CN101284837B - (+)-生物素立体选择性全合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机化学技术领域,具体为(+)-生物素立体选择性全合成方法。该合成方法包括:以二酸为起始原料经酰卤脱水关环制备内消旋环酸酐,在金鸡纳类生物碱存在下与醇经对映选择性开环制备(4S,5R)-半酯;然后再经过选择性还原、酸催化关环、Fukuyama偶联反应等,制得中间产物(3aS,6aR)-内酯、 (3aS,6aR)-硫内酯、(3aS,4S,6aR)-双苄生物素及其衍生物;在无机酸作用下脱苄、开环,在活性炭催化下于无机碱溶液中关环反应制备得(+)-生物素。本发明方法原料易得,反应条件温和,操作简便,所用的催化剂具有良好的稳定性且易于回收,适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属有机化学技术领域,具体涉及一种天然产物(+)-生物素的立体选择性全合成方法。
背景技术
(+)-生物素((+)-biotin)I,又名维生素H或辅酶R,是一种水溶性B族维生素。作为各种羧化酶的辅基,(+)-生物素对可逆性羧基的生成及CO2的传递起着重要作用,整个生物界的生长都需要它。其结构式如下式I所示:
Harris等人于1944年首次报道了(±)-生物素的全合成路线(J.Am.Chem.Soc.1944,66,1756.),该路线以L-胱氨酸为起始原料,经还原、偶联、Claisen缩合等13余步反应得到(±)-生物素,总收率约10%。迄今为止,已有多条全合成路线报道(见综述Chem.Rev.1997,97,1755.和Medicinal Research Reviews 2006,26,434.),但是以硫内酯VI(R1=-Bn)为关键中间体的瑞士Roche的Sternbach路线仍是公认的最具工业化意义的合成路线。1949年美国专利US2489238描述了著名的Goldberg-Sternbach路线,以富马酸为起始原料,经溴代、苄胺化、光气关环转化为环酸II(R1=-Bn),然后以醋酐脱水成环酐III(R1=-Bn),再经还原、硫代得到外消旋硫内酯VI(R1=-Bn),接着通过一个格氏反应引入侧链,再脱水、催化加氢生成全顺式构型,最后经过形成硫鎓盐中间体,以d-樟脑磺酸银拆分和氢溴酸脱苄得到(+)-生物素。后来Gerecke等对此路线作了改进(Helv.Chim.Acta.1970,53,991.),将环酐III(R1=-Bn)与环己醇单酯化制成外消旋环酸单环己醇酯,再用伪麻磺碱进行非对映体结晶拆分成所需要的(4S,5R)-环酸单酯,进而经硼氢化锂还原、关环即得关键手性砌块(3aS,6aR)-内酯V(R1=-Bn),最后以约10%的总收率完成了(+)-生物素的合成。Sternbach路线的缺点在于合成过程中还存在一个拆分步骤,这使得合成效率大大降低。
后来有许多方法描述了合成关键手性砌块(3aS,6aR)-内酯V(R1=-Bn)的改进路线。欧洲专利EP173185描述了以环酐III(R1=-Bn)与伯醇单酯化成外消旋环酸单酯,再经脱氢松香胺作拆分剂得到(4S,5R)-环酸单酯,继而硼氢化钠还原、关环得到(3aS,6aR)-内酯V(R1=-Bn)的方法。欧洲专利EP92194描述了利用(S)-2-氨基-1,1-二苯基丙醇或(-)-麻黄碱作拆分剂拆分外消旋乙酯的方法,但单轮拆分率只有30%左右。陈芬儿等(高等学校化学学报,2001,12,1141.)报道用氯霉素副产物(1S,2S)-苏式-1-(对硝基苯基)-1,3-丙二醇为拆分剂拆分外消旋环酸单酯制备V(R1=-Bn)的工艺,虽然此拆分剂价廉易得,来源广泛,但单次拆分率仅为37%。这些拆分方法均存在着操作繁琐,成本偏高等拆分之通病。
欧洲专利EP44158描述了使用(S)-N-甲基-α-苯乙胺为手性助剂对环酐III(R1=-Bn)进行非对映选择性开环,以95%收率和100%的de值得到相应的手性半酰胺,此法立体选择性和收率都令人满意,缺点在于接下来制备(3aS,6aR)-内酯V(R1=-Bn)的步骤繁琐且收率不高。世界专利WO200125215描述了使用N-甲基麻黄碱作手性辅助剂使环酐III(R1=-Bn)不对称开环的方法,所得(4S,5R)-半酯IV的de值可达82%。世界专利WO2004094367描述了利用不同手性醇作手性助剂使环酐III(R1=-Bn)不对称开环的方法,其中(S)-1,1-二苯基-1,2-丙二醇开环立体选择性较好,可以100%的de值和89%收率得到相应的(4S,5R)-半酯IV。但这些方法均存在手性试剂价格昂贵、回收困难的缺点。
欧洲专利EP84892描述了通过猪肝酯酶水解内消旋二甲酯、二乙酯和二丙酯的方法,水解产物经重结晶后得光学纯产物,收率在48%左右。陈芬儿等(Adv.Synth.Catal.2005,347,549.)采用高分子负载猪肝酯酶不对称水解内消旋二甲酯的方法,以90%的收率和91%ee值制得了(4S,5R)-半酯IV(R1=-Bn,R2=-CH3)。酶拆分法虽表现出了较好的光学选择性,但由于酶的易变性、存在的含量低、提取分离困难等原因,其工业化应用仍受到限制。
Deng Li等报道了(Synthesis 2001,11,1737.)以奎宁衍生物DHQD-PHN为催化剂催化环酐III(R1=-Bn)不对称开环制备(3aS,6aR)-内酯V(R1=-Bn)的方法,此法对映选择性高,但催化剂价格昂贵,反应步骤较繁琐,使其应用受到限制。中国专利CN1183137描述了以手性胺(1S,2S)-1-(4-硝基苯基)-2-N,N-二甲氨基-3-三苯甲氧基-1-丙醇为催化剂催化环酸酐III(R1=-Bn)不对称醇解制备(3aS,6aR)-内酯V(R1=-Bn)的方法。此法化学收率及立体选择性均较高,但仍存在着催化剂制备较麻烦的缺点。
Seki等(Synthesis 2002,361-364.)报道了一条以天冬氨酸为手性池合成(3aS,6aR)-内酯V(R1=-Bn)的路线;Deshmukh等(Synthesis 2007,1159-1164.)以易制备的β-内酰胺为合成子经七步反应制得了(3aS,6aR)-内酯V(R1=-Bn);Seki等(Chem.Eur.J.2004,10,6102.)以L-半胱氨酸为起始原料制得(3aS,6aR)-内酯V(R1=-Bn),再以Pd/C催化的Fukuyama偶联引入侧链进而完成了(+)-生物素I的合成;陈芬儿等于2007年报道了以D-甘露糖为起始原料的“手性池”合成法合成I(Carbonhydr.Res.2007,342,2461.)。这些方法均存在操作繁琐的缺点,使其应用受到限制。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术不足而提供一种简便、高效、高立体选择性的(+)-生物素的全合成方法。该(+)-生物素的结构式如下:
本发明提出的全合成方法包括以下过程:
a)将具有如下结构的二酸II与酰卤在无溶剂或有溶剂条件下反应,制备得内消旋环酸酐III,
式中,R1为苄基、α-苯基乙基、对甲氧苄基、3,4-二甲氧基苄基、烯丙基、1-呋喃基、2-呋喃基、1-噻吩基或2-噻吩基等;其中,二酸II与酰卤的摩尔比为1∶1-5,二酸II与有机溶剂的重量体积比为1∶6-20,反应温度为20℃-135℃,反应时间为0.5-5小时;
所用的脱水剂酰卤,具体为C1~C6脂肪酰卤,芳香酰卤或取代芳香酰卤,卤素为氯或溴;其中乙酰氯、丙酰氯或苯甲酰氯为较优的选择。有溶剂条件下所用溶剂一般为卤代烃、芳香烃或取代芳香烃,优选溶剂为甲苯或1,2-二氯乙烷。
