紫杉醇的合成
苏州大学研究生考试答卷封面
考试科目: 有机合成考试得分
院别: 材料与化学化工学部专业: 分析化学
学生姓名: 饶海英学号: 20114209033
授课教师:
考试日期: 2012 年 1 月8 日
天然抗癌药物紫杉醇的合成进展
摘要:本文对多烯紫杉醇的合成的各种合成方法进行了综述。
关键词:多烯紫杉醇合成抗癌
多烯紫杉醇(daxotere) 商品名为多西她赛(Docetaxel) , 化学名为[ 2aR-( 2aα, 4β, 4aβ, 6β,9α, ( aR3, βS3) , 11α, 12α, 12aα, 12bα) ] -β- [ [ (1, 1 2二甲基乙氧基)羰基]氨基] -α-羟基苯丙酸[ 12b-乙酰氧-12 -苯甲酰氧-2a, 3, 4, 4a, 5, 6, 9,10, 11, 12, 12a, 12b -十二氢-4, 6, 11-三羟基-4a, 8,13, 13 -四甲基-5-氧代-7, 11-亚甲基-1H-环癸五烯并-[ 3, 4 ]苯并[ 1, 2-b ]氧杂丁环-9-基]酯,就是法国罗纳普朗克·乐安公司开发的半合成紫杉醇的衍生物,它对晚期乳腺癌、非小细胞肺癌、卵巢癌、前列腺癌、胰腺癌、肝癌、头颈部癌、胃癌等均有效。其作用机制就是通过与肿瘤细胞微管蛋白结合, 加强微管蛋白的聚合、抑制微管解聚,最终形成稳定的非功能性微管束, 从而抑制肿瘤细胞的有丝分裂与增殖[1-3] 。
商业化生产的紫杉醇类抗癌药物大多采用半合成方法,这就是现阶段最具经济性与可操作性的合成方法。多烯紫杉醇的半合成方法就是利用从红豆杉属植物的针叶中提取的10-去乙酰基巴卡亭Ⅲ (10-DAB ) ,通过选择性保护部分羟基, 然后在10-DAB C13位的羟基上连接合成的手性侧链, 再去掉保护基团得到。其中以多烯紫杉醇C13位侧链的合成以及该侧链与选择性保护的母核10-DAB进行酯化反应最为重要[4-5] 。
紫杉醇的构效关系已经被众多学者所研究与总结。具有游离羟基的C13位侧链,C2与C4位的酯基,C4、C5位四元含氧环及紫杉烷的刚性环结构对抗癌活性都起着很重要的作用。
1988年,Potier等从欧洲紫杉(Taxus baccata)中分离得到10-去乙酰巴卡亭(Baccatin) Ⅲ( DAB),DAB 已被成功地用来半合成紫杉醇,并已工业化生产[6]。半
合成紫杉醇被认为就是除人工种植外,扩大紫杉醇来源的最有效途径。随着对紫杉醇类似物构效关系的深入研究,第一个紫杉醇类似物的半合成药物多烯紫杉醇被开发成功。多烯紫杉醇C13侧链中C3N上叔丁氧羰基取代了紫杉醇的苯羰基,其体外对微管解聚的抑制率就是紫杉醇的2倍,抗癌谱也宽于紫杉醇,水溶性高出紫杉醇20倍[7]。
美国堪萨斯大学Syed研究组发现,C3位为叔丁氧取代的紫杉醇与多烯紫杉醇的类似物的细胞毒性强于紫杉醇,水溶性也高于紫杉醇与多烯紫杉醇。Ojima研究组制备的C3位含有多种取代基的多烯紫杉醇类似物,对多种人癌细胞株具有出色的细胞毒性,如对具有耐药性乳腺癌细胞株MCF7-MDR的细胞毒性,紫杉醇的IC50值为300 nmol /L,而该类似物的IC50值则为36 nmol/L[8]。
紫杉醇的C4甲基碳酸酯衍生物,其水溶性比紫杉醇强40多倍,口服给药后血药浓度约为紫杉醇的50多倍。在此基础上进行进一步的修饰,发现了新的紫杉醇类似物化合物,已处于临床试验阶段[9]。
1992年,14β-羟基-10-去乙酰巴卡亭( Baccatin)Ⅲ( 14β-hydroxyl-DAB)从喜马拉雅山紫杉(Taxus wallicbiana Zucc、)中分离得到,与紫杉醇及多烯紫杉醇的前体化合物10-去乙酰巴卡亭Ⅲ相比较,C14位多一个羟基。在此基础上,Ojima研究组合成了C3与C10位修饰的C1、C14位碳酸酯基-14β-羟基-10-去乙酰巴卡( Baccatin) Ⅲ衍生物,如已进入临床试验阶段的奥兰索,其对多药耐药细胞株的细胞毒性比紫杉醇强440多倍[10],口服时具有非常好的生物利用度(48%～50%),可以减少神经与其她毒性,还可以做为P糖蛋白(P-glycoprotein P-gp)的逆转剂[11]。
景临林等人[12]以反式一肉桂酸乙酯为原料,经不对称双羟化(AD)、环氧化、重氮化及氢化4步反应得到多烯紫杉醇手性C13侧链(4),然后用苯甲醛将其保护后与保护的10一去乙酰巴卡亭I11(6)对接,最后去保护得到多烯紫杉醇。多烯紫杉醇手性C侧链的4步反应总收率为76％,光学产率为99％,对接及去保护3步反应总收率为64％。在多烯紫杉醇手性C13。
侧链的合成过程中,对价格昂贵的金鸡纳生物碱衍生物配体进行了回收与再利用,大大降低了反应成本。同时还优化了反应过程,避免了柱色谱分离,有利于多烯紫杉醇的工业化生产具体合成路线见图1。
OC 2H 5O OC 2H 5
O 2H 54
HO OH 1
325
2OC 2H 5
O OH N 33
325OC 2H 5O OH NHBoc 4p-MeO-PhCHO,PPTS,NaOH(aq),MeOH,HCl
O
BocN MeO
DCC,DMAP,C 6H 5CH 3Troc=C 13CCH 2COO-
O BocN MeO
36 O O
OH
BocHN 8Zn,EtOH O O
OH BocHN 9
图1 多烯醇的合成路线
在多烯紫杉醇的合成过程中,多烯紫杉醇手性C 侧链的合成就是关键步骤,其合成方法主要有手性源合成与不对称催化合成两种。手性源合成普遍存在反应条件苛刻,立体选择性差,收率低的缺点,而不对称催化合成因其收率高,立体选择性好而备受人们的关注。文献[13]报道用不对称氨羟化(从)反应合成C 侧链,AA 反应不仅消耗大量昂贵的配体(DHQ)2PHAL,而且锇的用量也很大(就是AD 反应的20倍),使反应成本提高,易对环境造成污染。因此本文采用AD 反应合成C 侧链,但催化此反应的金鸡纳生物碱衍生物配体(QN)2PHAL 价格昂贵,增加了反应成本,文献
[12]用简便的方法对配体进行回收并多次重复使用,能得到很好的结果,大大降低了反应成本。配体进行5次重复使用试验,化学产率与光学产率均没有明显的改变。配体(QN)2PHAL 通过二氯甲烷萃取后浓缩再用乙醚沉淀即可回收。 参考文献
[1] 汤致强、 抗肿瘤药-多烯紫杉醇[J]、中国药学杂志,1999, 34(2):134、
[2] 宋沁馨,于立洁、 多烯紫杉醇的临床应用进展[J]、中国新药杂志,
2001,10(12):900-903、
