孟令强, 杨绍娟, 孙双月, 孙德伟,王孝杰, 王 璟, 陶成安, 金京一

(1.燕京理工学院化工与材料工程学院,河北三河065201； 2.国防科学技术大学理学院化学与生物学系,湖南长沙410073；3.延边大学理学院化学系,吉林延吉133000)

嗜热菌蛋白酶是一种从嗜热细菌中提取的中性金属蛋白酶,能催化水解含有大的疏水性肽链,在众多的生理过程中担当重要角色.嗜热菌蛋白酶抑制剂的研究可以为肿瘤的侵袭和转移以及高血压等多种疾病的治疗提供新型的药物.本文合成的2-苄基-5-羟基-4-氧戊酸叔丁酯为α-羟基酮类化合物,是一种以硝基作为锌离子结合基团的二肽类嗜热菌蛋白酶抑制剂的关键中间体.

硝基具有亲寄生生物的特性,是许多化疗药物的必需基团.硝基的存在可导致水溶性降低,酯溶性增加,pKa降低,偶极矩增加.从生化角度看,硝基可以被酶促还原,引起次级生物活性,或发生更复杂的生物转化,硝基的引入使化合物在体内存留时间延长,导致治疗作用和毒性增加.硝基还会增加分解代谢的速率,并对某些酶系统具有特异性的抑制作用,例如一些自然界存在和具有生物活性[1-3]的硝基化合物,已经商品化的含硝基的药品有氯霉素(chloramphenicol)、呋喃唑酮[1-6](furazolidone)和硝苯地平(nifedipine)等,其中含芳香硝基(nitroaromatic)的药品较多,仅几个含nitroalkyl化合物有商品名,如呋喃硝胺(ranitidine)等.所以以硝基作为锌离子结合基团的二肽类嗜热菌蛋白酶酶抑制剂也许将会有很好的活性.

1 实验部分

1.1 实验试剂和仪器X-4型显微熔点仪(温度计未经校正,北京泰克仪器有限公司).磁力搅拌器,旋转蒸发仪,美国PE公司FT-IR Spectrum One红外光谱仪,300 MHz核磁共振仪(Bruker公司).

所有试剂均购自北京化学试剂公司的分析纯试剂.

1.2 2-苄基-5-溴-4-氧戊酸叔丁酯(I)的合成[7]在100 mL圆底烧瓶中加入氯化2-苄基-5-重氮基-4-氧戊酸叔丁酯3.42 g(0.010 6 mol),CH2Cl250 mL,氢溴酸2.58 mL(0.022 2 mol).室温下搅拌至不再冒气泡,此时TLC跟踪,原料点消失.加水30 mL,CH2Cl2萃取(30 mL×3),有机相经无水硫酸钠干燥后过滤,减压下除去溶剂,粗品经重结晶得白色固体2.85 g,收率79.2%.Mp.112.5～113.5℃.1H-NMR(300 MHz,CDCl3),δ:7.29～7.35(m,5H),4.47(s,2H),3.02～3.16(m,1H),2.90～2.94(m,3H),2.62～2.65(m,1H),1.38(s,9H).FT-IR(KBr)ν:3 642.67、1 735.44、1 728.34、1 588.26、1 240.25、1 088.33 cm-1.

1.3 2-苄基-5-羟基-4-氧戊酸叔丁酯(II)的制备[8]在100 mL圆底烧瓶中加入2-苄基-5-溴-4-氧戊酸叔丁酯2.85 g(0.008 55 mol),体积分数85%的乙醇50 mL,甲酸钠2.57 g(0.023 mol),50℃下反应8 h,此时TLC跟踪,原料点消失.减压下除去溶剂,加水30 mL并用乙酸乙酯萃取(50 mL×3).有机相经无水硫酸钠干燥后过滤,减压下除去溶剂,粗品经重结晶得白色固体2.20 g.产率94.4%.Mp.130.5～131.5℃.1H-NMR(300 MHz,CDCl3),δ:7.29 ～7.35(m,5H),5.53(s,1H),4.69(s,2H),3.02～3.16(m,1H),2.90～2.94(m,3H),2.62～2.65(m,1H),1.38(s,9H).13C-NMR(DMSO-d6),δ:207.2、173.1、138.1、128.2、126.0、82.6、68.7、41.2、37.0、28.8.FT-IR(KBr)ν:1 735.44、1 728.34、1 588.26、1 240.25、1 088.33、620.23 cm-1.

2 结果与讨论

2.1 溴代反应[9-10]以重氮化合物作为原料制备溴代化合物,试剂易得,条件简单,收率较高.常见的将重氮化合物溴代的传统方法有Sandmeyer反应和Gattermann反应等.这2种方法主要针对芳香族重氮盐的卤化.因氯和溴的亲核能力较弱,在Sandmeyer反应中往往要加入Cu2Br2做催化剂,在Gattermann反应中要加入Cu粉做催化剂,一般认为这2个反应是通过自由基机理进行的,本文以Sandmeyer反应为例介绍一下可能的反应过程如图2.

与芳香族重氮化合物相比,脂肪族重氮化合物的活性更高,特别是重氮基处在α位时,受到羰基吸电子诱导效应的影响,α碳更容易受到亲电试剂(溴负离子)的进攻,可能的反应机理是SN2双分子亲核取代.第1步是在酸性条件下溴负离子从背面逐步靠近α碳,此时重氮基渐渐远离α碳,形成能量较高的过渡态,第2步是溴离子和α碳越来越近最终形成δ键,重氮基渐渐远离α碳,最终原有的δ键发生断裂.

2类重氮盐的反应机理不同,条件也不同.由于α-重氮基化合物具有较高活性,所以在溴代时不需要Cu粉或Cu2Br2催化.本文以CH2Cl2为溶剂,将2-苄基-5-重氮基-4-氧戊酸叔丁酯直接与氢溴酸作用生成2-苄基-5-羟基-4-氧戊酸叔丁酯,收率为79%.条件温和,操作简单而且收率较高.

2.2 水解反应在合成2-苄基-5-羟基-4-氧戊酸叔丁酯时,水解反应中所用碱的类型、溶剂、反应时间对结果都有较大的影响,本文做了一系列的对比实验,结果见表1.

表1 水解反应条件对比的结果Table 1 The comparison results of the hydrolysis reaction conditions

在水解反应时,发现使用NaOH、KOH和LiOH都得不到产物,可能的原因是在强碱性下叔丁酯发生水解.最终发现以乙醇为溶剂、碱选甲酸钠效果较好.

3 结论

本文由脂肪族重氮化合物经溴代反应和水解反应两步合成了2-苄基-5-溴-4-氧戊酸叔丁酯,不仅反应时间短,纯化过程用重结晶方式取代了传统的柱层析,操作方法简单安全,且收率高,适合工业化生成.这种方法可较普遍的应用到α-羟基酮的合成.

致谢廊坊市科技支撑计划项目(2013013020)对本文给予了资助,谨致谢意.

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