CN101153040A

CN101153040A - 一种合成多羟基吡咯啉士啶类生物碱的方法

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Publication number: CN101153040A
Application number: CNA2006101133576A
Authority: CN
Inventors: 俞初一; 高红云
Original assignee: Institute of Chemistry CAS
Current assignee: Institute of Chemistry CAS
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2026-09-25
Also published as: CN100567298C

Abstract

本发明公开了合成多羟基吡咯啉士啶类生物碱的方法。本发明方法，包括如下步骤：1)将式II结构的多羟基环状硝酮经过反应得到Cbz－保护的式III结构的酰胺；2)将式III结构的酰胺转化为式IV结构的α，β－不饱和酮；3)将式IV结构的α，β－不饱和酮在四氧化锇和NMO体系作用下进行双羟基化反应，得到式V的结构；4)式V进行催化氢化，得到式I结构的多羟基吡咯啉士啶类生物碱。本发明从价格低廉、易得的原料出发，以糖衍生的多羟基手性硝酮为关键的手性中间体，通过亲核加成，Wittig反应，双羟基化及还原胺化等反应，形成一套高立体选择性，高产率的合成hyacinthacine C₁类多羟基吡咯啉士啶生物碱的简洁、有效、实用的方法。

Description

一种合成多羟基吡咯啉士啶类生物碱的方法

技术领域

本发明涉及一种hyacinthacine C₁类多羟基吡咯啉士啶生物碱的简洁、实用、有效的合成方法。

背景技术

糖苷酶催化的糖复合物和糖共轭物中糖苷键的水解过程是生物体中存在的最普遍的生物化学反应。糖苷酶具有广泛多样的功能，为所有生命体的存活提供了最基本的保障。多羟基生物碱通过模拟天然底物的吡喃或呋喃环部分而代替天然底物与糖苷酶作用，从而直接或间接对糖苷酶产生抑制活性。这些多羟基生物碱的糖苷酶抑制作用可使其作为潜在的抗病毒、抗癌、抗糖尿病的药物，并可能应用于农用化学中。随着Zavesca(N-butyl-deoxynojirimycin)在2002年被欧盟批准为治疗轻到中度的1型Gaucher疾病的药物[参见：Cox，T.；Lachmann，R.；Hollak，C.；Aerts，J.；van Weely，S.；Hrebicek，M.；Platt，F.；Butters，T.；Dwek，R.；Moyses，C.Lancet，2000，355，1481-1485]，更增加了此类化合物在医疗用途上的研究兴趣。

Hyacinthacine类生物碱是近年来被发现的、在吡咯啉士啶的C-3和C-5位带有碳支链的多羟基双环生物碱。自从1999年首先分离出来hyacinthacine B₁，hyacinthacineB₂，hyacinthacine C₁[参见：Kato，A.；Adachi，I.；Miyauchi，M.；Ikeda，K.；Komae，T.；Kizu，H.；Kameda，Y.；Watson，A.A.；Nash，R.J.；Wormald，M.R.；Fleet，G.W.J.；Asano，N.Carbohydr.Res.1999，316，95-103]后，在1999-2005年间又分离得到了更多的hyacinthacine类生物碱[参见：(a)Asano，N.；Kuroi，H.；Ikeda，K.；Kizu，H.；Kameda，Y.；Kato，A.；Adachi，I.；Watson，A.A.；Nash，R.J.；Fleet，G.W.J.Tetrahedron：Asymmetry，2000，11，1-8.(b)Yamashita，T.；Yasuda，K.；Kizu，H.；Kameda，Y.；Watson，A.A.；Nash，R.J.；Fleet，G.W.J.；Asano，N.J.Nat.Prod.2002，65，1875-1881]。Hyacinthacine类生物碱对老鼠肠内乳糖酶、淀粉葡萄糖苷酶、牛附睾的α-L-岩藻糖苷酶等糖苷酶具有专一的高抑制活性。

目前有关hyacinthacine类生物碱的合成还较少，尤其是hyacinthacine C₁，它是一种多羟基吡咯啉士啶生物碱，具有一个五元并五元的双环结构，在环上有四个羟基、一个羟甲基以及一个甲基等取代基，而且具有七个手性中心，其结构式如式I所示。这种复杂的手性结构为不对称的全合成带来了挑战，目前还没有关于hyacinthacine C₁及其非对映异构体(式I)全合成的报道。已经证实，吡咯啉士啶骨架上羟基的位置或立体化学小的改变都会使其具有不同的生物活性，因此，发展一种hyacinthacine C₁类多羟基吡咯啉士啶生物碱的合成方法对于研究其构效关系(SAR)为新药的发现是很有意义的工作。

