蔣旭東，俞 雄，袁哲東

(1.廣西工學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，廣西柳州 545006;2.上海醫(yī)藥工業(yè)研究院創(chuàng)新藥物與制藥工藝國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200437)

反式-4-羥基-L-脯氨酸及其衍生物在抗感染藥物合成中起著重要的作用，尤其作為碳青霉烯類抗生素的重要中間體和合成砌塊，開(kāi)發(fā)了部分臨床上市藥物以及大量具有藥學(xué)研究?jī)r(jià)值的新化合物。(2S，4S)-5-甲基-2-硫雜-5-氮雜雙環(huán)［2.2.1］庚-3-酮鹽酸鹽(5a)是合成碳青霉烯類抗生素的重要中間體。研究表明，5a的引入有助于提高尿回收率，提高抗菌活性［1～5］。

為進(jìn)一步探討5a的合成方法及所構(gòu)建化合物的構(gòu)效關(guān)系，本文以反式-4-羥基-L-脯氨酸為起始原料，經(jīng)氮烷基化、酯化、磺?；?、硫代乙酸鉀反向進(jìn)攻4-位構(gòu)型轉(zhuǎn)換后，再水解酯基、縮合和成鹽反應(yīng)合成了一系列2-硫雜-5-氮雜雙環(huán)［2.2.1］庚-3-酮衍生物(5a～5f，Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR和MS表征，其中5b～5f為新化合物。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

X-4型數(shù)顯顯微熔點(diǎn)儀(溫度未校正);DRX-400型核磁共振儀(D2O為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo));LC-MSD 1100型液-質(zhì)聯(lián)用儀。

反式-4-羥基-L-脯氨酸，河北冀榮氨基酸有限公司;其余所用試劑均為分析純或化學(xué)純。

Scheme 1

1.2 合成

(1)(2S，4R)-4-羥基-1-烷基-2-吡咯烷羧酸(1a～1f)的合成(以1a為例)

在氫化反應(yīng)釜中依次加入反式-4-羥基-L-脯氨酸20.0 g(150 mmol)，37% 甲 醛 24 mL(330 mmol)，冰乙酸42 mL 和10%Pd/C 2.2 g，攪拌使其溶解;于5 kg氫壓下反應(yīng)5 h。濾去殘?jiān)瑸V液減壓蒸干溶劑，殘留物用乙醇(100 mL)分散結(jié)晶，過(guò)濾，濾餅用乙醇(2×10 mL)洗滌，干燥得白色固體1a，收率94.3%，m.p.236 ℃ ～239 ℃;1H NMR δ:2.23 ～2.30(m，1H)，2.47 ～2.52(m，1H)，3.05(s，3H)，3.18(dd，J=14.0 Hz，2.0 Hz，1H)，3.95(dd，J=13.2 Hz，4.8 Hz，1H)，4.18(dd，J=10.8 Hz，7.2 Hz，1H)，4.60 ～4.69(m，1H);MSm/z:146.05{［M+H］+}。

用類似方法合成白色固體1b～1f，其表征數(shù)據(jù)［9］與Scheme 1預(yù)期結(jié)構(gòu)吻合。

(2)(2S，4R)-4-羥基-1-甲基-2-吡咯烷羧酸甲酯鹽酸鹽(2a～2f)的合成(以2a為例)

將1a 43.5 g(390 mmol)懸浮在300 mL甲醇中，攪拌下于0℃ ～5℃緩慢滴加氯化亞砜56 mL(780 mmol)，滴畢，于室溫反應(yīng)3 h;于50℃反應(yīng)8 h。減壓蒸除溶劑，冷卻，加入二氯甲烷200 mL，攪拌分散析出固體，抽濾，濾餅干燥得類白色固體2a，收率 98.9%，m.p.204 ℃ ～207 ℃;1H NMR(CD3OD)δ:2.31 ～2.38(m，1H)，2.48 ～2.55(m，1H)，3.15(s，3H)，3.15 ～3.23(m，1H)，3.81(s，3H)，3.91 ～3.98(m，1H)，4.45(dd，J=10.4 Hz，7.2 Hz，1H)，4.59 ～4.66(m，1H);MSm/z:160.05{［M+H］+}。

用類似方法合成類白色固體2b～2f，其表征數(shù)據(jù)［10］與Scheme 1預(yù)期結(jié)構(gòu)吻合。

(3)(2S，4R)-4-甲磺酰氧基-1-甲基-2-吡咯烷羧酸甲酯(3a～3f)的合成(以3a為例)

