具有抗真菌活性的5,6,7,8-四氢吡啶并3,4-d嘧啶衍生物的制备方法

摘要

本发明公开了一种具有抗真菌活性的5,6,7,8‑四氢吡啶并[3,4‑d]嘧啶衍生物的制备方法，属于有机合成技术领域。本发明的技术方案要点为：以已商业化的邻硝基苯磺酰氯为原料，经取代、环化、还原、酯化、水解、取代、脱保护等反应得到具有抗真菌活性的目标产物5,6,7,8‑四氢吡啶并[3,4‑d]嘧啶衍生物。本发明制备工艺简单，易于控制，目标产物收率高且重复性好，制得的五种新型5,6,7,8‑四氢吡啶并[3,4‑d]嘧啶衍生物均对烟草白粉病原菌相对抑制百分率均达到50%以上。

说明书

技术领域

本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种具有抗真菌活性的5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶衍生物的制备方法。

背景技术

含氮杂环化合物由于具有广泛的生物活性而倍受重视，目前已广泛应用于医药研究中。本文报道的新型5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶衍生物是一种重要的含氮杂环，现已开发出许多含氮杂环类的杀菌剂、除草剂、杀虫剂及医用药物，此类化合物已成为农用化学和医药的研究热点，具有广阔的应用前景。例如，其衍生物可以对烟草白粉病原菌具有一定的防治作用。

目前，已有的关于5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶化合物的合成报道中，多是以吡啶酮为原料，先与DMF-DMA在羰基α位进行缩合，再进行胍环合得到，但是所得到的化合物很难在4位引入取代基。公开号为CN104910158A的专利以苄胺为原料，经过九步反应得到5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶化合物，其中使用苄基做保护基，在最后脱除时操作复杂且副产物所占比例较高。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种操作简单易行、原料廉价易得、反应效率较高且重复性好的具有抗真菌活性的5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶衍生物的制备方法，该方法以已商业化的邻硝基苯磺酰氯为原料，经取代、环化、还原、酯化、水解、取代、脱保护等反应得到具有抗真菌活性的目标产物。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，具有抗真菌活性的5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶衍生物的制备方法，其特征在于具体步骤为：

步骤a、氨基保护：以邻硝基苯磺酰氯保护甘氨酸乙酯的氨基得到化合物2-硝基苯磺酰基甘氨酸乙酯，其中邻硝基苯磺酰氯上的硝基对氯原子产生邻位效应，使氯原子活化易被取代，可以提高反应速率和转化率；

步骤b、亲核取代：4-氯丁酸乙酯作为亲核试剂与化合物2-硝基苯磺酰基甘氨酸乙酯发生取代反应得到化合物N-丁酸乙酯基-N-乙酸乙酯基-2-硝基苯磺酰胺，其中氯原子电负性较大，很容易与质子结合，并最终使碳链链接到氮原子上，得到的副产物少；

步骤c、环化反应：化合物N-丁酸乙酯基-N-乙酸乙酯基-2-硝基苯磺酰胺和氢化钠在二氧六环中反应生成化合物1-(2-硝基苯磺酰基)-3-羰基-4-哌啶甲酸乙酯，化合物1-(2-硝基苯磺酰基)-3-羰基-4-哌啶甲酸乙酯在甲脒盐酸盐和二氧六环的混合溶液中，在钠的催化作用下反应生成化合物7-(2-硝基苯磺酰基)-4-羰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶，这两步环化都属于自由基反应，在有机金属的催化下引发自由基反应，碱性越强反应速率越快，在生成化合物1-(2-硝基苯磺酰基)-3-羰基-4-哌啶甲酸乙酯在甲脒盐酸盐时，因六元环结构更稳定，偏向于生成六元的四氢吡啶环；

步骤d、还原卤代反应：化合物7-(2-硝基苯磺酰基)-4-羰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶依次经过还原、卤代反应得到化合物7-(2-硝基苯磺酰基)-4-氯-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶，其中选用的还原剂和卤代试剂均为二氯亚砜，二氯亚砜先将羰基还原成醚类的中间体，接着再脱去醚基团发生卤代反应；

步骤e、酯化反应：有机金属钯化合物PdCl₂(PPh₃)₂解离成脱氯的配体与化合物7-(2-硝基苯磺酰基)-4-氯-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶发生加成反应，然后再与CO发生羰基化反应，最后受到乙醇的亲核进攻发生酯化反应得到化合物7-(2-硝基苯磺酰基)-4-甲酸乙酯基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶；

