地棘蛙素及其类似物的制备方法

摘要

本发明涉及一种地棘蛙素(Epibatidine)或其类似物的制备方法。其主要步骤是：以吡啶衍生物和5-硝基戊酮-2为起始原料，依次经Henry反应、消除反应、分子内不对称Michael加成反应、不对称还原反应、羟基转变为易离去基团反应、硝基还原反应、分子内氨基关环反应和异构化后得目标物。与现有技术比较：本发明具有合成路线简洁、各步反应条件温和、不采用贵金属为催化剂和总收率较高等优点。

说明书

技术领域

本文发明涉及一种生物碱或其类似物的制备方法，具体地说，涉及一种地棘蛙素(Epibatidine)或其类似物的制备方法。

背景技术

地棘蛙素(Epibatidine)是一种高效非鸦片型镇痛剂和尼古丁乙酰胆碱受体的兴奋剂，其存在于美洲厄瓜多尔产毒蛙Epipedobates tricolor的表皮中，在自然界中含量极低(由750只毒蛙仅能分离获得不足1毫克的地棘蛙素)。出色的生物活性及稀缺性，使化学合成地棘蛙素备受化学家们的关注。

Nilantha S.Sirisoma等报道了一种地棘蛙素的制备方法，其合成策略是：以1，3-环己二烯为起始原料，历经十三步可获得地棘蛙素的消旋体，总收率为13％(Tetrahedron Letters，1998，39，2059-2062)。

Bary M.Trost等揭示了一种光学纯地棘蛙素的制备方法(Tetrahedron Letters，1996，37，7485-7487)，在其中较为关键的一步(顺-3，6-二苯甲酸基-环己烯-2与吡啶锡烷的偶联反应)中使用了贵金属钯(Pd)为催化剂。如此，不仅增加了制备成本，且可能由于金属的残留污染产物。

Aggarwal等报道了用芳基碘盐作为芳基化试剂合成光学纯地棘蛙素的方法，其合成策略是：以硅醚保护的对羟基环己酮出发，用手性碱试剂进行不对称去对称化的吡啶盐芳基化得到吡啶母环(Angew.Chem.Intern.Ed.2005，44，5516-5519)，其手性碱试剂需要经多步反应制备。如此增加了反应难度，路线不简洁。

综上所述，本领域迫切需要一种合成路线简洁、制备成本低廉及总收率较高的地棘蛙素的制备方法

发明内容

本发明的目的在于，提供一种合成路线简洁、制备成本低廉及总收率较高的光学纯地棘蛙素或其类似物的制备方法。

本发明所要制备的地棘蛙素或其类似物的结构如式1所示：

式1中，R₁为卤素(F、Cl、Br或I)，R₂，R₃和R₄分别独立选自：氢(H)、C₁～C₆烷基、C₁～C₆全氟烷基、C₁～C₆烷氧基、氨基(-NH₂)、硝基(-NO₂)或芳环基中一种。

本发明所说制备光学纯地棘蛙素或其类似物的方法，其主要步骤是：以吡啶衍生物(其结构如式2所示)和5-硝基戊酮-2(式3所示化合物)为起始原料，依次经Henry反应、消除反应、分子内不对称Michael加成反应、不对称还原反应、羟基转变为易离去基团反应、硝基还原反应、分子内氨基关环反应和异构化(构型转化)后得目标物(地棘蛙素或其类似物)。

具体合成策略如下：

其中：R₅为Br或-OSO₂CH₃。

即：将式2所示化合物与式3所示化合物经Henry反应，得式4所示化合物；式4所示化合物无需纯化直接进行消除反应，得式5所示化合物；在有氨基酸和苯甲酸、取代苯甲酸或冰醋酸存在条件下，式5所示化合物经分子内不对称Michael加成反应，得式6所示化合物；式6所示化合物经NaBH₄或NaBH₄/TarB-H不对称还原，得式7所示化合物；将式7所示化合物中羟基转变为易离去基团(如Br或-OSO₂CH₃等)，得式8所示化合物；式8所示化合物经(硝基)还原反应，得式9所示化合物；式9所示化合物经分子内氨基关环反应，得式10所示化合物；在碱性条件下，式10所示化合物经异构化后得目标物(式1所示化合物)。

