CN110105317B - 一种2-氨基-4h-吡喃及其衍生物的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种2‑氨基‑4H‑吡喃及其衍生物的合成方法，本发明通过褶皱假丝酵母脂肪酶(CRL)作为催化剂引发串联MCR反应，并在乙醇和去离子水作为反应介质的条件下一锅合成2‑氨基‑4H‑吡喃，反应效率高，副产物少，绿色，是一种环境友好、可持续且简单有效的合成2‑氨基‑4H‑吡喃及其衍生物的方法。此外，由于MCR的模块化特性和该串联程序的高效率，通过简单地改变起始材料并使生产介质变得优异，可以容易地组装各种产品库。

Description

一种2-氨基-4H-吡喃及其衍生物的合成方法
技术领域
本发明涉及吡喃的合成技术领域，具体涉及一种2-氨基-4H-吡喃及其衍生物的合成方法。
背景技术
吡喃及其衍生物，最受欢迎的杂环骨架，由于其简单的结构复杂性和重要的生物活性，已成为天然和合成有机化学领域的重要研究对象。在吡喃中，4H-吡喃基环化的杂环主链在天然存在的化合物中分布良好，并且具有广泛的生物活性，如抗肿瘤，抗菌，抗病毒，解痉和抗过敏，许多含有4H-吡喃部分的药物分子已经用于治疗各种疾病。
目前，4H-吡喃基环化主要通过醛/曙红、丙二腈和烯醇化的C-H活化化合物与不同试剂的三元反应合成这些杂环核。但这些合成方法都存在这样或那样的问题，例如低产率、反应温度高、反应时间长、使用不可再循环的催化剂和昂贵的溶剂导致成本高。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种2-氨基-4H-吡喃及其衍生物的合成方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种2-氨基-4H-吡喃及其衍生物的合成方法，将醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物和丙二腈在反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶存在的条件下混合，制得2-氨基-4H-吡喃及其衍生物；其中，反应介质包括乙二醇和去离子水。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物、丙二腈、反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶的配比关系为：(0.2-0.6)mL:(0.05-0.2)mmol:(0.1-0.4)mmol:10mL:(2-10)mg；
其中，反应介质中乙二醇和去离子水的体积比为(6-8)：(2-4)。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物、丙二腈、反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶的配比关系为：(0.3-0.5)mL:(0.05-0.15)mmol:(0.1-0.3)mmol:10mL:(2-8)mg；
其中，反应介质中乙二醇和去离子水的体积比为(6.5-7.5)：(2.5-3.5)。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物、丙二腈、反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶的配比关系为：0.4mL:0.1mmol:0.2mmol:10mL:5mg；
其中，反应介质中乙二醇和去离子水的体积比为7:3。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，将醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物、丙二腈、反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶在30-50℃、转速为150-250rpm的恒温摇床中反应15-30min。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，反应温度为35-45℃，反应时间为15-25min。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过加入褶皱假丝酵母脂肪酶(CRL)催化醋酸乙烯酯和乙二醇并且在去离子水存在的条件下原位生成乙醛，生成的乙醛再与1,3-二羰基化合物和丙二腈反应得到2-氨基-4H-吡喃及其衍生物。与现有技术中直接将现有乙醛进行反应相比，本发明通过原位生成乙醛能够在温和的条件下完成整个反应，避免了乙醛聚合而影响反应进行的问题。在CRL的催化作用下，不仅促进醋酸乙烯酯和乙二醇反应，对反应后得到的乙酸也能够促使后续与1,3-二羰基化合物和丙二腈反应的进行。研究发现，未加入CRL的反应过程中，第一步骤生成的乙酸对后续反应有抑制作用，加入CRL后，又有了催化活性，说明CRL在整个串联反应中起着重要作用。此外，为促成串联MCR反应的充分进行，本发明以乙二醇和水作为反应介质，其不仅能够调节CRL在整个反应过程中的催化活性，而且也作为反应原料参与到整个反应过程中，使得最终产率有了明显提高。乙二醇和水作为在整个串联反应中第一步反应的原料，醋酸乙烯酯可以和水和乙二醇发生酯交换反应，生成了第二步反应所需的乙醛，乙醛在乙二醇和水的介质条件下和1,3-环己二酮和丙二腈进行第二步的反应，进而得到最终产物：2-氨基-4H-吡喃及其衍生物。
进一步地，本发明通过控制原料之间配比关系，获得了反应效率高、副产物少的2-氨基-4H-吡喃及其衍生物。具体地，本发明将醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物、丙二腈、反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶的配比关系确定为：(0.2-0.6)mL:(0.05-0.2)mmol:(0.1-0.4)mmol:10mL:(2-10)mg；其中，反应介质中乙二醇和去离子水的体积比为(6-8)：(2-4)，在该配比关系下，使得产率达到95％以上。例如，在研究过程中发现，在其他原料比例不变的前提下，丙二腈相对于1,3-二羰基化合物过量且(1-2)摩尔倍数的条件下，明显提高产率，这是由于在第二步反应中1，3-环己二酮和丙二腈先和乙醛反应生成中间体，
