CN104628719B

CN104628719B - 一种制备苦马豆素[(‑)‑Swainsonine]的方法

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Publication number: CN104628719B
Application number: CN201310554338.7A
Authority: CN
Inventors: 魏邦国; 司长梅; 林国强
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2013-11-09
Filing date: 2013-11-09
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-11-09
Also published as: CN104628719A

Abstract

本发明属于化学合成领域，涉及具有抗癌活性苦马豆素[(‑)‑Swainsonine]的制备方法。本发明所述制备苦马豆素[(‑)‑Swainsonine]的技术路线，操作简单，路线简洁，收率较高，所用的试剂均为常用试剂。本发明方法制备苦马豆素[(‑)‑Swainsonine]的成本能明显降低，在实验室中可方便实现10‑100克级的制备，可适合大规模制备。

Description

一种制备苦马豆素[(-)-Swainsonine]的方法

技术领域

本发明属于化学合成领域，涉及具有抗癌活性天然产物苦马豆素[(-)-Swainsonine]的制备方法。

背景技术

恶性肿瘤即癌症，已成为仅次于血管疾病之后严重威胁人类健康的一类疾病。据世界卫生组织统计，全球每年有1100万人被确诊为癌症患者。目前，在治疗癌症的三种方法（手术、放疗、化疗）中，化学药物治疗是发展最快、应用最广的治疗方法。但市售的大多数抗癌药物普遍具有相当程度的毒副作用、易产生耐药性和体内半衰期短等缺点。因此，新型抗肿瘤药物的研究是当今生命科学中富有挑战性且意义重大的研究领域。

天然产物苦马豆素[(-)-Swainsonine]为1,2,8-三羟基-八氢吲哚里西啶生物碱(1,2,8-trihydroxyoctahydroindolizdine),于1979年首次从澳大利亚灰苦马豆(Swainsonacanescens)中分离到，是一种具有很强活性的天然产物。我国西北农林科技大学的曹光荣教授于1989年从黄花棘豆中也分离出了苦马豆素,并证实了这种生物碱对α-甘露糖苷酶有很强的抑制作用。随后，我国的顾百群、王凯、赵宝玉、黄有德等学者从甘肃棘豆、茎直黄芪、变异黄芪中也分离得到了苦马豆素。直到2001年，我国学者童德文等通过升华法和高效液相色谱分离法从甘肃棘豆中分离得到苦马豆素纯品,提取率分别为0.0014%和0.0052%，含量非常低。

自苦马豆素问世以来，引起了植物学家、药理学家、化学家、免疫学家的极大兴趣，大量的研究结果表明：苦马豆素可作为免疫调节剂、肿瘤转移及扩散抑制剂、抗病毒和细胞保护剂等药物使用。同时，苦马豆素还可以促进骨髓增殖,能有效传递致死性辐照或高剂量化疗所造成的骨髓抑制及随后发生的嗜中性白细胞减少症。更为重要的是，苦马豆素能有效阻止人肿瘤细胞浸润细胞外基质，抑制这些细胞型胶原酶的表达，从而阻止肿瘤细胞在体内的浸润转移，降低肿瘤细胞的侵袭能力，对人肿瘤细胞进入细胞外基质有极强的抑制作用。因此，它是一种很有前途的肿瘤治疗辅助药物。可用于辅助手术治疗，防止术中术后的转移和复发辅助化疗，促进免疫功能的恢复和提高人对大剂量化疗的耐受。在国外，苦马豆素作为一种新的抗癌药物已进入临床研究阶段。

由于活性显著和结构独特，自从苦马豆素分离以来，得到了广大有机合成爱好者的青睐。1984年至2013年的近30年时间内，30多条合成路线被探索，我国科学院上海有机所周维善院士、厦门大学黄培强教授及四川大学药学院的杨劲松教授等课题组都进行了广泛地合成研究。然而，在这些已经报道的合成路线中，由于路线可操作性、立体化学的控制、合成成本等因素，可用于发展为大量制备工艺的路线并不多。苦马豆素在植物中含量极低，通过提取分离获取成本居高不下。例如，2008年西北农林科技大学、陕西杨凌天力生物技术有限公司公开报道的高效分离技术，成本在100元/毫克；2010年中科院兰州化学物理研究所所属的中科院西北植物资源化学重点实验室通过了甘肃省科技成果鉴定的“苦马豆素制备工艺关键技术开发”项目，分离成本依然居高不下。而且遗憾的是分离量极其有限，导致目前国内市场可以购买到纯度在98%以上的苦马豆素的价格基本上在900-1400元/毫克左右，并且购买到克级产品都成为困难。从新药研发的角度来说，通过分离手段获取足够的量已极其困难。因此，建立一种高效低成本的苦马豆素合成技术路线是开发苦马豆素新药研究必须解决的首要问题。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种苦马豆素[(-)-Swainsonine]的制备技术路线。本发明以高效、低成本、可放大制备高光学活性苦马豆素[(-)-Swainsonine]为目的，提供一种简便制备苦马豆素[(-)-Swainsonine]的方法。