b)化合物III在金鸡纳生物碱存在下与醇进行对映选择性醇解制备得(4S,5R)-半酯IV;
式中,R2为C1~C6烷基(如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基或己基等)、C3~C8环烷基(如环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基或环辛基等)、C3~C6烯基、C3~C6炔基、芳烷基(如苄基、取代苄基、苯乙基、苯丙基、1-萘基甲基或2-萘基甲基等)或芳烯基(如肉桂基、取代肉桂基等);
所用金鸡纳生物碱具有如A所示结构:
R4为羟基,C1-C10烷氧基,优选炔丙氧基,或烯丙氧基;
R5为-H或-OR7,R7为C1~C6烷基、C3~C6环烷基、C2~C6烯基、C2~C6酰基、苄基、苯甲酰基或肉桂基,或任何上述基的取代衍生物;
R6为乙基,乙烯基或乙炔基。
进一步,金鸡纳生物碱优选奎宁或奎宁衍生物。
醇解所用醇为C1~C6脂肪醇(如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、戊醇或己醇等)、C3~C8环烷基醇(如环丙醇、环丁醇、环戊醇、环己醇、环庚醇或环辛醇等)、C3~C6烯醇(如烯丙醇)、C3~C6炔醇(如炔丙醇)、芳烷醇(如苄醇)或芳基烯醇(如肉桂醇),或上述醇的任选取代衍生物,其中优选的是甲醇、乙醇、环戊醇、烯丙醇、炔丙醇、苄醇、肉桂醇等。
所用有机溶剂有卤代烃(如二氯甲烷,氯仿,1,2-二氯乙烷,四氯化碳等);脂肪烃(如己烷,庚烷,辛烷,壬烷,乙腈,乙酸乙酯等);芳香烃(如苯,甲苯,二甲苯,硝基苯,各种卤代苯等);醚类溶剂(如乙醚,叔戊丁基甲基醚,二氧六环或四氢呋喃等);反应可以在单一溶剂中进行,也可以在混合溶剂中进行;其中优选的是甲苯、四氯化碳或四氢呋喃。
环酸酐III/醇/金鸡纳生物碱的摩尔比为1∶3~10∶0.5~2,优选为1∶3~5∶0.5~1.1。
醇解反应温度为-50℃~-15℃;醇解反应时间为10~80h,优选为18~72h。
c)化合物IV在还原剂作用下对酯基选择性还原,然后酸催化关环制备得(3aS,6aR)-内酯V:
其中,所用的还原剂为各种硼氢化物,如烷基取代硼氢化钾、烷基取代硼氢化锂、烷基取代硼氢化钠等,或硼氢化钠、硼氢化钾、硼氢化锂、氰基硼氢化钠等,优选硼氢化钠或硼氢化钾。此外,还可加入氯化钙。
所用的溶剂为醇溶剂(如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇等)、醚溶剂(如二乙醚、二异丙醚、叔丁基甲基醚、二噁烷、四氢呋喃、乙二醇二甲醚等)或这些溶剂的混合溶剂,优选乙醇或四氢呋喃。
还原反应温度为-20℃~50℃,优选0℃~25℃。
还原反应时间为4~24h。
关环步骤所用的酸为各种无机酸如盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、高氯酸等,优选1.0M~4.0M盐酸。
关环步骤反应温度为50℃~60℃,反应时间为0.5~4h。
d)化合物V在硫代试剂作用下制备得(3aS,6aR)-硫内酯VI;
其中,所用的硫代试剂具有如图B所示的结构:
式中,R8为C1~C6烷基、烯基、炔基,芳基或取代芳基;R9为Na+、Cs+或NH4 +;其中,R8为甲基或苯基,R9为Na+是较优选择。
所用的有机溶剂为芳烃溶剂(如甲苯、二甲苯或氯苯等)、酰胺溶剂(如N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮或1,3-二甲基-2-咪唑烷酮等)、磷酰胺溶剂(如六甲基磷酰胺)或亚砜溶剂(如二甲亚砜)等,这些溶剂可以单独使用或者作为混合溶剂使用;优选为N,N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮。
反应温度为100℃~200℃,优选为140℃~175℃。
反应时间为0.5~7h,优选为0.5~5h。
e)化合物VI与锌试剂在纳米钯催化剂存在下进行Fukuyama偶联制备非对映异构体混和物VII:
式中,R3为烷氧羰基(例如C1~C6烷氧羰基如甲氧羰基、乙氧羰基、丙氧羰基、异丙氧羰基、丁氧羰基、异丁氧羰基、仲丁氧羰基、叔丁氧羰基、戊氧羰基、己氧羰基等)、芳烷氧羰基(如苄氧羰基、取代苄氧羰基、萘甲氧羰基、取代萘甲氧羰基等)、氰基或噁唑啉基等;
其中,所用的催化剂为商品化的强碱性阴离子交换树脂D290、D296分散的纳米钯,其结构如式C所示,载体粒度为50~180目,功能基为-NMe3Cl,-NMe2,钯含量为0.08~0.3mmol/g;
所用的锌试剂可由金属锌与卤代酸酯(如5-氯代戊酸酯、5-溴代戊酸酯或5-碘代戊酸酯)反应制得,或金属锌与卤代腈(如5-氯代戊腈、5-溴代戊腈或5-碘代戊腈)反应制得,或金属锌与卤代噁唑啉(如(4-氯代丁基)-2-噁唑啉、(4-溴代丁基)-2-噁唑啉或(4-碘代丁基)-2-噁唑啉)反应制得,反应温度为15℃~100℃。
化合物VI/锌粉/卤代物的摩尔比为1∶2~5∶1.3~3。
所用有机溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的一种,或其中几种的混合物;也可以是四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺和甲苯的混合溶剂,其体积比为15∶1.5~3∶20~25。
化合物VI/纳米钯催化剂的摩尔比为1∶0.005~0.5。
Fukuyama偶联反应温度为10℃~50℃,反应时间为5~50h。
f)化合物VII在有机酸或路易斯酸存在下与硅烷发生离子氢化反应被还原为(3aS,4S,6aR)-双苄生物素及其衍生物VIII;或化合物VII在酸作用下先脱水生成化合物IX,然后在有机酸或路易斯酸存在下与硅烷发生离子氢化反应被还原为(3aS,4S,6aR)-双苄生物素及其衍生物VIII;
其中,所用的有机酸为各种脂肪酸或取代脂肪酸,如:甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、三氟乙酸、三氯乙酸或溴乙酸,磺酸或取代磺酸,如:甲磺酸、三氟甲磺酸等;优选为三氟乙酸。
所用的路易斯酸为氯化锌、三氟化硼、三氯化铝、四氯化钛或四氯化锡等,优选为三氟化硼。
所用的硅烷为三甲基硅烷、三乙基硅烷、三苯基硅烷、二甲基硅烷、二乙基硅烷或二苯基硅烷等,优选为三乙基硅烷。
在由化合物VII制备化合物VIII时,所用有机溶剂,有卤代烃(如二氯甲烷,氯仿,1,2-二氯乙烷,四氯化碳等)、芳香烃(如苯,甲苯,二甲苯,硝基苯,各种卤代苯等)、醚类溶剂(如乙醚,二氧六环或四氢呋喃等),优选为二氯甲烷。
化合物VII/有机酸/硅烷的摩尔比为1∶1~40∶1~20。反应温度为-80℃~50℃,优选为0℃~25℃。反应时间为3~24h。
在由化合物VII制备化合物IX时,所用的酸为无机酸(如硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、高氯酸等),或有机酸(如甲酸、乙酸、甲磺酸、三氟甲磺酸等),或路易斯酸(如氯化锌、四氯化锡、三氟化硼、三氟化硼乙醚、四氯化钛或三氯化铝等)。反应温度为-50℃~80℃,优选为0℃~60℃。
在由化合物IX制备化合物VIII时,化合物IX/酸/硅烷的摩尔比为1∶1~40∶1~20。反应温度为-80℃~50℃,优选-80℃~10℃,更优选0℃~25℃。反应时间为3~24h。
