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卡培他滨的合成工艺研究:化学-酶法合成卡培他滨

5-氟尿嘧啶(5-FU)1是一种用于治疗实体肿瘤(乳腺癌、结直肠癌和胃癌)的嘧啶衍生物。其血浆半衰期短,需要持续输注,而其低选择性是导致骨髓、胃肠道、中枢神经系统和皮肤毒性的原因。在2000年,合成了氟嘧啶衍生物卡培他滨。它可以选择性地将5-氟尿嘧啶(5-FU)释放到肿瘤中,且可以原封不动地通过肠粘膜。卡培他滨2(N4-戊氧羰基-5'-脱氧-5-氟胞苷,品牌名称希罗达),通过三种酶催化的三步代谢转化选择性地在肿瘤中生成5-FU,这三种酶分别是:羧酸酯酶、胞苷脱氨酶和胸苷磷酸化酶。最后一种酶在肿瘤组织中的浓度高于正常健康组织。

已经提出了各种卡培他滨的合成方法,从适当保护的5-脱氧d -核糖3a或3b开始,依次从d -核糖3c得到。

我们计划从5-氟胞嘧啶4与市售的1,2,3,5-四-O-乙酰D-核糖3D的N-糖苷化开始,将5'-CH2OH基团转化为5'-甲基酮的转化推迟到合成的后期步骤。通过这种方法,我们可以避免前面合成中描述的保护-去保护步骤,这是为了制备在位置1处适当官能化的2,3-保护-5-脱氧核糖所必需的(见方案1)。

 

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根据文献资料,5-氟代衍生物4的N-糖苷化所必需的5-脱氧核糖3A或3B的合成需要将β-D-核糖3C的5-羟基转化为卤素或甲苯基,经过适当的保护(通常分别作为1-羟基的甲基糖苷和2-羟基和3-羟基的丙酮胺)。用还原剂处理可提供5-脱氧糖。例如,通过1-羟基、2-羟基和3-羟基的乙酰化来去除保护基,提供了1,2,3-三-o-乙酰-5-脱氧衍生物3b,5-氟胞嘧啶的合适硅基衍生物化合物5的N-糖基化的起始材料。然后通过生成N4氨基甲酸酯和基本去除保护基来完成合成(方案1)。

卡培他滨的常规合成路线

方案1.卡培他滨的常规合成路线。

为了避免1,2,3-三-o-乙酰-5-脱氧-d-核糖3b的繁琐制备,我们决定用过氧乙酰化β-D-核糖3d制备n-糖苷化5-氟嘧啶硅基衍生物5,得到5-氟胞苷核苷6(方案2),该5-氟胞苷核苷6很容易从3d转化为相应的n4-戊基氨基甲酸酯7,产率为59%。

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方案2. 试剂:(I)六甲基二硅氮烷,(NH4)2SO4。(Ii)3D,SnCl4,C H2Cl2。(Iii)n-C5H11OCOCl,CH2Cl2,py

同时,在2'-、3'-和5'- o位置存在三个乙酰基,以及n4 -氨基甲酸酯和n1 -糖苷键,需要在温和的条件下选择性地去除5'位置的酯。在2005年的一篇论文中,这一结果已经在一些类似核苷的情况下通过甲醇中的碘实现了。在我们的研究中,该方法提供了理想的5'-脱氧化合物8和产品的复杂混合物,而6,即缺乏氨基甲酸酯功能的化合物,在相同的条件下,仅少量(10-20%)转化为相应的5'-脱氧衍生物。

考虑到温和的反应条件,已经在水解条件下或在其他官能化程度较低的脱氧核糖核苷或核糖核苷的乙酰酯的情况下在醇解中报道的酶方法似乎适合于容易地获得8。化合物6或7的5‘-酯的选择性水解以得到5’-脱氧中间体,通过几种天然酶,或通过来自念珠菌的重组脂肪酶,为化合物6提供5'-脱氧中间产物。

