L-色氨酸衍生物的合成

楊宗斌，張 愿，王福生，吳 熠

L-色氨酸衍生物的合成

楊宗斌1，張 愿1，*王福生1，*吳 熠2

（1. 大理大學(xué)藥學(xué)與化學(xué)學(xué)院，云南，大理 671000；2. 井岡山大學(xué)醫(yī)學(xué)部，江西，吉安 343009）

設(shè)計(jì)了以色氨酸為原料，經(jīng)羧基酯化、氨基Boc保護(hù)、甲基化反應(yīng)、脫保護(hù)基及酯的氨解等關(guān)鍵反應(yīng)步驟，最終合成了五個(gè)色氨酸衍生物的簡(jiǎn)單合成路線。實(shí)驗(yàn)過程中得到的五個(gè)色氨酸衍生物分別是色氨酸甲酯、1-甲基色氨酸甲酯、色氨酸甲酰胺、色氨酸乙酰胺及色氨酸丙酰胺，五個(gè)色氨酸衍生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)經(jīng)1H-NMR譜確證。本研究中合成路線操作簡(jiǎn)單，收率較高，可用于作為吲哚生物堿的合成中間體原料，為尋找與開發(fā)新的活性藥物提供參考。

氨基Boc保護(hù)；甲基化反應(yīng)；酯的氨解；-色氨酸衍生物

-色氨酸是Hopkins和Kole于1901年發(fā)現(xiàn)和分離出來的氨基酸，它是人體所必須的氨基酸之一，其在調(diào)節(jié)人體蛋白質(zhì)的合成和增強(qiáng)機(jī)體免疫功能等方面占據(jù)了獨(dú)一無二的位置[1-2]。許多研究表明，1-甲基色氨酸作為色氨酸衍生物以及IDO抑制劑，具有抗腫瘤活性和腫瘤化療作用。這些結(jié)果引起了我們極大的興趣去尋找其他色氨酸類似物來作為抗腫瘤制劑[3-5]。此外，某些-色氨酸衍生物，可以通過Pictet-Spengler反應(yīng)，與一些具有醛基或半縮醛羥基的單萜類化合物反應(yīng)而生成單萜吲哚生物堿類的化合物。由于該類化合物具有很強(qiáng)的抗腫瘤生物活性，引起了藥學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域科學(xué)工作者的極大關(guān)注[6-11]。目前國(guó)內(nèi)對(duì)-色氨酸衍生物的合成研究少有文獻(xiàn)報(bào)道，因此，對(duì)-色氨酸進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾得到結(jié)構(gòu)不同的色氨酸衍生物具有一定的意義。本研究旨在對(duì)-色氨酸的羧基進(jìn)行酯化后分別與甲胺、乙胺、丙胺等伯胺試劑反應(yīng)形成酰胺類化合物以及在色氨酸甲酯的1號(hào)位上引入甲基等方法合成了五個(gè)色氨酸衍生物，可用來作為課題組后進(jìn)行吲哚生物堿的合成實(shí)驗(yàn)的中間體原料。

圖1 L-色氨酸及其衍生物的結(jié)構(gòu)

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 合成路線

圖2 化合物2和化合物3的合成路線

本研究以L-色氨酸為起始原料，首先與二氯亞砜甲醇溶液發(fā)生反應(yīng)后生成色氨酸甲酯，然后經(jīng)過二碳酸二叔丁酯保護(hù)色氨酸甲酯的氨基后與碘甲烷反應(yīng)生成有Boc保護(hù)基的1-甲基色氨酸甲酯，最后使用三氟乙酸脫掉Boc保護(hù)基，經(jīng)過四步反應(yīng)得到化合物2和化合物3。然后通過化合物2分別與甲胺、乙胺、丙胺的醇溶液反應(yīng)后可合成得到化合物4-6。該合成路線操作比較簡(jiǎn)單，總收率較高，反應(yīng)條件較為溫和[12]。

圖3 化合物4-6的合成路線

1.2 儀器與試劑

儀器：磁力攪拌器（北京開源國(guó)創(chuàng)有限公司）、核磁共振儀（Bruker Advance-400 Mz）、環(huán)式真空泵（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮有限公司）、分析天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）。

