CN102976924B

CN102976924B - 高三尖杉酯碱侧链酸、其类似物的全合成方法

Info

Publication number: CN102976924B
Application number: CN201210541494.5A
Authority: CN
Inventors: 孙默然; 杨华; 周航; 高凯歌; 曹其伟
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2032-12-14
Also published as: CN102976924A

Abstract

本发明公开了高三尖杉酯碱侧链酸、其类似物的不对称全合成方法，属于药物化学领域。其具有如下结构：其中R₁独立地为H,C_1~8的烷基；R₂独立地为H，C_1~20的烷基、苯基；n是0~4的自然数。本发明以光学活性氨基酸为原料，经选择性格氏反应生成内酯，再经还原、氧化、witting反应得到Meisenheimer重排反应的前体─三取代烯胺，后通过[2,3]-Meisenheimer重排、催化氢化及氧化开环反应得到目标产物。该合成路线原料易得、反应步骤少、产率高、操作简便，适合于大量制备。

Description

高三尖杉酯碱侧链酸、其类似物的全合成方法

技术领域

本发明涉及高三尖杉酯碱侧链酸、其类似物的不对称全合成方法，属药物化学领域。

背景技术

三尖杉( Cephalotaxus fortunei )隶属于裸子植物三尖杉科，为常绿乔木，产于南亚次大陆至亚洲东部，在我国的分布最为集中，有7个种类和3个变种。1970年，Paudler和Powell等(Tetrahedron Lett 1970,47,815；Tetrahedron 1972,28,1995)从三尖杉属植物中分离鉴定出多种生物碱类物质，药理实验表明，多种具有抗肿瘤活性,其中的4种酯碱活性显著：高三尖杉酯碱（Homoharringtonine,HHT）,三尖杉酯碱（Harringtonine,HT）,脱氧三尖杉酯碱（Deoxyharringtonine,DHT）和高脱氧三尖杉酯碱（homodeoxyharringtonine, HDHT）。高三尖杉酯碱于1990年载入我国药典，用于临床治疗急性非淋巴细胞白血病和慢性淋巴瘤等各种血液病，并一直临床应用至今（中国药典1990年版二部，1990,588；中国药典2005年版二部，2005,629）。在美国，HHT已经在治疗慢性骨髓性白血病方面进入临床Ⅲ期(Cancer 2001,92, 1591-1605; Cancer 2002, 94, 2024)。

目前，应用于临床的高三尖杉酯碱（HHT）的来源还是主要依赖于从三尖杉植物中提取，而它在植物体内的含量甚微。由于三尖杉现存自然资源稀少,加之三尖杉为雌雄异株,结实量少, 因此天然更新极为困难。对原生植物的过度砍伐利用，曾一度造成环境破坏和资源枯竭，篦子三尖杉和海南粗榧已被国家列为二级保护植物。在三尖杉植物提取物中，三尖杉碱的含量最高，约占总碱的50%，药理实验表明它没有任何活性(The Alkaloids,1984,23,157)，但是它和一系列的侧链酸成酯后具有显著的生理活性。因此，由提取的三尖杉碱通过半合成的方法得到大量HHT，无疑可以变废为宝，提高资源的综合利用率。

三尖杉酯碱的半合成首先要进行侧链酸的合成，国内外的研究小组对此进行了大量工作，合成高三尖杉酯碱手性侧链的关键步骤是构筑2 ′位手性季碳, 进行反合成分析有四个可供选择的切断位置，由此产生了不同的原料和手性源（见如下路线）。

如从a处切断，可引入手性辅基R₁ ^*和R₂ ^*，通过碳负离子对酮酸加成，诱导产生2 ′位手性季碳（Tetrahedron Lett. 2001, 42, 1911-1913）；从b处切断，可以D-(+)-苹果酸为手性源和起始原料，通过手性传递，合成2 ′位手性季碳（Eur. J.Org.Chem. 2005, 14, 2965-2972; Chem. A Eur. J. 2008, 14, 4293-4306）；如从c处切断，以非手性的柠檬酸为原料，先合成消旋的缩醛保护的柠檬酸单酯衍生物，经化学拆分得到R型异构体，再通过手性传递构筑2 ′位手性季碳(Chem. Comm. 2006,30, 3243-3245)；如从d处切断，可直接通过烷基铜锂对手性环氧羧酸开环的方法得到2 ′位手性季碳(Eur. J.Org.Chem. 2003, 2488-2497))。

