李國(guó)強(qiáng)， 劉小玲， 李平林， 羅祥超， 唐旭利

(中國(guó)海洋大學(xué) 1.醫(yī)藥學(xué)院，海洋藥物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266003; 2.化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266100)

綜 述

△1-哌啶酸(P2C)及其衍生物的合成綜述*

李國(guó)強(qiáng)1， 劉小玲1， 李平林1， 羅祥超2， 唐旭利2

(中國(guó)海洋大學(xué) 1.醫(yī)藥學(xué)院，海洋藥物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266003; 2.化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266100)

△1-哌啶酸(P2C)是一種特殊的六元環(huán)席夫堿，是合成L-哌啶酸必需的前體分子。P2C和L-哌啶酸是賴(lài)氨酸在生物體內(nèi)重要的代謝產(chǎn)物，更是化學(xué)合成中重要的手性構(gòu)建模塊和多種生物活性分子的關(guān)鍵組成片段。特別是，P2C及其衍生物可通過(guò)與生物體內(nèi)乙酰膽堿受體、FKBP12結(jié)合蛋白、NO合酶等多種底物相互作用而介導(dǎo)特定的生理過(guò)程，對(duì)生命活動(dòng)的正常進(jìn)行和一些疾病的防治具有重要意義。因此，P2C片段及其衍生物的合成具有重要研究意義。通常以L-賴(lài)氨酸為原料制備P2C，但是，賴(lài)氨酸難以氧化脫氨，以及P2C的固有不穩(wěn)定性，一直是干擾P2C穩(wěn)定獲取的關(guān)鍵問(wèn)題。目前，在賴(lài)氨酸氧化脫氨和酶催化合成P2C方面已經(jīng)有了一些成功的嘗試。本文首次對(duì)有關(guān)△1-哌啶酸及其衍生物的合成研究進(jìn)行總結(jié)，以期為△1-哌啶酸這一特殊席夫堿的研究和應(yīng)用提供參考。

△1-哌啶酸；衍生；合成

1 △1-哌啶酸(P2C)及其衍生物的結(jié)構(gòu)特征及應(yīng)用

1.1 △1-哌啶酸(P2C)的發(fā)現(xiàn)與結(jié)構(gòu)特征

1952年法國(guó)里爾學(xué)院的Boulanger P等[1]報(bào)道了海龜肝臟中L-氨基酸脫氫酶催化L-賴(lài)氨酸(1)形成不飽和哌啶酸(2)及L-哌啶酸(3)的生物化學(xué)過(guò)程，并在此后十多年的時(shí)間里持續(xù)對(duì)該生物化學(xué)過(guò)程進(jìn)行了深入探索，詳盡研究了L-賴(lài)氨酸的酶催化反應(yīng)，提出了L-賴(lài)氨酸作為該酶底物的特異性[2-4]。隨后研究者相繼在大鼠肝臟[3]和哺乳動(dòng)物腦部[5-6]、綠色木霉菌等各種微生物[7]以及蛇毒液中發(fā)現(xiàn)了L-賴(lài)氨酸的酶催化轉(zhuǎn)化途徑。近四十年來(lái)，研究者在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了L-賴(lài)氨酸轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，即不飽和哌啶酸和L-哌啶酸，在生物體內(nèi)可介導(dǎo)抗腫瘤、抗菌等各種生理病理過(guò)程。目前研究已證實(shí)，L-賴(lài)氨酸主要經(jīng)過(guò)兩種途徑被生物體代謝、吸收和利用，即L-哌啶酸途徑和酵母氨酸途徑[8-11](見(jiàn)圖1)。L-哌啶酸的生物代謝前體即為不飽和哌啶酸，又稱(chēng)△1-哌啶酸(2，簡(jiǎn)稱(chēng)P2C)[12]。依據(jù)此生源途徑，L-賴(lài)氨酸可作為合成P2C的首選原料，P2C在生物體內(nèi)可進(jìn)一步代謝為L(zhǎng)-哌啶酸，是生物和化學(xué)制備L-哌啶酸的必需前體分子。

