四氫原小檗堿類化合物兩條全合成路線的探討＊

李 昌，王 飛，徐淑華，宋文文，葛海霞

（湖州師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，浙江 湖州313000）

0 引言

四氫原小檗堿類化合物（THPBs）是一類廣泛存在于中藥延胡索（corydalis）、千金藤（stephania）及地不容等植物中的天然活性成分［1］.THPBs類化合物具有多種生物活性.在中樞神經(jīng)系統(tǒng)方面［2～3］，THPBs類化合物具有很好的鎮(zhèn)痛、抗帕金森癥、抗精神分裂癥和抗藥物成癮等活性，該活性主要與腦內(nèi)多巴胺（DA）受體功能相關(guān)，開拓了四氫原小檗堿同類物作用于腦內(nèi)DA 受體的研究領(lǐng)域，把中藥THPBs作用融入現(xiàn)代DA 的科學(xué)范疇中；在心血管系統(tǒng)方面［1］，THPBs類化合物具有較強(qiáng)的降血壓、增加冠脈流量、保護(hù)心肌及抗心律失常等作用，其機(jī)制主要與拮抗α受體和β受體、抑制相關(guān)離子通道等相關(guān).此外還有一定的抗炎、抗腫瘤、抗菌和抗瘧等活性［4］.構(gòu)效關(guān)系研究表明［5～6］，THPBs的活性與A 環(huán)和D 環(huán)上的取代基不同密切相關(guān)，A 環(huán)和D 環(huán)上的取代基不同使THPBs的扭曲度不同，進(jìn)而使二面角的角度不同，引起活性的差異.因此，制備在A 環(huán)和D 環(huán)有多種不同的取代基的THPBs衍生物對開發(fā)該類化合物具有重要意義.

THPBs的制備方法主要分為兩大類：一類是全合成方法；另一類是以天然產(chǎn)物鹽酸小檗堿等為原料的半合成方法.半合成方法相對步驟較少，操作更簡便，但制備化合物的種類有限.全合成方法可在其結(jié)構(gòu)的不同位置引入不同取代基獲得取代基多樣的THPBs類化合物.

目前，四氫原小檗堿類衍生物最常用的兩條全合成路線如圖1和圖2所示.本文主要對這兩條全合成路線每一步反應(yīng)的特點(diǎn)以及各自優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行探索性的評價(jià).

1 以取代苯甲醛為起始原料合成THPBs

如圖1所示，該路線［7］是以胡椒乙胺或高藜蘆胺等和多種取代苯甲醛作為起始原料，通過縮合反應(yīng)、還原反應(yīng)、環(huán)合反應(yīng)、堿化脫銅反應(yīng)、還原反應(yīng)五步反應(yīng)制備THPBs類化合物.

在該合成路線中，第一步反應(yīng)是在100 ℃加熱脫水縮合至TLC 監(jiān)測反應(yīng)完全為止，生成的產(chǎn)物1－1不需純化處理即可直接進(jìn)行下一步反應(yīng).第二步反應(yīng)是將上步產(chǎn)物溶解于乙醇中，加入過量3～5倍摩爾數(shù)的NaBH4反應(yīng)至TLC監(jiān)測原料消失為止，經(jīng)萃取純化后，再用鹽酸－乙醇（5∶95）酸化成鹽，以上兩步的總收率約為78%.第三步環(huán)合反應(yīng)是整個(gè)反應(yīng)過程中最難、最關(guān)鍵的一步，直接決定最終產(chǎn)物的收率.以無水甲酸為溶劑，無水硫酸銅作為脫水劑，在100 ℃條件下反應(yīng)，加入40%乙二醛溶液提供環(huán)合反應(yīng)所需要的“二碳單位”，且在反應(yīng)過程中分多次加入濃鹽酸作為催化劑.在進(jìn)行多次該步反應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，硫酸銅和濃鹽酸的用量、反應(yīng)溫度、投料時(shí)間和順序等多個(gè)因素對該步產(chǎn)物的收率都有很大影響，其中硫酸銅用量影響最大，用量過多會使其反應(yīng)的后處理困難，用量過少則又無法除去溶劑及反應(yīng)中產(chǎn)生的水，使產(chǎn)率大大降低.第四步堿化脫銅反應(yīng)是將上步反應(yīng)產(chǎn)物用甲醇和水溶解，再用氧化鈣調(diào)pH 至9～10.直接加氧化鈣粉末調(diào)pH 值時(shí)很難準(zhǔn)確控制其所需的量，用量過多會使后處理抽濾的時(shí)間大大延長，而且會吸附一定量的產(chǎn)物，造成損失，進(jìn)而直接影響最后的收率；用量過少，則會導(dǎo)致產(chǎn)物脫銅不完全，無法完全除去銅離子而導(dǎo)致產(chǎn)物顏色加深，增加純化的困難.此外調(diào)好pH 值后攪拌的時(shí)間也不能過長，否則料液很粘稠，給后處理造成很大的麻煩.總之，該步反應(yīng)的操作較繁瑣，需要不斷摸索改進(jìn)方法.堿化脫酮處理后的產(chǎn)物還需要用鹽酸－乙醇（5∶95）進(jìn)一步酸化成鹽，再經(jīng)硅膠柱層析分離純化得到目標(biāo)物1－4.以上兩步反應(yīng)的總收率約為25%～45%.第五步還原反應(yīng)方法同第二步，采用3～5倍摩爾量的NaBH4使反應(yīng)完全，通過重結(jié)晶方法得到高純度的目標(biāo)物1－5，該步收率約為80%.

