CN107129495B - 一种毒扁豆碱前体化合物的制备方法 - Google Patents

一种毒扁豆碱前体化合物的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种毒扁豆碱前体化合物的制备方法，涉及毒扁豆碱。以5‑甲氧基色胺为起始原料，经胺基保护、分子内环化、甲基化及酰胺还原四步反应制备。具有合成路线简洁、合成试剂低廉易得、合成操作简便，以及对环境友好等优点，工业化生产可行性高。尤其是关键分子内环化反应所采用的环化试剂二氯海因，是一种商业杀菌消毒剂，不仅廉价易得，而且对环境友好。作为毒扁豆碱的合成前体，中间体也同样可用于苯胺基甲酸酯毒扁豆酚碱以及各类毒扁豆碱衍生物的合成前体，因此具有很好的应用价值和发展潜力。

Description

一种毒扁豆碱前体化合物的制备方法
技术领域
本发明涉及毒扁豆碱，尤其是涉及一种毒扁豆碱前体化合物的制备方法。
背景技术
毒扁豆碱(Phsostigmine)是一种天然生物碱，其结构式为：
它主要存在于非洲西部的一种名叫毒扁豆的豆科植物种子当中，由科学家J.约布斯和O.黑塞于1864年首次从毒扁豆种子(Physostigma venenosum)中提取得到。研究表明，它对乙酰胆碱酯酶(acetycholinesterase，AChE)具有非常优异的抑制活性，因此被科学家最早应用于抗胆碱酯酶治疗(Greig NH,Pei XF,Soncrant TT,Ingram DK,BrossiA.Med.Res.Rev.1995,15,3)。此外，鉴于其优良的生物活性，毒扁豆碱也被广泛用于青光眼、老年痴呆等疾病的治疗当中(Axelsson U.Acta Ophthalmol.1969,47,1057；Mohs RC,Davis B,Johns CA,Mathe AA,Greenmald BS,Horvath TB,DavisKL.Am.J.Psychiatry.1985,142,28；Weiming Luo,Qian-sheng Yu,Ming Zhan,DamonParrish,Jeffrey R.Deschamps,Santosh S.Kulkarni,Harold W.Holloway,GeorgeM.Alley,Debomoy K.Lahiri,Arnold Brossi,and Nigel H.Greig,J.Med.Chem.2005,48,986)。作为一种优良的老年痴呆治疗药物，毒扁豆碱(Phsostigmine)及其前体化合物的需求量与日俱增，它们引起很多有机合成领域科学家的浓厚兴趣，并开发了大量毒扁豆碱及其前体化合物esermethole的合成方法(Julian,PL,Pikl J.J.Am.Chem.Soc.1935,57,539；Kawahara M,Nishida A,Nakagawa M,Org.Lett.2000,2,675；Trost BM,ZhangY.J.Am.Chem.Soc.2006,128,4590；Mukai C,Yoshida T,Sorimachi M,OdaniA.Org.Lett.2006,8,83；Yada A,bata S,Hiyama T,Ikawa M,OgoshiS.J.Am.Chem.Soc.2008,130,12874；Nakao Y,ELucarini S,Bartoccini F,Battistoni F,Diamantini G,Piersanti G,Righi M,Spadoni G.Org.Lett.2010,12,3844.)。相关策略有些要用到昂贵的金属催化剂或环化试剂，且对环境不友好；有些方法步骤较长，收率较低，不利于工业化生产，因此，开发一种简洁，高效，低廉的合成策略具有很重要的意义。
Esermethole的传统合成方法是首先制备关键中间体化合物2，然后再进行官能团转换，以及分子内环化得到毒扁豆碱前体化合物esermethole(Lee,T.B.K.；Wong,G.S.K.US5521320；Lee,T.B.K.；Wong,G.S.K.WO 9427963)，传统合成方法如下所示。
传统合成方法成本较高，误码率高，反应速度较慢，且已有相关专利保护。在2007年，中国专利CN 101121717 A公开一种新的毒扁豆碱合成，其合成路线如下：
以L-色氨酸1为起始原料，首先经三步官能团保护及官能团转换以60％的收率得到恶唑中间体4，接着中间体4与重氮乙酸乙酯发生分子间不对称环丙化-开环-环合三步一锅瀑布式反应，得到3-取代四氢吡咯并吲哚骨架化合物5，然后用氢化铝锂将骨架化合物5进行还原得到二醇化合物6，并进一步用兰尼-镍脱去两个羟亚甲基后得到去氧毒扁豆酚碱7，化合物7经NBS溴化以及甲醚化后得到毒扁豆酚碱前体化合物1(esermethole)。
