王玲婷，陳衍成，郭超倫，朱琰婷，王世范[.海南大學 海洋學院 制藥工程系，海南 ?？?5708;.齊魯制藥(海南)有限公司，海南 ?？?57034]

·研究論文·

新型吡咯季銨鹽的合成*

王玲婷1，陳衍成2，郭超倫1，朱琰婷1，王世范1
[1.海南大學 海洋學院 制藥工程系，海南 ?？?570228;2.齊魯制藥(海南)有限公司，海南 ?？?570314]

以乙酰乙酸乙酯為原料，經(jīng)縮合、氧化、還原和氯代等反應合成了3-甲基-5-碘甲基-1H-吡咯-2,4-二(甲酸乙酯)(5)；5分別與烏洛托品，吡啶和三甲胺經(jīng)取代反應合成了3個吡咯季銨鹽6a～6c，其中5和6a～6c均為新化合物，其結構經(jīng)1H NMR,IR和ESI-MS表征。

海洋吡咯生物堿；吡咯衍生物；合成

海洋吡咯生物堿是海洋中蘊藏的一類活性天然產(chǎn)物。20世紀60年代以來，大量海洋吡咯生物堿被分離出來[1-3]，其中吡咯季銨鹽類生物堿Daminin( Chart 1) 因其對神經(jīng)的保護作用和低細胞毒性而備受關注[4-5]。但是由于受到海洋天然產(chǎn)物含量稀少的限制，絕大多數(shù)海洋吡咯生物堿仍然未能得以深入研究。通過人工合成海洋吡咯生物堿及其衍生物、類似物或結構簡化物以探討其活性，可在深入研究的同時，發(fā)現(xiàn)結構更簡單、活性更好及毒性更低的新化學實體[6-8]。

因此，本文以乙酰乙酸乙酯為原料，經(jīng)縮合、氧化、還原和氯代等反應合成了3-甲基-5-碘甲基-1H-吡咯-2，4-二(甲酸乙酯)(5);5 分別與烏洛托品，吡啶和三甲胺經(jīng)取代反應合成了3 個吡咯季銨鹽6a～6c，其中5和6a～6c均為新化合物，其結構經(jīng)1H NMR，IR 和ESI-MS 表征。

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

X-4型顯微熔點儀(溫度未校正)；Bruker 400MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標)；Thermo iS-10型紅外光譜儀(KBr壓片)；LCMS-IT-TOF型質(zhì)譜儀。

所用試劑均為分析純，按標準方法純化。

1．2 合成

(1)3,5-二甲基-1H-吡咯-2,4-二(甲酸乙酯)(1)的合成[9]

在圓底燒瓶中加入乙酰乙酸乙酯130mL(1.0mol)和冰醋酸500mL，冰水浴降溫至<5℃，攪拌下于2h內(nèi)緩慢滴加NaNO234.5g(0.5mol)的飽和水溶液，滴畢，反應2h(反應液變?yōu)闊o色透明液體)。升溫至回流，分別加入鋅粉80.0g(1.4mol)，加畢，回流反應30min(TLC檢測)。冷卻至室溫，倒入大量冰水中，析出白色絮狀固體，攪拌，抽濾，濾餅用水洗滌，干燥得白色絮狀固體1，收率80%，m.p.134℃～136℃；1H NMRδ：1.34(t,6H,CH3in Et),2.51(s,3H,3-CH3),2.56(s,3H,5-CH3),4.26(q,2H,CH2in Et),4.30(q,2H,CH2in Et),8.97(s,1H,NH)；IRν: 3443,3268,2932,1670,1436,1379cm-1。

(2)3-甲基-5-甲?；?1H-吡咯-2,4-二(甲酸乙酯)(2)的合成[10]

在反應瓶中加入12.4g(10mmol)和THF 60mL，攪拌使其溶解;加入HAc 60mL和蒸餾水60mL，于室溫下攪拌均勻，緩慢加入硝酸鈰銨22.0g(40mmol)，溶液呈橙黃色，繼續(xù)反應1.5h(TLC檢測)。倒入大量冰水中，析出沉淀，抽濾，濾餅用水洗滌，干燥得白色固體2，收率70%，m.p.124℃～126℃；1H NMRδ: 1.38(t,6H,CH3in Et),2.60(s,3H,3-CH3),4.36(q,2H,CH2in Et),4.39(q,2H,CH2in Et),7.26(s,1H,CHO),10.27(s,1H,NH);IRν: 3444,3270,2932,2899,1699,1478,1261,1086cm-1。

(3)3-甲基-5-羥甲基-1H-吡咯-2,4-二(甲酸乙酯)(3)的合成[11]