g)化合物VIII在无机酸作用下水解并开环脱除保护基、再在活性碳催化下用氯甲酸三氯甲酯(双光气)或双三氯甲基碳酸酯(三光气)关环得到(+)-生物素I。
其中,所用的无机酸为各种强酸,如:氢溴酸,氢碘酸,盐酸,高氯酸等,优选为氢溴酸。
化合物VIII与酸的物料比为1∶4~15(w/v)。
水解开环温度是120℃~150℃,反应时间为4~60h。
水解开环所用的有机溶剂是各种芳香烃类,如二取代苯,三取代苯,硝基苯,或者是它们的混和物,优选为二甲苯。
关环所用试剂为氯甲酸三氯甲酯(双光气)或双三氯甲基碳酸酯(三光气)。
化合物VIII/关环试剂的摩尔比为1∶1.0~3。
化合物VIII/活性炭的摩尔比为5~3∶1。
关环反应所用的无机碱溶液为5~30%的氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
关环反应所用的有机溶剂是醚类溶剂(如四氢呋喃、甲基叔丁基醚、二异丙醚或苯甲醚等),或芳烃类溶剂(如甲苯、二甲苯等)。
关环反应温度为20℃~50℃。
本发明方法原料易得,反应条件温和,操作简便,所用的催化剂具有良好的稳定性且易于回收,适于工业化生产。
具体实施方式
通过下面的实施例,将对本发明进一步详细说明,但是本领域技术人员可以理解的是,本发明并不仅仅局限于这些实施例。熔点使用国产WRS-1B数字熔点仪测定,熔点均未经校正;1H NMR谱和13C NMR谱用Bruker Avance 400核磁谱仪测定,采用CDCl3或DMSO-d6作溶剂,TMS或DMSO(1Hδ2.49)或CDCl3(13Cδ77.0)或DMSO-d6(13Cδ39.5)作内标;质谱使用Waters Quattro Micromass质谱仪测定,采用电喷雾或电子轰击离子化方式;红外谱采用Jasco FT/IR-4200红外光谱仪测定;旋光使用Jasco P1020数字旋光仪测定。
实施例
实施例1化合物III(R1=-Bn)的制备
在干燥的反应瓶内加入环酸II(R1=-Bn)(5.0g,14.1mmol)和乙酰氯(4.0mL,56.4mmol),所得混和物于60℃下搅拌反应1h,放出的酸雾用碱液吸收,然后加入70mL甲苯,加热回流4h,冷却至室温,过滤析出的固体,滤饼用甲苯洗涤,真空干燥,得白色固体III(R1=-Bn)4.5g,收率95%。Mp:239.2~239.7℃。
IR(KBr):3029,2945,1809,1695,1463,1358,1222,1090,919,740,700cm-1;
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ7.37~7.26(m,10H),5.10(d,J=14.8Hz,2H),4.219(s,2H),4.19(d,J=14.8Hz,2H);
13C NMR(CDCl3,100MHz)δ166.3,156.7,134.6,129.0,128.8,128.3,54.3,46.2;
EI-MS m/z 336(M+)。
实施例2化合物III(R1=-Bn)的制备
将环酸II(R1=-Bn)(5.0g,14.1mmol),乙酰氯(2.0mL,28.2mmol)和1,2-二氯乙烷(90mL)置反应瓶中,加热搅拌回流15h。冷却析晶,过滤,洗涤,真空干燥,得白色粉末III(R1=-Bn)4.2g,收率90%。Mp:238.5~239.7℃。
IR、1H NMR、13C NMR和MS谱与实施例1一致。
实施例3化合物III(R1=-Bn)的制备
将环酸II(R1=-Bn)(35.5g,0.10mol),丙酰氯(17.4mL,0.20mol)和甲苯(710mL)置反应瓶中,加热搅拌回流8h。冷却至室温,析出固体,过滤,洗涤,干燥,得白色粉末III(33g,98%)。Mp:238.2~239.5℃。
IR、1H NMR、13C NMR和MS谱与实施例1一致。
实施例4化合物IV(R1=-Bn,R2=-CH3)的制备
将环酸酐III(R1=-Bn)(33.6g,0.10mol)、奎宁(32.4g,0.10mol)和甲苯(1000mL)置干燥反应瓶中,于-40℃下滴加无水甲醇(12.2mL,0.3mol),加毕于-40℃下搅拌反应24h。反应毕,减压回收溶剂,冷却至室温,向剩余物中加入乙酸乙酯(500mL)搅拌15min,再加入2M盐酸(400mL),于10~15℃搅拌10min,静置,分出有机层,无水硫酸钠干燥。过滤,滤液减压回收溶剂,剩余物用苯重结晶,得白色结晶性粉末IV(R1=-Bn,R2=-CH3)31.3g,收率85%。Mp:148~150℃,ee=99.4%(HPLC,手性柱:Chiralcel AD-H),[α]D 22=+2.70(c1.0,CHCl3)。
IR(KBr):3258,2943,1756,1713,1449,1411,1252,968,799,598,458cm-1;
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ7.36~7.19(m,10H),6.85(br s,1H),5.09(d,J=14.8Hz,1H),4.98(d,J=14.8Hz,1H),4.13~4.04(m,4H),3.63(s,3H);
13C NMR(CDCl3,100MHz)δ171.7,168.5,159.5,135.57,135.52,128.85,128.79,128.64,128.56,127.98,127.93,57.3,56.7,52.6,46.89,46.80;
ESI-MS m/z 391.1[M+Na]+。
实施例5化合物IV(R1=-Bn,R2=-CH2CH=CHPh)的制备
将环酸酐III(R1=-Bn)(33.6g,0.10mol)、9-炔丙氧基奎宁(36.2g,0.10mol)和甲苯(500mL)置干燥反应瓶中,于-40℃下滴加肉桂醇(38.5mL,0.30mol),加毕于-40℃下搅拌反应24h。反应毕,减压回收溶剂,冷却至室温,向剩余物中加入乙酸乙酯(500mL)搅拌15min,再加入2M盐酸(400mL),于10~15℃搅拌10min,静置,分出有机层,用饱和Na2CO3水溶液萃取,合并萃取液,用浓盐酸调节pH=1,用乙酸乙酯萃取,合并萃取液,无水硫酸钠干燥。过滤,滤液减压回收溶剂,剩余物用乙酸乙酯重结晶,得白色结晶性粉末IV(R1=-Bn,R2=-CH3)38.5g,收率82%。Mp:122.0~122.8℃,ee=99%(HPLC,手性柱:ChiralcelAD-H),[α]D 22=+7.58(c1.0,MeOH)。
IR(KBr):3028,2941,1752,1665,1450,1239,1198,966,747,700cm-1;
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ10.39(br s,1H),7.42~7.27(m,15H),6.63(d,J=16.0Hz,1H),6.24(dt,J=16.0,6.4Hz,1H),5.18(d,J=15.2Hz,1H),5.09(d,J=15.2Hz,1H),4.81~4.67(m,2H),4.27~4.12(m,4H);
13C NMR(CDCl3,100MHz)δ169.3,167.4,159.7,135.56,135.13,135.05,134.47,128.38,128.19,127.78,127.52,126.30,121.59,65.9,60.2,57.1,56.6,46.4,46.3;
ESI-MS m/z 493.4[M+Na]+。
实施例6化合物IV(R1=-Bn,R2=-CH2C≡CH)的制备