在反應(yīng)瓶中依次加入2a 29.0 g(150 mmol)和二氯甲烷280 mL，攪拌下于40℃反應(yīng)1 h。于0℃～5℃依次緩慢滴加三乙胺45 mL(330 mml)，甲磺酰氯13 mL(160 mmol)，滴畢，反應(yīng)2 h。加入乙酸乙酯200 mL和5%碳酸氫鈉溶液100 mL，分液，有機(jī)層用飽和食鹽水洗滌，無(wú)水硫酸鈉干燥，減壓蒸除溶劑得淡黃色油狀液體3a，收率89.6%。

用類似方法合成淡黃色油狀液體3b～3f收率分別為 90.6%，90.3%，85.1%，82.9% 和89.3%。

(4)(2S，4R)-4-乙酰硫基-1-甲基-2-吡咯烷羧酸甲酯(4a～4f)的合成(以4a為例)

將3a 33.0 g(190 mmol)溶于混合溶劑［V(DMF)∶V(乙酸乙酯)=1 ∶1］(500 mL)中，氮?dú)獗Ｗo(hù)，攪拌下加入硫代乙酸鉀31.8 g(280 mmol)，于室溫反應(yīng)3 h;于60℃反應(yīng)5 h。冷卻至室溫，加水(200 mL)稀釋，乙酸乙酯(3×300 mL)萃取，合并有機(jī)相，依次用水和飽和食鹽水洗滌，無(wú)水硫酸鈉干燥，減壓蒸除溶劑得黃色油狀液體4a 27.0 g，收率 89.0%。

用類似方法合成淡黃色油狀液體4b～4f，收率分別為 86.6%，85.0%，90.0%，81.3% 和77.5%。

(5)(2S，4S)-5-烷基-2-硫雜-5-氮雜雙環(huán)［2.2.1］庚-3-酮鹽酸鹽(5a～5f)的合成(以5a 為例)

在反應(yīng)瓶中加入4a 22.0 g(100 mmol)和5 mol·L-1鹽酸30 mL，攪拌使其溶解;于 80 ℃ 反應(yīng)5 h。減壓蒸除溶劑，加入乙酸15 mL和乙酸乙酯30 mL，攪拌析出固體，抽濾，濾餅用乙酸(28 mL)溶解;緩慢滴加乙酸酐17 mL，滴畢，于60℃反應(yīng)2 h。減壓蒸除溶劑，加入乙酸乙酯100 mL和飽和碳酸氫鈉溶液100 mL，攪拌使其溶解。分液，水層用乙酸乙酯(3×300 mL)萃取，合并有機(jī)層，用飽和食鹽水洗滌，無(wú)水硫酸鈉干燥，減壓蒸除溶劑，用乙酸乙酯(20 mL)溶解;于0℃ ～5℃滴加飽和HCl/乙酸乙酯溶液10 mL，析出晶體，抽濾，濾餅干燥得白色固體5a。

用類似的方法合成白色固體5b～5f。

5a:收率 49.1%，m.p.191 ℃ ～192 ℃;1H NMR δ:2.56(d，J=12.4 Hz，1H)，2.80(d，J=12.4 Hz，1H)，2.94(s，3H)，3.11(d，J=11.2 Hz，1H)，4.31(s，1H)，4.36(s，1H)，4.42(d，J=11.2 Hz，1H);MSm/z:144.04{［M+H］+}。

5b:收率 37.6%，m.p.183 ℃ ～185 ℃;1H NMR δ:1.45(t，J=7.6 Hz，3H)，2.54 ～2.59(m，2H)，3.04 ～3.11(m，2H)，3.87(d，J=11.2 Hz，1H)，4.16(d，J=12.4 Hz，1H)，4.50(s，1H)，4.56(s，1H);MSm/z:158.04{［M+H］+}。

5c:收率 46.2%，m.p.178 ℃ ～180 ℃;1H NMR δ:0.88(t，J=7.2 Hz，3H)，1.65 ～1.71(m，2H)，2.49 ～2.53(m，2H)，3.03 ～3.13(m，2H)，3.53(d，J=11.2 Hz，1H)，3.89(d，J=11.2 Hz，1H)，4.53(s，1H)，4.57(s，1H);MSm/z:172.07{［M+H］+}。

