一种酰胺类生物碱的全合成方法

摘要

本发明公开了一种酰胺类生物碱的全合成方法，属于天然产物化学技术领域，包括以下步骤：1)以丙二酸酯和2-溴丙烷或2-溴丙烷衍生物为原料合成得到异丙基丙二酸酯及其衍生物；2)以2-氨基吡咯烷为原料合成得到中间体2-氨基四氢吡咯烷；3)将以异丙基丙二酸酯及其衍生物和2-氨基四氢吡咯烷为原料合成得到酰胺类生物碱3-异丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮及其衍生物。本发明克服了从天然产物中提取分离过程繁琐，产率低的缺点，满足了我们对其进行深入研究的需求，而且，该合成方法路线简单，原料便宜易得，产率较高。

说明书

技术领域

本发明属于天然产物化学技术领域，涉及一种酰胺类生物碱的全合成方 法，具体涉及3-异丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮及其衍生物的全 合成方法。

背景技术

3-异丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮，是从我国陕西省太白县境 内特有的乌头属植物太白乌头中提取分离得到的一种新型的小分子酰胺类生 物碱，结构式如下：

据报道，酰胺类生物碱在抗白血病方面有独特的作用，本课题组选择人早 幼粒白血病细胞株HL-60和人红白血病细胞株K562，研究这一小分子酰胺类 生物碱对其抑制作用，结果表明：3-异丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)- 二酮对HL-60增殖有良好的抑制作用，活性优于阿霉素。

基于其良好的活性，本课题组预对其进行深入的研究，但太白乌头来源有 限，并且分离繁琐，成本要求较高，周期较长，无法满足研究方面的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种酰胺类生物碱的全合成方法，该方法的合成路 线设计合理，简单易操作，原料易得，产率高，能够满足人们对其深入研究的 需求。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种酰胺类生物碱的全合成方法，包括以下步骤：

1)以丙二酸酯和2-溴丙烷或2-溴丙烷衍生物为原料合成得到异丙基丙二 酸酯及其衍生物；

2)以2-氨基吡咯烷为原料进行还原反应，得到中间体2-氨基四氢吡咯烷；

3)将以异丙基丙二酸酯及其衍生物和2-氨基四氢吡咯烷为原料合成得到 酰胺类生物碱3-异丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮及其衍生物。

一种酰胺类生物碱的全合成方法，包括以下步骤：

1)以丙二酸酯与2-溴丙烷或2-溴丙烷衍生物按1：1～2的摩尔比，在20～ 100℃下进行反应，生成中间体异丙基丙二酸酯及其衍生物；

2)以2-氨基吡咯烷为原料，在-20～50℃下进行还原反应，制得中间体2- 氨基四氢吡咯烷；所述2-氨基吡咯烷与还原剂的摩尔比为1：1～3；

3)将步骤1)制得的中间体异丙基丙二酸酯及其衍生物和步骤2)制得的 中间体2-氨基四氢吡咯烷按照1：0.5～2的摩尔比，在-20～100℃下发生反应， 生成目标产物3-异丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮及其衍生物。

步骤1)所述的丙二酸酯为丙二酸二甲酯、丙二酸二乙酯、丙二酸二丙酯 或丙二酸环异丙酯。

步骤1)所述的2-溴丙烷衍生物为2-溴丁烷、新戊基溴、溴代环丙烷、溴 代叔丁烷、2-氯丙烷、氯代异丁烷或氯代叔丁烷。

步骤2)所述的还原剂为硼氢化钠。

步骤2)所述的2-氨基吡咯烷的存在形式为液体、固体或盐。

步骤2)反应生成的中间体2-氨基四氢吡咯烷的存在形式为液体、固体或 盐。

所述步骤1)反应所用溶剂为乙醇、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲 基乙酰胺、二氯甲烷、二甲亚砜、四氢呋喃、氯仿或乙酸乙酯。

所述步骤2)反应所用溶剂为乙醇、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲 基乙酰胺、二氯甲烷、二甲亚砜、四氢呋喃、氯仿或乙酸乙酯。

