学科综述
阿维菌素生物合成
张利平1
,陈 川
(河北大学生命科学学院,河北保定 071002) 摘 要:阿维菌素是迄今发现最有效的杀昆虫剂,杀螨虫剂和杀寄生虫剂之一.本文综述了其生物合成的途径、生物合成的基因簇.通过对合成基因进行不断的分离与测序,现在基本上对每一步合成途径的基因及编码的酶都有所了解.这使得人们可阻断特定基因表达构建新型菌株,以增加有效组分及新型的抗生素的产出.另外还可通过化学修饰的方法来提高阿维菌素活性.
关键词:阿维菌素;生物合成;基因改造
中图分类号:Q 939.26. 文献标识码:A 文章编号:1000-1565(2002)02-0189-06
阿维菌素是由除虫链霉菌(Strep tomy ces aver mitilis)产生的一类十六元大环内酯类抗生素.S trep to -my ces aver mitilis 最初是由美国Merck 公司研究者从一份来源于日本的土样中分离到的[1].阿维菌素具有广泛的抗寄生虫活性.虽然阿维菌素对细菌与霉菌无活性,但具有很强的驱虫和杀虫活性,并且抗寄生虫机制独特,与其它抗寄生虫药物无交叉耐药性[2]
.阿维菌素是迄今已发现最有效的杀昆虫剂、杀螨虫剂和杀寄生虫剂之一.它除了是一种农用抗生素外,近些年来将B 1组分通过加氢还原得到的伊维菌素已成功用于人类蟠尾丝虫病的治疗.它主要作用于细胞膜上的离子通道,使阴离子汇集,引起细胞的超极化作用,造成多种线虫及节肢动物麻痹[3].野生菌发酵液中通常有8种组分A 1a ,A 2a ,B 1a ,B 2a ,A 1b ,A 2b ,B 1b ,B 2b .只有B 1a 和B 1b 可以作药用.尤以B 1a 活性最高.
由于阿维菌素重要的生理活性和复杂的化学结构,引起人们极大的兴趣.阿维菌素为一种典型的次级代谢产物,生物合成复杂,原来人们通过对阿维菌素合成突变株的研究了解了其大概的合成途径,随着研究的不断深入,对合成基因已进行了不断的分离与测序,现在基本上对每一步合成途径的基因及其所编码的酶都有所了解.这使得人们可利用基因工程技术来构建工程菌,增加有效组分的产出和生产新型的阿维菌素.除了用生物方法,人们还通过化学修饰来产生抗虫活性更高的阿维菌素衍生物
.
avermect in
R 1X -Y R 2A 1a
CH 3CH=CH C 2H 5A 1b
CH 3CH=CH CH 3A 2a
CH 3CH 2-CH(OH)C 2H 5A 2b
CH 3CH 2-CH(OH)CH 3B 1a
H CH=CH C 2H 5B 1b
H CH=CH CH 3B 2a
H CH 2-CH(OH)C 2H 5B 2b H CH 2-CH(OH)CH 3 图1 阿维菌素结构式[2]
Fig.1 Structural formulae for avermectins
收稿日期:2001-12-20
作者简介:张利平(1955-),女,河北保定人,河北大学教授,博士,主要从事微生物资源与遗传育种研究.
第22卷 第2期
2002年 6月河北大学学报(自然科学版)Journal of Hebei U niversity (Natural Science Edition)Vol.22No.2Jun.2002
1 阿维菌素的结构及理化性质
阿维菌素是一组由十六元环内酯与一个二糖(齐墩果糖)所生成的苷(图1),在十六元环内酯周围还有一个含2个六元环的螺缩酮系及六氢苯并呋喃环系.根据C-5位上取代基的不同分为 A , B 组分;C-22和C-23之间单双键的差异分为 1 , 2 组分;C-25位上取代基的不同分为 a , b 组分.纯品为白色或浅黄色结晶,可溶于甲苯、乙酸乙酯、乙醇等溶剂,在水中溶解度极低[4].阿维菌素对酸敏感,用稀酸处理,引起C-13位上第一糖基的断开.此外,该类化合物对光敏感,如用紫外线照射,则可导致8、9和10、11之间双键的异构化[5].
2 阿维菌素的生物合成[6]
2.1 糖苷配基和双糖的合成
通过同位素标记生物合成所需的前体物质对阿维菌素的渗入研究表明:配糖体骨架是由一个a 支链脂肪酸S(+)-甲基丁酰脂肪酸或异丁酰脂肪酸为起始,7个乙酸盐和5个丙酸盐头尾聚合而成.C-25位的不同的取代基分为a,b 组分,a 组分的二甲基丁酰基来源于S(+)-甲基丁酰CoA,b 组分的异丁酰基来源于异丁酰CoA.S(+)-甲基丁酰CoA,异丁酰CoA 分别由L-异亮氨酸、L-缬氨酸通过脱氨、转氨和脱羧作用形成.与糖苷配基相联的双糖分子为齐墩果糖,是由葡萄糖分子直接转化而来.
