青蒿素曲折的成药历程：从“屠”而始由“许”而终

　屠呦呦获得2015年度的诺贝尔医学奖，同样是表彰她"发现了青蒿素，一种治疗疟疾的药物，在全球特别是发展中国家挽救了数百万人的生命"这是中国生物医药界所获得的的大奖。

　　呦呦鹿鸣，食野之蒿。由屠呦呦个提出青蒿素作为抗疟药物引入523项目，到用乙醚替代热水提取法和乙醇回流提取法到1984年科学家们实现青蒿素的人工合成，这后的中透露的又是一段曲折的故事。

　　我们根据时间线来看

　　关于1967 - 1973年从项目启动到屠呦呦提出青蒿素到获得高纯度结晶物，终中央决定青蒿素作为新药进行研发这一段故事，已有广到《凤凰网》高到饶毅主办的《知识分子》都有叙述。

　　而作为制药工作者我们来看看当初接到后任务的周维善院士许杏祥教授是如何进行结构的解析与全合成工作使之真正成为可以制造的药物的历程。作者查阅了1982年的老资料发现一下的一段故事。

　　1、 氯喹耐药的历史背景

　　二次大战时对于疟疾的主要用药就是德国拜耳开发出的抗疟疾药物氯喹和金鸡纳树中的天然奎宁。由于美国和德国是交战方，而世界上金鸡纳树种植多的地方印度尼西亚当时又是由日本控制。于是在太平洋战场与日本交战的美国因疟疾导致非战斗减员相当严重。这使得美国政府相当紧张直到从印尼战俘身上搅获了氯喹的药片美国才开始大规模生产氯喹的仿药。由于被定为军用必备药物一次性就合成了几吨的药物。这也引发了越南战争时疟疾已对氯喹产生了耐药性。中国解放军和美国大兵在越南战场上仍旧被疟疾搞的苦不堪言。

　　2、 完全不同的新抗疟药物的提出

　　在疟疾问题困扰党中央时，国家领导组织了523国家项目，目的就是从现有本土草药中筛选出能对抗疟疾的新化合物。而当时坚持确定青蒿素对抗疟疾有效，并改良了提取方法使用乙醚回流提取法，得到了高纯度天然药物青蒿素。也从而奠定了其获得诺贝尔医学奖的基础。（个引入青蒿素作为新型抗疟药物，个改良了提纯方法，使之证明青蒿素确实是一种对疟疾活性很高的新药）。

　　3、 青蒿素后续项目的开展（结构分析与全合成）的背景

　　在1973年初背景中药研究所拿到了青蒿素的结晶，因为天然的青蒿素只在黄青蒿开花到花谢的时间段含量，所以解开结构能全合成青蒿素并后衍生出化学合成的药物，也成了一项很重要的工作。

　　根据周维善院士会议说：当时由于文革还在继续，做此类基础研究是属于修正主义回潮要被工宣队批判，压力非常大。但放弃又不是很甘心，在前有机所老领导边伯明的支持下工作才得以开展，由于怕牵涉到太多人，终周维善院士决定只由他和许杏祥研究员参与此项工作，由于许杏祥同志是黄鸣龙后一个弟子由于黄鸣龙已被打成右派就一直跟着周维善进行研究工作。

　　4、 结构分析的难点与李英梁晓天

　　当时依靠红外和100MHz的核磁判断结构时，发现这个新倍半萜药物结构中有M+32这个双氧桥环而周维善院士怎么都想不明白双氧桥环如何连接在一起，这时有机所甾体组的吴毓林研究员也对中国项目产生了兴趣并提出了不少意见。直到他的妻子李英（也参加了523项目）在成都参加523座谈会中，当时核磁分析的专家梁晓天报告另一种活性较差的抗疟药鹰爪素中也有M+32这个双氧桥环结构时，配合X-衍射周维善才确定青蒿素的这个特异结构。具体的结构解析已能出一道考研高分题目。

