紫杉醇全合成
紫杉醇合成
紫杉醇合成
紫杉醇（Paclitaxel）是一种重要的抗肿瘤药物，常用于治疗乳腺癌、卵巢癌、非小细胞肺癌等多种恶性肿瘤。
以下是紫杉醇的合成过程：
1. 合成起始物：利用紫杉醇最主要的合成起始物为天然产物
10-脱乙酰二羟甲杉醇（10-DAB III）。
10-DAB III是一种通过纯天然合成提取的二萜化合物。
通过对其进行一系列的化学改性和化学反应来合成紫杉醇。
2. 发挥骨架的活性：通过对10-DAB III进行结构改造反应，
例如保护羰基氧化脱除反应（ozonolysis reaction）、酸催化等，将羟基保护基替换为更活性的取代基，形成活性骨架。
3. 反应活化：将活性骨架进行结构改造反应，如羟基取代、酸催化等反应，引入一些临时保护基，以保护紫杉醇分子的不同官能团。
4. 防护基处理：对于引入的临时保护基进行去保护反应（deprotection reaction），以恢复紫杉醇分子原有的官能团。
5. 结构改建：通过一系列化学反应，如环化反应、氧化反应、取代反应等，构建紫杉醇分子的特定官能团。
6. 叶酸酯法合成：最近研究还发现可以利用叶酸酯法，直接将叶酸与10-脱乙酰二羟甲杉醇反应，生成紫杉醇。
这种新的合
成方法简单、高效，并且不需要经过复杂的结构改造反应。
需要注意的是，紫杉醇的合成过程非常复杂，需要多步的化学反应和精确的反应控制，对于合成技术的要求很高。
因此，紫杉醇的生产往往需要专门的合成工艺和设备，在工业生产中产量较低，造成紫杉醇的价格较高。
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。
紫杉醇的合成研究进展
化工能源化 工 设 计 通 讯Chemical EnergyChemical Engineering Design Communications·163·第47卷第1期2021年1月紫杉醇由于其良好的抗肿瘤作用，得到广大的关注，广泛应用于治疗乳腺癌、头颈癌、卵巢癌、肺癌等。
紫杉醇注射液、紫杉醇酯质体、紫杉醇（白蛋白结合型）等产品不断更迭换代、提高疗效，将紫杉醇更好地应用于临床实践。
紫杉醇结构化学名为5β，20-环氧-1，2α，4，7β，10β，13α-六羟基紫杉烷-11-烯-9-酮-4，10-二乙酸酯-2-苯甲酸酯-13[（2’R ，3’S ）-N-苯甲酰-3-苯基异丝氨酸酯]，结构如图1所示。
图1 紫杉醇结构式1 紫杉醇的全合成紫杉醇母核骨架为6-8-6碳环结构，其全合成自20世纪开始，全世界众多化学家致力于其合成路线的研究。
其全合成路线主要分为三个过程：紫杉醇母核骨架的合成；对骨架进行官能团反应，对其进行修饰；最后加上侧链苯基异丝氨酸完成全合成。
其全合成过程复杂、烦琐，耗时长，且效率低下。
Wender 合成是目前公开最短的紫杉醇全合成路线。
以化合物2为起点，经过系列反应得到化合物7，完成AB 环的合成。
经过C-3位反应和氧化反应得到10，经醇醛缩合得到12，完成C 环的建立。
然后经过C-5的溴取代，C-4、C-20臭氧化完成对含氧D 环的建立，得到13，再进一步得到巴卡亭Ⅲ（14），最后完成C-10乙酰化及侧链的加成得到紫杉醇。
其合成路线，如图2所示。
23OOOOHOH OTMSO OO O CHO45678OOO OOOOOOO OTBSTIPSOOTBSTIPSOCHOOH TIPSOTIPSOOBOMOHHO OBzOAcOTESO OO OOO 910TIPSOHO OH OHOH BrOTroeAcO AcOO OHO 1211OBzOBzHHOBOMTIPSOTIPSOHO HOHO 1314OCOPhOAcOBzH HHH O OOTES 1OO ONPhAcO AcOOHBzOTroe图2 Wender 合成路线2 紫杉醇的半合成紫杉醇的全合成烦琐且收率低，不适合大生产，于是应寻求更佳的合成方法。
紫杉醇的全合成
Mukaiyama的合成路线
Mukaiyama的合成路线
Danishefsky的合成路线
Wender的合成路线
J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2755-2756 J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2757-2758
Wender的合成路线
Wender的合成路线
Wender的合成路线
Wender的合成路线
紫杉醇（Taxol）
紫杉醇抗癌作用与生产现状
