一种多杀菌素衍生物的化学合成方法
技术领域
本发明涉及一种高效合成多杀菌素衍生物的合成方法,属于化学合成技术领域。
背景技术
多杀菌素类化合物是土壤放线菌刺糖多孢菌(Saccharopolysporaspinosa)在培养介质下,经过有氧发酵后的次级代谢产物。多杀菌素属于大环内酯类化合物,它包含有一个多手性四核环系,大环上9-羟基和17-羟基分别联接两个不同的六元糖,其中17位联接的是一个氨基糖,在9位上联接的是一个鼠李糖,目前,分离出包括spinosyn A,B,C,D,E,F,G,K,L,M,N,O,P,Q,R,S,T,U,V,W等20多个衍生物。
目前,商品化品种有多杀菌素(spinosyns)(多杀菌素A和多杀菌素D的混合物),第二代多杀菌素杀虫剂spinetorma。后者是由生物方法制备的粗产品多杀菌素L和J的混合物经过半合成方法制得,即通过多杀菌素J的5,6位双键选择性还原,及鼠李糖3‘位O-乙基化得到其主要成分,通过多杀菌素L鼠李糖3‘位O-乙基化得到次要组分。半合成方法对新的多杀菌素产品开发和生产中起到至关重要的作用。
美国专利US 5362634 A公开了天然多杀菌素在C-21上被甲基化或乙基化取代的衍生物,美国专利US 60/153,513.公开了天然丁烯多杀菌素在C-21上3-4碳链取代的衍生物。美国专利US 6001981 A公开了多杀菌素化合物的化学修饰合成,包括结构中的氨基糖、鼠李糖及大环的化学修饰。目前,多杀菌素9位鼠李糖的去除,采用的是操作复杂的碱消去反应;多杀菌素9位的修饰,侧重于鼠李糖取代基的修饰,少数糖苷化反应采用的是溴苷的方法进行,但反应条件苛刻,效率不高。
针对以上研究和生产中的需要和现有方法的不利因素,有必要建立一种高效、简便易行、反应条件温和、催化体系高效的多杀菌素衍生物合成方法,为多杀菌素的筛选和半合成生产提供技术保障。
发明内容
发明目的在于提供一种效率高,反应条件温和,操作简便的多杀菌素衍生物的合成方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。
1.一种多杀菌素衍生物的合成方法,其特征是该方法包括如下步骤:
(1)多杀菌素局部酸水解去除甲氧基化α-L-鼠李糖获得C-9假糖苷配基,盐酸溶液浓度为0.5-1.0mol·L-1,温度为70-90℃,反应时间为3-5h;
(2)全苯甲酰单糖的合成,在溶剂中反应,生成全苯甲酰单糖,单糖、苯甲酰氯的摩尔比是1:2-10,反应时间为8-36h;
(3)1-OH苯甲酰基单糖的合成,全苯甲酰单糖在THF中和甲胺乙醇溶液反应,全苯甲酰单糖,甲胺乙醇的摩尔比为1:3-8,反应时间为1-5h;
(4)单糖三氯异胺酯的合成,1-OH苯甲酰基单糖、三氯乙腈和催化剂在无水二氯甲烷中于惰性气体保护下反应生成单糖三氯异胺酯,1-OH苯甲酰基单糖、三氯乙腈和催化剂的摩尔比为1:8-15:0.5-1.0,反应时间为10-30h;
(5)多杀菌素不同单糖苷衍生物的合成,C-9假糖苷配基、单糖三氯异胺酯、催化剂和分子筛在惰性气体保护下,在溶剂中发生糖苷化反应,C-9假糖苷配基、单糖糖三氯异胺酯、催化剂的摩尔比是1:1.0-5.0:0.05-0.2,C-9假糖苷配基和分子筛的重量比为1:1.0-5.0,反应时间为8-20h。
所述的单糖糖基为全苯甲酰化葡萄糖基、全苯甲酰化半乳糖基、全苯甲酰化鼠李糖基。
所述的全苯甲酰单糖合成反应溶剂为无水吡啶。
所述的单糖三氯异胺酯合成的催化剂为1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯。
所述的糖苷化反应,C-9假糖苷配基和单糖糖三氯异胺酯和催化剂的摩尔比为1:1.0-5.0;、0.05-0.2;C-9假糖苷配基和分子筛的重量比为1:1.0-5.0。
