李 洋, 崔琳琳, 邢志華, 劉穎杰, 袁 甜, 申光煥*

(1. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) a.藥學(xué)院; b.黑龍江省預(yù)防與治療老年性疾病藥物研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150076)

在過去對(duì)核苷類似物的研究中，發(fā)現(xiàn)此類化合物中的大部分具有抗腫瘤、抗病毒等[1-3]生理活性。目前已經(jīng)上市的和處于臨床試驗(yàn)的抗病毒藥物絕大多數(shù)屬于核苷類似物，其作為抗病毒藥物在抗病毒的化學(xué)治療中扮演著重要的角色[4-5]。核苷類似物可作為天然脫氧核苷酸的類似物嵌入病毒DNA雙鏈，由于其缺乏3′-OH而導(dǎo)致逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)終止[6-7]。然而，核苷類藥物的耐藥性，毒副作用大，活性不理想等[8]因素阻礙著核苷類藥物的發(fā)展。對(duì)于天然核苷的結(jié)構(gòu)改造、結(jié)構(gòu)修飾以增加藥物活性、降低藥物毒副作用是尋找新藥的重要手段。從首次發(fā)現(xiàn)碳環(huán)核苷化合物至今，已經(jīng)有一些五元碳環(huán)核苷從天然產(chǎn)物中分離，并表現(xiàn)出顯著的生物學(xué)活性[9]。為了篩選穩(wěn)定有效的先導(dǎo)化合物，許多的核苷類似物被相繼合成，并相繼開發(fā)成藥物[10]，核苷類似物的合成以及生物活性的篩選已經(jīng)成為目前核苷新藥研究領(lǐng)域新的的熱點(diǎn)。

Scheme 1

核苷通常定義為DNA或RNA亞基，并且由堿基部分如腺嘌呤，胸腺嘧啶，鳥嘌呤，胞嘧啶和尿嘧啶以及糖部分如D-核糖或D-脫氧核糖組成。糖修飾的核苷是抗癌和抗病毒藥物開發(fā)的主要合成靶標(biāo)[11]。其中呋喃糖環(huán)中的氧通過生物電子等排原理[12]被硫原子取代的4′-硫代核苷因其生物學(xué)特性，具有如抗病毒[13-14]和抗腫瘤[15]活性而受到特別關(guān)注。硫和氧屬于元素周期表中的同一族，它們的大小和電負(fù)性不同。X-射線晶體學(xué)分析表明4′-硫代核苷采用與相應(yīng)的4′-氧代核苷具有相同的構(gòu)象，表明4′-硫代核苷與4′-氧代核苷一樣可以是具有良好活性的臨床藥物。已知許多實(shí)例，在糖環(huán)中引入硫原子代替氧導(dǎo)致活性增加，如恩曲他濱和拉米夫定是用于治療HIV的兩種硫代核苷酸抗病毒藥，6-硫鳥嘌呤和其他天然核堿基的硫代類似物對(duì)增殖細(xì)胞具有高度親和力，其中一些已被用于治療癌癥，白血病和心絞痛。對(duì)于本次新型冠狀病毒， 瑞德西偉也展現(xiàn)出良好的活性，表明三磷酸鳥苷衍生物可用作抗新型冠狀病毒肺炎的特異性抑制劑[21-23]。此外，4′-硫代核苷具有更穩(wěn)定的糖基鍵和針對(duì)各種病毒或細(xì)胞酶的代謝穩(wěn)定性的提升等固有的優(yōu)點(diǎn)。盡管上面提到了4′-硫代核苷的優(yōu)點(diǎn)，但合成關(guān)鍵中間體4-硫代核糖的困難[24]，在過去的研究中，報(bào)道了許多的4′-硫代核苷類似物的制備合成，使得能夠?qū)Ω鞣N4′-硫代核苷進(jìn)行構(gòu)效關(guān)系的研究。

本綜述根據(jù)4-硫代核糖(2′位和3′位的羥基取代情況)的不同取代，大致分為三類：具有糖構(gòu)型的4′-硫代核苷、2′或3′-脫氧-4′-硫代核苷和2′，3′-雙脫氧-4′-硫代核苷，對(duì)近年來各類4′-硫代核苷類似物的合成研究進(jìn)展進(jìn)行了簡要回顧。

2008年，Nishizono等[25]通過合成硫代核糖進(jìn)而合成出糖基含硫的核苷類似物，通過對(duì)Jeong等[26]的方法改進(jìn)，用D-葡萄糖-γ-內(nèi)酯1為底物，合成出1,4-脫水-2,3-異亞丙基-4-硫代D-核糖醇2，接著對(duì)2的羥基進(jìn)行保護(hù)得到4和5，去保護(hù)基團(tuán)后得到4′-硫代腺苷7，產(chǎn)率為59%(Scheme 1)。