2.2 阿维菌素的甲基化修饰
与大环内酯C-5和双糖中的C-3 、C-3 相联的3个甲基都来源于蛋氨酸的5-甲基,并且双糖先进行甲基化,然后才连接到糖苷配基上.
2.3 阿维菌素氧原子的来源
糖苷配基中的氧原子来源于标记的乙酸盐和丙酸盐,C-21位的氧来源于二甲基丁酰基或异丁酰基,但苯并呋喃C-6和C-8a 之间的氧则不是,可能来源于分子态氧.
2.4 阿维菌素合成途径
北里研究所与Merk 公司分别分离到几种突变株,通过中间体转化与突变株的积累产物分析使阿维菌素的生物合成途径得以阐明.阿维菌素有8个组分,a 与b 的区别仅在起始物不同,其他部分完全一样,在这里仅讨论a 组分的合成.合成途径见图2,相应的b 组分由缬氨酸、异丁基酸盐等起始.C22-C23的双键的1组分由组分2脱水形成;B 组分通过阿维菌素BO-甲基转移酶而转变为 A 组分.
3 Strep tomyces averm itilis 的阿维菌合成基因
阿维菌素产生菌S.aver mitilis 属于革兰氏阳性丝状菌.它的染色体为线形,约8.7Mbp.因为其在生物合成中具有复杂的次级代谢方式而引起人们广泛的兴趣.Omura 和Ikeda 等人对S.aver mitilis 99%的基因进行分析,发现了25种次级代谢的基因簇.Ikeda H 等使用柯斯质粒文库和aveD 基因,运用染色体步移技术鉴定了整个阿维菌素合成主要基因簇[7].全部82.0kb 的序列被克隆和测序.他们并推断出在这个区域基因的组织形式.这82.0kb 的序列包括18个开放阅读框架(ORF)(见图3).根据基因的排列将分4个部分介绍[8].
3.1 中心区4个阅读框架为聚酮合成酶基因
其分为两组,aveA 1-ave A2和ave A3-ave A4,它们负责合成阿维菌素的聚酮部分.这些成簇的聚酮合成酶基因编码12个同源酶活性组件(PKS AVES),每一个都催化新一轮聚酮链的延伸.AVES1(6,8a-闭联-6,8a-脱氧-5-酮阿维菌素糖苷合成酶;414kDa)包含两个组件负责聚酮链的延伸.AVES 2(666kDa)包含3个组件使之延伸到C13,AVES 3(575kDa)包含4个组件使聚酮链延伸到C7.AVES 4(510kDa)包含 190 河北大学学报(自然科学版)2002年
剩余的3个组件完成聚酮链的合成.比其他的抗生素如erythromycin,pikromycin 等的PKS 基因复杂得多.这4个酶具有55个活性位点构成了目前为止最为复杂的多酶体系.所有的组件都包括 -酮脂酰-ACP 合成酶、酰基转移酶和酰基转运蛋白(ACP)活性区域
.
图2 阿维菌素的合成途径[2,3]
Fig.2 Pathway for avermectin
biosynthesis
图3 阿维菌素合成基因簇图谱[8]
Fig.3 Organization of the gene cluster for avermectin biosynethesis
3.2 两套PKS 基因之间的2个开放阅读框架
aveC 和aveE,分别与aveA2和aveA3相连,aveC 与aveA2的翻译相耦联.虽然aveC 的突变导致只产生组分 2 ,C22-C23为羟基,aveC 基因的氨基酸序列与脱水酶假定活性位点并不同源,aveC 的功能还不很清楚,可能与聚酮化合物的合成后修饰有关.测序显示aveE 与aveA3,aveA4在同一转录单位上.aveE 氨基酸序列的C 端与cytochrome p450羟化酶较为一致.它的功能可能是在C-8a 处烯丙甲基位引入一个氧原子封闭呋喃环. 191 第2期张利平等:阿维菌素生物合成
3.3 PKS 基因右侧的9个开放阅读框架这些基因的序列与脱氧糖的合成酶和dTDP-糖转糖基酶相似.第一个阅读框架与aveA4相邻,与还原酶相似,但实际上在阿维菌素的合成中不起作用.在第一个阅读框架后的7个基因aveB ,aveB ,aveB ,aveB ,aveB ,aveB ,aveB 负责合成齐墩果糖和转糖基作用.
