2-脱氧尿嘧啶核苷-5'-单磷酸二钠盐的制备

发布日期:2022/5/18 11:50:04

背景及概述

构成DNA的基本结构单位是脱氧核苷酸，结构修饰因此主要集中在磷酸骨架、糖环及碱基部分，这些修饰可以帮助提高寡聚脱氧核苷酸的稳定性及在细胞体内的杂交配对，同时也可以改变寡聚核苷酸的一些性质。在这之中，碱基部分承担着核酸的专一性识别功能。因此，引入一些指示性功能基团用作分子探针生物传感器，或对这部分结构进行修饰开发新的药物，就成为大部分实验室竞相研究的课题。2’-脱氧尿嘧啶核苷及其衍生物具有良好的生物活性，在抗病毒和抗癌药物中发挥着重要作用，2’-脱氧尿嘧啶核苷经过氟化可以合成得到2’-脱氧-5-氟尿苷，2’-脱氧-5-氟尿苷是一种高选择性、高效低毒的抗肿瘤药物，具有抑制细胞增殖的作用，对胃癌、结直肠癌等有较好的疗效，因此，合成2’-脱氧-5-氟尿苷的前体2’-脱氧尿苷具有重要的医学意义。2-脱氧尿嘧啶核苷的5位，因其在这个位置引入官能团符合DNA链构成的沟槽，不参与碱基间的氢键形成，并且不影响DNA的螺旋结构，被普遍认为是引入官能团的理想修饰位点。2-脱氧尿嘧啶核苷-5’-单磷酸二钠盐英文名称：2′-Deoxyuridine5′-mono-phos-phatedisodiumsalt，中文别名：2'-脱氧尿苷-5'-单磷酸二钠，CAS号：42155-08-8，分子式：C9H11N2Na2O8P，分子量：352.146。

制备

文献报道的2’-脱氧尿苷-5'-单磷酸二钠盐的合成方法有：1）以尿苷为原料，经过丙酰溴的溴代过程得到溴代并且2’-溴代的嘧啶核苷，然后在钯碳/醋酸铵体系下进行脱溴氢解，最后碱解脱除酰基得到。该反应体系用到了较高催化剂量的钯碳，工业生产成本较高。2）以尿苷为原料经过丙酰溴的溴代酰化过程，再使用RaneyNi体系催化氢化，而RaneyNi活性过高，生产过程较为危险，不适合进行规模化生产。这两种路线都需要经过丙酰溴溴代，需要使用3~4当量的丙酰溴，气味较大，环境污染严重。在本课题组前期研究的基础上，以2，2'-O-环尿苷为原料，在一定条件下与碘化钠反应，得到2'-I-2'-脱氧尿苷，经脱碘后得到2’-脱氧尿苷-5'-单磷酸二钠盐[1]，2-脱氧尿嘧啶核苷-5'-单磷酸二钠盐的合成路线图如下图：

图1 2-脱氧尿嘧啶核苷-5'-单磷酸二钠盐的合成路线图

实验部分

主要仪器与试剂

布鲁克公司AVANCEIIIHD600M核磁共振波谱仪，布鲁克公司AVANCENEO400M核磁共振波谱仪，安捷伦1200液相色谱仪。2，2’-O环尿苷。

实验步骤

2’-脱氧-2’-碘尿苷的合成

2，2’-O-环尿苷（10g，44.2mmol），对甲基苯磺酸（0.1g，0.5mmol），碘化钠（7.6g，50mmol）乙腈120mL，升温至80℃回流反应5h，降至室温，加入饱和硫代硫酸钠溶液至反应液由黄色变为无色透明，减压浓缩，浓缩物中加入90%乙醇（80mL），加热溶解，冷却后有白色固体析出，过滤，滤饼干燥后得到产品2’-脱氧-2’-碘尿苷14.2g，收率91%。

2’-脱氧尿苷-5'-单磷酸二钠盐的合成

2’-碘尿苷（5g，14.1mmol），10%的湿钯碳（0.1g）和三乙胺（1.8g，18mmol），加入到乙醇（100mL），室温搅拌30min，置换氢气，维持反应瓶中的氢气压力1atm，室温搅拌2h，TLC显示原料反应完全，加入2g硅藻土，搅拌10min后，抽滤除去钯碳，滤液浓缩得到油状物，再加入磷酸（50mL），加热溶解，冷却后有白色固体析出，过滤，洗涤至几乎无色，滤饼干燥后得到粗品2’-脱氧尿苷-5'-单磷酸二钠盐，重结晶后过滤，干燥，得纯品2.96g，收率92%，HPLC纯度98%。

结果与讨论

2’-脱氧-2’-碘尿苷的合成条件优化：2，2’-环尿苷经质子酸催化加碘得到2’-脱氧-2’-碘-尿嘧啶核苷，对该反应条件优化可以提高整个合成路线的收率。首先对质子酸、溶剂和温度进行了优化筛选，结果见表1，结果表明：以甲磺酸为催化剂，以乙腈溶剂，以40%的收率得到2’-脱氧-2’-碘尿苷，随后尝试了不同质子酸催化剂如三氟甲磺酸、对甲基苯磺酸等，当以对甲基苯磺酸为催化剂时收率可以提高到56%，之后又对不同的溶剂进行条件筛选，发现以乙醇和乙二醇为溶剂时产物收率反而降低了，所以就使用乙腈作为溶剂，以对甲基苯磺酸作为催化剂，改变反应的温度，当温度提高到80℃时收率达到91%，温度继续升高后收率反而有所下降，高温可能会使原料或者产物变质。综和以上对催化剂、溶剂温度等条件的筛选，合成2’-脱氧-2’-碘-尿嘧啶核苷的反应条件为：0.5mmol的对甲基苯磺酸，乙腈为溶剂，80℃反应5h。

反应条件：①2，2’-O-环尿苷（10g，44.2mmol），碘化钠（7.6g，50mmol），②分离收率。第二步脱碘的反应条件也进行优化，由于干钯碳比较危险，不太适合进行工业化生产，所以采用了湿钯碳，方便进行放大生产，同时对钯碳的用量进行了优化，考虑到其催化的反应时间和成本，最后采用10%的湿钯碳，以三乙胺做碱，乙醇为溶剂，1atm的氢气，室温条件下以92%的收率得到2’-脱氧尿苷。

结论

通过和以2，2’-O-环尿苷为原料，首先在对甲基苯环酸催化作用下得到2’-脱氧-2’-碘尿苷，再用钯碳加氢脱碘，通过两步反应以83.6%的收率得到2’-脱氧尿苷-5'-单磷酸二钠盐。与已有的方法相比避免使用气味较大的丙酰溴作为溴化试剂，缩短了反应步骤，提高了收率。该方法廉价易得，合成步骤短，收率较高，具有很高的工业应用价值。