折騰了兩年的一篇文章終于被CCL接受了。

? ? 最開始的時候，這篇文章我只想水一篇（指灌水）影響力比較小的普通期刊。當(dāng)時是篩選了一批來自另一個課題組的老師的一些化合物，得到了幾個活性比較好的。雖然活性好而且得到了一些構(gòu)效關(guān)系（化學(xué)結(jié)構(gòu)和活性的關(guān)系），但是問題在于結(jié)構(gòu)很亂（在藥物化學(xué)是指一些化合物的分子結(jié)構(gòu)沒有規(guī)律的意思）。這種情況雖然可以滿足一些普通期刊的要求，但對于邏輯性要求很高的藥物化學(xué)期刊則相對較困難。所以雖然我寫好了初稿，但投稿的事情最后還是讓老師壓了下來。

? ? 當(dāng)時我主要在從事化學(xué)探針的生物評價和抑制劑篩選的工作，都是一些比較基礎(chǔ)的活。盡管在兩年前做過一些有機合成，但當(dāng)時因為做得不好，被師兄說，然后留下了一些心理陰影。所以盡管我也想嘗試自己合成一下，但還是沒跟老師說，而是請另一個課題組的老師幫忙合成。但幾個月過去，那邊依然沒有任何回應(yīng)。為了不讓這篇文章泡湯，于是我還是決定自己試著來做。盡管做得不好，但至少操作是會的，加上近兩年好好地通讀了幾本有機化學(xué)的教材，所以也想嘗試一下。

活性好的兩個化合物的結(jié)構(gòu)

艱難地打通第一個化合物的合成路線

? ? 在國內(nèi)做有機化學(xué)的課題組，對于一個化合物的合成路線，多數(shù)人都是用“打通”來形容，可想而知，多數(shù)情況下是比較難的。盡管做藥物化學(xué)的人不需要去開發(fā)新的反應(yīng)，但是根據(jù)文獻含糊的描述把一個實驗重復(fù)出來經(jīng)常不是一件容易的事。為什么說“含糊”呢？很多做化學(xué)的人在寫文章時不注重方法的描述，有的時候描述甚至是錯誤的。在這種情況下，便只能根據(jù)有機化學(xué)的基本知識對反應(yīng)體系、反應(yīng)時間進行優(yōu)化。此外，有機化學(xué)合成不像是分子生物學(xué)實驗，后者往往會有成體系的protocol，嚴格按照步驟一步步進行往往都能得到很好的重復(fù)。合成實驗對溫度的要求，反應(yīng)時間的要求，反應(yīng)物的量，催化劑的量的要求，往往從一個反應(yīng)到另一個反應(yīng)變化很大，很少有反應(yīng)能給出一個適用所有反應(yīng)物的protocol。因此，針對不同的目標(biāo)化合物，經(jīng)常不得不去試錯，而且很多時候做不出來。

目標(biāo)化合物的設(shè)計，紅框中為目標(biāo)化合物

? ? 我這次要做的化合物是根據(jù)已經(jīng)有的化合物設(shè)計的?；衔?-3都是別人提供的，其中1和2都有很好的活性（8 nM和9 nM，IC50值，用來評價藥物活性，值越低表示活性越高），而3的活性則較差（400 nM）?；衔?和化合物3的結(jié)構(gòu)非常像，只有一個甲基的差別（綠色虛線圈），但是活性卻差了超過40倍。所以，如果把這一優(yōu)勢套用到化合物1上，不是能得到更高活性的分子嗎？所以我的設(shè)想中便是化合物4（紅框中）。但是想法和執(zhí)行往往有很大的距離?；衔?并不能通過簡單地用化合物1進行甲基化反應(yīng)得到，因為化合物1有兩個羥基，進行甲基化反應(yīng)選擇性會很差。所以只能用全合成的方法來制備。全合成便需要把化合物1的合成路線打通。

? ? 化合物1是別人做過的，所以有文獻可以參考。這一類化合物被稱作查耳酮，其骨架基本上都是通過一個叫Claisen-Schmidt反應(yīng)合成的。所以，我第一步要做的，便是打通兩個片段的合成路線。