P2C是一種具有環(huán)內(nèi)C=N的特征席夫堿，由于它同時(shí)具有環(huán)內(nèi)C=N和2-位COOH，其異構(gòu)體處于平衡體系，而亞胺可迅速水解為相應(yīng)的酮和胺(7)，進(jìn)而發(fā)生一系列脫羧、水解等變化[13-15](見(jiàn)圖2)。P2C的這種結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性給其分離、純化和保存帶來(lái)一定困難，從而限制了其合成和工業(yè)化生產(chǎn)。為解決這一問(wèn)題，研究者對(duì)影響P2C穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了深入研究。1971年美國(guó)克萊克森工業(yè)學(xué)院的Robert A. Clark和Donald C. Parker報(bào)道了溶劑極性對(duì)于亞胺/烯胺互變異構(gòu)現(xiàn)象的影響。研究表明，極性溶劑有利于烯胺形式的存在，但對(duì)其結(jié)構(gòu)的順?lè)串悩?gòu)無(wú)明顯影響[16]。1986年日本北里大學(xué)的Yoshihisa Kurasawa和Atsushi Takada報(bào)道了乙烯胺/縮醛亞胺的互變異構(gòu)現(xiàn)象，以及兩種異構(gòu)體之間的相對(duì)能量的計(jì)算研究。計(jì)算結(jié)果表明，亞胺比烯胺的能量低3.9 kcal·mol-1，而溶液介電常數(shù)的改變對(duì)這種互變過(guò)程影響很小[17]。1990年香港大學(xué)的Brian Capon 和 吳振平 報(bào)道了在一級(jí)和二級(jí)烯胺β-碳上引入合適的取代基，如取代的苯基等，形成C=N與苯環(huán)的p-π共軛，可以增強(qiáng)其穩(wěn)定性[18]。1998年北卡羅來(lái)納三角研究園的S.P.-LU和 Anita H. Lewin[19]研究了不同氘代溶劑以及溶液pH對(duì)四種α-氨基酸及P2C的亞胺/烯胺存在比例的影響。核磁共振氫譜表明，烯胺形式和亞胺形式的酯在氘代氯仿中各占50%；在氘代水中，亞胺形式的鹽占75%，而烯胺形式鹽占25%。紫外吸收研究進(jìn)一步表明，堿性環(huán)境有利于維持亞胺/烯胺互變體系的穩(wěn)定性。以上這些研究成果為P2C及其衍生物的合成研究提供了基礎(chǔ)理論依據(jù)。

圖1 賴(lài)氨酸的體內(nèi)代謝過(guò)程

圖2 P2C的互變異構(gòu)現(xiàn)象

1.2 天然來(lái)源P2C衍生物及其藥理活性

P2C和L-哌啶酸及其衍生物是構(gòu)成多種生物活性分子的關(guān)鍵模塊。例如，尼克霉素Z(9)[20]是由鏈霉菌產(chǎn)生的核苷二肽化合物，它的結(jié)構(gòu)與幾丁質(zhì)合成酶的底物UDP-N-乙酰氨基葡萄糖相似，最大差別在于尼克霉素Z中含有P2C單元。尼克霉素Z可與幾丁質(zhì)合成酶競(jìng)爭(zhēng)，從而抑制幾丁質(zhì)在真菌細(xì)胞中的生物合成，最終導(dǎo)致真菌細(xì)胞滲透性溶解。尼克霉素Z對(duì)真菌如粗球孢子菌和皮炎芽生菌有抗致病雙相性，但其抗念珠菌的效力較低。與其它抗真菌藥物如氟康唑、特比萘芬等聯(lián)合應(yīng)用，可大大增強(qiáng)抗真菌效能。2002年[21]和2004年[22]美國(guó)德雷克塞爾大學(xué)Marilyn Schuman Jorns課題組相繼報(bào)道了尼克霉素Z的生物合成途徑(見(jiàn)圖3)，即以L-賴(lài)氨酸為原料，在nikC(一種氨基轉(zhuǎn)移酶)催化下轉(zhuǎn)化成α-酮酸，再以氧氣作為電子供體，經(jīng)nikD(一種強(qiáng)氧化劑，能參與兩個(gè)連續(xù)的電子傳遞或同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)電子的傳遞)催化P2C的氧化成picolinate，進(jìn)而參與形成尼克霉素Z。