将环酸酐III(R1=-Bn)(33.6g,0.10mol)、二氢奎宁(32.6g,0.10mol)、四氯化碳(600mL)和甲苯(400mL)置干燥反应瓶中,于-50℃下滴加炔丙醇(17.7mL,0.3mol),加毕于-50℃下搅拌反应60h。反应毕,减压回收溶剂,冷却至室温,向剩余物中加入乙酸乙酯(500mL)搅拌15min,再加入2M盐酸(400mL)于10~15℃搅拌10min,静置,分出有机层,无水硫酸钠干燥。过滤,滤液减压回收溶剂,剩余物用乙酸乙酯/环己烷(1∶1)重结晶,得白色结晶性粉末IV(R1=-Bn,R2=-CH2C≡CH)32.5g,收率83%,ee=97%(HPLC,手性柱:Chiralcel AD-H),[α]D 25=+15.6(c1.0,CHCl3),Mp:135.8~137.8℃。
IR(KBr):3299,3026,2919,1751,1652,1464,1440,1203,978,704cm-1;
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ7.33~7.20(m,10H),6.62(br s,1H),5.08(d,J=14.8Hz,1H),5.00(d,J=14.8Hz,1H),4.66~4.56(m,2H),4.12~4.06(m,4H),2.50(t,J=2.8Hz,1H);
13C NMR(CDCl3,100MHz)δ171.5,167.3,159.5,135.48,135.36,128.87,128.84,128.67,128.60,128.02,128.00,76.43,75.97,57.04,56.51,53.1,46.85,46.78;
ESI-MS m/z 393.3[M+H]+,415.3[M+Na]+。
实施例7化合物IV(R1=-Bn,R2=-CH3)的制备
将环酸酐III(33.6g,0.10mol)、9-炔丙氧基辛可尼丁(29.4g,0.10mol)、四氯化碳(500mL)和甲苯(500mL)置干燥反应瓶中,于25℃下滴加无水甲醇(40.5mL,1.0mol),加毕于25℃下搅拌反应18h。反应毕,减压回收溶剂,冷却至室温,向剩余物中加入乙酸乙酯(500mL)搅拌15min,再加入2M盐酸(400mL)于10~15℃搅拌10min,静置,分出有机层,无水硫酸钠干燥。过滤,滤液减压回收溶剂,剩余物用苯重结晶,得白色结晶性粉末IV(R1=-Bn,R2=-CH3)32.2g,收率87%,ee=67%,[α]D 22=+1.83(c 1.0,CHCl3),Mp:140~142℃。
IR、1H NMR、13C NMR和MS谱与实施例4一致。
实施例8化合物V(R1=-Bn)的制备
在0℃下于半酯IV(R1=-Bn,R2=-CH3)(3.68g,10mmol)和辗细的无水氯化钙(1.11g,10mmol)溶于40mL无水乙醇的溶液中分三次加入硼氢化钠(1.14g,30mmo1),所得混合物于0℃下搅拌1h后升至25℃继续搅拌18h,减压回收溶剂,然后加入2M盐酸30mL,升温至55~60℃反应0.5h,冷至室温,用乙酸乙酯萃取,合并有机相,先用5%碳酸氢钠溶液洗至中性,再用饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥,真空浓缩得到V(R1=-Bn)3.12g,收率97%。Mp:119.2~120.5℃;[α]D 25=+60.2(c1.0,CHCl3)。
IR(KBr,cm-1):3031,2919,1775,1706,1444,1415,1365,1237,1209,1146,997,970,754,700,639,527;
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ7.24~7.36(m,10H),5.05(d,J=15.2Hz,1H),4.63(d,J=15.2Hz,1H),4.37(dd,J=10.4Hz,15.2Hz,2H),4.09~4.16(m,3H),3.92(d,J=8.0Hz,1H);
13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ172.7,158.1,136.0,135.9,129.0,128.8,128.7,128.2,128.0,127.8,70.1,54.3,52.4,46.9,45.2;
ESI-MS m/z 345.2[M+Na]+。
实施例9化合物V(R1=-Bn)的制备
将半酯IV(R1=-Bn,R2=-CH3)(3.68g,10mmol)溶解在50mL四氢呋喃中,冷却到0℃,加入硼氢化钠(0.76g,20mmol)的5mL四氢呋喃溶液,所得混和物升至室温搅拌3h后,加入2M盐酸(30mL),搅拌2h,减压回收溶剂,加入水(5mL)和乙酸乙酯(10mL),搅拌2h后,分出有机层,水层用乙酸乙酯(3×10mL)萃取,合并有机层,无水硫酸钠干燥,减压浓缩得到白色固体V(R1=-Bn)2.6g,收率80.7%。Mp:118~119℃,[α]D 22=+61.3(c1.02,CHCl3)。
IR、1H NMR、13C NMR和MS谱与实施例8一致。
实施例10化合物V(R1=-Bn)的制备
将半酯IV(R1=-Bn,R2=-CH2CH=CHPh)(4.54g,10mmol)溶解在60mL四氢呋喃中,冷却到0℃,加入硼氢化钾(1.08g,20mmol)的5mL四氢呋喃溶液,升至室温,反应5h后,加入2M盐酸(30mL)中止反应,搅拌2.5h后,减压回收溶剂,加入水(5mL)和乙酸乙酯(10mL),搅拌2h后,分出有机层,水层用乙酸乙酯(3×10mL)提取,合并有机层,无水硫酸钠干燥,减压去除溶剂得到白色固体V(R1=-Bn)2.9g,收率90.0%。Mp:117~119℃,[α]D 22=+60.3(c1.02,CHCl3)。
IR、1H NMR、13C NMR和MS谱与实施例8一致。
实施例11化合物VI(R1=-Bn)的制备
将内酯V(R1=-Bn)(5g,15.5mmol)和干燥的N,N-二甲基乙酰胺(5mL)置于反应瓶内,在氮气保护下加热至140℃,加入硫代乙酸钠(1.8g,18.3mmol),所得混和物于150℃搅拌45min,冷至室温,减压回收溶剂,加入二氯甲烷(30mL)和水(30mL),水相用二氯甲烷萃取,合并有机相,用无水硫酸镁干燥、浓缩,剩余物用异丙醇重结晶,得白色固体3.75g,收率72%,Mp:124~126℃;[α]D 25=+90.5,(c1.0,CHCl3);
IR(KBr):3030,2934,2889,1703,1697,1453,1412,1361,1218,1148,1051,997,903,808,66698,647,581,485cm-1;
1H-NMR(CDCl3,400MHz)δ7.37~7.25(m,10H),5.03(d,J=14.8Hz,1H),4.68(d,J=15.6Hz,1H),4.37(d,J=15.6Hz,1H),4.36(d,J=14.8Hz,1H),4.15~4.11(m,1H),3.81(d,r=8.0Hz,1H),3.37(dd,J=12.4,5.6Hz,1H),3.28(dd,J=12.4,2.0Hz,1H);
13C-NMR(CDCl3,100MHz)δ203.4,158.2,136.4,136.2,128.87,128.78,128.66,128.0,127.91,127.73,62.1,55.8,46.5,45.2,33.0;
ESI-MS m/z 361.1[M+Na]+。
