视。从植物青蒿中提取得到的青蒿素是一种有效的抗疟成分,能有效治疗抗药性疟疾,研究发现,青蒿素及其衍生物还具有其他多种生物活性,其中抗肿瘤活性受到国内外研究人员越来越多的关注。由于其独特的化学结构和作用机制,青蒿素及其衍生物与常用的抗肿瘤药物相比,具有抗瘤谱广、低毒副作用、能逆转肿瘤多药耐药、与传统化疗药物不存在交叉耐药现象等优点。近年来,对青蒿素及其衍生物的研究主要集中在提高活性、拓宽药效,增加稳定性和溶解性等方面。根据国内外对青蒿素及其衍生物抗肿瘤作用的研究现状,我的课题主要分为三个部分:1.研究具有肿瘤靶向性的青蒿素类衍生物多烯不饱和脂肪酸(Polyunsaturatedfattyacids,PUFAs)是一种存在于食物中的PANC.1,必需脂肪酸,近年来的研究表明,多烯不饱和脂肪酸对CFPAC,Mia.Pa.Ca.2胰腺癌细胞株和HL.60白血病细胞株均有抑制作用,抗肿瘤活性已进入临床研究阶段。此外,多烯不饱和脂肪酸能嵌入到脂双层结构之问,从而破坏细胞膜的结构和流动性,因此可以用来增效肿瘤细胞的化疗敏感性【56。。二十二碳六烯酸34(docosahexaenoicacid,DHA)是一种典型的n.3多烯不饱和脂肪酸,其自身具有一定的抗肿瘤效果。由于肿瘤细胞表面可能有特殊的DHA结合受体【571,因此对此类分子具有选择性的摄取作用。目前,DHA已经在合成靶向化疗药物方面有了较好的应用。/\一八一八一/\一/\一八:::/\,CooH34因此,我们首先以青蒿素为原料,用硼氢化钠或硼氢化钾将其还原得到双氢青蒿素,之后用DCC法将双氢青蒿素与二十二碳六烯酸结合,用MTT法考察结合物的体外肿瘤抑制活性,希望通过引入脂溶性较好的、具有肿瘤靶向性的长链不饱和脂肪酸分子,不仅能提高双氢青蒿素的脂溶性,使药物能更多的透过血脑屏障,并能提高药物的肿瘤细胞靶向性,增强药效。2.研究具有抗肿瘤活性的青蒿素类拼合药物为了充分挖掘青蒿素及其衍生物的潜在药效,我们利用药物拼合的原理,将一些具有抗肿瘤和其他生物活性的药物分子引入到青蒿素分子中,以期得到具有理想药效的新型化合物。新掣青蒿素衍生物的合成及j£抗肿痛活惮的初步研究目前,研究表明茄尼醇衍生物、非甾体抗炎药和NO供体都具有潜在的抗肿瘤药用价值。茄尼醇具有较强的抗癌生物活性,并且还具有抗菌消炎,治疗充血性心脏病所致的相关病,急慢性肝炎,白血病和消化系统溃疡等一系列功效,已被广泛用于合成心血管疾病治疗药物和具有抗肿瘤活性的茄尼基衍生物【5引。一氧化氮供体(NOdonors)能在体内释放出NO分子,而NO可以增强巨噬细胞对肿瘤细胞的毒性,抑制肿瘤细胞的增殖,抑制血管的生成和转移并加速肿瘤细胞的凋亡159J。非甾体抗炎药(Non.steroidalanti.injflammatorydrugs,NSAIDs)一直以来作为解热镇痛、抗炎抗风湿药物在临床上广泛使用,近年来研究表明,长期服用这类药物还能预防和减少多种肿瘤的发生【601。目前,对NSAIDs和N0供体进行结构修饰从而得到具有较高抗肿瘤活性的药物是抗肿瘤药物研发领域的一个热点。因此,我们首先用丁二酸酐酰化双氢青蒿素得到青蒿琥酯,之后用DCC法将茄尼醇35和NO供体药物5.单异山梨醇36与青蒿琥酯进行拼合,用DCC法和酰氯法将NSAIDs类药物布洛芬37和阿司匹林38与双氢青蒿素进行拼合(图1.16),用MTT法考察拼合物的体外肿瘤抑制活性,以期得到具有多重抗肿瘤作用机制的新型药物,更有效的抑制肿瘤细胞增长。H咳HO||/掣\635茄尼醇5.单异山梨醇36COOHO37布洛芬图1.16具有抗肿瘤作用的化合物38阿司匹林3.青蒿素类药物的新剂型研究初探青蒿素的亲水亲油性较差,因此难于制成合适的剂型,通过结构改造来改善青蒿素的溶解性是主要的方法,但是,近年来,很多研究人员也通过制备青蒿素类药物的新剂型来改善它的溶解性。在众多新型的药物递送和靶向系统中,共聚物胶束由于具有提高药物生物利用度,降低药物的毒性和其他不良反应,同时还能显著改善药物在体内的分布等优点,得到了广泛的应用,其中,聚乙二醇.聚乳酸(PEG.PLA)胶束给药系统以良好的生物相容性和降解性能在生物医学领域受到了广泛的关注,是近年来药物纳米缓释体系领域研究的热点。硕十学位论文因此,我们在本文中,设计合成聚乙二醇单甲醚-聚乳酸(MePEG—PLA)两性嵌段共聚物,并用透析法制备青蒿素类药物的MePEG.PLA胶束,以期提高青蒿素类药物的溶解性,并提高其生物利用度,得到具有较好缓释功能的青蒿素类药物新剂型。新型青蒿素衍生物的合成及je抗肿痛活r丰的初步研究第2章肿瘤靶向性青蒿素衍生物的合成及活性研究2.1前言传统的化疗方法能有效地治疗癌症,但是同时也会产生严重的副作用,不仅给病患带来痛苦,同时也影响治疗的效果。造成这种情况的主要原因是大多数化疗药物缺乏肿瘤细胞的特殊靶向性,在杀死肿瘤细胞的同时,也损伤了正常的组织和细胞。解决这个问题的一个有效策略便是通过将化疗药物与具有肿瘤细胞靶向性的载体分子偶联,将其靶向输送到肿瘤组织。多烯不饱和脂肪酸(polyunsaturatedfattyacids,PUFAs)是一类能从食物中摄取得到的必需脂肪酸。目前已知的PUFAs往往具有18、20和22个碳原子,2.6个不饱和的以一个甲基分隔的顺式双键,主要有来源于植物油的0【.亚麻酸(0【.1inolenicacid,LNA)、亚油酸(1inoleicacid,LA)和花生四烯酸(arachidonicacid,AA),来源于深海鱼类中的二十碳五烯酸(eicosapentaenoicacid,EPA)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoicacid,DHA)。已经证实PUFAs对CFPAC,PANC.1,Mia.Pa.Ca.2胰腺癌细胞株和HL一60白血病细胞株有抑制作用,它不仅能破坏肿瘤细胞的细胞膜结构和流动性,而且由于能被肿瘤细胞选择性的大量吸收,它还可以用于提高化疗药物的靶向性【56J。目前,人们对PUFAs在靶向抗肿瘤药物的研发领域已有一定的研究。You等‘61】将4’.去甲去氧鬼臼毒素(4’.demethyldeoxypodophyllotoxin,DDPT)与多种PUFA成酯,得到的结合物与DDPT相比,均显示出更高的抗肿瘤活性,这是代谢排泄延迟和肿瘤细胞靶向性提高的结果。而在多种多烯不饱和脂肪酸中,有关DHA的研究相对较多(图2.1)。Bradley等【62】制备了DHA和紫杉醇的结合物39(DHA-paclitaxel,Taxoprexin),在M109肺癌细胞小鼠移植模型中,这个结合物展现出大幅度高于紫杉醇的抗肿瘤活性和较低的系统毒性。另外,结合物在血浆中较稳定,在肿瘤组织中也有较高浓度并且可以缓慢释放出活性成分。因此,Taxoprexin已被FDA作为候选药物进行人体第三阶段临床试验。Wang等I"J合成了DHA和lO.羟基喜树碱结合物40(DHA.HCPT),在体外抑制L1210白血病细胞株和动物体内抑制L1210白血病、Lewis肺癌和38结肠腺癌多种细胞株检测中显示DHA.HCTP具有较HCPT更高的抗肿瘤效果。Wang等【64J又合成了DHA和多柔比星的结合物4l(DHA.Dox),同样在体外L1210白血病细胞株和动物体内L1210白血病、B16黑色素瘤细胞株活性检测中证实有较高的抑瘤活性。综上所述,DHA是一个理想的化疗药物的载体,相对于游离的抗癌药物,硕’卜学位论文叩嘲oqH3394l图2.1DHA一紫杉醇,DHA.喜树碱和DHA.多柔比星的结构DHA结合物往往具有更高的抗癌活性和更低的系统毒性。而且,DHA已广泛用作食品添加剂,具有很好的安全性。因此,我们在本章中设计合成双氢青蒿素和二十二碳六烯酸的结合物。首先,以青蒿素为原料,用NaBH4/KBH4将其还原得到双氢青蒿素,之后用DCC法将二十二碳六烯酸和双氢青蒿素结合,得到二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯,同法合成油酸双氢青蒿素酯以供对照。用MTT法考察新型青蒿素衍生物对人Burkitt淋巴瘤细胞株CA46、人T淋巴细胞白血病细胞株Molt4和小鼠淋巴瘤细胞P388的体外增殖抑制活性,并与青蒿素和双氢青蒿素进行对照。2.2实验部分2.2.1仪器与试剂WRAS.1B数字显示显微熔点测定仪,温度计未经校正;VarianINOVA型核磁共振仪(400MHz,TMS为内标);Thermo.FinniganLCQ-Advantage型质谱仪[测定模式为Ionsource:APcI(大气压化学电离,正离子模式)】;wzz.2S数字旋光仪(上海精密仪器有限公司物理光学仪器厂);薄层层析硅胶板(青岛海洋化工厂分厂)。细胞株:人Burkitt淋巴瘤细胞株CA46,人T淋巴细胞白血病细胞株Molt4,小鼠淋巴瘤细胞P388由福建医科大学附属协和医院福建省血液病研究所惠赠,用含10%胎牛血清(杭州四季青公司)的RPMIl640(Gibco公司)培养液,置37℃,5%C02,饱和湿度的C02培养箱(HEALFORCE公司)中培养,2~3天换液传代1次。取生长良好的对数生长期细胞用于实验。15新掣青蒿素衍生物的合成及其抗肿瘤活忡的初步研究其它实验设备与仪器列入表2.1,主要原料与试剂列入表2.2。表2.1实验设备与仪器表2.2主要试剂2.2.2双氢青蒿素的合成2.2.2.1KBH4作还原剂合成双氢青蒿素一。霹:KBH4无水甲醇,O.5℃0H.16.硕fj学位论文250mL三口烧瓶中加入1.5009青蒿素(5mm01),再加入l30mL无水甲醇,室温搅拌,待原料基本溶解后,冰浴冷却至0~5℃,分批加入1.3009KBH4(24mm01),加完后,继续保持低温反应lh,TLC检测(乙酸乙酯:石油醚=l:2)显示反应完毕。用乙酸调节反应液至pH=7,浓缩反应液至约50mL,加入100mL冰去离子水,析出大量白色絮状物,室温下搅拌l5min,过滤得白色粉末状粗产物,用无水CH2C12将粗产物重新溶解,加入无水MgS04干燥,过滤,减压浓缩,得白色粉末状产物1.2609,产率84%,mpl50~153℃(文献【65】:mpl49~153℃);[0【】挚=+170.8。(c=1.o,CHCl3)[文献埔1:[a】芋=+154.40(c=1.03,CHcl3)】;1HNMR(cDcl3)6:5.6l(s,0.5H,0一阻O),5.39(s,0.5H,0一C豇O),5.30(d,户3.6Hz,0.5H,CHOH),4.76(d,户9.2Hz,0.5H,C日OH),2.63(m,0.5H,C日CH3),2.34~2.42(m,1.5H),2.02~2.07(m,1H),1.46~1.93(m,7H),1.25~1.44(m,6H),0.91~1.02(m,6H,CH啦)。2.2.2.2NaBH4作还原剂合成双氢青蒿素NaBH4无水甲醇,O.5℃OHo250mL三口烧瓶中加入1.51Og青蒿素(5mm01),再加入l20mL无水甲醇,室温搅拌,待原料基本溶解后,冰浴冷却至0~5℃,分批加入1.2009NaBH4(32mm01),加完后,继续保持低温反应lh,TLC检测(乙酸乙酯:石油醚=l:2)显示反应完毕。用乙酸调节反应液至pH=7,浓缩反应液至约50mL,加入100mL冰去离子水,析出大量白色絮状物,室温下搅拌15min,过滤得白色粉末状粗产物,用无水CH2C12将粗产物重新溶解,加入无水MgS04干燥,过滤,减压浓缩,得白色粉末状产物1.2509,产率83%。2.2.3二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯的合成oHDCC.DM涵P0℃,N2,CH2C1217新型青简素衍牛物的合成及其抗肿瘤活性的初步研究10mL三口烧瓶中加入86mg双氢青蒿素(0.3mm01),再加入6mL无水CH2C12,氮气保护下搅拌,冰浴冷却至0℃,待原料完全溶解后,依次加入100mg二十二碳六烯酸(DHA,0.3mm01),125mgDCC(O.6mm01)和37mgDMAP(0.3mm01),保持低温反应lh,自然升至室温,继续反应5h,将反应液过滤除去不溶物,浓缩滤液至约1.5mL,剩余物用硅胶柱层析(洗脱剂为乙酸乙酯:石油醚=l:10)分离得到无色油状产物129mg,产率72%。【0【】挚=+28.6。