CN114409640A - 一种反式独脚金内酯类似物及其中间体化合物的制备方法 - Google Patents

一种反式独脚金内酯类似物及其中间体化合物的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种反式独脚金内酯类似物及其中间体化合物的制备方法，所述反式独脚金内酯类似物的结构如式5所示：
Figure DDA0003491402980000011
其中：碳1与碳2相对构型为反式；X为NH或O，R为氢、卤素、烷氧基、烷基、芳基、苄氧基中的任意一种。本发明从关键起始原料
Figure DDA0003491402980000012
出发，先关环得到反式ABC三环的母核结构，再接上酯基，进行还原反应、亲核取代反应合成了反式独脚金酯类似物，拓展了独脚金内酯类似物的多样性。且获得的反式独脚金酯类似物具有非常好的促进种子萌发的效果。

Description

一种反式独脚金内酯类似物及其中间体化合物的制备方法
技术领域
本发明涉及化学合成技术领域，具体涉及一种反式独脚金内酯类似物及其中间体化合物的制备方法。
背景技术
独脚金内酯是一类天然的独脚金醇类化合物的植物激素总称，它具有非常重要的生物学功能，包括诱导寄生植物种子的萌发、与生长素和细胞分裂素协同作用调节植物侧枝发生等。近年来独角金内酯类似物被广泛研究开发，目前已有多种小分子类似物包括独角金内酰胺等被报道，它们可以作为高效除草剂及植物生长调节剂等(Chimia,2019,73,549)。独脚金内酯在土壤中的不稳定性限制了它在实际农业中的使用，A.De Mesmaeker设计合成了新型的独脚金内酰胺(下反应路径中的式8结构)，选择性地改变独角金内酯类似物GR24的C环—将C环中的O替换为N(如下图中的式8结构)来改变化合物的活性(Bioorg.Med.Chem.Lett.,2014,24,2123)，通过在结合位点形成更强的氢键，使其向酶降解方向稳定，从而保留甚至提高相应内酯的生物活性。独脚金内酰胺表现出很强的生物活性，常常优于相应的独脚金内酯。通过对独脚金内酰胺进行结构优化，提高了其水溶性和土壤持久性。在相同浓度下GR24与其相应的独角金内酰胺对向日葵种子的发芽促进作用进行比较，独脚金内酰胺中的种子的发芽率总是优于GR24的，同时在土壤中的持久性和水溶性也要更优。
Figure BDA0003491402960000011
在此基础上，专利文献WO 2018/145979中记载改变了B环与C环的连接方式(如上式的式9结构或式10结构)，这样的改变得到的一系列化合物也同样具有很好的活性—这就是目前为止最新的一类独脚金内酰胺。
目前，已报道的合成最新的一类独脚金内酰胺的方法有两种，具体如下：
方法一：以茚为原料，与三氯乙酰氯、锌-铜发生反应得到四元环中间体12，再与2,4,6-三甲基苯磺酰肼反应得到扩环产物13，然后锌-铜还原脱氯得到ABC三环内酰胺14，Boc保护后，与叔丁氧基双(二甲胺基)甲烷反应引入二甲氨基亚甲基，随后酸性水解得到烯醇化合物17，碱性条件下与氯代丁烯酸内酯偶联，三氟乙酸脱Boc后得到独脚金内酰胺20(WO2019/175025)。该方法从茚出发，通过经典的顺式[2+2]环加成以及构型保持的扩环反应构建C环，从而合成碳1-碳2顺式构型的产物。另外，茚的类似物价格昂贵或难以合成，导致该路线无法用于制备苯环有多样化取代的独脚金内酰胺。这两点限制了进一步的结构改造和药物化学研究。该方法的具体合成路线如下：
Figure BDA0003491402960000021
方法二：以茚为原料，与三氯乙酰氯、锌-铜发生反应得到四元环中间体12，再与单过氧邻苯二甲酸镁六水合物反应得到扩环产物21，然后锌-铜还原脱氯得到ABC三环内酯22，再连上烯醇，碱性条件下与氯代丁烯酸内酯偶联得到最终独脚金内酯24。
Figure BDA0003491402960000022
同样地，该方法也从茚出发，通过经典的顺式[2+2]环加成以及构型保持的扩环反应构建C环，从而合成碳1-碳2顺式构型的产物。另外，茚的类似物价格昂贵或难以合成，导致该路线无法用于制备苯环有多样化取代的独脚金内酰胺。这两点限制了进一步的结构改造和药物化学研究。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种新型反式独脚金内酯类似物及其中间体化合物的制备方法，尤其提供了一种原料便宜易得、反应路线短、总收率高、环境友好的合成多样化新型反式独脚金内酯类似物的合成路线。
本发明公开了一种反式独脚金内酯类似物的制备方法，根据文献报道(Org.Biomol.Chem.,2021,19,7141-7146)得到关键起始原料