(式I)

发明内容

本发明的目的是提供一种简洁、实用、有效的合成式I结构的多羟基吡咯啉士啶类生物碱的方法。

本发明所提供的合成式I结构的多羟基吡咯啉士啶类生物碱的方法，包括如下步骤：

1)将式II结构的多羟基环状硝酮与乙烯基氯化镁进行亲核加成反应，再通过Zn-Cu(OAc)₂/HOAc进行还原，最后在CbzCl作用下得到Cbz-保护的式III结构的酰胺；

2)将式III结构的酰胺先进行臭氧化，然后与1-triphenylphosphoranylidene-2-propanone作用，发生Wittig反应得到式IV结构的α，β-不饱和酮；

3)将式IV结构的α，β-不饱和酮在四氧化锇和NMO体系作用下进行双羟基化反应，得到式V的结构；

4)式V进行催化氢化，得到式I结构的多羟基吡咯啉士啶类生物碱。

(式II) (式III) (式IV) (式V)

(式I)

其中，R₁、R₂和R₃为烷基，芳香基或取代芳基等。

优选的，R₁、R₂和R₃为异亚丙基、苄基或对甲氧基苄基。

在本发明中，步骤1)亲核加成反应的溶剂为四氢呋喃，乙醚或者二氯甲烷。步骤2)Wittig反应的溶剂为甲苯，反应温度为110℃，反应时间为4-6小时。步骤3)反应溶剂为丙酮-水混合溶剂。步骤4)催化氢化反应使用Pd-C催化剂和HCl的催化体系。

本发明所用的反应原料-式II结构的多羟基环状硝酮，可由糖进行制备，常用糖由木糖、阿拉伯糖、核糖和来苏糖等。制备方法可参考文献[参见：(a)Holzapfel，C.W.；Crous，R.Heterocycles，1998，48，1337-1342.(b)Tamura，O.；Toyao，A.；Ishibashi，H.SynLett.2002，1344-1346.]

本发明所有化合物的立体构型不作明确规定。不同的立体异构体可以通过选择合适构型的自然界广泛存在的单糖为原料，经过几步反应制备具有专一立体化学的多羟基环状硝酮。并以此多羟基环状硝酮为关键的手性中间体，通过亲核加成，Wittig反应，双羟基化及还原胺化等反应，简洁、实用、有效地首次合成出式I结构的多羟基吡咯啉士啶类生物碱，填补了合成该类化合物的空白。

本发明从价格低廉、易得的原料出发，以糖衍生的多羟基手性硝酮为关键的手性中间体，通过亲核加成，Wittig反应，双羟基化及还原胺化等反应，形成一套高立体选择性，高产率的合成hyacinthacine C₁类多羟基吡咯啉士啶生物碱的简洁、有效、实用的方法。并且，以不同的糖为起始原料，能得到具有不同立体构型的多羟基手性硝酮，然后，经过本发明方法即可制备具有不同立体构型的生物碱，这对于研究其构效关系(SAR)、为寻找具有更高生物活性的药物有深远的意义。

附图说明

图1、图2为(3S，4R，5R)-3，4-2H-3，4-二-(苄氧基)-5-苄氧甲基-2H-吡咯1-氧化物的核磁共振氢谱和核磁共振碳谱图；

图3、图4为(2S，3S，4R，5R)-N-羟基-2-乙烯基-3，4-二-(苄氧基)-5-苄氧甲基吡咯啉的核磁共振氢谱和核磁共振碳谱图；

图5、图6为(2S，3S，4R，5R)-2-乙烯基-3，4-二-(苄氧基)-5-苄氧甲基吡咯啉的核磁共振氢谱和核磁共振碳谱图；

图7、图8为(2S，3S，4R，5R)-N-苄氧羰基-2-乙烯基-3，4-二-(苄氧基)-5-苄氧甲基吡咯啉的核磁共振氢谱和核磁共振碳谱图；

图9、图10为(2S，3S，4R，5R)-N-苄氧羰基-2-[(E)-3-氧代-1-丁烯基]-3，4-二-(苄氧基)-5-苄氧甲基吡咯啉的核磁共振氢谱、核磁共振碳谱图；