(c=o.4,cHcl3);1HNMR(cDcl3)6:5.80(d,户10.OHz,1H,O—C限OC=O),5.45(s,1H,O-C日-O),5.38(m,12H,CH=CH),2.83(m,lOH,啦CH=CH),2.56~2.57(m,1H,C日CH3),2.34~2.49(m,5H),2.0~2.18(m,3H),m/z(%):617.o[(M+Na)十],67.5%;O.7[(2M+Na)+】,l00%。1.87~1.9l(m,lH),1.60~1.80(m,3H),1.25~1.48(m,8H),O.96—1.03(m,6H,CHC协,cH2c阢),o.84(d,户7.2,3H,cHc胁);EsI—Ms12l2.2.4油酸双氢青蒿素酯的合成H+OHDCC.DMAPCH2C12。r——7令~DMAP50mL三口烧瓶中加入300mg双氢青蒿素(1.1mm01),再加入20mL无水CH2C12,室温搅拌,待原料完全溶解后,冰浴冷却至0~5℃,依次加入298mg顺式-9-十八碳烯酸(油酸)(1.1mm01),437mgDCC(2.2mm01)和129mg(1.1mm01),保持低温反应半小时,自然升至室温,继续反应5h,将反应液过滤除去不溶物,浓缩滤液至约1.5mL,剩余物用硅胶柱层析(洗脱剂为乙酸乙酯:石油醚=1:30)分离得到无色油状产物434mg,产率75%。[a】挚=+34.7。(c=o.6,cHcl3);1HNMR(CDCl3)6:5.80(d,户8.0Hz,lH,O-C俘OC=0),5.45(s,1H,O—C日-0),5.31~5.39(m,3H),2.77(t,1H),2.56~2.57(m,1H,C日CH3),2.34~2.41(m,3H),5H),20H,2.0~2.06(m,1.25~1.42(m,1.87~1.91(m,观∞),1H),1.60~1.80(m,(m,15H),1.50~1.51(m,9H,5H),0.1O~1.03H),0.84~0.97(m,CHC毋,CH2C协)。.18—硕}:学位论文2.2.5体外抗肿瘤活性的初步研究用MTT法对青蒿素,双氢青蒿素,二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯、油酸双氢青蒿素酯进行体外抑瘤活性的考察。具体操作步骤如下:上述四个样品用DMSO溶解,浓度均为100mM,用无血清1640培养液倍比稀释配成5个梯度:8,4,2,1,O.5,0.25,O.125,0.0625“M;将细胞分别接种于96孔培养板,每孔180¨L,每孔2.5×104个细胞,实验组每孔加入20¨L药液,阴性对照组加入含相同浓度DMSO的无血清培养液,每组4个复孔。孵育48h后,加入5mg/mL的MTT(Sigma公司)20pL,37℃孵育4h后离心(2000rpm,10min),小心吸去上清,加入150“LDMSO,振荡3~5min,置酶标仪(美国Stat公司,Fax.2100型)上用492nm和630nm双波长测吸光度值A,实验重复3次,取平均值。肿瘤细胞增殖抑制率(%)=(1.用药组平均A值/对照组平均A值)×100%,用LOGIT法计算药物浓度的IC50值【66】。2.3结果与讨论2.3.1双氢青蒿素的合成双氢青蒿素是青蒿素的重要衍生物,也是合成青蒿素醚类和酯类等其他衍生物的重要原料。它的口服生物利用度远远高于青蒿素,同时抗疟作用和抗肿瘤作用也优于青蒿素,目前,双氢青蒿素已经成为治疗抗氯喹和哌嗪的恶性疟疾和凶险型脑型疟疾的首选药物,并且在抗肿瘤领域也展现出潜在的应用价值。合成双氢青蒿素的最初方法是由我国科研工作者刘静明等提出的【6】,用NaBH4作还原剂,在O~5℃的甲醇溶液中还原青蒿素为双氢青蒿素,之后将反应液用冰醋酸中和,除去溶剂后用丙酮.正己烷重结晶,得到产率为71%的双氢青蒿素。此后,Brossi等【65】也采用NaBH4作还原剂合成双氢青蒿素,但在后处理方法上有所简化,通过向溶剂中加入冰去离子水的方法使产物直接以沉淀析出,避免了原先需要用重结晶方法来得到纯品的步骤,使实验显得更为简便,而且,也将产率从7l%提高到79%。因此,我们在合成双氢青蒿素时,参考了上述文献的方法,选择用典型的羰基还原剂NaBH4和KBH4来还原青蒿素,通过调节还原剂用量、反应温度、乙酸用量和纯化方法等多种因素来获得纯度较好,产率较高的双氢青蒿素。2.3.1.1NaBH4/KBH4还原反应机理通常情况下,NaBH4和KBH4能够在水,甲醇或乙醇溶剂中将羰基还原为醇,反应机理如下:在还原过程中,BH4一首先与一个羰基分子作用,氢负离子与带6+电荷的羰19新型青蒿素衍生物的合成及其抗肿瘤活件的初步研究弋镰一《一心◆一心季芝H~n器一邶删一㈣·一图2.2NaBH4/KBH4的还原机理基碳成键,缺电子的硼原子与带6一电荷的氧成键,形成烷氧基硼氢化钠/钾中间体。由于一个NaBH4或KBH4带有4个氢负离子,因此可以与4个羰基分子作用,形成四烷氧基硼氢化钠/钾中间体,并且自发的在水或醇溶剂中水解生成一分子醇,之后在加入酸的条件下继续水解,生成三分子醇。从反应机理中可知,羰基碳上的氢来自于还原剂,而氧上的氢则来自于溶剂和中和所用的酸。但是,NaBH4,KBH4等温和的氢化物还原剂能将青蒿素的内酯还原成半缩醛.双氢青蒿素(还原青蒿素)却是十分特殊的,也是十分有意义的一个反应【6J,因为一般的内酯在这一反应条件下(O~5℃,甲醇溶液)是不能被NaBH4等温和的还原剂还原的。研究发现,青蒿素的内酯能在这一条件下被还原,并且保留过氧基团,但是如果用脱氧青蒿素42作底物时,则42的内酯就不能被还原,而只能用更强的还原剂二异丁基铝氢才能还原成脱氧还原青蒿素43【6‘71,此物与双氢青蒿素的氢化产物一致(图2.3)。由此说明过氧基团的存在促进了内酯的还原,但对其确切的过程迄今还不甚了解。f-Bu’AlH.78℃OO42OH43oH图2.3青蒿素的还原反应.20.硕}:学位论文2.3.1.2还原剂用量对反应的影响最初,刘静明等i6J在制各双氢青蒿素时,原料的摩尔比为青蒿素:NaBH4=1:7.5,产率为71%。Brossi等165】也采用了相同比例的原料来制备双氢青蒿素,产率为79%。在他们的反应中,还原剂的用量远大于青蒿素,为了减少还原剂的用量,降低成本,我们在实验中分别尝试了NaBH4和KBH4两种还原剂与青蒿素的不同摩尔比的反应条件,试图找出能得到最佳产率的最少原料比。我们在反应中首先参照文献【6]的方法,在原料摩尔比为青蒿素:还原剂=1:7.5的条件下来进行反应,但是在实验过程中,发现当还原剂还没有加完时,反应已完全,说明了还原剂的量确实是过量的,可以减少。之后,我们尝试了不同的投料比,得到的产率也不同,现将数据列表如下:表2.3还原剂的用量对反应的影响原料加入量青蒿素:NaBH4=l:7.5青蒿素:NaBH4=l:4.8青蒿素:NaBH4=l:4.2青蒿素:KBH4=l:7.5青蒿素:KBH4=1:4.8青蒿素:KBH4=1:4.2产率55%83%42%68%84%45%从表2.3中我们发现还原剂的用量对产率有较大的影响。当用高出青蒿素6倍以上的还原剂来进行反应时,产率反而不高,这可能是因为过多的还原剂不仅能使青蒿素内酯中的羰基还原,而且还可能会破坏青蒿素结构中的过氧基团,生成脱氧青蒿素,造成产率和产物纯度的下降。当青蒿素:还原剂=1:4.2时,产率也不理想,这是因为还原剂太少,反应不彻底。由于NaBH4和KBH4在反应时会被溶剂水或醇消耗掉一部分,因此还原剂的用量必须大于理论值。我们通过实验发现,青蒿素:还原剂=1:4.8时最合适,能得到产率为83%的双氢青蒿素。由于NaBH4或KBH4的还原作用是放热反应,因此还原剂的加入需在低温下进行,而且加入还原剂的速度不能过快,否则会导致体系的温度过高,产生副产物,影响产物的纯度。因此,我们在实验过程中采取在冰浴冷却下,分批加入还原剂的方法。通过实验,我们在不影响产率的条件下,将加入还原剂的持续时间从文献的1.75h减少到lh,缩短了反应时间,提高了反应效率。实验表明,两种还原剂的还原效率没有明显的差异,在合适的反应条件下都能获得高于80%的产率,比文献报道的稍高。但是,由于KBH4的价格相对低廉,因此,从成本的角度出发,应该选择KBH4作还原剂比较合适。2l新型青筒素衍生物的合成及其抗肿痛活性的初步研究2.3.1.3反应温度的影响反应温度对于青蒿素的还原反应这一步十分重要,不仅会影响到反应速度,也会影响到产物的纯度和收率。在整个反应过程中,有两个阶段的温度需要严格控制。第一个阶段是还原剂的加入阶段,在这个阶段生成了烷氧基硼氢化钠/钾中间体,是一个放热反应,因此需要在低温条件下分批加入还原剂,以防反应液的温度过高,破环青蒿素结构中的过氧基团。我们曾在实验中发现,当反应液温度高于5℃时就会有副产物产生。但是,值得注意的是,反应的温度也不能过低,否则会导致反应速度太慢,反应效率不高。我们曾经尝试在加入还原剂的时候,将温度控制在O℃以下,结果发现,反应速度明显减慢,延长了反应时间。可见,过低的温度也是不适宜的。因此,我们选择在加入还原剂时,将温度控制在0~5℃的范围内,既避免了副产物的产生,也能在较短的时间内反应完,反应比较理想。需要严格控制温度的第二个阶段是反应液的中和阶段。当反应完全后,我们用冰乙酸对反应液进行中和,使之前形成的烷氧基硼氢化钠/钾在酸性水环境下水解生成相应的醇。中和反应也是放热反应,而且青蒿素在酸性环境中不稳定,因此需严格控制温度的变化。我们在多次实验中发现,如果不在低温下进行中和,很容易形成副产物,并且往往产率比较低,甚至导致反应失败。因此,我们在进行中和时,采取冰浴降温,取得了较好的效果。2.3.1.4乙酸用量对反应的影响用乙酸中和的过程是将还原生成的烷氧基硼氢化钠/钾中间体转变成醇的过程,同时也将残余的还原剂中和,因此乙酸的用量会直接影响产物的纯度和收率。我们曾经在相同的实验条件下考察了乙酸用量对结果的影响,如表2.4所示,我们将39青蒿素经39NaBH4还原后的反应液在进行中和之前分成两等份,设为第一组和第二组,第一组调pH=6,第二组加入的乙酸较少,调pH=7,结果发现产率有明显的差别。表2.4乙酸用量对反应的影响从上表中,我们可以看出乙酸的最佳中和量应该是将反应液中和到pH=7时的量,中和过量,不仅会使产率降低,也会造成产物纯度较差。硕十学位论文2.3.1.5纯化方法的影响有机实验中纯化方法往往影响到产物最后的收率和纯度,在合成双氢青蒿素的实验中,用NaBH4或KBH4将青蒿素还原之后,不同文献中纯化方法也不尽相同。刘静明等16J在将反应液中和后,直接除去溶剂,用丙酮.正己烷重结晶来得到纯化的双氢青蒿素,产率为71%。后来Brossi等【65J改进了后处理的方法,利用双氢青蒿素水溶性较差的热点,通过往反应液中加入冰去离子水使双氢青蒿素从有机溶剂中沉析出来。此种方法较之前的重结晶简单,并且产率也提高到了79%。在实验中,我们选择第二种方法为参考,并在此基础上加以改进。先将中和后的反应液加压除去部分溶剂,再加入约2倍体积的冰去离子水,有大量白色沉淀析出,继续在室温下搅拌l5min,抽滤便可得到粗产物,经重新用二氯甲烷溶解干燥后便可得到纯度较好的产物,可直接用于下一步反应。在整个过程中,去离子水的用量是比较关键的。如果加入水量偏少,不仅产物沉析不完全,而且体系中的无机盐也洗不干净,影响到产物收率和纯度,如果加入水量过多,虽然能使沉析充分,但是增加了抽滤的工作量,使后处理繁琐。加入水之后,必须要搅拌15min使有机相与水相充分混匀,才能使产物沉析完全。总之,通过实验,我们摸索出了合适的投料比,反应温度、乙酸用量和纯化方法,能够在温和、简便的实验操作条件下获得较高产率和较好纯度的双氢青蒿素。根据文献[15】可知,晶态的双氢青蒿素为B.构型,但是在溶剂中能逐渐转化为a.和p.两种差向异构体的混合物,最后达到动态平衡,达到平衡的时间和两种构型的比例随溶剂的变化而不同。在CDCl3中,D.构型双氢青蒿素溶液能在10h后达到1:l的伐.和p.构型的混合物。我们合成的双氢青蒿素通过1HNMR检测,结果与文献相符。2.3.2二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯和油酸双氢青蒿素酯的合成二十二碳六烯酸(DHA)是n.3多元不饱和脂肪酸的一种,性质不稳定,在空气和光照下都容易分解变质。由于其本身具有一定的抗肿瘤效果,并且具有肿瘤细胞靶向性,已经广泛用于合成靶向抗肿瘤药物,如DHA.paclitaxel,DHA.Dox和DHA.HCPT等。