所述步骤3)反应所用溶剂为乙醇、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲 基乙酰胺、二氯甲烷、二甲亚砜、四氢呋喃、氯仿或乙酸乙酯。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明方法采用化学合成的方法来制备3-异丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶 -2,4(1H,3H)-二酮及其衍生物，该合成方法路线仅需三步，第一步是典型的丙 二酸酯在醇钠催化下的烃基化反应，产率可达80％以上；第二步是以四氢硼钠 做还原剂，还原希夫碱，反应干净，副产物较少，操作简单易行；第三步是双 酰胺的环合反应，以醇钠做催化剂，丙二酸酯的两个酯键中的氧原子分别与2- 氨基四氢吡咯中的两个氮原子交换形成酰胺，同时行成六元环并五元环的结 构。本发明的全合成方法设计合理，后处理较简单，产率较高。克服了从天然 产物中提取分离过程繁琐，产率低的缺点，满足了科研人员对其进行深入研究 的需求。

附图说明

图1为本发明步骤1制得的中间产物异丙基丙二酸二乙酯的核磁氢谱图；

图2为本发明步骤2制得的中间产物2-氨基四氢吡咯烷的核磁氢谱图；

图3为本发明目标产物3-异丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮的 核磁氢谱图；

图4为为本发明目标产物3-异丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮 的核磁碳谱图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的 解释而不是限定。

本发明公开的一种酰胺类生物碱(3-异丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶 -2,4(1H,3H)-二酮及其衍生物)的全合成方法，具体合成路线如下所示：

具体包括以下步骤：

1)以丙二酸酯和2-溴丙烷或2-溴丙烷衍生物为原料合成得到异丙基丙二 酸酯及其衍生物；

2)以2-氨基吡咯烷为原料合成得到中间体2-氨基四氢吡咯烷；

3)将以异丙基丙二酸酯及其衍生物和2-氨基四氢吡咯烷为原料合成得到 目标产物3-异丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮及其衍生物。

实施例1

3-异丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮的全合成方法，包括以下步 骤：

1、制备异丙基丙二酸二乙酯

将乙醇钠(5.61g，82.5mmoL)溶解于80mL绝对乙醇中，在不断搅拌下 向其中滴加丙二酸二乙酯(12g，75mmoL)，滴加完毕后升温回流2小时；降 温，不断搅拌下逐滴加入异丙基溴(13.84g，112.5mmoL)，滴加完毕后升温， 回流6小时。TLC追踪，反应完毕后，降温，抽滤，收集滤液。冰浴下调pH 至5-6，旋蒸，除去溶剂。用100mL乙酸乙酯溶解，100mL饱和氯化钠洗三遍， 合并有机相，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩有机相，减压蒸馏，得无色透明液 体17.80g，即为化合物异丙基丙二酸二乙酯，收率81.46％。

化合物异丙基丙二酸二乙酯的核磁共振氢谱数据：1H NMR(400MHz, CDCL3)δ4.20(q,J＝7.1Hz,4H),3.12(d,J＝8.8Hz,1H),2.49–2.33(m,1H), 1.28(t,J＝7.1Hz,6H),1.01(d,J＝6.8Hz,6H).

异丙基丙二酸二乙酯的核磁共振氢谱图参见图1。

2、制备2-氨基四氢吡咯烷

将2-氨基吡咯烷盐酸盐(10g，83mmoL)溶解于80mL无水乙醇中，不断 搅拌下滴加12.66mL三乙胺，室温反应30min。将四氢硼钠(6.88g，182mmoL) 用20mL无水乙醇溶解，冰浴下逐滴加入反应体系中，滴加完毕后，室温反应 5小时。TLC追踪，反应完毕后，抽滤，收集滤液，旋蒸，除去溶剂。用100mL 水溶解，100mL乙酸乙酯洗三次，合并水相。旋蒸，除去水，四氢呋喃溶解， 过滤，在溶液中通氯化氢气体，有色固体生成，过滤，得到白色固体3.28g， 即为化合物2-氨基四氢吡咯烷盐酸盐，收率32.3％。

化合物2-氨基四氢吡咯烷盐酸盐的核磁共振氢谱数据：1H NMR(400MHz, MeOD)δ3.70(t,J＝7.1Hz,2H),3.34(dt,J＝3.2,1.6Hz,1H),2.91(t,J＝8.0Hz, 2H),2.24(dt,J＝15.6,7.7Hz,2H).

