盛釗君，杜志云，董長治，張 焜

(1.廣東工業(yè)大學 輕工化工學院 天然產物及綠色化學實驗室，廣東 廣州 510006；2.法國巴黎第七大學 ITODYS實驗室，法國 巴黎 75205)

·研究論文·

新型含七元醚環(huán)的脯氨酸衍生物的合成*

盛釗君1,2，杜志云1，董長治1,2，張 焜1

(1.廣東工業(yè)大學 輕工化工學院 天然產物及綠色化學實驗室，廣東 廣州 510006；2.法國巴黎第七大學 ITODYS實驗室，法國 巴黎 75205)

以L-谷氨酸和苯甲醛為起始原料，經7步反應合成了重要中間體(2S,5R)-1-芐基-5-(2-羥乙基)吡咯烷-2-羧酸叔丁酯(1),總產率19%;1經TBDMSCl保護羥基后，用10%Pd/C催化氫解去除芐基制得游離胺(2S,5R)-5-(2-二甲基叔丁基硅氧烷基乙基)吡咯烷-2-羧酸叔丁酯(3)；3與Boc-β-Cl-ala,在堿性條件下偶合得氯代烴消去產物(2S,5R)-1-[(2-叔丁氧甲酰胺基)丙烯?；鵠-5-(2-二甲基叔丁基硅氧烷基乙基)吡咯烷-2-羧酸叔丁酯(4)，或在中性條件下偶合得(2S,5R)-1-[(R)-2-叔丁氧甲酰胺基-3-氯丙?；鵠-5-(2-二甲基叔丁基硅氧烷基乙基)吡咯烷-2-羧酸叔丁酯(5)；4或5經四丁基氟化銨去除TBDMS保護并發(fā)生關環(huán)反應合成了新型的七元醚環(huán)化合物(4R,7S,9R)-4-甲基-4-叔丁氧甲酰胺基-5-羰基-3-氧雜氮雜卓[1,4]并吡咯[1,2-d]-7-羧基叔丁酯(簡稱6)；6于室溫在氯仿中靜置2d～3d自發(fā)轉換為其構象異構體(4S,7S,9R)-6(簡稱6′，6/6′=1/9)，其結構經1H NMR，13C NMR,2D NMR和HR-ESI-MS表征。

七元醚環(huán)；非肽藥物；構象異構；合成

以生物活性肽為先導化合物，設計、合成非肽類小分子模擬物已成為藥物化學領域的研究熱點。相對肽類藥物，非肽類藥物能避免其在臨床應用中的局限性，如細胞穿透能力差、體內穩(wěn)定性差等，但同時，非肽類小分子藥物又具有天然肽的特定構象以及生理活性，從而具有藥用價值[1]。

SMAC/DIABLO(第二個線粒體來源的胱氨酸酶激活劑/低等電點IAP直接結合蛋白)是一種從線粒體中釋放的凋亡抑制蛋白(IAPs)內源性拮抗劑[2]。研究發(fā)現(xiàn)，Smac通過N端Ala-Val-Pro-Ile四肽(AVPI,Ⅰ，Chart 1)與IAPs結合，從而抑制IAPs對細胞凋亡的抑制作用[3]。于是，以AVPI為先導化合物，設計和合成小分子Smac模擬物，并用于抗腫瘤藥物成為近年的研究熱點[4]。迄今為止，文獻已報道多種IAPs拮抗劑[5]，幾種具有代表性的IAPs拮抗劑的骨架結構Ⅱ～Ⅳ見Chart 1，它們都是脯氨酸類似物，雙環(huán)結構中的另一個環(huán)可以是七元[6-7]或八元[8]碳環(huán)，也可以是八元氮雜環(huán)[1,9]或七元氧雜環(huán)[10]。從這些結構出發(fā)，C端和N端連接不同的取代基團，可合成多種IAPs拮抗劑，并具有良好的活性。

