酶抑制剂镰孢菌酸的合成工艺

周石洋, 陈 玲, 杨善彬

(1. 重庆师范大学 化学学院, 重庆 401331; 2. 重庆市垫江第二中学, 重庆 408318)



酶抑制剂镰孢菌酸的合成工艺

周石洋1, 陈 玲2, 杨善彬1

(1. 重庆师范大学 化学学院, 重庆 401331; 2. 重庆市垫江第二中学, 重庆 408318)

以2-甲基吡啶为起始原料,经氧化、酯化、烷基化和水解等反应步骤,合成目标产物镰孢菌酸.实验重点研究了烷基化反应过程,并对该反应条件进行了优化.目标产物及中间产物结构经1H NMR、13C NMR、MS和元素分析法进行表征.

酶抑制剂; 镰孢菌酸; 优化; 合成工艺

多巴胺体内代谢主要通过单胺氧化酶—B(MAO—B)、儿茶酚—O—甲基转移酶(COMT)和多巴胺β—羟基化酶进行.抑制这三种酶,就能降低脑内多巴胺的代谢,从而提高脑内多巴胺水平,对帕金森具有治疗作用[1-2].镰孢菌酸学名5—丁基—2—吡啶甲酸,为多巴胺β—羟基化酶的强效抑制剂,能阻断体内多巴胺进一步转化为儿茶酚胺,从而提高中枢多巴胺水平,达到治疗作用[3-5].另外,镰孢菌酸能抑制去甲肾上腺素合成,有降血压作用,还具有解酒瘾作用等.目前有关镰孢菌酸的合成路线报道有不少文献,有以镰孢菌酸叔丁酯或者镰孢菌酸甲酯为原料经过水解的方式合成镰孢菌酸;也有以5—丁基—2—氰基吡啶为原料经过水解等步骤合成镰孢菌酸;还有以2,5—二丁基吡啶为原料经氧化等步骤合成镰孢菌酸;另外还有以2,5—二甲基吡啶为原料进氧化等步骤合成镰孢菌酸等这些合成路线[6-8].这些路线存在不少缺点,其主要表现在使用的原料价格较高,如镰孢菌酸叔丁酯和镰孢菌酸甲酯本身价格较高,再通过水解的方式获得镰孢菌酸没什么实际应用价值,另外这些文献所报道的合成方法中总产率也比较低仅不到20%,这是这些合成方法存在这些不同程度的缺点,因此在工业上的应用极为困难,这些合成路线难实现大规模工业化生产.本课题组结合目前现有报道的合成路线,从新设计了新的合成路线,以2—甲基吡啶为原料,经氧化、酯化、烷基化和水解反应,最后合成目标产物镰孢菌酸[9-11].该合成路线使用的原料廉价,且每步操作简单,总收率较高,因此具有较好的工业用途,能实现大规模工业化生产.目标产物及中间产物结构都经1H NMR、13C NMR、MS和元素分析法进行表征.镰孢菌酸合成路线如图1.

图1 镰孢菌酸的合成方法一

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

ZRD—1全自动熔点仪;1H NMR和13C NMR用Brucker ARX-300型核磁共振仪测定,内标为TMS,DMSO作为溶剂;所用试剂均为分析纯或化学纯.

1.2 合成实验

(1) 2—吡啶甲酸的合成.在250 mL圆底烧瓶中加入0.10 mol 2—甲基吡啶和100 mL蒸馏水,搅拌加热至沸.分批加入0.20 mol高锰酸钾,粘附在瓶口的高锰酸钾用10 mL蒸馏水冲洗入瓶内.继续在搅拌下反应,直至反应液2—甲基吡啶几乎消失,回流液不再出现油珠.将反应混合物趁热减压过滤,用少量热水洗涤滤渣二氧化锰.合并滤液和洗涤液,放在冰水浴中冷却,然后用浓盐酸酸化(用刚果红试纸试验),2—吡啶羧酸全部析出,静置,过滤,干燥,用丙酮重结晶,得到白色针状结晶2—吡啶甲酸,产率90.4%,m.p.139～141 ℃,1H NMR(300 MHz,DMSO)δ:8.76(m,1 H,吡啶—H),8.10(m,1 H,吡啶—H),8.03(m,1 H,吡啶—H),7.67(m,1 H,吡啶—H);13C NMR(75 MHz,DMSO)δ:166.1,149.4,148.4,137.4,127.0,124.6;HR-ESI-MS m/z: calcd for C6H5NO2{[M+H]+}123.1102,found 123.032;Anal.calcd for C6H5NO2:C,58.54;H,4.09;N,11.38;O,25.99;found:C,58.55;H,4.10;N,11.37;O,25.98%.