圖3 以L-賴(lài)氨酸為原料經(jīng)P2C合成尼克霉素的過(guò)程

雷帕霉素(10)、FK506(11)和FK520(12)是從鏈霉菌代謝物中分離得到的含有哌啶酸結(jié)構(gòu)片段的大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)天然產(chǎn)物，最初被發(fā)現(xiàn)是作為抗真菌劑。后來(lái)研究發(fā)現(xiàn)它們?cè)诙喟桶飞窠?jīng)元中通過(guò)哌啶酸乙酯片段與FKBP12結(jié)合，從而發(fā)揮免疫抑制作用。因此它們可作為強(qiáng)效免疫抑制劑應(yīng)用于器官移植、皮膚病、心臟病等治療研究領(lǐng)域。2006年美國(guó)伊利諾伊大學(xué)的Gatto J等[23]對(duì)這三個(gè)化合物進(jìn)行了微生物體內(nèi)產(chǎn)生過(guò)程研究：三者均是以L-賴(lài)氨酸為原料，經(jīng)P2C途徑形成L-哌啶酸，再通過(guò)NH形成酰胺鍵和2-羧基形成酯鍵而嵌入大環(huán)分子。從臨床應(yīng)用來(lái)看，雷帕霉素有很好的抗排斥作用，且與環(huán)孢霉素A和FK506等有良好的協(xié)同作用，是一種療效好、低毒、無(wú)腎毒性的新型免疫抑制劑。2011年美國(guó)輝瑞制藥研發(fā)部郝江等[24]報(bào)道了雷帕霉素的類(lèi)似物—美力達(dá)霉素(13)的生物合成研究，美力達(dá)霉素由鏈霉菌代謝產(chǎn)生，目前作為神經(jīng)保護(hù)劑用于臨床。

1989年日本北里大學(xué)的Oshima Y等[25]報(bào)道了一類(lèi)來(lái)自甲藻的魚(yú)類(lèi)毒素—polonicumtoxin A, B和C(14)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，即為2-位烴基取代的P2C衍生物。1995年日本研究者Sachiko Tsukamoto從海綿中分離到的化合物15和15a可作為海鞘幼體變態(tài)誘導(dǎo)劑[26]，其結(jié)構(gòu)為P2C β-位共軛化合物。2008年美國(guó)喬治亞州立大學(xué)的Ko-Chun Ko等[27]報(bào)道了海兔墨汁中強(qiáng)效抗菌活性成分，即為L(zhǎng)-賴(lài)氨酸代謝形成的P2C及其一系列衍生物的混合體系。2011年澳大利亞墨爾本大學(xué)的Voula Mitsakos等[28]報(bào)道了一種新的G+菌細(xì)胞壁損壞機(jī)制，即L-賴(lài)氨酸(是細(xì)菌細(xì)胞壁的組成成分)在G+菌體內(nèi)經(jīng)二氫吡啶二羧酸合成酶代謝為細(xì)菌細(xì)胞壁的裂解產(chǎn)物-二氫吡啶二羧酸(16)，該研究在抗菌機(jī)制方面具有一定的意義。

