周石洋, 陳 玲, 楊善彬

(1. 重慶師范大學(xué) 化學(xué)學(xué)院, 重慶 401331; 2. 重慶市墊江第二中學(xué), 重慶 408318)

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酶抑制劑鐮孢菌酸的合成工藝

周石洋1, 陳 玲2, 楊善彬1

(1. 重慶師范大學(xué) 化學(xué)學(xué)院, 重慶 401331; 2. 重慶市墊江第二中學(xué), 重慶 408318)

以2-甲基吡啶為起始原料,經(jīng)氧化、酯化、烷基化和水解等反應(yīng)步驟,合成目標(biāo)產(chǎn)物鐮孢菌酸.實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)研究了烷基化反應(yīng)過(guò)程,并對(duì)該反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化.目標(biāo)產(chǎn)物及中間產(chǎn)物結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR、13C NMR、MS和元素分析法進(jìn)行表征.

酶抑制劑; 鐮孢菌酸; 優(yōu)化; 合成工藝

多巴胺體內(nèi)代謝主要通過(guò)單胺氧化酶—B(MAO—B)、兒茶酚—O—甲基轉(zhuǎn)移酶(COMT)和多巴胺β—羥基化酶進(jìn)行.抑制這三種酶,就能降低腦內(nèi)多巴胺的代謝,從而提高腦內(nèi)多巴胺水平,對(duì)帕金森具有治療作用[1-2].鐮孢菌酸學(xué)名5—丁基—2—吡啶甲酸,為多巴胺β—羥基化酶的強(qiáng)效抑制劑,能阻斷體內(nèi)多巴胺進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為兒茶酚胺,從而提高中樞多巴胺水平,達(dá)到治療作用[3-5].另外,鐮孢菌酸能抑制去甲腎上腺素合成,有降血壓作用,還具有解酒癮作用等.目前有關(guān)鐮孢菌酸的合成路線報(bào)道有不少文獻(xiàn),有以鐮孢菌酸叔丁酯或者鐮孢菌酸甲酯為原料經(jīng)過(guò)水解的方式合成鐮孢菌酸;也有以5—丁基—2—氰基吡啶為原料經(jīng)過(guò)水解等步驟合成鐮孢菌酸;還有以2,5—二丁基吡啶為原料經(jīng)氧化等步驟合成鐮孢菌酸;另外還有以2,5—二甲基吡啶為原料進(jìn)氧化等步驟合成鐮孢菌酸等這些合成路線[6-8].這些路線存在不少缺點(diǎn),其主要表現(xiàn)在使用的原料價(jià)格較高,如鐮孢菌酸叔丁酯和鐮孢菌酸甲酯本身價(jià)格較高,再通過(guò)水解的方式獲得鐮孢菌酸沒(méi)什么實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,另外這些文獻(xiàn)所報(bào)道的合成方法中總產(chǎn)率也比較低僅不到20%,這是這些合成方法存在這些不同程度的缺點(diǎn),因此在工業(yè)上的應(yīng)用極為困難,這些合成路線難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn).本課題組結(jié)合目前現(xiàn)有報(bào)道的合成路線,從新設(shè)計(jì)了新的合成路線,以2—甲基吡啶為原料,經(jīng)氧化、酯化、烷基化和水解反應(yīng),最后合成目標(biāo)產(chǎn)物鐮孢菌酸[9-11].該合成路線使用的原料廉價(jià),且每步操作簡(jiǎn)單,總收率較高,因此具有較好的工業(yè)用途,能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn).目標(biāo)產(chǎn)物及中間產(chǎn)物結(jié)構(gòu)都經(jīng)1H NMR、13C NMR、MS和元素分析法進(jìn)行表征.鐮孢菌酸合成路線如圖1.

圖1 鐮孢菌酸的合成方法一

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

ZRD—1全自動(dòng)熔點(diǎn)儀;1H NMR和13C NMR用Brucker ARX-300型核磁共振儀測(cè)定,內(nèi)標(biāo)為TMS,DMSO作為溶劑;所用試劑均為分析純或化學(xué)純.

1.2 合成實(shí)驗(yàn)

