偕二氟亞甲基苦馬豆素類似物的設計與合成

2018-10-24 09:10:40張敏華李學輝蔣信義左玲玲

武漢工程大學學報 2018年5期

張敏華，李學輝，陳晨，蔣信義，左玲玲，徐軍*

1.雅本化學股份有限公司，江蘇太倉 215433；2.滬東醫院皮膚科，上海浦東 201363

苦馬豆素是澳大利亞學者Colegate［1］首先從灰苦馬豆中分離得到的一種純毒素。我國學者曹光榮等［2］亦從黃花棘豆中分離得到，并證實了其對α-甘露糖苷酶有很強的抑制作用。顧柏群等［3］進一步證實在莖直黃芪、變異黃芪中也含有苦馬豆素。苦馬豆素作為高效的α-葡萄糖苷酶抑制劑，不僅具有抗腫瘤作用［4］，還具有抵抗病毒傳染包括抑制HIV-1的效果［5］。因此，苦馬豆素吸引了眾多有機合成化學家和藥物化學家的興趣，已經有三十多條合成路線被報道［6-7］，但對其構效關系的研究報道較少［8］。

然而，Tyler小組對與苦馬豆素結構［圖1（a）］相似的栗精胺的構效關系做了大量系統的研究工作。該小組在1995、1997年分別對栗精胺的C-8［9］、C-1和C-7位［10］羥基進行修飾后發現：栗精胺分子結構［圖1（b）］中的C-1位羥基及其構型是影響其生物活性的關鍵位點，其手性是糖苷酶對氮糖識別的關鍵。該羥基的缺失會導致活性的喪失。而C-7位和C-8位的羥基對于生理活性的影響不是很大，對它們的改造雖會使分子的生物活性略有降低，但卻能夠提高分子對不同糖苷酶的抑制選擇性。因此，將栗精胺C-7位和C-8位的羥基改造為其它基團或改變其手性，就可能尋找出選擇性抑制不同類型糖苷酶的氮糖。

圖1 （a）苦馬豆素結構，（b）栗精胺結構Fig.1 Structures of（a）swainsonine，（b）castanospermine

對天然產物進行含氟改造是研究天然產物構效關系的重要手段之一。同時，將氟原子或含氟基團選擇性地引入有機分子能顯著改變原有分子的生理活性，可獲得更多具有潛在生物活性的分子［11-12］。

鑒于此，對苦馬豆素進行含氟及擴環改造，設計出了苦馬豆素類似物1和2。其中，化合物1分子結構中保留了不飽和雙鍵，在構象上可能會體現出和五元環類似的半椅式結構，這對研究苦馬豆素的構效關系頗具意義（圖2）。

圖2 目標分子的設計Fig.2 Design of target molecules

關環復分解反應被認為是構建苦馬豆素六元環最有效的方法［13-14］。通過分析目標分子的結構，六元環可以通過RCM反應來構建。關環前體3的五元環可以通過化合物4分子內親核取代反應來形成，化合物4則可以通過關鍵中間體5′經過一系列轉化得到，中間體5′的手性中心可以通過R-叔丁基亞磺酰胺的手性誘導產生［15］（圖3）。

圖3 目標分子的逆合成分析Fig.3 Retrosynthestic analysis of target molecules

因此，對所設計的目標分子采用如下的合成路線（見圖 4）。

圖4 目標分子的合成路線Fig.4 Synthetic route of target molecules

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

所用試劑均為國產市售分析純。其中Grubbs'II催化劑（上海泰坦科技股份有限公司）；乙酸乙酯三苯基溴磷鹽為實驗室自制。

Bruker AM-400核磁共振儀；Perkin-Elmer 241型自動旋光儀；溫度計未校正。

1.2 化合物7的合成

將43.2 g R-叔丁基亞磺酰胺溶于120 mL二氯甲烷中，依次加入丙烯醛20.4 g、鈦酸四異丙酯336.4 g，室溫過夜。將上述反應液倒入200 mL冰水中，攪拌分散析出固體，硅藻土過濾，用二氯甲烷洗濾餅。分液，合并有機相。無水硫酸鈉干燥，旋除溶劑，柱層析分離［m（PE）∶m（EA）=6∶1］得化合物748 g（產率 85%）［15］。

1.3 化合物5的合成

將38.4 g活化過的鋅粉懸浮于干燥的THF（145 mL）中，加熱至回流。緩慢滴加30 g化合物7和76.8 mL二氟溴乙酸乙酯的 THF（48 mL）溶液（反應比較劇烈，滴加要慢）。滴完后保溫1 h，恢復至室溫。加入飽和氯化銨溶液淬滅，分液，有機相飽和氯化鈉洗滌，無水硫酸鈉干燥，旋除溶劑，柱層析分離［m（PE）∶m（EA）=2∶1］得到化合物638.0 g（dr.=2.4∶1，產率 71%）［16］。