在本发明一个优选技术方案中，R₁为Cl或Br；R₂，R₃和R₄分别独立选自：H、C₁～C₃烷基、C₁～C₃全氟烷基或C₁～C₃烷氧基中一种。

更优选的R₂，R₃和R₄分别独立选自：H、C₁～C₃烷基或C₁～C₃烷氧基中一种。

最佳的R₂，R₃和R₄均为H。

在本发明另一个优选技术方案中，在所述的Henry反应中所用的碱是：KF、KF/Al₂O₃或三乙胺等有机碱。

在本发明又一个优选技术方案中，在所述的消除反应(化合物4至化合物5)中所用的消除试剂为醋酐(Ac₂O)、三乙胺(Et₃N)或N，N-二甲基吡啶(DMAP)，化合物4与消除试剂的摩尔比为1∶(1～1.3)。

在本发明又一个优选技术方案中，在所述的分子内不对称Michael加成反应中，式5所示化合物与氨基酸的摩尔比是1∶(0.1～0.2)，式5所示化合物与苯甲酸、取代苯甲酸或冰醋酸的摩尔比1∶(0.1～1)；

所说的氨基酸为脯氨酸或色氨酸；所说的取代苯甲酸是：对甲氧基苯甲酸、邻甲氧基苯甲酸、间甲氧基苯甲酸、2，4-二甲氧基苯甲酸、2，5-二甲氧基苯甲酸、3，4-二甲氧基苯甲酸、2，4，6-三甲氧基苯甲酸、3，4，5-三甲氧基苯甲酸、2，4，6-三甲氧基苯甲酸、对羟基苯甲酸、对硝基苯甲酸、对甲基苯甲酸、邻甲基苯甲酸、间甲基苯甲酸、2，6-二甲氧基苯甲酸、3，5-二甲氧基苯甲酸或2，3-二甲氧基苯甲酸。

本发明的主要特点在于：合成路线简洁、各步反应条件温和、避免采用贵金属为催化剂(如此，不仅降低了制备成本，而且避免产物被金属“污染”)和总收率不低于20％。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步阐述，其目的仅在于更好理解本发明的内容。本发明的保护范围不受所举之例的限制。

在下列实施例中所说的室温是20℃～25℃。

实施例1

(1)化合物5a(式5所示化合物，其中R₁为Cl；R₂，R₃和R₄均为H，下同)的制备：

取1.41g，(10mmol)化合物2a(R₁为Cl；R₂，R₃和R₄均为H)溶于20ml异丙醇与四氢呋喃(v/v＝3/1)混合溶液中，加入化合物3(1.31g，10mmol)，氟化钾(0.23g，5mmol)，室温搅拌至少24小时。向该反应液加入少量的水，减压旋干有机溶剂。乙酸乙酯萃取水相，分液，有机相分别用饱和氯化钠洗，无水硫酸钠干燥，过滤后减压除去溶剂，得黄色油状液2.72g化合物4a，收率接近100％。

将2.72g粗品化合物4a溶于90ml二氯甲烷中，加入N，N-二甲基吡啶(0.24g，2mmol)，醋酸酐(1.12g，11mmol)，室温反应至少18小时。用二氯甲烷稀释反应液，有机相依次用饱和碳酸钠洗，饱和食盐水洗，然后通过无水硫酸钠干燥，过滤后减压旋干有机溶剂，浓缩物经300-400目硅胶色谱柱纯化得化合物5a(黄色固体)1.90g，收率：76％。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ8.46(d，J＝2.0Hz，1H)，8.01(s，1H)，7.82(dd，J1＝2.4Hz，J2＝8.0Hz，1H)，7.47(d，J＝8.8Hz，1H)，3.08(t，J＝6.8Hz，2H)，2.84(t，J＝8.0Hz，2H)，2.21(s，3H).

¹³C NRM(400MHz，CDCl₃)δ205.8，152.9，152.4，150.4，138.8，129.6，127.0，124.7，40.6，29.8，21.4.

(2)化合物6a(R₁＝Cl，R₂＝H，R₃＝H，R₄＝H)的制备：

将化合物5a(1.27g，5mmol)溶于150ml二甲亚砜中，再加入冰醋酸(120mg，2mmol)，脯氨酸(230mg，2mmol)，室温反应至少12小时。减压蒸除大部分二甲亚砜，剩余物用水稀释，乙酸乙酯萃取水相，分液，有机相分别用饱和氯化钠洗，无水硫酸钠干燥，过滤减压除去有机溶剂，浓缩物通过硅胶柱层析得化合物6a(白色固体)1.01g，收率：79％。[α]D＝26.0(c＝0.38，CHCl₃).

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ8.32(d，J＝2.4Hz，1H)，7.57(dd，J₁＝2.4Hz，J₂＝8.4Hz，1H)，7.35(d，J＝8.4Hz，1H)，5.15-5.04(m，1H)，3.77-3.70(m，1H)，2.73-2.46(m，6H).