(1) 2—吡啶甲酸的合成.在250 mL圓底燒瓶中加入0.10 mol 2—甲基吡啶和100 mL蒸餾水,攪拌加熱至沸.分批加入0.20 mol高錳酸鉀,粘附在瓶口的高錳酸鉀用10 mL蒸餾水沖洗入瓶?jī)?nèi).繼續(xù)在攪拌下反應(yīng),直至反應(yīng)液2—甲基吡啶幾乎消失,回流液不再出現(xiàn)油珠.將反應(yīng)混合物趁熱減壓過(guò)濾,用少量熱水洗滌濾渣二氧化錳.合并濾液和洗滌液,放在冰水浴中冷卻,然后用濃鹽酸酸化(用剛果紅試紙?jiān)囼?yàn)),2—吡啶羧酸全部析出,靜置,過(guò)濾,干燥,用丙酮重結(jié)晶,得到白色針狀結(jié)晶2—吡啶甲酸,產(chǎn)率90.4%,m.p.139～141 ℃,1H NMR(300 MHz,DMSO)δ:8.76(m,1 H,吡啶—H),8.10(m,1 H,吡啶—H),8.03(m,1 H,吡啶—H),7.67(m,1 H,吡啶—H);13C NMR(75 MHz,DMSO)δ:166.1,149.4,148.4,137.4,127.0,124.6;HR-ESI-MS m/z: calcd for C6H5NO2{[M+H]+}123.1102,found 123.032;Anal.calcd for C6H5NO2:C,58.54;H,4.09;N,11.38;O,25.99;found:C,58.55;H,4.10;N,11.37;O,25.98%.

(2) 2—吡啶甲酸甲酯的合成.取上步合成的2—吡啶甲酸0.10 mol置于250 mL圓底燒瓶中,再加入100 mL無(wú)水甲醇(過(guò)量),先攪拌均勻.恒壓條件下用滴液漏斗滴加5 mL濃硫酸,控制滴加速率.滴加完畢后,升溫至沸騰回流5 h.常壓除去過(guò)量的甲醇,得到粘稠狀物質(zhì),再減壓蒸餾,收集93 ℃,133 Pa的產(chǎn)物,得到無(wú)色透明液體2—吡啶甲酸甲酯,產(chǎn)率90.2%,b.p.227.4 ℃(101 kPa),1H NMR(300 MHz,DMSO)δ:8.76(m,1 H,吡啶—H),8.14(m,1 H,吡啶—H),7.86(m,1 H,吡啶—H),7.50(m,1 H,吡啶—H),4.02(s,3H,—CH3);13C NMR(75 MHz,DMSO)δ:165.6,149.8,137.1,127.0,125.1,52.8;HR-ESI-MS m/z: calcd for C7H7NO2{[M+H]+}137.1411,found 137.0477;Anal.calcd for C7H7NO2:C,61.31;H,5.14;N,10.21;O,23.33;found:C,61.32;H,5.14;N,10.21;O,23.32%.

(3) 鐮孢菌酸的合成.將上步合成的2—吡啶甲酸甲酯0.10 mol置于250 mL圓底燒瓶中,加100 mL二甲基甲酰胺(DMF),在加入研磨好的無(wú)水AlCl30.01 mol.在劇烈攪拌條件下,緩慢滴加0.10 mol 1—氯丁烷.滴加完畢后,升溫至沸騰回流8 h,待反應(yīng)完成后無(wú)HCl氣體生產(chǎn)后,停止加熱,趁熱過(guò)濾,除去催化劑AlCl3.靜置,冷卻至室溫,攪拌條件下滴加4 mol/L的H2SO4溶液至pH值為2～3.升溫至80 ℃,反應(yīng)4 h,待反應(yīng)完成后,靜置,冷卻,有白色晶體析出.常壓抽濾,干燥,用甲苯重結(jié)晶,得白色固體鐮孢菌酸,產(chǎn)率88.7%,m.p.98～100 ℃,1H NMR(300 MHz,DMSO)δ:11.0(s,1H,—OH),8.75(m,1 H,吡啶—H),8.20(m,1 H,吡啶—H),7.87(m,1 H,吡啶—H),2.62(s,2H,—CH2—),1.59(s,2H,—CH2—),1.31(s,2 H,—CH2—),0.90(s,3 H,—CH3);13C NMR(75 MHz,DMSO)δ:168.3,147.9,147.2,140.8,138.0,124.4,33.0,25.9,22.3,14.1;HR-ESI-MS m/z: calcd for C10H13NO2{[M+H]+}179.2160,found 179.0950;Anal.calcd for C10H13NO2:C,67.02;H,7.31;N,7.82;O,217.85;found:C,67.03;H,7.30;N,7.83;O,217.84%.

2 結(jié)果與討論

2.1 合成路線選擇

結(jié)合目前有關(guān)合成鐮孢菌酸的路線,我們課題組從新設(shè)計(jì)了合成路線,在路線設(shè)計(jì)過(guò)程中,提出了兩條合成路線,即見(jiàn)圖1和圖2合成方法一以2—甲基吡啶為原料,經(jīng)KMnO4氧化、甲醇酯化、1—氯丁烷烷基化和水解等反應(yīng)步驟合成目標(biāo)產(chǎn)物鐮孢菌酸.該合成路線在操作中簡(jiǎn)單,每步合成收率較高,從而總收率高(總收率可達(dá)72%),另外該合成路線的副產(chǎn)物少.合成方法二同樣以2—甲基吡啶為原料,經(jīng)1—氯丁基烷基化、KMnO4氧化反應(yīng)等步驟合成目標(biāo)產(chǎn)物鐮孢菌酸.該合成路線操作不易,第一步烷基化過(guò)程中就存在多種副產(chǎn)物,第二步氧化過(guò)程中同樣有多種產(chǎn)物,并且氧化過(guò)程條件很難控制,KMnO4氧化能力較強(qiáng),很容易氧化甲基和丁基,因此該合成路線總的收率低(總收率僅為23%).該兩條路線相比,Scheme 1總體上是比較理想的,總收率較高,操作簡(jiǎn)單,產(chǎn)物易分離等優(yōu)點(diǎn),因此能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),工業(yè)用途較為理想.