实施例12化合物VI(R1=-Bn)的制备
于氮气保护下在干燥反应瓶内加入V(R1=-Bn)(3.2g,10mmol)、硫代苯甲酸钠(2.5g,13mmol)和N,N-二甲基乙酰胺(50mL),加热至150℃反应2.0h。冷却至室温,减压回收溶剂,加入适量水,用甲苯(3×25mL)萃取,合并有机相,依次用饱和碳酸氢钠溶液和饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥。过滤,减压回收溶剂,剩余物用乙酸乙酯重结晶,得白色结晶性粉末VI(R1=-Bn)2.8g,收率82.8%。Mp:123~126℃,[α]D 22=+90.1(c1.05,CHCl3)。
IR、1H NMR、13C NMR和MS谱与实施例11一致。
实施例13化合物VI(R1=-Bn)的制备
于氮气保护下在干燥反应瓶内加入V(R1=-Bn)(3.2g,10mmol)、硫代乙酸铵(1.21g,12mmol)和N-甲基吡咯烷酮(50mL),加热至170℃反应4h。冷却至室温,加入适量水,用甲苯(3×25mL)萃取,合并有机相,依次用饱和碳酸氢钠溶液和饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥。过滤,减压回收溶剂,剩余物用乙酸乙酯重结晶,得白色结晶性粉末VI(R1=-Bn)3.0g,收率88%,Mp:124~125℃,[α]D 22=+91.1(c1.04,CHCl3)。
IR、1HNMR、13CNMR和MS谱与实施例11一致。
实施例14化合物VII(R1=-Bn,R3=-CO2Bn)的制备
在氩气保护下于干燥反应瓶内加入锌粉(0.528g,8.07mmol),四氢呋喃(2.0mL)和甲苯(1.5mL),在10~20℃下向所得混和物中滴加液溴(0.33g,2.06mmol),加毕升温至50℃,滴加5-碘代戊酸苄酯(1.31g,4.13mmol),在滴加过程中保持反应温度50~60℃,加毕在相同温度下搅拌1h,所得混和物冷至30℃,然后向所得混和物中加入硫内酯VI(R1=-Bn)(1.0g,2.95mmol),四氢呋喃(2mL),甲苯(5mL),DMF(0.5mL)和阴离子交换树脂D290分散的纳米钯(1.5g,0.15mmol),所得混和物于30℃搅拌24h,加入饱和氯化铵水溶液(15mL),室温搅拌0.5h,过滤,滤液用乙酸乙酯萃取,合并有机相,用饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥、浓缩,剩余物经柱层析纯化得油状物1.17g,收率75%。
IR(neat):3340,2938,1730,1684,1451,1240,1158,963,738,701cm-1;
1H-NMR(CDCl3,400MHz)δ7.34~7.13(m,15H),5.13(d,J=15.2Hz,0.6H),5.10(s,0.5H),5.07(s,1.5H),5.07(d,J=15.6Hz,0.3H),4.86(d,J=15.2Hz,0.6H),4.81(d,J=15.2Hz,0.2H),4.36(s,0.6H),4.12~3.89(m,3.0H),3.68(d,J=8.4Hz,0.2H),3.60(d,J=10.0Hz,0.6H),3.33(s,0.2H),2.99~2.95(m,0.8H),2.81~2.77(m,0.8H),2.33~2.25(m,2.5H),2.01(s,0.7H),1.90~1.85(m,0.7H),1.67~1.36(m,4.5H),1.25~1.21(t,J=6.8Hz,0.5H);
13C-NMR(CDCl3,100MHz)δ173.11,173.05,161.16,160.22,136.85,136.55,136.36,135.88,128.66,128.60,128.55,128.48,128.45,128.39,128.35,128.07,128.03,127.99,127.90,127.86,127.73,127.57,127.52,127.38,127.35,98.9,95.5,68.8,66.0,65.9,61.3,60.5,60.1,48.6,47.1,46.0,45.8,41.2,36.8,34.1,33.89,33.85,33.71,33.65,25.36,25.14,24.96,24.80,23.95,20.83,14.0;
ESI-MS m/z 553.4[M+Na]+。
实施例15化合物VII(R1=-Bn,R3=-CO2Et)的制备
在氮气保护下将锌粉(0.8g,12.4mmol)、碘(39mg,0.15mmol)、四氢呋喃(1.3mL)和甲苯(0.8mL)置干燥反应瓶中,加热至40℃搅拌至紫红色消失,然后在50℃下向反应液中滴加溴代戊酸乙酯(1.3g,6.2mmol),约1.0~1.5h内滴毕,继续于相同温度下搅拌2.5~3h,降温至30℃,向反应物中加入阴离子交换树脂D296分散的纳米钯(9g,0.9mmol)、硫内酯VI(R1=-Bn)(1.0g,2.95mmol)、甲苯(6mL)和N,N-二甲基甲酰胺(0.8mL),于30~35℃反应12h,加水淬灭反应,过滤,分出有机层,水相用甲苯(3×30mL)萃取,合并有机相,无水硫酸钠干燥、浓缩,剩余物经硅胶柱分离得淡黄色油状物VII(R1=-Bn,R3=-CO2Et)1.2g,收率87%。
IR(neat):2961,2930,1670,1387,1256,665cm-1;
1H-NMR(CDCl3,400MHz)δ1.23~1.27(m,3H),1.44~1.45(m,2H),1.60~1.62(m,2H),2.24~2.33(m,4H),2.72(m,2H),3.65(m,1H),3.94(d,J=22.4,1H),4.02(d,J=22.4Hz,1H),4.10~4.20(m,4H),4.88(d,J=15.6Hz,1H),5.10(d,J=15.6Hz,1H),7.24~7.32(m,10H);
ESI-MS m/z 469[M+H]+。
实施例16化合物VII(R1=-Bn,R3=-CO2Et)的制备
在氮气保护下将锌粉(0.8g,12.4mmol)、碘(39mg,0.15mmol)、四氢呋喃(1.5mL)和甲苯(2mL)置干燥反应瓶中,室温搅拌至紫红色消失,升温至50℃,缓慢滴加溴代戊酸乙酯(1.3g,6.2mmol),2.0~2.5h加毕,继续于同温下搅拌2.5~3h,降温至30℃,向反应物中加入阴离子交换树脂D290分散的纳米钯(8g,0.8mmol)、硫内酯VI(R1=-Bn)(1.0g,2.95mmol)、甲苯(10mL)和N,N-二甲基甲酰胺(2mL),所得反应物于35~40℃反应24h。加水淬灭反应,过滤,分出有机层,水相用甲苯(3×30mL)萃取,合并有机相,无水硫酸钠干燥,减压回收溶剂,剩余物经硅胶柱分离得淡黄色油状物VII(R1=-Bn,R3=-CO2Et)1.2g,收率85.7%。
IR、1H NMR和MS谱与实施例15一致。
实施例17化合物VII(R1=-Bn,R3=-CO2Bn)的制备
在氮气保护下于干燥反应瓶内加入锌粉(0.528g,8.07mmol)、碘(39mg,0.15mmol)和N,N-二甲基甲酰胺(4.0mL),加热至80℃反应3h,滴加5-碘代戊酸苄酯(1.31g,4.13mmol),加毕在相同温度下搅拌1h,所得混和物冷至30℃,然后加入硫内酯VI(R1=-Bn)(1.0g,2.95mmol),四氢呋喃(4mL),甲苯(7mL),和阴离子交换树脂D296分散的纳米钯(1.5g,0.15mmol),所得混和物于30℃搅拌24h,加入饱和氯化铵水溶液(15mL),室温搅拌0.5h,过滤,滤液用乙酸乙酯萃取,合并有机相,用饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥、浓缩,剩余物经柱层析纯化得油状物VII(R1=-Bn,R3=-CO2Bn)1.17g,收率75%。