采用該路線一，本文嘗試以多種不同取代基的苯甲醛與胡椒乙胺或高藜蘆胺等作為起始原料，制備了近20個(gè)THPBs類化合物，化合物的總收率為15%～30%.在制備不同的THPBs類化合物過程中發(fā)現(xiàn)：①當(dāng)A 環(huán)沒有任何取代基時(shí)，即起始原料用苯乙胺與取代的苯甲醛進(jìn)行反應(yīng)，環(huán)化反應(yīng)很難進(jìn)行，產(chǎn)率很低或基本不發(fā)生反應(yīng)；②當(dāng)A 環(huán)的2，3位有甲氧基或二氧亞甲基等基團(tuán)時(shí)，若D 環(huán)同時(shí)存在10－位給電子基，如甲氧基或羥基時(shí)，環(huán)化反應(yīng)收率較高，可達(dá)45%左右；若D 環(huán)10－位沒有給電子基，而其它位如9－位或11－位等有給電子基時(shí)，產(chǎn)率非常低，且無法分離到產(chǎn)物；若D 環(huán)沒有取代基或有吸電子基，如氯、硝基時(shí)，不能發(fā)生環(huán)化反應(yīng).這些現(xiàn)象與其反應(yīng)機(jī)理密切相關(guān).

2 以取代苯乙酸為起始原料合成THPBs

如圖2所示，該路線［8］是以胡椒乙胺或高藜蘆胺等和多種取代的苯乙酸作為起始原料，通過縮合反應(yīng)、脫水環(huán)合B環(huán)反應(yīng)、還原反應(yīng)、脫水環(huán)合C環(huán)四步反應(yīng)獲得目標(biāo)物.

在該合成路線中，如果采用的起始原料苯乙酸結(jié)構(gòu)中有羥基或胺基取代基時(shí)，需要將其進(jìn)行保護(hù)，如羥基可采用芐基保護(hù)、胺基可采用BOC保護(hù)，再進(jìn)行以下步驟反應(yīng).第一步縮合反應(yīng)根據(jù)文獻(xiàn)［8］的方法將起始原料胺與取代苯乙酸在170～180 ℃加熱反應(yīng)3～4h獲得縮合產(chǎn)物2－1.但用胡椒乙胺與鄰羥基苯乙酸縮合反應(yīng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)該方法反應(yīng)不完全，收率很低.通過查閱文獻(xiàn)［9］，將反應(yīng)方法改為以EDCI/HOBT為縮合劑，室溫反應(yīng)過夜，即可反應(yīng)完全得到縮合產(chǎn)物2－1，收率約為80%.第二步脫水環(huán)合B環(huán)反應(yīng)必須在無水環(huán)境中進(jìn)行，加入過量的三氯氧磷在110 ℃下反應(yīng)4h，可得到收率約為70%的產(chǎn)物2－2.第三步還原反應(yīng)采用甲醇為反應(yīng)溶劑，過量的硼氫化鈉為還原劑，即可得到反應(yīng)產(chǎn)物2－3，但在后處理的萃取時(shí)易產(chǎn)生嚴(yán)重的乳化現(xiàn)象，收率約為70%.第四步脫水環(huán)合C 環(huán)反應(yīng).根據(jù)文獻(xiàn)［8］的方法，用98%甲酸和37%甲醛在100 ℃下反應(yīng)3h，后處理應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物2－4，但以鄰芐氧基苯乙酸或鄰甲氧基苯乙酸為原料進(jìn)行該步反應(yīng)時(shí)，經(jīng)波譜鑒定該步得到的產(chǎn)物并非目標(biāo)產(chǎn)物2－4，而是上步目標(biāo)物2－3的N 甲基化產(chǎn)物.通過查閱文獻(xiàn)［10］，將此步反應(yīng)的方法改為：往上步產(chǎn)物2－3中加入新制備的甲乙酐，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)過夜，經(jīng)萃取等后處理即可得到N 甲?；a(chǎn)物2－5，再將2－5經(jīng)脫水環(huán)合C環(huán)反應(yīng)和還原反應(yīng)最終得到目標(biāo)物2－4，通過硅膠柱層析分離純化得到純品目標(biāo)物.但這三步的綜合收率只有15%左右，特別是最后一步脫水環(huán)合C環(huán)反應(yīng)不完全，導(dǎo)致收率很低.