Figure BDA0003491402960000031
(X为NH时R1为Et，X为OH时R1为H。R为氢、卤素、烷氧基、烷基、芳基、苄氧基中的任意一种)，关环得到反式ABC三环的母核结构，再由经过亲电取代反应上酯基、还原反应、亲核取代反应合成反式独脚金酯类似物。本发明可以合成一系列在苯环具有不同取代基的碳1-碳2反式构型的独脚金内酰胺类似物，并且涉及将它们用于促进种子萌发。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种中间体化合物，所述化合物结构如下式2所示：
Figure BDA0003491402960000032
其中，Y为NBoc或O，R为氢、卤素、烷氧基、烷基、芳基、苄氧基中的任意一种。
第二方面，本发明提供了一种根据前述的中间体化合物的制备方法，包括以下步骤：将式1所示的化合物与关环试剂进行反应，即得式2所示中间体化合物；
所述式1化合物的结构如下：
Figure BDA0003491402960000033
其中：X为NH或OH；R1为Et或H；R为氢、卤素、烷氧基、烷基、芳基、苄氧基中的任意一种。
优选地，所述式1化合物的结构中，X为NH、R1为Et，或X为OH、R1为H。
优选地，所述式2所示中间体化合物的具体制备方法为步骤A1或步骤A2所述的任一种：
A1.将X为NH、R1为Et的式1化合物用关环试剂进行关环反应，所得产物再在保护剂存在下反应，即得式2所示中间体化合物；
A2.将X为OH、R1为H的式1化合物在Mukaiyama试剂下反应，即得式2所示中间体化合物。
优选地，步骤A1中，所述关环试剂为叔丁基氯化镁，所述保护剂为二碳酸二叔丁酯；
所述式1所示体化合物与关环试剂的摩尔比为1：3～10；
步骤A2中，所述Mukaiyama试剂为2-氯-1-甲基吡啶碘化物，所述式1所示化合物与Mukaiyama试剂的摩尔比为1：4～8。
第三方面，本发明提供了一种中间体化合物，所述化合物结构如下式3所示：
Figure BDA0003491402960000041
其中，X为NH或O，R为氢、卤素、烷氧基、烷基、芳基、苄氧基中的任意一种。
第四方面，本发明提供了一种根据前述的中间体化合物的制备方法，包括以下步骤：将权利要求1所述的式2化合物亲电取代反应，接上一个酯基即得式3所示中间体化合物。
优选地，所述亲电取代反应具体为：将式2化合物在双(三甲基硅基)氨基锂条件下与氯甲酸丙酯进行反应；
当式2化合物中Y为NBoc时，所述制备方法还包括将亲电取代反应所得产物在酸性条件下脱除Boc保护基的步骤；其中，所述酸性条件采用的酸溶液为三氟乙酸，所述式2体化合物与酸溶液的摩尔比为1：3～20。
优选地，所述酯基为甲酸丙酯。
第五方面，本发明提供了一种反式独脚金内酯类似物，所述反式独脚金内酯类似物的结构如下式5所示：
Figure BDA0003491402960000051
其中，碳1-碳2相对构型为反式构型；X为NH或O，R为氢、卤素、烷氧基、烷基、芳基、苄氧基中的任意一种。
第六方面，本发明提供了一种根据前述的反式独脚金内酯类似物的制备方法，包括以下步骤：
S1.将权利要求6所述的式3化合物与二异丁基氢化铝(DIBAL-H)反应；
S2.将步骤S1反应所得中间体化合物与5-氯-3-甲基呋喃-2(5H)-酮反应，即得反式独脚金内酯类似物。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、采用本发明合成路线可以得到新型的反式独角金内酰胺结构骨架(碳1-碳2相对构型为反式)，这是其他合成路线所不能实现的。
2、采用本发明合成路线，从苯环上有不同取代基的苯丙氨酸或苯基乳酸出发，可以得到苯环上有不同取代基的多样化的反式独脚金内酯类似物，拓展了独脚金内酯类似物得多样性。而且本发明制备的反式独脚金内酯类似物具有更好的促进种子萌发的效果，尤其是在低浓度(10nM)下仍可使种子的发芽率达到90％。
3、本发明合成方法所用原料廉价易得，操作简便，反应路线短，总收率较高。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例1的式5a化合物的制备路线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
以下实施例提供了一种独脚金内酯类似物及其中间体化合物的制备方法，包括以下步骤：
A.从根据文献报道(Org.Biomol.Chem.,2021,19,7141-7146)得到关键起始原料
Figure BDA0003491402960000061