在反應瓶中加入22.5g(10mmol)和無水乙醇350mL，攪拌使其溶解;依次加入NaOH 400mg(10mmol)和NaBH4760mg(20mmol)，于室溫反應1h(TLC檢測)。減壓蒸除乙醇，倒入水中，析出白色固體，抽濾，濾餅用水洗滌，干燥得白色固體3，收率73%，m.p.121℃～122℃；1H NMRδ：1.36(t,6H,CH3in Et),2.57(s,3H,3-CH3),3.11(s,1H,OH),4.29(m,4H,CH2in Et),4.86(s,2H,1-H),9.24(s,1H,NH)；IRν: 3321,3278,2983,2935,1688,1484,1278，1240，1091，778cm-1。

(4)3-甲基-5-氯甲基-1H-吡咯-2,4-二(甲酸乙酯)(4)的合成[11]

在反應瓶中加入32.55g(10mmol)和DMF 15mL，攪拌使其溶解；30min內(nèi)滴加混合溶液[V(SOCl2)∶V(DMF)=1∶1]10mL，滴畢，于室溫反應3.5h至終點(TLC檢測)。倒入水中，析出沉淀，抽濾，濾餅用水洗滌，干燥得白色針狀晶體4，收率88%，m.p.154℃～156℃；1H NMRδ：1.26(t,6H,CH3in Et),2.58(s,3H,3-CH3),4.25(m,4H,CH2in Et),4.80(s,2H,α-H),9.36(s,1H,NH)；IRν: 3244,2985,1674,1480,1280,1202,1093,776cm-1。

(5)3-甲基-5-碘甲基-1H-吡咯-2,4-二(甲酸乙酯)(5)的合成

在反應瓶中加入41.64g(6mmol)和丙酮50mL，攪拌使其溶解;加入KI 4.44g(26.7mmol)，于65℃反應4h。倒入水中，析出沉淀，抽濾，濾餅用水洗滌，干燥得淡黃色固體5，收率75%，m.p.176℃～178℃；1H NMRδ：1.25(t,6H,CH3in Et),2.56(s,3H,3-CH3),4.27(m,4H,CH2in Et),4.78(s,2H,1-H),9.38(s,1H,NH)；IRν: 3270,2988,1660,1486,1290,1211,1082,790cm-1。

(6)碘化1-{[3,5-二(乙氧羰基)-4-甲基-1H-吡咯-2-基]甲基}-1,3,5,7-四氮雜-1-金剛烷鹽(6a)的合成

在反應瓶中依次加入5360mg(1.0mmol)，烏洛托品210mg(1.5mmol)和干燥氯仿30mL，加熱下攪拌使其溶解，于常溫密封靜置72h，析出無色針狀晶體，干燥得6a328mg，收率65%，m.p.144℃～145℃；1H NMRδ：1.39(m,6H,2CH3),2.59(s,3H,CH3),4.31(m,4H,2CH2),4.56(s,6H,NCH2N),5.38(s,6H,NCH2N),5.39(s,2H,α-H),12.03(s,1H,NH)；IRν: 2982,2922,1693,1478,1274,1189,1093,750cm-1；ESI-MSm/z: Calcd for C18H28N5O4I{[M+I]-}632.0236，found 632.0236。

(7)碘化1-{[3,5-二(乙氧羰基)-3-甲基-1H-吡咯-2-基]甲基}-1-吡啶鹽(6b)的合成

在反應瓶中加入5360mg(1.0mmol)和干燥氯仿15mL，攪拌使其溶解；滴加無水吡啶0.08mL(1.0mmol)，滴畢，加熱下攪拌均勻，于室溫密封靜置72h，析出無色塊狀晶體，干燥得無色塊狀固體6b，收率70%，m.p.168℃～170℃；1H NMRδ：1.35(m,6H,CH3in Et),2.55(s,3H,3-CH3),4.28(m,4H,CH2in Et),6.54(s,2H,1-H),8.01(dd,J=7.6Hz,6.8Hz,2H,ArH),8.45(t,1H,ArH),9.61(d,J=6.0Hz,2H,ArH),12.26(s,1H,NH)。IRν: 3131,3022,2988,1714,1683,1568,1488,1275,1240,1080,783,672cm-1；ESI-MSm/z: Calcd for C17H21N2O4I{[M+I]-}570.9596，found 570.9598。

(8)碘化1-[3,5-二(乙氧羰基)-4-甲基-1H-吡咯-2-基]-N,N,N-三甲基甲胺鹽(6c)的合成

在反應瓶中依次加入三甲胺鹽酸鹽20mg(0.2mmol)，無水碳酸鉀56mg(0.4mmol)和無水氯仿3mL，攪拌下于室溫反應10min。過濾得澄清溶液；滴加536mg(0.1mmol)的氯仿(5mL)溶液，滴畢，于室溫密封靜置72h，自然揮發(fā)氯仿，有無色針狀晶體析出，過濾，濾餅用乙醇洗滌多次，干燥得無色針狀晶體6c，產(chǎn)率50%，m.p.156℃～158℃；1H NMRδ：1.37(m,6H,CH3in Et),2.58(s,3H,3-CH3),3.38(s,9H,3NCH3),4.30(m,4H,CH2in Et),5.44(s,2H,5-CH2N),12.12(s,1H,NH);IRν: 3170,2961,1703,1463，1271，1215，1080，1003，783，650cm-1；ESI-MSm/z: Calcd for C15H25N2O4I{[M+I]-}550.9909，found 550.9907。

