吳 菊，馬 兵，王月慧，張 躍，嚴(yán)生虎，沈介發(fā)，劉建武

(常州大學(xué)制藥與生命科學(xué)學(xué)院，江蘇 常州 213164)

天然產(chǎn)物Theonella家族的系列化合物具有類(lèi)似的雙環(huán)十二肽結(jié)構(gòu)。其中包括具有偶聯(lián)結(jié)構(gòu)的 Theonellamide F［1］(Ⅰ，Chart 1)和 Theopalauamide［2］(Ⅱ，Chart 1)。Ⅰ和Ⅱ都包含八個(gè)非天然的氨基酸，同時(shí)還包括一個(gè)奇特的τ-L-組氨酸-D-丙氨酸(τ-L-His-D-Ala)的雙氨基酸偶聯(lián)結(jié)構(gòu)，通過(guò)咪唑環(huán)τ-N與丙氨酸β-C連接。遺憾的是，到目前為止還未有Ⅰ的全合成報(bào)道。而且，只有兩個(gè)課題組曾在這方面做過(guò)一定的嘗試［3］。

Chart 1

20世紀(jì)90年代，Hamada和Shioiri曾報(bào)道Ⅰ中的關(guān)鍵片段 Aboa［4］和 Ahad［5］，同時(shí)也分別對(duì)它的左手環(huán)［6］和右手環(huán)［7］的合成進(jìn)行構(gòu)建。而對(duì)于τ-L-His-D-Ala的合成，盡管Hamada和Shioiri提出了一條相對(duì)簡(jiǎn)潔的路徑(采用β-內(nèi)酯開(kāi)環(huán)與組氨酸直接偶聯(lián)的方式進(jìn)行合成［8］)，但是此方法的低區(qū)域選擇性以及需要消耗大過(guò)量的組氨酸原料，導(dǎo)致總收率低(7%)。而在此后的十六年間卻沒(méi)有相關(guān)的全合成進(jìn)展。這很有可能是由于中間體τ-L-His-D-Ala低效率的合成導(dǎo)致無(wú)法積累足夠的量來(lái)完成整個(gè)分子的合成。因此，τ-L-His-D-Ala的成功合成將成為T(mén)heonella化合物全合成的關(guān)鍵步驟。

本文設(shè)計(jì)一條收斂的合成路線(Scheme 1)，期望能解決Hamada合成中低收率和低區(qū)域選擇性問(wèn)題。在Scheme 1的逆合成分析中，最重要的是實(shí)現(xiàn)咪唑環(huán)合成，主要通過(guò)3直接環(huán)合。而3則可以通過(guò)4和5來(lái)合成。

Scheme 1

4可從D-絲氨酸出發(fā)，經(jīng)8步反應(yīng)合成。5可從L-絲氨酸出發(fā)，經(jīng)3步反應(yīng)合成，收率70%［9］。但是，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)使我們認(rèn)識(shí)到，環(huán)合不一定能成功，即2不確定能否成功合成。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了并合成了一個(gè)簡(jiǎn)單的化合物——1，4-二芐基-1H-咪唑-5-甲基三氟甲磺酸酯(6)來(lái)作為τ-LHis-D-Ala的模型構(gòu)建環(huán)合過(guò)程，通過(guò)其合成研究探索一種τ-L-His-D-Ala的全新合成方法。

通過(guò)6的逆合成分析可知，合成6得先合成N-芐基-2-異氰基-3-苯基丙酰胺(7)。為此，本文以苯丙氨酸(8)為起始原料，經(jīng)5步反應(yīng)合成了7;7經(jīng)環(huán)合合成 6(Scheme 2)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13C NMR，IR和MS確證。并重點(diǎn)考察了堿和氟化劑對(duì)環(huán)合反應(yīng)的影響，得出環(huán)合反應(yīng)的最佳條件。

Scheme 2

6的合成，成功驗(yàn)證了從α-異氰基酰胺直接成環(huán)合成成咪唑環(huán)的可行性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Bruker AVANCEⅢ500 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo));FT-IR-8400S型紅外光譜儀(KBr壓片);Finnigan TSQ Quantum-MS型質(zhì)譜儀。

柱層析用硅膠200目～300目，青島海洋化工廠;其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1)苯丙氨酸甲酯(9)的合成

