紫杉醇及其衍生物的半合成概述

鄧夏萌，曹 輝，沈海偉，鐘光祥，夏春年*

（1.浙江工業大學藥學院，浙江 杭州 310014；2.寧波綠之健藥業有限公司，浙江 寧波 315505）

紫杉醇（Paclitaxel，TaxolR，圖 1）的發現在天然產物的研究中是具有里程碑意義的重大事件。1966年，Wani等[1]從太平洋紅豆杉樹皮中首次提取分離得到紫杉醇，Schiff等[2]發現其促進微管蛋白的聚合以及防止解聚。1992年，FDA批準百時美施貴寶BMS公司生產的紫杉醇作為治療晚期或轉移性卵巢癌的新藥上市，主要用于治療轉移性乳腺癌；兩年后，批準用于治療非小細胞肺癌；后續研究表明，紫杉醇對食道癌、頭頸部癌、白血病、黑色毒瘤和結腸癌等均有一定療效。1996年，法國羅納普朗克樂安公司開發出了多西紫杉醇（Docetaxel， TaxotereR， 圖 1），制劑稱為“泰素帝”或“多西他賽”。多西他賽是紫杉醇類似物，在體外抗癌活性測試條件下，活性是紫杉醇的10倍左右；與紫杉醇相比，水溶性更好、毒副作用更小；臨床上用于治療肺癌、乳腺癌、膀胱鱗狀癌、前列腺癌、頭頸癌等[3-4]。2010年，FDA批準卡巴他賽（Cabazitaxel，JevtanaR）用于治療晚期前列腺癌，與多西他賽相比，其與P-gp的親和力較弱，多重耐藥性更低[5]。

圖1 紫杉醇及其衍生物Fig.1 Taxol and Its analogues

紫杉醇是一種天然產物，最初是從太平洋短葉紅豆杉中的樹皮中提取出來的。紅豆杉生長緩慢，且從樹皮中提取出來的紫杉醇含量特別低（一般＜0.5%），直接提取會對自然環境產生非常大破壞性。雖然人們在替代資源的開發研究方面做了許多嘗試，如紫杉醇的其他植物資源、紫杉烷植物細胞懸浮培養、生物合成、真菌培養、全合成等[6]，但是還是不能達到工業化要求以滿足市場的需求。

目前，紫杉醇及其衍生物的主要的獲取方式還是以半合成為主。其中，半合成主要是兩種方法：一種是以10-去乙酰基巴卡丁III（10-DABIII）為前體，經過選擇性保護、與側鏈縮合、脫保護和開環后得到紫杉醇及其衍生物；另外一種是以10-去乙酰基紫杉醇為前體，經過乙酰化后得到紫杉醇及其衍生物，但是10-去乙酰基紫杉醇也需要從紅豆杉的樹皮或樹葉中提取，產量非常有限。10-DABIII在紅豆杉樹葉中的含量可以達到1%，規模化種植后對自然環境影響有限，且產量有保障。因此，紫杉醇及其衍生物采用半合成方法生產；半合成中主要采用了直鏈側鏈法、四元環側連法和五元環側鏈法三種方法。

1 直鏈側鏈法

1988年，Potier等[7]從歐洲紫杉中分離得到10-DABIII，并成功合成紫杉醇（圖2），這為后來紫杉醇的半合成提供了研究方向。

圖2 Greene-Potier通過苯基異絲氨酸側鏈合成紫杉醇Fig.2 Greene-Potier synthesizes Paclitaxel by phenylisoserine side chain

直鏈側鏈法是首次用于半合成紫杉醇和多烯紫杉醇的方法[8]。被保護后的母核和直鏈側鏈酯化得到紫杉醇前體，并在酸性條件下脫保護基得到紫杉醇或其衍生物（圖3），同類合成方法統計如表1[9-15]。

圖3 紫杉醇及其衍生物的直鏈合成路線Fig.3 Synthetic route of Paclitaxel and Docetaxel using linear synthon

此路線的優點是直鏈側鏈本身性質較為穩定，合成比較容易；但其缺點是與母核發生酯化反應時，需要使用多個當量的直鏈側鏈，而且反應條件比較茍刻，轉化率低（＜50%），分離純化比較困難。另外，在反應過程中如條件控制不當會產生大量C-2’差向異構體。

