专利名称：维生素D化合物中1α－OH的轴向取向锁定方法
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本发明由以下机构提供的美国政府支持下完成NIH批准号DK14881美国拥有本发明的某些权利。
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与概述本发明涉及维生素D化合物，确切的说，是一种使维生素D化合物中的1α-OH按一定的轴向取向的方法及用该方法制备的化合物。
单取代环己烷中两种非对映异构体(示意图I)的数量不同，平衡常数K由公式ΔG°＝-RT1nK给出，式中K＝[平伏构象异构体]/[轴向构象异构体]，ΔG°(通常为负值)是平伏构象异构体与轴向构象异构体的自由能之差，而-ΔG°则是取代基R的构象自由能[定义为其A值，Winstein et al.，J.Am.Chem.Soc.77，5562(1955)]。因而，取代基R的A值越大，采取R-平伏构象的驱动力越大。于是，A值可被认为是 示意图I由轴向取代基赋予单取代椅式六元环的去稳定化能。例如，甲基的A值约等于1.7kcal/mol[Hirsch，Top.Stereochem. 1，199(1967)]，相当于室温下甲基环己烷的平伏构象异构体的组分占95％。在理想状态下，环己烷中的取代基的构象自由能具有加和性。通常假设所有构象效果具有加和性，即，在六元环体系中的各种去稳相互作用各自独立地进行。在二取代、三取代和多取代的环己烷中，必须考虑取代基间的相互作用。这些相互作用可以升高其中一种椅式构象的能量，使其变得不稳定，从而有利于另一种反转的椅式构象，甚至有利于其它扭曲的(刚性或柔性的)环己烷几何结构。影响不同椅式构象间平衡的最重要的相互作用包括1，2-反式双平伏的一对取代基间的相互作用，以及1，3-顺式双轴向的一对取代基间的相互作用。因而，总的去稳定化能(ED)可被描述为取代基的代表单一轴向相互作用的A值、1，2-双平伏相互作用的G值和1，3-双轴向相互作用的U值的总和[Corey，et al.，J.Org.Chem. 45，765(1980)]。
ED＝∑(A+G+U)就亚烷基环己烷来说，还涉及到其它的相互作用，特别是2-取代的衍生物。最重要的相互作用[称作A13-张力，Johnso，Chem. Rev.68，375(1968)]存在于烯丙型片段中，平伏的R1和外亚甲基单元中的取代基R2之间(示意图II)。当 示意图IIR1和R2都是中等或较大的基团时，轴向构象异构体比平伏构象异构体具有优势[Malhotra et al.，J.Am.Chem. Soc.87，5492(1965)]。例如，当R1＝R2＝Me时，两种构象间的能量差约为4.5kcal/mol，有利于轴向构象异构体。在R1＝Me且R2＝H的情况下，存在1∶3近位相互作用，使得系统的去稳定化能增加约1.25 kcal/mol[Duraisamy et al.，J.Am.Chem. Soc.105，3264(1983)]。
在过去的25年中，维生素D的构象行为受到很大的关注。很久以前认为[Havinga，Experientia 29，1181(1973)]维生素D化合物可以以两种快速平衡中的A-环椅式构象异构体的混合物而存在。这两种构象被简称为α-型和β-型(示意图III)。在氯仿溶液中的维生素D2和D3的1H NMR研究证实了在这些B-环断甾体(secosteroid)的两种椅式构象[La Mar et al.，J.Am.Chem Soc.96，7317(1974)；Wing et al.，J.Am.Chem. Soc.97，4980(1975)]间动态平衡的存在。类似的构象平衡在25-羟基维生素D3(25-OH-D3)、1α-羟基维生素D3(1α-OH-D3)和天然激素1α，25-二羟基维生素D3(1α，25-(OH)2-D3)以及其它的一些A-环取代的维生素D衍生物[例如参见Helmer etal.，Arch.Biochem. Biophys.241，608(1985)；Sheves et al.，J.Org.Chem.42，3597(1977)；Berman et al.，J.Org.Chem.42，3325(1977)；Sheves et al.，J.Chem. Soc.Chem. Commun.643(1975)；Okamura et al.，J.Org.Chem.43，574(1978)]中也有发现。在维生素D分子的α-椅式构象异构体中，羟基是平伏的，而在β-椅式构象异构体中，羟基是轴向的。 示意图III溶液中各种维生素D化合物的NMR研究也表明各种A-环构象异构体的比例很大程度上取决于所使用的溶剂[Helmer et al.，Arch.Biochem.Biophys.241，608(1985)]。不幸的是，由于溶解性的问题，不可能在水介质中研究这些构象异构体。维生素D2和D3的X射线衍射研究证实了它们的A-环也以这种极端的α-和β-椅式构象异构体的等摩尔混合物的形式在固相中出现[Hull et al.，Acta Cryst，Sect.B，32，2374(1976)；Trinh et al.，J.Org.Chem. 41，3476(1976)]。令人感兴趣的是，固态的25-OH-D3只以α-型存在，而天然的激素1α，25-(OH)2-D3只以A-环β-型存在[Trinh et al.