23羟基白桦酸A环修饰的磷酸酯类衍生物的合成开题报告内容： 23羟基白桦酸A环修饰的磷酸酯类衍生物的合成[研究的主要目的和意义]
白桦醇（Betulin, BN, 1）和白桦酸 (Betulinic acid, BA, 2) 是从植物中分离得到的羽扇豆烷类（lupane）五环三萜化合物。白桦醇是很早就发现的一个天然产物，1788年就有人提取并正确描述该物质。白桦醇广泛存在于植物中，白桦醇及桦树皮的提取物已用作护肤，护牙，护发等化妆品的添加剂。白桦醇具有中等的抗肿瘤、抗菌、抗炎、抗真菌、抗HIV、抗病毒活性，其衍生物的活性一般比白桦醇更好。白桦酸可以看做是白桦醇的氧化衍生物，而白桦醇可做为半合成白桦酸的原料[1]。白桦酸广泛分布于多种植物中，在白桦树皮中含量较高，在皱皮木瓜、齿叶黄皮叶、丹皮、桑白皮、酸枣仁、桉树球、胡芦巴、鸡脚参、藤山柳、大枣、魔芋等多种中药材中也均含有此成分。上世纪八十年代对天然产物的活性研究从混合提取物转向了单一成分。研究表明白桦酸比白桦醇具有更好的药学性质。目前报道的生物活性包括抗肿瘤、抗病毒、抗炎、抗骨质疏松、抗阿尔兹海默症、抑制血小板凝集、抗高血糖以及调节糖脂代谢抑制肥胖等。由于白桦酸的出色的抗肿瘤和抗HIV活性，在过去二十多年中，针对白桦酸的研究越来越多，是五环三萜类天然产物中研究的较为深入的成分。前药设计是指采用化学方法，对有活性的原药进行化学修饰，将其转变成无活性或低活性的衍生物，在体内通过酶或非酶作用，从而转化为活性物质发挥药理。前药的结构通常分为原药和载体两个部分，前药设计是在原药最适宜的功能基上拼合载体分子, 这个拼合过程要求能够简便和高效合成, 在体内又能完全逆转以释放原药, 而且在体内前药与载体都没有明显的生物活性。前药在保持或增强原药药效的同时又能克服了原药的缺点，如提高生物利用度、增加水溶性或脂溶性、降低毒副作用、降低首过效应、提高靶向性降低毒性以及延长药物作用时间等特性。前药设计已经成为药物开发的一种重要手段，为新药的研发提供了新的途径和思路。在前药设计中，母体药物分子中的各种官能团均可成为被修饰的对象。例如，含有羧基和羟基的化合物可修饰为酯类( 如羧酸酯和磷酸酯等) 前药; 含氮化合物可修饰为酰胺、亚胺、N-酰氧烷基衍生物、Schiff 碱、肟等前药; 含羰基化合物可修饰为Schiff 碱、肟和烯醇酯等前药。磷酸基作为核酸的组成部分大量存在于人体内, 作为对人体无害的内源性物质, 它能够帮助药物提高水溶性并向细胞内转运, 可作为一个优良的载体分子。磷酸酯/酰胺类前药就是以磷酸基为载体, 通过化学方法与原药结构中的羟基/氨基相连制得的一类前药。一般情况下, 含有磷酸基团的药物分子pKa为1～2, 在生理pH值7.0～7.4 条件下, 易脱去质子, 表现高负电性。因此,该类药物较难透过细胞膜, 致使到达靶标后药物的浓度很低, 口服生物利用度不理想。根据磷酸基团高电负性的特点, 药物化学家对磷酸酯药物进行了广泛的研究。一方面是改善药物的转运以克服透膜性差的特点, 另一方面利用磷酸基团极性大的特点引入到水溶性差的药物分子中改善药物溶解性。磷酸酯/酰胺化在新药开发中起到了很好的作用并得到了广泛的应用。倍他米松(26)由于溶解性低等问题只有口服剂型，而通过磷酸酯化成盐以后，提高了其溶解度，倍他米松磷酸钠(27)开发成注射用剂型，相对于口服剂型，注射用倍他米松磷酸钠能快速起效而达到治疗的效果。
HIV 蛋白酶抑制剂安普那韦( amprenavir, 28)在水中的饱和浓度仅为0. 04 g/L-1给药剂量很高(每次1200 mg，bid)；将其制成磷酸酯前药即福沙那韦( fosamprenavir, 29) 后水溶性为安普那韦的10倍，给药剂量也因此显著减少(每次700 mg，qd) ，提高了生物利用度，更易被患者接受。福沙那韦经肠道上皮的碱性磷酸酶水解后即可迅速释放出安普那韦。
PSI-352938(30)是临床上非常有效的HCV复制抑制剂，其结构含有特征环磷酸酯结构，在细胞色素CYP3A4、磷酸二酯酶（PDE）和腺苷脱氨酶样蛋白1（ADAL-1）的相继作用下活化。Jinfa Du等在此基础上，改变磷酸酯的侧链和腺苷烷氧基的类型合成了一系列衍生物(31)，得到了活性更高、毒性较低的前药衍生物。
由于在肿瘤组织中磷酸酯酶、酰胺酶含量或活性比正常组织高, 研究者设计将一些抗肿瘤药制成磷酸酯/酰胺前药, 以提高其靶器官缓释作用, 当药物进入肿瘤组织时, 会在酸性磷酸酯酶的作用下释放活性药物, 提高了活性药物在肿瘤组织中浓度, 同时对正常组织细胞的毒性较小。如己烯雌酚二磷酸酯是治疗前列腺癌的有效药物，服用后，到达癌组织时，经酶分解为己烯雌酚，使癌组织中的药物浓度高于正常组织，有利于治疗，较少对正常细胞和组织造成的伤害。