1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ 5.97-5.89（m，0.35H），5.81-5.72（m，0.65H），4.42-4.26（m，3H），3.79（d，J=6.0 Hz，0.65H），3.48（d，J=9.6 Hz，0.35H），1.33（t，J=6.8 Hz，3H）1.20（s，6H），1.18（s，3H）；13C NMR（100 MHz，CDCl3）δ 162.9（t，J=31.1 Hz），162.6（t，J=31.9 Hz），130.2（dd，J=3.1 Hz，1.5 Hz），129.3（t，J=3.8 Hz），123.0，122.0，113.9（t，J=255.8 Hz），113.8（t，J=255.8 Hz），63.4，63.1，61.5（dd，J=27.3 Hz，24.3 Hz），60.6（t，J=24.1 Hz），56.8，56.4，22.4，22.3，13.9，13.8；19F NMR （376 MHz，CDCl3）δ-110.7（dd，J=262.8 Hz，7.9F，0.3F），-113.5（dd，J=261.7 Hz，12.4Hz，0.7F），-114.9（dd，J=260.2 Hz，12.4 Hz，0.7F），-118.5（dd，J=261.3 Hz，16.2 Hz，0.3F）。

1.4 化合物8的合成

將24 g化合物7溶于360 mL二氯甲烷中，-78℃下滴加225 mL DIBAL-H（1.0 M in hex?ane）。滴畢，保溫2 h。經點板跟蹤，發現還有部分原料，補加DIBAL-H 40 mL，反應1 h。滴加飽和檸檬酸溶液淬滅反應。分液，有機相用飽和鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥。旋除溶劑后，將殘留物溶于360 mL四氫呋喃中，加入23.4 mL三乙胺及36.8 g Ph3P+CH2CO2EtBr-，室溫反應過夜。反應液經硅藻土過濾后旋干，粗產品經柱層析分離［m（PE）∶m（EA）=6∶1］，得化合物812.6 g（產率：48%（兩步））。

1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ 6.79-6.69（m，1H），6.27-6.22（m，1H），5.65-5.40（m，1H），4.20-4.10（m，3H），3.66（d，J=4.0 Hz，1H），1.24（t，J=7.2 Hz，3H），1.16（s，9H）；19F NMR（376 MHz，CDCl3）δ-105.8（dm，J=247.8 Hz，1F），-108.1（dt，J=151.2 Hz，11.3 Hz，0.8F），-108.5（dt，J=249.3 Hz，12.0 Hz，0.2F）

1.5 化合物9的合成

將2.5 g LiAlH4懸浮于干燥的四氫呋喃（25 mL）中，在0℃下滴加10 g化合物8的四氫呋喃（75 mL）溶液。滴畢，恢復到室溫反應2 h。將體系降至0℃，緩慢加入飽和氯化銨溶液。粗產品經柱層析分離［m（PE）∶m（EA）=3∶1］，得化合物96.27 g（產率：72%）。

1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ 5.81-5.72（m，1H），5.47-5.40（m，2H），4.11-4.07（m，1H），3.73-3.72（m，1H），3.70-3.62（m，2H），2.14-1.94（m，2H），1.80-1.73（m，2H），1.22（s，9H）；19F NMR（376 MHz，CDCl3）δ-101.5（dm，J=246.7 Hz，1F），-109.0（dm，J=245.2 Hz，1F）。

1.6 化合物10的合成

將6 g化合物9溶于60 mL二氯甲烷中，0℃下加入8.7 mL三乙胺、130 mg DMAP，滴加2.4 mL甲磺酰氯，恢復至室溫反應3 h后加水淬滅反應。二氯甲烷萃取，有機相飽和鹽水洗滌、無水硫酸鈉干燥，過濾。將母液移至反應瓶中，降溫至0℃，加入3.75 g叔丁醇鉀，保溫反應3 h。加水淬滅反應，有機相經1 mol/L HCl，飽和鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥。粗產品經柱層析分離［m（PE）∶m（EA）=8∶1］，得化合物103.7 g（產率：66%）。