Claisen-Schmidt縮合

第一個片段的合成路線

? ? 第一個片段我就遇到了困難。這個片段的合成要在酚羥基旁邊上一個溴。學(xué)過高中有機化學(xué)的人大概知道，這個化合物有兩個等價的位置可以被溴取代（紫色圈）。所以難點便是控制其中一個位置溴化。此外，二溴代和一溴代的產(chǎn)物與底物大概是很難分離純化的，因為溴代對極性的改變不是很明顯。這個中間體的合成，原作者采用的是用溶解度差異來進行純化。因為溴化會讓溶解度降低一些。我第一次投料嘗試，把底物溶解在醋酸里，滴入剛好一當(dāng)量液溴，然后室溫下反應(yīng)三個小時。最后加水析出的時候，什么晶體都沒有看到。我在想是不是溶解在水里了，于是便用有機溶劑把它萃取出來。點板的時候發(fā)現(xiàn)它和底物的極性是幾乎一樣的。這個時候我就感到大概是失敗了。但是還是想試試看這是不是想要的產(chǎn)物，于是把它純化出來打了一個核磁譜。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這果然還是底物，甚至一點產(chǎn)物的峰都找不到。

? ? 再次嘗試反應(yīng)更久，還是一樣的結(jié)果。第三次，我在想，是否往里面加入一點點水會反應(yīng)得更好？結(jié)果一加入，果然，立刻有肉眼可見的變化了。但是這和文獻描述的不一樣呀。文獻描述是說加入大量冷水析出。我把這個固體抽濾出來，重結(jié)晶。最后發(fā)現(xiàn)它是二取代的產(chǎn)物。這一來就陷入了困境。沒有這一個溴原子，想要合成化合物1是不可能的。但也沒辦法，只好暫時放下它，去制備另一邊的片段。

克萊森重排反應(yīng)，上面為文獻中報道的產(chǎn)物，下面為根據(jù)原理的產(chǎn)物

? ? 另外一邊是一個Claisen重排反應(yīng)。但根據(jù)反應(yīng)機理，重排后的結(jié)構(gòu)按理說應(yīng)該是右邊的這個。但我想了很久不明白原因，只好直接按照文獻做了。第一次做是相對順利的。這個反應(yīng)因為是在190攝氏度的高溫下進行，產(chǎn)物黑乎乎的，有一股做飯時食物被燒焦的氣味。它的萃取非常費力。因為擔(dān)心產(chǎn)物損失，所以我盡可能地多萃出來一些東西了。結(jié)果得到的就是一團黑乎乎的泥一樣的東西——當(dāng)然，它還伴有燒焦的氣味。在混入了大量硅膠并且蒸干后，終于好看了一點。

克萊森反應(yīng)粗產(chǎn)物（上）純化后的產(chǎn)物（下）

? ? 好在黑乎乎的東西都被吸附在硅膠上了，得到的產(chǎn)物倒是很干凈，結(jié)出來的晶體很好看。這個中間體倒是一次就做成功了，收到核磁結(jié)果的時候很驚喜。

? ? 溴化的那個中間體后來發(fā)現(xiàn)有CAS號，而且可以在網(wǎng)上買到。得知這一件事的時候很欣喜，盡管10克要3300塊錢，老師還是沒有多問就讓訂了。這個中間體送到花了兩三周的時間。送到的那一天，因為疫情還要去校門拿。當(dāng)時接到電話高興得直接放下手里的咖啡騎個車去簽收了。拿到這個中間體之后，馬上開始做后兩步，很快也就得到了苯甲醛的中間體。最后便是見證奇跡的時刻，把兩個片段用Claisen-Schmidt縮合連接起來。這一步也沒有什么困難便做出來了。得到的終產(chǎn)物依然很好看。