(X为NH时R1为Et，X为OH时R1为H。R为氢、卤素、烷氧基、烷基、芳基、苄氧基)后，将式1所示中间体化合物进行关环反应，即得式2所示中间体化合物；式2所示中间体化合物中，Y为NBoc或O，R为氢、卤素、烷氧基、烷基、芳基、苄氧基中的任意一种。
Figure BDA0003491402960000062
当式1所示中间体化合物中的X为NH,R1为Et，所述进行关环反应的具体步骤为：式1所示中间体化合物，用关环试剂进行关环反应，所得产物再在保护剂存在下反应，即得式2所示中间体化合物；所述关环试剂为叔丁基氯化镁，所述保护剂为二碳酸二叔丁酯，式1所示中间体化合物与叔丁基氯化镁试剂的摩尔比为1：3～10，
当式1所示中间体化合物中的X为OH,R1为H时，所述进行关环反应的具体步骤为：式1所示中间体化合物在Mukaiyama试剂下反应，即得式2所示中间体化合物；所述Mukaiyama试剂为2-氯-1-甲基吡啶碘化物，所述式1所示中间体化合物与Mukaiyama试剂的摩尔比为1：4～8。
B.将前述的式2化合物进行亲电取代反应，接上一个酯基(如甲酸丙酯)，即得式3所示中间体化合物。式3所示中间体化合物中，X为NH或O，R为氢、卤素、烷氧基、烷基、芳基、苄氧基中的任意一种。
Figure BDA0003491402960000063
Y为NBoc时，所述进行接上一个酯基的步骤为：式2所示中间体化合物在碱溶液条件下与氯甲酸丙酯反应，所得产物再在酸性条件下脱除Boc保护基，所述碱溶液为LHMDS，所述酸溶液为三氟乙酸，所述式2所示中间体化合物与碱溶液的摩尔比为1：3～20，所得产物再与酸溶液反应的摩尔比为1：3～20；
Y为O时，所述进行接上一个酯基的步骤为：式2所示中间体化合物在碱溶液条件下与氯甲酸丙酯反应，所述碱溶液为双(三甲基硅基)氨基锂四氢呋喃溶液，所述式2所示中间体化合物与碱溶液的摩尔比为1：3～20，更优选摩尔比为1：3。
C.将式3所示中间体化合物与二异丁基氢化铝反应，即得式4所示中间体化合物。
Figure BDA0003491402960000071
所述进行还原反应的具体步骤为：式3所示中间体化合物与二异丁基氢化铝反应，即得式4所示中间体化合物；所述式3所示中间体化合物与二异丁基氢化铝的摩尔比为1：1～5；
D.将式4所示中间体化合物与5-氯-3-甲基呋喃-2(5H)-酮反应，即得式5所示反式独脚金内酯类似物；
式4所示中间体化合物和式5所示反式独脚金内酯类似物中，X为NH或O，R为氢、卤素、烷氧基、烷基、芳基、苄氧基中的任意一种。
Figure BDA0003491402960000072
本发明制备的式5所示反式独脚金内酯类似物的结构，其中碳1与碳2相对构型为反式。
在上述实验条件、各原料化合物和参数条件下均能制备得到相应的中间体化合物及独脚金内酯类似物。且制备的独脚金内酯类似物均具有很好的促进瓜列当种子萌发的效果。
实施例1：独脚金内酯类似物式5a化合物的制备
本实施例提供了一种独脚金内酯类似物式5a化合物的制备方法，制备路线如图1所示，具体步骤如下：
1)根据文献报道(Org.Biomol.Chem.,2021,19,7141-7146)得到式1a所示关键中间体(1mmol，219mg)，在10mL四氢呋喃溶液中,0℃，氩气保护下，加入3当量的1M的叔丁基氯化镁的四氢呋喃溶液，反应3h，用饱和氯化铵进行淬灭，乙酸乙酯萃取3遍收集有机相，无水硫酸钠干燥，过滤，旋干，得到的粗产品通过柱层析纯化(石油醚：乙酸乙酯＝3:1)，得到式2a-1所示化合物155mg，产率90％。
Figure BDA0003491402960000081
2)将式2a-1所示化合物(155mg)溶于9毫升二氯甲烷，加入3当量Boc2O,3当量NEt3和0.5当量的N,N-二甲基-4-氨基吡啶。反应3h，用饱和氯化铵进行淬灭，乙酸乙酯萃取3遍收集有机相，无水硫酸钠干燥，过滤，旋干，得到的粗产品通过柱层析纯化(石油醚：乙酸乙酯＝5:1)，分离过柱纯化以定量收率得到式2a-2所示的产物245mg。
Figure BDA0003491402960000082
式2a-2所示的产物：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.34–7.28(m,1H),7.25–7.20(m,3H),3.59(ddd,J＝11.9,11.0,5.5Hz,1H),3.34(dd,J＝13.8,5.5Hz,1H),3.11(ddd,J＝13.8,11.9,5.8Hz,1H),2.97–2.85(m,2H),2.57(dd,J＝15.4,13.7Hz,1H),1.58(s,9H).