2-氨基四氢吡咯烷的核磁氢谱图参见图2。

3、制备3-异丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮

2-氨基四氢吡咯烷盐酸盐(1.33g，10mmoL)溶解于60mL无水乙醇中， 不断搅拌下逐滴加入1.33mL三乙胺，室温反应10min。冰浴下滴加乙醇钠 (1.36g，20mmoL)的无水乙醇(20mL)溶液，滴加完毕后室温反应45min。 不断搅拌下逐滴加入异丙基丙二酸二乙酯(2.0g，10mmoL)的无水乙醇(20mL) 溶液，升温，回流15小时。TLC追踪，反应完毕后，抽滤，收集滤液，旋蒸， 除去溶剂，得到黄色固体。100mL水溶解，100mL乙酸乙酯分三次萃取，除 去脂溶性杂质，合并水相。正丁醇萃取，收集正丁醇层，旋蒸，除去溶剂，得 到淡黄色固体。三氯甲烷溶解，抽滤，除去不溶于三氯甲烷的杂质，收集滤液， 旋干，得到白色固体0.603g，即为化合物3-异丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶 -2,4(1H,3H)-二酮，收率31.08％。

化合物3-异丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮的核磁共振氢谱数 据：1H NMR(400MHz,CDCL3)δ4.17–4.11(m,1H),3.63(t,J＝7.1Hz,2H), 2.96(d,J＝9.7Hz,1H),2.85(t,J＝8.1Hz,2H),2.33–2.24(m,1H),2.18–2.12 (dt,2H),1.02(d,J＝6.7Hz,3H),0.95(d,J＝6.6Hz,3H).

3-异丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮的核磁氢谱图参见图3。

核磁共振碳谱数据为：13C NMR(400MHz,CDCL3)δ172.53,171.75, 63.62,60.37,47.24,30.47,29.58,20.95,20.66,14.24.

3-异丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮的核磁碳谱图参见图4。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下所作的有关 本发明的任何修饰或变更，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落 在本发明的保护范围之内。

实施例2

3-叔丁基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮的全合成方法，包括以下步 骤：

1、制备叔丁基丙二酸二乙酯

将乙醇钠(5.61g，82.5mmoL)溶解于80mL绝对乙醇中，在不断搅拌下 向其中滴加丙二酸二乙酯(12g，75mmoL)，滴加完毕后升温回流2小时；降 温，不断搅拌下逐滴加入溴代叔丁烷(15.41g，112.5mmoL)，滴加完毕后升温， 回流6小时。TLC追踪，反应完毕后，降温，抽滤，收集滤液。冰浴下调pH 至5-6，旋蒸，除去溶剂。用100mL乙酸乙酯溶解，100mL饱和氯化钠洗三遍， 合并有机相，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩有机相，减压蒸馏，得无色透明液 体，即为化合物叔丁基丙二酸二乙酯。

2、制备2-氨基四氢吡咯烷

将2-氨基吡咯烷盐酸盐(10g，83mmoL)溶解于80mL无水乙醇中，不断 搅拌下滴加12.66mL三乙胺，室温反应30min。将四氢硼钠(6.88g，182mmoL) 用20mL无水甲醇溶解，冰浴下逐滴加入反应体系中，滴加完毕后，室温反应 5小时。TLC追踪，反应完毕后，抽滤，收集滤液，旋蒸，除去溶剂。用100mL 水溶解，100mL乙酸乙酯洗三次，合并水相。旋蒸，除去水，四氢呋喃溶解， 过滤，在溶液中通氯化氢气体，有色固体生成，过滤，得到白色固体，即为化 合物2-氨基四氢吡咯烷盐酸盐。

3、制备3-叔丁基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮

2-氨基四氢吡咯烷盐酸盐(1.33g，10mmoL)溶解于60mL无水乙醇中， 不断搅拌下逐滴加入1.33mL三乙胺，室温反应10min。冰浴下滴加乙醇钠 (1.36g，20mmoL)的无水乙醇(20mL)溶液，滴加完毕后室温反应45min。 不断搅拌下逐滴加入叔丁基丙二酸二乙酯(2.38g，10mmoL)的无水乙醇 (20mL)溶液，升温，回流15小时。TLC追踪，反应完毕后，抽滤，收集滤 液，旋蒸，除去溶剂，得到黄色固体。100mL水溶解，100mL乙酸乙酯分三 次萃取，除去脂溶性杂质，合并水相。正丁醇萃取，收集正丁醇层，旋蒸，除 去溶剂，得到淡黄色固体。三氯甲烷溶解，抽滤，除去不溶于三氯甲烷的杂质， 收集滤液，旋干，得到白色固体，即为化合物3-叔丁基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶 -2,4(1H,3H)-二酮。