3.4 PKS 基因左侧的3个开放阅读框架
这3个开放阅读框架主要负责最初合成的糖基修饰.aveD 编码C5-O-甲基转移酶,它的活性需要S-腺苷甲硫氨酸.在aveD 的下游aveF 基因编码C-5酮还原酶,它在N 末端有NAD(P)H 结合基序.这与其他大环内酯类抗生素不同,除多功能的PKS 基因外,还有非PKS 酮还原酶的基因.当aveD 基因的启动子区被破坏,不仅使C5-O-甲基化的作用消失,而且aveF 的活性也随即消失,说明aveD 与aveF 基因为一个转录产物.aveR 与aveD-aveF 的转录方向相反.aveR 基因与rapmycin 合成菌的基因RapH 相似,主要作用为调控阿维菌素的合成.
Ikeda 等人通过对阿维菌素合成基因的详细研究,使得从基因水平上改良生产菌株成为可能.根据基因图谱运用基因工程技术构建出新型高产菌株,还可能减少无用组分的产出.并且能使人们更好的了解链霉菌次级代谢基因的多样性与复杂性,也为研究其他链霉菌的次级代谢产物的产出提供了参考.
4 阿维菌素生产菌的遗传改良
4.1 选择性生产阿维菌素B 1a ,B 2a
Omura [9]
等将野生型菌株经NTG 诱变得到k2034,它缺乏阿维菌素BO-甲基转移酶活力(aveD-)只产生B 组分而不产生A 组分.另一突变株k2021能渗入L-异亮氨酸及相应的酮酸盐到阿维菌素的骨架中,而L-v al 则不能渗入,只产生a 组分.将两株不同组分缺陷的突变株进行原生质体融合,结果筛选到只产B 1a 、B 2a 的阿维菌素生产菌k 2038.
4.2 选择性产生5-酮阿维菌素B 1a ,B 2a
Omura 等还通过插入一段8Kbp 的片段改变了C5氧甲基化的基因操纵子,变更后的片段通过基因移位技术诱导到染色体的相应区域,经交叉重组以后构建了选择性产生5-酮阿维菌素B 1a ,B 2a 的菌株,为二步化学合成5-肟衍生物提供了方便,阿维菌素5-肟衍生物能增加阿维菌素的活力.
4.3 选择性产生阿维菌素B 2a
M rozik 已确立了从阿维菌素B 2a 通过化学方法产生C22-C23脱氢B 1a 即伊维菌素B 1a 的方法[10],因此阿维菌素B 2a 单组分产生菌被认为是工业化产生伊维菌素B 1a 的最有效的方法.Ikeda 等利用体内体外两种突变方法得到B 2a 单一组分产生菌.体内突变法是用NTG 处理上述构建的k2038,分离到单一组分的B 2a 产生菌H48,但产量低.体外突变法是由于阿维菌素的生物合成完整的基因簇已被克隆,参与C22-23脱氢的基因(aveC)被确定为4.82bp-BamHI 片段.通过对菌株k2038染色体上含有aveC 区左边克隆了一个经PCR 反应错配的一段碱基,通过基因移位技术在染色体相应的区域产生了移位或颠换突变,从而得到了只产生阿维菌素B 2a 的菌株[11].
4.4 选择性产生6,8a-开环-6,8a-脱氧阿维菌素
Pang 等人对k2038继续通过NTG 诱变得到了可产生6,8a-开环-6,8a-脱氧阿维菌素衍生物的突变株[12,13].H afner 等[14]用这类衍生物作为母体,合成得到了一系列新的6,8a-开环-6,8a-脱氧阿维菌素衍生物,它们具有潜在的生物活性.
4.5 选择性产生C25不同的新型阿维菌素
最初起始a 支链脂肪酸是由L-异亮氨酸、L-缬氨酸经 支链氨基酸转氨基酶和 支链氨基酸脱氢酶(BCDH )作用生成的(见图4),另外 支链脂肪酮酸还可重新合成[15].BCDH 为多酶复合物由bkdFGH 基因编码,有四个功能组件,脱氢酶和脱羧酶(E1a,E1b),二氢硫辛酰胺脱氢酶E2,二氢硫辛酰胺酰基转移酶E3.Hafner [16]等人通过化学突变得到了无BCDH 酶活性的突变株(bkd-),该突变株在向发酵培养基中添加 支
192 河北大学学报(自然科学版)2002年
链脂肪酸或含有异丙基和sec-丁基的前体物质时才能合成正常的阿维菌素,当只加入S(+)-甲基丁酰脂肪酸时,将只合成A 1a ,A 2a ,B 1a ,B 2a ;加入异丁酰脂肪酸时则只合成A 1b ,A 2b ,B 1b ,B 2b .当添加其它脂肪酸时可产生一系列25位不是异丙基和异丁基的新型阿维菌素,通过加入800种潜在的前体物,60多种新型阿维菌素被鉴定出来[17].并且Hafner 等得到了C5-O-甲基转移酶与 支链氨基酸脱氢酶的双重突变株(aveD -,bkd-),当加入S(+)-甲基丁酰脂肪酸时,只合成B 1a ,B 2a ;加入异丁酰脂肪酸时只合成B 1b ,B 2b ;加入环己基脂肪酸时则只会合成商业上一种重要的环己基阿维菌素B 1(doram ectin,多拉菌素
).
