|
流感是一種嚴(yán)重的呼吸道病毒感染，由于每年的流行病和無(wú)法預(yù)測(cè)的大流行病，造成了大量的發(fā)病率和死亡率。僅在美國(guó)，每年就有10-20%的人口受到流感病毒的影響，導(dǎo)致大約11萬(wàn)人住院，2萬(wàn)多人死亡，造成的損失估計(jì)達(dá)120億美元。自從1500年以來(lái)，世界發(fā)生了22次大流感，平均每25年發(fā)生一次。20世紀(jì)最近的幾次流感分別是：1918年西班牙流感，造成全球2000-5000萬(wàn)人死亡；1957年亞洲流感(100-200萬(wàn)人死亡)，1968年香港流感(約70萬(wàn)人死亡)，以及1977年俄羅斯流感。2002年11月，傳染性非典型肺炎（簡(jiǎn)稱SARS），29個(gè)國(guó)家報(bào)告臨床診斷病例病例8422例，死亡916例。2004年初，禽流感病毒，全球共有15個(gè)國(guó)家和地區(qū)的393人感染，其中248人死亡，死亡率63％。2009年3月，在墨西哥暴發(fā)的“人感染豬流感”疫情，蔓延到214個(gè)國(guó)家和地區(qū)，導(dǎo)致近20萬(wàn)人死亡。H7N9型禽流感是一種新型禽流感，于2013年3月底在上海和安徽兩地率先發(fā)現(xiàn)。截至2015年01月10日 ，全國(guó)已確診134人，37人死亡，76人痊愈。
從上述數(shù)據(jù)可知，“大流感”對(duì)人類(lèi)具有無(wú)差別殺傷力。因此，人們想方設(shè)法解決流感病毒問(wèn)題。預(yù)防流感的主要方法是接種疫苗。然而，為大部分人口生產(chǎn)足夠的疫苗需要6-8個(gè)月，并且疫苗儲(chǔ)存期只有18個(gè)月，而且應(yīng)該在接觸病毒前至少四個(gè)星期注射才有效。并且，流感病毒隨著季節(jié)變化而發(fā)生變異，這意味著每年需要生產(chǎn)一種新疫苗。
作為疫苗接種的替代品，抗病毒藥物可以用于防治流感。其中，奧司他韋（Oseltamivir）是一款非常有效的抗流感病毒藥物。今天，小編將帶領(lǐng)大家一起走進(jìn)奧司他韋研究之路 人們已經(jīng)證實(shí)病毒包膜上的一些分子實(shí)體為藥物相互作用的潛在靶點(diǎn)，即M2蛋白、血凝素和神經(jīng)氨酸酶(唾液酸酶)。 M2蛋白是病毒脂質(zhì)包膜上的一個(gè)離子通道，它控制依賴pH的核糖核酸蛋白釋放，從而導(dǎo)致病毒脫殼。 血凝素是一種表面糖蛋白，通過(guò)與呼吸道細(xì)胞膜上的唾液酸（1）末端殘基結(jié)合，引發(fā)感染。然后它誘導(dǎo)細(xì)胞接受病毒，開(kāi)始病毒復(fù)制過(guò)程。 
神經(jīng)氨酸酶也是一種表面糖蛋白，它裂解新生成的病毒粒子的唾液酸殘基，以避免病毒粒子聚集，否則使它們無(wú)法侵入新細(xì)胞。此外，這種蛋白質(zhì)還促進(jìn)了病毒通過(guò)呼吸道粘液的傳播。 因此，一種能夠結(jié)合并阻斷這些蛋白質(zhì)活性部位的藥物可能成為一種有效的治療方法。 20世紀(jì)80年代初，基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)的應(yīng)用，以及對(duì)神經(jīng)氨酸酶A、B及其與唾液酸配合物的X射線晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定，有助于確定官能團(tuán)與活性位點(diǎn)之間的結(jié)合作用。 這一發(fā)展促使人們?cè)O(shè)計(jì)出更有效的抑制劑，方法是用氨基或胍基等堿性基團(tuán)取代環(huán)上4個(gè)位置的羥基。因此，發(fā)現(xiàn)了扎那米韋(5)和奧司他韋(6)，它們是迄今為止該類(lèi)別中唯一批準(zhǔn)用于治療甲型流感和乙型流感的兩種藥物。