[3] 孙燕,李维廉,管忠震、泰索帝治疗晚期乳腺癌与肺癌[J]、中国新药杂
志,1998,7(3) : 165-167、
[4] 王锋鹏、抗癌药物紫杉醇的发现、化学及构效关系[J]、华西药学杂
第6章紫杉醇生产工艺
第六章紫杉醇的生产工艺 6.1 概述 6.1.1 紫杉醇类药物 1、紫杉醇 紫杉醇（Paclitaxel，Taxol?）的化学名称为5β,20-环氧-1β,2α,4α,7β,13α-五羟基-紫杉-11-烯-9-酮-4-乙酸酯-2-苯甲酸酯-10-乙酰基-13-[(2′R,3′S) -N-苯甲酰基-3′-苯基异丝氨酸酯] ，英文化学名称为13-[(2′R,3′S) -N-carboxyl-3′-phenylisoserine, N-benmethyl ester, 13-ester with 5β,20-epoxyl-1β,2α,4α,7β,13α-hexahydroxytax-11-en-9-one-4-acetate-2-benzoate,trihydrate。 紫杉醇具有复杂的化学结构，属三环二萜类化合物，整个分子由三个主环构成的二萜核和一个苯基异丝氨酸侧链组成（图6－1）。分子中有11个手性中心和多个取代基团。分子式为C47H51NO14，分子量为853.92，元素百分比为C：66.41，H：6.02，N：1.64，O：26.23。紫杉醇难溶于水，易溶于甲醇、二氯甲烷和乙氰等有机溶剂。 图6－1 紫杉醇的化学结构 2、多烯紫杉醇 多烯紫杉醇（多西他赛，Docetaxel，Taxotere?，图6－2）是在开展紫杉醇半合成研究过程中发现的一种紫杉醇类似物，两者仅在母环10位和侧链上3'位上的取代基略有不同。多烯紫杉醇的化学名称是5β,20-环氧-1β,2α,4α,7β,10β,13α-六羟基-紫杉-11-烯-9-酮-4-乙酸酯-2-苯甲酸酯-13-[(2′R,3′S) -N-叔丁氧羰基-3′-苯基异丝氨酸酯]·三水合物，英文化学名称为-13-[(2′R,3′S) -N-carboxyl-3′-phenylisoserine, N-tertbutyl ester, 13-ester with 5β,20-epoxyl-1β,2α,4α,7β,10β,13α-hexahydroxytax-11-en-9-one-4-acetate-2-benzoate,trihydrate 。分子式为C43H53NO14·3H2O，相对分子质量为861.9。 1985年，法国罗纳普朗克乐安公司（Rhone-Poulenc Rorer）公司和法国国家自然科学研究中心（CNRS）以10-DAB作为母环骨架，通过半合成方法成功地合成出多烯紫杉醇，目
紫杉醇
抗癌药物 ——紫杉醇 一、前沿 1963年美国化学家瓦尼（M.C. Wani）和沃尔（Monre E. Wall）首次从一种生长在美国西部大森林中称谓太平洋杉（Pacific Yew）树皮和木材中分离到了紫杉醇的粗提物。在筛选实验中，Wani和 Wall发现紫杉醇粗提物对离体培养的鼠肿瘤细胞有很高活性，并开始分离这种活性成份。由于该活性成份在植物中含量极低，直到1971年，他们才同杜克（Duke）大学的化学教授姆克法尔（Andre T. McPhail）合作，通过x-射线分析确定了该活性成份的化学结构——一种四环二萜化合物，并把它命名为紫杉醇（taxol）。 紫杉醇具有显著的抗癌活性和独特的作用机理，现主要用于治疗晚期乳腺癌和卵巢癌等癌症。紫杉醇分子结构复杂，具有特殊的三环[6+8+6]碳架和桥头双键以及众多的含氧取代基。其全合成引起国内外许多有机化学家的兴趣。先后共有30多个研究组参与研究，实属罕见。经20多年的努力，于1994年才由美国的R．A．Holton与K．C．Nicolaou两个研究组同时完成紫杉醇的全合成。随后，S．T．Danishefsky(1996年)、P．A．Wender(1997年)、T．Mukaiyama(1998年)和I．Kuwajima(1998年)4个研究组也完成这一工作。6条合成路线虽然各异，但都具有优异的合成战略，把天然有机合成化学提高到一个新水平。 紫杉醇是目前已发现的最优秀的天然抗癌药物,在临床上已经广泛用于乳腺癌、卵巢癌和部分头颈癌和肺癌的治疗.紫杉醇作为一个具有抗癌活性的二萜生物碱类化合物,其新颖复杂的化学结构、广泛而显著的生物活性、全新独特的作用机制、奇缺的自然资源使其受到了植物学家、化学家、药理学家、分子生物学家的极大青睐,使其成为20世纪下半叶举世瞩目的抗癌明星和研究重点,包括寻找新的生物资源、化学全合成、半合成、衍生物制备、生物转化、生物合成、生物工程、构-效关系研究、作用机制研究、药理学和药效学等研究.2011年是发现紫杉醇结构40周年,对紫杉醇发现的曲折历史过程进行回顾和总结,以纪念这一伟大发现并纪念为紫杉醇的研究与第二代紫杉醇的开发作出贡献的科学家。 二、紫杉醇的制备 1.1 天然红豆杉植物提取 紫杉醇的最直接来源是对天然植物红豆杉属种的提取红豆杉属植物共11种，我国有4种及1种变种，它们分别是云南红豆杉、西藏红豆杉（又名喜马拉雅红豆杉）、中国红豆杉、东北红豆杉、南方红豆杉（又名美丽红豆杉）。由于这些植物数量极少，自身繁殖率低，生长缓慢，且紫杉醇的含量又极低（每千克干树皮最多只能得到50~150mg 的纯紫杉醇），生产1g紫杉醇需砍伐3~4棵60年树龄的大树。在这种情况下，要获得足够的紫杉醇用于临床研究和基础研究，单纯靠从天然植物树皮中提取必将给红豆杉属植物的在自然界中的生存带来极大的威胁。但由于从树皮中提取紫杉醇的工艺已经成熟且工业化，因此，人们可利用人工栽培的方法来解决天然资源不足的问题. 1.2人工栽培
紫杉醇地合成
紫杉醇的合成 这学期的有机合成设计原理与应用是陈老师教授的，给我感觉最深刻的是其灵活的头脑和丰富的知识储备，他教授的不仅仅是书本上的现有知识，还把他的人生经验也说给我们听，这样可以是我们避免走弯路错路。通过这门课程的学习，我知道书本上的知识是最基本的，首先我们应当把最基本的问题搞懂搞通，其次我们还必须查找丰富资料。巧妇难为无米之炊，就是这个道理。当我们拿到一个待合成的化合物时，首先我们先要分析它是由什么官能团组成的，往往有机合成不可能一步就能反应好的，所以我们就需要对合成路线进行分析，而最常用的设计方法就是逆合成法。 以下我以陈老师上课所讲过的紫杉醇为例，分析其合成方法与步骤。 紫杉醇是红豆杉属植物中的一种复杂的次生代谢产物, 也是目前所了解的惟一一种可以促进微管聚合和稳定已聚合微管的药物。同位素示踪表明, 紫杉醇只结合到聚合的微管上, 不与未聚合的微管蛋白二聚体反应。细胞接触紫杉醇后会在细胞内积累大量的微管，这些微管的积累干扰了细胞的各种功能,特别是使细胞分裂停止于有丝分裂期，阻断了细胞的正常分裂。通过Ⅱ-Ⅲ临床研究，紫杉醇主要适用于卵巢癌和乳腺癌，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、头颈部癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。 紫杉醇的化学结构式如下：