(2) 2—吡啶甲酸甲酯的合成.取上步合成的2—吡啶甲酸0.10 mol置于250 mL圆底烧瓶中,再加入100 mL无水甲醇(过量),先搅拌均匀.恒压条件下用滴液漏斗滴加5 mL浓硫酸,控制滴加速率.滴加完毕后,升温至沸腾回流5 h.常压除去过量的甲醇,得到粘稠状物质,再减压蒸馏,收集93 ℃,133 Pa的产物,得到无色透明液体2—吡啶甲酸甲酯,产率90.2%,b.p.227.4 ℃(101 kPa),1H NMR(300 MHz,DMSO)δ:8.76(m,1 H,吡啶—H),8.14(m,1 H,吡啶—H),7.86(m,1 H,吡啶—H),7.50(m,1 H,吡啶—H),4.02(s,3H,—CH3);13C NMR(75 MHz,DMSO)δ:165.6,149.8,137.1,127.0,125.1,52.8;HR-ESI-MS m/z: calcd for C7H7NO2{[M+H]+}137.1411,found 137.0477;Anal.calcd for C7H7NO2:C,61.31;H,5.14;N,10.21;O,23.33;found:C,61.32;H,5.14;N,10.21;O,23.32%.

(3) 镰孢菌酸的合成.将上步合成的2—吡啶甲酸甲酯0.10 mol置于250 mL圆底烧瓶中,加100 mL二甲基甲酰胺(DMF),在加入研磨好的无水AlCl30.01 mol.在剧烈搅拌条件下,缓慢滴加0.10 mol 1—氯丁烷.滴加完毕后,升温至沸腾回流8 h,待反应完成后无HCl气体生产后,停止加热,趁热过滤,除去催化剂AlCl3.静置,冷却至室温,搅拌条件下滴加4 mol/L的H2SO4溶液至pH值为2～3.升温至80 ℃,反应4 h,待反应完成后,静置,冷却,有白色晶体析出.常压抽滤,干燥,用甲苯重结晶,得白色固体镰孢菌酸,产率88.7%,m.p.98～100 ℃,1H NMR(300 MHz,DMSO)δ:11.0(s,1H,—OH),8.75(m,1 H,吡啶—H),8.20(m,1 H,吡啶—H),7.87(m,1 H,吡啶—H),2.62(s,2H,—CH2—),1.59(s,2H,—CH2—),1.31(s,2 H,—CH2—),0.90(s,3 H,—CH3);13C NMR(75 MHz,DMSO)δ:168.3,147.9,147.2,140.8,138.0,124.4,33.0,25.9,22.3,14.1;HR-ESI-MS m/z: calcd for C10H13NO2{[M+H]+}179.2160,found 179.0950;Anal.calcd for C10H13NO2:C,67.02;H,7.31;N,7.82;O,217.85;found:C,67.03;H,7.30;N,7.83;O,217.84%.

2 结果与讨论

2.1 合成路线选择

结合目前有关合成镰孢菌酸的路线,我们课题组从新设计了合成路线,在路线设计过程中,提出了两条合成路线,即见图1和图2合成方法一以2—甲基吡啶为原料,经KMnO4氧化、甲醇酯化、1—氯丁烷烷基化和水解等反应步骤合成目标产物镰孢菌酸.该合成路线在操作中简单,每步合成收率较高,从而总收率高(总收率可达72%),另外该合成路线的副产物少.合成方法二同样以2—甲基吡啶为原料,经1—氯丁基烷基化、KMnO4氧化反应等步骤合成目标产物镰孢菌酸.该合成路线操作不易,第一步烷基化过程中就存在多种副产物,第二步氧化过程中同样有多种产物,并且氧化过程条件很难控制,KMnO4氧化能力较强,很容易氧化甲基和丁基,因此该合成路线总的收率低(总收率仅为23%).该两条路线相比,Scheme 1总体上是比较理想的,总收率较高,操作简单,产物易分离等优点,因此能够实现大规模工业化生产,工业用途较为理想.

图2 镰孢菌酸的合成方法二

2.2 烷基化反应条件优化

在合成目标产物镰孢菌酸路线过程中,我们课题组选择Scheme 1,该路线关键步骤为烷基化反应.在烷基化反应过程中,以2—吡啶甲酸甲酯0.10 mol和1—氯丁烷0.10 mol作为反应体系.实验过程中先对溶剂进行了筛选,选用了DMF、THF和DMSO等溶剂中,由表1可以看出,但催化剂种类、催化剂用量以及反应时间相同时,总体而言DMF作为反应溶剂时其产率明显要高于其他溶剂(表1中4,12,16和5,13,17).从这两组数据可以看出,DMF作为反应溶剂时,其最高产率可达88%,而DMSO作为反应溶剂时产率仅为48%,产率相差较大,通过综合评价最终选出了最理想反应溶剂为DMF.溶剂选出之后,课题组系统的研究了催化剂选择、催化剂用量以及反应时间等.因为这些反应条件对烷基化反应都有一定程度的影响,实验过程中并对这些反应条件进行了相应优化.由表1可以看出,在对催化剂对反应的影响很大,是否使用催化剂,使用什么样催化剂其收率变化很大.在没有使用催化剂时,烷基化反应收率仅为13%(表1中23);使用催化剂收率都较高,其中使用AlCl3的收率都较高(表1中5～9).从表中还可以看出,催化剂用量也对反应影响很大,同一反应溶剂中,同样催化剂,催化剂用量多少也对收率有不同影响(表1中5～9,14～15,21～22).另外反应时间也对收率有不少影响,反应时间的长短有关反应是否进行彻底,时间过长又会有副反应产生,从而影响反应收率(表1中1～2,5～6,13～14).

