本发明涉及药物合成领域，具体说，涉及一类新的核苷类化合物。更具体的说，本发明涉及一类新的具有潜在抗肿瘤活性的吉西他滨类似物。
背景技术：
盐酸吉西他滨(Gemcitabine hydrochloride)，化学名为2’-脱氧-2’,2’-二氟胞苷盐酸盐(β异构体)，如下结构1所示，为核苷的同系物，属于细胞周期特异性抗肿瘤药。吉西他滨是一种有效的抗癌(“抗肿瘤”或“细胞毒性”)药物，归类为抗代谢药，是一线抗肿瘤药物。1996年，美国FDA批准了礼来公司(Eli Lilly and Company)研发的盐酸吉西他滨(商品名为Gemzar)作为治疗胰腺癌的一线药物，1998年又批准该药用于治疗非小细胞肺癌。2009年的全球销售份额在17亿美元，而其专利已于2010年过期。吉西他滨可以选择性抑止癌细胞DNA和RNA合成，从而导致癌细胞死亡。它可用于抗胰腺癌，肺癌，非小细胞肺癌，膀胱癌，软组织肉瘤，转移性乳腺癌和卵巢癌，以及潜在用于抗其他肿瘤。
该药适用于治疗不能手术的晚期或转移性胰腺癌以及治疗局部进展性或转移性非小细胞肺癌，此外，该药还可以用于治疗中、晚期非小细胞肺癌，以及胰腺癌、膀胱癌、乳腺癌和其他实体肿瘤(郭冬梅，李冲等，“吉西他滨临床引用进展”，《中国中医药现代远程教育》第9卷第13期，2011年7月)。盐酸吉西他滨作用机制独特，主要作用于DNA合成期的肿瘤细胞，具有抗瘤谱广、与其他化疗药物无交叉耐药，毒性反应无叠加等特点(van Moorsel,C.J.A.,G.J.Peters,and H.M.Pinedo,Gemcitabine:Future Prospects of Single-Agent and Combination Studies.The Oncologist,1997.2(3):p.127-134；Cerqueira,N.M.F.S.A.,P.A.Fernandes,and M.J.Ramos,Understanding Ribonucleotide Reductase Inactivation by Gemcitabine.Chemistry–A European Journal,2007.13(30):p.8507-8515)。它是迄今为止唯一一个被FDA批准治疗晚期胰腺癌的一线药物。
但是，吉西他滨(盐酸吉西他滨)没有药丸的形式，使用不便，只能由静脉大剂量注射(一次可多达数百到一千毫克)，每周一次，长达数月。尽管吉西他滨能有效抗癌，但由于使用剂量高，造成不少毒副作用。常见副作用(发生在30％以上的使用患者)：流感样症状(肌肉疼痛，发热，头痛，畏寒，乏力)，发烧(6-12小时内首次剂量)，疲劳，恶心(轻度)，呕吐，食欲差，皮疹，低白细胞计数(增加感染的风险)，低血小板计数(增加出血风险)，低 红细胞计数(贫血症，疲倦，乏力，气短)，胳膊、腿或身体的其他部位肿胀，该药物还可能对肝脏和肾脏的功能有不良影响。
Hertel及其合作者首次合成了吉西他滨，但合成的异构体比例很不理想(α异构体和β异构体的比例为4:1)(Hertel,L.W.,et al.,Synthesis of2-deoxy-2,2-difluoro-D-ribose and 2-deoxy-2,2'-difluoro-D-ribofuranosyl nucleosides.The Journal of Organic Chemistry,1988.53(11):p.2406-2409)。Chou的小组通过改变保护基团使该异构体比例提高到1:1(Chou,T.S.,et al.,Stereospecific Synthesis of 2-Deoxy-2,2-difluororibonolactone and Its Use in the Preparation of 2′-Deoxy-2′,2′-difluoro-β-D-ribofuranosyl Pyrimidine Nucleosides:The Key Role of Selective Crystallization.Synthesis,1992.1992(06):p.565-570)。但他们的路线仍然有物料成本过高，反应杂质多，总收率低的缺点。Jiang的小组用肉桂酰基保护羟基，苯磺酰基为离去基团的合成路线，不仅产品中异构体纯度达到美国药典30版的要求(≥99.8％)，而且八步(包括两次立体选择性重结晶)反应总收率达到10％(Jiang,X.,et al.,An Improved Preparation Process for Gemcitabine.Organic Process Research&Development,2008.12(5):p.888-891)。