在合成这些结合物的时候,都采用了以DCC为脱水剂,DMAP为催化剂的方法,该方法反应条件温和,避免了DHA的分解,而且后处理比较简单。油酸是单不饱和脂肪酸的一种,结构中含有一个双键,虽然它的稳定性较DHA好,但是易在空气中缓慢氧化变质,因此也不能用常规的条件来合成它的酯类衍生物。而双氢青蒿素结构中含有敏感基团,在强酸和强碱条件下很不稳定,在光照和加热条件下易分解变质,因此不能采取常规的酸催化酯化反应来制备相应的酯,必须选择温和的反应条件。综上所述,我们选择用DCC法来制备二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯和油酸双氢青蒿素酯。新型青蒿素衍生物的合成及j1:抗肿瘤活性的初步研究在酯化反应中,DCC是一个良好的脱水剂,一般在有机碱的催化下进行,我们在实验中选择了DMAP作为催化剂,可以使反应在室温下进行,高反应效率和反应收率,具体的反应机理如下图2.4所示:并进一步提》◇…。H一啪o-》o+◇燃=NQ一◇弩Q一◇村函斗一一OOR—Co—Rk彤+◇符一趾纣℃图2.4DcC活化机理在合成二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯和油酸双氢青蒿素酯时,我们选择原料摩尔比为双氢青蒿素:羧酸:DcC:DMAP=l:l:2:l,加料顺序依次为双氢青蒿素、羧酸、DCC和DMAP,考虑到DHA的不稳定性,我们采取冰浴降温,氮气保护的方法来避免它的分解,而油酸的稳定性较DHA好,则只需在加料阶段进行降温,无需氮气保护。为了提高反应的速度,我们在反应液保持低温反应一段时间后,便撤去冰浴,使其自然升至室温。Bradley等【62】用DCC法合成DHA—Paclitaxel时反应只需2h,但是我们在合成二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯时发现,反应进行2h后仍有明显原料,延长反应时间至5h,仅存少量原料,但是已有少量副产物产生,停止反应。油酸双氢青蒿素酯的合成情况较前者好,反应5h后,原料反应完全,并且无副产物产生,这可能是由于油酸的稳定性较好。用DCC作脱水剂,DMAP作催化剂来制备二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯和油酸双氢青蒿素酯的后处理比较简单,因为DCC会转变成不溶于二氯甲烷的二环己基脲(DCU)而从反应液中析出,通过过滤可以方便地将其除去,之后将反应液浓缩,柱层析分离,即得到产物,产率分别为72%和75%。从反应机理中我们知道,羧酸经DMAP夺取质子后形成阴离子,与DcC作用形成活性中间体,再与醇相作用形成酯。由于双氢青蒿素的分子空间位阻较大,而且DHA与油酸也是长链大分子,所以很可能羧酸与DCC形成的活性中间体没有进行下一步转化,导致产率降低。1HNMR结果显示我们制得的产物为单一的构型,而不是0【.和D.两种构型的硕十学位论文混合物,根据文献【15】可知,这是因为尽管双氢青蒿素在溶液中以a.和p.两种差向异构体的形式存在,二者之间存在动态平衡,而且在DCC的存在下,均可被DMAP催化与酸成酯,但是a.双氢青蒿素的酰化速率远大于p.双氢青蒿素,因此最终专一性地得到Q.构型的酯化产物。2.3.3肿瘤靶向性青蒿素衍生物的体外抗肿瘤活性用MTT法来考察二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯和油酸双氢青蒿素酯的体外肿瘤抑制活性。MTT法具有灵敏度高、重复性好、操作简便,操作周期短,所需细胞数量少,人为误差小、无放射性污染等优点,它的原理是以黄色的四甲基偶氮唑蓝可被活细胞线粒体中的与辅酶NADP相关的脱氢酶还原,即接受氢离子而成为不溶性的formazon颗粒,而死细胞无此功能,无formazon颗粒形成。被DMSO溶解的formazon可产生光吸收,该吸收值在一定波长范围内与活细胞数成正比,故可用作测定抗癌药物的细胞毒作用(以IC50一半数抑制浓度衡量)。实验中选择人Burkitt淋巴瘤细胞株CA46,人T淋巴细胞白血病细胞株Molt4和小鼠淋巴瘤细胞P388三种肿瘤细胞株来进行体外活性考察,并且将新化合物的抗肿瘤活性与青蒿素和双氢青蒿素作对照,实验结果如下表2.5所示:表2.5肿瘤靶向性青蒿素衍生物的体外抗肿瘤活性从上表中我们可以看出,二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯对三种肿瘤细胞株均有显著的增殖抑制作用,IC50值分别为O.024,O.076,O.105mg·L~,抑制作用明显优于青蒿素和双氢青蒿素。为了进一步考察DHA对双氢青蒿素抗肿瘤作用的协同强化作用,我们同时还用属于单不饱和脂肪酸的油酸合成了相应的油酸双氢青蒿素酯,它对三种细胞株的IC50值分别为0.363,O.726,0.643mg·L一,体外肿瘤抑制作用明显不如二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯,进一步说明了二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯较高的肿瘤增殖抑制作用与DHA的肿瘤靶向性有关。2.4小结以青蒿素为原料,用NaBH4或KBH4作还原剂合成双氢青蒿素,主要对还原剂用量,反应温度、乙酸用量和纯化方法等因素进行考察,能以温和、简便的实25新型青蒿素衍生物的合成及其抗肿痛活性的初步研究验条件得到较高产率的产物,产率83%,并且所得产物纯度较好,无需重结晶纯化,可直接用于下一步反应,避免了繁琐的后处理操作,大大降低了成本。之后,我们用DCC作脱水剂,DMAP作催化剂,在温和的实验条件下方便地制得了二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯和油酸双氢青蒿素酯,产率分别为72%和75%。用MTT法考察新型青蒿素衍生物对人Burkitt淋巴瘤细胞株CA46,人T淋巴细胞白血病细胞株Molt4和小鼠淋巴瘤细胞P388三种肿瘤细胞株的体外抑制活性,结果显示二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯对三种肿瘤细胞株具有优于青蒿素和双氢青蒿素的增殖抑制作用,而油酸双氢青蒿素酯却没有明显的抑制活性,说明DHA的肿瘤细胞靶向性能协同强化双氢青蒿素的抗肿瘤作用,将DHA作为青蒿素类抗肿瘤药物的载体是一个很有前景的策略。顾十学位论文第3章抗肿瘤活性青蒿素类拼合药物的设计合成与活性研究3.1前言近年来,茄尼醇衍生物,非甾体抗炎药(Non.steroidalanti.inflammatorydrugs,NSAIDs)和NO供体等多种化合物都被研究发现具有潜在的抗肿瘤活性,可望用于抗肿瘤药物的研发。茄尼醇是一种不饱和的聚异戊二烯醇,属四倍半萜醇,它广泛存在于烟草,马铃薯或桑叶中。由于合成的难度大,因此目前所使用的茄尼醇大都从植物也中提取,其中,烟草是茄尼醇的主要来源。大量的研究表明,茄尼醇具有较强的抗癌生物活性,能够抗菌消炎,对于治疗充血性心脏病所致的浮肿、肺充血、心绞痛,治疗急慢性肝炎,亚急性肝坏死,治疗坏血病,十二指肠溃疡、胃溃疡,坏死性牙周炎,凝血、止血等都有良好的作用15引。目前,茄尼醇主要用于合成心血管疾病治疗药物辅酶Qlo和新型的具有抗肿瘤活性的茄尼醇衍生物,后者主要可以分为N.茄呢基谷氨酰胺类化合物44,N,N一二(酰氧基乙基)茄呢基胺类化合物45、N.酰基.N’.茄呢基哌嗪类化合物46和二元酸茄尼醇乙酰葡萄糖二酯类化合物47(图3.1),生理实验证实这些衍生物在体外具有一定的抗肿瘤活性、抗病毒活性,特别是二元酸茄尼醇乙酰葡萄糖二酯类化合物,对人口腔上皮细胞的抑制率达70%,表现出较好的抗癌活性【6卜71】。总的来说,茄尼醇在抗肿瘤药物的研发领域有十分广泛的应用前景。NSAIDs为环氧合酶(cyclooxygenase,COX)抑制剂,一直以来作为解热镇痛、抗炎抗风湿药物在临床上广泛使用的,同时这类药物也具有预防心血管疾病的功能。但是近年来通过大量的流行病学、实验及临床的研究表明,长期服用NSAIDs能够减少肿瘤的发生,其中包括肺癌,食管癌,胃癌,结直肠癌、胰腺癌、皮肤癌,子宫内膜癌、卵巢癌等多种肿瘤【6…。NSAIDs的抗肿瘤机制主要是因为其能抑制细胞内的环氧合酶(COX)的生成。环氧合酶COX有两种同功酶COX.1和COX.2,COX.1存在于多数组织的粘膜中,起到维护细胞内环境稳定的重要作用。而CoX.2为诱导酶,主要存在于炎症组织和肿瘤细胞中,能产生并调节包括前列腺素(PGs)在内的多种致癌因子,以及参与多种生理及病理反应过程。NSAIDs可以有效地抑制COX的生成,从而抑制PGs等致癌因子的合成,达到有效抑制肿瘤生成的目的。另外,NSAIDs也可以通过抑制细胞增殖、促进细胞凋亡和阻滞细胞周期发展等多种机制来抑制肿瘤生成【_72】。27新犁青蒿素衍生物的合成及其抗肿痛活件的初步研究0¨始45/一O—C—R\一Io—C—R||oN几冒\/N—C—R曰II曰¨Ac01AcUl。一c—R—c一。_:?:尹兰乙31忿图3.1抗肿瘤茄尼醇衍生物近年来,科研人员不断开发出新型的NSAIDs来达到更好的抗肿瘤效果,其中,NO供体类非甾体抗炎药(NO.NSAIDs)是效果较突出的一类,这类药物将传统的NSAIDs与NO供体结合,肿瘤抑制活性远远高于传统NSAIDs的药物。另外一类新型的NSAIDs是COX.2选择性抑制剂,如罗非昔布48和塞来西布49(图3.2)。由于传统的NSAIDs能阻断两种COX,因此长期服用会引起诸多严重副作用,如胃肠道出血,溃疡和肾毒性等。COx.2选择性抑制剂能单一地抑制COX.2的生成而对COX.1没有影响,因此副作用较小【73J。H24849图3.2罗非昔布和塞来昔布的结构式一氧化氮(Nitricoxide,NO)是一种具有多种生物学活性的气体小分子物质,作为信使物质,它存在于人体各种组织和细胞中,广泛参与调节各种生理病理过程,如血管扩张,神经信号传导、免疫炎症的调节和肿瘤的发生和转移等174‘,NO及其功能的发现被誉为是医学史上最伟大的事件之一。20世纪90年代,研究发现NO具有多方面的抗肿瘤作用,可以增强巨噬细胞对肿瘤细胞的毒性,抑制肿瘤细胞的增殖,抑制血管的生成和转移并加速肿瘤细胞的凋亡【591。但是由于NO是气体物质,具有体内半衰期较短,水溶液中不稳定,不方便利用等缺点,因此,近年来越来越多的研究集中于NO供体,通过对传统N0供体的结构进行改造,得到新型NO供体药物。这类药物往往具有更好的生物利用度,更好的代谢稳定性、较小硕i:学位论文的副作用、更长的药效等诸多优点。近几年来,已经开发了一系列有较好药效的NO供体型药物,其中,抗肿瘤NO供体型药物的开发是一个重要的方向。如前文中提到的N0.NSAIDs类药物,不仅具有优良的抗炎作用,还兼有抗肿瘤作用等多种生物活性。目前已经合成出的此类药物有NO.阿司匹林类药物50~52、NO.茚甲新53,No.布洛芬54和No.舒林酸55l75 ̄77J(图3.3)。这几种新型的NO.NSAIDs类药物对肿瘤细胞的抑制作用远远高于传统的NSAIDs。其中,化合物50于2002年和2003年作为治疗外周血管阻塞性疾病,结肠癌的药物进入II期临床研究。比起阿司匹林,化合物50能更有效地预防结肠癌、淋巴癌,乳腺癌等多种癌症。化合物51是50的异构体,对前列腺癌,结肠癌、舌癌和胰腺癌细胞系的毒性最强,在抑制细胞增殖和诱导凋亡方面最有效。55具有较强的肿瘤抑制活性,能诱导大多数前列腺癌和膀胱癌细胞系的凋亡。c-(一碰也吣馏…一CH2)40N02Q越s八02(CH2)40N02舛嚣伍52NHCOCHl删IOⅣ阱g峪即足e龠v叫眈生2C00(CH2)40N02图3.3NO—NSAIDs类抗肿瘤药物除了NO.NSAIDs类抗肿瘤药物,科研人员也开发出了靶向抗肿瘤N0供体药物和核苷偶联的NO供体药物。saavedra等‘781通过对偶氮二醇烯翁盐(NONOates)进行修饰,得到了一系列的衍生物,其中以JS.K56的效果最为突出,它能抑制急性脊髓白血病的细胞增殖,并能在一定程度上减慢前列腺,结肠和乳腺癌细胞的增长。Cai等【791合成了5.氟尿嘧啶偶氮二醇烯翁盐衍生物57,它对DUl45和Hela癌细胞的抑制效果比5.