紫杉醇对卵巢癌、乳腺癌的治疗获得成功，治愈率达33%，有效 率为75%。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。是继阿霉素、顺铂以后，十五年来被认为是 对多种癌症疗效好、副作用小的新型抗癌药物。 紫杉醇主要是从红豆杉的根、皮、茎、叶中来提取。它的自然资 源数量有限，且其中有效成分的含量非常低。治疗一个病人需要6 棵百年树龄的红豆杉。 现在紫杉醇以及它的抗癌同源衍生物可以通过其前体进行化学半 合成制得。这些前体包括10-脱酰基巴卡丁 III、巴卡丁 III，10-脱 酰基紫杉醇，10-脱酰基三尖杉宁碱，7-戊醛基-10-脱酰基紫杉醇 等。 世界上年产紫杉醇仅250kg左右，市场供求失衡，价格十分昂贵， 每千克高达20多万美元
Kuwajima的合成路线
J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 12980
Kuwajima的合成路线
Mukaiyama的合成路线
Chem. Eu. J., 1999, 5, 121
Mukaiyama的合成路线
Mukaiyama的合成路线
Mukaiyama的合成路线
Mukaiyama的合成路线
书上紫杉醇合成方法
紫杉醇的化学合成途径1994年，美国佛罗里达州立大学R. Holton教授的研究组采用线性途径，实现了紫杉醇的全合成。
但是.紫杉醇的全合成步骤太多，总收率极低，因此没有进行大规模工业生产的意义。
1991年，Gibson等申请了用组织细胞培养方法生产紫杉醇及英类似物的美国专利。
中国华中理工大学王君健教授领导的研究组于1993年获得了细胞培养的紫杉醇，含量达0. 07% , 超过了同期国际上报道的0.032%的水平半合成的紫杉醇类似物紫杉醇的构效关系已经被众多学者所研究和总结。
具有游离疑基的C13位侧链，C2和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。
1989年佛罗里达州立大学的Robert A. Holton发现了一种半合成的方法，即由PhHadiraxel (l axol)Docetaxel Iv-L)caccrylb4ccatin III欧洲紫杉仃axus Baccata, European Yew)的树叶中提取的10-脱乙酰基浆果赤霉素111(10-Deacety I baccat i n 111)作为起始原料通过4步反应得到紫杉醇.欧洲紫杉树叶中的10-脱乙酰基浆果赤尊素III的含■可以达到0.1%o这一方法利用可再生的树叶，从而避免了砍伐紫杉得到树皮来提取的方法•在一定程度上解决了紫杉醇来源地匮乏。
1. n-BuLi, Et 2O, -78^C, 10 min2. benzoyl chloride, -78^C. 1h 95%Holton 的半合成路线(改进版)如下，10-脱乙酰基浆果赤霉素 I 11 (10-DeacetyIbaccat in 111)用三乙基氯硅烷先保护位阻相对较小的7-位的 二级醇，再把1 (Hi 的二级醇乙酰化得到仁1和环内酰胺2反应后在稀盐酸中 —步脱除TES(triethyIsi lyl)和EE(ethoxyethyI)的保护基直接得到紫杉醇。
紫杉醇有机全合成.
• 1994年，中国医学科学院药 物研究所有关专家会同中国 科学院的专家，在一次保护 野生红豆杉资源专题会议上 向林业部建议我国亦应颁布 保护这种野生资源的法令。 1995年野生红豆杉被列为国 家一级保护植物，相当于 “植物中的大熊猫”，严禁 砍伐。
紫杉醇来源的最新设想
• 目前生产紫杉醇的原料主要是红豆杉树皮， 而红豆杉是世界濒危的珍稀保护物种，所以 要在地球上得到紫杉醇非常难。由于太空环 境如微重力、高真空等条件与地面环境有天 壤之别，可以将紫杉醇菌带到宇宙飞船中， 实验证明，在太空特殊环境的“洗礼”中， 紫杉醇产生菌不但能够存活，而且它的繁殖 速度可以比地面高出许多倍，这就有望彻底 解决紫杉醇来源稀有的难题。
二、Nicolaou全合成路线(1994)
美国加利福尼亚大学圣迭戈分校Kyfiacos Costa Nicolaou教授领导的研究小组1994年1O月报了一 条紫杉醇全合成的路线-1 "J。Nicolaou法采非常简 明的会聚式合成战略，先分别得到含六元的A环化 合物和c环化合物，然后通过反应将A环与C环连接 起来并形成在其中间的含有8元环的B环，这样就 得到了含有ABC环的化合物，最后完成D环的构建 并连接上侧链。