在反應(yīng)瓶中加入8 16.52 g(100 mmol)和無(wú)水甲醇30 mL，攪拌得懸浮液;Ar氣氛保護(hù)下于0℃滴加亞硫酰氯18.00 mL(253 mmol)，滴畢，慢慢升至室溫，回流反應(yīng)4 h。蒸除溶劑得甲基酯鹽酸鹽。用飽和NaHCO3溶液(100 mL)洗滌，用二氯甲烷(4×50 mL)萃取，合并有機(jī)層，用無(wú)水MgSO4干燥，濃縮得無(wú)色油狀物 9 16.83 g，收率94%;1H NMR δ:7.30～7.10(m，5H)，3.72～3.65(m，1H)，3.69(s，3H)，3.00～ 2.80(m，2H)，1.49(brs，2H)。

(2)N-甲酰基-苯丙氨酸甲酯(10)的合成

在反應(yīng)瓶中加入9 8.95 g(50 mmol)和無(wú)水二氯甲烷13 mL，攪拌使其溶解;Ar氣氛保護(hù)下于0℃滴加混合酸酐［V(乙酸酐)∶V(甲酸)=1∶1］6.72 g(80 mmol)，滴畢，于室溫反應(yīng)2 h。蒸除溶劑得淡黃色油狀物10，收率100%;1H NMR δ:8.01(s，1H)，7.29～7.13(m，7H)，6.88(brs，1H)，3.66(dd，J=8.0 Hz，6.0 Hz，1H)，3.64(s，3H)，3.02(dd，J=7.8 Hz，6.0 Hz，1H)。

(3)異腈化物(11)的合成

在反應(yīng)瓶中加入三氯氧磷2.9 mL(31 mmol)和THF 60 mL，攪拌使其溶解;于-78℃滴加混合液［三乙胺17 mL+10 5.18 g(25 mmol)+THF 60 mL］，滴畢，于0℃反應(yīng)直至反應(yīng)液變?yōu)榧t色為止(約2 h)。加水50 mL，用乙醚(3×30 mL)萃取，合并有機(jī)層，用MgSO4干燥，濃縮得紅色油狀物 11;1H NMR δ:7.29～7.17(m，5H)，4.39(dd，J=8.4 Hz，4.7 Hz，1H)，3.73(s，3H)，3.19(dd，J=13.8 Hz，4.7 Hz，1H)，3.07(dd，J=13.8 Hz，8.4 Hz，1H)。

(4)7的合成

在反應(yīng)瓶中依次加入 11 5.95 g(31.5 mmol)，芐胺 3.38 g(31.5 mmol)及 p-甲苯磺酸(TsOH)31.5 mg(0.183 mmol)，攪拌下于60 ℃反應(yīng)35 min。Ar氣氛下，有灰白色沉淀析出。過(guò)濾，濾餅用甲醇洗滌，異丙醇重結(jié)晶得象牙色粉末7 8.42 g，收率 100%;1H NMR δ:7.34～7.29(m，5H)，7.27(s，1H)，7.25(s，1H)，7.14(s，1H)，7.13(s，1H)，6.49(br s，1H)，4.50～4.45(m，3H)，4.39(dd，J=15.0 Hz，5.0 Hz，1H)，3.31(dd，J=15.0 Hz，5.0 Hz，1H)，3.22(dd，J=15.0 Hz，5.0 Hz，1H);13C NMR δ:164.5，162.4，137.5，134.3，129.6(2C)，128.8，128.7，127.9(2C)，127.8(2C)，127.7(2C)，59.8，44.0，38.6;IR ν:3 298，3 064，3 030，2 930，2 142，1 666，1 604，1 534，1 496，1 454，1 286，1 240，1 081，1 029 cm-1;HR-MS(ESI)m/z:Calcd for C17H16N2OH［MH+］265.136 1，found 264.321 7。

(5)6的合成

Ar保護(hù)，在反應(yīng)瓶中加入干燥 THF 26.8 mL，攪拌下于 -78 ℃ 加入 7 709.2 mg(2.68 mmol);緩慢滴加叔丁醇鉀2.68 mL(1 mol·L-1的THF溶液)，滴畢，于 -20℃反應(yīng)20 min;于-78℃緩慢加入 Commins’試劑 2.1 g(5.37 mmol)的THF(1.8 mL)溶液，反應(yīng)1 h;于室溫反應(yīng)過(guò)夜。旋干溶劑，用二氯甲烷(3×30 mL)萃取，合并有機(jī)層，用水洗滌，無(wú)水Na2SO3干燥，濃縮后經(jīng)硅膠柱層析［洗脫劑:V(正己烷)∶V(乙酸乙酯)=95∶5］純化得淡黃色油狀物 6，收率30%;1H NMR δ:7.39～7.28(m，6H)，7.24～7.71(m，3H)，7.13～ 7.06(m，2H)，5.56(s，2H)，4.05(s，2H);13C NMR δ:136.5，135.0，133.2，139.2，129.0(2C)，128.6，128.5，127.9(2C)，127.3(2C)，126.9(2C)，126.6(2C)，49.5，32.2;HR-MS(ESI)m/z:Calcd for C18H15N2O3SF3［MH+］397.087 7，found 397.087 7。