步骤f、水解反应：化合物7-(2-硝基苯磺酰基)-4-甲酸乙酯基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶在碱性环境下微波作用发生水解得到化合物7-(2-硝基苯磺酰基)-4-羧基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶，其中该步反应使用了微波技术，通过热效应以及非热效应，反应仅需10min，大大降低了反应时间；

步骤g、取代反应：化合物7-(2-硝基苯磺酰基)-4-羧基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶先与ClOCCOCl反应生成酰氯化合物，酰氯化合物再与环戊烷、吡咯、环己烷、环丙烷或环丙胺反应得到7-(2-硝基苯磺酰基)-4-取代甲酰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶类化合物；

步骤h、脱保护：在弱碱性环境下，用巯基苯脱除7-(2-硝基苯磺酰基)-4-取代甲酰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶类化合物的保护基团得到目标产物4-取代甲酰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶类化合物。

进一步优选，步骤a的具体过程为：在反应容器中将邻硝基苯磺酰氯加入到二氯甲烷中，再滴加甘氨酸乙酯和三乙胺的混合溶液，滴加完毕后加热回流反应，TLC监控原料反应完后，冷却至室温，经后处理得到2-硝基苯磺酰基甘氨酸乙酯。

进一步优选，步骤b的具体过程为：将2-硝基苯磺酰基甘氨酸乙酯加入四氢呋喃中，再加入4-氯丁酸乙酯和无水碳酸钾，室温反应，TLC监控原料反应完全，经后处理得到N-丁酸乙酯基-N-乙酸乙酯基-2-硝基苯磺酰胺。

进一步优选，步骤c的具体过程为：在反应容器中将N-丁酸乙酯基-N-乙酸乙酯基-2-硝基苯磺酰胺和氢化钠加入到二氧六环中，室温反应，TLC监控原料反应完全，经后处理得到1-(2-硝基苯磺酰基)-3-羰基-4-哌啶甲酸乙酯；然后在反应容器中，氮气保护和0℃条件下，把钠分批加入二氧六环中，再滴加甲脒盐酸盐和二氧六环的混合溶液，滴加完后升至室温，搅拌混合均匀后加入1-(2-硝基苯磺酰基)-3-羰基-4-哌啶甲酸乙酯，反应至TLC监控原料反应完全，向反应液中加入乙酸，然后减压蒸出溶剂，经后处理得到7-(2-硝基苯磺酰基)-4-羰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶。

进一步优选，步骤d的具体过程为：将化合物7-(2-硝基苯磺酰基)-4-羰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶和二氯亚砜加入N,N-二甲基甲酰胺中，升温至85℃反应，TLC监控原料反应完全后，减压蒸出二氯亚砜，经后处理得到7-(2-硝基苯磺酰基)-4-氯-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶。

进一步优选，步骤e的具体过程为：在高压反应釜中将7-(2-硝基苯磺酰基)-4-氯-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶、PdCl₂(PPh₃)和N-甲基吡咯烷酮加入乙醇中，通入CO使高压反应釜内压力达到0.3MPa，加热至60℃反应，TLC监控原料反应完全，冷却至室温，经后处理得到7-(2-硝基苯磺酰基)-4-甲酸乙酯基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶。

进一步优选，步骤f的具体过程为：在反应容器中加入7-(2-硝基苯磺酰基)-4-甲酸乙酯基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶、氢氧化钠和甲醇，放入微波反应器中，设置功率为560W，反应10min后冷却至室温，经后处理得到7-(2-硝基苯磺酰基)-4-羧基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶。

进一步优选，步骤g的具体过程为：在反应容器中加入7-(2-硝基苯磺酰基)-4-羧基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶、ClOCCOCl、烷或胺类物质和N,N-二甲基甲酰胺，室温搅拌反应，TLC监控原料反应完全，经后处理得到7-(2-硝基苯磺酰基)-4-取代甲酰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶类化合物，所述的烷或胺类物质为环戊烷、吡咯、环己烷、环丙烷或环丙胺。

进一步优选，步骤h的具体过程为：在反应容器中加入7-(2-硝基苯磺酰基)-4-取代甲酰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶类化合物、巯基苯、碳酸钾和N,N-二甲基甲酰胺，在室温下反应，TLC监控原料反应完全，经后处理得到4-取代甲酰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶类化合物。

本发明制备工艺简单，易于控制，目标产物收率高且重复性好，制得的五种新型5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶衍生物均对烟草白粉病原菌相对抑制百分率均达到50%以上。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