实施例3

3-环丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮的全合成方法，包括以下步 骤：

1、制备环丙基丙二酸二甲酯

将乙醇钠(5.61g，82.5mmoL)溶解于80mL绝对乙醇中，在不断搅拌下 向其中滴加丙二酸二甲酯(9.9g，75mmoL)，滴加完毕后升温回流2小时；降 温，不断搅拌下逐滴加入溴代环丙烷(13.61g，112.5mmoL)，滴加完毕后升温， 回流6小时。TLC追踪，反应完毕后，降温，抽滤，收集滤液。冰浴下调pH 至5-6，旋蒸，除去溶剂。用100mL乙酸乙酯溶解，100mL饱和氯化钠洗三遍， 合并有机相，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩有机相，减压蒸馏，得无色透明液 体，即为化合物环丙基丙二酸二甲酯。

2、制备2-氨基四氢吡咯烷

将2-氨基吡咯烷盐酸盐(10g，83mmoL)溶解于80mL无水乙醇中，不断 搅拌下滴加12.66mL三乙胺，室温反应30min。将四氢硼钠(6.88g，182mmoL) 用20mL无水甲醇溶解，冰浴下逐滴加入反应体系中，滴加完毕后，室温反应 5小时。TLC追踪，反应完毕后，抽滤，收集滤液，旋蒸，除去溶剂。用100mL 水溶解，100mL乙酸乙酯洗三次，合并水相。旋蒸，除去水，四氢呋喃溶解， 过滤，在溶液中通氯化氢气体，有色固体生成，过滤，得到白色固体，即为化 合物2-氨基四氢吡咯烷盐酸盐。

3、制备3-环丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮

2-氨基四氢吡咯烷盐酸盐(1.33g，10mmoL)溶解于60mL无水乙醇中， 不断搅拌下逐滴加入1.33mL三乙胺，室温反应10min。冰浴下滴加乙醇钠 (1.36g，20mmoL)的无水乙醇(20mL)溶液，滴加完毕后室温反应45min。 不断搅拌下逐滴加入环丙基丙二酸二乙酯(2.0g，10mmoL)的无水乙醇(20mL) 溶液，升温，回流15小时。TLC追踪，反应完毕后，抽滤，收集滤液，旋蒸， 除去溶剂，得到黄色固体。100mL水溶解，100mL乙酸乙酯分三次萃取，除 去脂溶性杂质，合并水相。正丁醇萃取，收集正丁醇层，旋蒸，除去溶剂，得 到淡黄色固体。三氯甲烷溶解，抽滤，除去不溶于三氯甲烷的杂质，收集滤液， 旋干，得到白色固体，即为化合物3-环丙基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)- 二酮。

实施例4

3-新戊基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮的全合成方法，包括以下步 骤：

1、制备新戊基丙二酸二甲酯

将乙醇钠(5.61g，82.5mmoL)溶解于80mL绝对乙醇中，在不断搅拌下 向其中滴加丙二酸二甲酯(9.9g，75mmoL)，滴加完毕后升温回流2小时；降 温，不断搅拌下逐滴加入溴代新戊烷(16.99g，112.5mmoL)，滴加完毕后升温， 回流6小时。TLC追踪，反应完毕后，降温，抽滤，收集滤液。冰浴下调pH 至5-6，旋蒸，除去溶剂。用100mL乙酸乙酯溶解，100mL饱和氯化钠洗三遍， 合并有机相，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩有机相，减压蒸馏，得无色透明液 体，即为化合物新戊基丙二酸二甲酯。