5d:收率 55.9%，m.p.174 ℃ ～176 ℃;1H NMR δ:1.30(d，J=6.8 Hz，6H)，2.38 ～2.52(m，2H)，3.22 ～3.25(m，1H)，3.56(d，J=11.6 Hz，1H)，3.89(d，J=11.6 Hz，1H)，4.54(s，1H)，4.63(s，1H);MSm/z:172.08{［M+H］+}。

5e:收率 50.0%，m.p.180 ℃ ～182 ℃;1H NMR δ:0.87(t，J=7.2 Hz，3H)，1.26 ～1.33(m，2H)，1.58 ～1.67(m，2H)，2.43 ～2.51(m，2H)，3.01 ～3.12(m，2H)，3.47(d，J=11.2 Hz，1H)，3.86(d，J=11.2 Hz，1H)，4.48(s，1H)，4.54(s，1H);MSm/z:186.06{［M+H］+}。

5f:收率 48.4%，m.p.175 ℃ ～178 ℃;1H NMR δ:0.88(d，J=7.2 Hz，6H)，1.62 ～1.70(m，1H)，2.44 ～2.53(m，2H)，3.02 ～3.12(m，2H)，3.52(d，J=11.2 Hz，1H)，3.89(d，J=11.2 Hz，1H)，4.52(s，1H)，4.57(s，1H);MSm/z:186.09{［M+H］+}。

2 結(jié)果與討論

5a是合成碳青霉烯類抗生素的重要中間體，其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，對(duì)于碳青霉烯類化合物的合成及藥物的構(gòu)效關(guān)系研究有著重要的作用。本文在5a的基礎(chǔ)上，從改變氮烷基取代出發(fā)對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，合成了5b～5f，以探討氮烷基取代變化對(duì)其反應(yīng)及后續(xù)化合物活性的影響。

在1的合成中，文獻(xiàn)方法［6～8］采用在 Pd/C 與37%甲醛體系中加入水，一定氫氣壓力下反應(yīng)10 h的方法。該方法耗時(shí)長(zhǎng)、成本高。本文以冰乙酸替代水，使Pd/C的用量降低至文獻(xiàn)方法的1/5，反應(yīng)時(shí)間減少一半，而收率略有提高，極大地降低了成本。

在4的合成中，文獻(xiàn)［8］方法得到的是帶惡臭味的深紅色產(chǎn)物，本文改用混合溶劑［V(DMF)∶V(乙酸乙酯)=1∶1］作為反應(yīng)溶劑，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，先室溫反應(yīng)再升溫反應(yīng)的方法，既高收率地得到了產(chǎn)物，又減輕了產(chǎn)物的色澤及硫代反應(yīng)帶來(lái)的惡臭。

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［9］1b:收率 91.0%，m.p.197 ℃ ～199 ℃;1H NMR(D2O)δ:1.33(t，J=7.2 Hz，3H)，2.10 ～ 2.15(m，1H)，2.22 ～2.27(m，1H)，2.71 ～2.77(m，2H)，3.02(dd，J=12.8 Hz，2.4 Hz，1H)，3.65(dd，J=12.4 Hz，4.8 Hz，1H)，4.05(dd，J=10.4 Hz，7.2 Hz，1H)，4.41 ～4.48(m，1H);MSm/z:160.07{［M+H］+}.1c:收率 89.0%，m.p.191℃ ～194 ℃;1H NMR(D2)δ:0.89(t，J=7.2 Hz，3H)，1.52 ～1.61(m，2H)，1.95 ～2.01(m，1H)，2.08 ～2.14(m，1H)，2.65 ～2.75(m，2H)，2.86(dd，J=12.8 Hz，2.4 Hz，1H)，3.52(dd，J=12.4 Hz，4.8 Hz，1H)，3.78(dd，J=10.4 Hz，7.2 Hz，1H)，4.28 ～4.35(m，1H);MSm/z:174.06{［M+H］+}.1d:收率 92.0%，m.p.193 ℃ ～195 ℃;1H NMR(D2O)δ:1.19(d，J=6.8 Hz，6H)，2.13 ～2.18(m，1H)，2.23 ～2.27(m，1H)，2.78 ～ 2.83(m，1H)，2.97(dd，J=12.8 Hz，2.4 Hz，1H)，3.62(dd，J=12.4 Hz，4.8 Hz，1H)，3.73(dd，J=10.0 Hz，7.2Hz，1H)，4.35 ～ 4.42(m，1H);MSm/z:174.08{［M+H］+}.1e:收率 95.0%，m.p.196 ℃ ～199 ℃;1H NMR(D2O)δ:0.87(t，J=7.2 Hz，3H)，1.24 ～ 1.32(m，2H)，1.52 ～ 1.58(m，2H)，2.04 ～2.08(m，1H)，2.15 ～2.21(m，1H)，2.62 ～2.70(m，2H)，2.90(dd，J=12.8 Hz，2.4 Hz，1H)，3.56(dd，J=12.4 Hz，4.8 Hz，1H)，3.75(dd，J=10.4 Hz，7.2 Hz，1H)，4.31 ～ 4.39(m，1H);MSm/z:188.06{［M+H］+}.1f:收率93.0%，m.p.190 ℃ ～ 194 ℃;1H NMR(D2O)δ:0.88(d，J=7.2 Hz，6H)，1.64 ～1.72(m，1H)，2.04 ～2.10(m，1H)，2.18 ～2.26(m，1H)，2.65 ～2.70(m，2H)，2.86(dd，J=12.8 Hz，2.4 Hz，1H)，3.63(dd，J=12.4 Hz，4.8 Hz，1H)，3.82(dd，J=10.4 Hz，6.8 Hz，1H)，4.38 ～ 4.44(m，1H);MSm/z:188.09{［M+H］+}.

