(2S,3S)-鞘胺醇的合成

宋艷玲， 杜新春， 仝瑞杰

(沈陽化工大學(xué) 制藥與生物工程學(xué)院， 遼寧 沈陽 110142)

鞘脂類化合物以鞘糖脂、鞘磷脂、1-磷酸-鞘胺醇和神經(jīng)酰胺等形式廣泛存在于動(dòng)物、植物和真菌中.這類化合物作為細(xì)胞質(zhì)膜的重要組成，不僅維持著細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)，而且在細(xì)胞黏附、生長、分化、增殖和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等基本活動(dòng)中發(fā)揮著重要作用，具有抗微生物、抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)和似神經(jīng)生長因子等生物活性[1-2].鞘胺醇(Sphingosine)是鞘脂類化合物的基本骨架，其分子結(jié)構(gòu)由不飽和脂肪烴鏈和端位的2-氨基-1,3-二羥基兩部分組成，如下所示：

目前，天然來源的鞘脂類化合物由于數(shù)量有限、提取困難、純度較低等問題限制了其研究進(jìn)展.因此，人工合成鞘脂類化合物顯得尤為必要，特別是研究鞘脂類化合物的基本骨架鞘氨醇的合成方法具有重要的意義.已有文獻(xiàn)報(bào)道的鞘氨醇的合成方法[3-6]絕大部分是采用氨基酸作為天然手性源以獲得鞘氨醇的立體結(jié)構(gòu)，而利用不對稱合成方法得到手性中心的報(bào)道較少，且多為(2S,3R)-鞘胺醇的合成，關(guān)于(2S,3S)-鞘胺醇的合成報(bào)道甚少.本研究報(bào)道了通過不對稱合成法合成(2S,3S)-鞘胺醇的新路線，如下所示：

以肉豆蔻醛(1)和二甲基苯基硅烷基乙炔(2)為起始原料，在立體選擇性催化劑(+)-N-甲基麻黃堿[(+)NME]的作用下經(jīng)Carriera反應(yīng)得到化合物(3)；化合物(3)在Red-Al作用下發(fā)生立體選擇性還原反應(yīng)得到化合物(4)；化合物(4)與叔丁氧基羰基保護(hù)的甘氨酸發(fā)生酯化反應(yīng)，得到化合物(5)；化合物(5)通過關(guān)鍵的Claisen重排反應(yīng)得到化合物(6)，再經(jīng)過四氫鋁鋰還原反應(yīng)得到化合物(7)；最后經(jīng)過氧化脫硅基反應(yīng)和同時(shí)脫保護(hù)基反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物(2S,3S)-鞘胺醇(8).該路線簡便且產(chǎn)品光學(xué)純度較高.

1 儀器與試劑

核磁共振用Bruker ARX-300測定；質(zhì)譜采用LCQ Advantage MAX 10離子肼質(zhì)譜儀測定；旋光度利用鈉光(D line 589.3 nm)測量.反應(yīng)通過Merck 60 F-254 硅膠薄層色譜板TLC檢測，色譜柱填充硅膠為Merck 60(230-400 mesh).所用試劑均為市售分析純.所有反應(yīng)均在N2保護(hù)下進(jìn)行.

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 (R)-1-(二甲基苯基硅烷基)-1-十六炔-3-醇(3)的制備

將(+)NME(1.37 g,7.6 mmol)和三氟甲磺酸鋅(2.26 g,6.2 mmol)加到密封管中，加入三乙胺(1.56 g,15.3 mmol)和甲苯(100 mL)，室溫下攪拌3 h，加入二甲基苯基硅烷(10.10 g,6.3 mmol)，攪拌30 min，加入肉豆蔻醛(1.06 g,5 mmol).密封管加熱至80 ℃，繼續(xù)反應(yīng)24 h.加入飽和的NH4Cl水溶液，淬滅反應(yīng).CH2Cl2萃取反應(yīng)液，合并提取液，水洗，無水MgSO4干燥.抽濾，減壓蒸餾，殘留物經(jīng)硅膠柱純化[V(正己烷)∶V(乙酸乙酯)=20∶1]，得到油狀化合物1.59 g，收率86 %.1H-NMR(CDCl3,300 MHz),δ:0.418(s,6H),0.882(t,J=6 Hz,3H),1.259(brs,20H),1.438～1.494(m,2H),1.765～1.711(m,2H),4.400(t,J=6.6 Hz,1H)，7.353～7.636(m,5H).

