CN105884689B - 一种甲基环丙烯探针的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种甲基环丙烯的合成方法，属于有机小分子荧光探针技术领域。该方法以三甲硅基丙炔醇为原料，其经过还原和羟基保护反应，再采用偕二溴卡宾环加成反应构建环丙烷中间体，然后经过甲基化、脱保护、脱三甲基硅基，即可得到目标分子甲基环丙烯探针。本发明首次采用偕二溴卡宾环加成反应得到环丙烷中间体来合成甲基环丙烯探针，反应原料易得、成本低廉、产物收率高，具有良好的应用前景。

Description

一种甲基环丙烯探针的合成方法
技术领域
本发明属于有机小分子探针的合成技术领域，具体涉及一种甲基环丙烯探针的合成方法。
背景技术
细胞是组成生命体的基本单位。细胞的主要生命活动通过核酸(DNA、RNA)进行调控，因而观察细胞内核酸的变化可分析细胞的增殖、分化、衰老和凋亡的状况，进一步可研究整个生物体的代谢。生物正交反应探针是近年发展的一种新的研究工具，目前已被成功应用于标记活细胞和动物的细胞蛋白、多核苷酸、脂质和聚糖。
甲基环丙烯与S-四嗪的生物正交反应与叠氮/炔的反应相比具有反应速度快的优点，其二级反应动力学常数k2为13M-1s-1，远高于叠氮/炔的反应速率(<1M-1s-1)。而环丙烯同时具有叠氮基或者炔基所具有的尺寸小、生理条件下稳定的优点，可以说是一个性能非常优良的标记物。甲基环丙烯已被成功用于标记磷脂(DOPE)、糖、和蛋白质，环丙烯标记的DOPE可用于细胞膜的荧光成像(Yang,J.；Devaraj,N.K.et.al.Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,7476)，环丙烯标记糖和蛋白质可用于研究糖代谢及蛋白质的生物学功能。然而，目前合成甲基环丙烯的方法是以重氮乙酸乙酯和3-甲基硅基丙炔为原料，在二聚醋酸铑的催化下合成得到，该方法所用原料价格昂贵，如：起始原料3-甲基硅基丙炔市场售价为210元/克、二聚醋酸铑价格为999元/克、重氮乙酸乙酯价格为700元/25克。此外，使用金属催化对环境会造成污染，重氮乙酸乙酯在大量使用的时候也存在安全隐患，容易发生爆炸。因此，发展一种原料便宜、能够实现大量制备的全新合成方法来合成甲基环丙烯具有非常重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有环丙烯合成方法存在的价格昂贵的问题，提供一种反应原料易得、成本低廉、高收率合成甲基环丙烯探针的方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成：
1、以四氢呋喃为溶剂、氢化铝锂为还原剂，将三甲硅基丙炔醇在0℃下还原，得到三甲硅基丙烯醇；以二氯甲烷为溶剂，将三甲硅基丙烯醇与三苯基氯甲烷在吡啶和4-二甲氨基吡啶存在下常温反应，得到化合物2，其中Tr表示三苯甲基。
2、以二氯甲烷为溶剂、苄基三乙基氯化铵为相转移催化剂，将化合物2和三溴甲烷在NaOH或KOH作用下，常温进行偕二溴卡宾环加成反应，得到化合物3。
3、以四氢呋喃为溶剂，在惰性气体保护下，将化合物3、碘甲烷、正丁基锂在-78℃下进行甲基化反应，得到化合物4。
4、以甲醇为溶剂，在惰性气体保护下，将化合物4与对甲苯磺酸在常温下进行脱保护反应，得到化合物5。
5、以四氢呋喃为溶剂，在惰性气体保护、常温条件下，将化合物5与N,N’-羰基二咪唑常温反应后，再加入四丁基氟化铵，消去化合物5上的三甲基硅基及溴原子，得到化合物6——甲基环丙烯探针，具体合成路线如下：
上述步骤1中，优选三甲硅基丙炔醇与氢化铝锂的摩尔比为1:0.4～0.8，优选三甲硅基丙烯醇与三苯基氯甲烷、吡啶、4-二甲氨基吡啶的摩尔比为1:1～1.5:1.5～2.5:0.05～0.15。
上述步骤2中，优选化合物2与三溴甲烷、苄基三乙基氯化铵、NaOH或KOH的摩尔比为1:10～20:0.05～0.15:15～25。
上述步骤3中，优选化合物3与碘甲烷、正丁基锂的摩尔比为1:8～12:3～4。
上述步骤4中，优选化合物4与对甲苯磺酸的摩尔比为1:0.5～1。
上述步骤5中，优选化合物5与N,N’-羰基二咪唑、四丁基氟化铵的摩尔比为1:1～1.5:0.8～1。
本发明以廉价的三甲硅基丙炔醇为原料，其经过还原和羟基保护反应，再采用偕二溴卡宾环加成反应构建环丙烷中间体，然后经过甲基化、脱保护、脱三甲基硅基，即可得到目标分子甲基环丙烯探针。本发明首次采用偕二溴卡宾环加成反应得到环丙烷中间体来合成甲基环丙烯探针，反应原料易得、成本低廉、产物收率高，具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围并不仅限于这些实施例。
实施例1
1、将9.8g(76mmol)三甲硅基丙炔醇、10.9mL(38mmol)氢化铝锂加入200mL四氢呋喃中，0℃搅拌16小时，加入5mL饱和氯化铵水溶液淬灭反应，然后用乙醚萃取3次，有机相经饱和NaCl水溶液洗涤、无水硫酸钠干燥、减压浓缩后，得到三甲硅基丙烯醇；将12g(92mmol)三甲硅基丙烯醇、30g(110mmol)三苯基氯甲烷、1.1g(9.2mmol)4-二甲氨基吡啶、14.8mL(18.4mmol)吡啶加入200mL二氯甲烷中，常温搅拌12小时，然后加入50mL 1mol/L的盐酸，依次经饱和NaCl水溶液洗涤、二氯甲烷萃取、无水硫酸钠干燥、减压浓缩后，得到化合物2，其产率为75％。
2、将4.3g(11.5mmol)化合物2溶解于15mL二氯甲烷中，加入15mL(173mmol)三溴甲烷及437mg(1.2mmol)苄基三乙基氯化铵、9.6g质量分数为50％的氢氧化钠(240mmol)水溶液，常温搅拌18小时，加入水淬灭反应，用二氯甲烷(3×100mL)萃取，有机相经用无水硫酸钠干燥、过滤、减压浓缩后，用柱层色谱纯化，得到淡黄色粘稠状液体化合物3，其产率为70％。
3、在氮气保护下，将3g(5.6mmol)化合物3溶解于120mL干燥的四氢呋喃中，加入3.5mL(56mmol)碘甲烷，冷却到-78℃，滴加7.8mL(19.6mmol)正丁基锂，并在-78℃搅拌2小时，然后常温搅拌2小时，用饱和氯化铵水溶液淬灭反应后，用乙醚萃取(3×100mL)，有机相经饱和NaCl水溶液洗涤、无水硫酸钠干燥、过滤、减压浓缩后，用柱层色谱纯化，得到黄色液体化合物4，其产率为90％。
4、将2.44g(5mmol)化合物4溶解于30mL甲醇中，然后加入628mg(3.6mmol)对甲苯磺酸，常温搅拌4小时后用三乙胺淬灭反应，用旋蒸仪蒸干甲醇，柱层色谱纯化，得到浅黄色液体化合物5，其产率为82％。
5、将30mg(0.126mmol)化合物5溶解于2mL四氢呋喃中，加入25mg(0.151mmol)N,N’-羰基二咪唑，常温搅拌2小时，然后加入0.11mL(0.114mmol)四丁基氟化铵，继续搅拌8小时，薄层色谱纯化，得到甲基环丙烯探针(即化合物6)，其产率为86％，结构表征数据如下，和文献对照完全匹配：
1H NMR(600MHz，CDCl3)δ(ppm)：8.15(s，1H)，7.44(s，1H)，7.07(s，1H)，6.60(s，1H)，4.35-4.32(dd，J＝10、5Hz，1H)，4.26-4.24(dd，J＝10、5Hz，1H)，2.16(d，J＝5Hz，3H)，1.80-1.78(t，J＝5Hz，1H)；13C NMR(150MHz，CDCl3)δ(ppm)：137.23，130.56，120.11，117.22，101.67，76.22，16.72，11.68。

