（2S，4S）睳彩宥⊙豸駛4卜脯氨酸的合成

劉甜甜 張志光 楊媛媛 馬彥濤 張勇

摘要：為了克服中間體難于分離純化的缺點，解決季銨鹽的去除問題，對多肽及擬肽類藥物關鍵中間體（2S，4S）N叔丁氧羰基4氟脯氨酸的合成工藝進行了研究。以（2S，4R）4羥基脯氨酸為原料，經酯化、氨基保護、羥基活化氟代水解反應得到目標化合物。將羥基活化、SN2氟代和酯水解反應采用串聯方式，在水解反應后調節pH值的過程中產物從水溶液中析出，經直接過濾得到目的物。對反應條件和參數進行了優化，優化條件如下：酯化反應中，n（氯化亞砜）∶n（底物）=1.2∶1.0；氨基保護反應中，n（二碳酸二叔丁酯）∶n（化合物1）=1.2∶1.0；三氟甲磺?；磻?，n（三氟甲磺酸酐）∶n（化合物2）=1.1∶1.0，n（吡啶）∶n（化合物2）=1.2∶1.0。結果表明，優化后產物總收率為57.9%，純度為98.3%，目標化合物結構通過1HNMR和13CNMR得以確證。該方法反應條件溫和，操作簡單，適合工業化生產。

關鍵詞：有機合成化學；非天然氨基酸；中間體；串聯反應；SN2反應

中圖分類號：TQ464.7文獻標志碼：A

收稿日期：20171225；修回日期：20180309；責任編輯：張士瑩

基金項目：河北省引進留學人員資助項目（C2013003018）

第一作者簡介：劉甜甜（1992—），女，河北邯鄲人，碩士研究生，主要從事藥物化學方面的研究。

通信作者：張勇副教授。Email： zhangyong@hebust.edu.cn

劉甜甜，張志光，楊媛媛，等.（2S，4S）N叔丁氧羰基4氟脯氨酸的合成[J].河北科技大學學報，2018，39（2）：154158.

LIU Tiantian， ZHANG Zhiguang， YANG Yuanyuan， et al.Synthesis of （2S，4S）Ntertbutoxycarbonyl4fluoroproline[J].Journal of Hebei University of Science and Technology，2018，39（2）：154158.Synthesis of （2S，4S）Ntertbutoxycarbonyl4fluoroproline

LIU Tiantian1， ZHANG Zhiguang1， YANG Yuanyuan1， MA Yantao1， ZHANG Yong1，2

（1.School of Chemical and Pharmaceutical Engineering， Hebei University of Science and Technology， Shijiazhuang， Hebei 050018， China； 2.State Key Laboratory Breeding BaseKey Laboratory of Molecular Chemistry for Drug of Hebei Province， Shijiazhuang， Hebei 050018， China）

Abstract：In order to overcome the difficulty to separate and purify the intermediate， solve the problem of quaternary ammonium salt removal，the synthesis of （2S，4S）Ntertbutoxycarbonyl4fluoroproline which is a key intermediate of polypeptides and peptidomimetic drug is studied. The target compound is synthesized from （2S，4R）4hydroxyproline via esterification， amino protection， and hydroxyl activationfluorinationhydrolysis tandem reaction. Hydroxyl activation， SN2 fluorine substitution and ester hydrolysis reaction are completed as a tandem reaction. After the hydrolysis reaction， the product is precipitated from the aqueous solution during the process of adjusting the pH， and the target compound can be directly obtained through filtration. The reaction factors and parameters are optimized， The optimized conditions are as follows： in esterification reaction， n（SOCl2）∶n（substrate）=1.2∶1.0； in amino protection reaction， n（（Boc）2O）∶n（compound 1）=1.2∶1.0； in trifluoromethyl sulfonylation reaction， n（（Tf）2O）∶n（compound 2）=1.1∶1.0，n（pyridine）∶n（compound 2）=1.2∶ 1.0. The total yield rate is 57.9% after optimization， and the purity is 98.3%. The structure of target compound is confirmed by 1HNMR and 13CNMR. This protocol has advantages of mild reaction conditions and simple operation， and is suitable for industrial production.