环磷酰胺(cyclophosphamide)是在氮芥的氮原子上连有一个吸电子的环状磷酰胺内酯。环磷酰胺在体外几乎无抗肿瘤活性，进入体内后先在肝脏中经微粒体功能氧化酶转化成4-羟基环磷酰胺，通过互变异构与醛磷酰胺存在平衡，二者在正常组织中都可经酶促反应转化为无毒的代谢物4-酮基环磷酰胺及羧基代谢物，对正常组织一般无影响。而肿瘤组织中因缺乏正常组织所具有的酶，不能进行上述转化。代谢物醛酰胺不稳定，在肿瘤细胞内发生-消除分解成丙烯醛、酰胺氮芥及水解产物去甲氮芥，均为较强的烷化剂。但临床应用环磷酰胺存在出血性膀胱炎的副作用，推测是由于丙烯醛的毒副作用引起的。Erion等根据抗肿瘤药环磷酰胺和异环磷酰胺 (ifosfamide) 的代谢特点, 设计合成了类似于环磷酰胺的前药。为了增加环的稳定性, 在C4位引入一个芳基或杂环芳基, 他们称此类前药为HepDirect前药。研究发现, 这类化合物在血浆或者其他组织中比较稳定, 并且在肝中快速水解成原药，能够增加肝脏药物浓度, 具有肝靶向性，提高了治疗指数, 降低了毒性以及延长了原药在体内的保留时间, 并发现肝细胞中的CYP3A 是此类化合物氧化开环的关键酶。磷酸酯前药设计同样成功应用于天然三萜化合物，例如将齐墩果酸（OA, 36）与三氯氧磷作用生成其磷酸酯，并制成单钠盐（37），结果显示，该钠盐的抗肿瘤活性为OA 的5倍。甘草次酸（GA, 38）的磷酸酯(39)同样保持了GA对11beta;-羟基类固醇脱氢酶的抑制活性。针对白桦酸水溶性较差（ 0.1g/mL）低至中等的药物渗透能力（log Pe -5.0）、生物利用度低以及高血浆蛋白结合率（70%）的特点，可以对23-羟基白桦酸的C-23位羟基进行磷酸酯前药化修饰，一方面引入高亲水性的磷酸基团，改善药物的水溶性，调节先导物的理化性质, 提高成药性。另一方面磷酸基团引入特殊保护基团，提高脂溶性、透膜能力和药物的生物利用度等药代动性质。[拟研究或解决的问题]1.熟悉天然产物合成与结构改造的一般流程。2.熟悉前药的设计思路与意义。3.建立白桦酸A环改造的构效关系。4.为进一步开发高活性的化合物提供依据。[采用的研究手段及文献综述]利用baldwin方法，即四氯钯酸钠诱导的环钯化反应成功完成了从白桦酸到23羟基白桦酸的半合成，合成路线如下(Scheme 1-4)：
Scheme 1-4. 23-羟基白桦酸的半合成路线A环的修饰A环的2位引入极性基团羟基和羟亚甲基活性降低甚至丧失(7, 8)； 1，2位成烯、3位为酮且C-2位取代的衍生物活性较好(9)。
我们设计了一系列23-羟基白桦酸环磷酸酯/酰胺类分子，其中R取代基主要为羟基和氮芥分子，期望得到类似环磷酰胺和HepDirect的前药分子，经过类似或不同的酶代谢或pH依赖的化学水解方式释放出23-羟基白桦酸衍生物和氮芥分子，增加靶向性、增强活性、降低氮芥类药物的毒性、提高成药性。与此同时，进一步完善23-羟基白桦酸衍生物抗肿瘤的构效关系研究，为23-羟基白桦酸进一步的前药设计奠定基础。
23-羟基白桦酸环磷酸酯/酰胺类分子通式参考环磷酰胺的合成，首先合成了氮芥双磷酰氯，在碱存在下，苄基保护的HBA与之发生酰化，然后脱苄基，得到3-O-23-O-环磷酰氮芥衍生物。
3-O-23-O-环磷酰氮芥衍生物的合成Reagents and conditions: (a) reflux, 20 h; (b) TEA, THF, 50 C , 10 h; (c) H2, Pd/C, THF, rt, 3 h.参考文献：[1]Mishra B B, Tiwari V K. Natural products: an evolving role in future drug discovery [J]. European journal of medicinal chemistry, 2011, 46(10): 4769-807.[2]Brown D G, Lister T, May-Dracka T L. New natural products as new leads for antibacterial drug discovery [J]. Bioorganic medicinal chemistry letters, 2014, 24(2): 413-8.[3]Szychowski J, Truchon J F, Bennani Y L. Natural products in medicine: transformational outcome of synthetic chemistry [J]. Journal of medicinal chemistry, 2014, 57(22): 9292-308.