，J.Chem. Soc.，Perkin Trans.II，393(1977)；Suwinska et al.，Acta Cryst，Sect.B，52，550(1996)]。X射线衍射研究也表明分子的C(5)＝C(6)C(7)＝C(8)双烯部分几乎是平面的，而外环的C(10)＝C(19)键由于空间张力，扭转于平面外约55°。这个外亚甲基团在α-椅式构型中位于中均(mean)A-环平面之下，而在相对应的β-椅式构型中位于该平面的上方。在A-环上有一个对生物活性至关重要的1α-羟基取代的维生素D类似物中，1α-OH在α-椅式构型中为轴向，在β-椅式构型中为平伏(示意图IV)。 示意图IV必须补充的是，分子力学计算的结果表明与1，2-二亚甲基环己烷模型[Hofmann et al.，J.Org.Chem. 55，2151(1990)]的情况相似，维生素D预期存在A-环低能量构象异构体之外的半椅式或扭曲式[Mosquera et al.，Mol.Struct.168，125，(1988)；Hofer et al.，Monatsh.Fur Chemie，124，185(1993)]。
1974年，有人提出[Okamura et al.，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 71，4194(1974)；Wing et al.，Science 186，939(1974)]，维生素D的钙调能力仅限于那些1α-羟基(或假-1α-OH)占据平伏方向的A-环椅式构象的化合物。根据该假设，这样的构象具有与蛋白质受体结合的适当的几何形状，而与蛋白质受体的结合是引起导致体内钙质转运与活动化的生物学反应的必要步骤。但是，最近对1α，25-二羟基-10，19-二羟基维生素D3化合物的生物学试验的结果并不支持平伏方向的1-羟基具有最强生物学活性的想法。与此相反，强烈地倾向于具有1α-轴向的A-环椅式构象异构体的类似物，1α，25-二羟基-10(S)，19-二氢维生素D3具有最强的生物学反应，并在肠内钙转运中显示出非常显著的活性。而且，更多的关于19-去甲维生素(norvitarmins)，尤其是那些在C-2位置有取代的19-去甲维生素的近来的研究表明，显著的生物学活性是由具有轴向取向1α-羟基的化合物所提供的。因而据信，维生素D分子中1α-羟基的轴向取向对其生物活性至关重要，并且可以通过估计维生素中A-环构象异构平衡而对其生物学反应进行预测。可以相信，越多采取1α-羟基轴向取向，预期其生物学反应越强。将该预测进行合乎逻辑的推广，则如下的A-环取代的维生素D将具有最强的活性1)形成anancomeric体系或其它相应的体系，其中占优势的具有1α-OH轴向取向的构象异构体达到至少90％以上，即使A-环反转的速率保持较快一这些类似物的特点是，A-环具有构象自由的明确的几何结构，轴向1α-OH构象异构体具有显著的能量优势(至少12 kcal/mol)；或是2)组成构象锁定的、刚性或扭曲的几何结构，其中的A-环只能采取一种椅式构象，即，分子要么具有一个轴向1α-OH，要么即使它可以严重变形，也不可能反转成为具有平伏1α-OH的相反形式。
禁止环己烷环反转，但又可以被其椅式几何结构(示意图V)接受的结构限制包括1) 固定键(anchoring bond)(与一个七元或更小的环的反式结合键(trans-fusion bond))，2) 平化键(与一个含有六元环外双键的七元或更小的环的结合键)，和3) 桥键(两个相邻的环键，其接界处由一含五个或更少的原子的桥相连)。 示意图V应该注意到的是，固定键和平化键的剩余取代基(或氢原子)必须相对六元环采取轴向取向。在(1，3)-桥联的情况下，桥键必须相对六元环采取轴向排列。
因此，本发明提供了一类新的1α-羟基化的维生素D化合物。该化合物中A-环的构象改变、修饰或被改变、修饰成为更有利于1α-羟基轴向取向的椅式构象，并且A-环与传统的5，7-二烯和C-D环系结合，该环系在D-环上的碳17位置结合有已知的侧链。
这些新的类以物的结构特征可由如下通式I表示 其中Y1和Y2可相同或不同，各自选自由氢原子和羟基保护基团组成的组；其中Y3、Y4、Y5、Y6、Y7和Y8可相同或不同，各自选自由氢原子、甲基或分子式为-CR1R2R3的取代甲基、氨基或分子式为-NR1R2的取代氨基、膦基或分子式为-PR1R2的取代膦基、烷基亚硫酰基、芳基亚硫酰基、烷基硫酰基、芳基硫酰基和芳基组成的组，其中R1、R2、R3各自独立地选自由氢原子、C1-5烷基、羟基烷基、氨基烷基、卤代烷基、烷氧基烷基、芳氧基烷基、芳基、卤素、羟基、保护羟基、烷氧基、芳氧基、酰基、氨基、烷基取代的氨基和芳基取代的氨基组成的组，其中的R1和R2一起代表桥氧基或-(CH2)m-基团，其中m是2至5的整数；或者Y3和Y4在一起代表亚甲基；或者Y7和Y8在一起代表亚甲基；Y2和Y6或者Y2和Y7在一起可代表基团-(CR1R2)n-，其中n是1至4的整数，且任一个-CR1R2-可被氧、硫或氮原子代替；Y5和Y8，或Y5和Y3，或Y3和Y8在一起可代表基团-(CR1R2)r-，其中r是1至5的整数，且任一个-CR1R2-可被氧、硫或氮原子代替；Y5和Y6在一起可代表基团＝CR4R5，R4和R5可相司或不同，各自选自由氢原子和Y3组成的组，条件是R4和R5不能为羟基；其中R4和Y2在一起可代表基团-(CR1R2)s-，其中s是1至3的整数；其中基团R代表维生素D型化合物的已知的任何典型侧链。
