核苷类药物由于具有良好的抗病毒和抗肿瘤作用而在临床上被广泛应用,近年来随着合成方法和药学研究手段的进步,大量新型核苷化合物被制备并用于抗病毒和抗肿瘤的研究,如替比夫定(telbivudine,L-dt)在2006年被FDA批准用于乙型肝炎的治疗。但对一些致病率高的病毒感染如乙型肝炎,和恶性肿瘤现有药物尚不能彻底解决问题,而且临床治疗中耐药性问题日益突出,严重地阻碍了此类药物的发展。因此寻找高效低毒的抗病毒和抗肿瘤核苷药物一直是人们研究的热点。核苷类化合物的抗病毒和抗肿瘤作用机制大都是由于具有与天然核苷类似的结构,掺入病毒或肿瘤细胞的DNA链中,干扰其DNA和蛋白质的生物合成而起到抗病毒和抗肿瘤作用的。核苷类化合物的修饰改造部位包括糖基和碱基部分,其中大部分为糖基修饰改造的产物。糖基改造修饰的类型包括无环核苷,脱氧核苷,杂原子引入,构型变化,糖环大小的变化等。1.目标化合物的设计根据对现有相关研究报道的分析发现,很多无环核苷具有抗病毒作用,核苷的糖基部分引入杂原子会引起生物活性的改变,硒元素通过影响生物体内的酶对抗肿瘤和抗病毒产生作用,近年来很多L-构型核苷具有较好的抑制病毒活性和较低的细胞毒性。在对已有核苷化合物的结构和活性分析基础上,本文以上述含氟(叠氮)无环核苷类似物、含硒核苷类似物、L-核苷类似物作为目标化合物进行化学合成及其生物活性研究,以便为今后相关研究提供借鉴和依据。2.目标化合物的合成采用逆合成分析手段对目标化合物的制备方法进行了设计,采用了在核糖核苷结构上进行糖基部分结构改造的路线。2.1开环核苷,氟,叠氮取代天然核糖核苷经选择性氨基保护、伯羟基保护、氧化、还原、磺酰化得到2’, 3’位活化的开环核苷,与亲核试剂叠氮化钠反应得到双叠氮取代的四种核苷类似物,通过对反应体系水分的控制解决了文献中与叠氮化钠反应收率低的问题。2’, 3’位活化的开环嘌呤核苷,与亲核试剂四丁基氟化按反应得到双氟取代的嘌呤核苷类似物;在开环尿苷的3位氮原子上引入保护基后再磺酰化活化,然后在2’, 3’位进行双氟取代,脱除3位保护基后进行基团转化得到相应的双氟取代胞嘧啶核苷类似物,解决嘧啶核苷直接氟化无法得到目标化合物的问题。在活化的开环嘌呤核苷磺酸酯与叠氮亲核取代反应中,控制反应条件和反应物配比,得到3’位叠氮基取代的磺酸酯,进一步氟化亲核取代反应并脱保护得到2’-氟-3’-叠氮基无环嘌呤核苷衍生物。在活化的开环嘌呤核苷磺酸酯的氟化亲核取代反应中,控制反应条件和反应物配比,得到新的关键中间体3’位氟取代的磺酸酯,进一步发生叠氮亲核取代反应并脱保护得到2’-叠氮-3’-氟无环嘌呤核苷衍生物。开环尿苷磺酸酯2, 2’分子内环合,3’位磺酸酯基被氟化后得到新的关键中间体,与叠氮化钠反应开环得到2’-叠氮-3’-氟产物,脱保护得到2’-叠氮-3’-氟-尿苷。未脱保护产物活化、氨解并保护得到2’-叠氮-3’-氟-胞苷衍生物。成功建立了选择性氟化方法。2.2含硒核苷2’, 3’位活化的开环核苷与硒亲核试剂硒氢酸钠(NaHse)水溶液环合等反应形成1,4-氧硒环己烷糖基结构,进一步脱保护得到含硒核苷类似物。与文献中制备1,4-氧硒环己烷基其他化合物的反应比较,收率高,且易于分离纯化。2.3 L-构型(六元环糖基)核苷以L-核糖为原料经5步反应制备L-核苷,再经选择性伯羟基保护、氧化、还原、磺酰化、环合、脱保护等反应得到L-构型六元环糖基尿嘧啶和胸腺嘧啶核苷类似物。未脱保护的L-构型六元环糖基尿嘧啶核苷类似物再经磺酰化、氨解、脱保护反应得到相应的L-胞嘧啶核苷类似物。该合成方法尽管步骤较多,但由于操作条件成熟,收率较高,纯化方便。论文工作期间共合成了108个化合物,其中58个化合物未见报道,化合物的结构用核磁共振(1H NMR, 13C NMR, H-H COSY)、质谱、高分辨质谱液和X-单晶衍射等分析测试手段进行了确证。3.初步生物活性研究本文对上述三类化合物分别对疱疹病毒和肿瘤细胞进行了初步生物活性研究。试验研究结果显示:①无环核苷化合物在实验中不显示细胞毒性,2’-氟-3’-叠氮基尿嘧啶和胞嘧啶核苷类似物对HSV-I具有显著活性,其余化合物活性不显著;②含硒核苷类似物对测试的肿瘤细胞作用不显著,但化合物之间存在显著差异;③L-核苷类似物在测试中无抗肿瘤作用。无环核苷和L-核苷类似物其他有关抗病毒活性的实验正在准备中。总之,本文成功地设计并合成了三类糖基改造的核苷类似物,同时对其合成工艺进行研究,得到有效的合成工艺路线。初步活性测定结果也为进一步研究新型核苷类药物提供了研究思路,丰富了核苷类化合物的研究内容。