从中可以知道紫杉醇的化学结构极其复杂，它的分子中含稠合的两个六元环、一个八元环和一个四元醚环，并含有两个手性碳的侧链，共有十一个手性碳。由于红豆杉资源有限，因此对在合成紫杉醇的研究上是一重大挑战。在此，不对称合成方法就起了重要作用。 不对称合成法也称手性合成、立体选择性合成、对映选择性合成，是研究向反应物引入一个或多个具手性元素的化学反应的有机合成分支。按照Morrison和Mosher的定义，不对称合成是“一个有机反应，其中底物分子整体中的非手性单元由反应剂以不等量地生成立体异构产物的途径转化为手性单元”。这里，反应剂可以是化学试剂、催化剂、溶剂或物理因素。普通不对称合成是指依靠直接或间接有天然获得的手性化合物衍生的基团诱导产生手性化合物的合成。不对称合成目前在药物合成和天然产物全合成中都有十分重要的地位。但无疑，现在最完善的不对称合成技术，要数存在于生物体内的酶。能否实现像酶一样高效的催化体系，是对人类智慧的挑战。 但不对称合成法有何重要意义呢？举个简单的例子，青霉素我们再熟悉不过了，作为一种药力强，副作用小的抗生素药物，长期以来一直被人们广泛的使用。然而近来人们发现，青霉素分子同样存在两种手性分子，其中一种有药效，而另一种却根本没有。换句话说，我们花了一瓶青霉素的
紫杉醇的合成
苏州大学研究生考试答卷封面 考试科目: 有机合成考试得分 院别: 材料与化学化工学部专业: 分析化学 学生姓名: 饶海英学号: 20114209033 授课教师: 考试日期: 2012 年 1 月8 日 天然抗癌药物紫杉醇的合成进展 摘要:本文对多烯紫杉醇的合成的各种合成方法进行了综述。 关键词:多烯紫杉醇合成抗癌 多烯紫杉醇(daxotere) 商品名为多西她赛(Docetaxel) , 化学名为[ 2aR-( 2aα, 4β, 4aβ, 6β,9α, ( aR3, βS3) , 11α, 12α, 12aα, 12bα) ] -β- [ [ (1, 1 2二甲基乙氧基)羰基]氨基] -α-羟基苯丙酸[ 12b-乙酰氧-12 -苯甲酰氧-2a, 3, 4, 4a, 5, 6, 9,10, 11, 12, 12a, 12b -十二氢-4, 6, 11-三羟基-4a, 8,13, 13 -四甲基-5-氧代-7, 11-亚甲基-1H-环癸五烯并-[ 3, 4 ]苯并[ 1, 2-b ]氧杂丁环-9-基]酯,就是法国罗纳普朗克·乐安公司开发的半合成紫杉醇的衍生物,它对晚期乳腺癌、非小细胞肺癌、卵巢癌、前列腺癌、胰腺癌、肝癌、头颈部癌、胃癌等均有效。其作用机制就是通过与肿瘤细胞微管蛋白结合, 加强微管蛋白的聚合、抑制微管解聚,最终形成稳定的非功能性微管束, 从而抑制肿瘤细胞的有丝分裂与增殖[1-3] 。 商业化生产的紫杉醇类抗癌药物大多采用半合成方法,这就是现阶段最具经济性与可操作性的合成方法。多烯紫杉醇的半合成方法就是利用从红豆杉属植物的针叶中提取的10-去乙酰基巴卡亭Ⅲ (10-DAB ) ,通过选择性保护部分羟基, 然后在10-DAB C13位的羟基上连接合成的手性侧链, 再去掉保护基团得到。其中以多烯紫杉醇C13位侧链的合成以及该侧链与选择性保护的母核10-DAB进行酯化反应最为重要[4-5] 。 紫杉醇的构效关系已经被众多学者所研究与总结。具有游离羟基的C13位侧链,C2与C4位的酯基,C4、C5位四元含氧环及紫杉烷的刚性环结构对抗癌活性都起着很重要的作用。 1988年,Potier等从欧洲紫杉(Taxus baccata)中分离得到10-去乙酰巴卡亭(Baccatin) Ⅲ( DAB),DAB 已被成功地用来半合成紫杉醇,并已工业化生产[6]。半
紫杉醇化学半合成进展
文章编号:1009-220X (2001)03-0052-09 紫杉醇化学半合成进展ΞΞΞΞ 周忠强 梅兴国 常俊丽 陈 菁 柯 铁 (华中理工大学生命科学与技术学院,湖北武汉430074) 摘 要:综述了以10-去乙酰巴卡亭Ⅲ和10-去乙酰紫杉醇为前体的紫 杉醇化学半合成。 关键词:紫杉醇;半合成;10-去乙酰巴卡亭Ⅲ;10-去乙酰紫杉醇;侧链 中图分类号:O621.3 文献标识码:A 1971年,Wani 等[1]从短叶红豆杉(T axus brevifolia )树皮中分离得到紫杉醇(tax ol ,1)。它对常规化疗,包括顺铂在内无效的卵巢癌有独特的疗效。美国食品和药物管理局于1992年12月批准紫杉醇作为治疗转移性卵巢癌的新药上市,1994年又批准该药用于治疗转移性乳腺癌;加拿大和瑞典也于1993年批准该药上市,。 紫杉醇在树皮中含量只占树皮干重的0.007%～0.069%,而且提取难度颇大。紫杉醇的生物合成研究取得了较大进展[2],但与工业化生产仍有一定距离。多年来,化学家们一直致力于紫杉醇的化学合成研究。紫杉醇的全合成已取得成功[3～7],但皆因路线长、收率低等原因目前无法实现工业化。比较而言,化学半合成具有实用价值。已报 道的半合成一类以10-去乙酰巴卡亭Ⅲ(10-deacetyl baccatin Ⅲ )为前体,另一类则以10-去乙酰紫杉醇(10-eaccetyl tax ol )为前体。下面分别对这两类半合成进行综述 。第26卷第3期 2001年9月 广 州 化 学 G uangzhou Chem istry V ol.26,N o.3 Sept.,2000 收稿日期:2000-06-19 基金项目:国家“九五”科技攻关项目(96-C02-03-01)
紫杉醇的合成
苏州大学研究生考试答卷封面 考试科目：有机合成考试得分：________________院别：材料与化学化工学部专业：分析化学 学生姓名：饶海英学号： 033 授课教师： 考试日期： 2012 年 1 月 8 日