更为特别的是，R可代表饱和或不饱和的1-35个碳的烃基，可以是直链、支链或环状的，并且可带一个或更多的另外的取代基，如羟基或保护羟基、氟原子、羰基、酯、环氧基、氨基或其它杂原子基团。优选的该类侧链结构表示如下 其中的立体化学中心(对应于甾体编号的C-20)可采取R或S构型，(即，或者是碳-20的天然构型，或者是20-epi构型)，并且其中Z选自Y、-OY、-CH2COY、-C≡CY和-CH＝CHY，双键可采取顺式或反式几何结构，Y选自氢原子、甲基、-COR10和如下结构的自由基 其中x和y各自代表从0到5的整数，R6自氢原子、氘原子、羟基、保护羟基、氟原子、三氟甲基和C1-5烷基，该C1-5烷基可以为直链或支链，且任选地带一羟基或保护羟基取代基，R7、R8和R9各自独立地选自氘原子、氘代烷基、氢原子、氟原子、三氟甲基和C1-5烷基，该C1-5烷基可以为直链或支链，且任选地带一羟基或保护羟基取代基，R6和R7在一起可代表一个桥氧基或亚烷基，＝CR7R8、或-(CH2)p-基团，其中p是从2到5的整数，R8和R9在一起代表一个桥氧基或-(CH2)q-基团，其中q是从2到5的整数，R10代表氢原子、羟基、保护羟基或C1-5烷基，并且在其中侧链上位置为20、22或23的任一CH-基团可以被氮原子所代替，或是侧链上位置为20、22或23的任一-CH(CH3)-、-CH(R3)-或-CH(R2)-基团可分别被氧原子或硫原子所代替。
连于C-20取代基的波浪线表示C-20可采取R或S构型。
具有天然20 R-构型的侧链的重要例子具体表示如下式(a)、(b)、(c)、(d)和(e)，即25-羟基维生素D3中的侧链(a)、维生素D3中的侧链(b)、25-羟基维生素D2中的侧链(c)、维生素D2中的侧链(d)和C-24差向异构的25-羟基维生素D2中的侧链(e)
以上具有轴向取向1α-OH的新的化合物表现出期望的、并且非常有利的生物学活性。与1α，25(OH)2D3相比，这些化合物在被称为“血钙”活性的3种活性，即肠内钙转运活性、骨矿化活性和骨钙活动化活性中的一种或多种，或细胞分化活性上，表现出更大的生物学活性。因此，这些化合物可能在其血钙活性上高度专一。它们优先的血钙活性提示这些化合物可以被用于治疗主要与骨质流失有关的代谢性骨病。由于它们在骨方面优先的血钙活性，这些化合物的一种或几种可以在需要形成骨的疾病的治疗中作为优选的药物，如骨质疏松症，特别是低骨质代谢的骨质疏松症、类固醇引起的骨质疏松症、老年性骨质疏松症或更年期后的骨质疏松症，以及甲状旁腺功能减退、骨质软化和肾性骨质营养不良等。另外，低血钙症同软骨病和维生素D阻抗性软骨病一样，可以使用一种或几种该化合物进行治疗。这些化合物另外也提供了一种哺乳动物雌性不育症的治疗方法。治疗可以采用经皮、口服(固体或液体形式)或胃肠外给药。这些化合物可以以组合物的形式出现，用量从0.01μg/天至100μg/天，优选的量是0.1μg/gm组合物至50μg/gm组合物，给药量为0.1μg/天至50μg/天。
本发明的化合物也特别适合于以免疫系统失衡为特征的人体疾病的预防和治疗，例如，自身免疫性疾病，包括多发性硬化症、糖尿病、宿主对移植物的反应、移植排异；也适合于炎症的治疗，如风湿性关节炎和哮喘，另外还可帮助骨折的痊愈和骨移植。痤疮、秃头症、皮肤病如皮肤干燥(缺少真皮水分)、皮肤松弛(皮肤缺乏韧性)、缺少皮脂分泌和出现皱纹，以及高血压等症都可用一种或多种本发明的化合物进行治疗。
上述化合物也可以以很高的细胞分化性为特征，因此这些化合物也可作为治疗牛皮癣和以未分化的皮肤细胞增生为特征的其它皮肤疾病，例如皮炎、湿疹、日光性皮肤角化症等，或者作为抗癌药物，特别是抗白血病、结肠癌、乳腺癌和前列腺癌。在治疗疾病如牛皮癣时这些化合物可以以0.01至100μg/gm存在于组合物中，可局部、经皮、口服(固体或液体形式)或胃肠外给药，剂量为0.01μg/天至100μg/天。
本发明还提供了一种新的方法，用于修饰或改变1α-羟基化的维生素D化合物的结构，以通过改变Iα-羟基化的维生素D化合物的A-环构象平衡使其有利于1α-羟基轴向取向的椅式构象而提高化合物的生物学活性。该方法的实现通过两种途径一种是锁定A-环的椅式构象，使其具有1α-羟基轴向取向的几何结构；另一种是在A-环上添加一个或多个取代基，通过它们与分子内A-环上其它取代基的相互作用提供驱动力，使A-环采取1α-羟基轴向取向的椅式构象。
发明详述在说明书与权利要求中，术语“羟基保护基团”是指那些起到暂时性羟基保护功能的任何基团，例如烷氧羰基、酰基、烷基甲硅烷基或烷基芳基硅甲烷基(下文中简单地称为“甲硅烷基”)和烷氧烷基。烷氧羰基保护基团为烷基-O-CO-基，如甲氧羰基、乙氧羰基、丙氧羰基、异丙氧羰基、丁氧羰基、异丁氧羰基、叔丁氧羰基、苯甲氧羰基或烯丙氧羰基。术语“酰基”表示1至6个碳原子的烷酰基，包括所有同分异构体，或是1至6个碳原子的羧基烷酰基，例如乙二酰基、丙二酰基、琥珀酰基、戊二酰基，或是芳酰基例如苯甲酰基，或是卤素取代的、硝基取代的或烷基取代的苯甲酰基。权利要求中所使用的词语“烷基”，是指含1至10个碳原子的直链或支链的烷基，包括其所有同分异构体。烷氧烷基保护基团包括甲氧甲基、乙氧甲基、甲氧乙氧甲基、或四氢呋喃基和四氢吡喃基。优选的甲硅烷基保护基团是三甲基甲硅烷基、三乙基甲硅烷基、叔丁基二甲基甲硅烷基、二丁基甲基甲硅烷基、二苯基甲基甲硅烷基、苯基二甲基甲硅烷基、二苯基叔丁基甲硅烷基及类似的烷基化的甲硅烷基。术语“芳基”特指苯基或烷基取代的苯基、硝基取代的苯基或卤代苯基。