表1 紫杉醇及其衍生物的直鏈合成方法Tab.1 Synthetic methods of Paclitaxel and Docetaxel using linear synthon

2 四元環側鏈法

BMS公司[16]工業化生產紫杉醇的方法 （圖4），后續的研究者圍繞四元環側鏈進行了大量的研究。

圖4 BMS公司的紫杉醇合成路線Fig.4 BMS Company’s synthetic route of Paclitaxel

四元環（β-內酰胺型）側鏈法是在改進“直鏈法”不足時而發展起來的有效方法之一。四元環剛性較大，在與保護的10-DABIII發生酯化時同時開環，反應較容易進行，但是往往也會有一定量的C-2’差向異構體產生。而且需要在比較嚴苛的條件下進行側鏈與母核的偶合。合成典型路線（圖5）和同類合成方法統計如表2[17-22]。

圖5 紫杉醇及其衍生物的四元環合成路線Fig.5 Synthetic route of Paclitaxel and Docetaxel using β-lactam synthon

表2 紫杉醇及其衍生物的四元環合成方法Tab.2 Synthetic methods of Paclitaxel and Docetaxel using β-lactam synthon

3 五元環側鏈法

1994年，Kingston[23]等首次用噁唑啉與母核酯化合成了紫杉醇（圖6）。后續的研究者圍繞五元環側鏈進行了大量的研究。

圖6 Kingston通過噁唑啉合成紫杉醇Fig.6 Kingston’s synthesis of Paclitaxel through oxazoline

五元環（噁唑環）側鏈法也是在改進“直鏈法”不足而發展起來的有效方法之一。手性氨基和羥基通過取代基的成環有效地保護起來，得到的噁唑環更穩定，而游離出來的羧基位阻降低，能直接參與10-DABIII的酯化反應，經過開環、脫保護后得到紫杉醇及其衍生物。合成典型路線（圖7和圖8）和同類合成方法統計如表3[24-38]。

圖7 紫杉醇及其衍生物的惡唑烷環法合成路線Fig.7 Synthetic route of Paclitaxel and Docetaxel using oxazole synthon

圖8 紫杉醇及其衍生物噁唑環方法合成路線Fig.8 Synthetic route of Paclitaxel and Docetaxel using oxazole synthon

表3 紫杉醇及其衍生物噁唑環方法合成方法Tab.3 Synthetic methods of Paclitaxel and Docetaxel using oxazole synthon

4 卡巴他賽的半合成

卡巴他賽是紫杉醇的衍生物，其合成關鍵是7，10位上甲基、縮合、開環最終得到卡巴他賽。

Bouchard等[39]等以10-DABIII為起始原料，用三乙基氯硅烷對7位上的羥基進行保護后，與碘甲烷反應生成7-甲氧基10-DABIII，在氫氟酸和三乙胺的作用下脫去7位的保護，再與碘甲烷反應，生成 7，10-甲氧基 10-DABIII，接著與側鏈縮合、開環得到卡巴他賽（圖9）。該工藝路線分步引入甲氧基，比較繁瑣，且用到氫氟酸，給工業化帶來不便。

圖9 Bouchard合成卡巴他賽的路線Fig.9 Bouchard’s synthesis route of Cabazitaxel

Simo等[40]以硫酸二甲酯或者碘甲烷直接與10-DABIII雙甲基化，與四元環側鏈縮合，對甲基苯磺酸催化下開環，得到卡巴他賽（圖10）。該路線中使用了劇毒試劑硫酸二甲酯，安全和環保壓力巨大。

圖10 Simo合成卡巴他賽的方法Fig.10 Simo’s synthesis route of Cabazitaxel

羅紅等[41]以碘甲烷作為甲基化試劑，通過三步反應得到了卡巴他賽，雙甲基化的母核與多西紫杉醇側鏈在溫和的條件下縮合、開環、酯化得到卡巴他賽（圖11）。但是7，10位甲基化這一步收率偏低，不到40%。

圖11 羅紅合成卡巴他賽的路線Fig.11 Luo Hong’s synthesis route of Cabazitaxel

5 結語

紫杉醇及其衍生物的半合成是最有效、最經濟的方法，已經實現了工業化應用，為人類健康做出了重大貢獻。隨著合成技術的發展，將會有更便捷、更高效、更綠色的方法被應用到生產中。

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