吉西他滨作为迄今唯一的治疗晚期胰腺癌的一线药物，其现有的制备方法仍存在立体选择性不高等问题，同时其高用量和药物毒性反应同样让人担忧。因此，在开发其新的制备路线的同时，也很有必要进一步开发新的吉西他滨类似物(例如单原子硒代化合物)，作为吉西他滨抗肿瘤药物的优质替代药物。硒核苷可用于抗肿瘤药物创新研究、转化及开发，以便生产新型生化抗肿瘤药物，例如硒吉西他滨(硒吉)。我们预测硒吉将是一类创新型抗肿瘤药物，它会具有低剂量和低毒副作用的功效，将对癌症治疗更直接、准确、有效。
技术实现要素：
本发明的目的之一在于提供一类新的吉西他滨类似物，其结构式如下：
其中，Y为2-位上的氧分别被硫或硒取代的胞嘧啶，胸腺嘧啶，尿嘧啶或鸟嘌呤基团，其结构式分别如下：
其中，X为Se或S；Z为Se，S或O。
在一个实施方案中，本发明优选如下结构的化合物：
本发明的另一目的在于提供上述吉西他滨类似物的制备方法，包括如下步骤：
步骤1).用二苯甲酰基糖化合物4为起始物，溴化得到α-溴代产物，化合物5；
步骤2).将下述核苷碱基的2-位取代基烷基化后由硒化钠取代得到硒代的碱基；
步骤3).将步骤1)得到的化合物5与步骤2)得到的硒代碱基化合物或步骤2)中L为S的起始物进行缩合，得到目标化合物。
其中，上述步骤2)中，当反应物的M为OH时，其存在羰基的互变异构体，且羰基异构体更加稳定，进行的反应式如下：
以及
其中，所述步骤3)中，当反应物的M为OH时，进行如下反应：
在一个具体实施方案中，本发明提供了式I化合物的制备方法，包括步骤：
步骤1).将苯甲酰基糖化合物4进行溴化，得到主产物α-溴代化合物5，和少量的α-乙 酰化副产物6。
步骤2).由化合物2，4-二氯-嘧啶经氨解、硒代两步合成得到化合物8b，即2-硒-胞嘧啶；
以及，由3,3-二乙氧基丙腈和硫脲环合制得化合物8a，即2-硫-胞嘧啶；
步骤3).将步骤2)得到的化合物8a和8b分别用BSA(N,O-双(三甲基硅基)乙酰胺)保护，然后与化合物5在TMSOTf(三甲基硅烷基三氟甲磺酸酯)催化下缩合，得二苄基保护的硫代或硒代的化合物9，再经脱苯甲酰基反应，得到X分别为硫和硒的化合物2。
其中，上述步骤1)在室温下进行；所述溴化的反应条件是：33％HBr的HOAc溶液， 溶剂为二氯甲烷，氯仿或甲苯等非极性或者弱极性溶剂。
所述步骤2)中的氨解反应试剂为氨水；硒代反应试剂为硒-硼氢化钠的乙醇溶液。
上述反应制备得到的化合物2，经检测其β异构体(产物9和2纯化以前)的比例在98％以上(未经纯化的β异构体)，几乎得到单一的β构型产物(未经纯化的粗品)。纯化后能得到99.9％纯度的β构型产物。
在另一个具体实施方案中，本发明提供了式3化合物的制备方法，包括步骤：
步骤1).将二苯甲酰基糖化合物4进行溴化，得到主产物α-溴代化合物5，和少量的α-乙酰化副产物6；
步骤2).缩醛化合物与硫脲在醇类溶剂中在钠醇的作用下经环合，得到化合物11a和11b；
步骤3).将步骤2)得到的化合物11a和11b用BSA保护，然后与化合物5在TMSOTf催化下缩合，得二苄基保护的硫代化合物14，再经脱苯甲酰基反应，得到R分别为氢和甲基的硫代化合物3。
其中，上述反应步骤1)在室温下进行；所述溴化的反应条件是：33％HBr的HOAc溶液，溶剂为二氯甲烷，氯仿或甲苯等非极性或者弱极性溶剂。
所述步骤2)的醇类溶剂为正丁醇或乙醇。
上述制备得到的化合物3，经检测其β异构体(产物14和3纯化以前)的比例在98％以上。