“保护羟基”是指被上述用以对羟基功能作暂时性或永久性保护的任可基团衍生化或保护的羟基，所述基团例如为如前所述的甲硅烷基、烷氧烷基、酰基或烷氧羰基。“羟基烷基”、“氘代烷基”、“氨基烷基”、“卤代烷基”、“烷氧烷基”、“芳氧烷基”和“氟烷基”是指分别被一个或多个羟基、氘原子、氨基、卤素、烷氧基、芳氧基或氟原子取代所得的烷基。“卤素”基团包括周期表中VIIA族中的五种元素氟、氯、溴、碘、砹中的任一种。
如前所述，本发明的新的类似物可用如下通式表示 其中Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8和R的定义加本文前面所列。优选的类似物如下1.2-取代1α-羟基维生素D化合物1.1 2α-取代含有2α-取代基U的维生素。该维生素的特点是具有很大的构象自由能(A值)，因此这个C(2)的取代基为平伏取向，而1α-羟基为轴向取向 其中U选自由甲基、通式为CR1R2R3的取代甲基、氨基或通式为NR1R2的取代氨基、膦基或通式为PR1R2的取代膦基、烷基或芳基亚硫酰基、烷基或芳基硫酰基和芳基组成的组，其中R1、R2、R3各自独立地选自由氢原子、烷基、羟基烷基、氨基烷基、卤代烷基、烷氧烷基、芳氧烷基、芳基、卤素、羟基、保护羟基、烷氧基、芳氧基、酰基、氨基和烷基或芳基取代氨基组成的组，其中的R1和R2一起代表桥氧基或-(CH2)m-基团，m是2至5的整数。1.2 2α-取代及与3β-O成环含有固定键体系的维生素，即含有一个连接C(2)和C(3)-O的附加的环。该维生素的特点是C(2)和C(3)位的取代基为反式双平伏取向，而1α-羟基为轴向取向。 其中R1、R2如上所述，n为从1至4的整数，且任何一个CR1R2-均可被氧、硫或氮原子所代替。1.3 2-亚烷基化合物2-亚甲基进一步被U所取代的维生素。该维生素的特点是A-环的1，4-二亚甲基环己烷体系中末端烯原子上的取代基为顺式取向，即C(6)-C(7)键和C(1’)-U键为顺式取向。取代基U由于其尺寸的原因与平伏的1α-羟基有强烈的相互作用，因此具有1α-羟基轴向取向的反转的A-环椅式构象是有利的 其中U如上所述，条件是U不能为-OH。1.4 与3β-O有一附加连接的2-亚烷基化合物含有平化键体系的维生素，即环外的2-亚甲基进一步被取代形成含C(3)-O的环。该维生素的特点是其中A-环的1，4-二亚甲基环己烷体系中末端烯原子上的取代基为反式取向，即C(6)-C(7)键和C(1’)-C(2’)R1R2键为反式取向。因此该维生素的C(3)-O取代基为平伏取向，而1α-羟基为轴向取向 其中R1、R2如上所述，s为从1至3的整数，且任何一个-CR1R2-均可被氧、硫或氮原子所代替。2. 4-α取代及与3β-O成环含有固定键体系的维生素，即含有一个连接C(4)和C(3)-O的附加的环。该维生素的特点是在C(3)和C(4)位的取代基为反式的双平伏取向，而1α-羟基为轴向取向。 其中R1、R2如上所述，n为从1至4的整数，且任何一个-CR1R2-均可被氧、硫或氮原子所代替。3. 10β-取代含有10β-取代基U的维生素，U由于其尺寸的原因与C(7)-H有强烈的相互作用，因此1α-羟基轴向取向的反转的A-环椅式构象是有利的 其中U如前所述。4. 1，3-双轴向桥联化合物4.1 2β，4β-桥联含有桥联键体系的维生素，即含有一个连接C(2)和C(4)的附加的环。该维生素的特点是C(2)和C(4)位的取代基为顺式1，3-双轴向取向，因此其1α-羟基为轴向取向 其中R1、R2如前所述，r为从1至5的整数，且任何一个-CR1R2-均可被氧、硫或氮原子所代替。4.2 2β，10β-桥联含有桥联键体系的维生素，即含有一个连接C(2)和C(10)的附加的环。该维生素的特点是C(2)和C(10)位的取代基为顺式1，3-双轴向取向，因此其1α-羟基为轴向取向 其中R1、R2如上所述，r为从1至5的整数，且任何一个-CR1R2-均可被氧、硫或氮原子所代替。4.3 4β，10β-桥联含有桥联键体系的维生素，即含有一个连接C(4)和C(10)的附加的环。该维生素的特点是C(4)和C(10)位附加的取代基为顺式1，3-双轴向取向，因此其1α-羟基为轴向取向 其中R1、R2如上所述，r为从1至5的整数，且任何一个-CR1R2-均可被氧、硫或氮原子所代替。
制备通式如I及1.1-4.3的化合物的方法为已知方法。着重参考Zhuetal，Chem. Rev.95，1877(1995)和Dai et al，Synthesis 1383(1994)，文中叙述了合成这类化合物的方法。
在本说明书中应注意，术语“24-同型”指的是一个亚甲基的增加、术语“24-双同型”指的是两个亚甲基在侧链的碳24位的增加。同样的，“三同型”指的是三个亚甲基的增加。另外，术语“26，27-二甲基”指的是碳26和27位甲基的增加，从而使得R3和R4为乙基。同样的，术语“26，27-二乙基”指的是26和27位乙基的增加，从而使得R3和R4为丙基。
在以下所列的化合物中，连接于A-环的特殊取代基需加入命名法中。例如，如果连接于A-环碳2位的烷基取代基为甲基，术语“2-甲基”需放在各命名的化合物之前。如果连接于A-环碳2位的烷基取代基为乙基，术语“2-乙基”需放在各命名的化合物之前，依次类推。另外，如果连接于碳20位的甲基为桥式(epi)构型或非天然构型，术语“20(S)”或“20-桥式”需包含于下列各命名的化合物中。如果需要，下列化合物也可以为维生素D2型。
