天然產(chǎn)物(±)-Lupinine和(±)-Epilupinine的簡便合成

范玉雪, 丁會麗, 景 明, 張 建,2*

(1. 甘肅中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院,甘肅 蘭州 730000； 2. 甘肅省高校中(藏)藥化學(xué)與質(zhì)量研究省級重點實驗室,甘肅 蘭州 730000)

天然化合物及其衍生物在新藥開發(fā)中具有重要作用,而生物堿又是自然界中重要一類含氮化合物,大約30%的天然生物堿具有氮雜雙環(huán)系統(tǒng),大小不同的氮雜雙環(huán)體系由于不同的構(gòu)象使其具有豐富的藥理活性。兩個稠合的氮雜雙環(huán),其氮原子位于橋頭位置,可根據(jù)環(huán)的大小進行分類。其中吡咯里西啶(即[3.3.0]-氮雜雙環(huán))、吲哚里西啶(即[3.4.0]-氮雜雙環(huán))和喹諾里西啶(即[4.4.0]-氮雜雙環(huán))是3種最常見的類別[1],這些結(jié)構(gòu)在眾多活性生物堿分子中廣泛存在。

羽扇豆堿(lupinine)和表羽扇豆堿(epilupinine)是喹諾里西啶類生物堿中結(jié)構(gòu)最為簡單的生物堿之一(Chart 1)。羽扇豆堿最初是從魯冰花種子和黃花羽扇豆的幼苗中提取得到的[2]。自被分離以來,許多課題組對其展開了合成研究[3-4]。同時,羽扇豆堿因其含有活性基團羥基,可使其作為先導(dǎo)化合物合成各種活性衍生物。例如,合成得到的羽扇豆胺衍生物具有鎮(zhèn)痛,利尿,抗炎,抗心律失常等藥理活性[5]。研究發(fā)現(xiàn),(-)-lupinine在堿性條件下加熱可轉(zhuǎn)化為熱力學(xué)穩(wěn)定的(+)-epilupinine。表羽扇豆堿(epilupinine)最初被認為是(-)-lupinine的表異構(gòu)體,但后來發(fā)現(xiàn)它也是羽扇豆屬植物的次級代謝物之一[6]。據(jù)報道,表羽扇豆堿在體外表現(xiàn)出對白血病P-388和淋巴細胞白血病L1210的抑制活性[7]。同時,表羽扇豆堿的結(jié)構(gòu)常包含在一些藥物中作為藥效團發(fā)揮作用[8-9]。由于表羽扇豆堿多樣性的生物活性,許多課題組也對其展開了一系列合成研究。到目前為止,約有17條不對稱合成路線[10-15]和30多個外消旋體的合成路線被報道[16-18]。

Scheme 1

Chart 1

基于本課題組的前期成果[19],本文以(±)-哌啶酸乙酯鹽酸鹽(1)為起始原料,通過和4-溴代丁酸乙酯發(fā)生N-烷基化反應(yīng)得到二酯化合物2,再在堿性條件下發(fā)生Dieckmann縮合反應(yīng)構(gòu)建兩種生物堿的喹諾里西啶氮雜環(huán)系。然后在酸性條件下脫除酯基得到氨基環(huán)酮化合物4。氨基環(huán)酮化合物4經(jīng)Witting反應(yīng)得到關(guān)鍵中間體5,總收率46.7%,化合物5可參考文獻方法[20],通過硼氫化氧化反應(yīng),共5步反應(yīng)完成(±)-lupinine和(±)-epilupinine的形式合成(Scheme 1)。據(jù)文獻報道,最后一步硼氫化氧化的產(chǎn)物(±)-lupinine和(±)-epilupinine的總收率為62%,二者比例約為2/1。和其他合成路線相比,該合成路線具有路線短,原料簡單易得,操作方便,反應(yīng)產(chǎn)率高等優(yōu)點,可用于兩種生物堿分子的大量制備,為進一步的結(jié)構(gòu)修飾和合成具有類似骨架的衍生物藥物分子奠定基礎(chǔ)。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Bruker AM-400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑,TMS為內(nèi)標)。

所用試劑均為分析純或化學(xué)純,溶劑在使用前均經(jīng)過重新蒸餾,無水溶劑均按標準方法或文獻方法進行處理。

1.2 合成

(1)2的合成

向25 mL圓底燒瓶中,依次加入2-哌啶酸乙酯鹽酸鹽1(194 mg, 1 mmol),乙腈10 mL,無水碳酸鉀(345 mg, 2.5 mmol)和4-溴代丁酸乙酯(195 mg, 1 mmol),加熱至回流,反應(yīng)10 h(TLC檢測)。原料反應(yīng)完畢,冷卻至室溫,過濾,濾液經(jīng)減壓蒸除溶劑,殘余物經(jīng)柱色譜(PET/EtOAc=4/1)分離得淡黃色油狀液體2260 mg,收率96%, Rf=0.5(petroleum ether/EtOAc=2/1);1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 1.23～1.29(m, 6H), 1.33～1.43(m, 1H), 1.58～1.64(m, 3H), 1.70～1.84(m, 4H), 2.15～2.20(m, 1H), 2.24～2.39(m, 3H), 2.50～2.58(m, 1H), 3.03～3.09(m, 2H), 4.09～4.20(m, 4H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 14.1, 14.2, 22.0, 22.4, 25.2, 29.5, 32.0, 50.1, 55.5, 60.0, 60.1, 65.0, 173.4, 173.7。