扎那米韋和奧司他韋在結(jié)構(gòu)上與唾液酸相似，它們被設(shè)計(jì)為氧鎓中間體9的類(lèi)似物，以模擬所提出的唾液酸苷酶解機(jī)制的過(guò)渡態(tài)(如下圖所示)，得到唾液酸(1)。競(jìng)爭(zhēng)阻斷神經(jīng)氨酸酶阻止唾液酸的裂解，因此，抑制病毒的釋放和隨后的傳播被過(guò)程。 
奧司他韋（Oseltamivir，Tamiflu, GS 4104-02, RO0640796）由吉利德科學(xué)發(fā)現(xiàn)，并在1995年發(fā)表于專(zhuān)利中。1996年，F(xiàn). Hoffmann-La Roche 公司簽署了該藥物的合作開(kāi)發(fā)，兩年半后在美國(guó)作為新藥申報(bào)注冊(cè)。1999年11月，該藥以磷酸鹽的形式生產(chǎn)銷(xiāo)售。奧司他韋的發(fā)現(xiàn)是在尋找一種比DANA(4)或扎那米韋(5)極性小的分子來(lái)制備口服活性藥物的結(jié)果。研究人員通過(guò)將大極性大甘油側(cè)鏈替換為極性較小大3-戊醇基團(tuán)實(shí)現(xiàn)。此外，還發(fā)現(xiàn)雙鍵大位置對(duì)該藥物對(duì)效價(jià)至關(guān)重要。高水溶性磷酸酯鹽，血清半衰期約3小時(shí)，是一種乙酯前藥，在肝臟被肝酯酶水解為活性形式奧司他韋羧酸酯。奧司他韋治療流感病毒對(duì)療效評(píng)價(jià)已經(jīng)有大量的研究報(bào)道。此外，關(guān)于該化合物的合成報(bào)道不下于60種。
下面，請(qǐng)隨小編一起學(xué)習(xí)奧司他韋的合成研究
吉利德科學(xué)公司研發(fā)了奧司他韋后，開(kāi)發(fā)了第一條合成路線，并進(jìn)行了大規(guī)模合成：
他們以 (-)-Quinic酸 57(奎寧酸)為初始底物，先用丙酮叉保護(hù)順式鄰二羥基，隨后對(duì)羧基進(jìn)行酯化，再用甲磺酰氯、三乙胺處理，得到羧酸乙酯65為主產(chǎn)物（三步收率69%）接下來(lái)，使用氯化亞砜、吡啶處理，經(jīng)過(guò)氯化、脫除過(guò)程，得到期望化合物66為主產(chǎn)物的結(jié)果。該混合物再用吡咯烷、四（三苯基膦）鈀處理，最終按57投料計(jì)算，烯酸乙酯66收率達(dá)到30%。隨后，使用3-戊酮高收率地替換下丙酮保護(hù)基；再用三甲基硅基三氟甲磺酸酯（TMSOTf)和硼烷二甲硫醚（BH3·Me2S）處理，結(jié)果71:72:73 = 10:1:1，期望產(chǎn)物為主；然后使用碳酸氫鉀在乙醇水溶液中，進(jìn)行環(huán)氧化反應(yīng)，產(chǎn)率接近定量，得到環(huán)氧化物74。使用疊氮化鈉對(duì)化合物74進(jìn)行環(huán)氧開(kāi)環(huán)，分別獲得化合75:76 = 10:1，收率85%；兩個(gè)化合物無(wú)需分離，經(jīng)三甲基膦處理，生產(chǎn)氮雜環(huán)丙烷77，收率97%。
接下來(lái)，再依次經(jīng)過(guò)疊氮化鈉開(kāi)環(huán)、乙?；Ｗo(hù)氨基、催還加氫還原，最后與磷酸在乙醇中成鹽，制備得到最產(chǎn)品。該路線為吉利德科學(xué)首次大規(guī)模合成路線，總步驟長(zhǎng)達(dá)12步，并且反應(yīng)過(guò)程中很多步驟存在反應(yīng)選擇性問(wèn)題，總收率不到5%！