本发明的方法具体技术路线如下，在下文的陈述实施例中，中间体通式是根据结构式中的编号，用阿拉伯数字表示，X表示O或2H，R₁表示取代基；R₂表示-CH=CH_2；-CH=CHCH₃。

上述反应中，步骤1：化合物1在一种酸和一种醇的二氯甲烷中反应2-20小时后经过浓缩，得到化合物2，不需要分离纯化。所说的酸是指对甲苯磺酸、樟脑磺酸，所说的醇是指甲醇、乙醇、叔丁醇、正辛醇，特别是甲醇和乙醇。

步骤2：化合物2与一种氧化剂在二氯甲烷中反应0.5-10小时后，直接浓缩得到粗品不经纯化直接与一种亚磺酰胺在一种脱水剂存在下反应10-50小时，纯化得到化合物3。所说的一种氧化剂是指PCC、DMP、DMSO/(COCl)₂;所说的亚磺酰胺是指烷基亚磺酰胺、芳基亚磺酰胺，特别是指叔丁基亚磺酰胺；所说的一种吸水剂是指无水硫酸镁、无水硫酸钠，分子筛、无水硫酸铜，特别是指无水硫酸铜。

步骤3：化合物3在一种有机溶剂中与一种金属试剂和一种路易斯酸存在下反应1-20小时后经过浓缩硅胶柱层析得到4类化合物。所说的一种有机金属试剂是指金属镁试剂、金属锌试剂、金属锂试剂，特别是指1-烯丙基溴化镁试剂和乙烯基镁试剂；所说的一种路易斯酸是指氯化锌、氯化镁、三氟化硼乙醚。

步骤4：化合物4（R₂=CH=CH_2；R₂=CH=CHCH₃）与一种卤代烃和一种碱存在下在二氯甲烷中反应1-30小时，经纯化后得到化合物5。所说的一种卤代烃是指烯丙基卤代烃，特别是指烯丙基溴和烯丙基氯；所说的一种碱是指氢化钠、叔丁醇钾、丁基锂。

步骤5：化合物4（R₂=CH=CH_2；R₂=CH=CHCH₃）与一种还原剂在一种醚类溶剂中反应1-8小时，淬灭，浓缩后直接与一种卤代烃和一种碱存在下反应10-60小时，浓缩后硅胶柱纯化到化合物6。这里所说的一种还原剂是指氢化锂铝，硼烷二甲硫醚；所说的一种卤代烃是指烯丙基卤，烯丙酰氯，特别是指烯丙基溴和烯丙基酰氯。所说的一种碱是指碳酸钾，碳酸钠，叔丁醇钾，氢化钠。

步骤6：化合物5（或者6）在Grubbs catalyst^1nd或Grubbs catalyst^2nd催化剂存在条件下在一种有机溶剂中反应1-50小时，经浓缩硅胶柱层析后得到化合物7（或者8）。这里所说的一种有机溶剂指甲苯，二氯甲烷，三氯甲烷。

步骤7：化合物7（或者8）溶于一种醇与水的混合溶剂中，加入一种氧化剂反应3～50h，经浓缩柱纯化得化合物9（或者10）。所说的醇溶液是指甲醇，乙醇，叔丁醇，正己醇；所说的氧化剂是指四氧化锇/N-甲基-N-氧化吗啉，锇酸钾/N-甲基-N-氧化吗啉，高锰酸钾/氢氧化钾。

步骤8：化合物9（或者10）在氯化氢/甲醇中搅拌3小时浓缩后，溶于一种醚类溶剂中，加入一种还原剂，搅拌2～20h，1M的氢氧化钠碱化后，氯仿萃取，浓缩，离子交换柱层析，得到目标化合物。所说的还原剂是指氢化锂铝、硼烷二甲硫醚，特别是指氢化锂铝。

上述合成苦马豆素[(-)-Swainsonine]的最初原料1是根据文献报道的合成路线从D-谷氨酸大量制备（文献：Winkler,J.W.;Uddin,J.;Serhan,C.N.;Petasis,N.A.;Org.Lett.,2013,15,1424.）

