取代氨基甲酸-9-芴基甲酯类化合物的合成研究

Synthesis of (9H-Fluoren-9-yl)methyl Substituted Carbamate Derivatives

褚建波，陈启云



取代氨基甲酸-9-芴基甲酯类化合物的合成研究

Synthesis of (9H-Fluoren-9-yl)methyl Substituted Carbamate Derivatives

褚建波，陈启云

摘要：目的研究取代氨基甲酸-9-芴基甲酯类化合物的合成。方法以芴和甲酸乙酯为原料，通过催化、还原反应制备得到了9-芴甲醇，9-芴甲醇与双(三氯甲基)碳酸酯反应，再与系列取代胺反应得到了取代氨基甲酸-9-芴基甲酯类化合物，其结构通过红外、核磁进行表征。结果合成得到了氯甲酸-9-芴基甲酯、4-吗啉基甲酸-9-芴基甲酯、间甲苯基氨基甲酸-9-芴基甲酯、对乙氧基苯基氨基甲酸-9-芴基甲酯等系列取代氨基甲酸-9-芴基甲酯类化合物。结论以芴和甲酸乙酯为原料，制备9-芴甲醇后与双(三氯甲基)碳酸酯反应，再与系列取代胺反应可得到系列取代氨基甲酸-9-芴基甲酯类化合物，为9-取代芴类衍生物的合成工艺研究开辟了新思路。

关键词：芴类衍生物；9-芴甲醇；合成

浙江医学高等专科学校自然科学研究基金(2011XZA01)

作者单位：浙江医学高等专科学校药学系，浙江杭州 310053

芴类衍生物在材料、化工、医药等领域有广泛的应用前景[1]。芴特殊的联苯结构使得分子结构中2、7、9位上的碳易于结构修饰，达到引人多种官能团的目的，生成不同衍生物[2]。其中9-取代的芴衍生物的研究开发是其中的热点之一。如商品化的抑草丁(flurenol)和氯甲丹(clorflurenol)，已在世界各国得到了广泛的应用[3]。而在固相多肽合成中甲酸-9-芴基甲酯类衍生物占据了半壁江山，并诞生了以9-芴甲氧羰基(FMOC)为基础的多肽自动合成仪，在FMOC合成法中一般选择羧基树脂如王氏树脂作为固定相[4]，常用的FMOC试剂为氯甲酸-9-芴基甲酯(Fmoc-Cl)和芴甲氧羰酰琥珀酰亚胺。在硫酸皮肤素寡糖和黑莫他丁及quinaldopeptin合成中均用到了FMOC合成法[5-7]。9-芴甲醇为白色或淡黄色结晶粉末，在合成脱氧核糖核苷酸时上可作为磷酸酯的保护基团以及羧基保护基团，是用于合成Fmoc-Cl、Fmoc-OSU等的中间体原料[8-9]。Fmoc-Cl一般是由9-芴甲醇与固体光气或双光气等反应合成。取代氨基甲酸-9-芴基甲酯类化合物的合成中主要是以Fmoc-Cl为中间体与系列胺反应得到。本文对取代氨基甲酸-9-芴基甲酯类系列化合物的合成进行了研究，报道如下。

1实验方法与步骤

1.19-芴甲醇的合成

图1　9-芴甲醇的合成

1.1.1方法通过分析文献，选择了以乙醇钠为催化剂，甲醛为还原剂的路线或者以氢化钠为催化剂，KBH4为还原剂的路线。两条路线比较下，乙醇钠比氢化钠使用条件温和，来源方便，但每次乙醇钠都需要重新制备，而且使用甲醛的过程中易产生固体不溶物，增加了后续提纯过程的难度，比较之下，KBH4有更好的还原效率。最后选择以氢化钠为催化剂，KBH4为还原剂的路线合成9-芴甲醇。即芴在氢化钠催化下与甲酸乙酯反应生成9-芴甲醛，然后9-芴甲醛在适当溶剂下，KBH4还原其为9-芴甲醇。

1.1.2实验步骤称取4.2 g芴( 25.3 mmol)于装有回流冷凝管的100 mL三口烧瓶中，加入50 mL二氯甲烷，25 mL甲酸乙酯(27.0 mmol)，搅拌溶解后，再缓慢加入3.3 g NaH (13.8 mmol)。加热回流搅拌12 h后，用薄层色谱法(thin layer chromatography，TLC)监测原料反应完全。反应液慢慢倒入40 g冰水混合液中，搅拌，分去有机相。水层用石油醚洗涤2次后，加入冰乙酸中和，溶液逐渐变厚至有大量白色固体出现，加入适量二氯甲烷溶解固体，收集有机相，水层用二氯甲烷萃取2次，合并。有机相用饱和NaHCO3溶液洗涤，用无水硫酸钠干燥。蒸去二氯甲烷后，加入18 mL甲醇，在冰浴中缓慢加入0.7 g硼氢化钾(12.0 mmol)，常温搅拌2.5 h，用TLC监测原料反应完全。反应液倒入100 mL水中，搅拌，慢慢加入冰乙酸中和，得淡黄色沉淀，抽滤，水洗，干燥，得到白色或淡黄色针状晶体9-芴甲醇。