3)将式2a-2所示的产物245mg溶于9mL四氢呋喃中，-78℃下加入3当量的1M的双(三甲基硅基)氨基锂的四氢呋喃溶液，1h后加入3当量的氯甲酸丙酯，再在-78℃下反应1h，用饱和氯化铵淬灭，乙酸乙酯萃取3遍收集有机相，无水硫酸钠干燥，过滤，旋干，所得粗产品通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝5:1)分离得到式3a-1所示中间体化合物306mg，产率95％。
Figure BDA0003491402960000083
4)将式3a-1所示中间体化合物306mg，溶于9mL的二氯甲烷溶液中，在冰水浴下加入10当量的三氟乙酸，反应2h，加入饱和碳酸氢钠淬灭反应，乙酸乙酯萃取3遍收集有机相，无水硫酸钠干燥，过滤，旋干，所得粗产品通过柱层析纯化(石油醚：乙酸乙酯＝5:1)得到式3a-2所示的中间化合物219mg，产率99％。
Figure BDA0003491402960000091
式3a-2所示的中间化合物：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.32-7.27(m,1H),7.24–7.16(m,3H),6.64(s,1H),6.48(s,1H),4.26(t,J＝6.7Hz,1.7H),4.11–3.90(m,0.3H),3.68–3.58(m,1H),3.52–3.39(m,2H),3.13(dd,J＝13.2,5.3Hz,1H),2.84–2.63(m,1H),1.81-1.61(m,2H),1.00(t,J＝7.4Hz,2.6H),0.89(t,J＝7.4Hz,0.4H).
5)将式3a-2所示的中间体化合物54mg，溶于5mL甲苯，在-78℃下，氩气保护的情况下，缓慢加入400微升二异丁基氢化铝的1M正己烷溶液。1h后，在-78℃下用甲醇淬灭，随后再加入饱和氯化铵，用EA萃取3遍，收集有机相。加入无水硫酸钠，过滤旋干。所得粗产品(式4a所示中间体化合物)溶于4mL超干乙二醇二甲醚中，在氩气保护下，冰水浴条件下加入33.6mg叔丁醇钾，10分钟后加入40mg的-氯-3-甲基呋喃-2(5H)-酮，搅拌1h后，加入饱和氯化铵淬灭反应，乙酸乙酯萃取3遍，收集有机相，加入无水硫酸钠干燥，过滤，旋干，所得粗产品通过柱层析纯化(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)，得到式5a所示的化合物20mg，产率50％。
Figure BDA0003491402960000092
式5a所示的中间化合物：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.57–7.46(m,1H),7.40(d,J＝2.9Hz,1H),7.33–7.29(m,1H),7.21(m,2H),7.08-7.04(m,1H),6.25(s,1H),6.12(s,1H),3.90–3.81(m,1H),3.54-3.44(m,1H),3.10(dd,J＝13.1,5.2Hz,1H),2.81-2.69(m,1H),2.09(q,J＝1.8Hz,3H).