图4 阿维菌素的起始合成[15]
Fig.4 Pathways of valine and isoleucine catabolism
4.6 选择性产生阿维菌素B 2与B 1的比例降低的菌株
野生型的Strep tomyces aver mitilis 合成的B 2与B 1的比例一般为2 1.如果能降低此比例将会减化工业上提取程序.Stutzman -Engw all 等人构建了一系列含有aveC 基因野生和突变阅读框的重组表达质粒,找到了可降低2 1比例的重组表达质粒.引入宿主后与宿主染色体发生重组最后得到了一系列组分比例降低的突变株,有的达到0.4 1左中[18]
.
4.7 aveR 基因失活提高阿维菌素产量
Stutzman -Engw al 等人克隆了两个基因aveR1、aveR2,这两个基因负责调控聚酮合成酶基因的表达与阿维菌素合成酶基因的表达.他们发现使这两个基因中的任何一个基因或同时两个基因失活将会使阿维菌素产量有大幅的提高.他们构建了这两个基因替换质粒载体pSE210、pSE214,与宿主染色体发生重组后分别得到了aveR1/aveR2基因缺失的和aveR2基因失活的突变株.突变株的产量比原来菌株提高了3.1- 3.4倍[19].5 阿维菌素的结构改造
为了得到结构更稳定、杀虫活性更强,作用更安全的阿维菌素,研究者对阿维菌素结构修饰进行了广泛的研究.并且一些结构的修饰使其具有了新的性能.其中最成功的例子是对B 1组分C-22和C-23位双键选择性的还原形成依维菌素[1]
.依维菌素较阿维菌素具有较高的安全性,从而得到了大规模的商业生产.4 -氨基阿维菌素的发现使阿维菌素的活性得到了提高,该系列中最具活性的衍生物是4 -脱氧-4 -表甲氨基阿维菌素B 1.对阿维菌素结构改造主要包括羟基的改造、螺缩酮的改造、配基(内酯环)的改造和六氢苯 193 第2期张利平等:阿维菌素生物合成
并呋喃环的改造.一般阿维菌素的结构改造不能破坏内酯环的构象,比如对螺缩酮、六氢苯并呋喃环的改造,因其均在内酯环外,对内酯环构象影响不大,所以这类衍生物基本能保持其生物活性.杂原子及杂环的引入也是对其结构改造的一个趋势[20,21].
6 结语
现在研究人员对阿维菌素合成途径的阐明,使得人们可在合成的任一步骤中引入突变,通过突变来得到新的高产和只产生特异性组分的菌株.在世界上许多国家相继出现抗阿维菌素类药物的虫株.频繁用药和亚剂量用药可能是导致抗药性产生的两大主要因素.只有不断通过基因工程和阿维菌素的结构化学改造,才能得到更稳定、更有效的阿维菌素.
参 考 文 献:
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Applications of Biotechnology on Fruit Trees Research
WAN G Jun -li 1,2,PE NG Sh -i qi 2,GE Hu -i bo
2
(1.College of Life Science,Hebei University ,Baoding 071002,China;
2.Department of Horticulture,H ebei Ag riculture University,Baoding 071001,China)
Abstract:T he applications of micropropagation,haploid,embryo culture,protoplast culture and som atic hybridization,gene transformation,and molecular m arkers on fruit trees research were reviewed in this paper.
Key words:biotechnology;fruit trees;summarize
(责任编辑:赵藏赏)(上接第194页)
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Biosynthesis of the Avermetins
ZHAN G L-i ping,CHEN C huan
(College of Life Sciences,Hebei U niversity,Baoding 071002,China)
Abstract:The avermetins are a group of closely ralated macrocylic lactones with exceeding ly high activity a -g ainst helminths and anthropods.This paper review the biosyntheticpathw ay of the avermectins and the organ-i zation of the biosynthetic gene cluster w hich many groups have analysed and cloned.According to the cloned gene cluster,people can use genetical technolog y to obtain the genetical strains w hich can produce more potent and non -tox ical avermectins and its derivatives.An ex tensive program of chemical modificaton can also be carried out to discover more active avermectins.