氟尿嘧啶更好(图3.4)。我们在本章中,首先以双氢青蒿素为原料,丁二酸酐为酰化剂,对原有的青N。朕F‘Q丫r甲弋’\n,强。敏彬∥图3.4偶氮二醇烯翁盐的靶向抗肿瘤和核苷偶联的NO供体药物新型青蒿素衍生物的合成及】e抗肿瘤活十牛的初步研究蒿琥酯的合成方法加以改进,以期能进一步提高产率,降低成本。之后用DCC法将茄尼醇和NO供体5.单异山梨醇与青蒿琥酯拼合,用DCC法和酰氯法将NSAIDs类药物布洛芬和阿司匹林与双氢青蒿素拼合得到新型的青蒿素类拼合药物,MTT法考察拼合物对人Burkitt淋巴瘤细胞株CA46,人T淋巴细胞白血病细胞株Molt4和小鼠淋巴瘤细胞P388三种肿瘤细胞株的体外增殖抑制活性,并与青蒿素和双氢青蒿素作对照。3.2实验部分3.2.1仪器与实验wRAS.1B数字显示显微熔点测定仪,温度计未经校正;V打ianINOVA型核磁共振仪(400MHz,TMS为内标);Thermo-FinniganLCQ—Advantage型质谱仪[测定模式为IonSource:APCI(大气压化学电离,正离子模式)];薄层色谱采用薄层层析硅胶板(青岛海洋化工厂分厂),碘蒸气显色。细胞株:人Burkitt淋巴瘤细胞株CA46、人T淋巴细胞白血病细胞株Molt4、小鼠淋巴瘤细胞P388由福建医科大学附属协和医院福建省血液病研究所惠赠,用含10%胎牛血清(杭州四季青公司)的RPMll640(Gibco公司)培养液,置37℃,5%C02,饱和湿度的C02培养箱(HEALFORCE公司)中培养,2~3天换液传代1次。取生长良好的对数生长期细胞用于实验。实验设备与仪器同表2.1,主要原料列入表3.1。表3.1主要试剂硕f:学位论文3.2.2青蒿琥酯的合成3.2.2.1三乙胺作催化剂合成青蒿琥酯三乙胺+—-—-——··——————·——————-———-———-—卜丙酮OOH0COCH2CH2C00H25mL三口烧瓶中加入1.2609丁二酸酐(12.6mm01),再加入10mL干燥丙酮,室温搅拌,滴加O.175mL三乙胺(1.23mm01),加入双氢青蒿素500mg(1.8mm01),保持在室温下搅拌反应。TLC检测反应进程(乙酸乙酯:石油醚=1:1),9h后停止反应。往反应液中加入40mL去离子水,稀盐酸调至pH=3~4,析出白色沉淀,过滤得略带黄色粉末状固体,将粗产物用无水CH2C12溶解,无水MgS04干燥,过滤,减压除去溶剂,得略带黄色的粉末状产物237mg,产率35%,mp142~146℃(文献【801:mpl39.5~143℃);[O【]挈=+16.5。(c=1.o,cHcl3)[文献【15】:【0【]挈=+13.3。(c=o.76,CHCl3)】;1HNMR(CDCl3)6:5.80(d,户1O.OHz,1H,O—C俘OC=O),5.44(s,1H,1H),1.87~1.92(m,1H),1.70~1.80(m,2H),1.60~1.66(m,lH),0-C己卜O),2.64~2.78(m,4H,O=C(弛),2.55~2.60(m,1H,CHCH3),2.34~2.42(m,1H),2.00—2.06(m,1.25~1.50(m,8H),0.99~1.03(m,1H),0.97(d,户5.6Hz,3H,CH锄),O.85(d,J=7.2Hz,3H,CH凹))。3.2.2.24.二甲氨基吡啶作催化剂合成青蒿琥酯DMAP———————————————————————————————◆CH2C12oHoCOCH2CH2C00H50mL三口烧瓶中加入250mg双氢青蒿素(0.9mm01),再加入25mL无水CH2C12,室温搅拌,加入202mg丁二酸酐(2mm01),冰浴降温至O~5℃,在搅拌状态下加入107mgDMAP(0.9mm01),保持低温反应半小时,使反应自然升至室温,TLC检测反应进程(乙酸乙酯:石油醚=l:1),约lh后停止反应。反应液中加入同等体积的去离子水,用lO%稀盐酸调至pH=3,分出有机相,水洗(25mL×3),无水MgS04干燥,过滤,减压除去溶剂,得白色粉末状产物317mg,产率94%。3l新型青蒿素衍生物的合成及其抗肿瘤活件的初步研究3.2.3茄尼醇青蒿琥酯的合成6cocH2cH2cooH暑:取——-—-———--———--------------◆CH2C12DCC.DMAP10mL三口烧瓶中加入100mg茄尼醇(0.16mm01),再加入4mL无水CH2C12,室温搅拌,待原料完全溶解后,加入61mg青蒿琥酯(0.16mm01),冰浴冷却至0—5℃,依次加入65mgDCC(0.32mm01),19mgDMAP(0.16mm01),保持低温反应半小时,使反应逐渐升至室温,TLC检测反应进程(乙酸乙酯:石油醚=1:10),5h后停止反应。将反应液过滤除去不溶物,浓缩滤液至约1.5mL,剩余物用硅胶柱层析(洗脱剂为乙酸乙酯:石油醚=l:10)分离得到无色油状产物110mg,产率69%。【0【】挈=+22.30(c=1.O,CHCl3);1HNMR(CDCl3)6:5.80(d,户9.6Hz,lH,0一CH—OC=O),5.44(s,lH,O.CHO),5.32(t,1H,C日r_C),5.10~5.13(m,8H,C日羔C),4.61(d,户7.2Hz,2H,O-C凰),2.63~2.74(m,4H,O=CC奶),2.58(m,1H,C日CH3),2.34~2.42(m,lH),1.96~2.12(m,32H,C奶C巩),1.86~1.94(m,2H),1.60~1.79(m,30H,CH2CC协),1.25~1.43(m,8H),0.86~O.97(m,6H,CHC协)。3.2.45.单异山梨醇青蒿琥酯的合成oCoCH2CH2C∞H叫:a:』Dcc,oM舯;暇一6cocH2cH2coo。w实验中使用的5.单异山梨醇是从单异山梨醇片中用CHCl3提取得到。因5.单异山梨醇见光易分解,提取得到的纯品于室温下避光储存,备用。.32-硕士学位论文25mL三口烧瓶中加入103mg单异山梨醇(0.5mm01),再加入10mL无水CH2C12,室温搅拌,待原料完全溶解后,加入207mg青蒿琥酯(O.5mm01),冰浴冷却至O~5℃,依次加入212mgDCC(1mm01),65mgDMAP(O.5mm01),保持低温反应半小时,使反应逐渐升至室温。TLC检测反应进程(乙酸乙酯:石油醚=1:3),5h后停止反应。将反应液过滤除去不溶物,浓缩滤液至约1.5mL,剩余物用硅胶柱层析(洗脱剂为乙酸乙酯:石油醚=1:3)分离得到白色粉末状产物153mg,产率51%。[0【】∥=+68.20(c=1.O,CHCl3);1HNMR(CDCl3)6:5.79(d,户10.0Hz,1H,O·C弘OC=O),5.44(s,1H,O-CH一0),5.34~5.39(m,1H,OCOC奶,5.24(d,户2.8Hz,1H,O—C日),5.0(m,1H,O一∞,4.51(d,户4.8Hz,1H,O.C∽,3.92~4.03(m,4H,O—C日2),2.63~2.75(m,4H,O=CC∞),2.54~2.56(m,lH,C日CH3),2.34~2.38(m,lH),2.02~2.05(m,lH),1.60~1.9l(m,5H),1.26~1.47(m,9H),0.83~1.03(m,8H);”CNMR(CDCl3):6:171.09,170.84,104.50,92.35,91.55,86.52,81.49,81.34,80.15,77。70,73.40,69.26,51.59,45.27,37.31,36.25,34.1O,31.86,29.20,28.96,25.93,24.60,22.0l,20.2l。12.02。3.2.5布洛芬双氢青蒿素酯的合成实验中使用的布洛芬是从布洛芬片中用CHCl3提取得到的,密封保存,备用。3.2.5.1酰氯法合成布洛芬双氢青蒿素酯草酰氯---——--——--————————·-··-—d—卜CH2C12,N2C00H10mL三口烧瓶中加入135mg布洛芬(0.65mm01),再加入2mL无水CH2C12,室温搅拌,待原料完全溶解后,在N2保护下,滴加115mL草酰氯(1.3mm01),加完后继续在N2氛围下搅拌反应15min,撤去N2氛围,继续反应lOmin后,停止反应,反应液减压除去溶剂及过量草酰氯,冷却至室温,即得布洛芬酰氯,直接用于下一步反应。+吡啶—-———---——-—-—---———·----COClOH33新型青蒿素衍牛物的合成及其抗肿痛活性的初步研究l0mL三口烧瓶中加入92mg双氢青蒿素(O.3mm01),再加入2mL干燥吡啶,室温搅拌,待原料完全溶解后,加入已旋至浓缩液的147mg布洛芬酰氯(O.6mm01),有大量白色气体逸出,生成白色沉淀。加完后,继续室温搅拌反应。TLC检测反应进程(乙酸乙酯:石油醚=1:5),12h后停止反应,往反应液中加入预先冷却的去离子水,分出油状物,用无水CH2C12溶解,无水MgS04干燥,过滤,浓缩滤液至约1.5mL,剩余物用硅胶柱层析(洗脱剂为乙酸乙酯:石油醚=l:5)分离,得无色油状物,用乙醚溶解,减压除去溶剂后得白色粉末状产物40mg,产率26%。【0【]挈=+7.80(c=1.O,CHCl3);1HNMR(CDCl3)6:7.05~7.26(m,4H,4,-奶,5.77(d,户10.OHz,lH,O—CHOC=O),5.42(s,1H,0一C悼O),3.76~3.82(m,1H,Ar-C娜,2.54~2.56(m,1CH3侧H3),1.98~2.06(m,1H),1.82~1.87(m,2H),1.41~1.69(m,11H),1.25~1.34(m,3H),0.76~0.96(m,1OH);EsI-Msm/z(%):494.7[(M+Na)十】,100%。3.2.5.2H,C曰CH3),2.42~2.45(m,2H,Ar—C膨),2.32~2.40(m,1H,DCC法合成布洛芬双氢青蒿素酯DCC.DMAPCH2C12OH25mL三口烧瓶中加入200mg双氢青蒿素(0.7mm01),再加入12mL无水CH2C12,室温搅拌,待原料完全溶解后,加入148mg布洛芬(0.7mm01),冰浴冷却至0—5℃,依次加入297mgDCC(1.4mm01),88mgDMAP(O.7mmoI),保持低温反应半小时,使反应逐渐升至室温。TLC检测反应进程(乙酸乙酯:石油醚=1:5),5h后停止反应。将反应液过滤除去不溶物,浓缩滤液至约1.5mL,剩余物用硅胶柱层析(洗脱剂为乙酸乙酯:石油醚=l:5)分离,得无色油状物,用乙醚溶解,减压除去溶剂后得白色粉末状产物168mg,产率51%。3.2.6阿司匹林双氢青蒿素酯的合成3.2.6.1DCC法合成阿司匹林双氢青蒿素酯-厂r0DCC.DMAP.鞍:亨CH2C12硕七学位论文50mL三口烧瓶中加入315mg双氢青蒿素(1.2mm01),再加入22mL无水CH2C12,室温搅拌,待原料完全溶解后,加入200mg阿司匹林(1.2mm01),冰浴冰浴冷却至0~5℃,依次加入482mgDCC(2.4mm01),135mgDMAP(1.2mm01),保持低温反应半小时,使反应逐渐升至室温。TLC检测反应进程(乙酸乙酯:石油醚=l:10),5h后停止反应。将反应液过滤除去不溶物,浓缩滤液至约1.5mL,剩余物用硅胶柱层析(洗脱剂为乙酸乙酯:石油醚=l:10)分离得到无色油状物,用乙醚溶解,减压除去溶剂后得白色粉末状产物104mg,产率20%。【a】挈=-5.4。(c=1.o,cHcl3):1HNMR(CDCl3)6:8.12(d,户8.OHz,1H,4,-奶,7.57~7.6l(m,1H,彳,-邱,7.3l~7.35(m,lH,彳,-奶,7.12(d,户6.8Hz,1H,4,-奶,6.0(d,户9.6Hz,lH,O·CHOC=O),5.51(s,1H,O—CmO),2.66~2.68(m,lH,C日CH3),2.42(s,3H,O=CC胁),2.35~2.39(m,1H),2.03~2.07(m,1H),1.64~1.90(m,4H),1.30~1.49(m,7H),1.03~1.05(m,1H),O.98(d,户6.OHz,3H,CHC奶),0.89(d,户7.2,3H,CHC胁);1jCNMR(CDCl3)6:169.96,163.14,151.04,134.22,132.31,125.97,124.03,122.84,104.43,92.58,91.55,80.10,53.43,51.59,45.37,37.32,36.26,34.12,32.05,25.89,24.61,22.02,21.09,20.24,l2.22;ESI-MSm/z(%):468.7【(M+Na)+】,100%。