試劑：-色氨酸（阿拉丁試劑），二碳酸二叔丁酯（北京化學(xué)試劑有限公司），三乙胺、氯化亞砜、DMSO（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），碘甲烷（北京百靈威科技有限公司），KOH（西隴化工股份有限公司），甲胺、乙胺、丙胺醇溶液（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），無水硫酸鈉（西隴科學(xué)有限公司），以上試劑均為AR。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 化合物2的合成

在裝有回流裝置冷凝管、堿性吸收裝置、-色氨酸200 mg（0.98 mmol）的圓底燒瓶中，加入與-色氨酸等當(dāng)量的2 mol/L SOCl2-MeOH溶液，加熱回流1 h。旋蒸除去甲醇和過量的二氯亞砜得白色固體，為產(chǎn)物-色氨酸甲酯鹽酸鹽[13]。1H NMR（CDCl3, 400 MHz）3.12 (d,= 9.7 Hz, 1H), 3.32 (d,= 5.2 Hz, 1H), 3.65 (S, 3H), 4.23 (dd,= 9.8, 5.3Hz, 1H), 6.98 (t,= 8.0 Hz, 1H), 7.08 (ddd,= 8.2 Hz, 1H), 7.23 (dt,= 8.2 Hz, 1H), 7.49 (dt,= 7.9 Hz, 1H) ppm。

1.3.2 化合物3的合成

N-Boc--色氨酸甲酯的合成：-色氨酸甲酯160 mg（0.6282 mmol）置于圓底燒瓶中，加入0.8 mL二氯甲烷溶解，滴加三乙胺262 μL（1.8846 mmol）。室溫下攪拌10 min，用冰水浴冷卻至0 ℃后逐滴滴加二碳酸二叔丁酯289 μL（1.2563 mmol）。滴加完畢后于室溫下攪拌1.5 h，TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)，待原料點(diǎn)消失后加入水10 mL，分液、用二氯甲烷萃取水相（20 mL×2），合并有機(jī)相，無水硫酸鈉干燥，真空濃縮得N-Boc--色氨酸甲酯221 mg（收率=94.7%），為棕黃色粘稠液體，無需純化即可直接用于下一步反應(yīng)。

N-Boc-1-甲基--色氨酸甲酯的合成：將N-Boc--色氨酸甲酯120 mg（0.3769 mmol）溶于1.2 mL DMSO，冰水浴下加入KOH攪拌5 min后滴加碘甲烷，滴加完畢后升至室溫?cái)嚢杓s2 h，TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)。待底物消失后，加入飽和的氯化銨溶液10 mL，加入乙酸乙酯分液、萃取，合并有機(jī)相，無水硫酸鈉干燥，真空濃縮抽干。殘余物經(jīng)硅膠柱層析分離純化（乙酸乙酯：石油醚=1:5），得到116 mg白色固體，收率=92.8%。

1-甲基--色氨酸甲酯的合成：N-Boc-1-甲基--色氨酸甲酯116 mg（0.3490 mmol）溶于1 mL二氯甲烷中滴加三氟乙酸219 μL（2.9503 mmol）。室溫?cái)嚢?.5 h后加入飽和碳酸氫鈉淬滅，二氯甲烷萃取，合并有機(jī)相并用無水硫酸鈉干燥，旋蒸減壓濃縮后得白色固體74 mg，為產(chǎn)物化合物3，收率=91.2%。1H NMR（CDCl3, 400 MHz）3.13 (dd,= 7.5, 3.3 Hz, 1H), 3.33 (dd,= 15.0, 5.2 Hz, 1H), 3.66 (s, 3H), 3.69 (s, 3H), 4.20 (dd,= 10.8, 5.3Hz, 1H), 6.91 (s, 1H), 6.97 (ddd,= 8.0, 7.0, 1.0 Hz, 1H), 7.09 (ddd,= 8.2, 7.0, 1.2 Hz, 1H), 7.25 (d,= 8.3 Hz, 1H), 7.48 (dt, m, 1H) ppm。