1.3 P2C及其衍生物在合成中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1993年美國(guó)弗羅里達(dá)大學(xué)的John A. Zoltewicz等[29]報(bào)道了由芳醛(17)和假木賊堿(18，一種海洋昆蟲(chóng)體內(nèi)毒素分子，P2C的一種脫羧衍生物)縮合而得的化合物19(見(jiàn)圖4)。2002年日本島根大學(xué)Y. Ozoe課題組相繼報(bào)道了該類(lèi)生物堿與昆蟲(chóng)煙堿乙酰膽堿受體的親和作用[30]及其構(gòu)效關(guān)系[31]，有望成為昆蟲(chóng)煙堿乙酰膽堿受體的探針?lè)肿印?006年日本島根大學(xué)的Izumi I等[32]報(bào)道了該類(lèi)生物堿類(lèi)似物(19a)與美洲大蠊蟲(chóng)體內(nèi)神經(jīng)節(jié)乙酰膽堿受體的結(jié)合作用及其構(gòu)效關(guān)系，為該受體激動(dòng)劑和拮抗劑的研發(fā)提供了新途徑。同年，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的Todd T. Talley等[33]報(bào)道了此類(lèi)生物堿與乙酰膽堿受體結(jié)合蛋白結(jié)合體的紫外吸收研究，發(fā)現(xiàn)該類(lèi)生物堿與乙酰膽堿受體具有很高的結(jié)合率。2009年Izumi I等[34]報(bào)道了該類(lèi)化合物與蟲(chóng)體內(nèi)煙堿乙酰膽堿受體結(jié)合的構(gòu)效關(guān)系，有望開(kāi)發(fā)成為一種新型殺蟲(chóng)劑。而小鼠體內(nèi)的相關(guān)研究結(jié)果表明，該類(lèi)化合物有望成為阿爾茲海默癥、帕金森等疾病的候選藥物。近年又有研究者報(bào)道了此類(lèi)生物堿與乙酰膽堿受體結(jié)合蛋白結(jié)合的在線分析研究[35-36]，為該類(lèi)生物堿的藥理活性研究奠定了基礎(chǔ)。

圖4 化合物19的化學(xué)合成

2007年日本研究者M(jìn)asatsune Murata等[37]以L-賴(lài)氨酸和2-呋喃甲醛(20)為原料，通過(guò)一鍋煮的方法，得到了系列新型P2C衍生物—furpipate(21和21a)，反應(yīng)如圖5所示。2009年該課題組又發(fā)現(xiàn)了furpipate的黃色脫羧產(chǎn)物(21b和21c)，該發(fā)現(xiàn)可用于工業(yè)食品分析和米拉德反應(yīng)的調(diào)控[38]。2015年哥倫比亞大學(xué)David D課題組[39]報(bào)道了21c的化學(xué)合成方法，并發(fā)現(xiàn)它在結(jié)腸癌細(xì)胞Caco-2中表現(xiàn)出顯著的劑量依賴(lài)性的NO抑制活性。這一活性研究表明fupipate類(lèi)在預(yù)防腸道感染方面具有潛在的深入研究?jī)r(jià)值。

圖5 furpipate的一鍋煮合成法

2016年蘭州大學(xué)的厙學(xué)功課題組[40]報(bào)道了一種新型抗丙肝病毒生物堿—α,β-myrifabral A/B(23a和23b)的簡(jiǎn)化全合成路線(見(jiàn)圖6)，即直接以脫羧哌啶酸(22)作為合成子，經(jīng)曼尼希加成—酰胺化連續(xù)反應(yīng)即得目標(biāo)產(chǎn)物。

圖6 α,β-myrifabral 的合成路線

2000年比利時(shí)根特大學(xué)的Tuyen Nguyen Van 和 Norbert De Kimpe[41]報(bào)道了一類(lèi)來(lái)自甲藻的魚(yú)類(lèi)毒素polonicumtoxin(14)的合成路線，即以2-CH3取代的哌啶為合成子，經(jīng)N-氯代，脫氯化氫，再與側(cè)鏈連接而成(見(jiàn)圖7)，這一研究為淡水水體的保護(hù)提供了研究思路。