作為一個(gè)經(jīng)典的合成方法，研究人員通過(guò)兩次疊氮化鈉開(kāi)環(huán)，經(jīng)歷兩次構(gòu)型翻轉(zhuǎn)，巧妙地構(gòu)建了手性中心。但是，疊氮化鈉的使用，也引進(jìn)了潛在的安問(wèn)題。F. Hoffmann-La Roche公司開(kāi)發(fā)了環(huán)氧化合物74的工業(yè)化合成。
(-)-莽草酸（(-)-Shikimic Acid）被選為底物，先經(jīng)酰氯與乙醇縮合，制備相應(yīng)的羧酸乙酯85；隨后經(jīng)歷兩條路線均可制備關(guān)鍵中間體70：其一，先經(jīng)3-戊酮保護(hù)順式鄰二醇，再與甲磺酰氯生成相應(yīng)的甲磺酸酯，即可獲得。其二，先用丙酮叉保護(hù)順式鄰二醇，再生成甲磺酸酯66，該化合物非常易于結(jié)晶，利于純化，隨后再與3-戊酮交換，得到目標(biāo)中間體70。雖然兩步法簡(jiǎn)短高效，但是中間體均為油狀物，不得不以粗產(chǎn)物進(jìn)行投料進(jìn)行下一步反應(yīng)。因此，實(shí)際生產(chǎn)中，以三步法為優(yōu)選。上面說(shuō)到，疊氮化鈉的使用帶來(lái)了潛在的危險(xiǎn)。因此，研發(fā)了不用疊氮化鈉的合成路線：
在工業(yè)化規(guī)模獲得關(guān)鍵中間體環(huán)氧74后，研究人員通過(guò)烯丙基胺對(duì)環(huán)氧進(jìn)行開(kāi)環(huán)，高效地制備得到烯丙基氨基醇88；接著通過(guò)鈀碳、乙醇胺處理，脫去烯丙基，獲得氨基醇89。
使用苯甲醛與胺89發(fā)生亞胺化，甲磺酰基保護(hù)羥基，烯丙基胺與亞胺發(fā)生胺交換，分子內(nèi)氮雜環(huán)丙環(huán)化，緊接著在過(guò)量烯丙基胺存在下發(fā)生開(kāi)環(huán)和亞胺化，最后經(jīng)鹽酸水解，得到雙胺化合物90。
使用乙酸酐處理90，得到酰胺胺91；再用鈀碳脫去烯丙基，最后與磷酸制備相應(yīng)對(duì)磷酸鹽化合物，完成奧司他韋的制備。
該路線首先選擇了具有合適雙鍵的天然化合物(-)-莽草酸為底物，僅需4步即可以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)氧化物70，四步總收率74%。隨后再經(jīng)過(guò)6步反應(yīng)，完成奧司他韋的制備。整條路線總共10步，總收率達(dá)到了25.7%。
這樣的路線，使得奧司他韋的量產(chǎn)成為可能。同時(shí)，研究人員以烯丙基胺代替具有潛在爆炸危險(xiǎn)性的疊氮化鈉作為胺源，這極大地提高了生產(chǎn)操作的安全性。
當(dāng)然，這樣的路線開(kāi)發(fā)，其背后是大量的工藝研究的結(jié)果，每一步反應(yīng)都應(yīng)該作為經(jīng)典學(xué)習(xí)。Roche Colorado公司開(kāi)發(fā)了奧司他韋磷酸鹽的二代生產(chǎn)路線：
同樣的，該路線以環(huán)氧化合物74為關(guān)鍵中間體，不同之處在于，第一步使用叔丁基胺對(duì)環(huán)氧乙烷進(jìn)行親核開(kāi)環(huán)，隨后經(jīng)甲磺酰氯、三乙胺在甲苯中處理，得到N-叔丁基氮雜環(huán)丙烷100。然后再用二烯丙基胺對(duì)氮雜環(huán)丙烷100進(jìn)行開(kāi)環(huán)，接下來(lái)經(jīng)過(guò)乙?；?、季銨鹽化，經(jīng)三乙胺處理脫去叔丁基，得到乙酰胺104。