发明内容

本发明旨在提供高三尖杉酯碱侧链酸及其类似物的不对称全合成新方法。

为实现本发明目的，本发明以光学活性氨基酸为原料，首先经四步反应得到氨基保护的半缩醛，再通过Witting反应得到反式三取代烯烃化合物、Meisenheimer重排构筑手性季碳，最后经官能团修饰得到目标产物。

本发明所述的高三尖杉酯碱侧链酸及其类似物的结构如式1所示：

其中R₁独立地为H、C_1~8 的烷基；R₂独立地为H、C_1~20的烷基、苯基；n 是0~4的自然数。

优选如下化合物：

其具体合成步骤为：以光学活性天然氨基酸5 为起始原料，首先进行全保护形成二苄基双酯6，之后发生选择性格氏反应得到内酯7，内酯7被还原成为二醇8，再经氧化反应得到半缩醛9，它与丁酸内酯Witting 试剂10反应得到三取代烯烃11，是Meisenheimer重排反应的前体，11经mCPBA氧化、催化氢化反应得到化合物13，至此氨基酸的手性完全转移并构筑了一个季碳，再经一步氧化得到侧链酸1。

本发明反应步骤优选为：

步骤一：光学活性氨基酸5在质子溶剂中0~100℃范围内，在二氯亚砜作用下转变成羧酸二甲酯，粗产品不经纯化，在惰性溶剂和缚酸剂存在下，与苄溴反应得到双苄基二甲酯6。所说的质子溶剂为甲醇、乙醇、叔丁醇或异丙醇；二氯亚砜与化合物5的摩尔比为2~6：1；所说的缚酸剂为碳酸钾、碳酸钠、三乙胺、吡啶和4-二甲氨基吡啶（DMAP）中的一种或多种；所说的惰性溶剂为乙腈、甲苯、四氢呋喃或乙酸乙酯。

步骤二：化合物6 在无水有机溶剂中，在-78℃~50℃的范围内，与格氏试剂反应得到内酯7，所得产物通过柱层析进行纯化；所说的无水有机溶剂为四氢呋喃或乙醚；所说的格氏试剂为甲基溴化镁，甲基碘化镁和甲基氯化镁；淬灭反应的方法是饱和氯化铵和0.1-6N HCl盐酸淬灭，调节pH至5~6。

步骤三：内酯化合物7在有机溶剂中-50℃~50℃范围内，在还原剂作用下还原为二醇8，所得产物经萃取后浓缩，不需纯化直接用于下一步反应；所说的有机溶剂为甲醇、乙醇、叔丁醇、四氢呋喃或甲醇、乙醇、叔丁醇分别与二氯甲烷的混合溶液，优选为四氢呋喃；所说的还原剂为氢化锂铝、硼氢化钠；淬灭反应的方法为0.1N-12N HCl调节反应体系pH至酸性，或加饱和食盐水淬灭。

步骤四：二醇化合物8在有机溶剂中-50℃~50℃范围内，在氧化剂作用下转变成半缩醛9，所得产物经柱层析进行纯化；所说的有机溶剂为二氯甲烷、DMSO和四氢呋喃中的一种或多种；所说的氧化剂是Swern氧化剂、Parkin-Doering氧化剂、IBX氧化剂或PCC氧化剂。

步骤五：半缩醛9在有机溶剂中50~150℃范围内，与Witting试剂10反应得到化合物11，所得产物经柱层析进行纯化；所说的有机溶剂为四氢呋喃、甲苯、二氯甲烷或苯；

步骤六：化合物11在有机溶剂中0~100℃范围内，在氧化剂作用下发生重排反应，所得产物经萃取浓缩后直接在催化剂作用下发生氢化反应，所得产物经柱层析进行纯化，得化合物13；所说的有机溶剂优选为二氯甲烷；所说的氧化剂优选为mCPBA；所用氧化剂的量为化合物11摩尔量的0.9~1.3倍；所说的催化剂优选为钯碳。