3.2.6.2酰氯法合成阿司匹林双氢青蒿素酯COoH+SOCl2————————卜△吡啶OCOCH350mL三口烧瓶中加入1.0009阿司匹林(5.56mm01),再加入O.55mL重蒸二氯亚砜(7.7mm01),搅拌至原料完全溶解,加入一滴吡啶作催化剂,缓慢升温至65℃,继续搅拌反应。采取尾气吸收装置,用NaOH水溶液吸收尾气,当无气体产生时停止反应。反应液经减压除去过量的二氯亚砜,得亮黄色液体,冷却至室温,即得阿司匹林酰氯,直接用于下一步反应。善COCl+三乙胺.DMAPCH2C120HOCOCH3敌三XoCH310mL三口烧瓶中加入l00mg双氢青蒿素(0.35mm01),再加入2mL无水CH2C12,室温搅拌,待原料完全溶解后,滴加160“L三乙胺(1.1mm01),冰浴冷35新型青蒿素衍生物的合成及je抗肿痛活性的初步研究却至O~5℃,加入1mgDMAP(0.01mm01),179mg阿司匹林酰氯(0.9mm01),有大量白色气体逸出,并伴有沉淀生成,保持低温搅拌反应。TLC检测反应进程(乙酸乙酯:石油醚=1:3),2h后停止反应。用去离子水(5mL×3)洗涤有机相,无水MgS04干燥,过滤,滤液浓缩至约1.5mL,剩余物用硅胶柱层析(洗脱剂为乙酸乙酯:石油醚=l:10)分离,得无色油状产物,用乙醚溶解,减压除去溶剂后得白色粉末状产物145mg,产率93%。3.2.7体外抑瘤活性的初步研究用MTT法对茄尼醇青蒿琥酯,5.单异山梨醇青蒿琥酯,布洛芬双氢青蒿素酯和阿司匹林双氢青蒿素酯进行体外抑瘤活性的考察。具体操作步骤同2.2.5。3.3结果与讨论3.3.1青蒿琥酯的合成青蒿琥酯是我国自行研发的青蒿素的另一个重要衍生物,它的钠盐一青蒿琥酯钠是第一个水溶性的青蒿素衍生物,具有高效,速效、低毒和适合多种给药途径等优点,目前已成为治疗各种疟疾尤其是严重的脑型疟疾的首选药物。首先合成出青蒿琥酯的是桂林制药厂刘旭等人【9】,他们在吡啶溶剂中,30℃的温度下,用丁二酸酐酰化双氢青蒿素反应24h得到青蒿琥酯,产率为60%。之后,李英等【81】又提出了改进后的合成方法,用高效酰化催化剂DMAP来代替吡啶作催化剂,改用二氯甲烷作溶剂,反应5h制备了产率为65%的青蒿琥酯。另外,国外也有关于合成青蒿琥酯的文献报道【80】。因此,我们在实验中尝试了多种方法来合成青蒿琥酯,分别用三乙胺和DMAP作催化剂,并摸索了反应的条件,以期优化实验条件,获得更高产率的产物。3.3.1.1三乙胺作催化剂我们首先参考文献[80】的方法,在干燥的丙酮溶剂中,用三乙胺作催化剂来进行反应。在酰化反应中,三乙胺不仅可以起到催化反应的作用,还可以中和生成的酸,提高反应的转化率。我们投入的原料摩尔比为双氢青蒿素:丁二酸酐:三乙胺=1:1.3:0.8,但是在实验过程中,我们发现反应进行得很慢,室温搅拌反应16h后仍有明显的原料,与文献描述的结果不符。之后,我们在原来的实验条件上进行改进,将原料的摩尔比调整为双氢青蒿素:丁二酸酐:三乙胺=1:7:0.7,试图通过加大丁二酸酐的用量来提高双氢青蒿素的转化率。结果发现,虽然此次反应的情况比之前有好转,但是反应时间还是比较长,产率也有待于提高。而且这种方法的后处理也比较繁琐,因为丙酮与水混溶,所以不能采取萃取的方法来提纯产物。考虑到青蒿琥酯的水溶性较差,我们尝试硕十学位论文往反应液中加水的方法使产物沉析出来,并调节pH值,使产物沉析完全,得到的粗产物我们用重结晶的方法进行纯化,但是尝试了多种溶剂也没有成功,只好放弃此方法。3.3.1.24-二甲氨基吡啶作催化剂由于上述方法反应情况不理想,因此我们又参照了文献[8l】的方法,选择了高效酰化催化剂DMAP来代替三乙胺。DMAP是一种新型高效的亲核反应催化剂,多用于催化空间位阻较大的醇与酸酐之间的反应,一般产率较高,且具有反应条件温和、反应时间短、催化剂效率高等优点,广泛用于有机合成领域。DMAP催化酰化的机理如图3.5所示:》o+苓一≥No‰CH3\/==\c毒N弋/鼯一》仓舀——————————++唑叉、6一》ohT—,1LTCH<\===/CHl\==,+唑只、oH图3.5DMAP催化酰化机理文献【81]采用DMAP作催化剂时,原料的摩尔比为双氢青蒿素:丁二酸酐:DMAP=l:1.5:0.20,室温反应5h,产率为65%。我们在实验中,为了进一步缩短反应时间,提高产率,加大了丁二酸酐和DMAP的量,将原料的摩尔比调整为双氢青蒿素:丁二酸酐:DMAP=l:2.3:l,结果发现反应效果很好,不仅大大缩短了反应时间,并且反应的后处理也较为简单,只需通过中和、萃取、干燥等步骤,便能得到产率高达94%的青蒿琥酯,避免了重结晶和柱层析等繁琐的操作。1HNMR结果显示,在化学位移6=5.80处只有一个质子的峰,而此处的化学位移对应于青蒿素结构中C12位的质子,由此说明我们合成的青蒿琥酯为单一构型,根据文献[15】可知,应是a.构型的青蒿琥酯。关于为何形成单一构型的仅.青蒿琥酯,曾提出过两种观点(图3.6),第一种观点认为:反应液中存在a.和D.双氢青蒿素的混合物,并且存在动态平衡,两者的酰化速率常数相当,但是得到的a.青蒿琥酯远比p.青蒿琥酯稳定,D.青蒿琥酯发生分子内的差向异构作用(K。>>变现象(K。=Kd=O),形成单一构型产物是因为0【.双氢青蒿素的酰化速率远远大于p.双氢青蒿素。实验证明第二种说法正确,因为在酰化反应中没有观察到青蒿于p.双氢青蒿素,因此平衡不断右移,最终专一性地得到0【.青蒿琥酯。37Kd),最终得到单一构型的a.青蒿琥酯;另一种观点则认为,不存在分子内构型转琥酯的差向异构现象发生,由于Ka>>Kb,反应中a.双氢青蒿素的消耗速率远大新掣青蒿素衍生物的合成及j£抗肿痛活性的初步研究.厂¨oIKbl丁_酸酐I丁:二酸酐lK。JHoH争青蒿琥酯小青蒿琥酯图3.6青蒿琥酯的构型转化机理3.3.1.3反应温度、盐酸用量和溶剂对反应的影响除了催化剂和原料的摩尔比对反应的情况有较大的影响之外,反应的温度、反应液的中和以及溶剂对反应也有一定的影响。首先,温度在青蒿琥酯的合成中需要严格控制。在实验过程中,我们发现,在低温下加入DMAP有助于减少副产物的形成,但是加完DMAP之后,温度便可以逐步升高至室温,继续保持低温反而不利于反应,会使反应时间延长,降低反应的效率。其次,反应完全后,用稀盐酸来进行中和也是一个很重要的步骤。反应完后,体系中除了产物之外,还残留有丁二酸酐和DMAP,它们都可以通过和酸作用转变成离子形式从而溶解于水相中洗去。而且,产物青蒿琥酯在反应液中是以分子和离子状态平衡存在的,因此不经过中和或中和不彻底会直接影响最后的产率。但是,在酸性环境中,离子形式的产物能完全转变成分子形式,从而进入有机相,避免了损失。我们经过多次尝试后,认为中和到pH=3~4是比较合适的,能获得高于文献的产率,产率94%。另外,用DMAP作催化剂,我们一般使用惰性非质子溶剂效果较好,如二氯甲烷,氯仿等。而且,实验中溶剂的用量对反应没有明显的影响,以能将原料完全溶解为标准。综上所述,我们可以得出结论:通过使用DMAP作催化剂,能大大缩短反应的时间,并且后处理简单,所得产物纯度较好,产率也较高,是一个比较理想的反应。硕士学位论文3.3.2抗肿瘤活性青蒿素类拼合药物的合成研究表明茄尼醇衍生物、非甾体抗炎药和NO供体都具有一定的抗肿瘤活性,有关这几类药物的抗肿瘤衍生物的研究也不断有相关文献报道,因此,为了进一步提高青蒿素的抗肿瘤活性,我们利用药物拼合的原理,将这些药物分子引入到青蒿素结构中,得到了一系列具有多重抗肿瘤机制的新型青蒿素类拼合药物,并且具有较好的抗肿瘤活性。3.3.2.1茄尼醇青蒿琥酯的合成茄尼醇为一种不饱和的聚异戊二烯醇,具有包括抗肿瘤作用在内的多种生物活性,它广泛用于合成具有抗肿瘤活性的茄尼醇衍生物,主要有N一茄呢基谷氨酰胺类化合物、N,N.二(酰氧基乙基)茄呢基胺类化合物,N.酰基.N’.茄呢基哌嗪类化合物和二元酸茄尼醇乙酰葡萄糖二酯类化合物等,都表现出较好的抗癌活性,因此,我们考虑将茄尼醇分子引入到青蒿素结构中,对青蒿素的抗肿瘤活性起到协同增强的作用。最初,我们尝试用茄尼醇和双氢青蒿素在BF3·Et20的作用下制备双氢青蒿素茄尼醇醚,但是多次实验均发现反应情况很不理想,无法得到纯净的产物。考虑到之前用DCC法制备双氢青蒿素的酯类衍生物是比较成功的,因此,我们决定换用DCC法将青蒿琥酯的侧链羧基和茄尼醇的羟基成酯,来制备茄尼醇青蒿琥酯。制备茄尼醇青蒿琥酯的实验方法同二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯的制备,投入的原料摩尔比为茄尼醇:青蒿琥酯:DCC:DMAP=1:1:2:1,后处理也与之前的操作相同,只需要将反应液过滤、浓缩,柱层析分离便可得到产物,所得的产物为无色油状液体,经低温放置后凝固成固体,产物经1HNMR验证结构正确,产率为69%。3.3.2.25.单异山梨醇青蒿琥酯的合成5.单异山梨醇是一种盐类NO供体,它是新一代的抗心绞痛药,主要用于血管扩张和缓解、预防心绞痛,也用于充血性心力衰竭,美国癌症与白血病研究组曾经制备出具有较好抗肿瘤活性的5.单异山梨醇与阿司匹林结合的新型结合物58(图3.7)。其他的盐类NO供体也被广泛用于与非甾体抗炎药结合制备新型的NO供体药物。目前制备NO供体药物大都是先通过合成两种药物片段的结合物,最后再用银或将其硝化。因为青蒿素结构的特殊性,这样的方法不适合青蒿素类NO供体的合成,所以我们根据之前实验的经验,还是选择了用DCC法将青蒿琥39新型青蒿素衍生物的合成及其抗肿瘤活件的初步研究58图3.75.单异山梨醇阿司匹林结合物酯的侧链羧基和5一单异山梨醇的羟基成酯。实验证明,DCC法温和的反应条件比较适合这种带敏感基团的化合物的成酯反应。5.单异山梨醇青蒿琥酯的合成方法与二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯的制备相同,以5.单异山梨醇:青蒿琥酯:DCC:DMAP=1:l:2:l的投料比进行反应,反应完全后,经过滤、滤液减压浓缩和最后柱层析等三个步骤分离得到产物,经1HNMR验证结构正确,产率为51%。在反应过程中,由于5.单异山梨酯易见光分解,因此需要在避光条件下进行操作,产物也需避光保存。3.3.2.3非甾体抗炎药类双氢青蒿素酯的合成布洛芬(异丁苯丙酸)和阿司匹林(对乙酰氨基酚)是典型的NSAIDs,近年来发现这类药物还具有抗肿瘤活性,对多种肿瘤细胞都有抑制效果,因此,对NSAIDs的结构改造工作已受到越来越多的关注。目前,合成NSAIDs衍生物的方法很多,但是通过将布洛芬或阿司匹林制备成酰氯再与其他药物分子酰化结合是最常用的方法【821。另外,DCC法也有文献报道【831。因此,我们在合成布洛芬双氢青蒿素酯和阿司匹林双氢青蒿素酯时分别尝试了酰氯法和DCC法两种方法。在合成布洛芬双氢青蒿素酯之前,我们从价廉易得的布洛芬药片中提取纯品布洛芬作为原料,大大降低了反应成本。首先,我们尝试了酰氯法。将布洛芬溶解于无水二氯甲烷中后,在N2保护,冰浴条件下滴加入2倍于布洛芬摩尔量的草酰氯来制备布洛芬酰氯。选择草酰氯作为酰氯化试剂是因为草酰氯的活性较高,可以在较温和的室温条件下进行反应,而且反应后会分解成HCl、C0和C02气体逸出,不会残留在反应液中污染产物,另外,过量的草酰氯也很容易通过减压除去。但是,由于酰氯很活泼,所以应现制现用,无法长期保存。将制备好的布洛芬酰氯加入到双氢青蒿素的干燥吡啶溶液中,有气体产生,同时也有大量白色沉淀生成。产生的气体应该是HCl气体,而白色沉淀是HCl与吡啶形成的盐。根据这个现象,我们初步判断反应情况较好,但是最后得到产物只有26%的产率,反应情况不理想。于是,我们又尝试了DCc法制备布洛芬双氢青蒿素酯。相对于前一种方法,这种方法操作更简单,不需要分两步进行,具体操作步骤同二十二碳六烯酸双氢硕Ij学位论文青蒿素酯的合成相同,以布洛芬:双氢青蒿素:DCC:DMAP=l:l:2:l的投料比进行反应,反应完全后,经过滤、滤液减压浓缩和柱层析等三个步骤分离得到无色油状的产物。因为双氢青蒿素和布洛芬的熔点都高于室温,我们判断产物应为固态,它呈现油状可能是产物中残留有溶剂。