天然抗癌药物紫杉醇的合成进展 摘要：本文对多烯紫杉醇的合成的各种合成方法进行了综述。 关键词：多烯紫杉醇合成抗癌 多烯紫杉醇(daxotere) 商品名为多西他赛(Docetaxel) , 化学名为 [ 2aR-( 2aα, 4β, 4aβ, 6β,9α, ( aR3, βS3) , 11α, 12α, 12aα, 12bα) ] -β- [ [ (1, 1 2二甲基乙氧基)羰基]氨基] -α-羟基苯丙酸[ 12b-乙酰氧-12 -苯甲酰氧-2a, 3, 4, 4a, 5, 6, 9,10, 11, 12, 12a, 12b -十二氢-4, 6, 11-三羟基-4a, 8,13, 13 -四甲基-5-氧代-7, 11-亚甲基-1H-环癸五烯并-[ 3, 4 ]苯并[ 1, 2-b ]氧杂丁环-9-基]酯,是法国罗纳普朗克·乐安公司开发的半合成紫杉醇的衍生物,它对晚期乳腺癌、非小细胞肺癌、卵巢癌、前列腺癌、胰腺癌、肝癌、头颈部癌、胃癌等均有效。其作用机制是通过与肿瘤细胞微管蛋白结合, 加强微管蛋白的聚合、抑制微管解聚,最终形成稳定的非功能性微管束, 从而抑制肿瘤细胞的有丝分裂和增殖[1-3] 。 商业化生产的紫杉醇类抗癌药物大多采用半合成方法,这是现阶段最具经济性和可操作性的合成方法。多烯紫杉醇的半合成方法是利用从红豆杉属植物的针叶中提取的10-去乙酰基巴卡亭Ⅲ (10-DAB ) ,通过选择性保护部分羟基, 然后在10-DAB C 13 位的羟基上连接合成的手性侧链, 再去掉保护基团得到。其中以多 烯紫杉醇C 13 位侧链的合成以及该侧链与选择性保护的母核10-DAB进行酯化反应最为重要[4-5] 。 紫杉醇的构效关系已经被众多学者所研究和总结。具有游离羟基的C 13 位侧 链，C 2和C 4 位的酯基，C 4 、C 5 位四元含氧环及紫杉烷的刚性环结构对抗癌活性都起 着很重要的作用。 1988年，Potier等从欧洲紫杉(Taxus baccata)中分离得到10-去乙酰巴卡亭(Baccatin) Ⅲ( DAB)，DAB 已被成功地用来半合成紫杉醇，并已工业化生产[6]。半合成紫杉醇被认为是除人工种植外，扩大紫杉醇来源的最有效途径。随着对紫杉醇类似物构效关系的深入研究，第一个紫杉醇类似物的半合成药物多烯紫杉醇 被开发成功。多烯紫杉醇C 13侧链中C 3 N上叔丁氧羰基取代了紫杉醇的苯羰基，其 体外对微管解聚的抑制率是紫杉醇的2倍，抗癌谱也宽于紫杉醇，水溶性高出紫
Taxol biosynthesis and molecular genetics-紫杉醇生物合成途径
Taxol biosynthesis and molecular genetics Rodney Croteau*,Raymond E.B.Ketchum,Robert M.Long,Ru diger Kaspera &Mark R.Wildung Institute of Biological Chemistry,Washington State University,Pullman,WA,99164-6340,USA;*Author for correspondence(Tel:+1-509-335-1790;Fax:+1-509-335-7643;E-mail:croteau@https://www.360docs.net/doc/1d17459710.html,) Key words:baccatin,cytochrome P450taxoid hydroxylases,paclitaxel,Taxaceae,taxadiene synthase, taxane diterpenoids,taxoid acyl transferases,taxoids,Taxol,Taxus,yew. Abstract Biosynthesis of the anticancer drug Taxol in Taxus(yew)species involves19steps from the universal diterpenoid progenitor geranylgeranyl diphosphate derived by the plastidial methyl erythritol phosphate pathway for isoprenoid precursor supply.Following the committed cyclization to the taxane skeleton,eight cytochrome P450-mediated oxygenations,three CoA-dependent acyl/aroyl transfers,an oxidation at C9, and oxetane(D-ring)formation yield the intermediate baccatin III,to which the functionally important C13-side chain is appended in?ve additional steps.To gain further insight about Taxol biosynthesis relevant to the improved production of this drug,and to draw inferences about the organization,regula-tion,and origins of this complex natural product pathway,Taxus suspension cells(induced for taxoid biosynthesis by methyl jasmonate)were used for feeding studies,as the foundation for cell-free enzymology and as the source of transcripts for cDNA library construction and a variety of cloning strategies.This approach has led to the elucidation of early and late pathway segments,the isolation and characterization of over half of the pathway enzymes and their corresponding genes,and the identi?cation of candidate cDNAs for the remaining pathway