步骤七：内酯化合物13在有机溶剂中0~100℃范围内，在氧化剂作用下开环成二羧酸化合物1，所得产物经重结晶进行纯化；所说的有机溶剂优选为乙腈；所说的氧化体系优选KMnO₄/NaOH、Jones 氧化剂、TEMPO/NaClO/NaClO₂或H₅IO₆/CrO₃；所用氧化剂的量为化合物13的摩尔量的1.5-5倍；淬灭反应所用试剂为C1-C5烷基醇。

该合成路线具备以下优点：①原料是天然氨基酸，价廉易得，各步所用试剂均为实验室常见试剂；②反应步骤少，从最简单的氨基酸出发，包括九步反应，其中有三个反应可以不经纯化直接用于下一步；③收率高，以高三尖杉酯碱为例，九步总收率41%, 平均每步收率达到90%；④操作简便，适用于大量制备；⑤天然氨基酸的手性在Meisenheimer重排反应过程中得到完全转移，合成物的旋光度与天然产物的旋光度相一致。

具体实施方式

以下再通过实施例形式的具体实施方式对本发明的上述内容作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限以下的实施例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本范明的范围。

实施例1 化合物6的制备：

取L-天冬氨酸（0.9g，6.80mmol）加入到20mL无水甲醇中，冰浴下搅拌10min后，向体系中逐滴加入SOCl₂（0.99ml，2eq）,保持0℃，搅拌30min后撤掉冰浴, 缓慢升至室温，搅拌24h，减压蒸馏至体系残余溶剂较少后，加入少量甲醇，继续减压蒸馏至体系呈油状,反复两次。冰浴下，用饱和Na₂CO₃调节pH至7，氯仿萃取，合并有机相，干燥，减压，浓缩得到1.06g粗品油状物（收率98%）。将浓缩得的粗品产物（1.06g）溶于20ml无水乙腈，冰浴下分批加入K₂CO₃（2.34g ，2.5eq），搅拌15min后，再缓慢滴入BnBr（1.78ml，2.2eq）。滴加完毕后，继续搅拌15min，撤去冰浴，升至室温，搅拌24h。将K₂CO₃减压过滤，乙酸乙酯洗涤滤饼，减压浓缩滤液得到油状粗品，直接将油状物柱层析纯化（纯石油醚与石油醚：乙酸乙酯=10：1，两个比例洗脱）得产物，2.3g，两步总收率95%。

[a]²⁰ _D= -118.8°(c=1.04, CH₃OH); IR(KBr): 3446, 2949, 1734, 1453, 1434, 1198, 1162 cm^-1；¹H NMR (400 MHz, CDCl₃): δ = 7.39 – 7.16 (m, 10H), 3.89 (d, J = 13.7 Hz, 2H), 3.77 (s, 3H), 3.52 (d, J = 14.0 Hz, 5H), 3.35 (dd, J = 8.3, 7.0 Hz, 1H), 2.45 (dt, J = 16.6, 7.0 Hz, 1H), 2.38 – 2.24 (m, 1H), 2.01 (dt, J = 8.7, 4.4 Hz, 2H)ppm。

实施例2 化合物7的制备：

格氏试剂(MeMgI)的制备：将事先剪好的镁屑1.446g（60.228mmol）置于100ml的三口圆底烧瓶中，置换氮气。向恒压滴液漏斗内加入约30ml的无水乙醚，然后向反应瓶中滴入少许。然后向恒压滴液漏斗内快速注入碘甲烷3.57ml（57.364mmol），向反应瓶内滴入少许的碘甲烷乙醚溶液，加热引发反应，开始搅拌，并缓慢滴加碘甲烷乙醚溶液，保持微沸即可。加完碘甲烷搅拌15min，此时可看到镁屑基本消失，得到的是灰绿色澄清透明的格氏试剂。