所述的糖苷化反应的催化剂为三氟甲磺酸三甲基硅醇酯。
所述的单糖三氯异胺酯的合成和糖苷化反应的惰性气体为氮气、氩气或氦气。
所述的糖苷化反应的溶剂为无水二氯甲烷或三氯甲烷。
以下进一步详细描述本发明的技术方案
本发明的方法,可以用下述反应式表示:
本发明的方法中,采用多杀菌素为原料,通过局部酸水解,获得C-9假糖苷配基,与由单糖经过三步反应合成糖基配体,即苯甲酰基三氯异胺酯进行糖苷化反应得到多杀菌素的糖苷化衍生物。
本发明的合成方法包括以下步骤:
(1)多杀菌素局部酸水解去除甲氧基化α-L-鼠李糖获得C-9假糖苷配基,盐酸溶液浓度为0.5-1.0mol·L-1,温度为70-90℃,反应时间为3-5h,TLC检查,至目标水解产物的量不再增加时,加入氨水调pH=7,终止反应,柱层析分离,浓缩干燥得 C-9假糖苷配基;
(2)全苯甲酰单糖的合成,单糖为葡萄糖、半乳糖、鼠李糖,在溶剂中反应,生成全苯甲酰单糖,单糖、苯甲酰氯的摩尔比是1:2-10,反应时间为8-36h,反应结束后,反应液倒入水中,静置至固化后倒去上清液,用稀盐酸反复洗涤固化后的产物至无吡啶味,再用水反复洗涤,干燥,柱层析分离,浓缩干燥得全苯甲酰单糖产物;
(3)1-OH苯甲酰基单糖的合成,全苯甲酰单糖在THF中和甲胺乙醇溶液反应,全苯甲酰单糖,甲胺乙醇的摩尔比为1:3-8,反应时间为1-5h,反应结束后,柱层析分离得1-OH苯甲酰基单糖;
(4)单糖三氯异胺酯的合成,1-OH苯甲酰基单糖、三氯乙腈和催化剂在溶剂中于惰性气体保护下反应生成单糖三氯异胺酯,催化剂为DBU(1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯),惰性气体为氮气、氩气或氦气,1-OH苯甲酰基单糖、三氯乙腈和催化剂的摩尔比为1:8-15:0.5-1.0,反应时间为10-30h,反应结束后,柱层析分离得单糖三氯异胺酯;
(5)多杀菌素不同单糖苷衍生物的合成,C-9假糖苷配基、单糖三氯异胺酯、催化剂和分子筛在惰性气体保护下,催化剂为TMSOTf(三氟甲磺酸三甲基硅醇酯),惰性气体为氮气、氩气或氦气,在溶剂中发生糖苷化反应,糖苷化反应中,C-9假糖苷配基与催化剂的摩尔比为1:1.0-5.0;单糖糖三氯异胺酯、与催化剂的摩尔比为0.05-0.2;C-9假糖苷配基和分子筛的重量比为1:1.0-5.0。
(6)C-9假糖苷配基、单糖糖三氯异胺酯、催化剂的摩尔比是1:1.0-5.0:0.05-0.2,C-9假糖苷配基和分子筛的重量比为1:1.0-5.0,反应时间为8-20h,反应结束,柱层析分离,得到多杀菌素糖苷化衍生物。
(7)糖苷化反应的催化剂为TMSOTf(三氟甲磺酸三甲基硅醇酯)。
(8)单糖三氯异胺酯的合成和糖苷化反应中的惰性气体为氮气、氩气或氦气。
(9)糖苷化反应的溶剂为无水二氯甲烷或三氯甲烷。
本发明多杀菌素糖苷化衍生物合成技术与现有技术相比具有如下优点:(1)反应条件温和、没有特别苛刻的要求,操作简便;(2)反应使用的主要原料均为易得的化工原料;(3)反应选择性好,均为β型产物;故本发明适合合成不同糖的多杀菌素糖苷化系列衍生物,同时,也适合工业化生产,具有较大的实施价值和社会经济效益。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行进一步描述。
实施例1
多杀菌素葡萄糖衍生物的合成
C-9假糖苷配基的制备
多杀菌素局部酸水解去除甲氧基化α-L-鼠李糖获得C-9假糖苷配基,盐酸溶液浓度为0.5mol·L-1,温度为70℃,反应时间为5h,TLC检查,至目标水解产物的量不再增加时,加入氨水调pH=7,终止反应,柱层析分离,浓缩干燥得C-9假糖苷配基。