　　结构分析具体如下：

　　青蒿素熔点在156 ～ 157 ℃，高分辨质谱282，分子式为C15H22O5.它的红外光谱有δ-内酯（1745cm-1）及过氧基团（831,881,1115 cm-1）的吸收峰，核磁共振在0.93（3 H，双重峰，J = 6 Hz）和1.06（3 H，双重峰，J = 6.5 Hz）分别有一个仲甲基峰，在δ1.36（3 H ，单峰，）有一个接于带氧原子碳上的甲基（CH3-C-O）照射在δ3.08 - 3.44（1 H，多重峰）的一个质子，则δ1.06的双重峰变为单峰；反之，照射在1.06的甲基，则δ3.08 - 3.44的多重峰变为双重峰（J - 4.5 Hz）,因此它必是δ1.06甲基邻位的一个氢，这个质子因受内酯羰基的去屏蔽效应而在较低场出现。由于这个旨在在照射δ1.06的甲基后由多重峰变为双重峰，足见其邻近的一个碳仅带有一个氢原子。在δ5.68（1 H，单峰）出现的一个尖峰，推定其系与两个氧原子相连的碳上的一个氢，此质子无裂峰，足见这个氢上的碳是与氧原子和叔碳原子相联。

　　青蒿素与三苯磷反应证明了含有一个当量的过氧基团，也在质谱中250（M+32）中出现的峰清楚的表明含有一个过氧基团，由于在核磁中δ3.44 - 5.68之间没有其他质子信号，提示这个过氧基团是接于两个叔碳原子上。δ1.36的甲基峰可以推定其接于这个带有过氧基团的碳原子上。青蒿素在Pd-CaCO3在常温常压下氢化即使得过氧基团变为环氧基团，经元素分析和质谱分析确定其分子式为C15H22O4与青蒿素比较正好失去了一个氧原子，在红外谱图中双氧基团的吸收峰消失，但核磁谱图与青蒿素非常相似，因此进一步证明青蒿素含有过氧基团。

　　青蒿素与盐酸羟胺反应后，呈现饱和内酯的颜色反应，用氢氧化钠定量滴定接近于消耗1克分子碱，确证其含有一个内酯基团。用硼氢化钠还原青蒿素得半缩醛化合物3，将其用钯-碳酸钙在常温下进行氢化则失去过氧基团变为环氧化合物，2用二异丁基铝氢还原也得到化合物4,4用铬酐-吡啶氧化又重新得到化合物2。如下图

　　青蒿素的质子宽带去偶的碳谱核磁共振谱出现相当于倍半萜的15个碳原子骨架信号。在偏离共振普中在79。5和105 ppm出现两个季碳的单峰。这两个单峰都在较低场出现，提示过氧基是连接与这两个季碳原子上，这与质子共振谱的结果是相符合的。在32.5,33,45,50和93.5 ppm出现5个叔碳的双重峰，其中一个叔碳的双重峰是在较低场出现，可以推定其系与两个氧原子相连的一个碳，这也与质子共振谱的结构相符。在偏离共振谱中，还在25,25.1,35.5和37 ppm出现4个仲碳的三重峰和在12,19和23 ppm出现三个伯碳的四重峰。在172 ppm出现的峰根据化学位移可以推定其系酯基中的一个碳原子，通过化合物的红外，核磁和质谱以及一些化学验证反应可以推定I,II,III,IV是青蒿素的部分结构

　　青蒿素的化学结构及其相对构型终为X-射线结构分析确定符合的单晶（因该是屠呦呦培养纯化的）

　　（来源于：青蒿素（Arteannuin）的结构和反应. 化学学报，37:129 - 142）

　　5、 历时4年的全合成历程

　　当青蒿素的结构分析做完后，北京大学的有机化学家刑其毅教授（正是有机化学和基础有机化学教材的编者）对周维善说"你的结构分析出来了，但我还是不能相信，你要把它合成出来，而且合成出来的物质与天然产品对比是一样的，我才能相信你的结构分析是对的"。

　　于是1978年全国科技大会制定中提出了青蒿素的全合成，而上海有机所的周维善，许杏祥组成了攻关小组开始了5年探索之路。

　　开始的合成并不顺利香草醛为起始原料使得合成路线非常不顺利，直到了许杏祥提出使用青蒿酸作为起始原料后才逐渐有进展直到终人工合成出了青蒿素。但当时项目属于国家机密周维善的结构分析被拖延到与全合成一起在1982年才得以发表

　　合成路线见下图

　　现将青蒿酸酯化还原成双键结构1，然后用碱水解得到结构2，再用吡啶水以血卟啉为光敏剂光照5小时得到化合物3，然后再臭氧化后用对甲苯磺酰氯活化，环化成青蒿素。

　　终这个由屠呦呦开始由周维善和许杏祥而终的药物才成为可以人工合成生产的抗疟新药。