2016年，Qu等[27]設(shè)計(jì)合成出一系列作為具有潛力的HSP 90抑制劑的C8-取代-4′-硫代核苷類似物，并且對(duì)其抗腫瘤的活性予以研究。采用Pummerer反應(yīng)或Vorbrüggen縮合反應(yīng)和核堿基C8位的官能化通過Stille偶聯(lián)或親核芳香取代反應(yīng)作為關(guān)鍵步驟，從D-核糖成功合成了一系列C8-取代-4′-硫代腺苷類似物20a～20g，17和18。對(duì)于C8取代的4′硫代腺苷衍生物20a～20g的合成，首先從D-核糖合成糖基供體(14, Scheme 2)。D-核糖8轉(zhuǎn)化為L-萊索內(nèi)酯衍生物9[28]，再得到4-硫糖衍生物12[29]。使用Pummerer縮合反應(yīng)和C8改性作為關(guān)鍵步驟完成C8-取代-4′-硫代腺苷(20a～20g, Scheme 3)。測定化合物的HSP 90抑制活性，發(fā)現(xiàn)它們?cè)?00 μM時(shí)無活性。然而，8-碘衍生物17和18表現(xiàn)出有效的抗癌活性，表明不同的作用機(jī)制與其生物活性相關(guān)。

Scheme 2

Scheme 3

2017年，Wakamatsu等[30]設(shè)計(jì)并詳細(xì)描述了4′-硫代核苷的的合成路線。1,4-脫水-2,3-O-異亞丙基-4-硫代核糖醇是合成4′-硫代核苷的關(guān)鍵中間體，通過多個(gè)步驟從L-阿拉伯糖中獲得，關(guān)鍵中間體氧化后，將亞砜在存在全硅烷基化的核堿基的條件下進(jìn)行Pummerer型硫糖基化反應(yīng)，從而以高收率和β-選擇性獲得4-硫代核糖核苷。在還原條件下將甲磺酸鹽22直接轉(zhuǎn)化為所需的4-硫代核糖。反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行以提供高收率的23，并且通過5-O-甲硅烷基化和隨后的m-CPBA氧化將23轉(zhuǎn)化為5-O-甲硅烷基化的亞砜(25, Scheme 4)。

Scheme 4

Scheme 5

Scheme 6

Scheme 7

Scheme 8

25在三甲基甲硅烷基三氟甲磺酸鹽和三乙胺存在下與全硅烷基化的N4-乙酰胞嘧啶反應(yīng)，生成了以4′-異硫代胞苷衍生物26為主的β-異構(gòu)體。在氨水/甲醇體系中，通過DOWEX 50W H+陽離子交換樹脂實(shí)現(xiàn)26的脫保護(hù)，以高收率提供純的β-4′-硫胞苷27。同時(shí)，5-O-甲硅烷基化的亞砜25和尿嘧啶以良好的產(chǎn)率得到4′-硫代尿苷衍生物28，具有不可分離的α和β異構(gòu)體，在酸性條件下甲硅烷基和丙酮化物脫保護(hù)，以高收率得到了4′-硫代尿苷(29, Scheme 5)。

Scheme 9

2010年，Zheng等[31]合成D-2′-脫氧-2′,2′-二氟-4′-二氫-4′-硫代核苷。根據(jù)報(bào)道的方法[32]，可以容易地制備二氟化合物30。依次經(jīng)臭氧氧化，NaBH4還原，將化合物30轉(zhuǎn)化為醇31。再經(jīng)3步得到目標(biāo)硫代核苷34，35，36，37(Scheme 6)。

2018年，Yoshimura等[33]設(shè)計(jì)合成出4′-硫代-2′-脫氧-2′-亞甲基胞苷(4′-硫代DMDC)。其合成由木糖衍生物38開始，制備了噻二環(huán)糖39，然后氫化物還原，得到4-硫代阿拉伯糖衍生物40，在伯羥基上保護(hù)后得到41，對(duì)其氧化后進(jìn)行Wittig反應(yīng)，得到亞甲基衍生物，再將其脫芐基化并氧化成相應(yīng)的亞砜，得到42。接下來，用亞砜42對(duì)N4-乙酰胞嘧啶進(jìn)行Pummerer型硫糖基化得到45。45脫保護(hù)得到46及其α-端基異構(gòu)體(Scheme 7)。