当侧链不饱和时通式如I的化合物的具体的优选的例子是19-去甲-24-同型-1，25-二羟基-22-脱氢维生素D3；19-去甲-24-双同型-1，25-二羟基-22-脱氢维生素D3；19-去甲-24-三同型-1，25-二羟基-22-脱氢维生素D3；19-去甲-26，27二甲基-24-同型-1，25-二羟基-22-脱氢维生素D3；19-去甲-26，27二甲基-24-双同型-1，25-二羟基-22-脱氢维生素D3；19-去甲-26，27二甲基-24-三同型-1，25-二羟基-22-脱氢维生素D3；19-去甲-26，27二乙基-24-同型-1，25-二羟基-22-脱氢维生素D3；
19-去甲-26，27二乙基-24-双同型-1，25-二羟基-22-脱氢维生素D3；19-去甲-26，27二乙基-24-三同型-1，25-二羟基-22-脱氢维生素D3；19-去甲-26，27二丙基-24-同型-1，25-二羟基-22-脱氢维生素D3；19-去甲-26，27二丙基-24-双同型-1，25-二羟基-22-脱氢维生素D3；和19-去甲-26，27二丙基-24-三同型-1，25-二羟基-22-脱氢维生素D3。
当侧链饱和时通式如I的化合物的具体的优选的例子是19-去甲-24-同型-1，25-二羟基维生素D3；19-去甲-24-双同型-1，25-二羟基维生素D3；19-去甲-24-三同型-1，25-二羟基维生素D3；19-去甲-26，27二甲基-24-同型-1，25-二羟基维生素D3；19-去甲-26，27二甲基-24-双同型-1，25-二羟基维生素D3；19-去甲-26，27二甲基-24-三同型-1，25-二羟基维生素D3；19-去甲-26，27二乙基-24-同型-1，25-二羟基维生素D3；19-去甲-26，27二乙基-24-双同型-1，25-二羟基维生素D3；19-去甲-26，27二乙基-24-三同型-1，25-二羟基维生素D3；19-去甲-26，27二丙基-24-同型-1，25-二羟基维生素D3；19-去甲-26，27二丙基-24-双同型-1，25-二羟基维生素D3；19-去甲-26，27二丙基-24-三同型-1，25-二羟基维生素D3。
为了达到治疗的目的，根据本领域已知的传统方法，本发明中通式I定义的新的化合物可以为药学应用而配方成无毒的溶剂中的溶液剂，或适当的溶剂或载体中的乳剂、混悬剂、分散剂，或与固体载体形成的丸剂、片剂、胶囊剂。这些药物中还可含有其它药学可接受的、无毒的赋形剂，如稳定剂、抗氧化剂、黏合剂、着色剂、乳化剂和调味剂等。
这些化合物可采用口服、局部、胃肠外或经皮给药。这些化合物的较好的给药方式是胃肠外或静脉滴注，或适当的无菌溶液，或以液体口服液或固体制剂形式经消化道吸收的形式，或以霜剂、膏剂、贴剂及其它类似的适于经皮给药的形式。适当的以治疗为目的的化合物的剂量范围可从每天0.01μg至100μg，优选的是每天0.1μg至50μg，该剂量可根据不同的适应症、病情严重程度、患者的反应情况进行调整，这些是本领域所熟知的。因为该新化合物所表现出的作用特异性，用药时可适当地采用单独用药，在不同程度的骨矿物活动化与钙转运刺激有利的情况下，也可以与其它活性维生素D，如1α-羟基维生素D2或D3、1α，25-二羟基维生素D3的不同的剂量合用。
用于上述的细胞分化如牛皮癣和其它恶性肿瘤的治疗的组合物，包括有效量的一种或多种上述通式I所代表的维生素D化合物作为活性成分，以及适当的载体。根据本发明，这些化合物的有效量从每克组合物0.01μg至100μg，可采用局部、经皮、口服或胃肠外给药，给药剂量为0.1μg/天至100μg/天。
这些化合物可制成霜剂、洗剂、膏剂、局部药贴、丸剂、胶囊剂或片剂，或在药学上无毒与可接受的溶剂或油中的溶液剂、乳剂、分散剂、混悬剂等，这些制剂中另外还可含有其它药学上无毒或有益的成分，如稳定剂、抗氧化剂、着色剂、黏合剂、乳化剂或调味剂。
这些化合物较好的是以有效使前髓细胞分化成正常巨噬细胞的量给药。上述的剂量为适当的剂量，如本领域所熟知的，给药量大小可根据疾病的严重程度、症状及患者的反应情况进行调整。
本发明的配方中包括一种与药学可接受的载体相结合的活性成分，有时还包括其它的治疗成分。载体必须为“可接受的”，即与其它成分兼容，且对其受体无毒害。
本发明适于口服给药的配方可以采用不连续单位的形式，如胶囊、小袋、药片或药糖块等，其中含有预定量的活性成分；采用药粉或颗粒剂的形式；采用在水或非水溶剂里的溶液剂或混悬剂的形式；或采用水包油或油包水的乳剂的形式。
适于直肠给药的配方可以采用栓剂的形式，其中活性成分与载体，如可可黄油混合；或采用灌肠剂的形式。
适于胃肠外给药的配方可以方便地包括活性成分的无菌的油性或水性制剂，优选的该制剂与受体的血液等张。
适于局部给药的配方包括液体或半液体制剂，如擦剂、洗剂、applicants、水包油或油包水的乳剂如霜剂、膏剂、糊剂；或是溶液剂或混悬剂如滴剂；或喷雾剂。
在哮喘病的治疗中，可以采用吸入粉末、自推进或喷雾剂配方使用喷罐、喷雾器或喷瓶来分散。配方中被分散时的颗粒尺寸优选为10至100μ。