steps,and it has provided many promising targets for genetically engineering more e?cient biosynthetic production of Taxol and its precursors. Abbreviations:DD-RT-PCR–di?erential display of mRNA-reverse transcription-polymerase chain reac-tion;DMAPP–dimethylallyl diphosphate;DXP–1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate;EST–expressed se-quence tags;GGPP–geranylgeranyl diphosphate;GGPPS–geranylgeranyl diphosphate synthase;IPP–isopentenyl diphosphate;IPPI–isopentenyl diphosphate isomerase;MEP–2-C-methyl-D-erythritol phos-phate;NMR–nuclear magnetic resonance spectroscopy;PAM–phenylalanine aminomutase; TS–taxadiene synthase. Taxol,arguably the most successful anti-cancer drug of all time,was structurally de?ned by Wall and Wani and their colleagues in1971(Wani et al., 1971)and gained?rst marketing approval from the U.S.Food and Drug Administration for the treatment of refractory ovarian cancer in1992and metastatic breast cancer in1994(Su?ness and Wall,1995).The very long development time for this drug was a consequence of limited supply from the original source,the bark of the Paci?c yew Taxus brevifolia(the harvest was destructive, the puri?cation was complicated,and the yields were low but,conversely,the politics of supply were exceedingly abundant(Goodman and Walsh, 2001)),coupled to formulation problems due to the very hydrophobic nature of this diterpenoid natural product and concerns about side e?ects (Arbuck and Blaylock,1995).Were it not for the encouragement of Matt Su?ness and others at the National Cancer Institute(Wall and Wani,1995; Phytochemistry Reviews(2006)5:75–97óSpringer2006 DOI:10.1007/s11101-005-3748-2
紫杉醇
第七章 7.4 紫杉醇的生产工艺 7.4.1 概述 紫杉醇（Paclitaxel，Taxol?，图1），最早是由美国化学家Wani 和Wall于1971年从太平洋红豆杉的树皮中提取到的一种具有抗肿瘤活性的物质。它具有独特的抗癌机制，其作用位点为有丝分裂和细胞周期中至关重要的微管蛋白。紫杉醇能促进微管蛋白聚合而形成稳定的微管，并抑制微管的解聚，从而抑制了细胞的有丝分裂，最终导致癌细胞的死亡。紫杉醇1992年12月被美国FDA批准用于治疗晚期卵巢癌。1994年，批准用于治疗转移性乳腺癌，1997年FDA批准使用紫杉醇治疗爱滋病关联的Kaposi's恶性肿瘤；1998年和1999年，FDA又分别批准半合成紫杉醇与顺铂联合使用作为治疗晚期卵巢癌和非小细胞肺癌的一线用药。紫杉醇是近几年国际公认的疗效确切的重要的抗肿瘤药物之一。 -五羟基-紫杉-11-烯-9-酮-4-乙酸酯-2-苯甲酸酯-10-乙酰基-13-a,13b,7a,4a,2b,20-环氧-1b紫杉醇具有复杂的化学结构，整个分子由三个主环构成的二萜核和一个苯基异丝氨酸侧链组成。分子中有11个手性中心和多个取代基团。分子式C47H51NO14，分子量853.92，元素百分比C：66.41，H：6.02，N：1.64，O：26.23。化学名：5 [(2′R,3′S) -N-苯甲酰基-3′-苯基异丝氨酸酯] 紫杉醇的来源最初以天然提取为主，主要是从由红豆杉属植物的树皮中分离得到。红豆杉植物是生长极为缓慢的乔木或灌木，其树皮中紫杉醇的含量平均为万分之一点五，从中提取紫杉醇的收率大约为万分之一，这样制取1 kg紫杉醇就需树皮10吨，这种生产紫杉醇的方法严重破坏资源和环境。目前，包括我国在内的许多国家都已经禁止或严格限制用这种方法来生产紫杉醇。为解决紫杉醇的大量供应问题，人们曾探索通过组织和细胞培养、化学合成等方法制取紫杉醇。其中，化学合成是人们首先想到的解决紫杉醇药源问题的一条途径。这里的化学合成又有全合成和半合成之分。 如前所述，紫杉醇的分子结构十分复杂，分子中有众多的功能基团和立体化学特征，如此复杂的结构堪称是对化学合成的一个挑战。1994年，紫杉醇的全合成在实验室获得成功[1，2]。到目前为止，文献报道的紫杉醇的全合成路线共有3条，即1994年由Holton和Nicolaou研究组几乎同时完成的2条路线以及1996年Danishefsky小组报道的路线。紫杉醇的全合成中，反应步骤多达20—25步，大量使用手性试剂，反应条件极难控制，制备成本昂贵，虽然具有重要的理论意义，但不适合大规模工业生产。 为了避免合成紫杉醇复杂的母环部分，人们探索了半合成的制备方法。研究发现，红豆杉植物中除紫杉醇外，还有大量母环结构与紫杉醇类似的化合物，其中，最重要的是巴卡亭