¹³C NMR(400MHz，CDCl₃)δ204.0，151.5，148.6，137.3，132.6，124.8，87.4，45.0，43.8，37.9，29.6.

(3)化合物7a(R₁＝Cl，R₂＝H，R₃＝H，R₄＝H)的制备：

在0℃条件下，将化合物6a(150mg，0.6mmol)，溶于2ml四氢呋喃中，加入2mlTarB-H(0.5M)，搅拌30分钟后再加入硼氢化钠(44mg，1.2mmol)反应至少2小时。滴加稀盐酸淬灭反应，加入330mg氢氧化钠搅拌1小时，二氯甲烷萃取，分液，有机相再分别用饱和食盐水洗，然后能过无水硫酸钠干燥，过滤减压除去有机溶剂，浓缩物柱层析纯化得化合物7a(白色固体)149mg，产率：96％。[α]D＝18.5(c＝0.6，CHCl₃).

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ8.27(s，2H)，7.54(d，J＝8.0Hz，1H)，7.31(d，J＝8.4Hz，1H)，4.64-4.58(m，1H)，3.95-3.89(m，1H)，3.35-3.29(m，1H)，2.48-2.44(m，1H)，2.27-2.20(m，4H)，1.67-1.54(m，2H).

¹³C NMR(100MHz，CDCl₃)δ150.9，148.7，137.4，134.0，124.6，89.2，68.3，42.9，40.6，32.8，29.8.

(4)化合物8a(R₁＝Cl，R₂＝H，R₃＝H，R₄＝H)的制备：

在冰浴条件下，将化合物7a(256mg，1mmol)溶于15mg无水二氯甲烷中，再依次加入三乙胺(121mg，1.2mmol)，甲磺酰氯(137mg，1.2mmol)，反应至少45分钟。加入饱和氯化铵溶液淬灭反应，分液，水相用二氯甲烷萃取，合并有机相，有机相再分别用饱和食盐水洗，然后通过无水硫酸钠干燥，过滤减压除去有机溶剂，浓缩物柱层析纯化得化合物8a(白色泡状固体)315mg，产率：94％。[α]D＝11.5(c＝1，CHCl₃).

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ8.27(d，J＝2.4Hz，1H)，7.53(dd，J₁＝2.4Hz，J₂＝8.4Hz，1H)，7.31(d，J＝8.0Hz，1H)，4.87-4.80(m，1H)，4.68-4.62(m，1H)，3.41-3.34(m，1H)，3.05(s，3H)，2.54-2.42(m，3H)，2.16-2.13(m，1H)，1.96-1.80(m，2H).

¹³C NMR(100MHz，CDCl₃)δ151.3，148.7，137.4，132.9，124.7，88.0，76.4，42.7，38.7，37.8，30.3，29.3.

(5)化合物10a(R₁＝Cl，R₂＝H，R₃＝H，R₄＝H)的制备：

将化合物8a(262mg，0.78mmol)溶于5ml冰醋酸，加入锌粉(1.9g，29mmol)，室温反应1小时。反应液用硅藻土过滤，滤饼用乙酸乙酯洗，滤液用饱和食盐水洗，分液，有机相用碳酸钾干澡，过滤减压除去有机溶剂得化合物9a(黄色油状液)238mg，收率：100％。

粗品化合物9a(138mg，0.45mmol)溶于30ml无水氯仿中，加热回流反应65小时。有机相用饱和碳酸钠溶液洗，分液，水相用氯仿萃取，分液，合并有机相。有机相再用饱和氯化钠洗，经无水碳酸钾干燥，过滤减压除去有机溶剂，浓缩物经硅胶柱层析纯化得化合物10a(黄色油状液)74mg，产率：78％。[α]D＝-7.7(c＝0.6，CH₂Cl₂).

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ8.25(d，J＝1.6Hz，1H)，7.47(dd，J₁＝2.0Hz，J₂＝8.0Hz，1H)，7.27(d，J＝6.4Hz，1H)，3.61-3.77(m，2H)，3.35-3.29(m，1H)，2.16-2.09(m，1H)，1.67-1.65(m，1H)，1.51(dd，J₁＝5.6Hz，J₂＝12.8Hz，1H)，1.44-1.37(m，3H).

¹³C NMR(100MHz，CDCl₃)δ149.5，149.3，138.4，135.1，123.8，61.2，57.7，44.1，34.3，30.4，23.6.