将制备的格氏试剂在冰浴下搅拌10min，将溶于15ml无水乙醚溶液的4.896g（14.341mmol）底物6直接倾入恒压滴液漏斗内，然后匀速滴入格氏试剂中，加完10min后TLC监测反应完全。冰浴下加入饱和氯化铵60ml淬灭反应，用乙酸乙酯（70ml×3）萃取，合并有机相，饱和氯化钠洗两次，MgSO₄干燥浓缩得粗品4.447g。柱层析（石油醚：乙酸乙酯=15:1,Rf = 0.3）分离纯化得白色固体4.13g，收率93%。

[a]²⁰ _D = -28.4°(c=1.20,CHCl₃); mp.100.34°C; IR (KBr): 2977, 1772, 1144, 951, 755, 737,706cm^-1; ¹H NMR(400Hz,CDCl₃): δ = 7.48(d,J=7.5Hz,4H), 7.38(t,J=7.5Hz,4H), 7.31 (d,J=7.3Hz,2H), 4.00(t,J=11.8Hz,3H), 3.73(d,J=13.8Hz,2H), 2.23(dd,J=12.8,9.2Hz,1H), 2.11(t,J=12.1Hz,1H), 1.49(s,3H), 1.30(s,3H)ppm;¹³CNMR(100Hz,CDCl₃):175.45,139.07,128.70,128.45,127.31,81.05,59.39,54.83,37.42,29.30,27.69ppm。

实施例3 化合物8的制备：

称取LiAlH₄(0.632g,16.653mmol)置于100ml两口圆底烧瓶中，置换氮气。将15ml无水四氢呋喃(THF)溶液注入瓶中，冰浴搅拌10min后，将溶于20ml无水四氢呋喃的内酯7(3.435g,11.102mmol)缓慢滴入反应瓶中，加完后继续搅拌10min，TLC监测反应完全。按与LiAlH₄质量1:1:3（m/v）的比例依次缓慢滴入H₂O（0.6ml + 2mlTHF）,15%NaOH (0.6ml + 1mlTHF),1.8mlH₂O淬灭反应。加入40ml乙酸乙酯稀释，剧烈搅拌10min后，布氏漏斗抽滤，乙酸乙酯（10ml×2）洗涤滤饼，减压浓缩滤液得3.410g白色固体，无需继续纯化，收率97%。

[a]²⁰ _D =-18.8(c=1.20,CHCl₃);mp.130.41°C; IR(KBr):3315,2967,1055,753,700cm^-1。

实施例4 化合物9的制备：

称取二醇8(602 mg, 1.921mmol)置于25ml二口圆底烧瓶中，加入5mlCH₂Cl₂溶解，三乙胺1.3 mL (9.605mmol)，置换氮气，冰浴搅拌。快速称取Py · SO₃1.528g (9.605mmol)，加入事先已放好5mlDMSO的10ml圆底烧瓶中，用塞子封好，室温放置活化15min，然后用注射器一次性快速注入反应体系中，撤去冰浴，随着反应进行体系颜色由最初的浅亮黄色逐渐加深为棕色。反应约40min后,将反应体系缓慢倾入搅拌着的10ml冰水混合物中,乙酸乙酯（40ml×3）萃取，合并有机相，分别用10%柠檬酸、饱和碳酸氢钠、饱和氯化钠洗涤，MgSO₄干燥浓缩，柱层析（石油醚：乙酸乙酯=6:1,Rf = 0.3）纯化得到568mg白色固体，收率95%。

[a]²⁰ _D =39.0(c=1.20,CHCl₃); m.p.123.28°C;IR(KBr): 3371, 2964, 2807, 1365, 1000, 753cm^-1；¹H NMR(400Hz,CDCl₃): δ = 7.40–7.18(m,10H), 5.49(d,J=3.1Hz,1H), 5.35 (d, J=3.9Hz, 1H), 3.77–3.60(m,4H), 3.57(td,J=8.4,3.2Hz,1H), 3.38 (ddd, J=11.3, 7.5, 3.9Hz,1H), 2.94(s,1H), 2.08–1.80 (m,2H), 1.40(s,2H), 1.32(s,2H), 1.22(s,2H)ppm.