圖7 polonicumtoxin的化學(xué)合成途徑

此外，2011年墨爾本大學(xué)的Voula Mitsakos等[28]利用鄰氨基苯甲醛(27)和二氫吡啶二羧酸(16)縮合合成的紫色載色體(28)(見(jiàn)圖8)，可應(yīng)用于二氫吡啶二羧酸合成酶生化過(guò)程的分析檢測(cè)。

圖8 P2C衍生物19a的化學(xué)合成

綜上，P2C可以嵌入多種結(jié)構(gòu)分子中，形成具有多種生物活性的席夫堿衍生物。因此，對(duì)于P2C結(jié)構(gòu)片段的合成研究，有助于活性分子的全合成及構(gòu)效關(guān)系研究。

2 △1-哌啶酸(P2C)及其衍生物的合成研究

2.1 酶催化合成途徑研究

研究發(fā)現(xiàn)，利用微生物體內(nèi)(如大腸桿菌、惡臭假單胞菌等)的酶經(jīng)L-哌啶酸途徑可直接將L-賴(lài)氨酸轉(zhuǎn)換成P2C。根據(jù)酶的種類(lèi)不同主要分為以下四種：

(1)來(lái)自蛇毒的L-賴(lài)氨酸氧化酶(LAO)[42-46]：LAO是普遍存在于蛇毒中的一種黃素酶，在黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)輔助下可催化L-氨基酸的氧化脫氨，產(chǎn)生α-酮酸、氨以及過(guò)氧化氫，α-酮酸可自發(fā)縮合形成P2C(見(jiàn)圖9)。研究表明，蛇毒LAO是非共價(jià)鍵結(jié)合的二聚體糖蛋白，也是金屬離子結(jié)合蛋白，金屬離子有助于保持其結(jié)構(gòu)完整性，但不影響其生物活性，同時(shí)，引入某些外源性金屬離子可增加酶活性。來(lái)自蛇毒的LAO分子量均為57 kDa左右，其等電點(diǎn)約為4.9，具有熱不穩(wěn)定性。其活性強(qiáng)弱也與緩沖液離子強(qiáng)度和pH有關(guān)，一般在4 ℃中性條件下可長(zhǎng)期保持酶活性，在-5～-60 ℃會(huì)使酶失活，最易失活溫度為-20 ℃。這些基本特性可為酶反應(yīng)條件提供參考。

(2)來(lái)自綠色木霉菌的L-賴(lài)氨酸氧化酶：L-賴(lài)氨酸是生物體的一種必需氨基酸，在生物體內(nèi)經(jīng)L-賴(lài)氨酸氧化酶代謝而參與多種生物途徑[5]，人們?cè)谏叨疽?、大鼠腎臟、鳥(niǎo)類(lèi)肝臟以及各種無(wú)脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)L-賴(lài)氨酸氧化酶。1978年日本東京大學(xué)研究者Hitoshi Kusakabe等[47]從綠色木霉菌Y244-2麥糠培養(yǎng)液中首次發(fā)現(xiàn)并分離得到L-賴(lài)氨酸氧化酶，并發(fā)現(xiàn)該酶在鼠體內(nèi)外均有抗腫瘤活性。1980年Kusakabe研究團(tuán)隊(duì)[48]又報(bào)道了這種酶的基本特性：該酶類(lèi)似于蛇毒液中的賴(lài)氨酸氧化酶，為結(jié)合兩單位FAD的同源二聚體，分子量約為116 000，單體分子量約為56 000，在277、388、466以及490 nm波長(zhǎng)下均有吸收，對(duì)L-賴(lài)氨酸的催化具有高度專(zhuān)一性。此發(fā)現(xiàn)掀起了L-賴(lài)氨酸氧化酶研究的熱潮，之后的近四十年里陸續(xù)有相關(guān)研究被報(bào)道[49-50]，目前該酶被商品化生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用于P2C和L-哌啶酸的體內(nèi)外合成研究。