2 結果與討論

2．11的合成

1的合成經(jīng)過亞硝化和環(huán)化兩步反應，兩步反應需要的反應溫度恰好相反。亞硝化反應需要在低溫下進行，反應溫度一般低于5℃，溫度過高，反應產(chǎn)物顏色加深，副反應增加，反應安全性下降。亞硝化反應生成的乙酰乙酸乙酯亞硝化產(chǎn)物，經(jīng)鋅粉還原為胺后與反應體系中的乙酰乙酸乙酯經(jīng)原位縮合和關環(huán)反應生成吡咯衍生物所需溫度較高。文獻[9]方法采用于室溫下一次性加入鋅粉后再回流反應，收率71%。本文則在還原反應發(fā)生前，先加熱反應體系接近沸騰，然后分批加入鋅粉，這樣有利于吡咯的環(huán)化反應發(fā)生，避免了鋅粉對羰基的還原，收率提高至80%。由于該反應屬于放熱反應，可利用反應釋放的熱量維持體系的熱平衡。

2．22的合成

吡咯3-位的甲基容易被硝酸鈰銨氧化成醛基，文獻[10]方法中氧化劑和原料的摩爾比為1∶2，2需經(jīng)硅膠柱層析純化，收率僅20%。該反應屬于自由基反應，當吡咯α-位上含有吸電子基時，能夠穩(wěn)定反應過程中生成的自由基中間體，使反應容易進行。通過計算，1mol的原料需要4mol的硝酸鈰銨才能將甲基全部氧化為醛基，而且介質(zhì)的酸度對反應很敏感。因此，我們對該反應進行了改進，氧化劑的投料比從1∶2改為1∶4，反應在THF-HAc-H2O混合溶劑的弱酸性體系中進行，反應時間由2h縮短至1.5h，產(chǎn)物通過加入冰水即可獲得，收率由20%提高至70%，并且可避免復雜的柱層析純化。

2．33和4的合成

在3和4的合成中，文獻[10]方法采用活潑的吡咯α-位甲基的氯代制得4；4再水解為3的路線。本文則首先將吡咯α-位甲基氧化為醛基，再由NaBH4還原醛基制得3，最后經(jīng)醇羥基氯代反應合成4。該反應路線不但能夠合成3和4，而且能夠同時制得中間體2，為多樣性導向合成提供了更為豐富的合成模塊。

2．46a～6c的合成

碘代烷的反應活性和生物活性遠遠高于氯代烷。因此，在制備吡咯季銨鹽時，先將氯代吡咯用碘化鉀置換出碘代吡咯，再與叔胺反應得到碘化吡咯季銨鹽6。由于氮原子強的親核性和碘代烷的活潑性，反應在室溫下即可進行。考慮到反應物和產(chǎn)物的溶解性能以及產(chǎn)物的后處理，該反應溶劑選擇氯仿較為合適。氯仿不但能夠很好地溶解反應物碘代吡咯和叔胺，使反應形成均一體系，而且對6a～6c的溶解性能較差，便于將其從反應體系中分離。

3 結論

利用價廉易得的乙酰乙酸乙酯為原料，經(jīng)縮合、氧化、還原、氯代等反應高產(chǎn)率地合成了8個吡咯衍生物。1～5可作為基礎合成模塊，進一步構建更加復雜的吡咯生物堿;新化合物5，6a～6c的生物活性有待進一步研究。

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SynthesisofNovelPyrroleQuaternaryAmmoniumSalts

WANG Ling-ting1,CHEN Yan-cheng2,GUO Chao-lun1,ZHU Yan-ting1,WANG Shi-fan1

[1.Department of Pharmaceutical Engineering,School of Ocean,Hainan University,Haikou 570228,China;2.Qilu Pharmaceutical(Hainan)Company Limited,Haikou 570314,China]

An intermediate,diethyl 5-(iodomethyl)-3-methyl-1H-pyrrole-2,4-dicarboxylate(5),was prepared by the reaction of condensation,oxidation,reduction and chlorination from ethyl acetoacetate.Three pyrrole quaternary ammonium salts(6a～6c)was synthesized by substitution reaction of5with urotropin,pyridine and trimethylamine,respectively.5and6a～6cwere novel compunds.The structures were characterized by1H NMR,IR and ESI-MS.

marine pyrrole alkaloid;pyrrole derivative;synthesis

2013-09-09;

2014-09-17

國家自然科學基金資助項目(21162006)

王玲婷(1988-)，女，漢族，黑龍江方正人，碩士研究生，主要從事藥物合成的研究。

王世范，教授，博士生導師，E-mail：wangsf777@gmail.com

O626.13；O629.3

A

1005-1511(2014)06-0763-04