Figure BDA0002086946510000031
这两个成竞争关系，当丙二腈过量时，生成的
Figure BDA0002086946510000032
就增多，进而会使最终产率增加。根据本发明确定的原料配比关系同时获得了适宜反应进行且促进产率进一步提高的反应条件：在30-50℃、转速为150-250rpm的恒温摇床中反应15-30min，使得整个反应温度温和反应时间快，生产效率和产率相对于现有工艺得到明显提高。
本发明通过褶皱假丝酵母脂肪酶(CRL)作为催化剂引发串联MCR反应，并在乙醇和去离子水作为反应介质的条件下一锅合成2-氨基-4H-吡喃，反应效率高，副产物少，绿色，是一种环境友好、可持续且简单有效的合成2-氨基-4H-吡喃及其衍生物的方法。此外，由于MCR的模块化特性和该串联程序的高效率，通过简单地改变起始材料并使生产介质变得优异，可以容易地组装各种产品库。
附图说明
图1为本发明实施例的合成路线图；
图2为本发明实施例合成的2-氨基-4H-吡喃衍生物的分子结构图及相应的产率；
图3为反应介质中乙二醇和水的不同配比对产率的影响曲线图；
图4为反应介质中乙二醇和水的不同配比对产率的影响曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
图1本发明合成方法的反应过程，褶皱假丝酵母脂肪酶(CRL)催化醋酸乙烯酯和乙二醇并且在去离子水存在的条件下原位生成乙醛，生成的乙醛再与1,3-二羰基化合物和丙二腈反应得到2-氨基-4H-吡喃及其衍生物。
实施例1：
本发明的2-氨基-4H-吡喃的合成方法包括：将醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物和丙二腈在反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶存在的条件下混合，在30℃、转速为150rpm的恒温摇床中反应30min，制得2-氨基-4H-吡喃及其衍生物；其中，反应介质包括乙二醇和去离子水。
醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物、丙二腈、反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶的配比关系为：0.2mL:0.05mmol:0.1mmol:10mL:2mg；其中，反应介质中乙二醇和去离子水的体积比为6：4。
本实施例2-氨基-4H-吡喃的产率为95.5％。
实施例2：
本发明的2-氨基-4H-吡喃方法包括：将醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物和丙二腈在反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶存在的条件下混合，在37℃、转速为200rpm的恒温摇床中反应20min，制得2-氨基-4H-吡喃及其衍生物；其中，反应介质包括乙二醇和去离子水。
醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物、丙二腈、反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶的配比关系为：0.4mL:0.1mmol:0.2mmol:10mL:5mg；其中，反应介质中乙二醇和去离子水的体积比为7:3。
本实施例2-氨基-4H-吡喃的产率为96.8％。
实施例3：
本发明的2-氨基-4H-吡喃的合成方法包括：将醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物和丙二腈在反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶存在的条件下混合，在50℃、转速为250rpm的恒温摇床中反应15min，制得2-氨基-4H-吡喃及其衍生物；其中，反应介质包括乙二醇和去离子水。
醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物、丙二腈、反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶的配比关系为：0.6mL:0.2mmol:0.4mmol:10mL:10mg；其中，反应介质中乙二醇和去离子水的体积比为8：2。
本实施例2-氨基-4H-吡喃的产率为95.4％。
实施例4：
本发明的2-氨基-4H-吡喃的合成方法包括：将醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物和丙二腈在反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶存在的条件下混合，在35℃、转速为200rpm的恒温摇床中反应25min，制得2-氨基-4H-吡喃及其衍生物；其中，反应介质包括乙二醇和去离子水。
醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物、丙二腈、反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶的配比关系为：0.3mL:0.15mmol:0.3mmol:10mL:8mg；其中，反应介质中乙二醇和去离子水的体积比为6.5：3.5。
本实施例2-氨基-4H-吡喃的产率为96.5％。
实施例5：
本发明的2-氨基-4H-吡喃的合成方法包括：将醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物和丙二腈在反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶存在的条件下混合，在45℃、转速为200rpm的恒温摇床中反应20min，制得2-氨基-4H-吡喃及其衍生物；其中，反应介质包括乙二醇和去离子水。
醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物、丙二腈、反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶的配比关系为：0.5mL:0.1mmol:0.2mmol:10mL:6mg；其中，反应介质中乙二醇和去离子水的体积比为7.5：2.5。
为进一步获得纯度更高的产品，上述实施例的合成方法还包括纯化步骤：在反应结束后，经柱层析分离得粗目标产物(硅胶：200-300目，流动相：石油醚/乙酸乙酯＝2：1)，后用乙醇重结晶，制得纯化后的2-氨基-4H-吡喃及其衍生物。