［10］2b:收率97.3%，m.p.161 ℃ ～163 ℃;1H NMR δ:1.31(t，J=7.2 Hz，3H)，2.08 ～ 2.12(m，1H)，2.19 ～ 2.23(m，1H)，2.57 ～ 2.65(m，2H)，3.01 ～ 3.07(m，1H)，3.62 ～ 3.68(m，1H)，3.76(s，3H)，4.05(dd，J=10.4 Hz，7.6 Hz，1H)，4.41 ～4.48(m，1H);MSm/z:173.07{［M+H］+}.2c:收率95.7%，m.p.166 ℃ ～169℃;1H NMR(CD3OD)δ:0.90(t，J=7.2 Hz，3H)，1.53 ～ 1.61(m，2H)，1.99 ～ 2.04(m，1H)，2.09 ～ 2.15(m，1H)，2.77 ～ 2.83(m，2H)，3.05 ～ 3.12(m，1H)，3.71 ～ 3.77(m，1H)，3.82(s，3H)，3.98(dd，J=10.4 Hz，7.2 Hz，1H)，4.45 ～4.51(m，1H);MSm/z:188.05{［M+H］+}.2d:收率 90.7%，m.p.157 ℃ ～159℃;1H NMR(CD3OD)δ:1.21(d，J=7.2 Hz，6H)，2.11 ～ 2.17(m，1H)，2.26 ～ 2.32(m，1H)，2.75 ～ 2.81(m，1H)，3.03 ～ 3.08(m，1H)，3.58 ～3.63(m，1H)，3.74(s，3H)，3.88(dd，J=10.4 Hz，7.2 Hz，1H)，4.35 ～4.42(m，1H);MSm/z:188.08{［M+H］+}.2e:收率93.1%，m.p.163 ℃ ～165 ℃;1H NMR(CD3OD)δ:0.89(t，J=7.2 Hz，3H)，1.26 ～ 1.33(m，2H)，1.56 ～ 1.62(m，2H)，2.11 ～ 2.16(m，1H)，2.24 ～ 2.32(m，1H)，2.68 ～ 2.74(m，2H)，2.99 ～ 3.05(m，1H)，3.55 ～ 3.62(m，1H)，3.78(s，3H)，3.92 ～ 3.97(dd，J=10.4 Hz，7.2 Hz，1H)，4.44 ～4.49(m，1H);MSm/z:202.06{［M+H］+}.2f:收率 90.9%，m.p.158℃ ～160 ℃;1H NMR(CD3OD)δ:0.88(d，J=7.2 Hz，6H)，1.58 ～ 1.64(m，1H)，2.06 ～ 2.12(m，1H)，2.18 ～2.27(m，1H)，2.71 ～2.77(m，2H)，2.93 ～ 3.00(m，1H)，3.54 ～ 3.60(m，1H)，3.76(s，3H)，3.92(dd，J=10.4 Hz，7.2 Hz，1H)，4.53 ～4.59(m，1H);MSm/z:202.09{［M+H］+}.