这些配方可以方便地以剂量单位的形式提供，且可以用药学领域熟知的方法制备。术语“剂量单位”指的是一个整体，即一种单一剂量，该剂可以作为物理上和化学上稳定的单元剂量对患者使用，包括同样的活性成分或者和固体或液体的药学稀释剂或载体的混合物。
作为最广泛的应用，本发明涉及任何具有维生素D内核的维生素D类似物。“维生素D内核”指的是一个中心部分，由五个碳原子的取代的链组成，这五个碳原子相应于维生素D3的8、14、13、17和20位，且在链末端的20位上连接有代表维生素D型化合物的典型侧链的结构部分(例如本文前述的R)，5，7-双烯部分在8位上同活性1-α羟基维生素D类似物的A-环相连(见本文通式I)。因此，本发明也包含对于维生素D3中典型的六元C-环和五元D-环的多种已知的修饰。
因此，与通式I所代表的化合物一样，下面的通式Ia所代表的化合物也包含于本发明 在上式Ia中，Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8和Z的定义与本文前面的定义相同。至于X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8和X9，这些取代基可以相同或不同，为氢原子或短链烷基，即C1-5的烷基如甲基、乙基或正丙基。另外，成对的取代基X1和X4或X5，X2或X3和X6或X7，X4或X5和X8或X9，当它们与化合物中心部分的3个相邻的碳原子，分别相应于位置8、14、13或14、13、17或13、17、20在一起考虑时，可以相同或不同，并形成一个饱和或不饱和，取代或未取代的3，4，5，6或7元的碳环。
优选的本发明的化合物可以表示为下列通式的其中之一 在上面的通式Ib、Ic、Id、Ie、If、Ig和Ih中，Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8、R、Z、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、和X8与本文前面的定义相同。取代基Q代表一个饱和或不饱和，取代或末取代的由0，1，2，3或4个碳原子组成的烃链，优选的是-(CH2)k-基团，其中k为等于2或3的整数。
制备通式Ia～Ih所代表的化合物的方法是已知的。特别参考国际申请号为PCT/EP94/02294的专利申请，该专利申请的申请日是1994年7月7日，公布日期是1995年1月19日，国际公布号为WO95/01960。
权利要求
1.一种修饰1α-羟基化的维生素D化合物的血钙活性从而提高体内活性的方法，包括改变1α-羟基化的维生素D化合物的A-环构象平衡，使其更有利于采取所述A-环的1α-羟基轴向取向的椅式构象。
2.根据权利要求1所述的方法，其中改变构象平衡的步骤包括将A-环椅式构象锁定于具有轴向取向的1α-羟基的几何结构。
3.根据权利要求2所述的方法，其中的锁定步骤包括在A-环上添加一个固定键体系。
4.根据权利要求3所述的方法，其中的固定键体系包括连接于A-环碳2和碳3位的具有反式双平伏取向的取代基。
5.根据权利要求3所述的方法，其中A-环和固定键体系具 其中R1和R2如上所述，n为从1至4的整数，且任何一个CR1R2-均可被氧、硫或氮原子所代替。
6.根据权利要求3所述的方法，其中的固定键体系包括连接于A-环碳3和碳4位的具有反式双平伏取向的取代基。
7.根据权利要求3所述的方法，其中的A-环和固定键体系具有如下结构 其中R1和R2如上所述，n为从1至4的整数，且任何一个CR1R2-均可被氧、硫或氮原子所代替。
8.根据权利要求2所述的方法，其中的锁定步骤包括在A-环上添加一个平化键体系。
9.根据权利要求8所述的方法，其中的A-环和平化键体系 其中R1和R2如上所述，s为从1至3的整数，且任何一个CR1R2-均可被氧、硫或氮原子所代替。
10.根据权利要求2所述的方法，其中的锁定步骤包括在A-环上添加一个桥键体系。
11.根据权利要求10所述的方法，其中的桥键体系包括连接在A-环碳2和碳4位的具有顺式1，3-双轴向取向的取代基。
12.根据权利要求10所述的方法，其中的A-环和桥键体系具 其中R1和R2如上所述，r为从1至5的整数，且任何一个CR1R2-均可被氧、硫或氮原子所代替。
13.根据权利要求10所述的方法，其中的桥键体系包括连接于A-环碳2和碳10位的具有顺式1，3-双轴向取向的取代基。
14.根据权利要求10所述的方法，其中的A-环和桥键体系具有如下结构 其中R1和R2如上所述，r为从1至5的整数，且任何一个CR1R2-均可被氧、硫或氮原子所代替。
15.根据权利要求10所述的方法，其中的桥键体系包括连接于A-环碳4和碳10位的具有顺式1，3-双轴向取向的取代基。
16.根据权利要求10所述的方法，其中的A-环和桥键体系具有如下结构 其中R1和R2如上所述，r为从1至5的整数，且任何一个CR1R2-均可被氧、硫或氮原子所代替。
17.根据权利要求1所述的方法，其中改变构象平衡的步骤包括在A-环上添加一个或多个取代基，该取代基与A-环上的其它取代基相互作用，从而提供使A-环采取1α-羟基轴向取向的椅式构象的驱动力。
18.根据权利要求17所述的方法，其中连接于A-环碳2位的取代基具有大于约1.4 kcal/mol的构象自由能，且C-2取代基采取平伏取向。