旋蒸出來的第一個產(chǎn)物

? ? 路線打通之后，我便合成了一系列類似物。因為難點都在前面兩個中間體了，剩下的化合物也很快就拿到了。從這一步開始，工作便從半腦力半體力勞動變成了體力勞動。也就是拿著已有的一些中間體，根據(jù)這一條已經(jīng)打通的合成路線，把化合物的數(shù)量提高上去。最后得到12個化合物，活性有好有壞。設(shè)計的化合物4，最后得到的活性是4 nM，的確略微提高了。而且我把甲基換成乙基之后它再次提高到了3 nM，而換成丙基則不行了，變成23 nM。

藥物化學(xué)研究是一個體力活

被純度折騰

? ? 這一批化合物的數(shù)據(jù)齊了之后，修修整整再加上一些基礎(chǔ)的化合物，一篇藥物化學(xué)的文章成型了。但接踵而至的是更棘手的問題——純度。一旦發(fā)表一個新合成的小分子，提供完整的氫譜、碳譜往往是最基本的條件。這些化合物雖然通過柱色譜純化了，但它們的核磁譜都還有一些雜峰，主要集中在低場。雖然我上網(wǎng)查了一下發(fā)現(xiàn)低場雜峰有時候是可以接受的，但是看別人的氫譜的時候發(fā)現(xiàn)基本上沒有這樣的雜峰。于是擔(dān)心這個雜峰會有比較大的影響。我把核磁樣品拿回來再過了一遍，多數(shù)化合物的譜圖基本上干凈了，但是主要的那幾個化合物還是有雜峰。這幾個化合物便是通過Claisen重排合成的。可能因為Claisen重排那一步引入了雜質(zhì)，所以一直不干凈。于是便嘗試重新合成。但是這一次沒那么順利了，得不到干凈的Claisen重排產(chǎn)物。分析譜圖發(fā)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物存在，但是有很大量的雜質(zhì)。我嘗試直接用這個產(chǎn)物進行縮合，最后得到的查耳酮里面依然有這個雜峰。我又重做了一次，而且柱層析純化時的每一個餾分都用液相分析，確保產(chǎn)物是純的。當(dāng)我把純度98%的產(chǎn)物用氘代DMSO溶解打核磁時，心想這次應(yīng)該可以得到趕緊的譜圖了。但是結(jié)果依然是存在那幾個雜峰。

帶雜質(zhì)的譜圖

? ? 仔細思考，大概還是Claisen產(chǎn)物的問題，可能是“產(chǎn)物”里面有下面這個產(chǎn)物，也就是根據(jù)反應(yīng)原理所推斷的。而這個產(chǎn)物和目標(biāo)產(chǎn)物極性幾乎一致，所以極性基本一樣，液相也發(fā)現(xiàn)不了純度的問題。第一次做的時候反應(yīng)了足夠長的時間，而第二次按照文獻描述的20小時反而不行了?？赡茉诜磻?yīng)過程中這個化合物逐漸再次重排生成想要的那個化合物，所以反應(yīng)久一些會得到更純的產(chǎn)物。這一次充分地反應(yīng)了一個星期，終于得到了純凈的Claisen?產(chǎn)物。最后，我用丟產(chǎn)率保純度的方法，拿終產(chǎn)物用較大極性的溶劑結(jié)晶，得到了非常干凈的譜圖。

推測的Claisen重排雜質(zhì)

干凈的譜圖

? ? 藥物化學(xué)研究其實沒那么困難，與深不見底的藥理學(xué)和有機反應(yīng)化學(xué)相比，往往藥化的課題能看到一定的預(yù)期。但其難點便在于要對多個學(xué)科有了解。這個研究里面，起初從化學(xué)的角度我是在想給化合物1引入一個甲基就必然會像對化合物3的幫助一樣大，但實際上沒有。而后來進行了結(jié)構(gòu)生物學(xué)和分子生物學(xué)的學(xué)習(xí)，才意識到因為羥基旁邊一個巨大的異戊烯基就像一個傘一樣罩著，以至于甲氧基還是羥基對其與蛋白的結(jié)合作用差別并不大。但進行藥物化學(xué)的研究對于培養(yǎng)藥學(xué)學(xué)生的能力還是很有幫助的，隨著學(xué)習(xí)的進展，最后能接觸的學(xué)科最后會越來越多。

原文doi：10.1016/j.cclet.2023.108405

2023年4月7日

于京都