将天然产物蒎烯(pinene)的氧化物verhenon(化合物 27)为起始原料，化合物27含有A环结构且可提供紫杉 醇母核骨架中20个碳中的1O个碳原子。经过若干步反 应将27转化为化合物31，再将化合物31转化为化合物 32，完成了AB环的构建。然后通过在C．3位上设计的 反应以及氧化反应得到化合物34、35，进一步通过醇 醛缩合得到化合物36、37，这样就完成了c环的构建。 再通过C．5位溴代、c4和C-20臭氧化完成了含氧D环 的构建(化合物38)，最后得到了Baccatin III(2)， 再完成C．10乙酰化及与侧链的加成反应等，最终完 成了紫杉醇的全合成(图7)
抗癌药物紫杉醇的全合成Holton合成紫杉醇路线的剖析
抗癌药物紫杉醇的全合成Holton合成紫杉醇路线的剖析一、本文概述本文旨在全面剖析紫杉醇全合成的Holton合成路线，这是一种被广泛研究和应用于抗癌药物紫杉醇生产的重要方法。
紫杉醇，作为一种具有显著疗效的天然抗癌药物，自被发现以来，其合成路线的研究一直备受关注。
Holton合成路线，作为其中的一种，凭借其高效、稳定和可持续的特点，在紫杉醇的工业生产中占据了重要地位。
本文将从紫杉醇的化学结构出发，详细阐述Holton合成路线的原理、步骤和关键反应。
我们将分析该路线的化学选择性、反应条件和反应机理，以揭示其高效合成紫杉醇的科学依据。
我们还将对Holton合成路线的优缺点进行评估，探讨其在实际工业生产中的应用前景和改进方向。
通过本文的剖析，我们期望能为读者提供一个清晰、全面的紫杉醇全合成Holton合成路线的理解，为相关领域的研究和开发提供有益的参考。
我们也希望借此机会推动紫杉醇合成路线的不断创新和优化，以更好地服务于抗癌药物的研发和生产。
二、Holton合成紫杉醇路线概述Holton合成路线是一种全合成紫杉醇的方法，由Robert A. Holton等人在1994年首次报道。
该路线从易得的原料出发，通过多步骤的化学转化，最终得到紫杉醇。
这一路线的成功，不仅为紫杉醇的大规模生产提供了可能，而且也为其他复杂天然产物的全合成提供了新的思路和方法。
Holton合成路线主要包括以下几个关键步骤：从简单易得的起始原料出发，通过一系列的化学反应，构建紫杉醇的基本骨架。
这些反应包括加成、消去、取代、氧化等，每一步都需要精确控制反应条件和选择适当的催化剂。
接下来，通过引入关键的侧链和官能团，进一步修饰紫杉醇的基本骨架。
这些侧链和官能团是紫杉醇具有抗癌活性的关键所在，因此它们的引入是整个合成路线的重中之重。
在这一步中，需要利用特定的化学反应，如酯化、酰胺化等，将侧链和官能团准确地连接到紫杉醇的基本骨架上。
通过一系列的纯化和结晶步骤，从反应混合物中分离出纯度较高的紫杉醇。
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。
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紫杉醇全合成
紫杉醇是一种用于治疗肿瘤的药物，其原料来自于太平洋紫杉树。
但
是由于太平洋紫杉树生长缓慢，净化成本高，所以大规模生产紫杉醇
是一项巨大的难题。
为此，科学家们开始探索紫杉醇的全合成方法，
即通过化学合成方式生产紫杉醇。
紫杉醇的全合成分为5个步骤：
第一步：合成环氧局部结构
在这个步骤中，将苯乙烯和氢氧化钠加入二氯甲烷中，制备出一个含
有羟基的物质。
接着，通过邻二甲基苯基酚的合成，将羟基改为酚环，得到紫杉醇所必需的环氧局部结构。
第二步：引入侧链
在这个步骤中，需要利用脂肪酸的结构来构建紫杉醇的侧链。
将乙烯
基叔丁基基乙烯酸叔丁酯与一系列的化学品反应，可以制备出紫杉醇
侧链的前体，即乙撑二酸酐。
第三步：连接环氧和侧链
在这个步骤中，需要将侧链与环氧局部结构连接起来。
将环氧与乙撑
二酸酐进行反应，得到含有侧链和环氧的物质。
第四步：制备紫杉醇的骨架
在这个步骤中，需要将紫杉醇骨架的各个部分连接起来。
将含有侧链
和环氧的物质与一系列的化学品反应，最终得到紫杉醇骨架，这个骨
架就是紫杉醇的主要结构。
第五步：去保护基
在这个步骤中，需要将合成过程中保护羟基的化学品去掉，使得紫杉
醇的羟基暴露出来。
通过一系列化学反应，去掉羟基保护基，得到最
终成品——紫杉醇。
总的来说，紫杉醇的全合成方法需要借助高级有机合成技术，包括羟
基的保护和去保护、各种侧链的引入等。
虽然整个合成过程比较复杂，并且需要很多的前体物质，但相比于从太平洋紫杉树中提取的成本，
这种化学合成方法仍然具有很大的优势，可以为大规模生产紫杉醇提
供技术支持。