图11、图12为(2S，3S，4R，5R)-N-苄氧羰基-2-[(1S，2R)-1，2-二氢-3-氧代丁基]-3，4-二-(苄氧基)-5-苄氧甲基吡咯啉的核磁共振氢谱、核磁共振碳谱图；

图13、图14、图15分别为(1S，2R，3R，5S，6R，7S，7aS)-3-羟甲基-5-甲基-1，2，6，7-四羟基吡咯啉士啶的核磁共振氢谱、核磁共振碳谱图和二维核磁NOESY谱图。

具体实施方式

实施例1、(3S，4R，5R)-3，4-2H-3，4-二-(苄氧基)-5-苄氧甲基-2H-吡咯1-氧化物(化合物2)的合成

向2，3，5-三-O-苄基-呋喃核糖(20g，47.6mmol)的DCM(150ml)溶液中加入吡啶(8ml，104.8mmol)和NH₂OH·HCl(3.7g，52.4mmol)。反应混合物加热回流12小时后冷却至室温，用DCM(200ml)将反应液稀释。反应混合物用饱和食盐水洗涤(100ml×2)，并用无水Na₂SO₄干燥。过滤，向滤液中加入吡啶(8ml，104.8mmol)和TBDMSCl(9g，60mmol)。反应混合物于室温搅拌12小时后用饱和NaHCO₃水溶液洗涤，再用无水Na₂SO₄干燥，过滤，将滤液浓缩得到黄色油状物。将此粗产品溶解于甲苯(150ml)中，加入PPh₃(25.8g，98.4mmol)，咪唑(6.7g，98.4mmol)和I₂(25g，98.4mmol)。反应混合物加热回流3小时，过滤，滤液分别用饱和NaHCO₃水溶液(100ml)和饱和Na₂S₂O₃水溶液(100ml)洗涤，再用无水Na₂SO₄干燥，过滤，将滤液浓缩，粗产品通过柱层析分离(PE∶EA＝20∶1)得到无色油状物(16.7g，56％，三步)。

将上述无色油状物(14g，21.2mmol)溶解于甲苯(150ml)中，加入Bu₄NF(6.8g，25.4mmol)。反应混合物加热到80℃反应4小时。减压下蒸除溶剂，粗产品通过柱层析分离(PE∶EA＝1∶3)得到化合物2(7.4g，80％)为无色油状物。

其核磁共振H谱和C谱图分别如图1和图2所示。

[α]_D ²⁰+10.4(c1.15，CHCl₃)；¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ7.05-7.25(15H，m)，6.93(1H，s)，4.7-4.52(6H，m)，4.58-4.50(2H，m)，4.18-4.10(2H，m)，3.65(1H，dd，J＝11.0，2.3Hz)；¹³C NMR(75MHz，CDCl₃)δ137.6，137.4，137.2，133.4，128.6，128.5，128.4，128.2，128.1，128.0，127.8，127.7，76.3，75.3，74.5，73.4，72.1，64.8.

实施例2：(2S，3S，4R，5R)-N-羟基-2-乙烯基-3，4-二-(苄氧基)-5-苄氧甲基吡咯啉(化合物3)的合成

将硝酮化合物2(1.8g，4.3mmol)的THF(40ml)溶液冷却至-78℃，再逐滴加入1.6M乙烯基氯化镁的THF溶液(4.0ml，6.4mmol)。反应混合物于-78℃搅拌0.5小时后用饱和NH₄Cl水溶液淬灭反应。将有机相分出，水相用EtOAc(50ml×2)萃取，合并有机相用无水Na₂SO₄干燥。柱层析分离(PE∶EA＝5∶1)得到白色固体化合物3(1.8g，90％)。

其核磁共振H谱和C谱图分别如图3和图4所示。

Mp 71-72℃；[α]_D ²⁰-6.5(c 2.15，CHCl₃)；¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ7.24-7.38(15H，m，Ar-H)，5.89-5.79(1H，m，CH₂＝CH)，5.45(1H，dd，J＝17.1，0.9Hz，CH₂＝CH)，5.27(1H，dd，J＝10.2，1.8Hz，CH₂＝CH)，5.15(1H，br)，4.61-4.45(6H，m，PhCH₂O-)，3.71-3.83(2H，m，H-4，H-2)，3.60-3.52(3H，m，CH₂OBn，H-3)，3.34(1H，dd，J＝9.3，4.8Hz，H-5)；¹³C NMR(75MHz，CDCl₃)δ138.0，137.9，137.0，128.4，128.3，128.2，127.9，127.8，127.7，119.6，78.2，75.4，73.9，73.4，72.3，71.9，71.5，69.3.