本发明中，“室温”代表20～25℃。
本发明的发明人意外地发现，在上述制备方法的步骤3)中，通过用BSA(N,O-双(三甲基硅基)乙酰胺)而非HDMS(六甲基二硅氮烷)作为保护剂，将大大提高产物的立体选择性(未经纯化，β异构体就在98％以上)，几乎得到单一的β构型产物(未经纯化的粗品)。纯化后能得到99.9％纯度的β构型产物。
本发明提供的吉西他滨类似物，能够作为吉西他滨抗肿瘤药物的替代药物，对于解决目前抗肿瘤药物尤其是抗晚期胰腺肿瘤药物稀缺的局势具有非常积极的影响和作用，而且，本发明提供的吉西他滨类似物的合成路线使产物的β-异构体成为优势产物，同时具有比较高的产率，在产业化应用方面具有重大意义。该新的吉西他滨类似物(例如单原子硒代化合物)可望成为吉西他滨抗肿瘤药物的优质替代药物。我们预测硒吉将是一类创新型抗肿瘤药物，它会具有低剂量和低毒付作用的功效，将对癌症治疗更直接、准确、有效。
具体实施方式
下述提供的实施例是为了进一步说明本发明，但这并不意味着对本发明的任何限制。
实验仪器和材料
核磁共振谱采用Bruker600MHz核磁共振仪测定(TMS为内标)；薄层色谱用硅胶60GF254分析板，柱层析用硅胶60(70-230目)，所有反应均在惰性气体Ar的保护下进行。所用试剂购自阿拉丁和天津广发，未经进一步纯化直接应用。
实施例一
化合物5(2-脱氧-2,2-二氟-3,5-二苯甲酰基--1-溴-D-呋喃核糖)的制备
室温搅拌下，向化合物4的溶液(22.8g(50mmol)溶解在200mL二氯甲烷)中加入27.0g(2.2eq)33％溴化氢的乙酸溶液。然后将密封的反应在室温下搅拌反应一周。然后分别用水(每次150mL)和饱和碳酸氢钠溶液(每次150mL)洗涤反应液两次。有机相用无水硫酸镁干燥后减压脱除溶剂，得到的淡黄色油状液体，经硅胶柱层析纯化(洗脱溶剂从100％石油醚到5％乙酸乙酯-石油醚)，得到12.36g(56％)的α-溴代物5和1.6g(7％)的α-乙酰化产物6。经柱层析得纯度约98％的α-溴代产物5，副产物6被彻底分离。进一步用石油醚对化合物5重结晶，可获得高于99.9％纯度的α-溴代产物5。
反应式1.溴糖的合成
化合物5(2-脱氧-2,2-二氟-3,5-二苯甲酰基--1-溴-D-呋喃核糖)的分析数据：1H-NMR(CDCl3):δ8.05-8.09(m,4H),7.38-7.64(m,6H),6.42(d,J＝9.0Hz,1H),6.17-6.22(m,1H),4.78-4.82(m,1H),4.65-4.70(m,1H)；13C NMR(CDCl3):δ165.41,164.31,133.63,132.82,129.65,129.36,129.30,128.78,128.17,128.00,127.89,127.53,123.13,121.44,121.36,119.66,82.88,82.69,82.64,82.46,79.97,79.92,69.43,69.32,69.26,69.15,62.33；HRMS(ESI-TOF),C19H15BrF2O5,[M+Na]＝462.9970(calc.462.9969)。
化合物6(2-脱氧-2,2-二氟-3,5-二苯甲酰基-D-呋喃核糖-1-乙酸酯)的分析数据：1H-NMR(CDCl3):δ8.07-8.11(m,4H),7.41-7.65(m,6H),6.30(d,J＝7.2Hz,1H),5.90-5.95(m,1H),4.76-4.78(m,1H),4.50-4.55(m,1H)；13C NMR(CDCl3)δ168.02,165.28,164.49,133.59,132.85,129.63,129.27,128.94,128.16,127.93,127.63,122.34,120.66,120.57,118.89,92.87,92.71,92.60,92.44,78.15,78.10,69.89,69.78,69.71,69.61,62.73,20.17；HRMS(ESI-TOF),C21H18F2O7,[M+Na]＝443.0921(calc.443.0918).