抗癌药物紫杉醇的制备、抗癌机理和应用前景
抗癌药物紫杉醇的制备、抗癌机理和应用前景 摘要紫杉醇具有显著的抗癌活性和独特的作用机理，现主要用于治疗晚期乳腺癌和卵巢癌等。紫杉醇分子结构复杂，具有特殊的三环[6+8+6]碳架和桥头双键以及众多的含氧取代基，其全合成引起国内外许多有机化学家的兴趣。本文简述紫杉醇的制备、抗癌机理和不良反应。 关键词紫杉醇制备抗癌机理不良反应 紫杉醇（Taxol）是从短叶红豆杉树皮中分离得到的一种四环二萜化合物。1992年12月29日美国FDA正式批准紫杉醇作为治疗晚期卵巢癌的新抗癌药物。由于该药疗效确切、副作用小，在美国上市后销售情况一直很好，并保持着20％以上的年销售增长率。2000年该药的销售额已超过10亿美元。紫杉醇被当今世界上公认为广谱、活性最强的抗癌药物，尤其是对子宫癌、卵巢癌、乳腺癌具有特殊的疗效，它的问世被誉为20世纪90年代国际上抗癌药三大成就之一[1]。美国FDA已原则上同意其他国家及厂家生产紫杉醇制剂并可以作为通用名药上市，这就打破了美国施贵宝公司对该药的垄断生产。这一决定意味着紫杉醇制剂价格将大幅下降，从而有利于广大肿瘤患者服用。然而由于这种天然化合物资源极其有限，严重的限制了其研究和应用的进度。同时尖锐的供需矛盾也在医学、化学和植物组织培养领域的科学家中引起了一场非同寻常的广泛研究，以增加这种化合物的来源和寻找高效、低毒、来源丰富的紫杉醇类似物。经过40多年努力，已经取得了可喜的进展。 1紫杉醇的制备 1.1天然红豆杉植物提取[2，3] 紫杉醇的直接来源是从天然植物红豆杉树皮、树叶中提取。但并不是所有品种的红豆杉树均含有紫杉醇，而且不同种类的红豆杉紫杉醇含量的多少差别非常明显。红豆杉属植物共11种，我国有4种及1种变种，它们分别是云南红豆杉、西藏红豆杉（又名喜马拉雅红豆杉）、中国红豆杉、东北红豆杉、南方红豆杉（又名美丽红豆杉）。紫杉醇在不同植物来源以及植物体不同部位的含量与提取分离有着直接关系。Vidensek对东北红豆杉幼苗以及成树的不同部位中的紫杉醇含量作了分析，结果表明，成树紫杉醇的含量高低依次为：树皮>树叶>树根>树干>种子>心材。对于不同植物来源的组织培养细胞中的紫杉醇含量，陈未名等作了大量研究，结果表明，愈伤组织中的紫杉醇含量以云南红豆杉为最高，其次为欧洲红豆杉，再次为红豆杉；而悬浮培养细胞中的紫杉醇含量从高到低依次为云南红豆杉、欧洲红豆杉、红豆杉。 红豆杉植物样品经过预处理，再用有机溶剂提取，然后用液-液萃取法、固相萃取法、CO2超临界流体萃取法等方法进行萃取，再经过柱层析法、薄层色谱法、沉淀法、胶束电动毛细管色谱法、膜分离法、树脂吸附分离法、高速逆流色谱法、化学反应法、药理作用靶点法分离纯化。
紫杉醇的提取工艺设计研究方案
紫杉醇提取纯化方法的研究进展 紫杉醇是最早从红豆杉属植物中分离出来的三环二菇类化合物，是继阿霉素和顺铂之后最热点的抗癌新药。紫杉醇具有复杂的化学结构，分子由3个主环构成二菇核，分子中有11个手性中心和多个取代基团，母环部分是一个复杂的四 环体系，有许多功能基团和立体化学特征。分子式C 47H 51 NO 14 ，分子量853.92。 同位素示踪表明, 紫杉醇只结合到聚合的微管上, 不与未聚合的微管蛋白二聚体反应。细胞接触紫杉醇后会在细胞内积累大量的微管，这些微管的积累干扰了细胞的各种功能,特别是使细胞分裂停止于有丝分裂期，阻断了细胞的正常分裂。通过Ⅱ-Ⅲ临床研究，紫杉醇主要适用于卵巢癌和乳腺癌，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、头颈部癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。 紫杉醇属于有丝分裂抑制剂,它的独特机制在于可以诱导和促进微管蛋白 聚合,促进微管装配及阻止微管的生理解聚,由此抑制癌细胞纺锤体的形成,阻止 有丝分裂的完成,使其停留在G2期和M期直至死亡,从而起到抗癌的作用。迄今为止紫杉醇是唯一促进微管聚合的新型抗癌药。这一新的发现引起了各国医药界的极大兴趣。现在已有包括我国在内的十多个国家批准了紫杉醇类药物的正式生产。目前有关紫杉醇研究的几个主要问题是:紫杉醇的提取;紫杉醇的人工合成;紫杉醇的临床应用(水不溶性问题的解决);紫杉醇的构效关系;紫杉醇的抗癌机理。紫杉醇的抗癌机理 1971年,Wani等报道了紫杉醇在一些实验体系中具有抗癌活性。1978 年,Schiff等发现紫杉醇在极低的浓度下(0.25μM)可以完全抑制Hela细胞的分裂,而且在对细胞4小时的培养过程中,对DNA、RNA和蛋白质的合成没有明显影响。
紫杉醇
羟丙基甲基纤维素 物理性状： 本品为非离子型纤维素醚，外观为白色的粉末，无嗅无味,溶于水及大多数极性有机溶剂和适当比例的乙醇/水、丙醇/水、二氯乙烷等，在乙醚、丙酮、无水乙醇不溶，在冷水中溶胀成澄清或微浊的胶体溶液。水溶液具有表面活性，透明度高、性能稳定。HPMC具有热凝胶性质，产品水溶液加热后形成凝胶析出，冷却后又溶解，不同规格的产品凝胶温度不同。溶解度随粘度而变化，粘度越低，溶解度越大，不同规格的HPMC其性质有一定差异，HPMC在水中溶解不受PH值影响。颗粒度：100目通过率大于100%。堆密度：0.25-0.70g/ (通常0.4g/ 左右)，比重1.26-1.31。变色温度：180-200℃,炭化温度：280-300℃。HPMC具有增稠能力，排盐性、PH稳定性、保水性、尺寸稳定性、优良的成膜性以及广泛的耐酶性、分散性和粘结性等特点。 用途介绍： 1.建筑业：作为水泥沙浆料的保水剂、缓凝剂使沙浆具有泵送性。在抹灰浆、石膏料、腻子粉或其他的建材作为黏合剂，提高涂抹性和延长可操作时间。用作粘贴瓷砖、大理石、塑料装饰，粘贴增强剂，还可以减少水泥用量。HPMC的保水性能使浆料在涂抹后不会因干得太快而龟裂，增强硬化后强度。 2.陶瓷制造业：在陶瓷产品制造中广泛用作黏合剂。 3.涂料业：在涂料业作为增稠剂、分散剂和稳定剂，在水或有机溶剂中都具有良好相溶性。作为脱漆剂。 4.油墨印刷：在油墨业作为增稠剂、分散剂和稳定剂，在水或有机溶剂中都具有良好相溶性。 5.塑料：作成形脱模剂、软化剂、润滑剂等。 6.聚氯乙烯：聚氯乙烯生产中做分散剂，系悬浮聚合制备PVC的主要助剂。 7.其它：本品还广泛用于皮革、纸制品业、果蔬保鲜和纺织业等。 