光活环二肽环(L-脯-L-丙)和环(L-脯-L-缬)的合成

张晓晓,黄龙江,滕大为

(青岛科技大学化工学院,山东青岛266042)

光活环二肽环(L-脯-L-丙)和环(L-脯-L-缬)的合成

张晓晓,黄龙江,滕大为

(青岛科技大学化工学院,山东青岛266042)

以L-脯氨酸、L-丙氨酸和L-缬氨酸为原料,先用苄氧羰基保护L-脯氨酸的N端,再与C端保护的L-丙氨酸甲酯/L-缬氨酸甲酯缩合,得直链肽,再经Pd/C催化氢化脱保护基,以仲丁醇为溶剂回流关环,得到光活纯的环二肽(L-脯-L-丙)/环(L-脯-L-缬)。该方法耗时短、产率较高、不发生消旋,是一种通用的光活含脯氨酸环二肽的合成方法。

L-脯氨酸;L-丙氨酸;L-缬氨酸;环(L-脯-L-丙);环(L-脯-L-缬)

环二肽是2,5-二酮哌嗪的衍生物,自从1979年发现其具有良好的不对称催化氰醇反应的效果、并成功应用于不对称催化合成光活氰醇这类重要的手性合成中间体之后,逐渐受到重视[1]。自然界中的环二肽主要存在于真菌中,在人、脊椎动物、无脊椎动物、细菌和植物中也有发现。由于环二肽结构较简单,并且具有多种生物活性,如增强免疫性[2]、抗菌性[3]、钙效应[4]、抗肿瘤活性[2,5,6]等,使其在相关领域的研究成为热点。

环二肽的结构很特殊,其通用的合成方法是将N端游离的直链肽酯在极性溶剂中回流而得到目标产物。Fischer等在甲醇胺中氨解线性二肽甲酯得到环二肽,但产物易消旋;Nitecki等以丁醇和甲苯的混合物作为溶剂得到的环二肽不发生消旋,但副反应较多; Cook等[7]以1,2-乙二醇作溶剂,得到了两种非对映异构体环二肽;Uada等[8]以甲醇作溶剂进行回流,得到了收率较高的环二肽。虽然关于环二肽的合成已有许多报道,但大都集中在单环环二肽的合成,而且很少有研究涉及环二肽的光学纯度。

为寻求通用的光活含脯氨酸环二肽的合成方法,作者以L-脯氨酸、L-丙氨酸、L-缬氨酸为原料,合成了两种从药用植物金铁锁中分离得到的天然环二肽环(L-脯-L-丙)和环(L-脯-L-缬),并证实该方法是一种通用的光活含脯氨酸环二肽的合成方法。合成路线如图1所示。

图1 环二肽合成路线Fig.1 The synthetic route of cyclodipeptides

1 实验

1.1 试剂与仪器

L-脯氨酸、L-缬氨酸、L-苯丙氨酸、L-丙氨酸、氯甲酸苄酯,分析纯,上海吉尔生化有限公司;所用溶剂均经常规干燥。

WRS21B型数字熔点仪(温度计未校正);AV 500型核磁共振仪(CDCl3为溶剂,TMS为内标);PE 22000型傅立叶变换红外光谱仪;PE-241型自动旋光仪。

1.2 方法

1.2.1 化合物Ⅰ的合成

在2 L圆底烧瓶中加入75 g(0.6514 mol)L-脯氨酸、700 m L水和138 g(1.3028 mol)碳酸钠,搅拌使其溶解,在0℃以下滴加111 g(0.6514 mol)氯甲酸苄酯,冰浴下搅拌反应1 h,再室温搅拌反应12 h。反应液用无水乙醚萃取,水相用6 mol·L-1的盐酸溶液调p H值为3.0后用乙酸乙酯萃取(500 m L×2),萃取液用5%的氯化钠溶液洗2次(200 m L×2),乙酸乙酯层用无水硫酸钠干燥,减压除去溶剂,得淡黄绿色清亮粘稠液体160 g,即化合物Ⅰ。无需纯化直接用于下一步反应。

1.2.2 化合物Ⅲa/Ⅲb的合成

在干燥的圆底烧瓶中加入100 g(1.12 mol)L-丙氨酸(Ⅱa)、400 m L甲醇,搅拌使其溶解并冷却至0℃,控制温度低于0℃,搅拌下滴加163 m L(2.24 mmol)氯化亚砜,然后室温搅拌反应24 h。TLC检测,展开剂为甲醇∶氯仿=5∶95,茚三酮显色。待反应完全后,减压浓缩,再用甲醇反复减压浓缩以除去微量的氯化亚砜,得无色结晶Ⅲa 156 g,产率100%。此盐酸盐无需纯化,直接用于下一步反应。