实施例二
化合物8b(2-硒-胞嘧啶)的制备
将2,4-二氯嘧啶加入到28％的浓氨水溶液中，室温搅拌过夜，反应结束后，减压浓缩，粗品经柱层析分离，得到产物2-氯-4-氨基嘧啶和其异构体2-氨基-4-氯嘧啶，分离纯化后，将2-氯-4-氨基嘧啶(2g,15.4mmol)加入氩气保护的硒硼氢化钠乙醇溶液(制备过程：将硒(3g,38.0mmol)和硼氢化钠(1.75g,46.2mmol)加入无水乙醇(100mL)中，10℃下反应30分钟)，加热回流48小时，冷却，加入10mL水，抽滤，滤饼悬浮于15ml无水乙醇，再加入220mg硼氢化钠，搅拌反应30分钟，抽滤，干燥，得到1.1g(39％)化合物8b，类白色固体。
反应式2.2-硒胞嘧啶的合成
化合物8b的分析数据：1H-NMR(DMSO-d6):δ12.39(s,1H),7.69and 7.84(ss,2H),7.40(d, J＝6.0Hz,1H),6.07(d,J＝6.0Hz,1H)；13C NMR(DMSO-d6):):δ175.7,161.6,142.6,97.6；HRMS(ESI-TOF),C4H5N3Se,[M+Na]＝197.9538(calc.197.9546).
实施例三
化合物9和14的制备
将5mmol化合物8(分别为化合物8a、化合物8b)或30mmol化合物11(分别为化合物11a、化合物11b)悬浮在15ml乙腈中，室温下加入BSA(2eq.)。反应混合物搅拌1小时形成澄清的溶液。减压蒸除溶剂后，氩气保护下依次加入35ml甲苯，溴代糖5(1eq.)和TMSOTf(2eq.)。在80℃氩气保护下保温反应过夜得到9(或者在110℃氩气保护下保温反应过夜得到化合物14)，反应经过酸碱洗涤处理，柱层析纯化分别得到化合物9和14。
化合物9a(2’-脱氧-2’,2’-二氟-3’,5’-二苯甲酰基-2-硫胞嘧啶)。类白色泡沫，收率58％(β-异构体纯度大于99.9％)。经柱层析纯化(CH2Cl2/MeOH,98/2,v/v)。分析数据：1H-NMR(CDCl3)δ8.13-8.15(m,2H),8.10(d,J＝5.8Hz,1H),8.07–8.09(m,2H),7.43–7.66(m,6H),6.89(m,J＝2.4Hz,1H),6.23(d,J＝5.8Hz,1H),5.69(dd,J＝4.8,13.8Hz,1H),5.03(brs,2H),4.66–4.74(m,3H).13C NMR(CDCl3):δ167.09,165.63,164.46,162.12,155.67,133.48,132.82,129.66,129.32,128.90,128.18,127.95,127.79,124.28,123.47,122.59,122.51,120.82,101.61,86.00,85.85,85.77,85.61,79.49,72.30,72.18,72.06,71.94,62.50；HRMS(ESI-TOF),C23H19F2N3O5S,[M+H]+＝488.1098(calc.488.1092).
化合物9b(2’-脱氧-2’,2’-二氟-3’,5’-二苯甲酰基-2-硒胞嘧啶)。淡黄色泡沫，经柱层析纯化得(CH2Cl2/MeOH,98/2,v/v)收率60％(β-异构体纯度大于99.9％)。分析数据：1H-NMR(CDCl3)δ8.15–8.08(m,2H),8.08–8.03(m,2H),8.00(d,J＝5.9Hz,1H),7.67–7.59(m,1H),7.59–7.53(m,1H),7.53–7.46(m,2H),7.46–7.37(m,2H),7.05(dd,J＝12.9,2.9Hz,1H),6.29(d,J＝5.9Hz,1H),5.71–5.61(m,1H),5.37(s,2H),4.77–4.61(m,3H).13C NMR(CDCl3):δ165.53,164.57,164.55,164.25,163.17,153.98,133.26,132.60,129.09,128.79,127.95,127.69,125.02,123.33,123.27,121.58,101.67,84.94,84.77,84.73,84.55,79.64,72.29,72.17,72.05,71.93,62.14；HRMS(ESI-TOF),C23H19F2N3O5Se,[M+H]+＝536.0539(calc.536.0536).