2、制备2-氨基四氢吡咯烷

将2-氨基吡咯烷盐酸盐(10g，83mmoL)溶解于80mL无水乙醇中，不断 搅拌下滴加12.66mL三乙胺，室温反应30min。将四氢硼钠(6.88g，182mmoL) 用20mL无水甲醇溶解，冰浴下逐滴加入反应体系中，滴加完毕后，室温反应 5小时。TLC追踪，反应完毕后，抽滤，收集滤液，旋蒸，除去溶剂。用100mL 水溶解，100mL乙酸乙酯洗三次，合并水相。旋蒸，除去水，四氢呋喃溶解， 过滤，在溶液中通氯化氢气体，有色固体生成，过滤，得到白色固体，即为化 合物2-氨基四氢吡咯烷盐酸盐。

3、制备3-新戊基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮

2-氨基四氢吡咯烷盐酸盐(1.33g，10mmoL)溶解于60mL无水乙醇中， 不断搅拌下逐滴加入1.33mL三乙胺，室温反应10min。冰浴下滴加乙醇钠 (1.36g，20mmoL)的无水乙醇(20mL)溶液，滴加完毕后室温反应45min。 不断搅拌下逐滴加入新戊基丙二酸二甲酯(2.02g，10mmoL)的无水乙醇 (20mL)溶液，升温，回流15小时。TLC追踪，反应完毕后，抽滤，收集滤 液，旋蒸，除去溶剂，得到黄色固体。100mL水溶解，100mL乙酸乙酯分三 次萃取，除去脂溶性杂质，合并水相。正丁醇萃取，收集正丁醇层，旋蒸，除 去溶剂，得到淡黄色固体。三氯甲烷溶解，抽滤，除去不溶于三氯甲烷的杂质， 收集滤液，旋干，得到白色固体，即为化合物3-新戊基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶 -2,4(1H,3H)-二酮。

实施例5

3-异丁基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮的全合成方法，包括以下步 骤：

1、制备异丁基丙二酸二乙酯

将乙醇钠(5.61g，82.5mmoL)溶解于80mL绝对乙醇中，在不断搅拌下 向其中滴加丙二酸二乙酯(12g，75mmoL)，滴加完毕后升温回流2小时；降 温，不断搅拌下逐滴加入氯代异丁烷(10.63g，112.5mmoL)，滴加完毕后升温， 回流10小时。TLC追踪，反应完毕后，降温，抽滤，收集滤液。冰浴下调pH 至5-6，旋蒸，除去溶剂。用100mL乙酸乙酯溶解，100mL饱和氯化钠洗三遍， 合并有机相，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩有机相，减压蒸馏，得无色透明液 体，即为化合物异丁基丙二酸二乙酯。

2、制备2-氨基四氢吡咯烷

将2-氨基吡咯烷盐酸盐(10g，83mmoL)溶解于80mL无水乙醇中，不断 搅拌下滴加12.66mL三乙胺，室温反应30min。将四氢硼钠(6.88g，182mmoL) 用20mL无水甲醇溶解，冰浴下逐滴加入反应体系中，滴加完毕后，室温反应 5小时。TLC追踪，反应完毕后，抽滤，收集滤液，旋蒸，除去溶剂。用100mL 水溶解，100mL乙酸乙酯洗三次，合并水相。旋蒸，除去水，四氢呋喃溶解， 过滤，在溶液中通氯化氢气体，有色固体生成，过滤，得到白色固体，即为化 合物2-氨基四氢吡咯烷盐酸盐。

3、制备3-叔丁基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮

2-氨基四氢吡咯烷盐酸盐(1.33g，10mmoL)溶解于60mL无水乙醇中， 不断搅拌下逐滴加入1.33mL三乙胺，室温反应10min。冰浴下滴加乙醇钠 (1.36g，20mmoL)的无水乙醇(20mL)溶液，滴加完毕后室温反应45min。 不断搅拌下逐滴加入异丁基丙二酸二乙酯(2.16g，10mmoL)的无水乙醇 (20mL)溶液，升温，回流15小时。TLC追踪，反应完毕后，抽滤，收集滤 液，旋蒸，除去溶剂，得到黄色固体。100mL水溶解，100mL乙酸乙酯分三 次萃取，除去脂溶性杂质，合并水相。正丁醇萃取，收集正丁醇层，旋蒸，除 去溶剂，得到淡黄色固体。三氯甲烷溶解，抽滤，除去不溶于三氯甲烷的杂质， 收集滤液，旋干，得到白色固体，即为化合物3-异丁基-四氢吡咯[1,2-a]嘧啶 -2,4(1H,3H)-二酮。