Claims (7)

1.一种甲基环丙烯探针的合成方法，其特征在于它由下述步骤组成：
(1)以四氢呋喃为溶剂、氢化铝锂为还原剂，将三甲硅基丙炔醇在0℃下还原，得到三甲硅基丙烯醇；以二氯甲烷为溶剂，将三甲硅基丙烯醇与三苯基氯甲烷在吡啶和4-二甲氨基吡啶存在下常温反应，得到化合物2，其中Tr表示三苯甲基；
(2)以二氯甲烷为溶剂、苄基三乙基氯化铵为相转移催化剂，将化合物2和三溴甲烷在NaOH或KOH作用下，常温进行偕二溴卡宾环加成反应，得到化合物3；
(3)以四氢呋喃为溶剂，在惰性气体保护下，将化合物3、碘甲烷、正丁基锂在-78℃下进行甲基化反应，得到化合物4；
(4)以甲醇为溶剂，在惰性气体保护下，将化合物4与对甲苯磺酸在常温下进行脱保护反应，得到化合物5；
(5)以四氢呋喃为溶剂，在惰性气体保护、常温条件下，将化合物5与N,N’-羰基二咪唑常温反应后，加入四丁基氟化铵，消去化合物5上的三甲基硅基及溴原子，得到化合物6——甲基环丙烯探针；
2.根据权利要求1所述的甲基环丙烯探针的合成方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述三甲硅基丙炔醇与氢化铝锂的摩尔比为1:0.4～0.8。
3.根据权利要求1所述的甲基环丙烯探针的合成方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述三甲硅基丙烯醇与三苯基氯甲烷、吡啶、4-二甲氨基吡啶的摩尔比为1:1～1.5:1.5～2.5:0.05～0.15。
4.根据权利要求1所述的甲基环丙烯探针的合成方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述化合物2与三溴甲烷、苄基三乙基氯化铵、NaOH或KOH的摩尔比为1:10～20:0.05～0.15:15～25。
5.根据权利要求1所述的甲基环丙烯探针的合成方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述化合物3与碘甲烷、正丁基锂的摩尔比为1:8～12:3～4。
6.根据权利要求1所述的甲基环丙烯探针的合成方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述化合物4与对甲苯磺酸的摩尔比为1:0.5～1。
7.根据权利要求1所述的甲基环丙烯探针的合成方法，其特征在于：在步骤(5)中，所述化合物5与N,N’-羰基二咪唑、四丁基氟化铵的摩尔比为1:1～1.5:0.8～1。
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