中国专利CN 101121717 A的技术合成步骤较长(8步)，总收率较低(低于20％)，合成中多次用到金属钠等，对设备要求高，不利于工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种毒扁豆碱前体化合物的制备方法。
本发明所述化合物esermethole及后续毒扁豆碱的合成路线如下：
所述esermethole的合成方法以商品化的5-甲氧基色胺为起始原料，经胺基保护、分子内环化、甲基化以及酰胺还原四步反应，能够简洁高效地合成目标化合物esermethole，具体步骤如下：
1)胺基保护：
将5-甲氧基色胺(化合物9)和催化量的4-N,N-二甲基胺基吡啶(DMAP)溶解在乙腈中，加入三乙胺，冷却后，加入氯甲酸苄酯的乙腈溶液反应后，饱和氯化铵溶液淬灭，减压浓缩除去乙腈溶剂，然后加水稀释，用酯类溶剂萃取，合并有机相，用饱和氯化钠溶液洗涤有机相，无水硫酸钠干燥，有机相经过滤、浓缩后，用乙酸乙酯重结晶得benzyl3-(2-(((benzyloxy)carbonyl)amino)ethyl)-5-methoxy-1H-indole-1-carboxylate(化合物10)；
在步骤1)中，所述4-N,N-二甲基胺基吡啶的摩尔分数可为5-甲氧基色胺的5％～20％，所述乙腈的摩尔浓度可为0.1～10mol/L，所述5-甲氧基色胺与三乙胺的摩尔比可为1︰(2～5)；所述冷却的温度可为-10～0℃，冷却的时间可为0.5～2h；所述5-甲氧基色胺与氯甲酸苄酯的摩尔比可为1︰(1～3)；所述加入氯甲酸苄酯的乙腈溶液反应后的条件可为升至室温搅拌6～24h；所述饱和氯化铵溶液的体积浓度可为50～200mL，所述加水稀释的体积浓度可为200～400mL；所述酯类溶剂可选自乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯等中的一种。
2)分子内环化：
在氮气保护下，将化合物10与二氯海因溶解于无水二氯甲烷溶液中，将溶液放入冰浴中冷却至-10～0℃，然后加入三乙胺，反应后，加入饱和氯化铵溶液淬灭，然后加水稀释，分离有机相和水相，用二氯甲烷萃取水相，合并有机相，用饱和氯化钠溶液洗涤有机相，无水硫酸钠干燥，有机相经过滤、浓缩后，用乙酸乙酯重结晶得到dibenzyl(3aR,8aR)-3a-chloro-5-methoxy-2,3,3a,8a-tetrahydropyrrolo[2,3-b]indole-1,8-dicarboxylate(化合物11)；
在步骤1)中，所述化合物10与二氯海因摩尔比可为(2～1)︰1；所述无水二氯甲烷溶液体积浓度可为200mL，所述化合物10与三乙胺的摩尔比可为1︰(1～4)；所述加入三乙胺的条件可在-20～50℃搅拌2～16h；饱和氯化铵溶液的体积浓度可为50～200mL，所述加水稀释的体积浓度可为200～400mL。
3)甲基化：
在氮气保护下，将化合物11溶于无水对二甲苯溶剂中，将溶液放入冰浴中冷却至-10～0℃，然后加入二甲基锌(Me2Zn)的甲苯溶液，将反应液加热回流，反应后放入冰浴中冷却至-10～0℃，然后加入饱和氯化铵溶液淬灭，水相用乙酸乙酯萃取，合并有机相，先用无水硫酸钠干燥，有机相经浓缩、纯化后得到dibenzyl(3aS,8aR)-5-methoxy-3a-methyl-2,3,3a,8a-tetrahydropyrrolo[2,3-b]indole-1,8-dicarboxylate(化合物12)；
在步骤3)中，所述无水对二甲苯溶剂的体积浓度可为10～200mL；所述化合物11与二甲基锌的摩尔比可为1︰(1～4)，所述加热回流的时间可为4～24h；所述饱和氯化铵溶液的体积浓度可为50～200mL。
4)还原：
在氮气保护下，将化合物12溶于无水四氢呋喃溶剂中，将溶液放入冰浴中冷却至-20～0℃，然后加入氢化铝锂的四氢呋喃溶液，将反应液反应后，将溶液放入冰浴中冷却至-20～0℃，然后加入Na2SO4·10H2O淬灭反应，过滤，分离有机相，残渣用二氯甲烷洗涤，过滤合并有机相，有机相经浓缩、纯化后得到目标产物1(esermethole)。
在步骤4)中，所述无水四氢呋喃溶剂的体积浓度可为50～200mL；所述化合物12与氢化铝锂的摩尔比可为1︰(1～4)，所述反应的温度可为30～70℃，反应的时间可为2～24h；Na2SO4·10H2O的质量浓度可为10～100g；二氯甲烷的体积浓度可为20～200mL。
本发明的合成路线简洁，关键的环合反应所用到的试剂二氯海因是一种廉价无毒的工业消毒剂，对环境污染型小。另外，各合成步骤操作比较方便且产率较高(四步总收率达55％～62％)，工业化生产可行性高。作为毒扁豆碱(Physostigmine)的合成前体，本发明的中间体也同样可用于苯氨基甲酸酯毒扁豆酚碱(Phenserine)以及各类毒扁豆碱衍生物的合成前体，因此具有很好的应用价值和发展潜力。