采用該合成路線二，本文嘗試以胡椒乙胺分別與鄰甲氧基苯乙酸和鄰芐氧基苯乙酸作為起始原料，制備了兩個(gè)THPBs類化合物，其總收率只有5%左右，而且純化較難.

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道［11～13］，該合成路線二的第四步脫水環(huán)合C 環(huán)反應(yīng)中甲酸和甲醛加熱反應(yīng)條件下易環(huán)合，且收率可達(dá)80%.但本文嘗試以鄰甲氧基苯乙酸和鄰芐氧基苯乙酸為起始原料在該步無法得到目標(biāo)物，這是否與苯乙酸結(jié)構(gòu)上取代基所在的位置有關(guān)系，有待進(jìn)一步研究.

3 結(jié)語

在四氫原小檗堿類化合物的兩條常用的全合成路線中，路線一與路線二相比，反應(yīng)步驟更短，收率更高，總收率可達(dá)15%～30%，而且不同取代基的苯甲醛種類多，價(jià)格相對便宜，更適合制備結(jié)構(gòu)多樣的四氫原小檗堿類化合物；路線二反應(yīng)步驟較長，收率較低，而且不同取代基的苯乙酸種類有限，可作為路線一的替補(bǔ)方法合成更多樣的THPBs類化合物.

［1］金國章.中藥延胡索研究中的新發(fā)現(xiàn)［M］.上海：上?？萍汲霭嫔?，2001.

［2］Mo J，Guo Y，Yang Y S，et al.Recent developments in studies of l－stepholidine and its analogs：chemistry，pharmacology and clinical implications［J］.Curr Med Chem，2007，14：2 996－3 002.

［3］Chu H Y，Jin G Z，F(xiàn)riedman E，et al.Recent development in studies of tetrahydroproto berberines：mechanism in antinociception and drug Addiction［J］.Cell Mol Neurobiol，2008，28：491－499.

［4］Emidio V L D，Ivana M M F，Diego N G.The Alkaloids：Chemistry and Biology［M］.New York：Academic Press，2005.

［5］Xuan J C，Lin G D，Jin G Z，et al.Relevance of stereo and quantum chemistry of four tetrahydroprotoberberines to their effects on dopamine receptors［J］.Acta Pharmacol Sin，1988（9）：197－205.

［6］吳安，陳潔，金國章，等.四氫原小檗堿同類物的晶體結(jié)構(gòu)對D1和D2多巴胺受體亞型的作用關(guān)系［J］.自然科學(xué)進(jìn)展，1991（2）：147－152.

［7］Yang P，Song D Q，Li Y H，et al.Synthesis and structure－activity relationships of berberine analogues as a novel class of low－density－lipoprotein receptor up－regulators［J］.Bioorg Med Chem Lett，2008，18：4 675－4 677.

［8］Kametani T，Shibuya S，Hirata S，et al.Studies on the syntheses of heterocyclic compounds.D.novel cleavage of tetrahydroprotoberberines with trifluoroacetic anhydride［J］.Chem Pharm Bull，1972，20（12）：2 570－2 574.

［9］Fanrong M，Stephanie L C，David J R，et al.Design，synthesis，and biological evaluation of a series of lavendustin a analogues that inhibit EGFR and syk tyrosine kinases，as well as tubulin polymerization［J］.J Med Chem，2001，44：441－452.

［10］Hanaoka M，Kobayashi N，Shimada K I，et al.Chemical transformation of protoberberines.Part 10，a novel synthesis of sanguilutine and dihydrosanguilutine，fully aromatized 2，3，7，8，10－pentaoxygenated benzo［c］phenanthridine alkaloids［J］.J Chem Soc Perkin Trans I，1978（6）：677－681.

［11］Ishiwata S，Itakura K.Syntheses of aminoisoquinolines and related compounds.V.The direaction of the mannich reaction on the aminotetrahydroisoquinolines to the aminoprotoberberines［J］.Chem Pharm Bull，1970，18（5）：896－900.

［12］Zhai H M，Miller J，Sammis G.First enantioselective syntheses of the dopamine D1and D2receptor modulators，（＋）－and（－）－govadine［J］.Bioorg Med Chem Lett，2012，22：1 557－1 559.

［13］Parraga J，Cabedo N，Andujar S，et al.2，3，9－and 2，3，11－Trisubstituted tetrahydroprotoberberines as D2dopaminergic ligands［J］.Eur J Med Chem，2013，68：150－166.