2019年，Haraguchi等[34]設(shè)計(jì)出4′-C-氟甲基-2′-脫氧-4′-硫胞苷。首先，進(jìn)行用于4′-C-氟甲基同源物60的糖基供體54的制備。參照文獻(xiàn)[35]，從D-核糖獲得的醛47經(jīng)一系列反應(yīng)得到54。接下來，經(jīng)TMSOTf介導(dǎo)的54與甲硅烷基化尿嘧啶之間的糖苷化反應(yīng)在分離出72%的情況下得到2′-脫氧-4′-硫尿嘧啶核苷55。錫自由基介導(dǎo)的還原55得到了56?？梢詮?6到57中獲得胞嘧啶核苷58。將58轉(zhuǎn)化為乙酸酯59，然后去除59的保護(hù)基，得到目標(biāo)4′-C-氟甲基-2′-脫氧-4′-硫胞苷(60, Scheme 8)。

2020年，Cardinal-David等[36]提出了一種無環(huán)合成具有腺嘌呤核苷堿基的硫代呋喃糖苷N-糖苷的方法并合成出硫代核苷類似物65。該方法在區(qū)域和非對(duì)映選擇性方面提供了顯著的改進(jìn)。二硫縮醛61可由L-木糖衍生得到，并在碘活化下與未甲硅烷基化的6-氯嘌呤偶聯(lián)，得到62。使用Et3N·3HF對(duì)繼發(fā)TBS進(jìn)行脫保護(hù)，然后上甲磺酸酯離去基團(tuán)，得到硫代氨基縮醛63。1′,2′-順式呋喃呋喃糖苷64只需在2,6-二甲基吡啶中加熱即可形成。用氨置換C6-Cl并去除兩個(gè)芐基保護(hù)基團(tuán)得到了已知的硫代核苷類似物(65, Scheme 9)。

Zhang等[37]在C1和C4位的甲磺酰化66，得到化合物67，隨后在DMF中用硫化鈉處理等反應(yīng)，以定量收率得到苯甲酸酯69。用m-CPBA氧化69后與甲硅烷基化的N4-苯甲?；奏たs合，得到區(qū)域異構(gòu)體72與73。用飽和氨的甲醇溶液除去72的苯甲?；?，得到核苷74a和74b。為了證實(shí)核苷74a和74b的結(jié)構(gòu)和二氟化噻吩呋喃糖的聚合反應(yīng)的區(qū)域化學(xué)，進(jìn)一步研究了二氟化噻吩磺酰呋喃糖68的Pummerer反應(yīng)(Scheme 10)。

將68轉(zhuǎn)化為苯氧基硫代糖基衍生物，然后進(jìn)行后者的自由基脫氧，得到化合物75。用m-CPBA氧化75，然后與甲硅烷基化的N4-苯甲酰胞嘧啶縮合，也得到外消旋核苷77和78。78的脫保護(hù)通過氨解作用得到核苷(79, Scheme 11)。

Scheme 10

Scheme 11

Lequeux等[38]用黃原酸酯80以三乙基硼烷作為自由基引發(fā)劑與多種烯烴反應(yīng)[39]，受保護(hù)的醇81a與80在CH2Cl2中反應(yīng)，得到所需的氟代酯82a后形成硫醇84，在過量的TFA作用下反應(yīng)，得到內(nèi)酯85b。用DIBAL-H還原硫代內(nèi)酯85b，得到獲得硫代內(nèi)酯86，再進(jìn)一步乙酰化得到87，其準(zhǔn)備參與與雙三甲基甲硅烷基胸腺嘧啶的Vorbrüggen反應(yīng)。在新蒸餾的TMSOTf存在下，反應(yīng)得到硫代核苷類似物(88, Scheme 12)。

Scheme 12

4′-硫代核苷與4′-氧代核苷具有生物等排關(guān)系，并具有固有的優(yōu)點(diǎn)，例如穩(wěn)定的糖基鍵和增加的代謝穩(wěn)定性。盡管從20世紀(jì)90年代以來，鑒于反應(yīng)步驟的數(shù)量和總收率，合成方法得到了很大的改進(jìn)。但是和與4′-氧代核苷相比，在4-硫糖合成和更高的β-選擇性等方面仍有許多問題需要解決。所以對(duì)于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的硫代核苷類似物，其合成設(shè)計(jì)路線應(yīng)繼續(xù)完善，用創(chuàng)新性思維減少操作步驟，提高產(chǎn)率，保護(hù)環(huán)境。對(duì)于具有良好生物活性的核苷衍生物，要盡快開發(fā)出快捷和經(jīng)濟(jì)的合成方法，以降低成本，同時(shí)利用計(jì)算機(jī)模擬的技術(shù)對(duì)于碳環(huán)核苷類似物進(jìn)行分子設(shè)計(jì)以及生物活性與化學(xué)結(jié)構(gòu)之間關(guān)系研究[40]。對(duì)于新型硫代核苷類似物的合成與發(fā)現(xiàn)仍為研究熱點(diǎn)，以擴(kuò)大核苷類似物數(shù)據(jù)庫，為篩選具有生理活性的核苷類藥物打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。