本发明所述制备苦马豆素[(-)-Swainsonine]的方法，其技术路线操作简单，路线简洁，收率较高，所用的试剂均为常用试剂，尤其，本方法制备苦马豆素[(-)-Swainsonine]的成本大大降低，而且，可适合大规模制备，在实验室中可以方便实现10-100克级的制备。

具体实施方式

实施例1

合成（R）-4-（叔丁基二甲基硅氧基）-5-羟基戊酸甲酯（2）

将化合物1（10.0g，26.6mmol）溶于100mL二氯甲烷和80mL无水乙醇中，冷却至-20℃，加入樟脑磺酸，自然升至室温搅拌5小时后浓缩用硅胶漏过滤，乙酸乙酯与石油醚柱层析后得到无色液体2，收率为48%。

¹HNMR(300MHz,CDCl₃)δ：3.86-3.78(m,1H),3.68(s,3H),3.53(dd,J=4.4,11.2Hz,1H),3.47(dd,J=4.8,11.2Hz,1H),2.46-2.32(m,2H),2.08(brs,1H),1.87-1.82(m,2H),0.9(s,9H),0.1(s,6H)ppm.。

合成（R）-4-（叔丁基二甲基硅氧基）戊酸甲酯亚胺（3）

将化合物2（5.0g，19.1mmol）溶于100mL二氯甲烷中，室温下加入2摩尔量的DMP搅拌4小时后用硅胶漏斗过滤，直接浓缩后加入叔丁基磺酰胺（3.5g）和无水硫酸铜（2.8g）室温反应2天后过滤浓缩，并经过硅胶柱纯化得到浅黄色液体6.2g，收率为89%。

¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ7.89(d,J=2.80Hz,1H),4.47-4.45(m,1H),3.62(s,3H),2.43-2.34(m,2H),2.04-1.98(m,1H),1.92-1.86(m,1H),1.15(s,9H),0.84(s,9H),0.0(s,6H)ppm.。

合成(5R,6S)-5-叔丁基二甲基硅氧基-6-烯丙基环己酰胺（4R₂=CH=CH₂）

将化合物3（4.0g，11.0mmol）和氯化锌（22mL,1MinTHF）溶于90mL四氢呋喃中，-78℃下加入33mL1M的烯丙基溴化镁，然后自然升温反应8小时，经饱和氯化铵淬灭后，乙酸乙酯萃取，干燥，浓缩，硅胶柱纯化得到粘稠液体4(R₂=CH=CH_2；2.1g，75%)。

¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ6.47(brs,1H),5.77(ddd,J=6.0,10.0,17.2Hz,1H),5.25(dd,J=17.2,23.2Hz,1H),3.84-3.79(m,1H),3.78-3.73(m,1H),2.54(ddd,J=6.4,8.4,18.0Hz1H),2.33-2.24(m,1H),1.92-1.84(m,1H),1.80-1.70(m,1H),0.87(s,9H),0.06(s,3H),0.05(s,3H);ppm.。

合成(5R,6S)-5-叔丁基二甲基硅氧基-6-烯丙基环己酰亚胺(5R₂=CH=CH₂)

将化合物4(R₂=CH=CH_2；2.0g,7.84mmol)溶于50mL的四氢呋喃中，冷却至-78℃,加入5mL1.6M的正丁基锂和烯丙基溴（1.4g,11.76mmol）,搅拌1小时经过饱和氯化铵淬灭，乙酸乙酯萃取，浓缩，硅胶柱纯化得到黄色油状液体5(R₂=CH=CH_2；1.8g,78%).。

¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ5.67-5.61(m,1H),5.61-5.56(m,1H),5.20(d,J=6.8Hz1H),5.14-5.11(m,1H),5.10-5.09(m,1H),5.07-5.04(m,1H),4.74-4.70(m,1H),3.86-3.84(m,1H),3.75(d,J=4.0Hz,1H),3.03(dd,J=4.4,10.4Hz,1H),2.59(ddd,J=4.8,8.4,12.8Hz,1H),2.53(ddd,J=0.8,4.4,11.6Hz1H),1.92-1.85(m,1H),1.66-1.61(m,1H),0.81(s,9H),0.00(s,3H),-0.01(s,6H);ppm.。

合成(8R,8aS)-8-(叔丁基二甲基硅氧基)-6,7,8,8a-四氢吲哚里西啶-5(3H)-酮(7)

