CN104592333B

CN104592333B - 一种合成5‑羧基‑2’‑脱氧胞苷的方法

Info

Publication number: CN104592333B
Application number: CN201510018921.5A
Authority: CN
Inventors: 龚珊珊; 孙麒; 孙剑; 马茶
Original assignee: Jiangxi Science and Technology Normal University
Current assignee: Jiangxi Science and Technology Normal University
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2015-01-15
Publication date: 2017-06-27
Anticipated expiration: 2035-01-15
Also published as: CN104592333A

Abstract

本发明涉及合成5‑羧基‑2’‑脱氧胞苷的方法:1）用N‑溴代丁二酰亚胺NBS/偶氮二异丁腈（AIBN）体系对3’,5’ ‑双TBS脱氧胸苷溴化得到溴代中间体，原位醋酸根取代得到乙酰基保护中间体（3）；2）对甲苯磺酰氯/N‑甲基哌啶/三乙胺和氨水体系对核苷碱基进行氨基化得到乙酰基保护的羟甲基脱氧胞苷前体（4）；3）通过碳酸钾碱性条件对乙酰基进行脱除，得羟甲基前体（5）；4）用2,2,6,6‑四甲基哌啶‑氮‑氧化物（TEMPO）/二乙酸碘苯（BAIB）氧化体系对（5）氧化，随后在TFA条件下脱除TBS保护基，得目标产物。本发明方法具有方法简便和收率高的优点。

Description

一种合成5-羧基-2’-脱氧胞苷的方法

技术领域

本发明属于化学合成领域，涉及通过以双TBS保护脱氧胸苷原料合成5-羧基-2’-脱氧胞苷的新型合成方法。

技术背景

在哺乳动物基因中，5-甲基-2’-脱氧胞苷是一种含量较低的核苷，仅占DNA核苷总量的大约1%。最新研究表明5-甲基-2’-脱氧胞苷可以在特殊氧化酶的作用下氧化为5-羟甲基-2’-脱氧胞苷，5-醛基-2’-脱氧胞苷和5-羧基-2’-脱氧胞苷。这三种核苷氧化物被认为可以参与细胞表观基因程序调控。因此，以5-羧基-2’-脱氧胞苷等5-甲基-2’-脱氧胞苷氧化物为原料的寡聚核酸和三磷酸的合成对与表观基因程序调控的分子生物学研究有着重要的意义。但是，目前对5-羧基-2’-脱氧胞苷化学合成方法的报告非常有限，其可得性差，在一定程度上限制了相关研究的进展。

目前，5-羧基-2’-脱氧胞苷化学合成是以价格昂贵的5-碘代-2’-脱氧胞苷为原料，利用钯催化的Stille反应在甲醇、乙醇或三氟乙醇等为溶剂与一氧化碳反应，得到2’-脱氧胞苷5-羧基酯前体，进而在碱性条件下（如氢氧化锂，氢氧化钠等）皂化得到5-羧基-2’-脱氧胞苷。在该方法中，5-碘代-2’-脱氧胞苷原料昂贵，羧基化反应中气体一氧化碳需要特殊的加压反应设备，因此限制了该方法的应用。因此，建立通用、简单和高效的5-羧基-2’-脱氧胞苷合成方法具有重要的实际应用价值和意义。

发明内容

本发明的目的是为5-位羧基修饰的2’-脱氧胞苷的化学合成提供一种实用和高效的方法。

本发明涉及的5-羧基-2’-脱氧胞苷的合成包括以下四个步骤：1）用N-溴代丁二酰亚胺（NBS）/偶氮二异丁腈（AIBN）体系对3’,5’-双TBS脱氧胸苷溴化得到溴代中间体，原位醋酸根取代得到乙酰基保护中间体（3），产率65%；2）对甲苯磺酰氯/N-甲基哌啶/三乙胺和氨水体系对核苷碱基进行氨基化得到乙酰基保护的羟甲基脱氧胞苷前体（4），产率70–74%；3）通过碳酸钾碱性条件对乙酰基进行脱除，得羟甲基前体（5）产率94%；4）用2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物（TEMPO）/二乙酸碘苯（BAIB）氧化体系对双TBS保护的5-羟甲基-2’-脱氧胞苷氧化，随后在TFA条件下脱除TBS保护基的目标产物（1），连续两步产率55–68%。

如图1所示，本方法步骤二中，双TBS保护的乙酰甲基脱氧胸苷（3）与对甲苯磺酰氯的摩尔比例为1：1.5–1：3，反应溶剂可以使用四氢呋喃，二氯甲烷，乙腈，反应温度为0-20℃，反应时间2–4小时；氨解时，氨水的浓度为 20–28%，反应温度0-20℃，反应时间0.5–2小时。

本方法步骤四中，双TBS保护的羟甲基脱氧胞苷前体（5）与BAIB/TEMPO的摩尔比例为1：2：0.2–1：3：0.6，反应溶剂为二氯甲烷，二氯甲烷/水（2/1，v/v），乙腈，乙腈/水（1/1，v/v），反应时间为4–12小时。