圖9 L-賴(lài)氨酸經(jīng)賴(lài)氨酸氧化酶催化形成P2C的機(jī)理

(3)escapin酶：2005年喬治亞州立大學(xué)的Charles D.課題組從海兔分泌的墨汁中分離得到一種新型L-賴(lài)氨酸氧化酶—escapin，這是一種分子量為60 kDa的單體蛋白，可長(zhǎng)期穩(wěn)定存在[51]。海兔可通過(guò)escapin催化體內(nèi)L-賴(lài)氨酸代謝產(chǎn)生一系列化合物來(lái)消滅身邊的一些有害微生物，并對(duì)捕食者的攻擊進(jìn)行防御。2008年該課題組的Ko-Chun KO等[27]報(bào)道了escapin參與的海兔抗菌機(jī)制；2009年同一課題組對(duì)escapin體外催化L-賴(lài)氨酸產(chǎn)生P2C及其衍生物的化學(xué)過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)性研究和報(bào)道[52](見(jiàn)圖10)；2010年該課題組繼而發(fā)現(xiàn)了escapin參與海兔的抗捕食機(jī)制[53]。該課題組對(duì)escapin多年的系統(tǒng)性研究，為P2C及其衍生物的合成提供了一種新途徑，更全面系統(tǒng)地闡述了escapin作為一種賴(lài)氨酸氧化酶催化賴(lài)氨酸分解代謝的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

圖10 海兔體內(nèi)L-賴(lài)氨酸代謝機(jī)制

(4)L-氨基轉(zhuǎn)移酶[28,54-55](以天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶為例)：2005年日本研究者Tadashi FUJII等[55]報(bào)道了利用經(jīng)基因改造的大腸桿菌體內(nèi)的天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(一種L-氨基轉(zhuǎn)移酶)非對(duì)稱(chēng)合成L-高苯丙氨酸(30)的生物合成途徑(見(jiàn)圖11)，即以L-賴(lài)氨酸和2-氧代-4-苯基丁酸(29)為原料，在L-氨基轉(zhuǎn)移酶的作用下，兩者的α-羰基和α-氨基互相交換即得目標(biāo)產(chǎn)物。L-高苯丙氨酸是血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑(如依那普利，即化合物31)的結(jié)構(gòu)片段，該反應(yīng)同時(shí)也得到了P2C。

圖11 L-賴(lài)氨酸經(jīng)氨基轉(zhuǎn)移酶代謝過(guò)程

以上P2C的酶合成途徑具有副反應(yīng)少、轉(zhuǎn)化率高的優(yōu)點(diǎn)，但因P2C只是反應(yīng)中的不穩(wěn)定中間體，其大量合成及分離純化仍然需要深入探索。目前的酶催化合成P2C仍限于實(shí)驗(yàn)室微量研究。然而，在酶合成途徑中P2C可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的L-哌啶酸，后者為手性分子，在手性藥物合成領(lǐng)域有較大的應(yīng)用價(jià)值。此外，以L-賴(lài)氨酸為原料的生物合成研究，也為P2C及其衍生物的化學(xué)合成途徑提供了思路。

2.2 化學(xué)合成途徑研究

綜合考慮到化學(xué)合成中的原子經(jīng)濟(jì)性和原料廉價(jià)易得性，對(duì)P2C進(jìn)行逆合成分析可發(fā)現(xiàn)，L-賴(lài)氨酸是最經(jīng)濟(jì)理想的原料。以L-賴(lài)氨酸為原料生物合成P2C是經(jīng)過(guò)L-哌啶酸途徑實(shí)現(xiàn)，這意味著從L-賴(lài)氨酸開(kāi)始合成P2C的關(guān)鍵在于賴(lài)氨酸α-位的氧化脫氨。匯總近六十年的相關(guān)研究，目前只有兩種典型的氧化脫氨試劑，即過(guò)硫酸氫鉀和堿性鐵氰化鉀：