Keywords：organic synthesis chemistry； unnatural amino acids； intermediates； tandem reaction； SN2 reaction

小分子多肽類似物是目前多肽藥物研究的一個重要方向，這類藥物表現出較好的臨床應用價值和市場前景[1]，吸引了眾多科學工作者對其從化學合成到藥理、毒理等多方面進行深入研究。隨著多肽及擬肽類藥物研發的需要，非天然氨基酸的合成引起科研人員的濃厚興趣[2]。通過在生物活性肽上引入合適的非天然氨基酸，可以改變其特定構象[3]，提高生物利用度及與受體的親和力[45]。在化合物結構中引入含氟基團后，會引起其物理、化學性能的變化，以及藥理、生理活性的改變，從而提高分子的脂溶性，降低藥物的半衰期，增強其生物活性[6]。在藥用活性化合物的設計中，人們常利用氟原子效應設計和改造化合物的結構性能[7]。（2S，4S）N叔丁氧羰基4氟脯氨酸是一種含氟非天然氨基酸，在一些具有潛在藥用活性新化學實體的設計和合成中得到了廣泛應用，如圖1中的化合物Ⅰ，可作為一種吡咯烷類二肽基肽酶Ⅳ（DPPⅣ）抑制劑進行研究[8]，化合物Ⅱ可作為治療癌癥的組蛋白甲基轉移酶（SMYD2）抑制劑進行研究[9]。隨著藥物研發的需要，（2S，4S）N叔丁氧羰基4氟脯氨酸的需求量會顯著增加，其合成方法也備受關注。

河北科技大學學報2018年第2期劉甜甜，等：（2S，4S）N叔丁氧羰基4氟脯氨酸的合成圖1藥用活性新化學實體

Fig.1Medicinal active new chemical entities

文獻報道合成目標化合物使用的氟化試劑有如下幾種：1）二乙胺基三氟化硫（DAST）[1011]；2）三氟化硫嗎啉[1213]、雙（2甲氧基乙基）氨基三氟化硫[1415]、N乙基N（三氟甲硫基）乙基胺[16]等DAST衍生物；3）N，N二乙基（1，1，2，3，3，3六氟丙基）胺（Ishikawas reagent，石川試劑）[17]；4）三乙胺三氟化氫[18]。但這些氟化試劑均存在一些缺點：DAST及其衍生物毒性高，熱穩定性差，具有爆炸性且價格高，不適合大規模生產；石川試劑在反應中產生的氟化氫不僅腐蝕性強，還會分解烷氧羰基氨基保護基，使產物收率降低；三乙胺三氟化氫需要低溫儲存，不便于運輸。

氟代反應中，三氟甲磺酸酐活化羥基后與四丁基氟化銨發生SN2親核氟取代，得到構型反轉的產物，過程中引入的四丁基銨鹽不能夠通過萃取或洗滌的方法與（2S，4S）N叔丁氧羰基4氟脯氨酸甲酯分離，文獻＼[19＼]采用的柱層析純化方法也不適合大量制備。本文以相關文獻＼[1920＼]為基礎，探索了一種合成（2S，4S）N叔丁氧羰基4氟脯氨酸的新工藝：以（2S，4R）4羥基脯氨酸為起始原料，將羥基活化、SN2親核氟取代和酯水解反應采用串聯反應方式完成，經酯化、氨基保護、羥基活化氟代水解3步反應合成目標化合物。具體合成路線如圖2所示。酯水解反應后，在調酸過程中產物從水溶液中析出，經過濾可直接得到目的物，克服了中間體難于分離純化的缺點，很好地解決了季銨鹽的去除問題，適合工業化生產。

1實驗部分

1.1主要儀器與試劑

SGWX4熔點儀（上海精密科學儀器有限公司提供，溫度計未經校正）；Bruck400型核磁共振儀；LCMS2020液相色譜質譜聯用儀（日本島津公司提供）；Primaide型高效液相色譜儀（日本日立公司提供）；WZZ1S/2S旋光儀（上海光學儀器一廠提供）。

本實驗所用二碳酸二叔丁酯和三氟乙酸酐由北京偶合科技有限公司提供，其余試劑均由天津市永大化學試劑有限公司提供，純度為AR級。

1.2實驗方法

1.2.1（2S，4R）4羥基脯氨酸甲酯鹽酸鹽（化合物1）的合成

向250 mL反應瓶中依次加入2000 g（016 mol）（2S，4R）4羥基脯氨酸、100 mL甲醇，（2S，4R）4羥基脯氨酸懸浮于甲醇中，冰浴下滴加2141 g（018 mol）氯化亞砜，滴加時控制溫度為0～10 ℃，然后自然升至室溫，攪拌過夜。TLC（展開劑：V（二氯甲烷）∶V（甲醇）=5∶1）監測顯示反應完畢，蒸除甲醇得到白色固體。再向白色固體中加入30 mL乙酸乙酯，室溫攪拌20 min后抽濾得到白色固體2645 g，收率為955%，熔點為169～172 ℃。1HNMR（500 MHz，CDCl3），δ（×10-6）：204～221（m， 2H）， 305（d，J =12 Hz， 1H）， 334（d， J=12 Hz， 2H）， 376（s， 3H）， 442～449（m， 2H）， 563（s， 1H）。