1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ 5.91-5.73（m，1H），5.57-5.38（m，2H），3.96-3.88（m，1H），3.24-3.20（m，0.4H），3.14-3.11（m，1.2H），2.91-2.84（m，0.4H），2.05-1.62（m，4H），1.15（s，3H），1.13（s，6H）；13C NMR（100 MHz，CD?Cl3）δ 129.9（dd，J=6.1 Hz，2.3 Hz），128.6（t，J=4.5 Hz），121.6，121.2，120.3（t，J=245.9 Hz），119.9（dd，J=248.8 Hz，242.9 Hz），66.6（dd，J=28.1 Hz，25.0 Hz），65.6（t，J=27.3 Hz），59.2，58.7，39.5，37.7，30.1（dd，J=46.3 Hz，23.6 Hz），29.9（dd，J=82.7 Hz，36.4 Hz），23.1（t，J=4.5 Hz），22.9，22.7，22.2（t，J=4.6 Hz）；19F NMR（376 MHz，CDCl3）δ -110.1（m，0.75F），-100.9（dm，J=239.9 Hz，0.64F），-105.9（d，J=239.5 Hz，0.61F）。

1.7 化合物3的合成

將2 g化合物10溶于20 mL甲醇中，在0℃下加入28 mL飽和HCl/MeOH溶液，恢復至室溫反應2 h，旋除溶劑。將所得油狀物溶于150 mL DMF中，在0℃下往體系中加入6.7 g三乙胺、3.9 g氰基磷酸二乙酯和2.1 g 3-丁烯酸。恢復至室溫反應過夜。加質量分數10%NaHCO3水溶液淬滅反應，二氯甲烷萃取3次，有機相飽和鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥。粗產品經柱層析分離［m（PE）∶m（EA）=8∶1］，得化合物 31.12 g（產率：65%（兩步）［17］。

1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ 5.98-5.88（m，1H），5.84-5.73（m，1H），5.55（s，0.5H），5.39（dd，J=34.0 Hz，10.0 Hz，1H），5.27-5.10（m，3H），4.57（t，J=15.2 Hz，1H），3.67（d，J=13.2 Hz，0.4 H），3.19-3.06（m，2.5H），2.70-2.67（m，0.6H），2.06（s，1H），1.80-1.71（m，3H）；13C NMR（100 MHz，CDCl3）δ 171.0，170.3，131.0，128.8，128.7，119.9，119.4，118.2，118.1，121.7（d，J=244.4 Hz），121.6（d，J=243.7 Hz），61.1（t，J=28.8 Hz），56.1（t，J=28.9 Hz），40.5，39.0，38.2，36.0，29.6，29.4，29.1，22.6，21.6（d，J=7.8 Hz），17.7，14.1；19F NMR（376 MHz，CDCl3）δ-100.3（dm，J=241.0 Hz，0.54F），-101.2（0.46F），-101.4（0.46F），-101.6（d，J=177.1 Hz，0.54F）。

1.8 化合物1的合成

將260 mg化合物3溶于60 mL甲苯中，加入130 mg Grubbs'II催化劑，加入回流反應過夜。冷至室溫，旋干，直接柱層析分離［m（PE）∶m（EA）=1∶1］，得化合物 1 170 mg（產率75%）［18］。

1.9 化合物2的合成

將50 mg化合物1溶于8 mL甲醇中，加入0.8 g m（Pd/C）（質量分數10%，包含質量分數50%的水）、甲酸2 mL，密閉反應48 h后過濾，旋干直接柱層析［m（MeOH）∶m（DCM）=1∶15］，得化合物2為36 mg（產率70%）。

2 結果與討論

根據合成分析，首先由R-叔丁基亞磺酰胺6與丙烯醛反應制備了R-叔丁基亞磺酰亞胺7。隨后，R-叔丁基亞磺酰亞胺與現場生成的二氟溴乙酸乙酯鋅試劑發生Reformatskii加成反應生成酯5。淬滅反應后，體系經氟譜檢測，非對映異構體質量比例約為2.4∶1，兩者不能通過柱層析分離。

Reformatskii加成反應主產物的構型可以通過如下六員過渡態來推導［19］，化合物5'是加成反應的主產物，其構型也恰巧是我們所需要的（見圖5）。

圖5 化合物5'的構型Fig.5 Configuration of compound 5'

隨后，對六元哌啶環進行構建。從化合物5'出發，DIBAL-H還原其結構中的a，b-不飽和酯基，所得的醛直接進行Wittig反應得到a，b-不飽和酯8。兩個非對映體混合物不能通過柱層析加以分離。LiAlH4還原8中的a，b-不飽和酯基，得到不能直接地通過柱層析加以分離非對映體的伯醇9。將伯醇9的伯羥基上Ms，所得到的化合物直接在叔丁醇鉀的作用下發生分子內親核取代反應，得到化合物10，從而成功構建了哌啶環。并且，化合物10可以方便地與另一個異構體通過柱層析加以分離。

化合物10在鹽酸甲醇溶液中脫除亞磺酰基后與3-烯丁酸反應，得到關環前體3。化合物3在Grubbs二代催化劑的催化下順利關環生成了化合物1。氫化還原1的雙鍵后，得到了化合物2。