(1)經(jīng)過(guò)硫酸氫鉀在醋酸/醋酸鈉緩沖液體系(pH介于3.6～5.2)中進(jìn)行催化氧化[56]：過(guò)硫酸氫根奪取L-賴(lài)氨酸的α-H，形成亞胺堿，亞胺極易水解為α-酮酸，繼而自發(fā)縮合為P2C(見(jiàn)圖12)。

圖12 L-賴(lài)氨酸經(jīng)過(guò)硫酸氫鉀氧化脫氨

(2)經(jīng)堿性鐵氰化鉀在銥離子(Ir3+)的催化下進(jìn)行反應(yīng)[57-58]：銥離子先與游離的賴(lài)氨酸負(fù)離子結(jié)合，再與Fe3+結(jié)合，形成三聚復(fù)合物，從而把Fe3+定位到賴(lài)氨酸的α-NH2上，使其順利被氧化成α-酮酸，同時(shí)釋放出銥離子(見(jiàn)圖13)。

圖13 L-賴(lài)氨酸經(jīng)在Ir3+催化下經(jīng)堿性鐵氰化鉀氧化脫氨

以上兩種方法仍存在著轉(zhuǎn)化率低、成本較高、實(shí)驗(yàn)條件要求過(guò)高、后處理困難等問(wèn)題。結(jié)合現(xiàn)有研究成果，推測(cè)L-賴(lài)氨酸氧化脫氨的難處在于其α-NH2與COOH形成穩(wěn)定的分子內(nèi)氫鍵(1a和1b)[59]，從而阻礙了α-NH2與氧化劑的作用。

因此許多化學(xué)工作者提出了以2-取代哌啶(32)為原料，通過(guò)氯代、脫氯化氫的方法合成P2C及其類(lèi)似物或衍生物的方法[19,39,41,60-62]?；具^(guò)程為：以次氯酸叔丁酯或次氯酸鈉做氯代試劑，以乙醚、甲苯或甲基叔丁基醚作溶劑，氮?dú)獗Ｗo(hù)下0 ℃進(jìn)行反應(yīng)，然后以叔丁醇鉀、氫氧化鈉、DABCO、三乙胺或甲醇鈉等堿作脫氯化氫的試劑。其基本反應(yīng)過(guò)程如圖14：1998年美國(guó)三角園區(qū)研究所的S.P.-LU和 AnitaH. Lewin報(bào)道了鈉鹽形式的P2C(34b)及其它幾種α，β-不飽和氨基酸的合成途徑[19]，即以L-哌啶酸為原料，經(jīng)酯化、氯代丁二酰亞胺(NCS)氯代、1,4-二氮雜[2.2.2]二環(huán)辛烷(DABCO)脫HCl、NaOH水解四步反應(yīng)(見(jiàn)圖15)，得到目標(biāo)化合物34b。

圖14 以2-取代哌啶為原料合成P2C及其衍生物的過(guò)程

該合成途徑較為成熟，且轉(zhuǎn)化率高，越來(lái)越多地被應(yīng)用于各類(lèi)分子片段的構(gòu)建。但其原料來(lái)源主要依賴(lài)于各種氨基酸的生物合成轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，如哌啶、L-哌啶酸。

綜上，P2C與其衍生物的化學(xué)合成途徑存在原料和氧化脫氨方法的選擇兩個(gè)主要問(wèn)題。以L-賴(lài)氨酸為原料的路線，氧化脫氨試劑種類(lèi)有限，且僅有一篇關(guān)于過(guò)硫酸氫鉀的文獻(xiàn)報(bào)道；以2-取代哌啶為原料的路線，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率較高，但其原料相對(duì)于前者成本較高，且步驟較多，操作復(fù)雜，有待進(jìn)一步改善。