為了豐富IAPs拮抗劑的種類，并發(fā)展出活性更佳的拮抗劑，本文報道了一種全新的含七元氧雜環(huán)的雙環(huán)母核結構的合成方法。以L-谷氨酸和苯甲醛為起始原料，按文獻[11]方法，經7步反應合成了重要中間體(2S,5R)-1-芐基-5-(2-羥乙基)吡咯烷-2-羧酸叔丁酯(1)，總產率19%;1經叔丁基二甲基氯硅烷(TBDMSCl)保護羥基后，用10%Pd/C催化氫解去除芐基得游離胺(2S,5R)-5-(2-二甲基叔丁基硅氧烷基乙基)吡咯烷-2-羧酸叔丁酯(3)；3與Boc-β-Cl-ala，在堿性條件下偶合得氯代烴消去產物(2S,5R)-1-[(2-叔丁氧甲酰胺基)丙烯?；鵠-5-(2-二甲基叔丁基硅氧烷基乙基)吡咯烷-2-羧酸叔丁酯(4)，或在中性條件下偶合得(2S,5R)-1-[(R)-2-叔丁氧甲酰胺基-3-氯丙?；鵠-5-(2-二甲基叔丁基硅氧烷基乙基)吡咯烷-2-羧酸叔丁酯(5)；4或5經四丁基氟化銨(TBAF)去除TBDMS保護并發(fā)生關環(huán)反應合成了新型的七元醚環(huán)化合物(4R,7S,9R)-4-甲基-4-叔丁氧甲酰胺基-5-羰基-3-氧雜氮雜卓[1,4]并吡咯[1,2-d]-7-羧基叔丁酯[(4R,7S,9R)-6，簡稱6]；6于室溫在氯仿中靜置2d～3d自發(fā)轉換為其構象異構體[(4S,7S,9R)-6，簡稱6′,6/6′=1/9](Scheme 1)，其結構經1H NMR,13C NMR,2D NMR和HR-ESI-MS表征。

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

Bruker AVANCEⅢ400NMR型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；LCT Premier XE型飛行時間質譜儀。

所用試劑均為分析純，其中二氯甲烷和四氫呋喃用前經除水處理;柱層析硅膠(230目～400目)和薄層層析硅膠板(F254)，Merck。

1．2 合成

(1)2的合成

在反應瓶中依次加入1500mg(1.64mmol)和二氯甲烷10mL，攪拌使其溶解；加入TBDMSCl 370mg(2.46mmol)和咪唑179mg(2.62mmol)，用N，N-二異丙基乙胺(DIEA)調至pH9～10,于室溫反應2h。用水洗滌，水相用乙醚萃取，合并有機相，依次用3%NaHSO4溶液、飽和NaHCO3溶液和飽和食鹽水洗滌，MgSO4干燥，旋干溶劑后經硅膠柱層析[洗脫劑：A=V(環(huán)己烷)∶V(乙酸乙酯)=12∶1]純化得無色油狀液體2615mg,產率89%；1H NMRδ: 7.30～7.16(m,5H),3.89(d,J=14.10Hz,1H),3.74～3.57(m,3H),3.17～3.13(m,1H),2.86～2.79(m,1H),1.94～1.78(m,4H),1.63～1.47(m,2H),1.31(s,9H),0.86(s,9H),0.00(s,6H);13C NMRδ: 174.33,139.02,129.78,128.36,127.17,80.32,66.72,62.08,61.27,57.51,38.32,30.61,28.74,28.29,26.31,18.63,-4.95,-5.00。

(2)3的合成

在反應瓶中加入2330mg(0.79mmol)和乙酸乙酯10mL,攪拌使其溶解；加入10%Pd/C 66mg，通氫氣反應過夜。用硅藻土過濾，濾液減壓蒸除溶劑得無色油狀液體3236mg，產率91%，直接進行下步反應；1H NMRδ: 3.72(t,J=6.48Hz,2H),3.63(dd,J=5.50Hz,8.88Hz,1H),3.17～3.10(m,1H),2.11～2.01(m,2H),1.92～1.76(m,3H),1.73～1.65(m,1H),1.46(s,9H),1.33～1.23(m,1H),0.89(s,9H),0.05(s,6H);13C NMRδ: 174.75,81.32,61.85,60.95,57.93,39.06,32.15,30.77,28.38,26.29,18.62,-5.00,-5.01。

(3)4的合成

在反應瓶中加入3330mg(1mmol)和二氯甲烷10mL，攪拌使其溶解；于0℃依次加入Boc-β-Cl-ala 240mg(1.07mmol),卡特縮合劑(BOP)486mg(1.10mmol)和DIEA 0.60mL，反應2.5h。依次用1%NaHSO4溶液、飽和碳酸氫鈉溶液、水和飽和食鹽水洗滌，無水MgSO4干燥，減壓蒸除溶劑后經硅膠柱層析(洗脫劑：A=6∶1)純化得無色油狀液體4340mg，產率64%；1H NMRδ: 6.69(br,1H),5.77(br,1H),4.83(br,1H),4.51(br,1H),4.24(br,1H),3.80～3.54(m,2H),2.37～1.64(m,6H),1.46(s,9H),1.44(s,9H),0.88(s,9H),0.04(d,J=3.60Hz,6H);13C NMRδ: 171.99,152.96,136.55,100.08,82.18,80.78,61.28,60.94,58.11,37.35,30.15,28.57,28.25,27.25,26.26,18.57,-5.03,-5.10；HR-ESI-MSm/z: Calcd for C25H47N2O6Si{[M+H]+}499.3203,found 499.3180。