1.3.3 化合物4-6的合成

取化合物2 50 mg（0.2291 mmol）加入甲胺醇溶液3 mL（0.092 M）在圓底燒瓶中溶解，于室溫?cái)嚢璺磻?yīng)2 h，TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)，若原料未消失，補(bǔ)加甲胺醇溶液，直到原料完全反應(yīng)。旋蒸去除溶劑，過硅膠柱得化合物4 48.3 mg，收率=93.4%。1H NMR（CDCl3, 400 MHz）1.62 (bs, 1H), 2.53 (m, 3H), 2.85 (m, 1H), 3.14 (m, 1H), 3.45 (m, 1H), 6.91 (s, 1H), 6.97-7.24 (m, 3H), 7.33 (d, 1H), 7.5 (d, 1H), 7.8 (bs, 1H), 10.8.8 (bs, 1H) ppm。

化合物5與化合物6的合成方法步驟與合成化合物4類似，將化合物2分別與乙胺醇溶液和丙胺醇溶液于室溫下反應(yīng)，TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)，若原料未消失，補(bǔ)加相應(yīng)的胺溶液。若補(bǔ)加相應(yīng)胺溶液后原料的量沒有減少，則旋蒸旋干溶劑，加入新的胺溶液后繼續(xù)反應(yīng)，必要時(shí)可重復(fù)此步驟，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間直至原料消失后經(jīng)柱層析純化即可。收率分別為化合物5（90.8%），化合物6（92.7%）?；衔?1H NMR（MeOD, 400 MHz）0.96 (t, 3H), 3.12 (m, 4H), 3.71 (t, 1H), 7.01(td, 1H), 7.09 (td, 1H), 7.11 (s, 1H), 7.33 (dt, 1H), 7.33 (d, 1H), 7.55 (dt, 1H), ppm；化合物61H NMR（MeOD, 400 MHz）0.87 (t, 3H), 1.48 (s, 2H), 3.71 (t, 1H), 2.89(dd, 1H), 3.21 (m, 2H), 3.37 (dd, 1H), 3.69(dd, 1H), 7.02 (d, 1H), 7.09 (m, 1H), 7.18 (m, 1H), 7.32 (t, 1H), 7.36 (d, 1H), 7.64(d, 1H), 8.72(s, 1H) ppm。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成路線及方法

本研究以廉價(jià)易得-色氨酸為原料，經(jīng)羧基酯化、氨基Boc保護(hù)、甲基化反應(yīng)、脫Boc保護(hù)基及酯的氨解等關(guān)鍵反應(yīng)步驟，最終合成了五個(gè)色氨酸衍生物。實(shí)驗(yàn)過程中首先將色氨酸的羧基酯化的原因是在吲哚環(huán)N位引入甲基時(shí)需用KOH作為堿來催化反應(yīng)，為防止羧基參與反應(yīng)使氨基酸生成鉀鹽，所以先把羧基酯化。此外，由于-色氨酸甲酯中1位N-H的活潑性不如氨基,因此先將色氨酸的氨基保護(hù)起來，待吲哚環(huán)1位引入甲基后再脫去保護(hù)，形成1-甲基-色氨酸甲酯。與用普通小分子合成氨基酸衍生物的方法相比，該反應(yīng)步驟簡(jiǎn)單易行，且收率較高。