实施例3：(2S，3S，4R，5R)-2-乙烯基-3，4-二-(苄氧基)-5-苄氧甲基吡咯啉(化合物4)的合成

将Cu(OAc)₂·H₂O(86mg)加入到锌粉(880mg，13.5mmol)和醋酸(10ml)的悬浊液中，此混合物于室温搅拌15分钟后加入20ml羟胺化合物3(1.25g，2.7mmol)的醋酸-水(6∶1，v∶v)溶液。反应混合物加热到70℃，反应半小时。减压下蒸除溶剂，水相用6N NaOH调PH＝10。过滤，滤液用DCM(25ml×3)萃取，合并有机相用无水Na₂SO₄干燥。粗产品通过柱层析分离(PE∶EA＝1∶2)得到化合物4(1.15g，95％)为无色油状物。

其核磁共振H谱和C谱图分别如图5和图6所示。

[α]_D ²⁰+11.9(c 0.67，CHCl₃)；¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ7.40-7.20(15H，m)，5.86-5.72(1H，m)，5.30(1H，d，J＝16.8Hz)，5.10(1H，d，J＝10.5Hz)，4.61-4.48(6H，m)，3.82(1H，t，J＝6.9Hz)，3.75(1H，dd，J＝5.4，3.9Hz)，3.55(1H，dd，J＝6.9，5.4Hz)，3.49-3.42(3H，m)，2.12(1H，br)；¹³C NMR(75MHz，CDCl₃)δ138.9，138.3，138.2，128.4，128.3，128.2，127.9，127.7，126.9，116.6，82.0，78.2，73.3，72.0，71.7，71.5，63.9，61.6.

实施例4：(2S，3S，4R，5R)-N-苄氧羰基-2-乙烯基-3，4-二-(苄氧基)-5-苄氧甲基吡咯啉(化合物5)的合成

将化合物4(600mg，1.4mmol)溶于EtOH(20ml)和水(8ml)中，加入NaHCO₃(200mg，2.4mmol)和CbzCl(0.2ml，1.7mmol)。此反应混合物于室温搅拌2小时。加入饱和NaHCO₃水溶液淬灭反应。水相用EtOAc(15ml×3)萃取，合并有机相并用无水Na₂SO₄干燥。柱层析分离(PE∶EA＝5∶1)得到化合物5(730mg，93％)为无色油状物。

其核磁共振H谱和C谱图分别如图7和图8所示。

[α]_D ²⁰-35.7(c 0.56，CHCl₃)；¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ7.48-7.10(20H，m)，5.68-5.80(1H，m)，5.39-5.10，(1H，m)，5.20-5.08(3H，m)，4.50-4.36(8H，m)，4.16-4.05(2H，m)，4.20(1H，t，J＝3.0Hz)，3.75-3.55(2H，m)；¹³C NMR(75MHz，CDCl₃)δ155.7，138.2，137.8，136.7，128.4，128.3，128.0，127.8，127.6，127.5，116.7，81.5，80.3，73.2，71.9，71.8，68.5，66.9，63.8，61.9.

实施例5：(2S，3S，4R，5R)-N-苄氧羰基-2-[(E)-3-氧代-1-丁烯基]-3，4-二-(苄氧基)-5-苄氧甲基吡咯啉(化合物6)的合成

向冷却至-78℃的化合物5(800mg，1.42mmol)的MeOH(50ml)溶液通入臭氧，直到TLC显示原料反应完全。再向此溶液中通入氮气，15分钟后加入Me₂S(0.5ml)然后此反应混合物于室温搅拌12小时，减压浓缩得淡黄色油状物。将此油状物直接溶于甲苯(25ml)中，然后加入Ph₃P＝CHCOMe(903mg，2.84mmol，1-triphenylphosphoranylidene-2-propanone)，此反应混合物加热回流4小时，减压浓缩，柱层析分离(PE∶EA＝5∶1)得到化合物6(690mg，80％)为无色油状物。

其核磁共振H谱和C谱图分别如图9和图10所示。

[α]_D ²⁰-33.7(c 0.89，CHCl₃)；¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ7.48-7.15(20H，m)，6.59-6.40(1H，m)，6.15(6.05)(1H，d，J＝15.7Hz)，6.20-6.05(1H，m)，5.25-3.50(14H，m)，1.95(1H，s)，1.89(2H，s)；¹³C NMR(75MHz，CDCl₃)δ198.3，155.4，137.9，137.6，137.3，131.2，128.5，128.1，128.0，127.8，127.7，73.4，72.1，68.6，67.2，62.4，27.2.