苯甲酰化葡萄糖的制备
取葡萄糖18g(0.1mol)于反应瓶中,加入无水吡啶400mL,DMAP 13.5g(0.044mol)。室温搅拌后冰浴条件下加入35mL(0.3mol)苯甲酰氯,TLC监测反应进程,监测体系为石油醚:乙酸乙酯:HOAc=3:1:0.2,室温下搅拌24h后反应结束。将反应液倒入水中,静置至固化后倒去上清液,用稀盐酸反复洗涤固化后的产物至无吡啶味,再用水反复洗涤,干燥。柱层析分离,得全苯甲酰化葡萄糖产物白色固体67.29g(0.096mol)。
1-OH苯甲酰化葡萄糖的制备
在300mL THF溶液中溶入全苯甲酰化葡萄糖30.12g(0.043mol),加入33%甲胺乙醇溶液31mL(0.13mol)后室温搅拌,TLC监测反应进程,监测体系为石油醚:乙酸乙酯=2:1,5h后反应结束。柱层析分离(柱层析用硅胶100-200目,过柱溶剂体系石油醚:乙酸乙酯=3:1),得1-OH苯甲酰化葡萄糖白色固体12.52g(0.021mol)。
葡萄糖三氯异胺酯的合成
无水二氯甲烷中溶入1-OH苯甲酰化葡萄糖7.56g(0.013mol),在无氧环境中加入三氯乙腈11.8mL(0.117mol)、DBU1.0mL(0.007mol),室温搅拌,TLC监测反应进程,监测体系为石油醚:乙酸乙酯=2:1,28小时后反应结束,柱层析分离(柱层析用硅胶100-200目,过柱溶剂体系石油醚:乙酸乙酯=5:1),得到葡萄糖三氯异胺酯白色固体5.55g(7.63mmol)。
多杀菌素葡萄糖衍生物的合成
取2000mg(2.76mmol)葡萄糖三氯异胺酯,880mg(1.55mmol)C-9假糖苷配基溶入20ml无水二氯甲烷中,室温下搅拌5min后在无氧条件下加入4A分子筛约4.2g。 将反应管放入制备好的冰盐浴中,继续搅拌,加入TMSOTf57μl(0.27mmol),1h后室温搅拌,TLC监测反应进程,监测体系为石油醚:乙酸乙酯=3:1,18小时后反应结束,柱层析分离,得到多杀菌素全苯甲酰化葡萄糖衍生物白色固体510mg(0.40mmol)。
核磁共振谱:1H-NMR(400MHz,CDCl3)ppmδ:8.17(m,2H,ArH),8.05(m,2H,ArH),7.95(m,2H,ArH),7.89(m,4H,ArH),7.78(m,1H,ArH),7.25-7.58(m,14H,ArH),6.77(s,br,1H,H-13),5.88(m,1H,H-3’),5.87(d,9.7,1H,H-6),5.79(dt,9.7,2.6,1H,H-5),5.66(dt,1H,H-23),5.56-5.59(m,2H,H-2’,H-4’),5.30(dd,15.4,7.2,1H,H-22),5.04(m,1H,H-21),4.89(d,8.2,1H,H-1’),4.42(d,7.7,1H,H-1”),4.30(ddd,7.1,6.1,1H,H-9),4.21-4.17(m,1H,H-5’),3.66(dt,9.7,4.6,1H,H-17),3.50(m,1H,H-5”),3.48(s,6H,NMe2-4”),3.42(m,1H,H-4),3.31(m,1H,H-16),3.02(m,1H,H-3),2.86(d,7.7,1H,H-1”),2.26(dd,13.3,6.7,2H,H-10),2.22(m,1H,H-4”),1.98(m,2H,H-2”),1.92(dd,13.7,7.6,2H,H-8),1.86(m,2H,H-3”),1.80(m,2H,H-19),1.60(m,2H,H-20),1.45(m,2H,H-2”),1.34(m,2H,H-10),1.26(d,6.7,3H,H-6”),1.23(m,2H,H-19),1.20(d,7.2,3H,H-26),