(4)5的合成

于0℃在反應瓶中依次加入二氯甲烷5mL,Boc-β-Cl-ala 82mg(0.36mmol)和縮合劑碳二亞胺鹽酸鹽(EDCI)116mg(0.61mmol)，攪拌使其溶解；于0℃反應1h。加入3100mg(0.30mmol)，于室溫反應6h。依次用1%KHSO4溶液、飽和 NaHCO3溶液和飽和食鹽水洗滌，無水MgSO4干燥，旋蒸脫溶后經硅膠柱層析(洗脫劑：A=7∶1)純化得無色油狀液體587mg，產率54%；1H NMRδ: 5.34(d,J=7.80Hz,0.39H),5.11(d,J=7.90Hz,0.40H),4.78～4.70(m,0.41H),4.66(t,J=6.30Hz,0.46H),4.57～4.51(m,0.47H),4.47～4.38(m,0.44H),4.32～4.28(m,0.48H),4.23～4.17(m,0.49H),3.80～3.54(m,4H),2.30～1.49(m,6H),1.45～1.40(m,18H),0.89～0.87(m,9H),0.07～0.03(m,6H);13C NMRδ: 171.32,171.12,168.69,155.15,154.71,82.96,81.62,80.51,80.39,61.41,60.94,60.87,60.63,57.93,57.15,53.20,44.24,38.18,36.86,30.47,29.96,28.58,28.25,28.17,27.36,26.27,18.60,18.57,-5.02,-5.06,-5.10；HR-ESI-MSm/z: Calcd for C25H48N2O6SiCl{[M+H]+}535.2970,found 535.2989。

(5)6的合成

在反應瓶中依次加入523mg(0.04mmol)和THF 5mL，攪拌使其溶解；加入TBAF0.047mmol的THF(1mol·L-1，47μL)溶液，于室溫反應4h。旋蒸脫溶后經硅膠柱層析(洗脫劑：A=5∶1)純化得無色油狀液體610mg。

將6的二氯甲烷或氯仿溶液于室溫靜置約2d～3d得6′。

6：產率61%；1H NMRδ: 5.34(br,1H),4.51～4.40(m,2H),3.89(t,J=6.9Hz,2H),2.19～1.76(m,6H),1.68(s,3H),1.45(s,9H),1.40(s,9H);13C NMRδ: 171.83,170.70,153.90,87.54,81.40,80.29,62.80,61.78,56.25,35.52,32.05,28.62,28.30,27.68,23.67；ESI-MSm/z: 383.2{[M-H]-}。

6′:1H NMRδ: 6.00(br,1H),4.40～4.33(m,2H),3.92～3.80(m,2H),2.25～1.81(m,6H),1.78(s,3H),1.47(s,9H),1.44(s,9H);13C NMRδ: 171.34,170.55,154.06,89.54,81.91,79.73,62.72,61.40,55.56,35.05,31.26,28.67,28.31,27.86,23.84；HR-ESI-MSm/z: Calcd for C19H33N2O6{[M+H]+}385.2339,found 385.2345。

2 結果與討論

2.14和5的合成

4和5的合成結果表明，Boc-β-Cl-Ala極易發(fā)生消除反應，即使在弱堿條件下，也容易生成消除產物，因此，5無法通過經典的偶合反應條件制得。本文通過改變實驗條件，在無堿條件下最終合成了5。值得一提的是，單一化合物5的1H NMR和13C NMR譜圖中卻有兩組相似信號，最初推測是反應過程中發(fā)生了消旋，后經TLC檢測及HPLC分析等多重途徑驗證，此處無消旋發(fā)生。推測可能原因是由于5的分子內氫鍵導致特殊的環(huán)狀結構形成，造成了同一位置的H或C的空間構象存在著兩種可能，不同構象在NMR譜中化學位移不同，從而產生兩組信號峰，而這種現(xiàn)象在之后的關環(huán)時消失。