[4]Cragg G M, Grothaus P G, Newman D J. Impact of natural products on developing new anti-cancer agents [J]. Chemical reviews, 2009, 109(7): 3012-43.[5]Henrich C J, Beutler J A. Matching the power of high throughput screening to the chemical diversity of natural products [J]. Natural product reports, 2013, 30(10): 1284-98.[6]Newman D J, Cragg G M. Natural products as sources of new drugs over the 30 years from 1981 to 2010 [J]. Journal of natural products, 2012, 75(3): 311-35.[7]Butler M S, Robertson A A, Cooper M A. Natural product and natural product derived drugs in clinical trials [J]. Natural product reports, 2014, 31(11): 1612-61.[8]Dinda B, Debnath S, Mohanta B C, et al. Naturally occurring triterpenoid saponins [J]. Chemistry biodiversity, 2010, 7(10): 2327-580.[9]Sheng H, Sun H. Synthesis, biology and clinical significance of pentacyclic triterpenes: a multi-target approach to prevention and treatment of metabolic and vascular diseases [J]. Natural product reports, 2011, 28(3): 543-93.[10]Dzubak P, Hajduch M, Vydra D, et al. Pharmacological activities of natural triterpenoids and their therapeutic implications [J]. Natural product reports, 2006, 23(3): 394-411.[11]Kuo R Y, Qian K, Morris-Natschke S L, et al. Plant-derived triterpenoids and analogues as antitumor and anti-HIV agents [J]. Natural product reports, 2009, 26(10): 1321-44.[12]Augustin J M, Kuzina V, Andersen S B, et al. Molecular activities, biosynthesis and evolution of triterpenoid saponins [J]. Phytochemistry, 2011, 72(6): 435-57.[13]Hu J, Lu J R, Ju Y. Steroid/triterpenoid functional molecules based on 'click chemistry' [J]. Chemistry, an Asian journal, 2011, 6(10): 2636-47.[14]刘海宇, 张庆贺, 刘金平, 等. 达玛烷型三萜皂苷结构修饰研究进展 [J]. 中国实验方剂学杂志, 2012, 17(22): 269-73.[15]Wang S R, Fang W S. Pentacyclic triterpenoids and their saponins with apoptosis-inducing activity [J]. Current topics in medicinal chemistry, 2009, 9(16): 1581-96.[16]Laszczyk M N. Pentacyclic triterpenes of the lupane, oleanane and ursane group as tools in cancer therapy [J]. Planta medica, 2009, 75(15): 1549-60.