醋酸鈀、三苯基磷處理脫去烯丙基，最后與磷酸進(jìn)行磷酸鹽化，制備奧司他韋磷酸鹽。
從關(guān)鍵環(huán)氧乙烷74出發(fā)，需要經(jīng)過(guò)8個(gè)步驟，總收率為60.7%，再按74收率74%計(jì)算，整個(gè)生產(chǎn)路線收率達(dá)到44.9%。相比一代生產(chǎn)路線，提高了19.2個(gè)百分點(diǎn)。該二代生產(chǎn)路線，基本思路與F. Hoffmann-La Roche公司開(kāi)發(fā)的生產(chǎn)路線基本上是一致的，只是巧妙地使用叔丁基胺、二烯丙基胺代替了烯丙基胺，提高了整條路線的生產(chǎn)收率。由此可見(jiàn)，生產(chǎn)工藝的研究應(yīng)該日新月異，不斷進(jìn)步。唯有這樣，才能夠高效低成本，同時(shí)還可以兼顧安全、綠色環(huán)保地生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。不斷地追求完美，這也是有機(jī)合成魅力之所在。
(-)-奎寧酸和(-)-莽草酸為底物，順利地完成了初代和二代生產(chǎn)路線，但是這兩個(gè)天然酸的獲取也不是那么容易。因此，研究人員希望開(kāi)發(fā)利用更簡(jiǎn)單的底物進(jìn)行合成的路線。
還是F. Hoffmann-La Roche公司，他們開(kāi)發(fā)了以呋喃和丙烯酸乙酯為底物，通過(guò)Diels-Alder加成反應(yīng)為關(guān)鍵，進(jìn)行骨架構(gòu)建： 
獲得關(guān)鍵化合物(-)-107后，與二苯基亞磷酸疊氮進(jìn)行[3+2]偶極環(huán)加成，隨后脫去一份子氮?dú)?，再用乙醇鈉-乙醇進(jìn)行酯交換處理，得到二乙基亞磷酰胺111。使用NaHMDS處理，高效高選擇性地制備得到化合物112，接著用甲磺酰氯酯化、3-戊醇親核開(kāi)環(huán)，得到中間體114。硫酸水解亞膦酰胺114，然后在乙醇中經(jīng)氯化氫處理，得到氨基鹽酸鹽116。該路線相比于前述研發(fā)路線、兩代生產(chǎn)路線，主要優(yōu)勢(shì)在于使用大化工產(chǎn)品為原料，可以保證大生產(chǎn)原料便宜易得，對(duì)于降低生產(chǎn)成本意義重大。
Corey團(tuán)隊(duì)，通過(guò)非對(duì)應(yīng)選擇性的Diels-Alder環(huán)加成反應(yīng)為關(guān)鍵，進(jìn)行奧司他韋磷酸鹽的合成：
Corey團(tuán)隊(duì)使用早期開(kāi)發(fā)的CBS不對(duì)稱催化試劑催化丁二烯133和丙烯酸三氟乙酯134進(jìn)行不對(duì)稱的Diels-Alder環(huán)加成反應(yīng)，高效高對(duì)應(yīng)選擇性地合成環(huán)基烯酸酯136（yield 97%, ee>97%)。接著在三氟乙醇中進(jìn)行氨解，定量轉(zhuǎn)化為酰胺137，隨后依次使用TMSOTf、碘處理，制備碘代內(nèi)酰胺138，再經(jīng)(Boc)2O轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的N-Boc內(nèi)酰胺139。
隨后，通過(guò)消除、溴代，再消除，生成氨基環(huán)己二烯酸酯142，進(jìn)一步與N-溴代乙酰胺進(jìn)行加成反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為溴化物143，經(jīng)堿處理發(fā)生分子內(nèi)SN2反應(yīng)生成N-乙?；s環(huán)丙烷144。接下來(lái)在三氟乙酸銅催化下，3-戊醇親核開(kāi)環(huán)，得到奧司他韋前體131，最后磷酸處理，轉(zhuǎn)化為奧司他韋磷酸鹽