19.根据权利要求17所述的方法，其中的A-环具有如下结构 其中U选自由甲基、通式为CR1R2R3的取代甲基、氨基或通式为NR1R2的取代氨基、膦基或通式为PR1R2的取代膦基、烷基或芳基亚硫酰基、烷基或芳基硫酰基和芳基组成的组，其中R1、R2、R3各自独立地选自由氢原子、烷基、羟基烷基、氨基烷基、卤代烷基、烷氧烷基、芳氧烷基、芳基、卤素、羟基、保护羟基、烷氧基、芳氧基、酰基、氨基和烷基或芳基取代氨基组成的组，其中的R1和R2一起代表桥氧基或-(CH2)m-基团，m是2至5的整数。
20.根据权利要求17所述的方法，其中的A-环具有如下结构 其中U如权利要求19所述，条件是U不能为-OH基团。
21.根据权利要求17所述的方法，其中连接于A-环碳10位的取代基具有大于约1.4 kcal/mol的构象自由能，且C-10取代基采取轴向取向。
22.根据权利要求17所述的方法，其中的A-环具有如下结构 其中U如权利要求19所述。
23.一种提高1α-羟基化的维生素D化合物的生物学反应的方法，包括估计1α-羟基化的维生素D化合物的A-环的构象平衡，以确定所述1α-羟基采取轴向或平伏取向的程度；以及如果主要采取平伏取向，则向A-环添加一个取代基而修饰A-环，该取代基将所述A-环锁定于保持1α-羟基轴向取向的椅式构象；或是向A-环添加一个取代基而修饰A-环，该取代基提供使A-环采取1α-羟基轴向取向的椅式构象的驱动力。
24.根据权利要求23所述的方法，其中修饰A-环的步骤包括在A-环上添加一个固定键体系。
25.根据权利要求24所述的方法，其中的固定键体系添加在连接于A-环碳2和碳3位的取代基之间。
26.根据权利要求24所述的方法，其中的固定键体系添加在连接于A-环碳3和碳4位的取代基之间。
27.根据权利要求23所述的方法，其中修饰A-环的步骤包括在A-环上添加一个平化键体系。
28.根据权利要求27所述的方法，其中的平化键体系添加在连接于A-环碳2和碳3位的取代基之间。
29.根据权利要求23所述的方法，其中修饰A-环的步骤包括在A-环上添加一个桥键体系。
30.根据权利要求29所述的方法，其中的桥键体系添加在连接于A-环碳2和碳4位的取代基之间。
31.根据权利要求29所述的方法，其中的桥键体系添加在连接于A-环碳2和碳10位的取代基之间。
32.根据权利要求29所述的方法，其中的桥键体系添加在连接于A-环碳4和碳10位的取代基之间。
33.根据权利要求23所述的方法，其中修饰A-环的步骤包括向A-环上的碳2位添加一个取代基，该取代基的构象自由能大于约1.4 kcal/mol。
34.根据权利要求23所述的方法，其中修饰A-环的步骤包括向A-环上的碳10位添加一个取代基，该取代基的构象自由能大于约1.4 kcal/mol。
35.一种具有如下通式的化合物 其中Y1和Y2可相同或不同，各自选自由氢原子和羟基保护基团组成的组；其中Y3、Y4、Y5、Y6、Y7和Y8可相同或不同，各自选自由氢原子、甲基或通式为-CR1R2R3的取代甲基、氨基或通式为-NR1R2的取代氨基、膦基或通式为-PR1R2的取代膦基、烷基亚硫酰基、芳基亚硫酰基、烷基硫酰基、芳基硫酰基和芳基组成的组，其中R1、R2和R3各自独立地选自由氢原子、C1-5烷基、羟基烷基、氨基烷基、卤代烷基、烷氧烷基、芳氧烷基、芳基、卤素、羟基、保护羟基、烷氧基、芳氧基、酰基、氨基、烷基取代氨基和芳基取代氨基组成的组，其中的R1和R2一起代表桥氧基或-(CH2)m-基团，m是2至5的整数；或者Y3和Y4在一起代表亚甲基；或者Y7和Y8在一起代表亚甲基；Y2和Y6或者Y2和Y7在一起可代表基团-(CR1R2)n-，n是1至4的整数，且任何一个-CR1R2-可被氧、硫或氮原子所代替；Y5和Y8，或Y5和Y3，或Y3和Y8在一起可代表基团-(CR1R2)r-，r是1至5的整数，且任何一个-CR1R2-可被氧、硫或氮原子所代替；Y5和Y6在一起代表基团＝CR4R5，其中R4和R5可相同或不同，各自选自由氢原子和Y3组成的组，条件是R4和R5不能为羟基；其中R4和Y2在一起可代表基团-(CR1R2)s-，s是1至3的整数；R由如下结构表示 其中在碳20位的立体化学中心可采取R或S构型，并且其中Z选自Y、-OY、-CH2OY、-C≡CY或-CH＝CHY，双键可采取顺式或反式几何结构，Y选自氢原子、甲基、-COR10或如下结构的自由基 其中x和y各自代表从0到5的整数，R6选自氢原子、氘原子、羟基、保护羟基、氟原子、三氟甲基或C1-5烷基，该C1-5烷基可以为直链或支链，并且任选地，带一个羟基或保护羟基，R7、R8和R9各自独立地选自氘原子、氘代烷基、氢原子、氟原子、三氟甲基或C1-5烷基，该C1-5烷基可以为直链或支链，并且任选地，带一个羟基或保护羟基，R6和R7在一起代表桥氧基或亚烷基、＝CR7R8、或-(CH2)p-基团，p是从2到5的整数，R8和R9在一起代表桥氧基或-(CH2)q-基团，q是从2到5的整数，R10代表氢原子、羟基、保护羟基或C1-5烷基，且其中侧链上20、22或23位的任一CH-基团可以被氮原子所代替，或是20、22或23位的任一-CH(CH3)-、-CH(R3)-或-CH(R2)-基团可分别被氧原子或硫原子所代替。
36.根据权利要求35所述的化合物，具有如下的通式 其中U选自由甲基、通式为CR1R2R3的取代甲基、氨基或通式为NR1R2的取代氨基、膦基或通式为PR1R2的取代膦基、烷基或芳基亚硫酰基、烷基或芳基硫酰基和芳基组成的组，其中R1、R2、R3各自独立地选自由氢原子、烷基、羟基烷基、氨基烷基、卤代烷基、烷氧烷基、芳氧烷基、芳基、卤素、羟基、保护羟基、烷氧基、芳氧基、酰基、氨基和烷基或芳基取代氨基组成的组，其中R1和R2一起代表桥氧基或-(CH2)m-基团，m是2至5的整数。