本实施例2-氨基-4H-吡喃的产率为96.1％。
实施例6：
本发明的2-氨基-4H-吡喃的衍生物：2-氨基-3-氰基-5-乙氧羰基-6-甲基-4-苯基-4H-吡喃，其合成方法包括：
将苯甲醛(0.1mmol),丙二腈(0.2mmol),乙酰乙酸乙酯(0.1mmol)CRL(5mg)，乙二醇700uL和水300uL加入到10mL锥形瓶中,放入摇床200rpm50℃反应30min。在反应结束后，经柱层析分离得粗目标产物(硅胶：200-300目，流动相：石油醚/乙酸乙酯＝2：1)，后用乙醇重结晶，制得纯化后的2-氨基-3-氰基-5-乙氧羰基-6-甲基-4-苯基-4H-吡喃。
图2为本发明2-氨基-4H-吡喃衍生物的分子结构及相应的产率。基于本发明的设计方案，通过MCR的模块化特性和该串联程序的高效率，通过简单地改变起始材料可以容易地合成各种2-氨基-4H-吡喃衍生物。
试验例1
本试验例以实施例2为例，设置对照组分析不同条件下得到的产率。
1、反应介质中乙二醇与水配比。
反应条件：醋酸乙烯酯(0.4mL),丙二腈(0.1mmol),1,3-二羰基化合物(0.1mmol)CRL(10mg),乙二醇和水共1mL加入到10mL锥形瓶中,放入摇床200rpm50℃反应30min。所有产率通过HPLC测定,结果见图3。
2、1,3-二羰基化合物和丙二腈的配比。
反应条件：醋酸乙烯酯(0.4mL),CRL(10mg),乙二醇700uL和水300uL加入到10mL锥形瓶中,放入摇床200rpm50℃反应30min。所有产率通过HPLC测定，结果见表1。
表1
Figure BDA0002086946510000071
3、CRL的用量。
反应条件：醋酸乙烯酯(0.4mL)，1,3-二羰基化合物(0.1mmol),丙二腈(0.2mmol)，乙二醇700uL和水300uL加入到10mL锥形瓶中,放入摇床200rpm50℃反应30min，所有产率通过HPLC测定，结果见表2。
表2
Figure BDA0002086946510000072
4、反应温度。
反应条件：醋酸乙烯酯(0.4mL)，1,3-二羰基化合物(0.1mmol),丙二腈(0.2mmol)，乙二醇700uL和水300uL以及CRL 5mg加入到10mL锥形瓶中,放入摇床200rpm反应30min，所有产率通过HPLC测定，结果见图4。
试验例2
本试验例选取8种2-氨基-4H-吡喃衍生物进行体外抗癌筛选试验，使用MST法测定4种细胞抑制率达到50％时的药物浓度。制得的八种衍生物结构如下：
Figure BDA0002086946510000081
Figure BDA0002086946510000091
具体实验方法：
选用对数生长期的肿瘤细胞和正常细胞，用胰酶进行消化后，DMEM(Hela，HEPG2)，1640(A549 7702)培养基配成10*104个/mL的细胞悬液，然后将细胞悬液加入到96孔培养板中在37℃、5％CO2的条件下培养24小时。
将事先准备好的药物配置成不同的浓度梯度分别加入到96孔细胞培养板中，每个梯度设置6个平行孔，在37℃、5％CO2条件下培养24小时，弃去上清液，每孔中加入100uL20％MST的PBS液，放置30min左右，使用酶标仪在490nm处测定光密度(OD值)。
计算生长抑制率，生长抑制率＝(OD对照-OD实验)/(OD对照-OD空白)*100％。计算IC50值(杀死50％的细胞所对应的药物浓度，单位为umol/L)，实验结果见表3。
表3
Figure BDA0002086946510000092
从表3可以看出上述八种吡喃衍生物的IC50值均低于500umol/L，能够在较低浓度下杀死50％的细胞，说明本发明实施例合成的衍生物对四种细胞有着明显的抑制作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种2-氨基-4H-吡喃及其衍生物的合成方法，其特征在于，将醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物和丙二腈在反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶存在的条件下混合，制得2-氨基-4H-吡喃及其衍生物；其中，反应介质包括乙二醇和去离子水。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物、丙二腈、反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶的配比关系为：(0.2-0.6)mL:(0.05-0.2)mmol:(0.1-0.4)mmol:10mL:(2-10)mg；
其中，反应介质中乙二醇和去离子水的体积比为(6-8)：(2-4)。
3.根据权利要求1所述的2-氨基-4H-吡喃及其衍生物的合成方法，其特征在于，醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物、丙二腈、反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶的配比关系为：(0.3-0.5)mL:(0.05-0.15)mmol:(0.1-0.3)mmol:10mL:(2-8)mg；
其中，反应介质中乙二醇和去离子水的体积比为(6.5-7.5)：(2.5-3.5)。
4.根据权利要求3所述的合成方法，其特征在于，醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物、丙二腈、反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶的配比关系为：0.4mL:0.1mmol:0.2mmol:10mL:5mg；
其中，反应介质中乙二醇和去离子水的体积比为7:3。
5.根据权利要求1-4任一项所述的合成方法，其特征在于，将醋酸乙烯酯、1,3-二羰基化合物、丙二腈、反应介质和催化剂褶皱假丝酵母脂肪酶在30-50℃、转速为150-250rpm的恒温摇床中反应15-30min。
6.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，反应温度为35-45℃，反应时间为15-25min。
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