2.2 (R,E)-1-(二甲基苯基硅烷基)-1-十六烯-3-醇(4) 的制備

將紅鋁(質(zhì)量分?jǐn)?shù)65 %的甲苯溶液 0.41 mL,1.37 mmol)溶于2.0 mL乙醚中，反應(yīng)液冷卻至0 ℃，將化合物3(0.30 g,0.8 mmol)的1.0 mL THF溶液緩慢加到上述溶液中，溫度升至室溫，繼續(xù)攪拌1 h.將反應(yīng)液冷卻至0 ℃，緩慢加入1 mol/L HCl終止反應(yīng)，乙醚萃取反應(yīng)液，合并提取液，水洗，無水MgSO4干燥.抽濾，減壓蒸餾，殘留物經(jīng)柱層析純化[V(正己烷)∶V(乙酸乙酯)=10∶1]，得到油狀化合物0.24 g.收率80 %.1H-NMR(CDCl3,300 MHz)，δ:0.348(s,6H),0.882(t,J=6 Hz,3H),1.258～1.420(brs,20H),1.492～1.549(m,4H),4.113～4.134(dd,J=6.3 Hz,1H),5.939～6.005(dd,J=0.6,18.9 Hz,1H),6.093～6.173(dd,J=5.4,18.6 Hz,1H),7.341～7.363(m,3H),7.498～7.530(m,2H).

2.3 (R,E)-1-(二甲基苯基硅烷基)-3-(N-叔丁氧甲酰氨基)乙羰氧基-1-十六烯(5) 的制備

將(R,E)-1-(二甲基苯基硅烷基)-1-十六烯-3-醇(0.17g,0.45 mmol)溶于10 mL CH2Cl2中加入催化量的4-二甲氨基吡啶(DMAP，10 mg)，室溫?cái)嚢?0 min，冷卻至0 ℃，將二環(huán)己基碳二亞胺(DCC，111.7 g,0.54 mmol)加到反應(yīng)液中繼續(xù)攪拌30 min，N-Boc-甘氨酸(44.7 mg,0.54 mmol)的CH2Cl2溶液加到反應(yīng)液中，溫度升至室溫，繼續(xù)攪拌過夜.減壓蒸餾，殘留物經(jīng)柱層析純化[V(正己烷)∶V(乙酸乙酯)=15∶1]，得到化合物 0.23 g.收率95 %.1H-NMR(CDCl3,300 MHz)，δ:0.410(s,6H),0.882(t,J=6 Hz,3H),1.258～1.420(brs,20H),1.386(s,9H),1.492～1.549(m,4H),3.931～3.941(d,J=3.0 Hz,2H),5.452～5.496(t,J=6.6 Hz,1H),5.939～6.005(dd,J=0.6,18.9 Hz,1H),6.093～6.173(dd,J=5.4,18.6 Hz,1H),7.348～7.399(m,3H),7.583～7.615(m,2H).

2.4 (2S,3S,E)-2-(N-叔丁氧基甲酰)氨基-3-(二甲基苯基硅烷基)-4-十八烯酸(6) 的制備

將二異丙基氨基鋰(LDA)溶液1.9 mL[0.476 mol/L四氫呋喃(THF)溶液,0.9 mmol]冷卻至-78 ℃，化合物 5(0.227 g,0.427 mol)溶于10 mL四氫呋喃溶液，緩慢加到LDA溶液中.攪拌20min后，加入叔丁基二甲基氯硅烷 (TBSCl)2.6 mL(0.5 mol/L THF溶液).將反應(yīng)液緩慢升至室溫，繼續(xù)反應(yīng)3 h.用1mol/L硫酸氫鈉溶液淬滅反應(yīng)，乙酸乙酯提取，合并提取液，水洗，無水MgSO4干燥.抽濾，減壓蒸餾，殘留物經(jīng)柱層析純化[V(正己烷)∶V(乙酸乙酯)=5∶1]，得化合物150 mg，收率67 %.1H-NMR(CDCl3,300 MHz)，δ:0.065(s,9H),0.876(t,J=6.6 Hz,3H),1.281(brs,20H),1.466(s,9H),1.836～2.008(m,2H),3.348(t,1H),4.948～4.980(d,J=9.6 Hz,1H),5.252～5.219(d,J=9.9 Hz,1H),5.384～5.456(dd,J=6.9,14.6 Hz,1H),7.260～7.376(m,3H),7.472～7.593(m,2H).

2.5 (2S,3S,E)-1-羥基-2-(N-叔丁氧基甲酰)氨基-3-(二甲基苯基硅烷基)-4-十八烯(7)的制備

將(2S,3S,E)-2-(N-叔丁氧基甲酰)氨基-3-(二甲基苯基硅烷基)-4-烯-十八酸(146.8 mg，0.28 mmol)溶入10 mL THF中，冷卻至0 ℃，將四氫鋁鋰(1.0 mol/L THF溶液，0.83 mL)緩慢加至上述反應(yīng)液中.加畢，溫度升至室溫，繼續(xù)反應(yīng)3 h.用10 mL乙酸乙酯稀釋反應(yīng)液，冷卻至0 ℃，用體積分?jǐn)?shù)5 %的HCl淬滅反應(yīng)，乙酸乙酯提取，合并提取液，水洗，無水MgSO4干燥.抽濾，減壓蒸餾，殘留物經(jīng)柱層析純化[V(正己烷)∶V(乙酸乙酯)=5∶1]，得到化合物135.3 mg，收率95 %.1H-NMR(CDCl3,300 MHz)，δ:0.339(s,6H),0.857(t,J=6.6 Hz,3H),1.235(brs,20H),1.406(s,9H),1.872(m,2H),1.947～1.981(m,2H),3.441～3.500(dd,J=6.3,11.4 Hz,1H),3.629～3.677(dd,J=3,11.4 Hz,1H),3.758(brs,1H),5.208～5.242(d,J=10.2 Hz,1H),5.304～5.376(dd,J=8.4,14.7 Hz,1H),7.252～7.370(m,3H),7.472～7.513(m,2H).