1 羟丙甲纤维素(HPMC) 英文：Hydroxypropyl Methyl Cellulose 简称：HPMC或MHPC 别名：羟丙基甲基纤维素；纤维素羟丙基甲基醚；Hypromellose，Cellulose, 2-hydroxypropyl methyl Cellulose ether. Cellulose hydroxypropyl methyl ether Hyprolose；CAS号：[ 9004-65-3 ] 来源：HPMC为选用高度纯净的棉纤维素作为原料，在碱性条件下经专门醚化而制得，全过程在GMP条件和自动化监控下完成，不含任何动物器官和油脂等活性成分。物理性状：本品为非离子型纤维素醚，外观为白色的粉末，无嗅无味,溶于水及大多数极性有机溶剂（如：二氯乙烷）和适当比例的乙醇/水、丙醇/水等。水溶液具有表面活性、透明度高、性能稳定。HPMC具有热凝胶性质，产品水溶液加热后形成凝胶析出，冷却后又溶解，不同规格的产品凝胶温度不同。溶解度随粘度而变化，粘度越低，溶解度越大，不同规格的HPMC其性质有一定的差异，HPMC在水中溶解不受PH值影响。颗粒度：100目通过率大于100%。堆密度：0.25-0.70g/ (通常0.5g/ 左右)，比重1.26-1.31。变色温度：190-200℃,炭化温度：280-300℃。表面张力：2%水溶液为42-56dyn/cm。HPMC随甲氧基含量增加，凝胶点下降，水溶解度上升，表面活性也上升。HPMC具有增稠、排盐性、灰份低、PH稳定性、保水性、尺寸稳定性、优良的成膜性以及广泛的耐酶性、分散性和粘结性等特点。（仅供参考）用途介绍（仅供参考）： 1. 片剂包衣：在固体制剂中用作薄膜包衣材料，能形成坚韧、光洁美观的薄膜，使用浓度2%—8%。包衣后增加药剂对光、热、湿的稳定性；无味无臭，易于服用，而且HPMC对色素、遮光剂、润滑剂等其它材料相容性良好。普通包衣：用水或30-80%乙醇溶解HPMC，配成的3-6%溶液，加入辅助成分（如：土温-80、蓖麻油、PEG400、滑石粉等）。2. 肠溶性包衣隔离层：在片剂、颗粒剂表面先以HPMC 包衣作底涂隔离层，再在外面包一层HPMCP肠溶材料，HPMC膜可以提高肠溶包衣药剂在贮藏中的稳定性。3. 缓释制剂：以HPMC为致孔道剂，依托乙基纤维素为骨架材料，可制成缓释长效片。4. 增稠剂和胶体的保护胶剂及滴眼剂：作增稠剂常用浓度为0.45-1%。5. 粘合剂：作黏合剂一般浓度为2%-5%，用于提高疏水胶的稳定性，常用浓度为0.5-1.5%。6. 可用作延滞剂，控释剂致孔道剂和助悬剂。悬浮剂：作悬浮剂常用量为0.5-1.5%。7. 食品：作为增稠剂加入到各种饮料、奶制品、调味品、营养食品中，作为增稠剂、黏结剂、乳化剂、悬浮剂、稳定剂、保水剂、赋形剂等。8. 在化妆品中用作为黏合剂和乳化剂、成膜剂等。安全性：健康危害：本品安全无毒,可作食品添加剂,无热量，对皮肤、黏膜接触无刺激。一般认为是安全的（FDA1985），每日容许摄入量25mg/kg（FAO/WHO 1985），操作时应佩带防护用品。环境影响：避免任意抛撒使粉尘飞扬造成空气污染。物理及化学性危害：避免与火源接触，在密闭环境中应避免形成大量的粉尘，防止爆炸性危害。运储事项：注意防晒防雨防潮，避直接光照，密封于干燥处存放。包装规格：桶装：净重25kg/件
紫杉醇Danishefsky合成路线
紫杉醇Danishefsky合成路线 答：（一）D环的合成 a、硼氢化钠将羰基还原为醇 b、用乙酰氯、DMAP和吡啶酰基化 c、羰基被乙二醇在萘磺酸催化下保护为缩酮（双键移位） d、被活化的双键经过硼氢化-氧化反应得到醇 e、乙酰基被叔丁基二甲基硅基（TBDMS）取代，吡啶-铬酐把羟基氧化成酮 f、酮经过Corey-Chaykovsky反应得到环氧化物 g、异丙醇铝将环氧化物打开，得到烯丙基醇 h、四氧化锇和N-甲基-N-氧化吗啉氧化双键得到两个顺式羟基 i、一级醇被三甲基氯硅烷转化为硅醚 j、二级醇经三氟甲磺酸酐转化为磺酸酯 k、缩合成环氧化物 a g h b d e f j （二）C环的合成 a、用苄基溴，氢化钠和季铵盐作为相转移催化剂，用苄基保护醇 b、用R-甲苯磺酸从酮上除去缩醛保护基 c、通过与三氟甲磺酸三甲基甲硅烷基酯反应形成甲硅烷基烯醇醚 d、在甲醇中用四乙酸铅在氧化灌洗，开环生成了一个甲基基团和一个醛基 e、用甲醇和可力丁对甲苯磺酸酯（CPTS）将乙醛缩醛保护起来
f 、用氢化铝锂将酯还原为伯醇 g 、羟基被转化为亚硒化物，用过氧化氢氧化后得到烯烃 h 、用臭氧和三苯膦进行臭氧分解可提供醛 （三）A 环的合成 a 、乙基异丙基酮与吗啉反应 b 、与丙烯酰氯反应 c 、双键被水解，生成酮 d 、与肼在三乙胺和乙醇中的反应提供了腙 e 、与碘的反应，使碘腙碘化 f 、酮基被转化为三乙氧基氰、氰化钾和一种克罗米醚 g 、锂与丁基锂在-78°C 反应 O 2 N c f i
（四）B 环的合成 a 、酮基被脱保护，消除了三甲基硅基 b 、双键被氧化与MCPBA 的环氧化物 c 、在碳上加氢生成二醇 d 、作为环状碳酸酯酯，在二甲基甲酰胺中与碳酰亚胺咪唑和氢化钠反应 e 、脱氢化，烯烃还原 f 、在-78°C ，酮与苯基三氟酰亚胺和钾反应后转化为Te36 g 、Ive 组的缩醛基团被脱保护 h 、醛基脱氧，被转化为双键 i 、第二环闭合 O N O N O O O O 2 I O I O I CN OTMS Li CN OTMS a b c d g f h Cl O
紫杉醇
紫杉醇 1.紫杉醇的发现和历史 2.紫杉醇的化学结构 3.紫杉醇的提取分离方法 4.紫杉醇的合成研究 5.常见的几种紫杉醇药物 6.个人感想 1.紫杉醇的发现和历史 紫杉醇是红豆杉科红豆杉属植物的次生代谢产物，这类植物主要分布于北半球的温带至亚热带地区，全世界共有11种。最初，紫杉醇是从短叶紫杉（Taxus brevi folia）的树皮中分离获得的，在它的抗癌作用被发现之前，林木工人通常把它砍了当柴烧或者用来做篱笆。早在1856年德国科学家Lucas·H开始对Taxus baccata Linn(浆果红豆杉)进行化学研究，并从其叶片中提取出粉状碱性成分Taxine,但在随后的100多年里没有多大的研究进展。直到20世纪60年代，随着光谱技术的飞速发展，科学家才开始对红豆杉属的植物有了比较深入的研究。20世纪初，人们发现美国西部山区的一个有一片红豆杉林的小城镇中的居民很长寿，他们的寿命最短的在95岁以上，绝大多数的人寿命超过100岁，而且百岁老人随处可见。