2.2 1-甲基L-色氨酸甲酯的合成

以N-Boc--色氨酸甲酯為原料，合成N-Boc-1-甲基-色氨酸甲酯，將堿性試劑與吲哚環(huán)N-H的活潑質(zhì)子反應(yīng)成鹽是反應(yīng)進(jìn)行的關(guān)鍵。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，1當(dāng)量的堿主要使羧基酯化，2當(dāng)量的堿可以同時(shí)酯化和吲哚N位烷基化，3當(dāng)量的堿能夠使氨基烷基化生成叔胺[3]。根據(jù)這一結(jié)果，在合成1-甲基--色氨酸甲酯時(shí)，我們選用2當(dāng)量的堿，減少反應(yīng)產(chǎn)生副產(chǎn)物，同時(shí)又提高了收率。在這步反應(yīng)中，溶劑的選擇也比較重要。實(shí)驗(yàn)過程中我們使用過多種溶劑，如乙腈、甲醇、DMF、二氯甲烷、DMSO等，但只有用DMSO時(shí)才發(fā)生反應(yīng)。其中緣由是DMSO做溶劑時(shí)，N-Boc-1-甲基-色氨酸甲酯和KOH均具有較好的溶解度，且不用再加入相轉(zhuǎn)移催化劑。在這步反應(yīng)中，所使用DMSO必須無水，以避免在堿性條件下酯鍵被水解。

2.3 酯的氨解反應(yīng)

在甲胺、乙胺、丙胺分別與-色氨酸甲酯反應(yīng)的過程中，由于甲胺、乙胺、丙胺的活性依次減弱，所需加入反應(yīng)的三種胺的用量增多，且反應(yīng)時(shí)間也會(huì)相對(duì)延長(zhǎng)，因此反應(yīng)過程中必須保證胺溶液的濃度足夠且不再使用其他溶劑。若TLC監(jiān)測(cè)原料長(zhǎng)時(shí)間仍未反應(yīng)完，可把加入反應(yīng)的胺溶液抽干，補(bǔ)加新的胺溶液。此外，適當(dāng)?shù)募訜嵋部商岣叻磻?yīng)的速率和收率。

3 小結(jié)

以-色氨酸為原料，經(jīng)羧基酯化、氨基Boc保護(hù)、甲基化反應(yīng)及脫保護(hù)基等關(guān)鍵反應(yīng)步驟，成功合成了化合物五個(gè)色氨酸衍生物。實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的合成路線操作比較簡(jiǎn)單、總收率較高、反應(yīng)條件較為溫和，適用于工業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)，該研究為-色氨酸衍生物作為吲哚生物堿類藥物中間體進(jìn)行后續(xù)藥物的研究開發(fā)提供了保障[14]。

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SYNTHESIS OF L-TRYPTOPHAN DERIVATIVES

YANG Zong-bin1, ZHANG Yuan1,*WANG Fu-sheng1,*WU Yi2

(1.Institute of Pharmacy and Chemistry, Dali University, Dali, Yunnan 671000, China;2. School of Medicine, Jinggangshan University, Ji’an, Jiangxi, 343009, China)

A simple synthetic route for the synthesis of five tryptophan derivatives was designed using tryptophan as the raw material, and through key reaction steps such as carboxyl esterification, amino Boc protection, methylation reaction, deprotection and ester hydrolysis. The five tryptophan derivatives obtained during the experiment are tryptophan methyl ester, 1-methyl tryptophan methyl ester, tryptophan formamide, tryptophan ethyl, and tryptophan propionamide. Their chemical structure was confirmed by1H-NMR spectrum. The synthetic route in this study has simple operation and high yield, and can be used as a raw material for the synthesis of indole alkaloids to provide a reference for the search and development of new active drugs.

amino Boc protection; methylation reaction;aminolysis of ester;-tryptophan derivative

R284.1

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2020.05.004

1674-8085(2020)05-0018-04

2020-05-07；

2020-07-09

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31860098)；云南省地方高校聯(lián)合專項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目(202001BA070001-012)；井岡山大學(xué)博士啟動(dòng)基金項(xiàng)目(JZB15013)

楊宗斌(1995-)，男，云南楚雄人，碩士生，主要從事天然藥物化學(xué)研究(E-mail: 1377726097@qq.com);

張 愿(1992-)，男，河南泌陽人，碩士生，主要從事天然藥物化學(xué)研究(E-mail: 1334432513@qq.com);

*王福生(1965-)，男，云南大理人，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事天然藥物化學(xué)研究(E-mail:wfsyn@163.com);

*吳 熠(1985-)，男，江西上饒人，講師，博士，主要從事先導(dǎo)物的發(fā)現(xiàn)與修飾研究(E-mail:wuyi@jgsu.deu.cn).