水解条件,通常需要使用助溶剂,用于溶解底物,小心的pH控制和从水介质中回收最终产品。我们选择的醇解条件也是过去在甾体化合物和大内酰胺上都给我们带来最佳结果的条件。在醇解条件下,过滤去除酶后,通过简单的溶剂蒸发回收最终产物。

N4-戊基氨基甲酸酯7用一些常见的商业脂肪酶处理,在乙醇中。即使在改变酒精之后,荧光假单胞菌脂肪酶(PFL)也不会改变底物(参见表1)。假丝酵母菌(CCL)和南极假丝酵母菌(CAL B)脂肪酶表现出低选择性,即使在低转化率下,也能在40-50%的量中与其他脱乙酰化产物一起提供5’-羟基-2,3’-二乙酸酯8(见表1)。对于不同的市售Cal B制剂,即Cal B CLEA,即酶交联聚集体(CLEA技术),观察到了更好的结果。酶的物理聚集体是通过一种双功能化合物交联的,该双功能化合物提供了一种通过改进稳定性、活性和对有机溶剂的耐受性而具有特征的制剂。cal b-clea在乙醇中催化的三乙酸乙酯7醇解反应主要发生在5'-羟基-2',3'-二乙酸8,转化率为93%。

这个令人鼓舞的结果,非常容易的加工和随后的高产量促使我们也用Alcalase Clea(Alcalase Clea)处理三乙酸酯7(Alcalase是来自地衣芽孢杆菌的碱性蛋白酶,也称为枯草芽孢杆菌)。这种酶制剂过去在拆分外消旋非蛋白原性氨基酸的情况下给了我们非常好的结果,有用的抗血栓形成氯吡格雷的光学纯Synthon。当应用于核苷7时,它显示出优异的选择性,几乎完全去除乙醇中醇解转化率为96%时的5‘-乙酸酯(91%)。

在柱层析后回收的纯5‘-羟基-2,3’-二乙酸酯8似乎是用于卡培他滨合成的合适的高级中间体:实际上,只有适当的5‘-基的还原处理才能获得所需的甲基团。然而,N-糖苷键的当代存在,对5-氟和N4-氨基甲酸酯进行了仔细的研究。5‘-甲磺酸9a的锂铝氢化物还原,其也可以去除2’和3‘乙酰基,提供了复杂的产品混合物。其他的尝试,例如,二甲基亚砜中的硼氢化钠或六甲基磷酸三酰胺中的氰化钠都没有成功,因为又一次得到了复杂的混合产物。

该问题通过用碘原子取代化合物9b的溴原子来解决。实际上,由5‘-溴9b与碘化锂在丙酮中反应制备的更具活性的5'-碘衍生物9c(85%)在室温下被四氢呋喃中的三丁基锡氢化物还原,产率为74%;这些反应条件不影响氨基甲酸酯功能。碘衍生物是通过溴核苷9b(从8,9h得到69%)而不是直接由酒精8制备的;实际上,我们观察到这种醇与三苯基膦和碘在室温下的反应,在文献中报道的不同核苷的条件下,需要较长的反应时间(大于48小时)才能获得不高于35%的转化率;试图加快动力学,将温度提高到60℃,并没有影响最终的转化率。尝试使用三苯基膦聚合物结合而不是游离的三苯基膦(为了避免三苯基膦和三苯基氧化膦对产品的污染)是否定的:在这些条件下,我们没有观察到任何将乙醇8转化为相应的碘衍生物的反应。

根据所报道的方法,N1-(2’,3’-二-O-乙酰基-5’-脱氧-β-D-核糖苷基)-5-氟-N4-(戊氧羰基)胞嘧啶10b的脱乙酰基提供了总收率为29%的卡培他滨2(方案3)。

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方案3.试剂:(i)Alcalase CLEA,CH3CH2OH.(i)CBr4,PhsP聚合物结合,CHzCl2.(ii)Lil,CHsCOCHs.(iv)(CaHs)3SnH,AIBN,THF.(V)NaOH,CH3OH。

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