实施例5 化合物11的制备：

称取α-溴-γ-丁内酯（5g,30.3mmol）和Ph₃P（7.95g,30.3mmol），加入到100ml圆底烧瓶中，加入12ml THF，回流24h，形成白色沉淀，再将10%氢氧化钠溶液150ml缓慢加入到体系中，室温搅拌0.5h，溶液用氯仿（60ml×3）萃取，合并有机相，干燥，浓缩，氯仿重结晶，得到 7.9g白色固体，即化合物10。

称取半缩醛55(69mg,0.223mmol)和丁酸内酯wittig试剂10(231mg,0.669mmol)，加入无水甲苯5ml,体系置换氮气保护，110℃条件下，回流16h。减压蒸除甲苯，直接柱色谱（石油醚：乙酸乙酯=7:1,Rf = 0.3）分离，得白色固体55mg，收率65%。

¹H NMR(400Hz,CDCl₃): δ = 7.41–7.26(m,10H), 7.07(dt,J=9.8,2.8Hz,1H), 5.94(s,1H), 4.43(dqd,J=17.8,9.0,6.0Hz,2H), 4.14(d,J=12.9Hz,2H), 3.89–3.79(m,1H), 3.30(d,J=13.0Hz, 2H), 2.81–2.62(m,2H), 2.24(dd,J=14.7,11.5Hz,1H), 1.69(s,1H),1.22(s,3H),0.83(s,3H)ppm;

¹³CNMR(100Hz,CDCl₃): δ = 170.67, 137.71, 136.15, 129.35, 128.65, 127.98, 127.72, 77.40, 77.08, 76.76, 65.46, 55.84, 54.17, 41.52, 31.52, 27.82, 25.17ppm.

实施例6 化合物13的制备：

称取化合物11（1.01g，2.661mmol），加入无水二氯甲烷5ml，置换氮气保护。0℃条件下搅拌10min后，将(75%含量)MCPBA（735mg,3.193mmol）加入到体系中,反应10min。然后用0℃的CH₂Cl₂(60m)l稀释，10%NaOH(10ml×3)洗涤，饱和食盐水（10ml×2）洗涤至中性，无水硫酸镁干燥、过滤、浓缩，得到无色油状物12（898mg）。将其溶解于150ml无水甲醇中，加入10%Pd/C（湿重65.52%）260mg，置于加氢装置上,用H₂置换掉体系中的空气，60℃反应10h。然后过滤掉体系中的Pd/C，有机溶剂浓缩至干，柱纯化得到白色晶体13 (446mg)，两步收率83% .

¹H NMR(400Hz,CDCl₃): δ= 4.43-4.34（m，1H），4.29-4.18（m，1H），4.02（宽峰，1H），2.59-2.24（m，3H），1.83-1.53（m，2H），1.53-1.39（m，3H），1.22（s，6H）ppm；¹³C NMR(100Hz,CDCl₃): δ= 179.21，74.73，71.09，65.48，43.36，36.71，34.66，29.31，29.19，17.94ppm；Dept 135 ¹³C NMR(100Hz,CDCl₃): δ= 65.48，43.36，36.71，34.66，29.31，29.19，17.94ppm.

实施例7 化合物1的制备：

把化合物13（1.2g 5.8mmol）溶解于2.32 ml 5M NaOH。加入磷酸缓冲溶液(23.2ml,0.67M) ，用5 M HCl调pH至 6.8。把TEMPO(453mg ,2.9mmol) 溶解于乙腈(30 ml)，加入到反应体系中，恒温至35℃。在超过2小时的时间内把NaClO溶液 (11.6mmol in 47.6ml H₂O), 和NaClO₂(1.31g in 5.6ml H₂O)加入到反应体系中，体系仍然保持35℃恒温。用5M NaOH调pH到8.5，冰浴条件下加入Na₂SO₃ (30ml, 0.5M ) 室温搅拌0.5h.. 将反应体系过滤，用CH₂Cl₂洗滤液两次，然后用1N HCl酸化水相至pH = 1,用乙酸乙酯萃取4次，每次100ml。合并有机相，用无水MgSO₄干燥，过滤，浓缩得油状化合物1（1.25g），收率92%。