科学家到那里考察发现当地居民除了两个与其他地方居民不同的生活习惯外，其余的都差不多。一是当地居民喜欢采摘山林中的红豆杉树叶泡茶喝；二是经常去红豆杉林中散步或运动。这种现象引起了科学家对红豆杉的研究兴趣，他们从红豆杉树皮中提取出一种对许多类型的肿瘤细胞有细胞毒作用的提取物——紫杉醇。后来研究表明其化学结构为紫杉烷类中的一种四环二萜类化合物【1】。 1962年8月，在美国农业部任职的植物学家Barclay响应由美国国立癌症研究所（National Cancer Institute ,NCI）发起的植物提取物抗癌活性成分筛选研究,收集了7Kg太平洋紫杉的树皮寄回了NCI。这些样品后来经NCI北卡罗莱纳州“研究三角学院”（Research Triangle Institute ,RTI）分馏实验室的美国化学家Wani博士和Wall博士。他们分离提取得到紫杉醇的粗提物，在筛选实验中他们发现紫杉醇粗提物对离体培养的鼠肿瘤细胞有很高的抑制活性，有强烈的KB细胞毒作用及抗小鼠肉瘤和抗白血病活性。1966年9月，他们分离出了一个有活性得到纯化合物，并确定了其分子式为C47H51NO14，但是得率很低，只有万分之零点四。1967年6月，Wall将这个化合物命名为紫杉醇（taxol），-ol表示醇类（因为他们确信其有一个醇羟基），而tax-指它来自taxus。1971年，Wani和Wall与杜克大学（Duke University）的化学教授Mcphail合作，研究分析并确定其结构。1971年5月，他们在美国化学会杂志（Journal of the American Chemical Society ,JACS）上报道了这个初显抗
从天然植物中提取紫杉醇原料的最新工艺
Patent No. U.S. 6,759,539 Assignee: Chaichem Pharmaceuticals International, Laval, Canada Title or Subject: Process for Isolation and Purification of Paclitaxel from Natural Sources This is the first of three patents covering paclitaxel 10a that is a naturally occurring compound found in the bark of yew trees and has been shown to be useful in treating various cancer tumours. The amount of 10a obtained from the bark is low, and hence, large amounts of biomass and solvents are needed to obtain reasonable quantities. Synthetic procedures are under investigation. This patent, covering 10a and its derivatives, describes an improved process to extract 10a from twigs and needles of coniferous trees of the genus T axus. An earlier process from the same company to extract 10a involves several chromatography stages and recrystallisations, and it is not particularly amenable to large-scale production. The new procedure involves an initial aqueous extraction step to remove soluble impurities from the biomass. This is then followed by extraction of 10a with methanol, followed by its isolation by chromatography and crystallisation. The various stages of the process are summarised below: A porous bag containing twigs and needles of the tree is immersed in distilled water for 3 h at room temperature, the water is drained from the bag of biomass, and MeOH is added to the biomass in the tank at room temperature, the extract is collected and the solution concentrated by distilling off the MeOH, the crude solid is precipitated by addition of aqueous NaCl solution, collected by filtration, and then dried, the solid is dissolved in Me2CO, leaving resins and pigments, hexane is added to the solution to produce an oil that is collected and purified by low-pressure column chromatography at least once, the purified oil is dissolved in acetone and cooled to give crystals of 10a, and these may be recrystallised to improve the purity. --------------------------------------------------------------------------------