IR、1HNMR、13C NMR和MS谱与实施例14一致。
实施例18化合物IX(R1=-Bn,R3=-CN)的制备
于氮气保护下在干燥反应瓶内加入活化的锌粉(2.3g,35.4mmol)和四氢呋喃(5mL),然后滴加1,2-二溴乙烷(80uL,0.92mmol),加热回流3min,冷至室温,滴加三甲基氯硅烷(80uL,0.64mmol),搅拌15min,滴加5-碘代戊腈(3.75g,8.98mmol),加毕于30℃搅拌30min,然后加入硫内酯VI(R1=-Bn)(1.5g,4.43mmol)、苯(5.5mL)、N,N-二甲基甲酰胺(0.2mL)和阴离子交换树脂D296分散的纳米钯(4.4g,0.44mmol),加毕室温搅拌35h,TLC检测反应完全后过滤,滤液减压回收溶剂,在反应物物中加入乙酸乙酯(35mL),依次用1M盐酸、饱和碳酸氢钠水溶液和饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥、过滤,减压回收溶剂,剩余物经柱层析得到粘稠油状物IX(R1=-Bn,R3=-CN)1.31g,收率73%。[α]D 20=+27.4(c0.1,CH2Cl2)。
IR(neat):2224(C≡N)cm-1;
1H-NMR(CDCl3,400MHz)δ1.39-1.86(m,4H,2×CH2),2.03(t,2H,CH2CN),2.81(dd,1H,J=5.5,12.2Hz,CHexoS),2.95(d,1H,J=12.3Hz,CHendoS),4.13(m,1H,C6a-H),4.67(d,1H,J=7.9Hz,C3a-H),4.05,4.34,4.51,4.96(4d,4H,J=15.5,16.8,Hz,2×ArCH2);
EI-MS m/z(%)404(M+,7),313(62),106(10),91(100)。
实施例19化合物IX(R1=-Bn,R3=-CO2Bn)的制备
将VII(R1=-Bn,R3=-CO2Bn)(5g,9.4mmol),甲苯(30mL)和18%盐酸(20mL)混和,于60℃搅拌5h,冷至室温,分出有机相,水相用甲苯萃取,合并有机相,分别以饱和碳酸氢钠水溶液和饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥、浓缩,得油状物IX(R1=-Bn,R3=-CO2Bn)4.57g,收率95%。[α]D 25=+154.4,(c1.0,MeOH)。
IR(neat):3029,2930,1732,1696,1449,1236,1158,1027,746,700cm-1;
1H-NMR(CDCl3,400MHz)δ7.33~7.19(m,15H),5.39(t,J=6.8Hz,1H),5.07(s,2H),4.83(d,J=16.0Hz,1H),4.75(d,J=15.2Hz,1H),4.23~4.17(m,2H),4.05~3.99(m,2H),3.59~3.46(m,1H),2.92(dd,J=12.0,3.2Hz,1H),2.86(dd,J=12.0,5.6Hz,1H),2.29(t,J=7.2Hz,2H),2.13~2.01(m,2H),1.81~1.60(m,3H);
13C-NMR(CDCl3,100MHz)δ172.3,158.3,137.4,136.57,136.49,135.38,128.06,128.00,127.87,127.52,127.40,127.14,126.97,126.66,124.88,65.48,64.04,60.93,58.41,45.80,44.36,44.30,36.47,32.91,30.37,29.30,28.52,23.50;
ESI-MS m/z 513.4[M+H]+。
实施例20化合物VIII(R1=-Bn,R3=-CO2Bn)的制备
在干燥反应瓶内加入VII(R1=-Bn,R3=-CO2Bn)(5g,9.4mmol),三乙基硅烷(3.29g,28.3mmol)和二氯甲烷(50mL),冷至0℃,滴加三氟乙酸(6.45g,56.6mmol),加毕升至室温搅拌12h,用饱和碳酸氢钠水溶液淬灭反应,乙酸乙酯萃取,无水硫酸钠干燥、浓缩,得粘稠油状液VIII(R1=-Bn,R3=-CO2Bn)4.45g,收率92%。[α]D 25=-20.7(c1.0,MeOH)。
IR(neat):3030,2930,1731,1698,1449,1237,1160,968,745,700cm-1;
1H-NMR(CDCl3,400MHz)δ7.36~7.22(m,15H),5.12(s,2H),5.05(d,J=15.2Hz,1H),4.73(d,J=15.2Hz,1H),4.14(d,J=15.2Hz,1H),3.98~3.93(m,2H),3.84(dd,J=9.6,5.6Hz,1H),3.08~3.03(m,1H),2.72(dd,J=12.4,4.0Hz,1H),2.66(dd,J=12.4,6.0Hz,1H),2.35(t,J=6.8Hz,2H),1.69~1.30(m,6H);
13C-NMR(CDCl3,100MHz)δ173.1,160.9,136.94,136.83,136.00,128.65,128.59,128.49,128.19,128.12,127.57,127.55,66.09,62.6,61.1,54.1,47.9,46.5,34.6,34.0,28.5,28.3,24.6;
ESI-MS m/z 515.2[M+H]+。
实施例21化合物VIII(R1=-Bn,R3=-CO2H)的制备
将VII(R1=-Bn,R3=-CO2H)(10.0g,22.7mmol)、三乙基硅烷(26.4g,0.227mol)和二氯甲烷(100mL)置干燥反应瓶中,冷至0℃,滴加三氟乙酸(51.7g,0.454mol),加毕升温至25℃下搅拌反应8h。减压回收溶剂,剩余物加入乙酸乙酯(250mL)稀释,用饱和食盐水溶液洗涤至中性,分出有机层,无水硫酸钠干燥。过滤,滤液减压回收溶剂,得无色油状液体VIII(R1=-Bn,R3=-CO2H)9.2g,收率95%,[α]D 25=-27.5(c1.0,MeOH)。
IR(neat):3029,2932,1698,1451,1239,1076,962,911,732cm-1;
1H-NMR(CDCl3,400MHz)δ1.26~1.66(m,6H,3×CH2),2.32(t,2H,-CH2CO2H),2.68(ddd,2H,-CH2S),3.04~3.08(m,1H,C4-H),3.85(dd,1H,C3a-H),3.94~3.98(m,2H,C6a-H,N3-CHPh),4.14(d,1H,N1-CHPh),4.73(d,1H,N1-CHPh),5.05(d,1H,N3-CHPh),7.22~7.33(m,10H,2×ArH),10.25(br.s,1H,-CO2H);
13C-NMR(CDCl3,100MHz)δ178,161,136.8,136.7,128.77,128.71,128.29,128.26,127.71,127.66,62.7,61.3,54,48,46,34.7,33.9,28.5,28.4,24;