圖2 鐮孢菌酸的合成方法二

2.2 烷基化反應(yīng)條件優(yōu)化

在合成目標(biāo)產(chǎn)物鐮孢菌酸路線過(guò)程中,我們課題組選擇Scheme 1,該路線關(guān)鍵步驟為烷基化反應(yīng).在烷基化反應(yīng)過(guò)程中,以2—吡啶甲酸甲酯0.10 mol和1—氯丁烷0.10 mol作為反應(yīng)體系.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中先對(duì)溶劑進(jìn)行了篩選,選用了DMF、THF和DMSO等溶劑中,由表1可以看出,但催化劑種類、催化劑用量以及反應(yīng)時(shí)間相同時(shí),總體而言DMF作為反應(yīng)溶劑時(shí)其產(chǎn)率明顯要高于其他溶劑(表1中4,12,16和5,13,17).從這兩組數(shù)據(jù)可以看出,DMF作為反應(yīng)溶劑時(shí),其最高產(chǎn)率可達(dá)88%,而DMSO作為反應(yīng)溶劑時(shí)產(chǎn)率僅為48%,產(chǎn)率相差較大,通過(guò)綜合評(píng)價(jià)最終選出了最理想反應(yīng)溶劑為DMF.溶劑選出之后,課題組系統(tǒng)的研究了催化劑選擇、催化劑用量以及反應(yīng)時(shí)間等.因?yàn)檫@些反應(yīng)條件對(duì)烷基化反應(yīng)都有一定程度的影響,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中并對(duì)這些反應(yīng)條件進(jìn)行了相應(yīng)優(yōu)化.由表1可以看出,在對(duì)催化劑對(duì)反應(yīng)的影響很大,是否使用催化劑,使用什么樣催化劑其收率變化很大.在沒(méi)有使用催化劑時(shí),烷基化反應(yīng)收率僅為13%(表1中23);使用催化劑收率都較高,其中使用AlCl3的收率都較高(表1中5～9).從表中還可以看出,催化劑用量也對(duì)反應(yīng)影響很大,同一反應(yīng)溶劑中,同樣催化劑,催化劑用量多少也對(duì)收率有不同影響(表1中5～9,14～15,21～22).另外反應(yīng)時(shí)間也對(duì)收率有不少影響,反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)反應(yīng)是否進(jìn)行徹底,時(shí)間過(guò)長(zhǎng)又會(huì)有副反應(yīng)產(chǎn)生,從而影響反應(yīng)收率(表1中1～2,5～6,13～14).

表1 烷基化反應(yīng)條件優(yōu)化

3 結(jié) 論

報(bào)道一種新的高效合成鐮孢菌酸的路線,以2—甲基吡啶為起始原料,經(jīng)氧化、酯化、烷基化和水解等反應(yīng)步驟,最終合成目標(biāo)產(chǎn)物鐮孢菌酸.該合成路線總收率高、操作簡(jiǎn)單易行和原料廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn),因此具有較好的工業(yè)前途,以便于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn).其目標(biāo)產(chǎn)物和中間產(chǎn)物結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR、13C NMR、MS和元素分析法進(jìn)行表征.

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【責(zé)任編輯: 胡天慧】

Synthesis of Enzyme Inhibitors Fusarinic Acid

ZhouShiyang1,ChenLing2,YangShanbin1

(1. College of Chemistry, Chongqing Normal University, Chongqing 401331, China; 2. The Second Middle School of Dianjiang, Chongqing 408318, China)

Taking 2-methyl pyridine as raw materials, through the reaction steps of oxidation, esterification, alkylation and hydrolysis, the target product Fusaric acid is synthesized. The alkylation reaction process is studied and the reaction conditions are optimized. The structures of the target products and intermediates are characterized by1H NMR,13C NMR, MS and elemental analysis method.

enzyme inhibitor; fusarinic acid; optimization; characterization

2016-10-30

活性物質(zhì)生物技術(shù)教育部工程研究中心開(kāi)放基金資助項(xiàng)目(20150408); 重慶市社會(huì)民生科技創(chuàng)新項(xiàng)目(cstc2015shmszx80060).

周石洋(1986-),男,重慶人,重慶師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)師.

2095-5456(2017)02-0099-04

O 622.6

A