化合物14a(2’-脱氧-2’,2’-二氟-3’,5’-二苯甲酰基-2-硫尿嘧啶)。类白色泡沫，收率42％(β-异构体纯度大于99.9％)。柱层析纯化(CH2Cl2/MeOH,99/1,v/v)。分析数据：1H-NMR(CDCl3):δ8.13(dd,J＝8.0,1.5Hz,2H),8.09–8.02(m,2H),7.94(d,J＝6.6Hz,1H),7.70–7.62(m,1H),7.62–7.55(m,1H),7.52(t,J＝7.7Hz,2H),7.44(t,J＝7.7Hz,2H),6.94(dd,J＝11.7,3.2Hz,1H),6.32(d,J＝6.6Hz,1H),5.81–5.59(m,1H),4.72(dd,J＝10.1,4.0Hz,2H),4.67(dd,J＝13.2,5.3Hz,1H).13C NMR(CDCl3)δ165.48,164.25,164.10,157.88,154.38,133.60,132.88, 129.71,129.30,128.75,128.19,127.95,127.59,124.09,122.38,122.31,120.61,111.60,86.13,86.04,85.89,79.87,72.03,71.92,71.80,71.68,62.12；HRMS(ESI-TOF),C23H18F2N2O6S,[M+Na]＝511.0756(calc.511.0751).
化合物14b(2’-脱氧-2’,2’-二氟-3’,5’-二苯甲酰基-2-硫胸腺嘧啶)。类白色泡沫，收率61％(β-异构体纯度大于99.9％)。柱层析纯化(CH2Cl2/MeOH,99.5/0.5,v/v)。分析数据：1H-NMR(CDCl3):δ8.06-8.14(m,4H),7.80(d,J＝1.2Hz,1H),7.43–7.87(m,6H),6.88(m,J＝2.4Hz,1H),5.67(dd,J＝13.2,4.8Hz,1H),4.67-4.76(m,3H),2.06(d,J＝1.2Hz,3H).13C NMR(CDCl3):δ165.50,164.64,164.26,154.15,151.31,133.56,132.85,129.65,129.30,128.78,128.18,127.94,127.66,124.13,122.43,122.36,121.14,120.66,86.23,86.08,85.99,85.84,79.90,72.07,71.96,71.84,71.72,62.21,12.15；HRMS(ESI-TOF),C24H20F2N2O6S,[M+Na]＝525.0913(calc.525.0908).
实施例四
化合物2和3的制备(脱保护反应)
将化合物9(分别为化合物9a、9b)或化合物14(分别为化合物14a、14b)(0.5mmol)溶解在10ml 7N甲醇-氨溶液中，室温下搅拌过夜，减压蒸除溶剂后，柱层析纯化分别得到化合物2和3。
化合物2a(2’-脱氧-2’,2’-二氟-2-硫胞嘧啶)。类白色泡沫状固体，收率52％(β-异构体纯度大于99.9％)。柱层析洗脱剂(CH2Cl2/MeOH,95/5,v/v)。分析数据：1H-NMR(Methanol-d4):δ7.89(d,J＝6.0Hz,1H),7.49(m,J＝8.0,1.6Hz,0H),6.69–6.61(m,1H),6.27(d,J＝6.0Hz,1H),4.25(m,J＝12.7,8.7Hz,1H),4.00(m,J＝7.5,3.5Hz,1H),3.82(ddd,J＝12.5,2.9,1.4Hz,1H),3.70(dd,J＝12.6,4.3Hz,1H).13C NMR(Methanol-d4):δ167.00,163.20,153.91,129.17,126.76,125.35,124.37,123.65,121.95,101.05,85.12,84.98,84.87,84.73,81.97,81.92,70.52,70.40,70.34,70.21,and 59.55；HRMS(ESI-TOF),C9H11F2N3O3S,[M+H]+＝280.0569(calc.280.0567).