因此,我们用低沸点的乙醚将油状产物重新溶解,再减压除去溶剂,带走原先残留在产物中的高沸点溶剂,处理的结果得到了白色粉末状产物168mg,经1HNMR验证结构正确,产率为51%,比之前有所提高。在制备阿司匹林双氢青蒿素酯时,我们也尝试了用酰氯法和DCC法两种方法,但是反应结果却与布洛芬双氢青蒿素酯大不相同(表3.2)。表3.2不同方法的产率比较我们首先用DcC法来制备目标产物,具体操作同二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯的制备,投料比为阿司匹林:双氢青蒿素:DCc:DMAP=1:l:2:1,反应完全后,经过滤,滤液减压浓缩和最后柱层析等三个步骤分离得到产物,但是产物较低,为20%。考虑之后,我们改用酰氯法来制备阿司匹林双氢青蒿素酯。用二氯亚砜作为酰氯化试剂,在吡啶催化下合成阿司匹林酰氯,与布洛芬酰氯相同,阿司匹林酰氯也是十分活泼的物质,需现制现用。于是,当反应完成后,减压除去剩余的二氯亚砜,将酰氯马上用于下一步反应。参考文献[81]的方法,我们在反应中加入DMAP作为酰化催化剂和三乙胺作为缚酸剂,DMAP可以进一步使酰氯活化,三乙胺则可以与生成的HCl结合,实验结果较理想,基本无副产物生成,而且反应速率很快,仅2h后便反应完全,后处理也比较简单,停止反应后,通过水洗、萃取,干燥和柱层析分离,得到了呈无色油状的产物,通过用乙醚重新溶解再加压除去溶剂,将产物彻底干燥后得到了白色粉末状产物,经1HNMR验证结构正确,产率高达93%。非甾体抗炎药的双氢青蒿素酯类衍生物的合成比之前的有更多的选择,因为它们的结构较稳定,另外,从表3.2中我们也可以发现,不同的底物适合于不同的方法,需要通过实验来选择合适的方法。综上所述,用DCC作脱水剂,DMAP作催化剂来制备含有敏感性基团的新型青蒿素类拼合物是比较合适的。这种方法可以使双氢青蒿素或青蒿琥酯在较温和的反应条件下与其它性质不稳定的药物分子发生酯化,不仅反应速率较快,而且后处理也比较简单,虽然有时产率较低,但是多数情况下仍能得到较好的结果。4l新型青蒿素衍牛物的合成及其抗肿瘤活性的初步研究对于布洛芬和阿司匹林等性质稳定的药物,我们也可以先将其转变为活性较强的酰氯,再与双氢青蒿素成酯,也可以方便地制得产物。值得注意的是,用DCC法制得的双氢青蒿素酯类衍生物为单一的旺.构型产物,原因与青蒿琥酯的制备相同,是由于a.双氢青蒿素的反应速率常数远大于p.双氢青蒿素。3.3.3抗肿瘤活性青蒿素类拼合药物的体外抗肿瘤活性用MTT法来考察茄尼醇青蒿琥酯、5.单异山梨醇青蒿琥酯,布洛芬双氢青蒿素酯对人Burkitt淋巴瘤细胞株CA46、人T淋巴细胞白血病细胞株Molt4和小鼠淋巴瘤细胞P388三种肿瘤细胞株的体外增殖抑制活性,并且将新化合物的抗肿瘤活性与青蒿素和双氢青蒿素作对照,实验的结果如下表3.3所示:表3.3青蒿素类拼合药物的体外抗肿瘤活性从上表中我们可以看出,上述三个新型青蒿素类拼合物对三种肿瘤细胞株均有明显的增殖抑制作用。除了布洛芬双氢青蒿素酯对小鼠淋巴瘤细胞P388的抑制作用不如青蒿素和双氢青蒿素之外,其余的IC50值均小于青蒿素和双氢青蒿素,由此说明将茄尼醇、5.单异山梨醇和布洛芬用于新型抗肿瘤青蒿素类拼合药物的制备是比较理想的,具有一定的研发价值。3.4小结本章在合成双氢青蒿素的基础上,用丁二酸酐作酰化剂,考察了用三乙胺和DMAP作催化剂的不同反应情况,通过改变原料摩尔比、反应温度、盐酸用量和溶剂等条件,使反应能在2小时内完成,无需重结晶等后处理,只需经过中和,水洗,干燥等步骤,即可获得纯度较好,产率较高的产物,产率高达94%。在合成青蒿琥酯和双氢青蒿素的基础上,我们用DCC法将茄尼醇和5.单异山梨醇与青蒿琥酯拼合,用DCC法和酰氯法将布洛芬和阿司匹林与双氢青蒿素拼合,得到的新型拼合物用MTT法进行体外抑瘤活性考察。结果显示除了布洛芬双氢青蒿素酯对小鼠淋巴瘤细胞P388的抑制作用不如青蒿素和双氢青蒿素之外,其余的抑制效果均优于对照组。硕十学位论文第4章4.1前言青蒿素衍生物的新剂型研究4.1.1青蒿素类药物剂型的研究青蒿素类药物的溶解性问题是研究的重点问题之一,通过结构改造来改变溶解性是一个主要的方法,另外,很多研究人员也通过制备青蒿素类药物的新剂型来解决这个问题。一种方法是通过制备固体分散物来提高青蒿素类药物的溶出度和溶出速率,采用的载体材料大多是丙烯酸树脂类。例如李国栋等【84】以III号丙烯酸树脂作为载体,研制了青蒿素缓释固体分散物,提高了青蒿素的溶出度。黄立峰等【85】用II号丙烯酸树脂为载体也制备了蒿甲醚的固体分散物,提高了蒿甲醚的生物利用度,达到迅速和持久释药的双重目的。另一类方法是制备青蒿素类药物的脂质体,有关这方面的文献也有报道。Chimanuka等186J用卵磷脂.胆固醇混合物(EPC.CHOL)包载了p.蒿甲醚脂质体,结果表明,蒿甲醚脂质体对恶性疟原虫尸,口s聊D们“mc乃口6口扰坊感染小鼠有很好治疗效果,且化学性质稳定。Gabriels等【87】也用卵磷脂.胆固醇混合物(EPc—cHOL)制备了具有较高载药率和较好体外缓释功能的青蒿琥酯的脂质体。环糊精是由6~12个葡萄糖基构成的水溶性环烃,具有亲水的外围和疏水的内腔,具有它的实用性和安全性,已被广泛应用于药剂学领域。近年来,有不少研究人员都发表了关于制备青蒿素.环糊精复合物的研究。wong等【88】制备了p.环糊精和¥环糊精青蒿素包合物,实验结果表明这两类包合物都提高了青蒿素的生物利用度,药代动力学分析显示B./¥环糊精青蒿素包合物的血药浓度是游离青蒿素的两倍多,但是青蒿素的两种包合物之间却没有明显的区别。Marconi等【89】制备了青蒿素.B.环糊精包合物,通过一系列的实验,他们发现包合物的最稳定的构型是青蒿素的过氧桥基团在环糊精的空腔之外,这样,青蒿素的亲水性提高了并且抗疟活性不受影响。4.1.2两性嵌段共聚物胶束给药系统4.1.2.1共聚物胶束的简介近年来,各种新型的药物递送和药物靶向系统被不断研发出来,如合成性聚合物,微囊,细胞壳、脂蛋白、脂质体、胶束、类脂囊泡和脂质微粒等其他很多新型的药物投送系统。这些药物载体对易分解代谢药物具有保护作用,能降低药43新型青蒿素衍生物的合成及其抗肿瘤活件的初步研究物对正常组织的毒性,而且还能提高药物的生物利用度,增强药物的靶向性。其中,共聚物胶束由于其作为药物载体的诸多优点,成为近年来药剂学领域关注和研究的一大热点。共聚物胶束是由两亲性嵌段共聚物在水溶液中自组装形成的,具有特殊核一壳结构,用它作为药物载体能够对难溶性药物进行增溶,可提高药物的生物利用度,降低药物的毒性和其他不良反应,同时还能显著改善药物在体内的分布。由于肿瘤组织的通透性增强及延缓效应(EPR效应),共聚物胶束还具有天然的被动靶向作用。目前共聚物胶束的制备主要是使用两性嵌段共聚物。当两性共聚物在水中的溶解度超过它的临界胶束浓度(CMC)时,多个分子之间便会通过范德华力或静电作用缔结在一起,形成亲水段在外,疏水段在内的球形核一壳结构。目前构成嵌段共聚物亲水区的材料主要是聚乙二醇(PEG)或聚氧乙烯(PEO),因为这种聚合物的价格适中,且与机体具有较好的生物相容性。构成疏水区的材料则较多,主要有聚氧丙烯、聚苯乙烯、聚氨基酸、聚乳酸、精胺和短链磷脂等。这两类材料可以构成各种二嵌段两性嵌段共聚物(AB)或三嵌段两性共聚物(BAB)。要形成稳定的胶束,嵌段共聚物的亲水段和疏水段的长度要适当。如果亲水段太长,共聚物的亲水性太强,则在水中会以单分子存在;如果亲水段适当,而疏水段太短或太长,则难于得到球形胶束,会在水中形成棒状或板状的胶束。一般制备球形胶束嵌段共聚物的PEG段的分子量通常在1000~15000范围内,通过调节亲水段和疏水段的长度和摩尔比,还可以制得不同分子量和不同亲水/疏水平衡性的共聚物,形成不同尺寸,CMC、载药率,包封率和释药率的胶束。两性共聚物胶束可以包载疏水性药物,且有很高的载药量,相当于疏水药物容易溶解在有机溶剂中。在制备胶束的时候,疏水性药物分子能逐渐进入胶束核中,“排挤”出核内的溶剂(比如水),随着这一过程的进行,胶束核内的药物分子越来越多,使胶束体积增大。因此,疏水段长的两性共聚物所形成的胶束的核较大,能容纳的药物分子也较多,有较大的载药量。反之,载药量则少。4.1.2.2载药共聚物胶束的制备方法共聚物胶束的制备方法主要可以分为三种:熔融自分散法、自乳化溶剂蒸发法和透析法【901。选择何种方法来制备共聚物胶束主要取决于两性嵌段共聚物在水中的溶解度,如果在水中的溶解度较好,则可以采取熔融自分散法和自乳化溶剂蒸发法来制备,如果在水中的溶解度较差,则适合用透析法来制备。熔融白分散法是把药物和共聚物溶于一种易挥发的有机溶剂中,在氮气保护下加热蒸发溶剂,温度略高于共聚物的玻璃化转变温度,得到药物/共聚物固体基材,在加热基材的同时边搅拌边滴加同温度的去离子水,最终形成乳液,离心分离,冷冻干燥,得到胶束。此方法适用于不易受温度影响的药物。自乳化挥发法硕十学位论文则是把药物和共聚物溶于有机溶剂,在涡流搅拌或超声波下滴加去离子水,使溶剂挥发干,离心分离,冷冻干燥,得到载药胶束。而透析法是将共聚物和药物溶解子一种能与水混溶的有机溶剂中,如N,N.二甲基甲酰胺、四氢呋喃,二甲基乙酰胺等,然后在搅拌的状态下用蒸馏水对其进行透析,随着透析过程的进行,有机溶剂会被逐渐除去,胶束也会不断形成。研究发现,用透析法制备胶束能通过改变溶剂的种类来改变胶束的尺寸和尺寸分布,而且所得到的胶束的大小比较规整。4.1.2.3PEG.PLA胶束给药系统的应用目前,两性嵌段共聚物胶束在载药方面已经有了广泛的应用,国内外都有很多相关文献的报道。近年来,两性嵌段共聚物聚乙二醇一聚乳酸(PEG.PLA)以良好的生物相容性能和降解性能在生物医学领域受到了广泛关注,它已被广泛用作生物材料用于医学移植和药物载体,其中,PEG.PLA胶束给药系统更是近年来药物纳米缓释体系领域研究的热点。PEG—PLA胶束给药系统在抗肿瘤药物方面的应用已经获得了一定的成功。传统的抗肿瘤药物紫杉醇的毒性较大,水溶性较差,生物利用度低下,且不能通过静脉给药,但是通过用PEG.PLA嵌段共聚物胶束作为紫杉醇的载体,发现不仅能降低紫杉醇的毒性,而且提高了它对肿瘤细胞的抑制活性。方琴等【9lJ用界面沉积法制备了紫杉醇聚乙二醇单甲醚.聚乳酸(MePEG.PLA)纳米粒,并考察了载药纳米粒对昆明小鼠肝癌H22的疗效实验,结果发现抗肿瘤效果比紫杉醇好。邓联东等【92】用自乳化溶剂挥发法制备了负载紫杉醇的MePEG.PLA纳米粒,为开发紫杉醇新型静脉注射制剂提供了实验依据。Zhang等【93】制备了甲氨碟呤MePEG.PLA胶束,并考察了体外缓释情况,发现5天内只有不到50%的甲氨碟呤从胶束中释放出来,说明该载药胶束具有较好的缓释能力。PEG.PLA胶束给药系统在其他常见的药物改性方面也有很好的应用。Hans等【94】将氟哌啶醇与MePEG.PLA通过化学键相连形成前药,再制备成胶束,提高了药物在水相中的溶解度,对药物的代谢起到了很好的缓释功能。杨卓理等【95J制备了两性霉素B的MePEG.PLA载药胶束,考察了它的体外释放动力学,显示出MePEG.PLA载药胶束作为制备疏水性药物的纳米级长循环载体有很好的前景。任杰等【96】制备了去甲斑蝥素PEG.PLA纳米粒并考察了它的细胞毒性,结果发现该纳米粒有良好的缓释性能。李媛等【97】制备了全反式维甲酸的MePEG.PLA胶束,验证了共聚物的结构,并考察了胶束的形态、粒径、载药量、包封率和体外释放特性及其溶血性质,结果说明MePEG—PLA维甲酸胶束有明显的增溶,缓释作用,并能减少药物的毒副作用。总结文献,我们可以知道,PEG.PLA胶束给药系统有诸多优点:对难溶性药45新型青蒿素衍生物的合成及je抗肿瘤活性的初步研究物进行增溶;提高药物的生物利用度;减少药物毒副作用;具有长期缓释功能;具有一定的被动靶向功能等。总之,PEG.PLA胶束给药系统具有很好的应用前景。在本文中,我们设计合成MePEG.PLA两性嵌段共聚物,用透析法制备MePEG.PLA胶束给药体系并首次用于改善青蒿素和蒿甲醚的溶解性问题,以期得到能对青蒿素类药物进行增溶,提高其生物利用度,并具有缓释功能的理想新剂型。4.2实验部分4.2.1仪器与试剂VarianINOVA型核磁共振仪(400MHz,TMS为内标);薄层色谱采用薄层层析硅胶板(青岛海洋化工厂分厂);自动双重水蒸馏器(SZ.93,上海亚荣生化仪器厂);TEM(JEOL一1230,100kV);透析袋(MWC03350,上海欧韦达仪器科技有限公司)。