ESI-MS m/z 425[M+H]+,447[M+Na]+。
实施例22化合物VIII(R1=-Bn,R3=-CO2Bn)的制备
将化合物IX(R1=-Bn,R3=-CO2Bn)(10.0g,19.5mmol)、三乙基硅烷(11.3g,0.097mol)和二氯甲烷(100mL)置干燥反应瓶中,冷至0℃,滴加甲酸(8.97g,0.195mol),加毕升温至25℃下搅拌反应8h。减压回收溶剂,剩余物加入乙酸乙酯(250mL)稀释,分别用饱和碳酸氢钠水溶液和饱和食盐水洗涤,分出有机层,无水硫酸钠干燥。过滤,滤液减压回收溶剂,得无色油状液体VIII(R1=-Bn,R3=-CO2Bn)9.7g,收率97%,[α]D 25=-20.5(c1.0,MeOH)。
IR、1H-NMR、13C-NMR和MS谱与实施例20一致。
实施例23化合物VIII(R1=-Bn,R3=-CN)的制备
将化合物IX(R1=-Bn,R3=-CN)(10.1g,25mmol)、三乙基硅烷(11.6g,100mmol)和甲苯(80mL)置干燥反应瓶中,冷至0℃,滴加甲磺酸(12.9mL,0.2mol),加毕升温至25℃下搅拌反应12h。减压回收溶剂,剩余物加入乙酸乙酯(150mL)稀释,用饱和碳酸氢钠水溶液和食盐水洗涤至中性,分出有机层,无水硫酸钠干燥。过滤,滤液减压回收溶剂,剩余物用异丙醇重结晶得白色固体VIII(R1=-Bn,R3=-CN)9.13g,收率90%,Mp:93~94℃,[α]D 25=-67.3(c1.02,DMSO)。
IR(KBr):2270(C≡N)cm-1;
1H-NMR(CDCl3,400MHz)δ1.58~1.75(m,6H,3×CH2),2.34(t,2H,J=6.56Hz,CH2CN),2.71(dd,2H,J=2.34,4.39Hz,C6α-H and C6β-H),3.06(m,1H,C4-H),3.89(d,1H,J=5.56Hz,C3α-H),3.96(m,1H,C6a-H),4.03,4.15,4.75,5.00(4d,4H,J=15.07,15.0Hz,2×CH2Ph),7.22~7.38(m,10H,2×ArH);
EI-MS m/z(%)405(M+,18),314(20),277(48),265(16),187(21),91(100)。
实施例24化合物VIII(R1=-Bn,R3=-CO2Bn)的制备
将化合物VII(R1=-Bn,R3=-CO2Bn)(10.0g,18.8mmol)、三乙基硅烷(43.7g,0.376mol)和四氢呋喃(100ml)置干燥反应瓶中,冷至-70℃,滴加三氟化硼乙醚(26.7g,0.188mol),加毕于-70℃下搅拌反应24h。缓慢升温至室温,加入乙酸乙酯(250mL)稀释,用饱和碳酸氢钠水溶液洗涤至中性,分出有机层,无水硫酸钠干燥。过滤,滤液减压回收溶剂,得无色油状液体VIII(R1=-Bn,R3=-CO2Bn)9.0g,收率93%,[α]D 25=-20.7(c1.0,MeOH)。
IR、1H-NMR、13C-NMR和MS谱与实施例20一致。
实施例25生物素I的制备
将化合物VIII(R1=-Bn,R3=-CO2Bn)(10.0g,19.4mmol)、48%氢溴酸(50mL)和二甲苯(50mL)置于反应瓶中,搅拌回流24h,冷却至室温,分出上层有机层,水层减压浓缩至20mL后,加入10%氢氧化钠水溶液调节pH=12,将所得溶液滴加至双光气(2.28mL,19.4mmol)、活性炭(0.1g)和苯甲醚(30mL)的混合物中,于室温搅拌反应3h。过滤,减压回收苯甲醚,水层用浓盐酸调节pH=1~2,析出白色固体,过滤,用蒸馏水重结晶,得白色粉末状固体I4.7g,收率90%。Mp:230~231℃,[α]D 20=+90.7(c1.0,0.1M aq.NaOH)。
IR(KBr):3308,2967,1941,1707,1480,1318,1202,1154,1098cm-1;
1H-NMR(DMSO-d6,400MHz)δ11.9(s,1H),6.40(s,1H),6.33(s,1H),4.30(dd,J=7.6,5.2Hz,1H),4.15~4.11(m,1H),3.12~3.07(m,1H),2.82(dd,J=12.4,5.2Hz),2.57(d.J=12.4Hz),2.20(t,J=7.6Hz,2H),1.62~1.41(m,4H),1.37~1.30(m,2H);
13C-NMR(CDCl3,100MHz)δ174.8,163.1,61.5,59.6,55.8,40.0,33.9,28.57,28.52,25.0;
ESI-MS:267[M+Na]+。
实施例26生物素I的制备
将化合物VIII(R1=-Bn,R3=-CO2H)(10.0g,23.6mmol)、48%氢溴酸(55mL)和二甲苯(55mL)置于反应瓶中,搅拌回流20h,冷却至室温,分出上层有机层,水层减压浓缩至25mL后,加入10%氢氧化钾水溶液调节pH=12,将所得溶液滴加至三光气(5.6g,18.9mmol)、活性炭(0.1g)和甲苯(30mL)的混合物中,于室温搅拌反应5h。过滤,减压回收溶剂,水层用浓盐酸调节pH=1~2,析出白色固体,过滤,用蒸馏水重结晶,得白色粉末状固体I5.3g,收率92%,Mp:229.1~230.9℃,[α]D 20=+91.3(c1.0,0.1M aq.NaOH)。
IR、1H-NMR、13C-NMR和MS谱与实施例25一致。
实施例27生物素I的制备
将化合物VIII(R1=-Bn,R3=-CN)(10.0g,24.6mmol)、48%氢溴酸(50mL)和二甲苯(55mL)置于反应瓶中,搅拌回流20h,冷却至室温,分出上层有机层,水层减压浓缩至25mL后,加入10%氢氧化钠水溶液调节pH=12,将所得溶液滴加至三光气(5.6g,18.9mmol)、活性炭(0.1g)和甲苯(30mL)的混合物中,于室温搅拌反应8h。过滤,减压回收溶剂,水层用浓盐酸调节pH=1~2,析出白色固体,过滤,用蒸馏水重结晶,得白色粉末状固体I5.7g,收率95%,Mp:230.2~231.6℃,[α]D 20=+91.2(c1.0,0.1M aq.NaOH)。
IR、1H-NMR、13C-NMR和MS谱与实施例25一致。
实施例28生物素I的制备
将化合物VIII(R1=-Bn,R3=-CO2Et)(10.0g,22.1mmol)、48%氢溴酸(55mL)和二甲苯(55mL)置于反应瓶中,搅拌回流24h,冷却至室温,分出上层有机层,水层减压浓缩至25mL后,加入10%氢氧化钾水溶液调节pH=12,将所得溶液滴加至三光气(2.6mL,22.1mmol)、活性炭(0.1g)和二甲苯(30mL)的混合物中,于室温搅拌反应12h。过滤,减压回收溶剂,水层用浓盐酸调节pH=1~2,析出白色固体,过滤,用蒸馏水重结晶,得白色粉末状固体I4.85g,收率90%,Mp:229.7~231.2℃,[α]D 20=+90.8(c1.0,0.1M aq.NaOH)。
IR、1H-NMR、13C-NMR和MS谱与实施例25一致。
Claims (14)
1.一种(+)-生物素的立体选择性全合成方法,该(+)-生物素的结构如下I所示:
其特征在于具体步骤如下:
(a)将具有如下结构的二酸II与酰卤在无有机溶剂或有有机溶剂条件下反应制备内消旋环酸酐III:
式中,R1为苄基、α-苯基乙基、对甲氧苄基、3,4-二甲氧基苄基;其中,所用的酰卤为C1~C6脂肪酰卤、芳香酰卤或取代芳香酰卤,卤素为氯或溴;二酸II与酰卤的摩尔比为1∶1-5,二酸II与有机溶剂的重量体积比为1∶6-20,反应温度为20℃-135℃,反应时间为0.5-5小时;