Key words:avermectin;biosynthesis;gene -modification
(责任编辑:陈 燕)
201 第2期王俊丽等:生物技术在果树学研究中的应用
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
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
生产： 先将D（-）-苯甘氨酸的侧链羧酸用氯化剂PCI5。做成酰氯，再与6-APA进行缩合反应而得。在反应罐中加入丙酮和水，降温到-5－-10℃时加入6-APA，再加盐酸苯甘氨酰氯，反应0.5h后用10%氢氧化钠调节pH至3.5。反应物用甲苯萃取。取水层，用10%氨水调节pH 值约3.0。用活性炭脱色，并过滤。滤液再用氨水调节使pH为4.8。静置，然后过滤，用丙酮洗涤，在40℃以下进行真空干燥得产品。 本报告技术部分对氨苄青霉素的生产工艺及技术进展做了详细的介绍，从工艺原理、工艺流程、工艺过程、反应机理、副反应及预防控制措施、设备、岗位定员、成本估算、环境保护、技术特点、产品质量标准等许多方面进行了深入探讨，可以供国内氨苄青霉素技术开发参考；本报告通过参考大量专利文献对氨苄青霉素的工艺技术进展做了系统介绍。 本报告市场部分从氨苄青霉素的用途、下游产品、国内外生产状况、国内潜在生产厂家、国外生产厂家及规模、国内外产量走势、市场状况及预测、供需状况分析及预测、价格、进出口状况、国内外市场分布、国内需求厂家及联系方式、国外需求厂家统计及潜在客户等诸多方面对氨苄青霉素的市场状况及发展方向做了详细论述，可作为氨苄青霉素的市场销售、客户开发、产品深加工等方面的重要参考信息。 本报告最后一部分对氨苄青霉素技术开发、项目投资、生产及销售等方面提出了指导性建议。 第一章：氨苄青霉素简介 第一节：产品概述 第二节：产品说明 第三节：理化性质 第四节：技术指标 第二章：氨苄青霉素国内外生产工艺及技术进展 第一节：国内外主要生产工艺介绍 第二节：国内外核心生产工艺详述 1）工艺原理 2）工艺流程 3）工艺过程 4）设备一览表 5）岗位定员 6）成本核算 7）环境保护 8）技术特点 9）产品质量标准 10）项目可行性分析 第三节：各种生产方法优缺点比较 第四节：国内外生产技术研究最新进展 第三章：氨苄青霉素用途
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
青霉素生产工艺 摘要：青霉素是人类最早发现的一种极其重要的抗生素,其杀伤革兰氏阳性细菌的神奇功效在二战中挽救了众多士兵的生命。它的发现对药物学乃至整个人类发展的重要意义。本文将对青霉素的生产工艺及其提取进行深入的讲解。 关键词：青霉素生产工艺发酵提取 一、青霉素的生物学特性 青霉素类抗生素是β-内酰胺类中1种,在分类上属于A类，酶的活性位点 上有丝氨酸，又称活性位点丝氨酸酶，其作用机制是水解β-内酰胺类抗生素 的β-内酰胺环，使抗生素失去活性。由于β-内酰胺类作用于细菌的细胞壁, 而人类只有细胞膜无细胞壁,故对人类的毒性较小,除能引起严重的过敏反应 外,在一般用量下,其毒性不甚明显,但它不能耐受耐药菌株(如耐药金葡)所产生 的酶,易被其破坏,且其抗菌谱较窄,主要对革兰氏阳性菌有效。青霉素G有钾 盐、钠盐之分,钾盐不仅不能直接静注,静脉滴注时,也要仔细计算钾离子量,以 免注入人体形成高血钾而抑制心脏功能,造成死亡。 二、青霉素的发酵 青霉素的发酵生产的一般工艺流程： 青霉素生产菌不同，发酵工业也有区别。 丝状菌的青霉素发酵工艺流程：沙土管→斜面母瓶（孢子培养，25℃，6～ 7d）→大米孢子斜面（孢子培养，25℃，6～7d）→种子罐（种子培养，25℃，
40～45h）→繁殖罐（种子培养，25℃，13～15h）→发酵罐（发酵，26℃，6～7d）→放罐 球状菌的青霉素发酵工艺流程：冷冻管→斜面母瓶（孢子培养，25℃，6～8d）→大米孢子斜面（孢子培养，25℃，8～10d）→种子罐（种子培养，28℃，50～60h）→发酵罐（发酵，26℃，6～7d）→放罐 青霉素的分批发酵分为菌丝生长和产物合成两个阶段，进入合成阶段的必要条件是降低菌丝的生长速率。影响青霉素发酵产率的因素有环境和生理因素两个方面，前者包括温度、PH、培养基种类及浓度、溶解氧饱和度等；后者包括菌体浓度、菌体生长速率、菌丝形态等。 菌体生长和青霉素合成最适温度并不相同，一般前阶段略高于后阶段。因此，在菌体生长阶段可以采取较高温度，以缩短生长时间，而到达产物合成阶段，应适当降低温度，以利于青霉素的合成。青霉素发酵的最适PH一般在左右，由于青霉素在碱性条件下不稳定，容易发生水解，因此应尽量避免PH超过。 