(6)化合物1a(R₁＝Cl，R₂＝H，R₃＝H，R₄＝H)的制备：

将130mg化合物10a(130mg，0.62mmol)溶于20ml无水叔丁醇中，室温下加入叔丁醇钾(210mg，1.86mmol)，回流反应3小时，冷却，补加叔丁醇钾(210mg，1.86mmol)，继续回流反应2天。向反应液加入水，减压除去有机溶剂，剩余物用氯仿萃取(25ml×3)，分液，合并有机相。有机相再分加用饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥，减压除去有机溶剂，浓缩物经硅胶柱层析纯化得化合物1a(黄色油状液)65mg，产率：50％。[α]D＝-6.0(c＝0.6，CHCl₃).

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ8.26(d，J＝2.4Hz，1H)，7.77(dd，J₁＝2.0Hz，J₂＝8.0Hz，1H)，7.27(d，J＝7.2Hz，1H)，3.61-3.77(m，1H)，3.56(s，1H)，2.79(dd，J1＝6.0Hz，J2＝8.4Hz，1H)，1.97-1.94(m，1H)，1.65-1.56(m，5H).

¹³C NMR(100MHz，CDCl₃)δ148.8，148.5，141.1，137.8，123.8，62.8，56.7，44.1，40.1，31.4，30.3。

实施例2

(1)化合物5b(式5所示化合物，其中R₁为Br；R₂，R₃和R₄均为H，下同)的制备：

取1.41g(10mmol)化合物2b(R₁为Br；R₂，R₃和R₄均为H)溶于20ml异丙醇与四氢呋喃(v/v＝1/1)混合溶液中，加入化合物3(1.31g，10mmol)，三乙胺(1.01g，10mmol)，室温搅拌至少20小时。向反应液中加入少量的水，减压旋干有机溶剂。乙酸乙酯萃取水相，分液，有机相分别用饱和氯化钠洗，无水硫酸钠干燥，过滤后减压除去溶剂，得黄色油状液2.72g化合物4b，收率接近100％。

将2.72g粗品化合物4b溶于90ml二氯甲烷中，加入N，N-二甲基吡啶(0.48g，4mmol)，醋酸酐(1.12g，11mmol)，室温反应至少20小时。用二氯甲烷稀释反应液，有机相依次用饱和碳酸钠洗，饱和食盐水洗，然后通过无水硫酸钠干燥，过滤后减压旋干有机溶剂，浓缩物经300-400目硅胶色谱柱纯化得化合物5b(黄色固体)2.25g，收率：90％。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ8.45(d，J＝2.0Hz，1H)，8.02(s，1H)，7.82(dd，J₁＝2.4Hz，J₂＝8.0Hz，1H)，7.46(d，J＝8.8Hz，1H)，3.08(t，J＝6.8Hz，2H)，2.86(t，J＝8.0Hz，2H)，2.23(s，3H).

¹³C NRM(400MHz，CDCl₃)δ205.8，152.8，152.5，150.4，138.8，129.6，127.1，124.7，40.6，29.8，21.5.

(2)化合物6b(R₁＝Br，R₂＝H，R₃＝H，R₄＝H)的制备：

将化合物5b(1.49g，5mmol)溶于150ml二甲亚砜中，再加入苯甲酸(224mg，2mmol)，脯氨酸(115mg，1mmol)，室温反应至少10小时。减压蒸除大部分二甲亚砜，剩余物用水稀释，乙酸乙酯萃取水相，分液，有机相分别用饱和氯化钠洗，无水硫酸钠干燥，过滤减压除去有机溶剂，浓缩物通过硅胶柱层析得化合物6b(白色固体)1.27g，收率：85％。[α]D＝36.5(c＝0.6，CHCl₃).

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ8.34(d，J＝2.8Hz，1H)，7.60(dd，J₁＝2.4Hz，J₂＝8.4Hz，1H)，7.36(d，J＝8.0Hz，1H)，5.15-5.07(m，1H)，3.77-3.70(m，1H)，2.73-2.46(m，6H).

¹³C NMR(400MHz，CDCl₃)δ204.1，151.6，148.4，137.6，132.5，124.8，87.6，45.1，43.6，37.8，29.5。

(3)化合物7b(R₁＝Br，R₂＝H，R₃＝H，R₄＝H)的制备：

在0℃条件下，将化合物6b(150mg，0.5mmol)，溶于2ml四氢呋喃中，加入2mlTarB-H(0.5M)，搅拌30分钟后再加入硼氢化钠(38mg，1.0mmol)反应至少2小时。滴加稀盐酸淬灭反应，加入330mg氢氧化钠搅拌1小时，二氯甲烷萃取，分液，有机相再分别用饱和食盐水洗，然后能过无水硫酸钠干燥，过滤减压除去有机溶剂，浓缩物柱层析纯化得化合物7b(白色固体)135mg，产率：90％。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)8.26(d，J＝1.6Hz，1H)，7.48-7.41(m，2H)，4.64-4.58(m，1H)，3.96-3.90(m，1H)，3.34-3.27(m，1H)，2.50-2.45(m，1H)，2.29-2.23(m，2H)，2.17-2.06(m，1H)，1.71-1.52(m，2H).