1.1.3结果得到3.573 g 9-芴甲醇，熔点100～101 ℃(文献值101～102 ℃[10])，收率为72.1%。IR(KBr,cm-1)v：3 272，3 066，3 026，2 929，2 860,1 476，1 447，1 368，1 311，1 095，1 050，1 025，756，739，727。

1.2氯甲酸-9-芴基甲酯的合成

图2　氯甲酸-9-芴基甲酯的合成

1.2.1方法合成氯甲酸-9-芴基甲酯主要是以9-芴甲醇和光气(或双光气、固体光气)为原料，在选择的溶剂中，低温条件下一步反应生成。固体光气(bis(trichloromethyl)carbonate，BTC)为白色结晶固体，有类似光气的化学性质，且毒性较小，反应条件较简单。而且BTC在化学反应中完全可替代剧毒的光气合成相关的相关产品，所以选择以固体光气为原料之一。四氢呋喃作为一种性能优良的溶剂，与原料9-芴甲醇和产物氯代甲酸-9-芴甲酯有较好的溶解性，所以选择其作为反应溶剂。最后在无水条件下，将一定量9-芴甲醇溶于四氢呋喃中，冰浴下将此溶液缓慢滴加到溶有适量固体光气的四氢呋喃溶液中，可加入吡啶作为催化剂加快反应速度，滴加完毕后，室温搅拌数小时。用TLC检测原料是否反应完全。

1.2.2实验步骤向装有磁力搅拌三口瓶中加入1.20 g三光气(4.0 mmol)和10.0 mL四氢呋喃，于冰浴中缓慢滴加0.4 mL 吡啶(5.0 mmol)，再将溶于30.0 mL的2.01 g(10.1 mmol)芴甲醇缓慢滴入混合液中。30 ℃反应3 h，用TLC监测原料反应完全，过滤除去白色不溶物(此步滤液可不经处理进行下一步接胺反应)，旋转蒸除溶剂，干燥，重结晶得到白色固体氯甲酸-9-芴基甲酯。

1.2.3结果实验得到氯甲酸-9-芴基甲酯2.46 g，测得熔点61～63 ℃ (文献值61～62 ℃[11])，收率为93.1%。IR(KBr,cm-1)v：3 062，2 963，2 931，2 873，1 726，1 690，1 592，1 562，1 413，1 380，1 333，1 290，1 271，1 245，1 143，1 100，1 029，958，772，702，654。

图3　取代氨基甲酸-9-芴基甲酯的合成

1.34-吗啉基甲酸-9-芴基甲酯的合成

1.3.1实验步骤向装有电磁搅拌100 mL三口瓶中加入0.8 mL吗啉(9.5 mmol)和7.5 mL浓度为10%NaOH的水溶液(20.8 mmol)。再加入10.0 mL四氢呋喃，于冰浴搅拌下缓慢滴加上步氯甲酸-9-芴基甲酯的反应滤液，继续搅拌20 min，室温反应2 h。加水稀释至200 mL乙醚萃取(100 mL×4)，水相在冰浴中用浓HCl调节至 pH=2，乙酸乙酯萃取(100 mL×3)，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁进行干燥，过滤，浓缩，乙醚重结晶，得到白色针状结晶固体4-吗啉基甲酸-9-芴基甲酯。

1.3.2结果实验得到3.36 g 4-吗啉基甲酸-9-芴基甲酯，熔点114～116 ℃。收率95.8%。1H NMR(CDCl3)：δ7.783(d,2H), 7.581(d,2H), 7.430(d,2H), 7.344(d, 2H), 4.490(d,2H), 4.289(t,1H), 3.642(t,4H), 3.483(t,4H)。

1.4间甲苯基氨基甲酸-9-芴基甲酯的合成

1.4.1实验步骤向100 mL三口烧瓶中加入1.072 g间甲苯胺(10.0 mmol)和7.5 mL 10%的NaOH水溶液(20.8 mmol)，加入10.0 mL四氢呋喃。于冰浴搅拌下缓慢滴加上步氯甲酸-9-芴基甲酯的反应滤液，滴加完毕后继续搅拌20 min，室温反应2 h。反应液加水稀释至200 mL，PE萃取4次(每次50 mL)，合并，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，过滤，浓缩得白色固体间甲苯基氨基甲酸-9-芴基甲酯。