三、青霉素发酵过程控制 反复分批式发酵，100m3发酵罐，装料80m3，带放6－10次，间隔24h。带放量10％，发酵时间24h。发酵过程需连续流加补入葡萄糖、硫酸铵以及前体物质苯乙酸盐，补糖率是最关键的控制指标，不同时期分段控制。 在青霉素的生产中，让培养基中的主要营养物只够维持青霉菌在前40h生长，而在40h后，靠低速连续补加葡萄糖和氮源等，使菌半饥饿，延长青霉素的合成期，大大提高了产量。所需营养物限量的补加常用来控制营养缺陷型突变菌种，使代谢产物积累到最大。 （1）培养基 青霉素发酵中采用补料分批操作法，对葡萄糖、铵、苯乙酸进行缓慢流加，维持一定的最适浓度。葡萄糖的流加，波动范围较窄，浓度过低使抗生素合成速度减慢或停止，过高则导致呼吸活性下降，甚至引起自溶，葡萄糖浓度调节是根据pH，溶氧或CO2释放率予以调节。 碳源的选择：生产菌能利用多种碳源，乳糖，蔗糖，葡萄糖，阿拉伯糖，甘露糖，淀粉和天然油脂。经济核算问题，生产成本中碳源占12％以上，对工艺影响很大；糖与6-APA结合形成糖基-6-APA，影响青霉素的产量。葡萄糖、乳糖结合能力强，而且随时间延长而增加。通常采用葡萄糖和乳糖。发酵初期，利用快效的葡萄糖进行菌丝生长。
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.doczj.com/doc/af6737671.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
盘尼西林合成方法综述 姜昊（912103860236）化工学院 摘要：青霉素（Penicillin，或音译盘尼西林）又被称为青霉素G、peillin G、盘尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青霉素钾。青霉素是抗菌素的一种，是指分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素，是由青霉菌中提炼出的抗生素。在医药史上它与阿司匹林、安定并称为三大经典药物。鉴于它在医药史上的重要性，本文就此介绍一些比较成熟，有效的合成方法。 关键词：青霉素合成方法 青霉素是抗菌素的一种,是从青霉菌培养液中提制的药物,是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。青霉素的出现开创了用抗生素治疗疾病的新纪元。在二战时期拯救了数千万人的生命。 天然青霉素：青霉素这族抗生素包括着若干种结构密切相联系的物质，他们共同 的结构经证明如右式： 它们的差别只在于R基的不同。今天我们所知道的由霉菌合成的青霉素而其结构式已肯定者共有六种（见下表） 在这些青霉素中,青霉素a和b是最早发现的。多年以来,只有苯甲基青霉素是唯一广泛使用的青霉素,因此关于这个青霉素的化学也是研究得最广泛最深入的。早期，青霉素的合成是十分困难的，一直通过生物合成的方法来进行。[1]美国著名的化学家席恩对于青霉素合成进行了很多研究以后，1957年3月成功了天然青霉素之一种—青霉素v，结构式如下：
席恩青霉素V合成法的特点在于:应用了非常温和的条件,同时使形成四环的反应但可能蛟其他可能进行的反应优先地进行。此种反应收率只有百分之十，但对于合成天然青霉素已经比较高了。 半合成青霉素：半合成青霉素由于天然青霉素存在有抗菌谱窄、不耐胃酸口服无效及不耐酶易被水解等缺点，因此，通过改变天然青霉素G的侧链可获得耐酸、耐酶、广谱、抗铜绿假单胞菌及主要作用于G-菌等等一系列不同品种的半合成青霉素。 以6APA为中间体与多种化学合成有机酸进行酰化反应，可制得各种类型的半合成青霉素。6APA是利用微生物产生的青霉素酰化酶裂解青霉素G或V而得到。酶反应一般在40～50℃、pH8～10的条件下进行；近年来，酶固相化技术已应用于6APA生产，简化了裂解工艺过程。6APA也可从青霉素G用化学法来裂解制得，但成本较高。侧链的引入系将相应的有机酸先用氯化剂制成酰氯，然后根据酰氯的稳定性在水或有机溶剂中，以无机或有机碱为缩合剂，与6APA进行酰化反应。缩合反应也可以在裂解液中直接进行而不需分离出6APA。 经过研究人员与科研人员的不断研究，关于半合成青霉素的合成有了很大的进展。 唐广安等[2]以D-天门冬氨酸和阿莫西林三水酸为原料,经过6步反应形成产物。经过IR, 1 H-NMR和13 C-NMR分析,证明产物是阿扑西林。本方法原料易得,反应条件温和,成本低,易于放大生产。该反应的流程如下：
天然产物全合成 学院:化学化工学院 系别：化学系 姓名：方露 学号：33020122201162