¹³C NMR(100MHz，CDCl₃)δ151.0，148.8，137.6，134.1，124.7，89.4，68.1，42.7，40.7，32.9，29.7.

(4)化合物8b(R₁＝Br，R₂＝H，R₃＝H，R₄＝H)的制备：

在冰浴条件下，将化合物7b(90mg，0.3mmol)溶于5mg无水二氯甲烷中，再依次加入三乙胺(50mg，0.36mmol)，甲磺酰氯(41mg，0.36mmol)，反应至少45分钟。加入饱和氯化铵溶液淬灭反应，分液，水相用二氯甲烷萃取，合并有机相，有机相再分别用饱和食盐水洗，然后通过无水硫酸钠干燥，过滤减压除去有机溶剂，浓缩物柱层析纯化得化合物8b(白色泡状固体)80mg，产率：71％。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ8.28(s，1H)，7.49(d，J＝8.0Hz，1H)，7.44-7.42(m，1H)，4.88-4.82(m，1H)，4.67-4.60(m，1H)，3.41-3.34(m，1H)，3.07(s，3H)，2.58-2.47(m，3H)，2.22-2.11(m，1H)，1.96-1.82(m，2H).

¹³C NMR(100MHz，CDCl₃)δ151.1，148.7，137.5，132.8，124.6，88.1，76.5，42.8，38.6，37.9，30.2，29.4.

(5)化合物10b(R₁＝Br，R₂＝H，R₃＝H，R₄＝H)的制备：

将化合物8b(76mg，0.2mmol)溶于5ml冰醋酸，加入锌粉(390g，6mmol)，室温反应1小时。反应液用硅藻土过滤，滤饼用乙酸乙酯洗，滤液用饱和食盐水洗，分液，有机相用碳酸钾干澡，过滤减压除去有机溶剂得化合物9b(黄色油状液)70mg，收率：100％。

粗品化合物9b(70mg，0.2mmol)溶于15ml无水氯仿中，加热回流反应65小时。有机相用饱和碳酸钠溶液洗，分液，水相用氯仿萃取，分液，合并有机相。有机相再用饱和氯化钠洗，经无水碳酸钾干燥，过滤减压除去有机溶剂，浓缩物经硅胶柱层析纯化得化合物10b(黄色油状液)38mg，产率：76％。[α]D＝-14.8(c＝0.12，CH₂Cl₂).

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ8.25(d，J＝2.4Hz，1H)，7.46(d，J＝8.4Hz，1H)，7.39(dd，J₁＝2.4Hz，J₂＝8.0Hz，1H)，3.92-3.88(m，2H)，3.44-3.42(m，1H)，2.28-2.20(m，1H)，1.81-1.74(m，1H)，1.60-1.42(m，4H).

¹³C NMR(100MHz，CDCl₃)δ150.0，140.0，138.2，135.1，127.7，61.2，57.9，43.9，34.0，30.2，23.4.

(6)化合物1b(R₁＝Br，R₂＝H，R₃＝H，R₄＝H)的制备：

将化合物10b(38mg，0.15mmol)溶于10ml无水叔丁醇中，室温下加入叔丁醇钾(110mg，0.93mmol)，回流反应3小时，冷却，补加叔丁醇钾(110mg，0.93mmol)，继续回流反应2天。向反应液加入水，减压除去有机溶剂，剩余物用氯仿萃取(15ml×3)，分液，合并有机相。有机相再分加用饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥，减压除去有机溶剂，浓缩物经硅胶柱层析纯化得化合物1b(黄色油状液)18mg，产率：48％。[α]D＝-8.0(c＝0.6，CHCl₃).

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ8.27(d，J＝2.4Hz，1H)，7.77(dd，J₁＝2.0Hz，J₂＝8.0Hz，1H)，7.26(d，J＝7.2Hz，1H)，3.62-3.76(m，1H)，3.54(s，1H)，2.78(dd，J₁＝6.0Hz，J₂＝8.4Hz，1H)，1.98-1.94(m，1H)，1.66-1.58(m，5H).

¹³C NMR(100MHz，CDCl₃)δ149.0，148.6，141.3，137.9，123.7，62.9，56.8，44.3，40.0，31.4，30.2。