相比较而言，本发明开发了一条全新的简洁合成路线，拓展了毒扁豆碱原料来源途径，可以解决传统合成方法专利保护受限的问题，也解决了中国专利(CN 101121717 A)步骤较长、收率不高的问题。
本发明以商品化的5-甲氧基色胺为起始原料，经吲哚及胺基双保护制备化合物10，然后在二氯海因的作用下进行关键的分子内环化制备中间体11，接着进行官能团转换，发生甲基化以及将酰胺还原总四步反应制备得到毒扁豆碱的合成前体化合物1(esermethole)，其结构式为：
该化合物再经两步便可制备得到毒扁豆碱(Yu QS,Brossi A.Heterocycles,1988,27,745)。本发明中所用的各类试剂均廉价易得，合成及纯化步骤操作简便，具有较好的工业化潜力。
具体实施方式
以下给出本发明实施例的毒扁豆碱前体化合物的制备方法。
步骤一
胺基保护步骤反应式
将5-甲氧基色胺(19g，100mmol)和4-N,N-二甲基胺基吡啶(DMAP，1.22g，10mmol)溶于乙腈(400mL)中，再加入三乙胺(30.3g，300mmol)。反应物在室温搅拌1h后，降至0℃，然后缓慢加入氯甲酸苄酯(CbzCl，35.8g，210mmol)的乙腈(10mL)溶液，然后升至室温搅拌12h，待原料反应完全后加入饱和氯化铵溶液(100mL)淬灭，减压浓缩除去乙腈溶剂，然后加水(300mL)稀释，用乙酸乙酯萃取(100mL×3)水相，合并有机相，用饱和氯化钠溶液洗涤有机相，用无水硫酸钠干燥。有机相经过滤、浓缩后，用乙酸乙酯重结晶，得到41.7g黄色固体化合物10(产率为91％)。
产品结构确认：IR(film)νmax:3383,2975,2933,1728,1518,1476,1450,1386,1259,1161,1084,856,800,768cm-1；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.00(br s,1H),7.39～7.17(m,11H),6.98(s,1H),6.93(dd,J＝8.8,2.4Hz,1H),5.05(s,2H),5.01(s,2H),4.66(br s,1H),3.98(s,3H),3.47(dt,J＝6.4,6.4Hz,2H),2.86(t,J＝6.4Hz,2H)；δ155.9,155.8,149.6,136.1(2C),131.2(2C),130.3,129.1(2C),128.9(2C),127.6(2C),127.4(2C),123.8,117.6,116.0,112.9,107.2,101.8,83.3,79.2,66.3,55.7,40.1；MS(ESI)m/z 481(M+Na+,100％)；HRMS-ESI Calcd for C27H26N2O5(M+H+):459.1920；found:459.1928.
步骤二
分子内环化步骤反应式
在氮气保护下，将化合物10(22.9g，50mmol)与二氯海因(5.78g，30mmol)溶解于无水二氯甲烷溶液(200mL)中，将溶液放入冰浴中冷却至0℃，然后缓慢加入Et3N(10.1g，100mmol)，加完后在0℃搅拌8h，反应完全后，加入饱和氯化铵溶液(100mL)淬灭，然后加水(300mL)稀释，分离有机相，用二氯甲烷萃取(100mL×3)水相，合并有机相，用饱和氯化钠溶液洗涤有机相，用无水硫酸钠干燥。有机相经过滤、浓缩后，用乙酸乙酯重结晶，得到23.1g黄色固体化合物(±)-11(产率为94％)。
产品结构确认：IR(film)νmax:2983,1725,1606,1487,1379,1246,1153,954,851,685cm-1；1H-NMR(400MHz,CDCl3):7.59(br s,1H),7.37～7.13(m,11H),7.04(t,J＝7.5,1.0Hz,1H),6.48(s,1H),5.06(s,2H),4.98(s,2H),3.81(s,3H),3.74(dd,J＝10.5,7.0Hz,1H),2.84～2.69(m,3H)ppm；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ156.7,153.4(2C),152.3,135.7,136.0(2C),133.9,129.0(2C),128.9(2C),127.7(2C),127.5(2C),118.6,116.3,108.5,101.6,84.1,81.8,80.7,62.3,55.7,46.2,41.0；MS(ESI)m/z 515(M+Na+,100％)；HRMS-ESICalcd for C27H25ClN2O5(M+H+):515.1350；found:515.1352.