(2)3的合成

向100 mL的單口瓶中加入叔丁醇鉀(1.12 g, 10 mmol),置換惰氣,在0 ℃下向反應(yīng)瓶中加入溶于四氫呋喃的化合物2(1.355 g, 5 mmol)。 0 ℃下反應(yīng)1 h(TLC檢測)。原料反應(yīng)完畢, 加少量水淬滅后,減壓蒸除四氫呋喃,殘余物用飽和碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)pH至弱堿性,用二氯甲烷萃取水相8次,合并有機相,水洗一次,飽和食鹽水洗一次,無水硫酸鈉干燥,濃縮,得淡黃色油狀液體化合物3853 mg,收率80%, Rf=0.7(EtOAc)。化合物3不穩(wěn)定,無需純化,直接用于下一步脫酯基操作。

(3)4的合成

無水無氧條件下,向50 mL的雙口瓶中加入溶于4 mol/L的鹽酸的化合物3(1.484 g, 6.6 mmol),加熱回流,反應(yīng)10 h(TLC檢測)。原料反應(yīng)完畢,用碳酸鈉固體調(diào)節(jié)溶液pH值至弱堿性,用乙酸乙酯萃取6次,合并有機相,水洗一次,飽和食鹽水洗一次,無水硫酸鈉干燥,濃縮,經(jīng)柱色譜(DCM/MeOH=30/1)純化得無色油狀液體化合物4877 mg,收率87%,Rf=0.4(DCM/MeOH=10/1);1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 1.11～1.29(m, 1H), 1.30～1.44(m, 1H), 1.45～1.68(m, 2H), 1.71～1.86(m, 1H), 1.87～2.06(m, 3H), 2.09～2.19(m, 1H), 2.21～2.33(m, 1H), 2.34～3.57(m, 3H), 2.79～3.06(m, 2H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 23.7, 24.0, 25.3, 25.5, 39.1, 54.7, 56.8, 70.9, 207.2。

(4)5的合成

向50 mL的單口瓶中加入甲基三苯基碘化磷(1.817 g, 4.524 mmol),置換惰氣。在-78 ℃下,依次加入無水四氫呋喃20 mL,正丁基鋰(1.73 mL, 4.152 mmol)。反應(yīng)1 h后,隨后緩慢加入化合物4(529 mg, 3.46 mmol)的無水四氫呋喃溶液,然后緩慢升室溫。反應(yīng)16 h(TLC檢測)。原料反應(yīng)完畢,加水淬滅反應(yīng),將反應(yīng)液倒入分液漏斗,加入乙酸乙酯,有機相用水洗滌3次,飽和食鹽水洗滌1次,無水硫酸鈉干燥,濃縮,經(jīng)柱色譜分離(梯度洗脫DCM/MeOH=60/1至20/1),得淡黃色油狀化合物5357 mg,收率70%, Rf=0.4(DCM/MeOH=10/1);1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 1.18～1.34(m, 1H), 1.43～1.85(m, 7H), 1.94～2.40(m, 5H), 2.87(d, 2H,J=10.8 Hz), 4.74(d, 2H,J=4.8 Hz);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 24.2, 25.3, 26.5, 28.2, 34.8, 56.6, 57.0, 64.5, 107.4, 147.5。

通過5步反應(yīng),高收率的完成了羽扇豆堿和表羽扇豆堿的形式合成。在化合物4的合成中,采取了兩步連續(xù)操作。二酯化合物2在叔丁醇鉀/四氫呋喃條件下,經(jīng)迪克曼縮合反應(yīng)得到化合物3,簡單高效的構(gòu)建了喹諾里西啶氮雜環(huán)系。但實驗中發(fā)現(xiàn)化合物3穩(wěn)定性不好,且柱層析時吸附性強,損失較大。所以我們合成得到化合物3的粗產(chǎn)物后,直接用于下一步的Krapcho脫羰反應(yīng)。兩步連續(xù)反應(yīng)的效率更高,且兩步連續(xù)反應(yīng)的總產(chǎn)率要明顯高于分步操作。

在化合物5的合成條件優(yōu)化中,經(jīng)過條件探索,甲基三苯基碘化磷加入量為底物的1.3 eq.,而正丁基鋰加入量為1.2 eq.。也就是使甲基三苯基碘化磷稍過量,從而使正丁基鋰完全消耗,這樣可以避免正丁基鋰對反應(yīng)底物的親核加成的副反應(yīng)。同時我們也探索了不同反應(yīng)溫度下的反應(yīng)情況。在-78 ℃下反應(yīng),反應(yīng)很慢且原料反應(yīng)不完全。而在0 ℃下反應(yīng),反應(yīng)的副產(chǎn)物較多。通過實驗溫度條件的探索,在-78 ℃下加完底物后保持該溫度反應(yīng)1 h,然后讓反應(yīng)體系緩慢升至室溫,此操作條件下的副產(chǎn)物少,反應(yīng)產(chǎn)率最高。

以廉價易得的(±)-哌啶酸乙酯鹽酸鹽為起始原料,通過氮烷基化反應(yīng)、迪克曼縮合反應(yīng)、Krapcho脫羰反應(yīng)、Wittig反應(yīng)等4步反應(yīng)合成得到關(guān)鍵中間體5,4步總產(chǎn)率46.7%。化合物5可經(jīng)文獻轉(zhuǎn)化,完成(±)-lupinine和(±)-epilupinine的形式合成。此合成路線為兩種天然產(chǎn)物的大量合成奠定了基礎(chǔ)。同時,該方法還可為含有此類氮雜環(huán)系的復(fù)雜生物堿分子的合成提供參考。