[a]²⁰ _D =-10.2(c=1.08,MeOH); m.p. 112.6℃; IR(KBr): 3569, 3456, 1709cm^-1; ¹H NMR (400 MHz, d₆-acetone): δ = 2.95 (d, J=16.3 Hz, 1H),2.67 (d, J=16.3 Hz, 1H), 1.76-1.55 (m, 3H), 1.45 (dd, J=9.3, 6.4Hz, 2H), 1.39-1.29(m, 1 H), 1.17 (s, 6H) ppm; ¹³C NMR (100MHz, d₆-acetone): δ= 175.8(C), 171.7(C), 74.7(C), 69.5 (C), 43.8 (CH₂), 42.9 (CH₂), 39.9 (CH₂), 29.0 (CH₃),28.8(CH₃), 18.0(CH₂)ppm; ¹³C NMR(DEPT) (100MHz, d₆-acetone): δ= 43.8 (CH₂), 42.9 (CH₂), 39.9(CH₂), 28.8(CH₃), 28.7(CH₃), 18.0(CH₂)ppm; HRMS(EIS) m/z: calcd for [M+Na-2H]⁺, 255.0845, found:255.0847。

Claims

1.一种高三尖杉酯碱类化合物侧链酸的全合成方法，其特征在于，它具有式1所示结构：

其中R₁独立地为H, C_1~8 的烷基；R₂独立地为H，C_1~20的烷基、苯基；n 是0~4的自然数；

通过如下步骤合成：

步骤一：光学活性氨基酸5在质子溶剂中0~100℃范围内，在二氯亚砜作用下转变成羧酸二甲酯，粗产品不经纯化，在惰性溶剂和缚酸剂存在下，与苄溴反应得到双苄基二甲酯6；所说的质子溶剂为甲醇、乙醇、叔丁醇或异丙醇；二氯亚砜与化合物5的摩尔比为2~6：1；所说的缚酸剂为碳酸钾、碳酸钠、三乙胺、吡啶和4-二甲氨基吡啶中的一种或多种；所说的惰性溶剂为乙腈、甲苯、四氢呋喃或乙酸乙酯；

步骤二：化合物6 在无水有机溶剂中，在-78℃~50℃的范围内，与格氏试剂反应得到内酯7，所得产物通过柱层析进行纯化；所说的无水有机溶剂为四氢呋喃或乙醚；所说的格氏试剂为甲基溴化镁，甲基碘化镁和甲基氯化镁；

步骤三：内酯化合物7在有机溶剂中-50℃~50℃范围内，在还原剂作用下还原为二醇8，所得产物经萃取后浓缩，直接用于下一步反应；所说的有机溶剂为甲醇、乙醇、叔丁醇、四氢呋喃或甲醇、乙醇、叔丁醇分别与二氯甲烷的混合溶液；所说的还原剂为氢化锂铝、硼氢化钠；

步骤四：二醇化合物8在有机溶剂中-50℃~50℃范围内，在氧化剂作用下转变成半缩醛9，所得产物经柱层析进行纯化；所说的有机溶剂为二氯甲烷、DMSO和四氢呋喃中的一种或多种；所说的氧化剂是Swern氧化剂、Parkin-Doering氧化剂、IBX氧化剂或PCC氧化剂；

步骤六：化合物11在有机溶剂中0~100℃范围内，在氧化剂作用下发生重排反应，所得产物经萃取浓缩后直接在催化剂作用下发生氢化反应，所得产物经柱层析进行纯化，得化合物13；所说的有机溶剂为二氯甲烷；所说的氧化剂为mCPBA；所用氧化剂的量为化合物11摩尔量的0.9~1.3倍；所说的催化剂为钯碳；

步骤七：内酯化合物13在有机溶剂中0~100℃范围内，在氧化剂作用下开环成二羧酸化合物1，所得产物经重结晶进行纯化；所说的有机溶剂为乙腈；所说的氧化体系选KMnO₄/NaOH、Jones 氧化剂、TEMPO/NaClO/NaClO₂或H₅IO₆/CrO₃；所用氧化剂的量为化合物13的摩尔量的1.5-5倍。