D-脯氨酸催化的(3S,4S)-4-氨基-3-羥基-5-苯基戊酸衍生物的合成

包可婷， 張 偉， 李英霞， 胡 春

(1. 沈陽藥科大學(xué) 制藥工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110016； 2. 復(fù)旦大學(xué) 藥學(xué)院，上海 201203)

·制藥技術(shù)·

D-脯氨酸催化的(3S,4S)-4-氨基-3-羥基-5-苯基戊酸衍生物的合成

包可婷1,2， 張 偉2， 李英霞2， 胡 春1*

(1. 沈陽藥科大學(xué) 制藥工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110016； 2. 復(fù)旦大學(xué) 藥學(xué)院，上海 201203)

報(bào)道了一條合成(3S,4S)-4-氨基-3-羥基-5-苯基戊酸(Ahppa)衍生物的新路線。以氨基保護(hù)的L-苯丙氨酸為起始原料，依次經(jīng)Weinreb胺縮合、還原、aldol縮合及溴仿4步反應(yīng)合成了3個(gè)Ahppa衍生物，總收率5.8%～6.7%，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13C NMR和ESI-MS確證。對反應(yīng)條件進(jìn)行了探討，結(jié)果表明：催化劑D-脯氨酸用量對反應(yīng)收率影響不大，對立體選擇性影響較大；氨基上保護(hù)基體積較大有利于提高反應(yīng)立體選擇性。

苯丙氨酸； 天冬氨酸蛋白酶抑制劑； (3S,4S)-4-氨基-3-羥基-5-苯基戊酸； D-脯氨酸； 催化； 藥物合成

β-羥基-γ-氨基酸是一種重要的非天然氨基酸，廣泛地存在于多種具有生物活性的天然產(chǎn)物中。例如廣為人知的抗癌藥物紫杉醇(Taxol)[1]、免疫調(diào)節(jié)劑Bestatin[2]、抗腫瘤多藥耐藥性的Hapalosin[3]、高活性的抗癌活性肽Dolastatin[4]及有抗病毒和抗腫瘤作用的Didemnin[5]等。

(3S,4S)-4-氨基-3-羥基-6-甲基庚酸(Statine)及其同源化合物(3S,4S)-4-氨基-3-羥基-5-苯基戊酸(Ahppa)是代表性的β-羥基-γ-氨基酸化合物，分別存在于天然肽Pepstatins[6]和Ahpatinins[7]中。Ahppa是天冬氨酸蛋白酶(如腎素、胃蛋白酶、組織蛋白酶D)抑制劑的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)單元，對大多數(shù)天冬氨酸蛋白酶的半數(shù)抑制濃度可達(dá)到納摩爾級[8]。Ahppa片段的高效合成有利于彌補(bǔ)天然產(chǎn)物的不足，從而利于天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)改造，因此得到了人們的極大關(guān)注。

Scheme 1

Martin等[9]通過不對稱羥基化途徑，以烯丙醇為原料經(jīng)10步反應(yīng)制得Ahppa，其中關(guān)鍵步驟為苯基鋰對環(huán)氧乙烷經(jīng)親核取代開環(huán)制得含一個(gè)游離羥基的三羥基化合物。該方法選擇性較高好，但步驟太長，且原料不易獲得。Kondekar等[10]以苯乙醛為原料通過不對稱羥氨化途徑，經(jīng)9步反應(yīng)制得Ahppa，其中關(guān)鍵步驟為Sharpless不對稱羥氨化反應(yīng)。該方法所用原料較便宜，但步驟較多，關(guān)鍵步驟收率64%。 Andrés等[11]以α-二芐基氨基醛為原料，通過Reformatsky反應(yīng)合成(3S,4S)-Ahppa。該方法收率與ee值尚可，但所用氨基醛不夠穩(wěn)定，需現(xiàn)制現(xiàn)用，限制了其應(yīng)用。