功能验证：
将实施例1制备的独脚金内酯类似物5a用于瓜列当的萌发，并以式25和式26所示的顺式内酰胺结构、以及GR24作为对比组进行比较，式25、式26的顺式内酰胺结构、GR24的结构式如下：
Figure BDA0003491402960000101
具体的试验方法为：将0.01mmol的独脚金内酯类似物以及GR24溶解在1ml无菌DMSO中配成浓度为10mM的储存液，作为原液。再将每一个化合物的储存液配成以下不同的浓度备用：100×10μM、100×1μM、100×100nM、100×10nM、100×1nM、100×0.1nM。
取出适量的瓜列当种子(Orobanche aegyptiaca seeds)，首先用1％NaClO浸泡3分钟，蒸馏水冲洗，再用75％乙醇浸泡2分钟，然后用蒸馏水冲洗。在96孔板的每一个孔中加入适量的处理过的种子(每个孔大约70～100粒种子)，将96孔板放在无菌台上风干。风干后的96孔板在室温黑暗条件下放置1周。取出96孔板在每一格加入100μL蒸馏水，再将按不同浓度稀释的原液加1μL到表1所示的最终浓度。再将96孔板放置在室温黑暗的条件孵化10天。10天后取出，用显微镜观察种子，计数萌发种子数，除以总种子数表示发芽率(％)。每一个化合物的每一个浓度都要重复三次，并给出带有标准偏差的平均值。发芽率的实验结果如表1所示。
表1
化合物 10μM 1μM 100nM 10nM 1nM
反式独角金内酰胺 93％ 95％ 93％ 90％ 72％
式25的顺式内酰胺 88％ 85％ 90％ 59％ 47％
式26的顺式内酰胺 79％ 85％ 86％ 70％ 47％
GR24 95％ 94％ 92％ 74％ 64％
从表1的结果可见，相比顺式内酰胺，本发明制备的反式独脚金内酰胺具有更好的促进瓜列当种子发芽的效果；而与GR24相比，本发明在更低化合物浓度(10nM)下仍具有90％的发芽率，而GR24在该浓度下的发芽率仅74％。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中间体化合物，其特征在于，所述化合物结构如下式2所示：
Figure FDA0003491402950000011
其中，Y为NBoc或O，R为氢、卤素、烷氧基、烷基、芳基、苄氧基中的任意一种。
2.一种根据权利要求1所述的中间体化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将式1所示的化合物与关环试剂进行反应，即得式2所示中间体化合物；
所述式1化合物的结构如下：
Figure FDA0003491402950000012
其中：X为NH或OH；R1为Et或H；R为氢、卤素、烷氧基、烷基、芳基、苄氧基中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的中间体化合物的制备方法，其特征在于，所述式1化合物的结构中，X为NH、R1为Et，或X为OH、R1为H。
4.根据权利要求3所述的中间体化合物的制备方法，其特征在于，所述式2所示中间体化合物的具体制备方法为步骤A1或步骤A2所述的任一种：
A1.将X为NH、R1为Et的式1化合物用关环试剂进行关环反应，所得产物再在保护剂存在下反应，即得式2所示中间体化合物；
A2.将X为OH、R1为H的式1化合物在Mukaiyama试剂下反应，即得式2所示中间体化合物。
5.根据权利要求4所述的中间体化合物的制备方法，其特征在于，步骤A1中，所述关环试剂为叔丁基氯化镁，所述保护剂为二碳酸二叔丁酯；
所述式1所示体化合物与关环试剂的摩尔比为1：3～10；
步骤A2中，所述Mukaiyama试剂为2-氯-1-甲基吡啶碘化物，所述式1所示化合物与Mukaiyama试剂的摩尔比为1：4～8。
6.一种中间体化合物，其特征在于，所述化合物结构如下式3所示：
Figure FDA0003491402950000013
其中，X为NH或O，R为氢、卤素、烷氧基、烷基、芳基、苄氧基中的任意一种。
7.一种根据权利要求6所述的中间体化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1所述的式2化合物进行亲电取代反应，接上一个酯基即得式3所示中间体化合物。
8.根据权利要求7所述的中间体化合物的制备方法，其特征在于，所述亲电取代反应具体为：将式2化合物在双(三甲基硅基)氨基锂条件下与氯甲酸丙酯进行反应；
当式2化合物中Y为NBoc时，所述制备方法还包括将亲电取代反应所得产物在酸性条件下脱除Boc保护基的步骤；其中，所述酸性条件采用的酸溶液为三氟乙酸，所述式2体化合物与酸溶液的摩尔比为1：3～20。
9.一种反式独脚金内酯类似物，其特征在于，所述反式独脚金内酯类似物的结构如下式5所示：
Figure FDA0003491402950000021
其中，碳1与碳2相对构型为反式；X为NH或O，R为氢、卤素、烷氧基、烷基、芳基、苄氧基中的任意一种。
10.一种根据权利要求9所述的反式独脚金内酯类似物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将权利要求6所述的式3化合物与二异丁基氢化铝反应；
S2.将步骤S1反应所得中间体化合物与5-氯-3-甲基呋喃-2(5H)-酮反应，即得反式独脚金内酯类似物。
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