0.95(t,7.2,3H,H-25);13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ:202.8(C-15),172.1(C-1),147.5(C-13),145.8(C-14),134.5(C-23),131.4-128.3(m,C6H5-),129.3(C-6),128.2(C-5),128.0(C-22),95.8(C-1”),95.4(C-1’),80.5(C-17),76.3(C-21),75.9(C-9),73.7(C-5”),72.9(C-3’),72.5(C-2’),72.0(C-5’),70.3(C-4’),64.8(C-4”),49.2(C-12),47.6(C-3),47.4(C-16),46.0(C-11),41.3(C-4),41.0(C-4”-NMe2),37.2(C-10),36.2(C-8),34.5(C-2),31.9(C-20),30.9(C-2”),25.0(C-24),21.9(C-19),18.8(C-6”),18.2(C-3”),15.0(C-26),10.6(C-25)。
实施例2
多杀菌素半乳糖衍生物的合成
C-9假糖苷配基的制备
多杀菌素局部酸水解去除甲氧基化α-L-鼠李糖获得C-9假糖苷配基,盐酸溶液浓度为0.8mol·L-1,温度为85℃,反应时间为4h,TLC检查,至目标水解产物的量不再增加时,加入氨水调pH=7,终止反应,柱层析分离,浓缩干燥得C-9假糖苷配基。
苯甲酰化半乳糖的制备
取半乳糖16g(0.089mol)于反应瓶中,加入无水吡啶350mL,DMAP12.1g(0.039mol)。室温搅拌后冰浴条件下加入98mL(0.84mol)苯甲酰氯,TLC监测反应进程,监测体系为石油醚:乙酸乙酯:HOAc=3:1:0.2,室温下搅拌10h后反应结束。将反应液倒入水中,静置至固化后倒去上清液,用稀盐酸反复洗涤固化后的产物至无吡啶味,再用水反复洗涤,干燥,柱层析分离,得全苯甲酰化半乳糖产物白色固体60.29g(0.086mol)。
1-OH苯甲酰化半乳糖的制备
在300mL THF溶液中溶入全苯甲酰化半乳糖32.78g(0.047mol),加入33%甲胺乙醇溶液66mL(0.28mol)后室温搅拌,TLC监测反应进程,监测体系为石油醚:乙酸乙酯=2:1,3h后反应结束。柱层析分离,得1-OH苯甲酰化半乳糖白色固体12.72g(0.0214mol)。
半乳糖三氯异胺酯的合成
无水二氯甲烷中溶入1-OH苯甲酰化半乳糖8.56g(0.0144mol),在无氧环境中加入三氯乙腈17.4mL(0.139mol)、DBU1.8mL(0.012mol),室温搅拌,TLC监测反应进程,监测体系为石油醚:乙酸乙酯=2:1,12小时后反应结束,柱层析分离,得到半乳糖三氯异胺酯白色固体6.45g(8.87mmol)。
多杀菌素半乳糖衍生物的合成
取2283.3mg(3.137mmol)半乳糖三氯异胺酯,574.4mg(1.01mmol)C-9假糖苷配基溶入20ml无水二氯甲烷中,室温下搅拌5min后在无氧条件下加入4A分子筛约2.7g。将反应管放入制备好的冰盐浴中,继续搅拌,加入TMSOTf 11μl(0.06mol),1h后室温搅拌,TLC监测反应进程,监测体系为石油醚:乙酸乙酯=3:1,16小时后反应结束,柱层析分离,得到多杀菌素全苯甲酰化半乳糖衍生物白色固体1005mg(0.786mmol)。