步骤三
甲基化步骤反应式
在氮气保护下，将化合物11(14.8g，30mmol)溶于无水对二甲苯溶剂(150mL)中，将溶液放入冰浴中冷却至0℃，然后缓慢加二甲基锌的甲苯溶液(45mL，45mmol)，之后将反应液加热回流搅拌8h至反应完全。反应结束后放入冰浴中冷却至0℃，然后加入100mL饱和氯化铵溶液淬灭，水相用乙酸乙酯萃取，合并有机相，先用无水硫酸钠干燥。有机相经浓缩、纯化后得到10.5g目标产物12，产率74％，产品为黄色固体。
产品结构确认：IR(film)νmax:2929,2848,2983,1725,1659,1484,1244,1154,954,959,784,685cm-1；1H-NMR(400MHz,C6D6):7.66(d,J＝7.8Hz,1H),7.20～6.78(m,11H),7.01(t,J＝7.5,1.0Hz,1H),6.43(s,1H),5.06(s,2H),4.98(s,2H),3.82(s,3H),3.50(dd,J＝10.4,6.8Hz,1H),2.34～2.09(m,3H),1.41(s,3H)ppm.13C NMR(100MHz,CDCl3)δ156.8,153.3(2C),152.5,135.7,136.2(2C),133.8,129.0(2C),128.8(2C),127.8(2C),127.3(2C),118.6,114.3,109.5,100.1,84.2,70.7,63.6,52.7,52.3,46.2,37.7,24.9；MS(ESI)m/z 473(M+H+,100％)；HRMS-ESI Calcd for C28H28N2O5(M+H+):473.2076；found:473.2079.
步骤四
还原步骤反应式
在氮气保护下，将化合物12(9.44g，20mmol)溶于无水四氢呋喃溶剂(100mL)中，将溶液放入冰浴中冷却至0℃，然后缓慢加氢化铝锂的四氢呋喃溶液(2.5mol/L，16mL，40mmol)，之后将反应液升至50℃搅拌6h至反应完全。反应结束后将溶液放入冰浴中冷却至0℃，然后加入Na2SO4·10H2O(50g)淬灭反应，过滤，分离有机相，残值用二氯甲烷洗涤5次(100mL×5)，过滤合并有机相，有机相经浓缩、纯化后得到4.55g浅黄色固体目标产物1(esermethole)，产率98％。
产品结构确认:1H-NMR(400MHz,CDCl3):6.66～6.63(m,2H),6.39(d,J＝8.5Hz,1H),4.02(s,1H),3.72(s,3H),2.87(s,3H),2.73～2.69(m,1H),2.64～2.59(m,1H),2.52(s,3H),1.94～1.90(m,2H),1.42(s,3H)ppm.13C NMR(100MHz,CDCl3)δ152.9,146.5,138.2,112.1,109.7,107.4,98.2,55.9,53.1,52.7,40.8,38.1,37.9,27.4；MS(ESI)m/z 232(M+H+,100％)；HRMS-ESI Calcd for C14H20N2O(M+H+):232.1576；found:232.1573.