2.6 (2S,3S)-鞘胺醇(8)的制備

將(2S,3S,E)-1-羥基-2-(N-叔丁氧基甲酰)氨基-3-(二甲基苯基硅烷基)-4-十八烯(135.3 mg，0.27 mmol)溶入5 mL三氟乙酸和冰醋酸(體積比1∶1)的混合溶劑中，加入三氟乙酸汞(122.2 mg，0.28 mmol)，室溫下攪拌1 h，然后加入過氧乙酸(60 mg，0.78 mmol)，室溫下繼續(xù)攪拌12 h.用乙酸乙酯10 mL稀釋反應(yīng)液，依次用飽和的碳酸氫鈉溶液、飽和的亞硫酸鈉溶液和水洗，無水MgSO4干燥.抽濾，減壓蒸餾，殘留物經(jīng)柱層析純化[V(正己烷)∶V(乙酸乙酯)=5∶1]，得到化合物67 mg，收率85 %.1H-NMR(CDCl3,300 MHz),δ:0.816(t,J=6.9 Hz,3H),1.235(brs,20H),1.406(s,9H),1.872(m,2H),1.964～2.032(dd,J=6.9,14.1 Hz,2H),2.729～2.783 3(dd,J=4.5,6.0 Hz,2H).3.527～3.643(m,2H),3.629～3.677(dd,J=3,11.4 Hz,1H),3.838(s,4H),3.983(s,1H),5.343～5.418(dd,J=7.5,14.1 Hz,1H),5.650～5.725(m,J=8.2,15.3 Hz,1H); MS(m/z):299.28[M+H]+; [α]25D-25.3(c0.30,氯仿).

3 結(jié)果與討論

以不對稱合成方法建立了C(2),C(3)的立體結(jié)構(gòu)及一個(gè)C(4)位的E型雙鍵結(jié)構(gòu).縮短了反應(yīng)步驟，提高了反應(yīng)總收率，并且對多步反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn).

在化合物3的合成過程中采用(+)-N-甲基麻黃堿作為立體選擇性催化劑的Carriera反應(yīng).根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道的Carriera反應(yīng)條件[7]，按n(化合物1)∶n(化合物2)∶n[(+)NME]∶n(三氟甲磺酸鋅)∶n(三乙胺)=1∶1∶1.1∶1.2∶1.2的投料比例室溫反應(yīng)48 h，起始原料沒有變化，無新的生成產(chǎn)物.通過改進(jìn)反應(yīng)條件，將投料比例提高為n(化合物1)∶n(化合物2)∶n[(+)NME]∶n(三氟甲磺酸鋅)∶n(三乙胺)1∶10 ∶1.5∶1.2∶3，同時(shí)提高反應(yīng)溫度至65 ℃，采用密封管中加壓反應(yīng)20 h，反應(yīng)得以順利進(jìn)行，反應(yīng)收率提高至85 %.

在化合物4的合成過程中嘗試不同的選擇性還原反應(yīng).實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在紅鋁還原反應(yīng)條件下可得到較高收率的E構(gòu)型還原產(chǎn)物，結(jié)果如表1所示.

表1 不同還原反應(yīng)對結(jié)果的影響

Claisen重排反應(yīng)是合成過程中最重要，也是最難控制的一步反應(yīng).對比了LDA、KHMDS和LHMDS等金屬堿對實(shí)驗(yàn)的影響；對螯合劑ZnCl2、TMSCl和TBSCl進(jìn)行了研究；同時(shí)對反應(yīng)溫度和時(shí)間進(jìn)行研究.確定了最優(yōu)化的Claisen重排反應(yīng)條件：3倍量的TBSCl 和2倍量的LDA，-78 ℃至室溫條件下反應(yīng)2 h，反應(yīng)收率為65 %.

化合物7的氧化反應(yīng)過程中，將其溶入冰醋酸和三氟乙酸(體積比1∶1)的混合溶劑中，加入三氟乙酸汞，室溫下攪拌0.5 h，然后加入過氧乙酸，發(fā)生氧化脫硅基反應(yīng)，同時(shí)該反應(yīng)條件下會(huì)發(fā)生脫Boc保護(hù)反應(yīng)，因此，確定了一勺燴的反應(yīng)條件，得到最終目標(biāo)產(chǎn)物(2S,3S)-鞘胺醇.

4 結(jié) 論

鞘胺醇是鞘脂類化合物的基本骨架，關(guān)于(2S,3S)-鞘胺醇的報(bào)道非常少，本文對其合成路線進(jìn)行研究，成功制備出了目標(biāo)化合物，各項(xiàng)指標(biāo)均與文獻(xiàn)報(bào)道值相符.因此，該合成路線可應(yīng)用于人工合成鞘脂類化合物的進(jìn)一步研究.