核磁共振谱:1H-NMR(400MHz,CDCl3)ppmδ:8.11(m,2H,ArH),8.05(m,2H,ArH),7.93(m,2H,ArH),7.89(m,4H,ArH),7.88(m,1H,ArH),7.27-7.58(m,14H,ArH),6.71(s,br,1H,H-13),6.00(m,1H,H-3’),5.88(d,9.7,1H,H-6),5.79(dt,9.7,2.6,1H,H-5),5.66(dt,1H,H-23),5.56-5.59(m,2H,H-2’,H-4’),5.01(m,1H,H-21),4.87(d,8.2,1H,H-1’),4.65(d,7.7,1H,H-1”),4.60(ddd,7.1,6.1,1H,H-9),4.41-4.31(m,1H,H-5’),3.80(dt,9.7,4.6,1H,H-17),3.50(m,1H,H-5”),3.49(s,6H,NMe2-4”),3.42(m, 1H,H-4),3.30(m,1H,H-16),3.12(m,1H,H-3),3.04(d,7.7,1H,H-1”),2.86(dd,13.3,6.7,2H,H-10),2.22(m,1H,H-4”),1.98(m,2H,H-2”),1.92(dd,13.7,7.6,2H,H-8),1.86(m,2H,H-3”),1.80(m,2H,H-19),1.60(m,2H,H-20),1.45(m,2H,H-2”),1.34(m,2H,H-10),1.26(d,6.7,3H,H-6”),1.23(m,2H,H-19),1.20(d,7.2,3H,H-26),0.95(t,7.2,3H,H-25);13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ:202.4(C-15),172.4(C-1),166.0(C-13),165.8(C-14),165.3(C-23),145.5(C-6),143.2(C-5),131.4-128.3(m,C6H5-),128.0(C-22),102.8(C-1”),95.5(C-1’),80.5(C-17),76.3(C-21),75.9(C-9),73.7(C-5”),72.9(C-3’),72.5(C-2’),72.0(C-5’),70.3(C-4’),64.8(C-4”),49.2(C-12),47.6(C-3),47.4(C-16),46.0(C-11),41.3(C-4),41.0(C-4”-NMe2),37.2(C-10),36.2(C-8),34.5(C-2),31.9(C-20),30.9(C-2”),25.0(C-24),21.9(C-19),18.8(C-6”),18.2(C-3”),15.7(C-26),10.1(C-25)。
实施例3
多杀菌素鼠李糖衍生物的合成
C-9假糖苷配基的制备
多杀菌素局部酸水解去除甲氧基化α-L-鼠李糖获得C-9假糖苷配基,盐酸溶液浓度为1.0mol·L-1,温度为90℃,反应时间为3h,TLC检查,至目标水解产物的量不再增加时,加入氨水调pH=7,终止反应,柱层析分离,浓缩干燥得C-9假糖苷配基。
苯甲酰化鼠李糖的制备
取鼠李糖14g(0.085mol)于反应瓶中,加入无水吡啶230mL,DMAP10.5g(0.034mol)。室温搅拌后冰浴条件下加入98mL(0.535mol)苯甲酰氯,TLC监测反应进程,监测体系为石油醚:乙酸乙酯:HOAc=4:1:0.2,室温下搅拌36h后反应结束。将反应液倒入水中,静置至固化后倒去上清液,用稀盐酸反复洗涤固化后的产物至无吡啶味,再用水反复洗涤,干燥。柱层析分离,得全苯甲酰化鼠李糖产物白色固体43.38g(0.08mol)。
1-OH苯甲酰化鼠李糖的制备
在300mL THF溶液中溶入全苯甲酰化鼠李糖35.46g(0.061mol),加入33%甲胺乙醇溶液114mL(0.49mol)后室温搅拌,TLC监测反应进程,监测体系为石油醚:乙酸乙酯=2:1,1h后反应结束。柱层析分离,得1-OH苯甲酰化鼠李糖白色固体11.89g(0.025mol)。