1.4.2结果实验得0.513 g 间甲苯基氨基甲酸-9-芴基甲酯，收率为15.3%，熔点150～152 ℃。1H NMR(CDCl3)：δ7.80(d，2H，J=7.5 Hz)，7.64(d，2H，J=7.5 Hz)，7.44(t，2H，J=7.5 Hz)，7.33～7.36(m，2H)，7.27(d，1H，J=9.3 Hz)，7.21(t，2H，J=15.2 Hz)，6.91(d，1H，J=7.5 Hz)，6.62(s，1H)，4.56(d，2H，J=6.7 Hz)，4.30(t，1H，J=13.3 Hz)，2.35(s，3H)。IR(KBr,cm-1)v：3 308，3 017，2 966，1 701，1 612，1 593，1 530，1 492，1 451，1 290，1 271，1 242，1 172，1 104，1 086，1 055，936，775，761，736，687，545。

1.5对乙氧基苯基氨基甲酸-9-芴基甲酯的合成

1.5.1实验步骤在三口瓶中加入0.68 g对乙氧基苯胺(5.0 mmol)和0.45 gDMAP(3.7 mmol)，用8.0 mL四氢呋喃溶解。将上步反应滤液(加入芴甲醇的量为2.5 mmol)在冰浴搅拌下缓慢滴加，滴加完常温搅拌。用TLC(展开剂为EA∶PE=1∶4)检测反应完全后，过滤除去盐，加水稀释至100 mL，用石油醚萃取，合并有机相，再加入无水硫酸镁或无水硫酸钠干燥。干燥后，过滤取溶液，蒸去溶剂后，用无水乙醇洗涤即得白色固体对乙氧基苯基氨基甲酸-9-芴基甲酯。

1.5.2结果实验得到对乙氧基苯基氨基甲酸-9-芴基甲酯0.11 g，测得熔点为187～190 ℃。1H NMR (500 MHz,CDCl3)：δ7.80 (d，J=7.6 Hz，2H)，7.63 (s，2H)，7.44 (d，J=20.6，13.2 Hz，2H)，7.34 (t，J=7.3 Hz，4H)，6.86 (d，J=8.8 Hz，2H) ，6.52 (s，1H)，4.54 (d，J=6.7 Hz，2H)，4.29 (t，J=6.6 Hz，1H)，4.02 (q，J=7.0 Hz，2H)，1.42 (t，J=7.0 Hz，3H)。IR(KBr, cm-1)v：3 329，3 064，3 015，2 970，2 933，2 876，1 697，1 596，1 475，1 450，1 415，1 392，1 308，1 294，1 270，1 224，1 174，1 100，1 089，1 053，825，768，759，750，737，545，519。

2讨论

2.19-芴甲醇的合成现状

9-芴甲醇是合成氯代甲酸-9-芴甲酯(Fmoc-Cl)的中间体，文献报道合成9-芴甲醇的方法很多，具体合成方法有如下几种。

2.1.1一步合成法此法是以芴和多聚甲醛为原料，四氢呋喃或饱和烃为溶剂，丁基锂为催化剂，一锅法反应生成9-芴甲醇。此法的优点是操作工艺简单，步骤少，产率高。但缺点也很显著，其催化剂丁基锂的价格较其他催化剂昂贵，且操作条件相对苛刻。同时，此方法还易产生与9-芴甲醇难以分离的副产物，不利于后续的分离提纯工作，也使得最后得到的产物纯度低，限制了此法的工业化[12]。