本发明以商品化的5-甲氧基色胺为起始原料，经胺基保护、分子内环化、甲基化、还原总共四步反应制备得到毒扁豆碱的合成前体化合物esermethole。与其他合成方法相比，本发明所用的各类试剂均廉价易得，合成及纯化步骤操作简便，具有较好的工业化潜力，通过具体实施方案也可得知，合成路线是完全可行的。

Claims (9)

1.一种毒扁豆碱前体化合物esermethole的制备方法，其特征在于所述化合物esermethole的合成路线如下：
所述制备方法的具体步骤如下：
1)胺基保护：
将化合物9 5-甲氧基色胺和催化量的4-N,N-二甲基胺基吡啶溶解在乙腈中，加入三乙胺，冷却后，加入氯甲酸苄酯的乙腈溶液反应后，饱和氯化铵溶液淬灭，减压浓缩除去乙腈溶剂，然后加水稀释，用酯类溶剂萃取，合并有机相，用饱和氯化钠溶液洗涤有机相，无水硫酸钠干燥，有机相经过滤、浓缩后，用乙酸乙酯重结晶得双(N-苄氧羰基)-5-甲氧基吲哚色胺，记为化合物10；
2)分子内环化：
在氮气保护下，将化合物10与二氯海因溶解于无水二氯甲烷溶液中，将溶液放入冰浴中冷却至-10～0℃，然后加入三乙胺，反应后，加入饱和氯化铵溶液淬灭，然后加水稀释，分离有机相和水相，用二氯甲烷萃取水相，合并有机相，用饱和氯化钠溶液洗涤有机相，无水硫酸钠干燥，有机相经过滤、浓缩后，用乙酸乙酯重结晶得到(3aR，8aR)-3a-氯-5-甲氧基-2,3,3a,8a-四氢吡咯并[2,3-b]吲哚-1,8-二甲酸二苄酯，记为化合物11；
3)甲基化：
在氮气保护下，将化合物11溶于无水对二甲苯溶剂中，将溶液放入冰浴中冷却至-10～0℃，然后加入二甲基锌的甲苯溶液，将反应液加热回流，反应后放入冰浴中冷却至-10～0℃，然后加入饱和氯化铵溶液淬灭，水相用乙酸乙酯萃取，合并有机相，先用无水硫酸钠干燥，有机相经浓缩、纯化后得到(3aS，8aR)-5-甲氧基-3a-甲基-2,3,3a,8a-四氢吡咯并[2,3-b]吲哚-1,8-二甲酸二苄酯，记为化合物12；
4)还原：
在氮气保护下，将化合物12溶于无水四氢呋喃溶剂中，将溶液放入冰浴中冷却至-20～0℃，然后加入氢化铝锂的四氢呋喃溶液，将反应液反应后，将溶液放入冰浴中冷却至-20～0℃，然后加入Na2SO4·10H2O淬灭反应，过滤，分离有机相，残渣用二氯甲烷洗涤，过滤合并有机相，有机相经浓缩、纯化后得到目标产物1。
2.如权利要求1所述一种毒扁豆碱前体化合物esermethole的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述4-N,N-二甲基胺基吡啶的摩尔分数为5-甲氧基色胺的5％～20％，所述乙腈的摩尔浓度为0.1～10mol/L，所述5-甲氧基色胺与三乙胺的摩尔比为1︰(2～5)。
3.如权利要求1所述一种毒扁豆碱前体化合物esermethole的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述冷却的温度为-10～0℃，冷却的时间为0.5～2h；所述5-甲氧基色胺与氯甲酸苄酯的摩尔比为1︰(1～3)；所述加入氯甲酸苄酯的乙腈溶液反应后的条件是升至室温搅拌6～24h；所述饱和氯化铵溶液的体积为50～200mL，所述加水稀释的体积为200～400mL；所述酯类溶剂选自乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯中的一种。
4.如权利要求1所述一种毒扁豆碱前体化合物esermethole的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述化合物10与二氯海因摩尔比为(2～1)︰1；所述无水二氯甲烷溶液体积为200mL，所述化合物10与三乙胺的摩尔比为1︰(1～4)。
5.如权利要求1所述一种毒扁豆碱前体化合物esermethole的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述加入三乙胺的条件是在-20～50℃搅拌2～16h；饱和氯化铵溶液的体积为50～200mL，所述加水稀释的体积为200～400mL。
6.如权利要求1所述一种毒扁豆碱前体化合物esermethole的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述无水对二甲苯溶剂的体积为10～200mL；所述化合物11与二甲基锌的摩尔比为1︰(1～4)。
7.如权利要求1所述一种毒扁豆碱前体化合物esermethole的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述加热回流的时间为4～24h；所述饱和氯化铵溶液的体积为50～200mL。
8.如权利要求1所述一种毒扁豆碱前体化合物esermethole的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述无水四氢呋喃溶剂的体积为50～200mL；所述化合物12与氢化铝锂的摩尔比为1︰(1～4)。
9.如权利要求1所述一种毒扁豆碱前体化合物esermethole的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述反应的温度为30～70℃，反应的时间为2～24h；Na2SO4·10H2O的质量为10～100g；二氯甲烷的体积为20～200mL。
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