实施例6：(2S，3S，4R，5R)N-苄氧羰基-2-[(1S，2R)-1，2-二氢-3-氧代丁基]-3，4-二-(苄氧基)-5-苄氧甲基吡咯啉(化合物7)的合成

向化合物6(500mg，0.82mmol)的丙酮(20ml)溶液中加入60％NMO(0.28ml，1.6mmol，N-甲基吗啉-N-氧化物)和0.5％OsO₄的水溶液(4.1ml，0.082mmol)。反应混合物在室温搅拌24小时后用饱和Na₂SO₃水溶液淬灭反应。将有机相分出，水相用EtOAc(50ml×2)萃取，合并有机相用无水Na₂SO₄干燥。蒸除溶剂，柱层析分离(CHCl₃∶MeOH＝400∶1)得到化合物7(480mg，91％)为无色油状物。

其核磁共振H谱和C谱图分别如图11和图12所示。

[α]_D ²⁰+71.8(c 0.78，CHCl₃)；¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ7.35-7.15(20H，m)，5.11-5.09(2H，m)，4.70-3.11(16H，m)，2.00(2H，s)，1.84(1H，s)；¹³C NMR(75MHz，CDCl₃)δ208.4，156.9，137.8，137.7，137.3，135.9，128.6，128.5，128.4，128.3，128.1，127.9，127.8，127.6，127.0，78.1，78.0，75.5，73.4，72.0，71.3，71.1，67.8，67.2，65.9，65.3，61.0，26.1.

实施例7：(1S，2R，3R，5S，6R，7S，7aS)-3-羟甲基-5-甲基-1，2，6，7-四羟基吡咯啉士啶(化合物8)的合成

将化合物7(70mg，0.11mmol)溶解于甲醇(10ml)中，加入10％Pd-C(7mg)。此反应混合物于氢气下搅拌12小时。过滤，浓缩，柱层析分离(PE∶EA＝1∶2)得到中间体42mg。直接将此中间体分别溶解于甲醇(15ml)中，然后再加入10％Pd-C(40mg)和6N HCl(0.5ml)，反应混合物于氢气下搅拌48小时，过滤，浓缩，用强酸性阳离子交换树脂纯化分别得到黄色油状物8(19mg，80％)。

其核磁共振H谱、C谱图以及二维核磁NOESY谱图分别如图13、图14和图15所示。

[α]_D ²⁰+8.5(c 0.7，H₂O)；¹H NMR(300MHz，D₂O)δ4.01-3.97(2H，m，H-2，H-6)，3.80(1H，t，J＝7.4Hz，H-1)，3.75(1H，dd，J＝7.1，4.1Hz，H-7)，3.70(1H，dd，J＝11.9，4.4Hz，H-8)，3.62(1H，dd，J＝12.0，5.1Hz，H-8’)，2.93-2.84(1H，t，J＝6.1Hz，H-5)，2.63(1H，t，J＝7.2Hz，H-7a)，2.52(1H，dd，J＝9.6，4.9Hz，H-3)，0.99(3H，d，J＝6.6Hz，H-9)；¹³C NMR(75MHz，D₂O)δ82.3(C-2)，78.1(C-7)，75.4(C-6)，74.6(C-7a)，70.7(C-1)，69.1(C-3)，61.0(C-8)，59.2(C-5)，13.4(C-9).

Claims

1.一种合成式I结构的多羟基吡咯啉士啶类生物碱的方法，包括如下步骤：

4)式V进行催化氢化，得到式I结构的多羟基吡咯啉士啶类生物碱；

其中，R₁、R₂和R₃为烷基，芳香基或取代芳基等。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：R₁、R₂和R₃为异亚丙基、苄基或对甲氧基苄基。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)亲核加成反应的溶剂为四氢呋喃，乙醚或者二氯甲烷。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)Wittig反应的溶剂为甲苯，反应温度为110℃，反应时间为4-6小时。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3)反应溶剂为丙酮-水混合溶剂。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4)催化氢化反应使用Pd-C催化剂和HCl的催化体系。