简介： 天然产物全合成是有机化学中最为活跃、最具原动力的研究方向之一。这方面的研究极大地推动了有机新反应、新方法、新试剂、新理论和新概念的发现和发展。天然产物全合成也是发现、发展新医药等功能物质的重要途径，在医药健康、生命、材料以及能源等科学领域具有广阔的应用前景。 天然产物全合成是以天然产物(源自植物、动物或微生物的有机化合物)为目标分子，通过设计研究合成策略、路线和方法，从简单原料出发实现其化学合成。研究内容主要包括：(1)高效、简捷和高选择性合成策略；(2)不对称(特别是催化不对称)合成策略；(3)选择廉价、易得的天然产物为原料，研究简捷、高效的半合成策略；(4)目标分子生物活性、结构多样化导向的合成策略；(5)针对目标分子关键结构(或骨架)的合成方法学研究，实现其形式合成；(6)生物催化和仿生合成。 关键词：天然产物、全合成、 前言： 天然产物全合成是一项难度大、耗资多、周期长、见效慢的工作，需要科学家集全面而深厚的有机化学知识、坚忍不拔的耐力和良好的综合素质于一身。只要投入足够的财力和资源，建立客观合理的评价体系，就会有越来越多的学者投身到这项事业，中国的天然产物全合成研究就有可能走在世界的前列，并推动有机化学学科及相关产业的快速发展。天然产物全合成是有机化学中最为活跃、最具原动力的研究方向之一。这方面的研究极大地推动了有机新反应、新方法、新试剂、新理论和新概念的发现和发展，并在很大程度上体现了有机化学学科的发展水平和实力。因此，一方面，天然产物全合成在有机化学的发展中仍将发挥无可替代的作用，具有更加辉煌的发展前景；另一方面，天然产物全合成也是发现和发展新医药等功能物质的重要途径，其所建立的方法同样也适用于其他有机物的制备，例如有机光电磁材料、高分子单体、组装体基元、有机探针分子、染料敏化剂。因此，天然产物的化学合成研究在医药健康、生命、材料、能源等科学领域具有广阔的应用前景。 正文： 1.我国现状 中国学者在过去相当长的时期主要选择中等复杂的目标分子，其合成策略的新颖性和技巧性参差不齐，总体上属于中等水平。令人欣慰的是，最近几年中国学者也逐渐开展了一些高水平的研究工作。例如，以环丙烷开环为关键反应完成的communesin F的全合成, 采用了一条汇聚路线高效地实现了GB13的合成；利用关键的氧化去芳化D-A反应完成了对maoecrystal V的全合成；利用氧化/环化构筑五、七并环结构完成了sieboldine A的高效仿生全合成。另外，在对一些明星分子的合成中，我国也涌现出一些得到国际上认可的工作，例如，多环、多中心、官能团密集的高度复杂天然产物schindilactone A的首次合成。这些成果在J. Am. Chem. Soc. 和Angew. Chem. Int. Ed. 等核心期刊上发表，成果数量也在逐年递增。总之，近10年我国在天然产物全合成领域取得了长足发展，但总体上仍处于国际平均水平。
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
半合成青霉素与头孢菌素 13.1 概述 1929年以后，抗生素作为新型抗菌药物相继问世，并以其强烈的杀菌能力而备受青睐，但由于长期大量使用，细菌的耐药性日益增强，同时也因一些抗生素有抗菌谱窄或毒副作用大等缺点，临床应用也受到一定限制。 因此，必须对原有抗生素的化学结构进行改造，以使其增加疗效，减少毒副作用。 本章主要介绍一些半合成青霉素和半合成头孢菌素的合成工艺。 所谓半合成抗生素是指用化学或生物化学等方法改变已知抗生素的化学结构或引入特定的功能基团后，所获得的具有某种优越性能的新抗生素品种或其衍生物。 对抗生素的化学改造主要有以下几个方面：增强抗菌力，扩大抗菌谱，对耐药菌有效，便于吸收和口服，降低毒性和副作用，改善药理性质，提高生物利用度。其中前三点最重要，尤其第三点寻找对耐药菌有效的化合物是今后的主要改造方向。 13.2 半合成青霉素的制备 半合成青霉素是以青霉素发酵液中分离得到的6-氨基青霉烷酸为基础，用化学或生物化学等方法将各种类型的侧链与6-氨基青霉烷酸缩合，制成的具有耐酸、耐酶或广谱性质的一类抗生素。 13.2.1 6-氨基青霉烷酸的合成 6-氨基青霉烷酸(6-AminoPenicillanic Acid，6-APA)的化学结构为： 6-APA在水中加HCl调pH至3.7~4.0析出白色结晶，熔点208~209℃，等电点4.3，微溶于水，难溶于有机溶剂，遇碱分解，对酸稳定。 无抑茵作用，但与各种侧链缩合可得各种半合成抗生素，成为青霉素类抗生素的母核。 6-APA的制备方法有酶解法和化学裂解法两种，本节主要讨论化学裂解法。 (1) 工艺原理