37.根据权利要求35所述的化合物，具有如下的通式 其中R1和R2如权利要求36所述，n是从1到4的整数，且任何一个CR1R2-可被氧、硫或氮原子所代替。
38.根据权利要求35所述的化合物，具有如下的通式 其中U如权利要求36所述，条件是U不能为-OH基团。
39.根据权利要求35所述的化合物，具有如下的通式 其中R1和R2如权利要求36所述，s是从1到3的整数，且任何一个CR1R2-可被氧、硫或氮原子所代替。
40.根据权利要求35所述的化合物，具有如下的通式 其中R1和R2如权利要求36所述，n是从1到4的整数，且任何一个CR1R2-可被氧、硫或氮原子所代替。
41.根据权利要求35所述的化合物，具有如下的通式 其中U如权利要求36所述。
42.根据权利要求35所述的化合物，具有如下的通式 其中R1和R2如权利要求36所述，r是从1到5的整数，且任何一个CR1R2-可被氧、硫或氮原子所代替。
43.根据权利要求35所述的化合物，具有如下的通式 其中R1和R2如权利要求36所述，r是从1到5的整数，且任何一个CR1R2-可被氧、硫或氮原子所代替。
44.根据权利要求35所述的化合物，具有如下的通式 其中R1和R2如权利要求36所述，r是从1到5的整数，且任何一个CR1R2-可被氧、硫或氮原子所代替。
45.一种药物组合物，含有有效量的至少一种如权利要求35所述的化合物，以及药学可接受的赋形剂。
46.剂量单位形式的如权利要求45所述的药物组合物。
47.含有约0.01μg至约100μg所述至少一种化合物的如权利要求46所述的药物组合物。
48.局部用药形式的如权利要求45所述的药物组合物。
49.口服形式的如权利要求45所述的药物组合物。
50.一种治疗需要保持或增加骨质的代谢性骨病的方法，包括给予患者有效量的如权利要求35所述的化合物。
51.根据权利要求50所述的方法，其中的疾病为老年性骨质疏松症。
52.根据权利要求50所述的方法，其中的疾病为更年期后的骨质疏松症。
53.根据权利要求50所述的方法，其中的疾病为类固醇诱导的骨质疏松症。
54.根据权利要求50所述的方法，其中的疾病为低骨转换的骨质疏松症。
55.根据权利要求50所述的方法，其中的疾病为骨软化症。
56.根据权利要求50所述的方法，其中的疾病为肾性骨营养不良。
57.根据权利要求50所述的方法，其中的疾病为佝偻病。
58.根据权利要求50所述的方法，其中的疾病为维生素D阻抗性佝偻病。
59.根据权利要求50所述的方法，其中的化合物口服给药。
60.根据权利要求50所述的方法，其中的化合物胃肠外给药。
61.根据权利要求50所述的方法，其中的化合物经皮给药。
62.根据权利要求50所述的方法，其中的化合物以每天0.1μg至50μg的剂量给药。
63.一种治疗特征在于反常的细胞增生或细胞分化的疾病的方法，包括给予患者有效量的如权利要求35所述的化合物。
64.根据权利要求63所述的方法，其中的疾病为牛皮癣。
65.根据权利要求63所述的方法，其中的疾病为选自由白血病、结肠癌、乳腺癌和前列腺癌组成的组的癌症。
66.根据权利要求63所述的方法，其中的疾病为选自由皮炎、湿疹和角化症组成的组的皮肤病。
67.一种治疗特征在于免疫系统失衡的疾病的方法，包括给予患者有效量的如权利要求35所述的化合物。
68.根据权利要求67所述的方法，其中的疾病为多发性硬化症。
69.根据权利要求67所述的方法，其中的疾病为糖尿病。
70.根据权利要求67所述的方法，其中的疾病为移植排异。
71.一种治疗风湿性关节炎的方法，包括给予风湿性关节炎患者有效量的如权利要求35所述的化合物。
72.一种治疗哮喘的方法，包括给予哮喘患者有效量的如权利要求35所述的化合物。
73.一种治疗高血压的方法，包括给予高血压患者有效量的如权利要求35所述的化合物。
74.一种治疗低血钙症的方法，包括给予低血钙症患者有效量的如权利要求35所述的化合物。
75.一种治疗甲状旁腺功能减退的方法，包括给予甲状旁腺功能减退的患者有效量的如权利要求35所述的化合物。
76.一种治疗雌性不育症的方法，包括给予雌性哺乳动物有效量的如权利要求35所述的化合物。
77.一种治疗痤疮的方法，包括给予痤疮患者有效量的如权利要求35所述的化合物。
78.一种治疗秃头症的方法，包括给予秃头症患者有效量的如权利要求35所述的化合物。
79.一种治疗选自由皮肤缺乏韧性、起皱纹、真皮缺少水分和皮脂分泌不足组成的组的皮肤病的方法，包括通过局部、口服或胃肠外给药的方式给予患者有效量的如权利要求35所述的化合物。
全文摘要
本发明涉及一种通过改变A－环构象平衡使之有利于1α－羟基轴向取向的椅式构象来修饰或改变1α－羟基化的维生素D化合物的结构,以提高其生物学活性的方法。这通过以下途径实现:将A－环椅式构象锁定于一种1α－羟基轴向取向的几何结构;或者向A－环添加一个或多个取代基,该取代基可以和分子内或A－环上的其它取代基相互作用,从而提供使A－环采取1α－羟基轴向取向的椅式构象的驱动力。
文档编号C07C403/00GK1308609SQ99808426
公开日2001年8月15日 申请日期1999年3月10日 优先权日1998年5月21日
发明者赫克托·F·德吕卡, 拉法尔·R·西钦斯基 申请人:威斯康星校友研究基金会