鼠李糖三氯异胺酯的合成
无水二氯甲烷中溶入1-OH苯甲酰化鼠李糖7.31g(0.0154mol),在无氧环境中加入三氯乙腈22mL(0.215mol)、DBU2.2mL(0.015mol),室温搅拌,TLC监测反应进程,监测体系为石油醚:乙酸乙酯=2:1,20小时后反应结束,柱层析分离,得到鼠李糖三氯异胺酯白色固体5.96g(0.0098mol)。
多杀菌素鼠李糖衍生物的合成
取1680mg(1.47mmol)鼠李糖三氯异胺酯,280mg(0.49mmol)C-9假糖苷配基溶入20ml无水二氯甲烷中,室温下搅拌5min后在无氧条件下加入4A分子筛约1.4g。将反应管放入制备好的冰盐浴中,继续搅拌,加入TMSOTf 9μl(0.050mmol),1h后室温搅拌,TLC监测反应进程,监测体系为石油醚:乙酸乙酯=3:1,12小时后反应结束,柱层析分离,得到多杀菌素全苯甲酰化鼠李糖衍生物白色固体198mg(0.172mmol)。
核磁共振谱:1H-NMR(400MHz,CDCl3)ppmδ:8.10(m,2H,ArH),8.00(m,2H,ArH),7.85(m,2H,ArH),7.63(m,1H,ArH),7.25-7.58(m,14H,ArH),6.88(s,br,1H,H-13),5.88(m,1H,H-3’),5.87(d,9.7,1H,H-6),5.79(dt,9.7,2.6,1H,H-5),5.66(dt,1H,H-23),5.56-5.59(m,2H,H-2’,H-4’),4.70(d,8.2,1H,H-1’),4.39(d,7.7,1H,H-1”),4.37(ddd,7.1,6.1,1H,H-9),4.25-4.20(m,1H,H-5’),3.66(dt,9.7,4.6,1H,H-17),3.51(s,6H,NMe2-4”),3.50(m,1H,H-5”),3.42(m,1H,H-4),3.31(m,1H,H-16),3.02(m,1H,H-3),2.86(d,7.7,1H,H-1”),2.26(dd,13.3,6.7,2H,H-10),2.22(m,1H,H-4”),1.98(m,2H,H-2”),1.92(dd,13.7,7.6,2H,H-8),1.86(m,2H,H-3”),1.80(m,2H,H-19),1.60(m,2H,H-20),1.45(m,2H,H-2”),1.34(m,2H,H-10),1.26(d,6.7,3H,H-6”),1.23(m,2H,H-19),1.20(d,7.2,3H,H-26),0.95(t,7.2,3H,H-25);13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ:202.8(C-15),172.1(C-1),147.5(C-13),145.8(C-14),134.5(C-23),131.4-128.3(m,C6H5-),129.3(C-6),128.2(C-5),128.0(C-22),99.8(C-1”),95.5(C-1’),80.5(C-17),76.3(C-21),75.9(C-9),73.7(C-5”),72.9(C-3’),72.5(C-2’),72.0(C-5’),70.3(C-4’),64.8(C-4”),49.2(C-12),47.6(C-3),47.4(C-16),46.0(C-11),41.3(C-4),41.0(C-4”-NMe2),37.2(C-10),36.2(C-8),34.5(C-2),31.9(C-20),30.9(C-2”),27.0(C-24),20.1(C-6”),17.9(C-3”), 17.5(C-26),10.0(C-25)。