2 結(jié)果與討論

2.1 7 的合成

對(duì)于7的合成，文獻(xiàn)［10］方法是以外消旋8，亞硫酰氯和甲醇進(jìn)行甲酯化得中間體9。乙酸酐和甲酸配成混合酸酐與9反應(yīng)生成10。通常，甲酰胺到異氰酸的轉(zhuǎn)化，主要是利用Burgess試劑進(jìn)行脫水，目的是為了避免與分子中其他的氮原子發(fā)生潛在的副反應(yīng)。但在10中，本文僅利用磷酰氯脫水重結(jié)晶后，得到幾乎等當(dāng)量的11;11再通過(guò)TsOH催化成功轉(zhuǎn)化為7，并直接從反應(yīng)混合物中析出。

2.2 6 的合成

7的環(huán)合過(guò)程是本文的關(guān)鍵。我們考察了不同類(lèi)型的堿對(duì)7環(huán)合反應(yīng)的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可見(jiàn)，可能是生成了不穩(wěn)定的互變異構(gòu)體12，從而導(dǎo)致環(huán)合效果不佳，即收率低。眾所周知，12在堿性條件下會(huì)發(fā)生兩種構(gòu)型異構(gòu)體的轉(zhuǎn)變。當(dāng)然，得到烯醇式化合物12B將是有利于此反應(yīng)的。與此同時(shí)，采用三氟甲基磺酸試劑將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的三氟甲磺酸酯，可穩(wěn)定此異構(gòu)體。

表1 咪唑環(huán)合成條件篩選Table 1 Screening of imidazole ring synthesis conditions

以n-BuLi為堿，PhNTf2(Chart 2)為磺酸酯化劑時(shí)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)中未能檢測(cè)到6的生成(Entry 1)。嘗試了KHMDS(Chart 2)，t-BuOK和膦堿(Ⅲ，Chart 2)分別與PhNTf2進(jìn)行的反應(yīng)。結(jié)果表明，以t-BuOK為堿時(shí)，可以得18%的6(Entry 3)，而在其它兩種條件下只能得到一些未知的混合物，并沒(méi)有6生成(Entry 2和Entry 4)。

Chart 2

對(duì)三氟甲基磺酸酯試劑進(jìn)行了摸索，采用較為經(jīng)典的Commins’試劑作為磺?；噭?，發(fā)現(xiàn)有產(chǎn)物生成。同時(shí)，我們對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，產(chǎn)品收率能提高至30%(Entry 5)，但6在柱層析純化過(guò)程中，多余的磺酸酯試劑總會(huì)與所需產(chǎn)物一同洗脫下來(lái)，而無(wú)法得到純度較高的6(不影響收率的計(jì)算，收率是通過(guò)總重量和核磁共振摩爾百分比準(zhǔn)確計(jì)算的)。

綜上所述，合成6的最佳堿為t-BuOK，最佳酯化劑為 Commins’reagent。

3 結(jié)論

通過(guò)建立τ-L-His-D-Ala模型研究已經(jīng)成功地證實(shí)了咪唑環(huán)環(huán)合的可行性，同時(shí)初步篩選出合適的堿及三氟甲磺酸酯化試劑。從4和5的偶聯(lián)后生成二肽異氰類(lèi)化合物的合成已經(jīng)同時(shí)展開(kāi)，并且已經(jīng)合成出化合物3［11］。模型化合物6的合成經(jīng)驗(yàn)，將很快用于實(shí)現(xiàn)從3到1的轉(zhuǎn)變，并最終完成高選擇性的二肽τ-L-His-D-Ala合成。

本文提出了一種新型1，4-二取代咪唑環(huán)的合成方法，即通過(guò)α-異氰基酰胺直接成環(huán)合成咪唑環(huán)。模型化合物1，4-二芐基-1H-咪唑-5-甲基三氟甲磺酸酯的合成，將幫助解決二肽τ-L-His-DAla合成中區(qū)域選擇性問(wèn)題。

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