2.1.2两步合成法从相关的文献资料看出，目前合成9-芴甲醇的方法绝大多数是两步合成法。第一步是芴在强碱的催化反应下，失去一个质子，生成9-芴负离子。芴负离子再与甲酸乙酯反应生成9-芴甲醛。第二步是9-芴甲醛在还原剂还原下生成9-芴甲醇。根据芴的9位发生的羟甲基化反应的不同，分为以下几种路线：①加成-水解反应：芴与强碱(如丁基锂等)反应，失去一个质子，生成9-芴负离子。9-芴负离子再与甲醛加成反应生成9-芴甲氧基负离子，最后水解得到9-芴甲醇，见图4。②加成-还原反应：芴与强碱反应，失去一个质子，生成9-芴负离子。9-芴负离子再与二氧化碳加成反应并水解.得到9-芴甲酸，最后还原得到9-芴甲醇，见图5。③亲核取代-还原反应：芴与强碱(如氢化钠、乙醇钠等)反应，失去一个质子，生成9-芴负离子。9-芴负离子再与甲酸乙酯发生亲核取代生成9-芴甲醛，最后还原得到9-芴甲醇，见图6。此法为目前合成9-芴甲醇的普遍方法[10]。即第1步是芴在强碱的催化作用下生成芴负离子，芴负离子再与甲酸乙酯亲核取代，生成9-芴甲醛；第2步是用还原剂将9-芴甲醛还原成9-芴甲醇。通过路线的研究，发现影响9-芴甲醇产率的因素除了一定的反应时间外，主要是催化剂以及还原剂的选择。一般采用的催化剂有氢化钠、固体碱、正丁基锂、乙醇钠等；而还原剂一般采用硼氢化钾、甲醛水溶液、硼氢化钠等。以上两步合成9-芴甲醇的方法差异主要来自于催化剂及还原剂的不同，实验证明都有较高的收率，且都具有一定的工业使用价值[11]。

图4　加成-水解反应

图5　加成-还原反应

图6　亲核取代-还原反应

2.2氯甲酸-9-芴基甲酯的合成现状

合成氯甲酸-9-芴基甲酯主要是以9-芴甲醇和光气(或双光气、固体光气)为原料，在选择的溶剂中，低温条件下一步反应生成。通过查找文献资料，概括其合成方法主要有3种[13]。

2.2.1吡啶催化合成在无水条件下，将一定量9-芴甲醇溶于四氢呋喃中，在冰浴条件下将此溶液缓慢滴加到加有固体光气的四氢呋喃溶液中，可加入吡啶作为催化剂提高反应速度。滴加时间至少为30 min。滴加完毕后，室温搅拌数小时。用TLC检测原料是否反应完全。过滤除去白色不溶物，滤液可不经处理直接进行下一步接胺反应。

2.2.2甲苯为溶剂的合成以甲苯为溶解9-芴甲醇的溶剂，将溶解液在冰浴条件下加到溶有固体光气的甲苯溶液中。滴加完毕后，室温搅拌数小时，静置过夜。用TLC检测原料是否反应完全。过滤除去白色不溶物，滤液可不经处理直接进行下一步接胺反应。

2.2.3三苯基膦催化合成将适量9-芴甲醇和三苯基膦(催化剂)缓慢加入到溶有固体光气的二氯甲烷溶液中，在冰浴下反应30 min，升温至20 ℃反应数小时。用TLC检测原料是否反应完全。过滤除去白色不溶物，滤液可不经处理直接进行下一步接胺反应[10,14]。

2.3取代氨基甲酸-9-芴基甲酯类化合物的合成

合成9-芴甲醇实际上是两步反应。第一步是芴在强碱催化下失去一个质子，生成9-芴负离子。芴负离子再与甲酸乙酯反应生成9-芴甲醛。第二步则是9-芴甲醛在还原剂还原下生成9-芴甲醇。第一步催化过程中，因为生成的9-芴负离子不稳定，容易被空气中的氧氧化或与溶剂中少量的水结合，使之变成芴、芴酮等，所以加热回流时间不宜过长，且最好不要静置过夜(点板观察，杂点明显变大)。

氯甲酸-9-芴基甲酯的合成中反应产物Fmoc-Cl的化学性质活泼、不稳定、遇水分解，所以前一步的9-芴甲醇一定要干燥无水。Fmoc-Cl不是很稳定，需要在2～8 ℃条件下密封保存。因此为了反应方便，采取了制备Fmoc-Cl过程中，反应结束后除去滤渣的滤液直接用于反应，加入系列胺，制备取代氨基甲酸-9-芴基甲酯类化合物，这样避免了中间过程Fmoc-Cl的损耗。

总之，本文以芴和甲酸乙酯为原料，通过催化、还原反应制备得到了9-芴甲醇，9-芴甲醇与双(三氯甲基)碳酸酯反应，再与系列取代胺反应得到了取代氨基甲酸-9-芴基甲酯类化合物，其结构通过红外、核磁进行了表征，为9-取代芴类衍生物的合成工艺研究开辟了新思路。

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作者简介：褚建波(1976-)，女，浙江余姚人，高级实验师，从事药物化学研究工作。

收稿日期：2015-08-30

基金项目：浙江省教育厅科研项目(Y201226142)

中图分类号：O621.3

文献标志码：A

DOI：10.15926/j.cnki.issn1672-688x.2016.01.005

文章编号：1672-688X(2016)01-0016-04