鑒于已有Ahppa的合成路線復(fù)雜、成本較高等缺點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一條合成Ahppa衍生物的新路線。以廉價(jià)易得的L-苯丙氨酸衍生物(1a～1c)為起始原料，與N-甲基-N-甲氧基胺(Weinreb胺)縮合制得(S)-2-氨基-N-甲氧基-N-甲基苯丙酰胺衍生物(2a～2c)； 2a～2c經(jīng)LiAlH4還原制得(S)-2-氨基苯丙醛衍生物(3a～3c)；以丙酮為溶劑、D-脯氨酸為催化劑經(jīng)不對稱aldol反應(yīng)制得(4S,5S)-5-氨基-4-羥基-6-苯基-2-酮衍生物(4a～4c);再經(jīng)溴仿反應(yīng)合成了Ahppa衍生物 (5a～5c, Scheme 1)，總收率5.8%～6.7%，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13C NMR和ESI-MS確證。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 儀器與試劑

Rudolph Autopol IV-T型自動旋光儀；Varian 400型和Varian 600型核磁共振儀(以CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；Agilent 1100型質(zhì)譜儀。

薄層色譜用硅膠板，煙臺黃海公司；其余所用試劑均為分析純，其中THF經(jīng)金屬鈉回流重蒸處理，二氯甲烷經(jīng)氫化鈣回流重蒸處理。

1．2 合成

(1) 2a～2c的合成 (以2a為例)

將1a 1.0 g (3.77 mmol) 加入100 mL反應(yīng)瓶中，冰浴冷卻下加入二氯甲烷50 mL，攪拌反應(yīng)10 min；依次加入Weinreb胺441 mg(4.52 mmol)，N,N-二異丙基乙胺(DIPEA) 1.6 mL(9.42 mmol), 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺鹽酸鹽(EDCI·HCl)867 mg(4.52 mmol)和1-羥基苯并三唑(HOBt)611 mg(4.52 mmol)，加畢，于室溫反應(yīng)2 h(TLC監(jiān)測)。加入1 mol·L-1鹽酸淬滅反應(yīng)，用乙酸乙酯萃取，合并萃取液，依次用飽和碳酸氫鈉溶液和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=5 ∶1)純化得2a。

用類似方法合成2b與2c。

(2) 4a～4c的合成(以4a為例)

在反應(yīng)瓶中加入THF 50 mL和2a 930 mg(3.02 mmol)，冰浴條件下分3批加入LiAlH4126 mg (3.32 mmol)，反應(yīng)1 h(TLC監(jiān)測)。加水126 μL淬滅反應(yīng)，加入15%氫氧化鈉溶液126 μL，攪拌15 min；加水378 μL，攪拌15 min(反應(yīng)體系出現(xiàn)白色沉淀)，加入無水硫酸鎂4.5 g，攪拌30 min；過濾除去沉淀，濾液減壓濃縮得白色固體3a； ESI-MSm/z： 272.1 {[M+Na]+}，不經(jīng)純化直接進(jìn)行下步反應(yīng)。

在反應(yīng)瓶中依次加入丙酮50 mL和3a，攪拌使其溶解；加入D-脯氨酸140 mg(1.21 mmol)，于室溫反應(yīng)3 d(TLC監(jiān)測)。加入飽和NH4Cl溶液淬滅反應(yīng)，用乙酸乙酯萃取，合并萃取液，用無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=3 ∶1)純化得白色固體4a。

用類似方法合成白色固體4b和4c。

(3) 5a～5c的合成(以5a為例)

在反應(yīng)瓶中加入(3S,4S)-4a 100 mg(0.323 mmol)和二氧六環(huán)1 mL，冰浴冷卻，避光，攪拌下加入Br262 μL(1.212 mmol)和氫氧化鈉溶液1.3 mL(3.394 mmol)，于0 ℃反應(yīng)1 h；于10 ℃反應(yīng)過夜。以酸化的KI為指示劑，加入固體亞硫酸氫鈉，直至溶液棕色褪去。用乙酸乙酯洗滌數(shù)次，棄去有機(jī)層，水相用1 mol·L-1鹽酸調(diào)至pH 3，用乙酸乙酯萃取，合并有機(jī)相，用無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮，殘余物經(jīng)硅膠制備色譜(展開劑：A=3 ∶1)純化得白色固體5a。