通過(guò)不對(duì)稱的Diels-Alder環(huán)加成反應(yīng)，高效高選擇性構(gòu)建手性中心，并依次不斷誘導(dǎo)生成的手性中心，這是一個(gè)很值得學(xué)習(xí)的案例總共步驟也達(dá)到了12步，路線總收率維持在27.6%，這也是一個(gè)很不錯(cuò)的水平了。
F. Hoffmann-La Roche公司，還開(kāi)發(fā)了以下合成路線：
以苯酚衍生物出發(fā)，經(jīng)過(guò)還原去芳構(gòu)化、二羧酸酯去對(duì)稱化等關(guān)鍵步驟，完成具有適宜取代基六元環(huán)骨架的構(gòu)建，隨后經(jīng)過(guò)多步官能團(tuán)化反應(yīng)，最終通過(guò)14步線性步驟，完成了奧司他韋磷酸鹽的制備。該路線的意義同樣是采用了便宜易得的化工產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)適宜的路線優(yōu)化，順利完成了目標(biāo)產(chǎn)物奧司他韋磷酸鹽的制備。該路線中，催化順式氫化、以及對(duì)稱二羧酸酯去對(duì)稱化是值得學(xué)習(xí)的地方。路線中還是采用了疊氮化鈉，并且整個(gè)路線過(guò)程官能團(tuán)化程度一直都處于較高狀態(tài)，小編認(rèn)為這是需要改進(jìn)的地方。Soo Y. Ko等人研究了以D-Mannitol為底物合成奧司他韋的合成，這是因?yàn)楦事洞际菍?duì)映甘油醛的一種方便的來(lái)源。：
首先對(duì)D-Mannitol的進(jìn)行保護(hù)與氧化裂解，制備保護(hù)的甘油醛6，接著與乙烯基溴化鎂發(fā)生Grignard反應(yīng)，得到乙烯基醇7，隨后與原乙酸三乙酯縮合，制備羧酸酯8。接下來(lái)，在AD-mix-β存在下水解對(duì)應(yīng)選擇性關(guān)環(huán)，得到羥基內(nèi)酯9，經(jīng)甲磺酸酯后被疊氮基取代，轉(zhuǎn)化為疊氮10。隨后，經(jīng)硼烷二甲基硫醚處理開(kāi)環(huán)，Swern氧化得到醛12。在TBDMSOTf處理下，發(fā)生羥醛縮合反應(yīng)，制備得到13，再經(jīng)過(guò)水解乙酯化，生成醇疊氮14。疊氮14還原乙?；?，脫TBDMS保護(hù)，得到羥基烯酸酯16；接著再經(jīng)甲磺酸酯化、疊氮取代，最后還原，即可制備奧司他韋。選擇便宜的原料為底物，這是一個(gè)好的出發(fā)點(diǎn)。但是，總體而言，整個(gè)路線還是偏長(zhǎng)，并且兩次疊氮化反應(yīng)，小編認(rèn)為整條路線，流暢性還是略微欠佳。Lu等人則選擇D-酒石酸二乙酯為底物，進(jìn)行合成：
作者通過(guò)12個(gè)線性步驟，完成了奧司他韋的合成。小編查了一下，D-酒石酸二乙酯5 g售價(jià)40元，500 g售價(jià)不到400元，因此，總體而言還是比較便宜的一個(gè)底物。對(duì)應(yīng)選擇性Michael加成
Sebesta等人開(kāi)發(fā)了縮醛和硝基烯烴的對(duì)應(yīng)選擇性Michael加成反應(yīng)，并提出了一個(gè)改進(jìn)的奧司他韋合成方法：