3 總結(jié)與展望

△1-哌啶酸(P2C)及其衍生物是多種藥物或先導(dǎo)化合物分子的重要組成片段，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾或改造，有利于設(shè)計(jì)合成具有理想藥理活性的新型骨架或藥物。然而，由于P2C環(huán)內(nèi)C=N及α-位COOH給其結(jié)構(gòu)帶來(lái)的不穩(wěn)定性，目前不存在P2C的商品化單體，需要臨時(shí)制備。而以L-賴(lài)氨酸為原料合成P2C的關(guān)鍵，在于α-位的氧化脫氨，但其穩(wěn)定的分子內(nèi)氫鍵很大程度阻礙了這一過(guò)程。目前發(fā)現(xiàn)的L-賴(lài)氨酸氧化脫氨試劑種類(lèi)有限，且反應(yīng)條件要求較高。多種L-賴(lài)氨酸氧化酶的發(fā)現(xiàn)解決了氧化脫氨問(wèn)題，但目前仍受限于實(shí)驗(yàn)室研究，且主要關(guān)于反應(yīng)產(chǎn)物及中間體的分析和鑒定，尚未出現(xiàn)有關(guān)大量酶催化合成P2C的報(bào)道。因此，要實(shí)現(xiàn)以收率為導(dǎo)向地合成P2C及其衍生物，在當(dāng)前研究的基礎(chǔ)上需要從以下三方面進(jìn)行探索：一是進(jìn)一步研究P2C結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響因素，為其存放和反應(yīng)條件提供參考；二是嘗試尋找或研發(fā)新的L-賴(lài)氨酸氧化脫氨試劑，實(shí)現(xiàn)P2C的可控高效合成方法；三是改善酶促反應(yīng)的受控因素，提高P2C的分離純化效率，降低成本。

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責(zé)任編輯 徐 環(huán)

Research Progress on the Synthesis of △1-Pipecolic Acid (P2C) and Its Derivatives

LI Guo-Qiang1, LIU Xiao-Ling1, LI Ping-Lin1, LUO Xiang-Chao2, TANG Xu-Li2

(Ocean University of China, 1. College of Fisheries, Qingdao 266003, China； 2. Qingdao Baishan School, Qingdao 266102, China)

3, 4, 5, 6-tetrahydro-pyridine-2-carboxylic acid (P2C), an unique Schiff base with six-member ring structure, is an indispensable intermediate for L-pipecolic acid. And P2C and L-pipecolic acid are both very important metabolites in organisms and can be used as chiral modularity in synthesis and pharmaceutically important building block in many bioactive compounds. Especially, P2C and its derivatives can interact with acetylcholine receptor (nAChR), FK506-binding protein (FKBP12), and nitric oxide synthase (NOS) to mediate physiological responses, which can be used to treat many diseases. However, synthesis of P2C and its derivatives is a big issue because of instability of P2C and a synthetic challenging of deamination of L-lysine. Interestingly, there have been some attempts involving chemical and enzymatic synthesis methods. The paper firstly reviews research on synthesis of P2C and its derivatives referring all the references during the past 60 years.

3, 4, 5, 6- tetrahydropyridine -2- carboxylic acid; derivatives; synthesis

廣東省海洋經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展區(qū)域示范項(xiàng)目(GD2012-D01-001)；國(guó)家海洋局公益項(xiàng)目(201405038)資助 Supported by Special Financial Fund of Innovative Development of Marine Economic Demonstration Project(GD2012-D01-001);State Oceanic Administration Public Welfare Project(201405038)

2016-09-12；

2017-01-11

李國(guó)強(qiáng)(1963-)，男，教授。E-mail:liguoqiang@ouc. edu. cn

R914.5

A

1672-5174(2017)08-082-11

10.16441/j.cnki.hdxb.20160320

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