β-核苷立体选择性合成研究进展

彭美红，钱 捷，王 鸿，易 喻

(浙江工业大学药学院，浙江 杭州 310014)

核苷是一类由环状核糖或脱氧核糖和碱基以糖苷键形式结合而成的化合物[1，2]。将糖环视为平面，碱基与C5位上羟基处于糖平面上侧时为β-构型，碱基与C5位上羟基处于异侧时为α-构型。

天然核苷均为β-构型，是组成生命大分子RNA及DNA的重要成分[1]，是天然的代谢激活剂，能够直接进入细胞，参与糖代谢，促进蛋白质合成，促使病态细胞及组织恢复正常生理功能，广泛用于急慢性肝炎、心血管疾病、放射病、脑损伤等的治疗。

非天然核苷与天然核苷有着相似之处，如在体内干扰或直接作用于核酸的代谢过程，可以阻断蛋白质、核酸的生物合成，具有良好的抗肿瘤、抗病毒活性[2]等。核苷类化合物已成为公认的最具潜能的抗病毒化合物[3]，美国FDA批准的抗艾滋病药物大多是核苷类衍生物[4]。对天然核苷的结构进行修饰和改造，合成毒性低、抗肿瘤和抗病毒活性高的药物已成为研究的热点[2，5～7]。尤其是β-核苷类药物的研究更是受到广泛关注[8～12]。

由于β-核苷与天然核苷具有更好的相似性，因而在合成过程中更希望得到单一β-构型的核苷。β-糖苷键的选择性合成一直是核苷尤其是2-脱氧核苷及2′，3′-双脱氧核苷研究的热点[13]。作者在此就单一构型β-核苷的立体选择性合成研究进行综述。

1 化学法合成β-核苷

1.1 在糖类衍生物异头碳的邻位引入酰氧基团

Baker-Tipson的反式规律认为：卤代糖具有1，2-反式构型时，糖苷键合成过程中经历了两次SN2反应，第一次形成酰氧鎓离子，第二次形成核苷键，这样合成的核苷均为β-构型。

Niedballa等[14]用α/β混合构型的O-四乙酰基核糖在无水条件下催化合成了单一β-构型核苷。赵大同[15]在此基础上，采用价廉的β-O-四乙酰核糖经醚化、酰化制得β-构型含量为99.79%的胸苷。程先超等[16]采用2，4-二(三甲基硅烷基)-5-氟胞嘧啶与四乙酰核糖缩合得到β-构型的2，3，5-三乙酰基-5-氟胞嘧啶核苷。

沙耀武等[17]用1-O-乙酰基-2，3，5-三-O-苯甲酰基-β-D-呋喃核糖与3-三甲基硅氧基-5-双三甲硅基氨基吡唑在四氯化锡催化下于乙腈中室温反应生成了5-氨基吡唑酮-3-核酸核苷，全部为β-构型。

这种引入酰氧基团的方法只适用于1，2-反式构型的卤代糖，同时核糖的2位必须存在酰氧基团。如果卤素和2位的酰氧基处于同侧、2位没有酰氧基团或者该基团不能自由反应，得到的核苷会是α/β混合构型。

1.2 在戊糖上引入硫糖苷键

Sugimura等[18]在NBS催化下，首次将耦合的3，5-O-异亚丙基衍生物的苯基2-脱氧-1-硫代-D-呋喃糖与甲烷硅基化胸腺嘧啶反应合成了具有潜在抗病毒活性的1-(2-脱氧-β-D-三-呋喃糖)胸腺嘧啶。研究发现，糖1位的硫苷键和NBS催化剂是选择性合成β-核苷不可缺少的条件，3，5位上的保护基也影响β-构型的含量。在糖1位为硫苷键的条件下，分别以乙酰基、苯甲酰基、苄基、亚异丙基、甲硅烷基、环缩醛作为保护基进行实验，发现以亚异丙基作为保护基时，β-构型含量最高，α∶β构型比例为1∶30；其余基团作为保护基时，α∶β构型比例均低于1∶5；当糖1位为乙酰基时，不管何种基团作为保护基，α∶β构型比例均小于1∶1.2。该方法虽然在不引入硫苷键的基础上极大地增加了β-构型的含量，但结果仍然不理想。

1.3 引入酰胺甲酸酯基

Young等[19]在2-脱氧-赤式呋喃糖的3位上引入了酰胺甲酸酯基，在NBS作用下形成一个稳定的糖碳正离子，这个酰胺甲酸酯基是一个潜在的定向基团，与二(三甲基硅烷基)嘧啶反应合成了单一构型的β-核苷衍生物，酰胺甲酸酯基在甲醇钠和甲醇中回流即可除去。该方法可适用于2位无法引入酰氧基团的2-脱氧-D-核糖。

1.4 嘧啶和糖基成醚固定碱基

Lipshutz等[20]将嘧啶衍生物的C6位和2-脱氧核糖衍生物的5-羟基进行醚化，使嘧啶碱基固定在糖环的上方；然后在Lewis酸催化下，嘧啶碱基和脱氧糖基偶联形成环状的核苷中间体；再在碱的催化下打开醚键得到含量为78%的β-脱氧嘧啶核苷异构体产物。该方法可使碱基的C6位与核糖的C5位结合，但选择性地保护脱氧核糖C3位上的羟基以及核糖C2、C3位上的羟基较困难。当糖的C1位为卤素时，在Lewis酸催化下卤素难以脱去，无法成环。