用類似方法合成白色固體5b與5c。

2 結(jié)果與討論

2.1 D-脯氨酸的用量對反應(yīng)立體選擇性的影響

分別用0.05～1.00 eq. D-脯氨酸與1.00 eq.2a在丙酮溶劑中反應(yīng)，用HPLC計(jì)算兩種非對映異構(gòu)體的比例，考察D-脯氨酸的用量對反應(yīng)收率和立體選擇性(通過1H NMR測定，ABX系統(tǒng)中α-亞甲基上兩個(gè)氫的化學(xué)位移不同，在順式異構(gòu)體中，亞甲基的低場質(zhì)子與鄰位氫有較小的耦合常數(shù)，在反式異構(gòu)體中，亞甲基的低場質(zhì)子與鄰位氫有較大的耦合常數(shù)[12])的影響，結(jié)果見表1。由表1可以看出，當(dāng)n(D-脯氨酸)∶n(2a)分別為0.05～1.00時(shí)，反應(yīng)總收率均在40%左右，而SS與SR構(gòu)型的比例則在3.0～4.0之間，從而說明，D-脯氨酸的用量對反應(yīng)的總收率影響不大，但對立體選擇性影響較大。以n(D-脯氨酸)∶n(2a)為0.4時(shí)效果最佳。

表1 D-脯氨酸的用量對反應(yīng)立體選擇性的影響

adetermined by1H NMR。

2.2 底物拓展

以0.40 eq. D-脯氨酸為催化劑與2a～2c在丙酮中進(jìn)行aldol反應(yīng)，對該反應(yīng)的底物進(jìn)行拓展，結(jié)果見Scheme 1。從Scheme 1可以看出，不同的底物對反應(yīng)的立體選擇性有一定的影響，當(dāng)氨基采用為Boc和Cbz等體積較大的保護(hù)基時(shí)，SS與SR構(gòu)型的比例為4.0左右，當(dāng)氨基上為體積較小的EtOCO保護(hù)基時(shí)，SS與SR構(gòu)型的比例有所下降，收率也有所下降。說明氨基保護(hù)基的體積越大，立體選擇性越好。

建立了一條合成帶取代基的Ahppa片段的新路線。該路線以L-苯丙氨酸衍生物為起始原料，通過4步反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物。對反應(yīng)條件進(jìn)行了探討，結(jié)果表明：反應(yīng)中催化劑D-脯氨酸的用量對反應(yīng)收率影響不大，但對反應(yīng)立體選擇性影響較大，氨基上體積較大的保護(hù)基有利于提高反應(yīng)立體選擇性。該合成路線具有原料廉價(jià)易得、反應(yīng)條件溫和及路線簡短等優(yōu)點(diǎn)，為合成帶取代基的Ahppa片段段提供了一種新方法，但由于最后一步溴仿反應(yīng)收率不高，因此該方法還需要進(jìn)一步優(yōu)化。

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Synthesis of (3S,4S)-4-amino-3-hydroxy-5-phenylpentanoic Acid Derivatives Catalyzed by D-proline

BAO Ke-ting1,2, ZHANG Wei2, LI Ying-xia2, HU Chun1*

(1.School of Pharmaceutical Engineering, Shenyang Pharmaceutical University, Shenyang 110016, China;2. School of Pharmacy, Fudan University, Shanghai 201203, China)

A new route for the synthesis of (3S,4S)-4-amino-3-hydroxy-5-phenylpentanoic acid derivatives was reported. The target compounds with overall yields of 5.8%～6.7% were synthesized by condensation with Weinreb amide, reduction, aldol condensation reaction and bromine imitation reaction, using amino-protected L-phenylalanine as starting material. The structures were confirmed by1H NMR，13C NMR and ESI-MS. The exploration of reaction conditions showed that the loading amount of D-proline had no evident effect on the yield, but on stereoselectivity. Larger size protecting groups in substrate can enhanced the stereo-selectivity.

phenylalanine; aspartic protease inhibitor; (3S,4S)-4-amino-3-hydroxy-5-phenylpentanoic acid; D-proline; catalysis; drug synthesis

2016-01-05

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81573340)； 復(fù)旦大學(xué)卓學(xué)人才計(jì)劃資助項(xiàng)目

包可婷(1991-)，女，漢族，浙江蘭溪人，碩士研究生，主要從事新藥設(shè)計(jì)與合成研究。 E-mail： baoketing1126@163.com

胡春，教授，博士生導(dǎo)師， Tel. 024-23986403， E-mail： chunhu1999@163.com

O623.736; R914.5

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.04.16006