(b)化合物III在金鸡纳生物碱存在下与醇进行对映选择性醇解制备得(4S,5R)-半酯IV:
式中,R2为C1~C6烷基、C3~C8环烷基、C3~C6烯基、C3~C6炔基、芳烷基或芳烯基;
其中,所用金鸡纳生物碱具有如A所示结构:
R4为羟基,或C1-C10烷氧基;
R5为-H或-OR7,R7为C1~C6烷基、C3~C6环烷基、C2~C6烯基、C2~C6酰基、苄基、苯甲酰基或肉桂基;
R6为-H或乙基,乙烯基或乙炔基;
醇解用醇为C1~C6烷基醇、C3~C8环烷基醇、C3~C6烯醇、C3~C6炔醇、芳烷醇或芳基烯醇;
环酸酐III/醇/金鸡纳生物碱催化剂的摩尔比为1∶3~10∶0.5~2;
醇解反应温度为-60℃~25℃,醇解反应时间为10~80h;
(c)化合物IV在还原剂作用下对酯基选择性还原,然后酸催化关环制备(3aS,6aR)-内酯V:
其中所用的还原剂为烷基取代硼氢化钾、烷基取代硼氢化锂或烷基取代硼氢化钠,或硼氢化钠、硼氢化钾、硼氢化锂或氰基硼氢化钠;
还原步骤反应温度为-20℃~50℃,还原步骤反应时间为4~24h;
关环步骤所用的酸为盐酸、硫酸、磷酸、硝酸或高氯酸,
关环步骤反应温度为50℃~60℃,关环步骤反应时间为0.5~4h;
(d)化合物V在硫代试剂作用下制备得(3aS,6aR)-硫内酯VI:
其中所用的硫代试剂具有如式B所示的结构:
式中,R8为C1~C6烷基、烯基、炔基,芳基或取代芳基;R9为Na+、Cs+或NH4 +;
反应温度为100℃~200℃;反应时间为0.5~7h;
(e)化合物VI与锌试剂在纳米钯催化剂存在下进行Fukuyama偶联制备非对映异构体混合物VII:
R3为烷氧羰基、芳烷氧羰基、氰基或噁唑啉基;
其中化合物VI/锌粉/卤代物的摩尔比为1∶2~5∶1.3~3;
化合物VI/钠米钯催化剂的摩尔比为1∶0.005~0.5;
Fukuyama偶联反应温度为10℃~50℃;
Fukuyama偶联反应时间为5~50h;
(f)化合物VII在有机酸或路易斯酸存在下与硅烷发生离子氢化反应被还原为(3aS,4S,6aR)-双苄生物素及其衍生物VIII;或化合物VII在酸作用下先脱水生成化合物IX,然后在有机酸或路易斯酸存在下与硅烷发生离子氢化反应被还原为(3aS,4S,6aR)-双苄生物素及其衍生物VIII;
其中离子氢化所用的有机酸为脂肪酸或取代脂肪酸,磺酸或取代磺酸;
化合物VII脱水生成化合物IX所用的酸为下述无机酸之一种:硫酸、盐酸、磷酸、硝酸或高氯酸,或为下述有机酸之一种:甲酸、乙酸、甲磺酸或三氟甲磺酸,或为下述路易斯酸之一种:氯化锌、四氯化锡、三氟化硼、四氯化钛或三氯化铝;
化合物VII脱水生成化合物IX的反应温度为-50℃~80℃;
离子氢化所用的硅烷为三甲基硅烷、三乙基硅烷、三苯基硅烷、二甲基硅烷、二乙基硅烷或二苯基硅烷;
化合物VII/酸/硅烷的摩尔比为1∶1~40∶1~20;
化合物IX/酸/硅烷的摩尔比为1∶1~40∶1~20;
离子氢化反应温度为-80℃~10℃,反应时间为3~24h;
(g)化合物VIII在无机酸作用下水解并开环脱除保护基、再在活性碳催化下用关环试剂氯甲酸三氯甲酯(双光气)或双三氯甲基碳酸酯(三光气)关环得到(+)-生物素I;
其中,所用的无机酸为强酸,选自氢溴酸、氢碘酸、盐酸或高氯酸;化合物VIII与无机酸的物料比为1∶4~15(w/v),水解开环温度是120℃~150℃,反应时间为4~60h;
化合物VIII/关环试剂的摩尔比为1∶1.0~3;
化合物VIII/活性炭的摩尔比为5~3∶1,关环反应温度为20℃~50℃。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(a)中所用有机溶剂为卤代烃、芳香烃或取代芳香烃。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(b)中由化合物III制备化合物IV时,所用的醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、环戊醇、烯丙醇、炔丙醇、苄醇或肉桂醇。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(b)中所用有机溶剂选自下述卤代烃之一种:二氯甲烷、氯仿、1,2-二氯乙烷或四氯化碳;或选自下述脂肪烃之一种:己烷、庚烷、辛烷、壬烷;或选自下述芳香烃之一种:苯、甲苯、二甲苯、硝基苯或各种卤代苯;或选自下述醚类溶剂之一种:乙醚、甲基叔丁基醚、二氧六环或四氢呋喃;或乙腈或乙酸乙酯。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(c)还原步骤中还加入氯化钙。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(c)中还原步骤所用的溶剂选自甲醇、乙醇、正丙醇或异丙醇,或选自二乙醚、二异丙醚、甲基叔丁基醚、二噁烷、乙二醇二甲醚或四氢呋喃。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(d)中所用的有机溶剂选自芳烃溶剂、酰胺溶剂或亚砜溶剂,其中,芳烃溶剂选自甲苯、二甲苯或氯苯,酰胺溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮或磷酰胺溶剂。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(e)中所用的锌试剂由金属锌与卤代酸酯反应制得,其中,卤代酸酯选自5-氯代戊酸酯、5-溴代戊酸酯或5-碘代戊酸酯。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(e)中所用的锌试剂由金属锌与卤代噁唑啉反应制得,其中卤代噁唑啉选自(4-氯代丁基)-2-噁唑啉、(4-溴代丁基)-2-噁唑啉或(4-碘代丁基)-2-噁唑啉。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(e)中所用有机溶剂为四氢呋喃、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种,或其中几种的混合物。
12.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(f)中离子氢化所用的有机酸选自甲酸、乙酸、丙酸、异丁酸、三氟乙酸、三氯乙酸或三溴乙酸,磺酸或取代磺酸;所用的路易斯酸为氯化锌、三氟化硼、三氯化铝、四氯化钛或四氯化锡。
13.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(f)中离子氢化所用的有机溶剂选自下述卤代烃之一种:二氯甲烷、氯仿、1,2-二氯乙烷或四氯化碳;或者选自下述芳香烃之一种:苯、甲苯、二甲苯或硝基苯;或者选自下述醚类溶剂之一种:乙醚、二氧六环或四氢呋喃。
14.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(g)中关环反应使用无机碱溶液,该无机碱溶液为5~30%的氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾溶液;关环反应使用有机溶剂,该有机溶剂选自下述醚类溶剂之一种:四氢呋喃、甲基叔丁基醚、二异丙醚或苯甲醚,或选自下述芳烃类溶剂之一种:甲苯或二甲苯。
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