122（2S，4R）N叔丁氧羰基4羥基脯氨酸甲酯（化合物2）的合成

向500 mL反應瓶中依次加入2643 g（015 mol）（2S，4R）4羥基脯氨酸甲酯鹽酸鹽、100 mL二氯甲烷和1768 g（017 mol）三乙胺，攪拌下滴加65 mL二氯甲烷稀釋的3813 g（017 mol）二碳酸二叔丁酯，滴畢室溫攪拌反應4 h。TLC（展開劑：V（二氯甲烷）∶V（甲醇）=5∶1）監測顯示反應完畢。向反應瓶中加入1 mol/L稀鹽酸，調節pH值為2，室溫攪拌30 min，分液，將有機相用去離子水（60 mL×2）洗滌、無水硫酸鎂干燥，經抽濾、減壓蒸干得到白色固體3436 g，收率為962%，熔點為89～92 ℃。1HNMR（500 MHz，CDCl3），δ（×10-6）：142（s， 9H）， 206～211（t，J=12 Hz， 1H）， 227～237（m， 1H）， 350～356（m， 1H）， 362～372（m， 1H）， 378～380（d，J=8 Hz， 3H）， 428～430（d， J=9 Hz， 1H）， 434～438（m， 1H）。

123（2S，4S）N叔丁氧羰基4氟脯氨酸（化合物4）的合成

向500 mL反應瓶中依次加入3434 g（014 mol）（2S，4R）N叔丁氧羰基4羥基脯氨酸甲酯、200 mL二氯甲烷和1330 g（017 mol）吡啶，維持溫度為-5 ～-10 ℃，滴加100 mL二氯甲烷稀釋的4347 g（015 mol）三氟甲磺酸酐，滴畢于室溫攪拌40 min，TLC（展開劑：V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）=2∶1）監測顯示反應完畢。向反應瓶中加入1 mol/L稀鹽酸，調節pH值為2，分液，將有機相用去離子水（150 mL×2）洗滌、飽和食鹽水（100 mL×2）洗滌、無水硫酸鎂干燥。過濾，維持溫度在0 ～5 ℃，向濾液中滴加80 mL二氯甲烷稀釋的4445 g（017 mol）四丁基氟化銨，滴畢室溫攪拌5 h。TLC（展開劑：V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）=2∶1）監測顯示反應完畢。將反應液用100 mL水洗滌，分液后減壓蒸除二氯甲烷。向剩余殘留物中加入1120 g（028 mol）氫氧化鈉和50 mL水配制的氫氧化鈉溶液，攪拌下升溫至45 ℃反應2 h。TLC（展開劑：V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）=2∶1）監測顯示反應完畢。靜置30 min，反應液分層，分出下層水相，將水相用30 mL乙酸乙酯提取，分液。將水相用1 mol/L稀鹽酸調節pH值為2，調酸過程有白色混濁物析出，經靜置、抽濾、干燥得到白色固體2058 g，收率為630%，純度為983%（HPLC歸一化法：色譜柱為C18柱（46 mm×150 mm，5 μm），流動相為乙腈/水（二者體積比為40∶60），檢測波長為340 nm，流速為10 mL/min，柱溫為25 ℃），熔點為161～163 ℃，[α]22D=-620°（c=100， CHCl3）。1HNMR（500 MHz，CDCl3），δ（×10-6）：142（s， 9H）， 210～282（m， 2H）， 357～379（m， 2H）， 453～447（m， 1H）， 516～526（m， 1H）， 1018（s， 1H）。13CNMR（101 MHz，CDCl3），δ（×10-6）：283 （282）， 373（JCF = 212 Hz） （358（JCF=212 Hz））， 535（JCF=253 Hz） （529（JCF=243Hz））， 574， 815 （809），919（JCF = 1778 Hz） （913（JCF = 1778 Hz））， 1552 （1538）， 1769 （1749）。