实验设备与仪器同表2.1,主要原料列入表4.1。表4.1主要原料及试剂4.2.2嵌段共聚物的合成4.2.2.1甲苯和原料的干燥处理为了保证反应体系的绝对干燥,我们首先对溶剂甲苯进行干燥处理。先在甲苯中加入无水CaCl2预干燥处理,静置过夜。隔天将CaCl2过滤除去,150mL甲苯中加入49CaH2,常压加热回流,2h后收集120℃的馏分,再次加入碎钠常压加热回流5h,收集馏分,加入分子筛密封保存。反应的原料聚乙二醇单甲醚和D,L.丙交酯都需要进行干燥处理。称取一定量的聚乙二醇单甲醚于干燥的烧瓶中,敞口放置于干燥器中,同时放入P205,减压真空干燥过夜。D,L.丙交酯反应前用无水乙醇重结晶纯化。4.2.2.2lMePEG.PLA两性嵌段共聚物的合成00mL三口烧瓶中加入30mL干燥甲苯,通氮气对溶剂进行除氧。加入611mg硕士学位论文吣咔邺嘲+如景处的峰为MePEG末端OCH3的质子峰。口bO七既bⅡb馏、十一,OiC—HC●C吣电静聚乙二醇单甲醚(Mn=5000,O.122mm01)和lgD,L一丙交酯(6.94mm01),搅拌使其溶解,再加入12.22mg异辛酸亚锡(O.03mm01)作催化剂,N2保护下回流反应8h,停止反应。减压除去溶剂,得略带黄色的油状粗产物。往粗产物中加入13mL无水二氯甲烷,搅拌使其完全溶解,再加入冷无水乙醚60mL,充分搅拌10min后静置,析出白色沉淀,过滤,得白色粉末状产物。重复二氯甲烷溶解.乙醚析出过程,进一步纯化产物,最后真空干燥,得产物1.129,产率70%。1HNMR(CDCl3)6:1.58(d,户7.2Hz,3H,CH哪),3.65(s,4H,C耽m0),5.18(t,1H,CHCH3),其中,63.634.2.3透析法制备共聚物胶束4.2.3.1透析袋预处理将透析袋按需要截取成一定的长度,首先在50%乙醇溶液中煮沸45min,待冷却至室温后,弃去乙醇溶液,将透析袋用50%乙醇溶液浸泡lOmin,之后,依次用0.01mol/L的NaHC03和O.001mol/L的EDTA溶液洗涤,最后用双重蒸馏水将透析袋彻底洗净。用棉线将透析袋的一端扎紧,装满水,检查有无开裂,确认完好后方可用于透析实验。4.2.3.2透析法制备空白共聚物胶束.方法l:将50mgMePEG.PLA于搅拌下溶解于20mLN,N一二甲基甲酰胺(DMF)中,保持在45℃下搅拌5min,待冷却至室温后,将混合液转移至经过预处理的透析袋(MwC03350)中,用棉线扎紧两端,放入装有2mL双重蒸馏水的大烧杯中,每隔12h更换2L新鲜蒸馏水,48h后停止透析,得到略带乳色的溶液。将透析袋内的溶液分批装入5mL离心管中,以3000r/min离心30min,弃去底部沉淀,上清液经由0.45“m滤膜过滤,得到澄清透明的空白胶束溶液,于4℃下保存。方法2:将50mgMePEG.PLA于搅拌下溶解于lOmLDMF中,保持在45℃下搅拌5min,待冷却至室温后,将混合液转移至透析袋中,用棉线扎紧两端,放入到装有1L双重蒸馏水的大烧杯中,并将烧杯置于搅拌器上,使透析在搅拌状态下进行,搅拌速度为550r/min。间隔2,3,3,4h更换lL新鲜蒸馏水,24h后停止透析。将透析袋内的溶液分批装入5mL离心管中,以3000r/min离心30min,弃去底部沉淀,47新型青蒿素衍乍物的合成及其抗肿痛活件的初步研究上清液经由0.45¨m滤膜过滤,得到澄清透明的空白胶束溶液,于4℃下保存。空白胶束用负染法制备透射电镜样品,来观察胶束的形态。具体操作过程为:用移液将一滴空白胶束溶液滴到涂有薄膜的铜丝网上,过量的溶液用滤纸除去,立刻将一滴1%的磷钨酸加到铜网上,1min后,除去过量的液体,使铜网在空气中自然干燥,在透射电镜下观察胶束的形态。4.2.3.3透析法制备蒿甲醚的共聚物胶束将50mgMePEG—PLA和5mg蒿甲醚于搅拌下溶解于20mLDMF中,保持在室温下避光搅拌20min,将混合液转移至经透析袋中,用棉线扎紧两端,放入装有2mL双重蒸馏水的大烧杯中,避光,每隔12h更换2L新鲜蒸馏水,48h后停止透析,得到略带乳色的溶液。将透析袋内的溶液分批装入5mL离心管中,以3000r/min离心30min,弃去底部沉淀,上清液经由O.45“m滤膜过滤,得到澄清透明的蒿甲醚胶束溶液,于4℃下保存。蒿甲醚胶束的电镜样品制备同空白胶束电镜样品制备。4.2.3.4透析法制备青蒿紊的共聚物胶束将50mgMePEG.pLA和20mg青蒿素于搅拌下溶于10mLDMF中,在室温下避光搅拌4h后,将混合液转移至透析袋中,用棉线将两端扎紧,放入装有lL双重蒸馏水的大烧杯中,避光,并在搅拌状态下进行透析,搅拌速度为220r/min。每隔2,3,3,4h更换1L新鲜蒸馏水,24h后停止透析。将透析袋内的溶液分批装入5mL离心管中,以3000r/min离心30min,弃去底部沉淀,上清液经由O.45¨m滤膜过滤,得到澄清透明的青蒿素共聚物胶束溶液,于4℃下保存。青蒿素胶束的电镜样品制备同空白胶束电镜样品制备,但是负染剂由原来的1%的磷钨酸溶液换成1%的醋酰双氧铀溶液。4.3结果与讨论4.3.1嵌段共聚物的合成随着高聚物合成技术的不断发展,很多新型的高聚物被研究出来,特别是可生物降解的高聚物,被广泛应用于医学,药学等生命科学的众多领域。在众多生物降解聚合物中,聚乙二醇一聚乳酸(PEG—PLA)因为其优异的生物相容性和可降解性,成为生物医药和组织工程领域的一种新型载体材料。PEG—PLA的制备目前有多种方法,根据催化剂的不同主要可以分为两类:一类是以阴离子引发剂,如醇钠、醇钾、丁基锂等作催化剂来进行阴离子开环聚合反应;另一类是采用亚锡类化合物作催化剂来制备。两种方法都可以用聚乙二醇单甲醚和丙交酯为原料来制备PEG.PLA。我们在实验中选取了后一种方法,用聚硕七学位论文乙二醇单甲醚(Mn=5000)和D,L.丙交酯为原料,在无水甲苯溶剂中,以异辛酸亚锡为催化剂反应得到了MePEG.PLA。4.3.1.1异辛酸亚锡的催化机理异辛酸亚锡(stannousoctoate,SnOct2)是一种广泛用于开环聚合反应的高效催化剂,它易溶于大多数有机溶剂,因此能很方便地除去。在国外,它已经被批准作为食品和药品的添加剂,具有较高的安全性。它的结构如下图所示:H3CCH3图4.1异辛酸亚锡的结构有关Snoct2的催化机理比较复杂,目前有很多种说法【981。其中,Penczek等认为SnOct2在反应中首先与醇结合形成具有引发功能的复合物,且这个形成过程是可逆的,之后该复合物引发内酯类单体进行聚合反应。这种说法已被多个实验所证实。Sn(Oct)2+R-oH=;=!=R\octSn0R+octHCH3H3CU图4.2异辛酸亚锡的催化机理从反应机理中,我们可以知道,用SnOct2作催化剂引发开环聚合反应来制备PEG.PLA两性嵌段共聚物是必须在无水条件下进行的,或者是在惰性非质子类溶剂中进行,因为如果反应体系中有水和醇类等物质,也会与SnOct2形成复合物,这种复合物引发开环聚合得到的不是嵌段共聚物,可能只得到酯类的均聚物,因此反应原料和溶剂必须经干燥处理。4.3.1.2嵌段共聚物的表征通过调节MePEG和D,L.丙交酯的投料比,我们合成了MePEG亲水性片段的.cH2cH2.重复单元数m和PLA疏水性片段的.c(O)cH(CH3)0重复单元数n的比例为l:l的嵌段共聚物,并用1HNMR验证了聚合物的结构。根据谱图可知,61.5849新型青蔷素衍生物的合成及jt抗肿瘤活性的初步研究处为PLA的CH3上质子的化学位移峰,63.65处为MePEG的CH2上质子的化学位移峰,65.18处为PLA的CH上质子的化学位移峰。我们以MePEG的分子量为5000计算,依据PLA的氢与MePEG的氢的峰面积之比值得出PLA链段的分子量为7472,由此把合成的嵌段共聚物用MePEG5.PLA7.5来命名。实验得到的亲水性链段和疏水性链段的质量比和理论计算得到的值十分接近。根据以上分析,我们认为用SnOct2作催化剂,以MePEG5000和D,L.丙交酯为原料,在无水甲苯中制备MePEG5.PLA7.5两性嵌段共聚物是方便可行的,并且产物的分子量可以通过投料量来控制。4.3.2透析法制备共聚物胶束如在前言中提到的,共聚物胶束的制备方法有三种,考虑到我们的模型药物青蒿素和蒿甲醚在高温下不稳定,并且我们合成的两性共聚物MePEG5.PLA7.5的水溶性并不是很好,因此我们选择用透析法来制备共聚物胶束。目前有关使用透析法来制备共聚物胶束的文献很多,具体的实验条件也都不相同,如使用的有机溶剂、换水的频率,透析的时间等因素都有差异。我们以文献【95】为参考,选择用DMF作为溶解共聚物和药物的有机溶剂,并且对换水频率和透析时间等因素进行考察。4.3.2.1透析法制备空白共聚物胶束及表征制备空白共聚物胶束时,我们首先将MePEG5.PLA7.5溶于DMF中,然后在45min下搅拌5min,使共聚物能在DMF中充分溶解。之后,将其转移至透析袋中,放入双重蒸馏水中进行透析。双重蒸馏水的用量以能除尽透析袋中的DMF为准,通过参考文献,同时结合自己在实验中的经验,我们认为每20mLDMF需要用2L×4的蒸馏水才能将DMF彻底洗去。在透析过程中,我们采用了两种方法,第一种方法【95】是每隔12h更换新鲜蒸馏水,共透析48h。第二种方法【97l是间隔2,5,8,12h换水,共透析24h,并且是在搅拌的状态下进行透析。透析停止后,用相同的方式将透析袋内的溶液离心,过滤得到空白胶束溶液。在用TEM查看胶束的形态时,我们发现用第一种方法得到的是尺寸在lOOnm左右的杆状胶束,而第二种方法得到的是尺寸在10.25nm之间的球形胶束(图4.3)。如下所示电镜图表明,第一种方法由于是在静止的水中进行透析,并且换水时间间隔较大,因此共聚物之间有足够的时间来自组装形成较规整杆状结构,而如果加快换水的频率,并且在透析过程中始终保持搅拌状态,共聚物分子之间没有足够的时间组装,因此形成了尺寸较小的球形结构,而且,通过用磷钨酸染色,我们可以从图中清楚地看到胶束呈外层深色,内核白色的结构。这是因为胶束的亲水性链段在外层,会溶于磷钨酸溶液而呈现黑色,而内核由于是疏水性的PLA颤L学位论文’,《、,誊~一融.图43两种方法制备的空白腋束电镜圈链段,因此不与磷钨酸作用,呈现白色。4.3.2.2透析法制备蒿甲醚共聚物胶束我们用透析法制备蒿甲醚共聚物胶束时采取了与制各空白共聚物胶束方法1相同的方法。首先将MePEG—PLA和蒿甲醚溶丁DMF中,考虑到蒿甲醚是易受热分解的药物,我们没有在加热的条件下来促使艿聚物的溶解,而足直接在室温下搅拌,井延长搅拌时问至20min,之后的处理步骤同方法1,最后得到的蒿甲醚共聚物胶束在TEMF观察形态,如图:杈j∥.,一。鼷篝.速舞蕊霉囱44蒿甲醚共聚物腔束电镜图从上图中我们发现所得的蒿甲醚其聚物胶束呈杆状,尺寸约在100nm左右,这说明用这种方法制各蒿甲醚的共聚物胶柬,条件过于温和,使共聚物分子通过长时间的自我组装形成了较规整的结构,因为杆状的胶束尺寸大于球形的胶束,可能在体内会被过快的排泄,因此用作载药系统的话,杆状的胶束不如球形的胶束是理想。新型青蒿索新生物的合成及其抗肿窟活性的初步研究在制备蒿甲醚共聚物胶束时,我们也调整了共聚物和蒿甲醚的比例。最初,我们用100mgMePEG-PLA和20mg蒿甲醚溶于40mLDMF(5:1)中,在4L双重蒸馏水中透析来制各胶束,方法同空白胶束制备方法1,但是在透析完后,发现透析袋中有大量的白色沉淀,我们认为是蒿甲醚的量过多,导致包载不完全。之后,我们将比例调整为10:1,用同样的方法透析,发现透析袋内没有明显的沉淀,袋内溶液略带乳色,说明减少蒿甲醚的包载量是合理的。4.3.2.3透析法制备青蒿素共聚物胶束我们也用透析法制各了青蒿素共聚物胶束,方法2j空白共聚物胶束的方法2相同,但是MePEO—PLA:青蒿索=5:2,并且透析完后,透析袋内没有明显的沉淀,与制各蒿甲醚共聚物胶柬时的情况不同,这可能是与蒿甲醚和青蓠素在水中溶解度的差异有关。在制各青蒿素共聚物胶束的电镜样品时,我们JH1%醋酰烈氧铀溶液作为负染剂,TEM下观察,得到的屯镜罔如下:图45青蒿素共聚物胶束电镜图由图可知,用透析法制备青蒿素共聚物胶束是比较成功的,得到了大量球形的胶束,尺寸在50.100nm之间,明显丈于之前较快搅拌速度下形成的空白共聚物胶束。