将化合物5（R₂=CH=CH_2；1.8g，6.10mmol）溶于60mL甲苯中，加入催化量的Grubbs^2nd催化剂，60℃搅拌28小时，浓缩后直接硅胶柱纯化得到化合物71.43g，收率为88%。

¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ5.89-5.86(m,1H),5.85-5.82(m,1H),4.43-4.37(m,1H),4.10-4.06(m,1H),3.99-3.94(m,1H),3.51-3.45(m,1H),2.54(ddd,J=2.4,5.6,11.6Hz,1H),2.37-2.31(m,1H),1.97-1.92(m,1H),1.71(ddd,J=6.0,9.2,14.8Hz,1H),0.83(s,9H),0.00(s,6H);ppm.。

合成化合物9

将化合物7（1.2g,4.49mmol）溶于60mL叔丁醇和30mL水中，加入N-甲基-N-氧化吗啉（1.577g,13.48mmol）和锇酸钾（165mg），室温下搅拌28h。，浓缩后直接硅胶柱纯化得到化合物91.135g，收率为84%。

¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ4.44-4.38(m,1H),4.27-4.20(m,1H),4.03-3.98(m,2H),3.57(dd,J=5.6,8.0Hz,1H),3.39-3.36(m,1H),3.26-3.21(m,2H),2.36-2.29(m,1H),2.28-2.20(m,1H),1.90-1.84(m,1H),1.69-1.60(m,1H),0.78(s,9H),0.02(s,3H),0.00(s,3H)ppm;

合成苦马豆素[(-)-Swainsonine]

将化合物9（1.12g,3.72mmol）溶于60mL氯化氢/甲醇中，室温搅拌3小时后浓缩，所得剩余物直接溶于四氢呋喃（60mL）中，加入氢化锂铝（424mg,11mmol）,加热回流8小时后用氢氧化钠处理。过滤浓缩后经离子交换柱纯化，得到苦马豆素[(-)-Swainsonine]580mg,收率为90%。波谱数据与文献数据一致。

实施例2

化合物2、3、5、7、9的制备与实施例1相同。

合成(5R,6S)-5-叔丁基二甲基硅氧基-6-烯丙基环己酰胺（4）

将化合物3（1.0g，2.75mmol）和溴化镁（5mL,1MinTHF）溶于20mL四氢呋喃中，-78℃下加入8.25mL1M的烯丙基溴化镁，然后自然升温反应8小时，经饱和氯化铵淬灭后，乙酸乙酯萃取，干燥，浓缩，硅胶柱纯化得到粘稠液体4(R₂=CH=CH_2；519mg，74%)。

实施例3

化合物2、3、4的制备与实施例1相同。

合成1-((2S,3R)-3-(tert-Butyldimethylsilyloxy)-2-vinylpiperidin-1-yl)prop-2-en-1-one（6）

将化合物4（R₂=CH=CH_2；1.2g，4.7mmol）和氢化锂铝（357mg,9.4mmol）溶于40mL四氢呋喃中，在0-50℃搅拌4小时，经过NaSO₄.10H₂O淬灭，过滤浓缩后，直接溶于二氯甲烷中，冷却至-20℃加入丙烯酰氯（846mg,9.4mmol）和三乙胺（1.4g,14.1mmol）,自然升温搅拌过夜，经饱和碳酸氢钠淬灭后，二氯甲烷萃取，浓缩柱层析纯化，得到化合物6（R₂=CH=CH_2；X=O）693mg,收率为50%。

化合物8、10（X=O）的制备与实施例1中化合物7、9的制备方法相同。

实施例4

化合物2、3、4的制备与实施例1相同。

合成(2S,3R)-1-Allyl-3-(tert-butyldimethylsilyloxy)-2-vinylpiperidine(6,X=2H)

将化合物4（R₂=CH=CH_2；1.5g,5.88mmol）和氢化锂铝（447mg,11.8mmol）溶于45mL四氢呋喃中，在0-50℃搅拌4小时，经过NaSO₄.10H₂O淬灭，过滤浓缩后，直接溶于（N，N）-二甲基甲酰胺中，冷却至-20℃加入丙烯基溴（2.1g,17.64mmol）和碳酸钾（1.4g,14.1mmol）,自然升温搅拌48小时，经水淬灭后，乙酸乙酯萃取，浓缩柱层析纯化，得到化合物6（R₂=CH=CH_2；X=2H）528mg,收率为32%。

合成(8R,8aS)-8-(tert-Butyldimethylsilyloxy)-3,5,6,7,8,8a-hexahydroindolizine(8,X=2H)