2結果與討論

21（2S，4R）4羥基脯氨酸甲酯鹽酸鹽合成中影響因素的討論

氯化亞砜催化下進行的酯化機理不同于傳統的酯化反應，是在低溫下甲醇氯化亞砜體系中產生中間體氯化亞硫酸酯，然后再與氨基酸反應釋放出二氧化硫和氯化氫氣體，從而獲得較高的反應速率和產率。本實驗中甲醇是足量的，影響反應的主要因素為氯化亞砜。筆者探索了氯化亞砜用量對反應收率的影響，結果見表1。

從表1可以看出，當n（氯化亞砜）∶n（（2S，4R）4羥基脯氨酸）不足1.2∶1.0時，實驗結果不太理想；比值為1.2∶1.0時收率最高，為95.5%；繼續補加氯化亞砜，收率稍有降低。由實驗得知，氯化亞砜與（2S，4R）4羥基脯氨酸物質的量比為1.2∶1.0時最為合適。

該反應本質是氨基的?；磻楸ＷC反應能夠完全進行，理論上需要使用過量的二碳酸二叔丁酯，對此探索了二碳酸二叔丁酯用量對反應收率的影響，結果見表2。

由表2可以看出，當二碳酸二叔丁酯與化合物1物質的量比不足1.2∶1.0時，反應收率較低；二者物質的量比為1.2∶1.0時，收率為96.2%；繼續增大比例，收率變化不大。由實驗得知，二碳酸二叔丁酯與化合物1的物質的量比為1.2∶1.0時最為合適。

討論

2.3.1三氟甲磺酸酐的選擇

對于親核取代，若化合物直接與具有堿性的氟代試劑進行反應，則易發生消除發應。使用活化試劑先將羥基活化，生成易離去基團的方法會減少消除產物的生成。常用活化羥基的試劑有甲基磺酰氯、對甲苯磺酰氯、對硝基苯磺酰氯及三氟甲磺酸酐。根據活化能力的不同，本實驗選擇生成具有較強離去能力三氟甲磺酸酯的三氟甲磺酸酐活化羥基，然后進行氟代反應，控制消除產物的生成。

2.3.2三氟甲磺酸酐的量對反應收率的影響

從表3可以看出，當n（三氟甲磺酸酐）∶n（化合物2）不足1.1∶1.0時，與吡啶結合成鹽不完全，收率較低；當比例為1.1∶1.0時，反應收率最高，為63.2%（以最終獲得化合物4的結果計算）；繼續增加三氟甲磺酸酐用量，收率不再增加。由實驗得知，三氟甲磺酸酐與化合物2物質的量比為1.1∶1.0時最為合適。表3三氟甲磺酸酐的量對反應收率的影響

Tab.3Effect of amount of （Tf）2O on yield

編號n（三氟甲磺酸酐）∶n（化合物2）收率/%11.0∶1.058.721.1∶1.063.231.2∶1.063.041.3∶1.062.72.3.3吡啶量對反應收率的影響

吡啶作為縛酸劑，一般需要比所要中和的酸量稍多些，同時需要考慮到堿性條件下消除產物的產生，因此控制好實驗中所需堿的量是關鍵，實驗結果見表4。

由表4可以看出，當吡啶與化合物2物質的量比為1.2∶1.0時，反應收率最高，為63.2%（以最終獲得化合物4的結果計算），再增加吡啶用量收率增

3結語

以（2S，4R）4羥基脯氨酸為起始原料，在氯化亞砜作用下與甲醇發生甲酯化反應得到化合物1，再用二碳酸二叔丁酯對氨基進行保護得到化合物2，化合物2經三氟甲磺酸酐活化后與四丁基氟化銨發生SN2反應，再經氫氧化鈉水解得到產物的鈉鹽，通過萃取除去季銨鹽后，用鹽酸游離得到化合物4，反應總收率為57.9%。本方法很好地除去了難分離的伴生產物季銨鹽，產品純度較高，原料易得，操作簡便，適合工業化生產。今后的研究中還需進一步優化氟代反應實驗條件，以提高反應總收率；此外，在對氟代試劑以及活化試劑的選擇方面還需要進行更為深入的研究。

參考文獻/References：

[1]王佳， 孫德群. 小分子多肽類似物研究進展[J]. 藥學學報， 2015， 50（8）： 931944.

WANG Jia， SUN Dequn. Research progress of small peptidomimetics[J]. Acta Pharmaceutica Sinica， 2015， 50（8）： 931944.

[2]KOLAROVIC A， BERKES D， BARAN P， et al. Crystallizationinduced dynamic resolution （CIDR） and its application to the synthesis of unnatural Nsubstituted amin acids derived from aroylacrylic acids[J]. Tetrahedron Letters， 2001， 42（13）： 25792582.