二乙基縮醛底物13在例子液體中生成醛4，隨后與硝基烯烴在催化劑C1催化下，進(jìn)行不對(duì)稱Michael加成，接著再和亞磷酸丙烯酸酯9發(fā)生環(huán)加成反應(yīng)，制備奧司他韋前體10。 小編認(rèn)為暫且不說(shuō)該方法實(shí)際上的可行性，但是這樣新穎的方案，總覺(jué)得對(duì)于啟發(fā)靈感很有幫助，有時(shí)候腦洞大開(kāi)就能夠發(fā)現(xiàn)真理。畢竟，古人有云“踏破鐵鞋無(wú)覓處，得來(lái)全不費(fèi)功夫”。實(shí)際那是“不費(fèi)功夫”呀，沒(méi)有之前的“踏破鐵鞋”哪來(lái)的“不費(fèi)功夫”呢？Masakatsu Shibasaki等人通過(guò)逆合成分析，提出并實(shí)現(xiàn)了以L-Glutamic酸為底物，以及通過(guò)三組分策略方法，合成奧司他韋：
這篇文章值得說(shuō)的地方在于，作者提出了不同的合成思路，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。我們平時(shí)做研究什么的，也應(yīng)該廣開(kāi)思路，通過(guò)“大膽設(shè)想，小心求證”，肯定容易得出成果的。Hayashi等人開(kāi)發(fā)了時(shí)間上經(jīng)濟(jì)的奧司他韋合成方法：
從投料到最終產(chǎn)品完全合成得到，只需要短短六十分鐘?。?！有些同學(xué)估計(jì)連反應(yīng)投料量都沒(méi)有算好呢！這么神奇的全合成，快跟隨小編一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧：
硝基烯烴2與醛3在催化劑4催化下發(fā)生不對(duì)稱Michael加成，30分鐘制備中間體6，隨后再和亞磷酸丙烯酸酯7進(jìn)行關(guān)環(huán)（20分鐘），經(jīng)TMSCl處理得到硝基化合物9，再經(jīng)兩次微波反應(yīng)（各5分鐘），整個(gè)過(guò)程通過(guò)一鍋法進(jìn)行。 讀者朋友有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)什么呢？有彩蛋哦沒(méi)發(fā)現(xiàn)的，回看前面10 對(duì)應(yīng)選擇性Michael加成，那是2015年發(fā)表在ACS Sustainable Chem. Eng. 上的文章 Hayashi等人幾乎等于是把Sebesta等人提出的設(shè)想進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，并且還是完成了高時(shí)效地合成，該研究發(fā)表在Org. Lett. 上。雖說(shuō)奧司他韋目前是一個(gè)非常有效的抗流感病毒藥物，但是我們知道，病毒是在不斷進(jìn)化的。因此，為了保護(hù)廣大人民的健康，醫(yī)藥的研究也是要不斷深入。Schade等人在奧司他韋的基礎(chǔ)上，研究出新型的可以口服有效的奧司他韋衍生物：
從奧司他韋5逐步對(duì)氨基進(jìn)行修飾，最終發(fā)現(xiàn)羥胺衍生物9具有良好的口服有效性，可以作為一個(gè)前藥進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
奧司他韋作為目前一個(gè)重要的抗流感病毒藥物，其抗病毒療效顯著，因此其合成研究經(jīng)久不衰，至今有眾多的合成路線被提出來(lái)，相信今后還會(huì)有更加簡(jiǎn)潔有效的方法。同時(shí)的，病毒在不斷今后，新藥的研究具有重要意義，因此，無(wú)論是開(kāi)發(fā)創(chuàng)新藥物還是對(duì)現(xiàn)有藥物的新開(kāi)發(fā)，都是意義重大的。本期，小編帶領(lǐng)大家簡(jiǎn)單了解來(lái)奧司他韋的合成研究，愿各位讀者朋友都能夠有所獲有所得。
|