2-硝基苯磺酰基甘氨酸乙酯2的合成

在反应瓶中将邻硝基苯磺酰氯46.0g（0.20mol）加入到二氯甲烷200mL中，再缓慢滴加甘氨酸乙酯20.6g（0.20mol）和三乙胺40g的混合溶液，滴加完毕后继续加热回流，TLC监控原料反应完后，冷却至室温，加入一定量的水后用二氯甲烷500mL萃取反应液，合并有机相，用饱和的碳酸氢钠溶液洗涤反应液，分出有机相，蒸除溶剂后，经硅胶柱层析分离提纯（洗脱剂：PE:EA=20:1），得到2-硝基苯磺酰基甘氨酸乙酯51.8g，收率90%。

实施例2

N-丁酸乙酯基-N-乙酸乙酯基-2-硝基苯磺酰胺3的合成

将2-硝基苯磺酰基甘氨酸乙酯57.1g（0.20mol）加入四氢呋喃300mL中，再加入4-氯丁酸乙酯30.2g（0.20mol）和无水碳酸钾55.0g（0.40mol），室温反应过夜，TLC监控原料反应完全，过滤反应液，滤液浓缩后经硅胶柱层析分离提纯（洗脱剂：PE:EA=10:1），得到产品N-丁酸乙酯基-N-乙酸乙酯基-2-硝基苯磺酰胺68.2g，收率85%。

实施例3

1-(2-硝基苯磺酰基)-3-羰基-4-哌啶甲酸乙酯4的合成

在反应瓶中，把N-丁酸乙酯基-N-乙酸乙酯基-2-硝基苯磺酰胺80.4g（0.20mol）和氢化钠4.8g（0.20mol）加入到二氧六环500mL中，室温反应5h，TLC监控原料反应完全，减压蒸出二氧六环后冷却至室温，加入水500mL，用乙酸乙酯100mL萃取反应液2次，合并有机相，再用一定量的饱和氯化钠溶液洗涤有机相，蒸出有机相溶剂得到1-(2-硝基苯磺酰基)-3-羰基-4-哌啶甲酸乙酯56.9g，收率80%。

实施例4

7-(2-硝基苯磺酰基)-4-羰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶5的合成

在反应瓶中，氮气保护，0℃条件下，把钠2.5g（0.11mol）分批缓慢加入二氧六环200mL，再缓慢滴加甲脒盐酸盐4.0g（0.05mol）和二氧六环300mL的混合溶液，滴加完后升至室温，搅拌30min后再加入1-(2-硝基苯磺酰基)-3-羰基-4-哌啶甲酸乙酯14.2g（0.04mol），反应过夜，TLC监控原料反应完全，向反应液中加入乙酸2.4g，然后减压蒸出溶剂，再加入水500mL，用二氯甲烷200mL萃取反应液2次，合并有机相，用一定量饱和氯化钠溶液洗涤有机相，蒸除溶剂得到7-(2-硝基苯磺酰基)-4-羰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶12.7g，收率95%。

实施例5

7-(2-硝基苯磺酰基)-4-氯-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶6的合成

在反应瓶中，把7-(2-硝基苯磺酰基)-4-羰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶16.8g（0.05mol）和二氯亚砜23.8g（0.20mol）加入200mLN,N-二甲基甲酰胺中，升温至85℃，反应5h，TLC监控原料反应完全，减压蒸出二氯亚砜，再加入一定量的饱和碳酸氢钠溶液，用二氯甲烷萃取反应液，合并有机相，蒸除溶剂后粗产品经硅胶柱层析分离提纯（洗脱剂：PE:EA=10:1），得到7-(2-硝基苯磺酰基)-4-氯-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶12.0g，收率85%。

实施例6

7-(2-硝基苯磺酰基)-4-甲酸乙酯基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶7的合成

在高压反应釜中将7-(2-硝基苯磺酰基)-4-氯-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶24.8g（0.07mol）、PdCl₂(PPh₃)56.0g（0.08mol）和N-甲基吡咯烷酮0.99g（0.01mol）加入乙醇100mL中，通入CO使釜内压力达到0.3MPa，加热至60℃，反应过夜，TLC监控原料反应完全，冷却至室温，过滤反应液，滤液减压蒸除溶剂，粗品经硅胶柱层析分离提纯（洗脱剂：PE:EA=10:1），得到7-(2-硝基苯磺酰基)-4-甲酸乙酯基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶21.9g，收率80%。