将化合物6(R₂=CH=CH_2；X=2H;480mg,1.71mmol）和对甲苯磺酸(2mg)溶于30mL二氯甲烷中，加入催化量的Grubbs^2nd催化剂后加热回流18小时。浓缩，硅胶柱纯化得化合物8(X=2H)，收率为28%。

化合物10的制备与实施例1中化合物9的制备相同。

Claims

1.一种制备苦马豆素[(-)-Swainsonine]的方法，其特征在于，按下述合成路线，

其中，X表示0或2H，R₁表示烷基或芳基；R₂表示-CH＝CH₂或-CH＝CHCH₃；

所述的化合物苦马豆素[(-)-Swainsonine]的合成包括从中间体1-10转化，其合成方法包括所述的步骤1-8：

步骤1：化合物1在对甲苯磺酸或樟脑磺酸和甲醇、乙醇、叔丁醇或正辛醇的二氯甲烷中反应2-20小时后经过浓缩，得到化合物2，不需要分离纯化；

步骤2：化合物2与氧化剂PCC、DMP或DMSO/(COCl)₂在二氯甲烷中反应0.5-10小时后，直接浓缩得到粗品不经纯化直接与一种亚磺酰胺在吸水剂无水硫酸镁、无水硫酸钠、分子筛或无水硫酸铜存在下反应10-50小时，纯化得到化合物3；

步骤3：化合物3在四氢呋喃中与金属镁试剂、金属锌试剂或金属锂试剂和路易斯酸氯化锌、氯化镁或三氟化硼乙醚存在下反应1-20小时后经过浓缩硅胶柱层析得到化合物4；

步骤4：化合物4(R₂＝-CH＝CH₂或R₂＝-CH＝CHCH₃)与烯丙基卤代烃和碱氢化钠、叔丁醇钾或丁基锂存在下在二氯甲烷中反应1-30小时，经纯化后得到化合物5；

步骤5：化合物4(R₂＝-CH＝CH₂或R₂＝-CH＝CHCH₃)与还原剂氢化锂铝或硼烷二甲硫醚在四氢呋喃中反应1-8小时，淬灭，浓缩后直接与烯丙基氯、烯丙基溴或烯丙基酰氯和碳酸钾存在下反应10-60小时，浓缩后硅胶柱纯化到化合物6；

步骤6：化合物5在钌催化剂Grubbs catalyst^1nd或Grubbs catalyst^2nd催化剂存在条件下在有机溶剂甲苯，二氯甲烷或者三氯甲烷中反应1-50小时，经浓缩硅胶柱层析后得到化合物7；或，化合物6在钌催化剂Grubbs catalyst^1nd或Grubbs catalyst^2nd催化剂存在条件下在有机溶剂甲苯，二氯甲烷或者三氯甲烷中反应1-50小时，经浓缩硅胶柱层析后得到化合物8；

步骤7：化合物7溶于甲醇，乙醇，叔丁醇或正己醇与水的混合溶剂中，加入氧化剂四氧化锇/NMO，锇酸钾/NMO或高锰酸钾/KOH反应3～50h，经浓缩柱纯化得化合物9；或，化合物8溶于甲醇，乙醇，叔丁醇或正己醇与水的混合溶剂中，加入氧化剂四氧化锇/NMO，锇酸钾/NMO或高锰酸钾/KOH反应3～50h，经浓缩柱纯化得化合物10；

步骤8：化合物9在氯化氢/甲醇中搅拌3小时浓缩后，溶于四氢呋喃中，加入还原剂氢化锂铝或硼烷二甲硫醚，搅拌2～20h，1M的氢氧化钠碱化后，氯仿萃取，浓缩，离子交换柱层析，得到目标化合物；或，化合物10在氯化氢/甲醇中搅拌3小时浓缩后，溶于四氢呋喃中，加入还原剂氢化锂铝或硼烷二甲硫醚，搅拌2～20h，1M的氢氧化钠碱化后，氯仿萃取，浓缩，离子交换柱层析，得到目标化合物。

2.按权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中所述的一种亚磺酰胺是指烷基亚磺酰胺或芳基亚磺酰胺。

3.按权利要求2所述的制备方法，所述的烷基亚磺酰胺是指叔丁基亚磺酰胺。

4.按权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2所述的吸水剂是指无水硫酸铜。

5.按权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3中所述的金属镁试剂是指1-烯丙基溴化镁试剂和乙烯基镁试剂。

6.按权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4中所述的烯丙基卤代烃是指烯丙基溴或烯丙基氯。