1.5 硅烷化的碱基在金属催化剂作用下反应

Li等[21]用1，3，5-三-O-苯甲酰氯-α-D-呋喃核糖通过4步反应合成了3，5-二-O-苯甲酰氯-2′-C-β-三氟甲基-α-D-呋喃核糖-1-溴化物，将此溴化物与硅烷基化的嘧啶在HgO/HgBr2存在下首次合成了单一构型的2′-C-β-三氟甲基嘧啶核苷。该方法使用了易污染的重金属，同时核糖原料也极不稳定，难以大规模生产。

1.6 相转移催化法

Seela等以TEBA作催化剂，在有机相中含碱基和核糖、氢氧化钾或氢氧化钠水溶液为水相的情况下，在两相界面上反应合成了吡唑并嘧啶[3，22]的β-2-脱氧核苷。该方法使用的杂环碱基上无氨基或羟基取代而主要是含有氯或甲氧基，增强了碱基的溶解性，加快了反应速度，但也限制了该方法的应用范围。

1.7 α-构型转化法

Wang等[23]采用3，5-二-O-(对氯苯甲酰基)-2-脱氧-α-D-呋喃核糖氯化物与胸腺嘧啶在有机金属镉存在下生成了混合构型的腺苷，再用BF3·Et2O在硝基乙烷中反应30 min可将产物中α-构型转变成β-构型。该方法同样存在一个分离的过程。

2 酶法合成β-核苷

酶法合成[24]核苷类药物的原理是：利用微生物中产生的核苷磷酸化酶催化核苷、碱基转换反应，即以廉价供应的天然核苷为原料，将其核糖基进行化学修饰后作为核糖基供体，利用核苷磷酸化酶或脱氧核糖转移酶为酶源、天然的杂环碱基为核糖基受体，通过酶催化合成核苷及其类似物。反应式如下：

(脱氧)核苷1+碱基1→(脱氧)核苷2+碱基2

酶法合成具有高度的立体专一性，合成的产物中仅有β-构型核苷[25]。

周长林等[26]以2-脱氧尿苷和5-氟尿嘧啶为底物，由大肠杆菌产核苷磷酸化酶，合成了DFU。阮期平等[27]以尿苷和5-尿嘧啶为底物，利用产气肠杆菌突变株EAM-z1 为酶源合成了DFUR。

Klibanov首次报道了酶在有机溶剂中同样具有较好的催化活性及热稳定性，使非水相中的酶催化反应研究取得了进展。对于一些底物或者产物，可以采用非水相体系来提高反应得率。Riva等[28]利用非水相中酶促核苷的酰化反应来合成其羧酸酯类衍生物，反应区域选择性高、条件温和。

然而酶法合成存在着反应周期长、体系难以调控、酶活性难以保持的缺点。

3 化学-酶法合成β-核苷

辛自豪等[29]采用化学-酶法，以胸苷为原料，先用甲烷磺酰氯将2′，3′-位羟基保护得到2′，3′-二甲烷磺酰胸苷，然后在NaOH 水溶液中环化形成2′，3′-环氧胸苷，再与叔丁醇钾作用开环生成2′，3′-双脱氢-2′，3′-双脱氧胸苷，通过Pd/C 催化加氢生成2′，3′-双脱氧胸苷(2′，3′-Dideoxythymine，ddT)，然后以微生物游离细胞为酶源，通过碱基交换反应，催化ddT 和腺嘌呤(Adenine，A) 生成最终目的化合物ddA。该方法克服了糖苷键缩合时形成α/β混合构型及以腺苷为原料时腺嘌呤碱基上环外氨基需要保护的缺点。

Hironori等[30]采用化学-酶法合成了2′，3′-双脱氧-3′-F-β-D-鸟苷。即先采用化学结晶诱导法合成单一构型的2-脱氧-α-D-核糖-1-磷酸。以2-脱氧-D-核糖-1-氯化物为原料，与无水磷酸反应得到α/β混合构型的核糖-1-磷酸；再与环己胺反应，采用结晶诱导法使α-构型的核糖以环己胺盐的形式不断析出，最终得到α∶β为98.8∶1.2的环己胺-1-磷酸核糖；所得环己胺盐与鸟嘌呤在水溶液中酶催化糖苷化反应得到完全单一构型的2′，3′-双脱氧-3′-F-β-D-鸟苷。

4 展望

核苷及其衍生物在抗肿瘤、抗病毒方面具有显著的地位。过去，研究者大多致力于化学法合成核苷类药物，虽在单一构型β-核苷的选择性合成方面取得了很大进展，但所采用的方法仅适用于少部分核苷的合成，无法满足日益增长的需求，而且无法避免高毒、高污染的缺点。酶法合成绿色无毒，但反应周期长、酶活性难以调控、分离过程复杂。随着人们对药物研究的不断深入，对核苷类药物的毒性、药理活性、成本等提出了更高的要求，将化学法与酶法结合将是单一构型β-核苷类药物合成研究非常有前景的一个方向。这种方法可以降低合成难度，减少昂贵有毒试剂的使用，缩短生物培养的周期。如何更好地将化学法和酶法的优点结合，避免各自的缺点，合成出低毒性、低污染、高选择性、高效的药物将是核苷类药物研究的方向。

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