实施例7

7-(2-硝基苯磺酰基)-4-羧基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶8的合成

在反应瓶中加入7-(2-硝基苯磺酰基)-4-甲酸乙酯基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶7.84g（0.02mol）、氢氧化钠0.4g（0.01mol）和甲醇80mL，放入微波反应器中，设置功率为560W，反应10min后冷却至室温，加入一定量的水，再用盐酸溶液调节反应液pH为3-4，蒸出甲醇后用二氯甲烷萃取反应液，合并有机相，蒸除溶剂后得到7-(2-硝基苯磺酰基)-4-羧基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶6.5g，收率90%。

实施例8

7-(2-硝基苯磺酰基)-4-环戊基甲酰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶9a的合成

在反应瓶中加入7-(2-硝基苯磺酰基)-4-羧基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶25.4g（0.07mol）、ClOCCOCl17.5g（0.14mol）和N,N-二甲基甲酰胺200mL，在室温下反应5h后加入环戊烷5.4g（0.08mol）继续室温搅拌反应过夜，TLC监控原料反应完全，加入水100mL，分出有机相，水相用二氯甲烷100mL*3萃取，合并有机相，蒸除溶剂后得到的粗产品经硅胶柱层析分离提纯后（洗脱剂：PE:EA=10:1）得到褐色固体7-(2-硝基苯磺酰基)-4-环戊基甲酰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶20.4g，收率70%。

实施例9

4-环戊基甲酰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶10a的合成

在反应瓶中加入7-[(2-硝基苯基)磺酰基]-4-环戊基甲酰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶4.3g（0.01mol）、巯基苯1.2g（0.011mol）、碳酸钾1.5g（0.011mol）和N,N-二甲基甲酰胺100mL，在室温下反应过夜，TLC监控原料反应完全后抽滤，向滤液中加入水50mL，反应液用氯仿50mL萃取3次，合并有机相，有机相蒸出后经硅胶柱层析分离提纯得到黄色油状液体4-环戊基甲酰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶10a1.9g(收率85%)，¹HNMR(400MHz,DMSO-d₆)δ:9.18(s,1H),4.24(s,2H),3.36(t,2H),2.97(dd,2H),2.83–2.63(m,1H),2.01–1.48(m,8H),1.35(s,1H)。

实施例10

7-(2-硝基苯磺酰基)-4-吡咯甲酰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶9b的合成

在反应瓶中加入7-(2-硝基苯磺酰基)-4-羧基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶25.4g（0.07mol）、ClOCCOCl17.5g（0.14mol）、吡咯5.3g（0.08mol）和N,N-二甲基甲酰胺200mL，室温搅拌反应过夜，TLC监控原料反应完全，加入水100mL，分出有机相，水相用二氯甲烷100mL*3萃取，合并有机相，蒸除溶剂后得到的粗产品经硅胶柱层析分离提纯后（洗脱剂：PE:EA=10:1）得到褐色固体7-(2-硝基苯磺酰基)-4-吡咯甲酰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶23.0g，收率80%。

实施例11

4-吡咯甲酰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶10b的合成

在反应瓶中加入7-[(2-硝基苯基)磺酰基]-4-吡咯甲酰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶4.1g（0.01mol）、巯基苯1.2g（0.011mol）、碳酸钾1.5g（0.011mol）和N,N-二甲基甲酰胺100mL，在室温下反应过夜，TLC监控原料反应完全后抽滤，向滤液中加入水50mL，反应液用氯仿50mL萃取3次，合并有机相，有机相蒸出后经硅胶柱层析分离提纯得到黄色油状液体4-吡咯甲酰基-5,6,7,8-四氢吡啶并[3,4-d]嘧啶10b1.8g(收率83%)，¹HNMR(400MHz,DMSO-d₆)δ:9.34(s,1H),7.56(dt,2H),6.40–6.08(m,2H),4.24(s,2H),3.37(dd,2H),2.98(t,2H),1.42(s,1H)。

实施例12

抗真菌活性测试

采用菌落生长直径法，将待测化合物溶于二甲亚砜中配制成一定浓度的母液，并将母液加入50℃PDA培养基中并使之均匀分散，制备成浓度为10mg/L的含药培养基。冷却后接种烟草白粉病原菌，然后在25℃恒温箱内培养，分别量取培养24h、48h的菌落直径，重复三次，取其平均值。根据菌落扩展直径的长度与对照组比较，求出相对抑制百分率。结果显示五种恶唑类化合物对烟草白粉病原菌的相对抑制百分率均达到50%以上。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。