化合物2b(2’-脱氧-2’,2’-二氟-2-硒胞嘧啶)。浅黄色固体，收率65％(β-异构体纯度大于99.9％)。柱层析洗脱剂(CH2Cl2/MeOH,95/5,v/v).。分析数据：1H-NMR(Methanol-d4):δ7.86(d,J＝6.0Hz,1H),6.86(t,J＝11.5Hz,1H),6.27(d,J＝6.0Hz,1H),4.28–4.16(m,1H),4.05–3.96(m,1H),3.81(ddd,J＝12.5,3.2,1.3Hz,1H),3.71(dd,J＝12.5,4.5Hz,1H).13C NMR(Methanol-d4):δ165.41,165.38,163.06,153.83,126.02,124.32,122.63,101.42,84.99,84.82,84.76,84.59,82.58,82.54,70.63,70.50,70.44,70.31,and 59.53；HRMS(ESI-TOF),C9H11F2N3O3Se,[M+H]+＝328.0014(calc.328.0012).
化合物3a(2’-脱氧-2’,2’-二氟-2-硫尿嘧啶)。类白色固体，收率70％(β-异构体纯度大于99.9％)。柱层析洗脱剂(CH2Cl2/MeOH,90/10,v/v)。分析数据：1H-NMR(Methanol-d4):δ7.92(d,J＝6.6Hz,1H),6.72(t,J＝10.2Hz,1H),6.24(d,J＝6.6Hz,1H),4.24–4.29(m,J＝2.4,7.8Hz,1H),4.03(m,1H),3.82(dd,J＝12.6,2.4Hz,1H),3.70(dd,J＝12.6,4.8Hz,1H).13C NMR(Methanol-d4):δ164.94,160.15,152.32,125.28,123.57,121.86,109.39,85.46,85.32,85.21,85.07,82.94,82.90,70.34,70.22,70.16,70.03,and 59.47；HRMS(ESI-TOF),C9H10F2N2O4S,[M+Na]＝303.0230(calc.303.0227).
化合物3b(2’-脱氧-2’,2’-二氟-2-硫胸腺嘧啶)。类白色固体，收率50％(β-异构体纯度大于99.9％)，柱层析洗脱剂(CH2Cl2/MeOH,90/10,v/v)。分析数据：1H-NMR(Methanol-d4):δ7.77(d,J＝1.2Hz,1H),6.67(t,J＝10.2Hz,1H),4.26(m,J＝13.1,7.9Hz,1H),4.03(m,J＝7.6,3.1Hz,1H),3.81(ddd,J＝12.5,3.1,1.3Hz,1H),3.70(dd,J＝12.6,4.5Hz,1H),2.00(d,J＝1.2Hz,3H),1.30(d,J＝9.0Hz,1H).13C NMR((Methanol-d4):δ164.67,156.28,149.17,125.27,123.56,121.86,119.68,85.55,85.41,85.30,85.16,82.87,82.83,70.35,70.22,70.16,70.03,59.46,and10.96；HRMS(ESI-TOF),C10H12F2N2O4S,[M+Na]＝317.0386(calc.317.0384).
对比实施例五
反应式3.初步尝试对目标化合物的合成
如反应式3所示，在乙腈为溶剂的条件下，以HMDS作为保护基缩合制备硫代的尿嘧啶和胸腺嘧啶吉西他滨类似物前体12，结果两种异构体比例为1:1(α：β)。后经酸解脱除三苯甲基(Tr)得到的化合物13。硫代胸腺嘧啶吉西他滨类似物前体13b(R为甲基)经柱层析分离，得到纯化的β-异构体13b。而硫代尿嘧啶吉西他滨类似物前体13a(R为氢)的两个异构体无法用柱层析分离。分离出的β-异构体13b经过经一步脱除苯甲酰基，得到目标化合物3b(R为甲基)。经HPLC分析，其中仍有约10％的α-异构体。尝试用反相色谱分离但未获得成功。