表1 烷基化反应条件优化

3 结 论

报道一种新的高效合成镰孢菌酸的路线,以2—甲基吡啶为起始原料,经氧化、酯化、烷基化和水解等反应步骤,最终合成目标产物镰孢菌酸.该合成路线总收率高、操作简单易行和原料廉价等优点,因此具有较好的工业前途,以便于大规模工业化生产.其目标产物和中间产物结构经1H NMR、13C NMR、MS和元素分析法进行表征.

[ 1 ] GANGJEE A, ZAWARE N, RAGHAVAN S, et al. Synthesis and biological activity of 5-chloro-N4-substituted phenyl-9H-pyrimido[4, 5-b] indole-2, 4-diamines as vascular endothelial growth factor receptor-2 inhibitors and antiangiogenic agents[J]. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 2013,21(7):1857-1864.

[ 2 ] LIU Q, SABNIS Y, ZHAO Z, et al. Developing irreversible inhibitors of the protein kinase cysteinome[J]. Chemistry & Biology, 2013,20(2):146-159.

[ 3 ] WISSNER A, FRASER H L, INGALLS C L, et al. Dual irreversible kinase inhibitors: quinazoline-based inhibitors incorporating two independent reactive centers with each targeting different cysteine residues in the kinase domains of EGFR and VEGFR-2[J]. Bioorganic Medicinal Chemistry, 2007,15(11):3635-3648.

[ 4 ] KUMAR S, TIWARI M. Topomer-CoMFA-based predictive modelling on 2,3-diaryl substituted-1,3-thiazolidin-4-ones as non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors[J]. Medicinal Chemistry Research, 2015,24(1):245-257.

[ 5 ] 周石洋,陈玲. 磺胺对甲氧基嘧啶的合成与表征[J].沈阳大学学报(自然科学版), 2016,28(1):11-15. (ZHOU S Y, CHEN L. Synthesis and characterization of sulfameter[J].Journal of Shenyang University(Natural Science), 2016,28(1):11-15.)

[ 6 ] CHACHIGNON H, SCALACCI N, PETRICCI E, et al. Synthesis of 1,2,3-substituted pyrroles from propargylamines via a one-pot tandem enyne cross metathesis-cyclization reaction[J]. The Journal of Organic Chemistry, 2015,80(10):5287-5295.

[ 7 ] BOYLE E A, GOUDIE A C, MANGAN F R, et al. Nabumetone: a new anti-inflammatory agent[J]. Journal of Pharmacy and Pharmacology, 1982,34(s12):74.

[ 8 ] PALMER R, WEISS R, ZUSMAN R, et al. Effects of nabumetone, celecoxib, and ibuprofen on blood pressure control in hypertensive patients on angiotensin converting enzyme inhibitors[J]. American Journal of Hypertension, 2003,16(2):135-139.

[ 9 ] CLIMENT M J, CORMA A, IBORRA S, et al. MgO nanoparticle-based multifunctional catalysts in the cascade reaction allows the green synthesis of anti-inflammatory agents[J]. Journal of Catalysis, 2007,247(2):223-230.

[10] 周石洋,陈玲. (R)沙丁胺醇的化学不对称法合成[J]. 沈阳大学学报(自然科学版), 2015,27(6):442-445. (ZHOU S Y, CHEN L. Synthesis of (R)-albuterol with chemical asymmetric method[J]. Journal of Shenyang University (Natural Science), 2015,27(6):442-445.)

[11] 周石洋,陈玲,杨善彬. 4-乙酰氨基苯酚的合成工艺研究[J]. 贵州师范大学学报(自然科学版), 2016,34(1):65-68. (ZHOU S Y, CHEN L, YANG S B. Synthesis of 4-acetamino phenol[J]. Journal of Guizhou Normal University(Natural Sciences), 2016,34(1):65-68.)

【责任编辑: 胡天慧】

Synthesis of Enzyme Inhibitors Fusarinic Acid

ZhouShiyang1,ChenLing2,YangShanbin1

(1. College of Chemistry, Chongqing Normal University, Chongqing 401331, China; 2. The Second Middle School of Dianjiang, Chongqing 408318, China)

Taking 2-methyl pyridine as raw materials, through the reaction steps of oxidation, esterification, alkylation and hydrolysis, the target product Fusaric acid is synthesized. The alkylation reaction process is studied and the reaction conditions are optimized. The structures of the target products and intermediates are characterized by1H NMR,13C NMR, MS and elemental analysis method.

enzyme inhibitor; fusarinic acid; optimization; characterization

2016-10-30

活性物质生物技术教育部工程研究中心开放基金资助项目(20150408); 重庆市社会民生科技创新项目(cstc2015shmszx80060).

周石洋(1986-),男,重庆人,重庆师范大学实验师.

2095-5456(2017)02-0099-04

O 622.6

A