以L-缬氨酸(Ⅱb)代替L-丙氨酸,用类似方法制得无色结晶Ⅲb,产率100%。

1.2.3 化合物Ⅳa/Ⅳb的合成

在干燥的圆底烧瓶中装入87 g(0.624 mol)Ⅲa和600 m L干燥的二氯甲烷,在0℃下滴加60.6 g (0.624 mol)三乙胺,待中和完毕后加入155.4 g(0.624 mol)化合物Ⅰ,搅拌均匀并冷却到0℃,滴加141.4 g (0.686 mol)DCC的二氯甲烷溶液,滴加完毕后,室温搅拌12 h,TLC监测反应完成,过滤,滤液旋干后加入乙酸乙酯,再次过滤,滤液分别用0.1 mol·L-1盐酸溶液、饱和碳酸氢钠溶液、饱和食盐水洗涤,干燥,粗品放置固化,所得固体用石油醚洗涤以去除过量的DCC,得到浅黄色固体Ⅳa 185.7 g,产率89.1%。所得产品无需纯化直接用于下一步反应。

以Ⅲb代替Ⅲa,用类似方法制得浅黄色固体Ⅳb,产率80%。

1.2.4 化合物Ⅴa/Ⅴb的合成

取21.5 g化合物Ⅳa溶于100 m L无水甲醇中,加入1.2 g 10%的Pd/C催化剂,常温氢化10 h,滤去催化剂,旋转蒸发蒸干甲醇,加入仲丁醇,回流反应24 h,TLC监测反应完成,蒸去溶剂,所得粗品加入乙酸乙酯,过滤,得到白色固体,即纯品Ⅴa。

以Ⅳb代替Ⅳa,用类似方法制得白色固体Ⅴb。

2 结果与讨论

2.1 产物结构表征

2.2 讨论

2.2.1 环化过程所用溶剂的选择

环二肽合成的关键步骤为关环,为避免关环时发生消旋[8],在单环环二肽的合成中,一般都采用甲醇为溶剂回流,不会发生消旋。但在合成含脯氨酸的双环环二肽时,采用甲醇为溶剂回流关环,反应至5 d以后,仍然反应不完全。为此,首先尝试文献[10]报道的方法合成环(脯-苯丙)二肽,产率仍然很低。转而尝试了沸点更高的极性溶剂,最后发现用仲丁醇效果最好,耗时短、产率高,最关键的是关环过程中氨基酸不发生消旋。

2.2.2 方法通用性的验证

基于上述研究进一步合成了一系列光活的含脯氨酸环二肽:环(L-脯-L-色)、环(L-脯-L-丝)、环(L-脯-L-苏)、环(L-脯-L-组)、环(L-脯-D-苯甘),证实该方法是一种通用的合成光活含脯氨酸环二肽的方法。

3 结论

以L-脯氨酸、L-丙氨酸、L-缬氨酸为原料,以仲丁醇为关环溶剂,合成了环(L-脯-L-丙)和环(L-脯-L-缬),由此建立了一种通用的光活含脯氨酸环二肽的合成方法,该法耗时短、产率较高,不发生消旋。

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Synthesis of Chiral Cyclodipeptides Cyclo(L-Pro-L-Ala)and Cyclo(L-Pro-L-Val)

ZHANG Xiao-xiao,HUANG Long-jiang,TENG Da-wei
(College of Chemical Engineering,Qingdao University of Science and Technology,Qingdao 266042,China)

The two chiral cyclodipeptides cyclo(L-Pro-L-Ala)and cyclo(L-Pro-L-Val)were synthesized by condensation of N-Cbz proline with methyl L-alanine or methyl L-valine,removal of protection group and cyclization with 2-butanol as solvent,respectively.The method is rapid with relatively high yield and without racemization,and it is proved to be suitable for synthesis of different kinds of chiral cyclodipeptides containing L-proline.

L-proline;L-analine;L-valine;cyclo(L-Pro-L-Ala);cyclo(L-Pro-L-Val)

O 626.24

A

1672-5425(2013)03-0061-03

10.3969/j.issn.1672-5425.2013.03.016

2012-11-30

张晓晓(1988-),女,河北石家庄人,硕士研究生,研究方向:精细化工,E-mail:xxzhang925@163.com;通讯作者:滕大为,教授,E-mail:dteng@qust.edu.cn。