这一方叫是由于透析时溶液的搅拌速度的减慢使共聚物分子之倒更容易聚集形成大分子,另方面,由丁青蒿素分子会进入到胶束占据一定的体积,因此,载药胶束的体积相对于空白胶束会有一定程度的增大,而且,载药量越多,体积越大。我们同时也发现,用醋酰双氧铀作负染剂相对于磷钨酸,污染更少,得到的电镜图中胶束呈亮白色,更容易观察。综上所述,我们可以通过改变实验的条件,如换水的频率、透析时溶液的搅拌速度,药物和共聚物的投料比等因素来制得不同形貌、不同尺寸的共聚物胶硕十学位论文束。总的来说,透析法是一种操作简单、条件温和的制备共聚物胶束的方法。4.4小结本章以聚乙二醇单甲醚5000和D,L.丙交酯为原料,在异辛酸亚锡的催化下,合成了聚乙二醇单甲醚5.聚乳酸7.5两性嵌段共聚物(MePEG5一PLA7.5),并用透析法制备了空白胶束,蒿甲醚共聚物胶束和青蒿素共聚物胶束,同时考察了药物和共聚物的投料比、换水的频率和透析时的搅拌速度等因素对胶束形成的影响。53新型青蒿素衍生物的含成及je抗肿痛活性的初步研究结论青蒿素及其衍生物由于其独特的化学结构,快速又安全的治疗作用和与其它抗疟药决然不同的作用机制,成为了药学和流行病学领域的研究热点。正是由于其化学结构和作用机制的特殊性,在抗肿瘤作用方面也展现出与传统抗肿瘤药物所不同的优点,并已成为药物化学及药理学领域的研究热点。目前已有多种新型的青蒿素类抗肿瘤衍生物被合成出来,且在活性检测中显示出较好的效果,显示出青蒿素及其衍生物在抗肿瘤药物的研发领域具有很好的前景。在本文中以青蒿素为原料制备双氢青蒿素,分别考察了用NaBH4和KBH4作还原剂的反应效果,并同时考察了还原剂用量和加料速度、反应温度、乙酸用量和溶剂等因素对反应的影响。结果表明,用NaBH4或KBH4作还原剂,在无水甲醇中进行反应,控制还原剂加入阶段和乙酸中和阶段的温度,能制得产率高于80%的产物,并且后处理简单。在双氢青蒿素的基础上,进一步合成了青蒿琥酯。通过优化实验条件,发现用DMAP作酰化催化剂,在无水二氯甲烷中,以原料摩尔比为双氢青蒿素:丁二酸酐:DMAP=l:2.3:l进行反应,通过中和,萃取和干燥等后处理操作便可得到产率高达94%的产物。之后,我们选择二十二碳六烯酸作为靶向抗肿瘤药物的载体,用DCC法制备了二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯,同法制各油酸双氢青蒿素酯;由于茄尼醇具有较好的抗肿瘤活性,5.单异山梨醇也具有不同于青蒿素类药物的抗肿瘤作用机制,因此,根据药物拼合原理,用DCC法将青蒿琥酯侧链的羧基和茄尼醇,5.单异山梨醇的羟基成酯,得到了两个新型的具有多种抗肿瘤机制的新型青蒿素类拼合药物;非甾体抗炎药能通过抑制环氧合酶的生成来达到抑制肿瘤细胞的效果,因此我们用酰氯法和DCC法两种方法分别合成布洛芬和阿司匹林的双氢青蒿素酯。实验结果表明,DCC法是一种简便可行的制各青蒿素类衍生物的方法。因为DCC法可以使反应在较温和的室温下进行反应,避免了含有敏感性基团的原料结构的破坏,并且反应速率较高,后处理也较简单。对于布洛芬和阿司匹林等结构稳定的非甾体抗炎药,我们也通过用酰氯法制备出它们的双氢青蒿素拼合药物。用MTT法考察上述几个新型青蒿素衍生物对人Burkitt淋巴瘤细胞株CA46,人T淋巴细胞白血病细胞株Molt4和小鼠淋巴瘤细胞P388的体外增殖抑制活性,发现除油酸双氢青蒿素酯之外,其余衍生物的活性均不同程度地优于青蒿素和双氢青蒿素。其中,5.单异山梨醇青蒿琥酯对三种肿瘤细胞株具有相似的抑制硕士学位论文活性,而其余几个衍生物对于不同的细胞株的抑制活性有较大的差别,特别是布洛芬双氢青蒿素酯,对于CA46和Molt4细胞株,抑制作用优于青蒿素和双氢青蒿素,但是对于P388细胞株,则抑制作用较差。在这些衍生物中,肿瘤抑制作用最好的是二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯,IC50值显著低于青蒿素和双氢青蒿素,说明DHA具有较好的肿瘤细胞靶向性,能显著增强青蒿素类衍生物的抗肿瘤作用。此外,我们还初步研究了青蒿素类药物的新剂型。合成聚乙二醇单甲醚5.聚乳酸7.5两性嵌段共聚物,用透析法制备共聚物胶束并将其首次用于制备青蒿素和蒿甲醚的新剂型。通过改变药物和共聚物的投料比,换水的频率和透析时的搅拌速度等因素,得到了杆状和球状两种不同形貌的胶束,为改善青蒿素类药物的溶解性和稳定性问题提供了新的线索。新型青蒿素衍生物的合成及其抗肿痛活件的初步研究参考文献[1】RidleyRG,HudsonAT.Quinolineanti-malarials.Exp.Opin.Ther.Patents,1998,8(2):121—136【2】青蒿素结构研究协作组.A报,1977,22(3),l42newtypeofsequitepene1actone-artemisinin.科学通[3】中国科学院生物物理研究所青蒿素协作组.青蒿素的晶体结构及其绝对构型.中国科学,1979,(11):ll14.1128HochJ[4】LinAJ,KlaymanDL,M,eta1.Thermalrearrangementanddecompositionproductsofartemisinin.J.Org.Chem.,1985,50(23):4504-4508【5】周维善,温业淳.青蒿素及其一类物的结构和合成Ⅵ.青蒿素降解产物的结构.化学学报,1984,42(5):455.459【6]刘静明,倪慕云,樊菊芬,等.青蒿素的结构和反应.化学通报,1979,37(2):129.140【7】李英,虞佩琳,陈一心,等.青蒿素衍生物的合成.科学通报,1979,24(14):667.669【8】李英,虞佩琳,陈一心,等.青蒿素类似物的研究I.还原青蒿素的醚类,羧酸酯类及碳酸酯类衍生物的合成.药学学报,1981,16(6):429.439【9】[1O】刘旭.青蒿素衍生物的研究.药学通报,1980,15:183LinAJ,KlaymanDL,MilhousWK.AntimalarialactiVityofnewwater-solubledihydroartemisininde“Vative.J.Med.Chem.1987,30(11),2147—2150【1l】LiQG;PegginsJo,LinAJ,eta1.Phannac0109yandtoxic0109yofarteliniconacid:preclinicalinVestigationspharmacokinetics,metabolism,proteinandredbloodcellbinding,andacuteandanorectictoxicities.Trans.R.Soc.Trop.Med.Hyg.,1998,92(3),332-340【12】LiY,ZhuYM,JiangartemisinininChina,HJ,eta1.AntimalarialIn:ShenactivityJ—X,ed.ofanewtypeofwater—solublederiVatiVes.AntimalarialDrugDeVelopmentBeijing:ChineseMedicalScienceand’11echnologyPublishingHouse,l991,35【13】李英,姜洪建,潘福平,等.新型青蒿素衍生物及其制备方法.zL93112454.9【14】李英,王方道,隋毅,等.叔丁氧羰基双氢青蒿素,其制备及药物组合物.ZL02128494.6【15】HaynesRK,ChanH-W,ChenungM—K,eta1.C-10Esterandetherderivativesof.56.硕一l:学位论文dihydroaIrtemisinin一100巳artesunate,preparationofauthenticlofotheresterO-partesunate,andintercalatingandetherderiVatiVesbearingpotentialaromaticgroupsatC·lO.Eur.J.Org.Chem.,2002,1:l13—132【16】SinghC,ChaudharyS,PuriSK.Neworallyactivederivativesofartemisininwithhighemcacyagainstmultidrug—resistantmalatiainmice.J.Med.Chem.,2006,49(24):7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—1—+—a….;~土,'——r■-____-…-t—1——r—’——r一1——r—一—1一一{;{!j;;l;爷!簪;图2青蒿琥酯的1HNMR谱图.“.硕仁学位论文1J■l—呈豫l旷4k一量J护-1|L一肌—1———r———————T—r—__1———r1———r-——_r—T__1—-r———一—T—一—r…———_1———r1—T—r—r_1———7————一’一1—一I!jI从‘一一5{!i3…;....一.土一iii;i!;!i㈨i罱“。“’。“。“=。~图3油酸双氧青蒿素酯的1HNMR谱图¨“却M_n:11itⅫ嚣1n∞t一。。::“"■■’—r—’—’—’—’—r1—1———1—-r———’—1。—’—T—1。———一1。—1一一——r—P——1—-r—————r—r————一—’—T—T—r———’—r—r—r—T_———r~‘,~s!;;3一一.j…土一p明=………。o”i!ii!;!;i!等!图4二十二碳六烯酸双氢青蒿素酯的1HNMR谱图65图5茄尼醇青蒿琥酯的1HNMR谱图●坤l毒暑i兰图65-单异山梨醇青蒿琥酯的1HNMR谱图.66.硕十学位论文■HCI^L∞t鬈¨^C∞15lTlO■t5i_i.‘●v¨●.1¨rL“P¨肭图75.单异山梨醇青蒿琥酯的13CNMR谱图丫N1N。秽‘一,一~’]~一…一T……’…—…~。’^T—————’——一一一14—……L一奄每是…_图8布洛芬双氢青蒿素酯的1HNMR谱图67新型青蒿素衍生物的合成及其抗肿瘤活性的初步研究::{:。““’盘铃:急w‘。驰nHl器¨.1=二““”..i!i::;器L1L、嚣窖;矗::”“r一““。舯。::::襞2≈¨P-睇c"I啊mtn”‘“。”“HI“·I·PL嚣。。‘“啬·’’:i:7.:=·;:::!iK。"m5‘”。;t-“”ss.:z,!2r.-'::H矿彳≮飞/上II|11.|II西‘m:;强。..1等i§;筘§!!霸l茧彳I:lf一1…了’i孑一…l一;一;……∥一j’;磊嘉==2=¨l:一i争i?i图9阿司匹林双氢青蒿素酯的1HNMR谱图i篇暑i誊暑{了———1·……一.T_…。—’ir一一一,二图10阿司匹林双氢青蒿素酯的13CNMR谱图.68.硕t学位论文兰::j:.。。“7…:c口mⅢ¨”裂“1Ic瑟};嚣”‘”::“o::::”KME-。…;:9:=r“:“m:^¨1。i;]ii节II;Il图ll聚乙二醇单甲醚5一聚乳酸7.5两性嵌段共聚物的1HNMR谱图新型青蒿素衍生物的合成及其抗肿痛活件的初步研究致谢本论文工作是在导师匡永清副教授的认真指导和严格要求下完成的,匡老师严谨的治学态度,渊博的知识,平易近人的风格和诲人不倦的精神使我受益匪浅,也是我学习的榜样。除了在学业上进行悉心指导之外,匡老师在生活上也给予我无微不至的关怀,使我能在一个良好的氛围下顺利地完成学业,在此,我向匡老师表示衷心的感谢和由衷的敬意!本人在实验期间也得到了本实验室罗成礼师兄、王莹师姐,宿亮、谢斌、向顺、邓宝玲和杨昊宇等同学的热心帮助,并结下了深厚的友谊,在此也对他们表示衷心的感谢。此外,还要特别感谢福建师范大学生命科学学院肖义军老师在样品体外抗肿瘤活性评价方面的帮助,还有分析测试中心的于正英老师在核磁分析方面的帮助。最后,我要感谢我的家人,是他们的无私奉献才能使我顺利完成学业,他们的支持和理解是我前进的动力。还有我的同窗好友庞海丽、彭芳华、庞书南等同学,是她们陪我度过了难忘的大学生涯,并且在生活上和学习上都给予我诸多帮助。再次感谢所有关心和帮助过我的人!孟丽丽2009年5月新型青蒿素衍生物的合成及其抗肿瘤活性的初步研究
作者:
学位授予单位:
孟丽丽湖南大学
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