本发明专利与以往报道的方法相比，使用廉价的双TBS脱氧胸苷作为原料，NBS溴化，醋酸钾原位取代，以高产率得到乙酰基保护的脱氧胸苷前体。采用对甲苯磺酰氯/N-甲基哌啶/三乙胺和氨水体系进行核苷碱基的氨基化反应，与传统的三氯化磷/1,2,4-三氮唑和氨水体系相比，产率由60%以下提高至70以上，且两步反应可连续进行，不需要分步中间体。在氧化步骤中，本方法采用温和、高效的TEMPO/BAIB氧化体系对羟甲基脱氧胞苷前体进行氧化，随后原位脱除TBS保护基，连续两步分离产率可达到65%。因此，该新方法在5-羧基-2’-脱氧胞苷的化学合成中与现有的方法相比，原料价廉易得，合成方法简便和产物收率高，五步总产率可达22–31%。

附图说明

图1. 5-羧基-2′-脱氧胞苷的新型合成方法。

具体实施方式

实施例1:

1）3’,5’-二叔丁基二甲基硅基-5-乙酰甲基-2′-脱氧尿苷（3）的合成：在氩气保护下，将2（12 g，25.4 mmol）溶于干燥的四氯化碳（200 mL），在60 °C下加入重结晶的NBS（5.42 g，30.4 mmol）和AIBN（100 mg，0.61 mmol），升温至80 °C反应0.5 小时，然后向反应瓶中加入第二批重结晶的NBS（5.42 g，30.4 mmol）和AIBN（100 mg，0.61 mmol），继续搅拌1小时。冷却至室温，加入氯仿（100 mL）稀释反应液，然后用饱和食盐水（200 mL ×2）洗涤，收集有机相，用无水Na₂SO₄干燥，减压浓缩得到5-溴甲基-2′-脱氧尿苷粗品。随后，在氩气保护下，向上述粗品中加入干燥N,N-二甲基甲酰胺（20 mL）和醋酸钾（6.2 g, 63.5 mmol），升至40 °C反应0.5 小时。冷却至室温，加入乙酸乙酯（200 mL）稀释反应液，然后用饱和食盐水（200 mL × 2）洗涤，收集有机相，用无水Na₂SO₄干燥，减压浓缩。柱层析分离（石油醚：乙酸乙酯 = 4：1），得到白色非晶状固体（3）8.7 g，产率65%；

2）3’,5’-二叔丁基二甲基硅基-5-乙酰甲基-2′-脱氧胞苷（4）的合成：在氩气保护下，将3（4.22 g，8 mmol）溶于干燥的乙腈（80 mL），在0 °C下加入N-甲基哌啶（960 mg，9.6mmol）三乙胺（2.44 mL，17.6 mmol）和对甲苯磺酰氯（3.36 g，17.6 mmol）。反应4 小时后，在0 °C下加入25%浓氨水（20 mL），升至20 °C反应1 小时。加入乙酸乙酯（400 mL）稀释反应液，然后用饱和食盐水（400 mL × 2）洗涤，收集有机相，用无水Na₂SO₄干燥，减压浓缩。柱层析分离（二氯甲烷：甲醇 = 40：1），得到白色固体（4）3.12 g，产率为74%；

3）3’,5’-二叔丁基二甲基硅基-5-羟甲基-2′-脱氧胞苷（5）的合成：在20 °C下，将5（2.64 g，5 mmol）溶于甲醇（20 mL），加入碳酸钾（1.38 g，10 mmol）和水（2 mL），反应2 小时后，减压浓缩反应液。向浓缩液中加入乙酸乙酯（100 mL），然后用饱和食盐水（100 mL ×2）洗，收集有机相，用无水Na₂SO₄干燥，减压浓缩。柱层析分离（二氯甲烷：甲醇 = 30：1），得到白色固体（5）2.28 g，产率为94%。

4）5-羧基-2′-脱氧胞苷（1）的合成：将6（2.91 g，6 mmol）溶于二氯甲烷（30 mL），加入水（15 mL），随后加入TEMPO（187 mg，1.2 mmol）和BAIB（4.83 g，15 mmol），20 °C反应6小时。加入乙酸乙酯（200 mL）稀释反应液，然后用Na₂S₂O₃ (2 M，200 mL)和饱和食盐水（200mL）洗，收集有机相，用无水Na₂SO₄干燥，减压浓缩得到3’,5’-二叔丁基二甲基硅基5-羧基-2′-脱氧胞苷粗品。随后，向上述粗品中加入四氢呋喃（16 mL）和 50%三氟乙酸水溶液（16mL），20 °C反应1 小时，减压浓缩反应液。柱层析分离（二氯甲烷：甲醇 = 5：1，加入0.5%HOAc），得到白色固体（1）1.1 g，产率为68%；

实施例2:

1）3’,5’-二叔丁基二甲基硅基-5-乙酰甲基-2′-脱氧胞苷（4）的合成：在氩气保护下，将3（4.22 g，8 mmol）溶于干燥的四氢呋喃（80 mL），在0 °C下加入N-甲基哌啶（960 mg，9.6 mmol）三乙胺（2.44 mL，17.6 mmol）和对甲苯磺酰氯（3.8 g，20 mmol）。反应4 小时后，在0 °C下加入28%浓氨水（20 mL），升至20 °C反应0.5 小时。加入乙酸乙酯（400 mL）稀释反应液，然后用饱和食盐水（400 mL×2）洗，收集有机相，用无水Na₂SO₄干燥，减压浓缩。柱层析分离（二氯甲烷：甲醇 = 40：1），得到白色固体（4）3.03 g，产率为72%；

2）5-羧基-2′-脱氧胞苷1的合成：将5（2.91 g，6 mmol）溶于乙腈（30 mL），加入水（15 mL），随后加入TEMPO（94 mg，0.6 mmol）和BAIB（3.86 g，12 mmol），20 °C反应8 小时。加入乙酸乙酯（200 mL）稀释反应液，然后用Na₂S₂O₃水溶液（2 M，200 mL)和饱和食盐水（200mL）洗涤，收集有机相，用无水Na₂SO₄干燥，减压浓缩得到3’,5’-二叔丁基二甲基硅基5-羧基-2′-脱氧胞苷粗品。随后，向上述粗品中加入四氢呋喃（16 mL）和 50%三氟乙酸水溶液（16 mL），20 °C反应1 小时，减压浓缩反应液。柱层析分离（二氯甲烷：甲醇 = 5：1，加入0.5% HOAc），得到白色固体（1）1.05 g，产率为65%。

实施例3:

1）3’,5’-二叔丁基二甲基硅基-5-乙酰甲基-2′-脱氧胞苷（4）的合成：在氩气保护下，将3（4.22 g，8 mmol）溶于干燥的二氯甲烷（80 mL），在0 °C下加入N-甲基哌啶（960 mg，9.6 mmol）三乙胺（2.44 mL，17.6 mmol）和对甲苯磺酰氯（4.56 g，24 mmol）。反应2 小时后，在0 °C下加入20%浓氨水（20 mL），升温至20 °C反应1 小时。加入乙酸乙酯（400 mL）稀释反应液，然后用饱和食盐水（400 mL ×2）洗涤，收集有机相，用无水Na₂SO₄干燥，减压浓缩。柱层析分离（二氯甲烷：甲醇 = 40：1），得到白色固体（5）2.94 g，产率为70%；

2）5-羧基-2′-脱氧胞苷（1）的合成：将5（2.91 g，6 mmol）溶于乙腈（30 mL），随后加入TEMPO（282 mg，1.8 mmol）和BAIB（5.76 g，18 mmol），20 °C反应4 小时。加入乙酸乙酯（200 mL）稀释反应液，然后用Na₂S₂O₃ (2 M，200 mL)和饱和食盐水（200 mL）洗涤，收集有机相，用无水Na₂SO₄干燥，减压浓缩得到3’,5’-二叔丁基二甲基硅基-5-羧基-2′-脱氧胞苷粗品。随后，向上述粗品中加入四氢呋喃（16 mL）和 50%三氟乙酸水溶液（16 mL），20 °C反应1小时，减压浓缩反应液。柱层析分离（二氯甲烷：甲醇 = 5：1，加入0.5% HOAc），得到白色固体（1）0.88 g，产率为55%。

Claims

1.一种合成5-羧基-2’-脱氧胞苷的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)用N-溴代丁二酰亚胺/偶氮二异丁腈体系对3’,5’-双TBS脱氧胸苷溴化得到溴代中间体，原位醋酸根取代得到乙酰基保护中间体(3)

2)对甲苯磺酰氯/N-甲基哌啶/三乙胺和氨水体系对(3)核苷碱基进行氨基化得到乙酰基保护的羟甲基脱氧胞苷前体(4)

3)通过碳酸钾碱性条件对乙酰基进行脱除，得羟甲基前体(5)

4)用2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物/二乙酸碘苯氧化体系对双TBS保护的5-羟甲基-2’-脱氧胞苷(5)氧化，随后在TFA条件下脱除TBS保护基，得目标产物(1)步骤2)中，乙酰基保护中间体(3)与对甲苯磺酰氯的摩尔比例为1：1.5–1：3，反应溶剂使用四氢呋喃、二氯甲烷或乙腈，反应温度为0-20℃，对甲苯磺酰氯/N-甲基哌啶/三乙胺和氨水体系中，氨水的浓度为20–28％；

步骤4)中，(5)与BAIB、TEMPO的摩尔比例为1：2：0.2–1：3：0.6，反应溶剂为二氯甲烷，体积比2:1的二氯甲烷/水溶液，乙腈，或体积比1：1的乙腈/水溶液，反应时间为4–12小时。