2.2 七元醚環(huán)的形成

不管是4還是5在進行TBDMS脫保護時，關環(huán)反應同時發(fā)生，生成相同產物6。推測形成6的可能機理如Scheme 2所示。首先，5在TBAF的作用下脫去TBDMS基團，生成游離的O-，產生的氧負離子提供堿性條件，導致5發(fā)生消除反應生成烯胺中間體(A)，接著A發(fā)生結構互變，生成對應的亞胺中間體(C)。然后，同一分子的羥基作為親核試劑，進攻C=N的碳原子，通過親核加成反應，最終形成七元醚環(huán)6。

2.3 核磁跟蹤6轉換為6′

在6的合成中，通過1H NMR跟蹤(圖1)發(fā)現(xiàn)，反應最初只生成單一構象6，若將6的氯仿溶液于室溫靜置2d～3d，6自發(fā)地發(fā)生構象轉換，緩慢地變?yōu)槠錁嬒螽悩嬻w6′，最終以10%的6和90%的6′的溶液穩(wěn)定地存在。若將6溶于乙酸乙酯中，則不會發(fā)生該變化。因此，推測可能的原因是反應開始生成動力學穩(wěn)定、但熱力學不穩(wěn)定的R構象產物，氯仿提供弱酸性環(huán)境引發(fā)了其反應，轉變?yōu)闊崃W穩(wěn)定產物6′。

高分辨質譜結果進一步確認了這一變化，6和6′的分子量相同，結合核磁數(shù)據(jù)，可以得知6和6′是一組構象異構體。

2.4 6′的二維核磁表征

通過多鍵碳氫關系(HMBC)核磁譜圖(圖2)也可進一步證明該七元醚環(huán)的形成。由圖2可清晰觀察到O的一側亞甲基上Hc，與另一側的季碳C1有偶合信號，這說明了該七元醚環(huán)的形成。

而6′的構象則可以通過二維核磁技術NOESY(圖3)來確定。由于1為已知化合物，構象已經確定，分子中兩個手性C所連接的Ha和Hb處于環(huán)的一側。由圖3可以清晰地觀察到，七元醚環(huán)上的甲基H與另外兩個手性C上的H有關聯(lián)，這說明該甲基與其空間距離較近，處于環(huán)的同一側，由此確定了6′的構象。

Scheme 2

圖1 6轉化為6′的1H NMR譜圖追蹤Figure1 Conversion of 6 into 6′ tracing by 1H NMR

圖2 6′的HMBC譜圖(純度90%，含10%6)Figure2 HMBC spectrum of 6′(purity 90%,containing 10%6)

圖3 6′的NOESY譜圖(純度90%，含10%6)Figure3 NOESY spectrum of 6′(purity 90%,containing 10%6)

3 結論

報道了一種全新的含七元醚環(huán)的脯氨酸衍生物的合成方法。同時，通過核磁技術觀察到該化合物的兩種構象異構體之間發(fā)生的自發(fā)轉化，運用一維和二維NMR、HR-MS手段對其結構進行了表征。該全新結構可應用于IAPs拮抗劑的設計和合成中，通過變化其N-端和C-端的支鏈結構，有望得到全新系列的具有良好活性的IAPs拮抗劑。

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SynthesisofNovelProlineDerivativesContaining7-MemberedEtherRing

SHENG Zhao-jun1,2, DU Zhi-yun1, DONG Chang-zhi1,2, ZHANG Kun1

(1.Laboratory of Natural Medicine and Green Chemistry,School of Chemical Engineering and Light Industry,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,China;2.ITODYS Laboratory,Université Paris Diderot,Paris 75205,France)

A key intermediate(1)with the total yield of 19% was prepared by a sven-step reaction using L-glutamic acid and benzaldehyde as the starting materials.3was prepared by the protection of the hydroxyl followed by the removal of the benzyl by hydrogenolysis with 10%Pd/C from1.4and5were obtained by the coupling reaction of3with Boc-β-Cl-ala under alkaline conditions or neutral conditions,respectively.A novel proline derivative(6)containing 7-membered ether ring was synthesized by the removal of TBDMS with tetrabutylammonium fluoride and then cyclization from 4or5.6spontaneously conversed fromRconformation toSconformation in chlorform to give (4S,7S,9R)-6(6′,6/6′=1/9).The structures were characterized by1H NMR,13C NMR,2D NMR and HR-ESI-MS.

7-membered ether ring;nonpeptidic drug;conformational isomerism;synthesis

2014-03-27

國家自然科學基金資助項目(21172046)

盛釗君(1987-)，女，土家族，湖南常德人，博士研究生，主要從事藥物合成的研究。E-mail: shengliu165@hotmail.com

張焜,教授，Tel.020-39322270，E-mail: kzhang@gdut.edu.cn

O626

A

1005-1511(2014)05-0577-05