由青霉素G钾盐经氯化、醚化和水解制得。 (2) 工艺过程 ①缩合 配料比：青霉素G钾盐:乙酸乙酯:五氧化二磷:二甲苯胺:三氯化磷=1:3.83: 0.025:0.768:0.277(wt)。 将青霉素的G钾盐的乙酸乙酯溶液冷至-5℃，加入二甲苯胺和五氧化二磷，再降温至-40℃，加三氯化磷，冷至-30℃，反应保温30min。 ②氯化 配料比：缩合液:五氯化磷=1(青霉素G钾盐):0.7(wt)。 将缩合液冷至-40℃，一次加入五氯化磷，在-30℃保温反应75min。 ③醚化 配料比：氯化液:二甲苯胺:正丁醇=1(青霉素G钾盐):0.192:3.4(wt)。 氯化液冷至-65℃，加二甲苯胺，搅拌5min，再加预冷到-60℃的正丁醇，控制料液温度<-45℃。加毕，在-45℃保温70min。 ④水解 配料比：醚化液:蒸馏水:15%氨水:丙酮=1(青霉素G钾盐):4:2:0.8(wt)。 在冷冻的醚化液中加入0℃的蒸馏水，控制料液温度在-13℃，水解20min。加氨水(加入一半时加晶种)后，温度控制在13~15℃，加碳酸氢铵调pH至4.1，保温约30min后过滤，用0℃的无水丙酮洗涤，离心。自然干燥，测效价，得6-APA。 13.2.2 半合成青霉素的制造方法 用6-APA与侧链缩合制备半合成青霉素的方法是6-APA分子中的氨基与不同前体酸(侧链)发生酰化反应。其方法有两种，即化学法和酶催化法。工业生产上是以化学法为主。 (1) 化学法 常见的化学法有酰氯法和酸酐法两种。 ①酰氯法，将各种前体酸转变为酰氯，而后与6-APA缩合。一般是于低温下，在中性或近中性(pH6.5~7.0)的水溶液、含水有机溶剂或有机溶剂中进行。反应完毕用有机溶剂提取，再于提取液中加入适量的成盐试
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. --------------------------------------------------------------------------------
紫杉醇的合成（综述） 化学与化工学院 化学101 201008040127 张国文 摘要:简要介绍紫杉醇的性质，药性以及几种化学全合成方法。 关键字：抗癌药 紫杉醇 全合成法 紫杉醇（paclitaxel ）：分子式:C 47H 51O 14N,分子量:853.906g/mol,半衰期：5.8h 。 结构式： NH O O O O 系统名：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] 俗名（别名）：红豆杉醇，紫醇，特素，紫烷素，路泰，泰素等。
发现史：是由美国北卡罗纳州三角研究所的wall博士和wani博士于1967年发现的。 物理性质：白色结晶体粉末，无臭，无味，不溶于水，易溶于氯仿，丙酮等有机溶剂。 用途：抗癌新药，它对难治的晚期的转移性卵巢癌或乳腺癌有良好的抗癌活性，对小细胞和非小细胞癌，恶性黑色素癌，头颈部癌等也有一定活性。作用机理为促使细胞内形成稳定的微管束，以干扰细胞周期后的G2有丝分裂。并抑制细胞复制，主要用于治疗晚期卵巢癌和乳腺癌，也用于治疗鳞状细胞癌，头颈部癌和黑色素癌。 药物需求概况：据生物谷网页报道：紫杉醇（包括紫杉醇注射剂和半合成紫杉醇注射剂）2 006年全球销售额为37亿美元，位居抗癌药之首。另据统计目前紫杉醇的年需求量为600K g,而目前世界年产量为300Kg。故紫杉醇药物原料目前市场是明显的供不应求。 合成路线： 1.生物合成 2.利用紫杉树的细枝、叶等可再生材料，提取初级原料，再人工半合成生产 紫杉醇 3.有机化学合成 有机合成方法：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。 后来,S.T.Danishefsky(1996年)、P.A.Wen-der(1997年)、T.Mukaiyama(1 998年)和I.Kuwaji-ma(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 一、 Holton全合成路线(1994) 美国弗罗里达国立大学Robert．A．Holton教授领导的研究小组从1983年开始进行紫杉醇全合成研究工作，历经十二年，于1994年成功完成了全合成 10-12]。该法已被BMS 公司用于工业化生产紫杉醇。Holton法采用了由A环开始到AB环、然后到C环、最后到D 环的线性合成战略。价廉易得的樟脑5为起始原料，经多步反应制得关键中间体6。6由R．A．Holton发展的环氧醇裂解反应定量转化为具AB环系的7。经羟醛缩合及类似Cha