[3]ODONNELL M J， ALSINA J， SCOTT W L. Solidphase synthesis and utilization of sidechain reactive unnatural amino acids[J]. Tetrahedron Letters， 2003， 44（46）： 84038406.

[4]BERKOWITZ D B， CHISOWA E， MCFADDEN J M. Stereocontrolled synthesis of quaternary β，γunsaturated amino acids： Chain extension of Dand Lα（2tributylstannyl）vinyl amino acids[J]. Tetrahedron， 2001， 57（30）： 63296650.

[5]宋書琴， 楊會龍， 史蘭香. L脯氨酰胺的合成工藝改進[J]. 河北科技大學學報， 2008， 29（4）： 325327.

SONG Shuqin， YANG Huilong， SHI Lanxiang. Improved synthesis of Lprolinamide[J]. Journal of Hebei University of Science and Technology， 2008， 29（4）： 325327.

[6]SHIMIZU M， HIYAMA T. Modern synthetic methods for fluorinesubstituted target molecuies[J]. Angewandte Chemie International Edition， 2004， 44（2）： 214231.

[7]JESCHKE P. The unique role of fluorine in the design of active ingredients for modern crop protection[J]. Chembiochem， 2004， 5（5）： 571589.

[8]KIM B C， KIM K Y， LEE H B， et al. Development of a kilogramscale synthesis of cisLC150133 tartrate， a potent dipeptidyl peptidase Ⅳ inhibitor[J]. Organic Process Research and Development， 2008， 12（4）： 626631.

[9]TIMO S， STUART M J， CARLO S， et al. Preparation of Novel Arylcyanoguanidine Compounds as Proteinlysine Nmethyltransferase SMYD2 Inhibitors[P]. WO：2016166186， 20161020.

[10]JI X， XIA C， WANG J， et al. Design， synthesis and biological evaluation of 4fluoropyrrolidine2carbonitrile and otahydrocyclopenta [b]pyrrole2carbonitrile derivatives as dipeptidyl peptidase Ⅳ inhibitors[J]. European Journal of Medicinal Chemistry， 2014， 2014（86）： 242256.

[11]DEMANGE L， MENEZ A， DUGAVE C. Practical synthesis of Boc and Fmoc protected 4fluoro and 4difluoroprolines from trans4hydroxyproline[J]. Tetrahedron Letters， 1998， 39（10）： 11691172.

[12]DOI M， NISHI Y， KIRITOSHI K， et al. Simple and efficient syntheses of Boc and Fmocprotected 4（R）and 4（S）fluoroproline solely from 4（R）hydroxyproline[J]. Tetrahedron， 2002， 58（42）： 84538459.

[13]HODGES J A， RAINES R T. Stereoelectronic effects on collagen stability： The dichotomy of 4fluoroproline diastereomers[J]. Journal of the Americal Chemical Society， 2003， 125（31）： 92629263.

[14]BILCER G M， ANKALA S V， LILLY J C， et al. Oxadiazole Compounds Which Inhibit Betasecretase Activity， Their Synthesis， and Therapeutic Use for Treating Alzheimers Disease[P]. WO： 2012054510， 20120426.

[15]YAP D Q J， CHEERLAVANCHA R， LOWE R， et al. Investigation of cis and trans4fluoroprolines as enantioselective catalysts in a variety of organic transformations[J]. Australian Journal of Chemistry， 2015， 68（1）： 4449.

[16]鄧炳初， 張學軍， 李曉濤， 等. 酞嗪酮類衍生物、其制備方法及其在醫藥上的應用[P].中國專利：102372698， 20120314.

[17]TOMISAWA K， TATSUTA D， YOSHIDA T， et al. Method for Production of Cis4FluoroLProline Derivatives[P]. US： 7279584， 20071009.

[18]王聽中， 蘇熠東， 王寶珠， 等. 托西酸貝格列汀及其中間體的制備方法[P]. 中國專利： 104109111， 20141022.

[19]CHORGHADE M S， MOHAPATRA D K， SAHOO G， et al. Practical syntheses of 4fluoroprolines[J]. Journal of Fluorine Chemistry， 2008， 129（9）： 781784.

[20]GRYGORENKO O O， KOMAROV I V， CATIVIELA C. A novel approach to 2，4ethanoproline[J]. Tetrahedron： Asymmetry， 2009， 20（12）： 14331436.第39卷第2期河北科技大學學報Vol.39，No.2

2018年4月Journal of Hebei University of Science and TechnologyApr. 2018