用“點擊化學”法合成新型他克林-四氫異喹啉異二聯體*

郭永彪, 劉海波, 許 明

(防化研究院,北京 102205)

他克林(Chart 1)是美國FDA批準的第一個用于治療阿爾茨海默癥的藥物。他克林雖然作用明顯，但肝毒性較大，尤其會引起轉氨酶水平升高，從而限制了其臨床應用，這促使人們不斷對其進行結構改造，以期獲得治療效果好、副作用低的候選藥物。近年來，人們以他克林作為與乙酰膽堿酯酶的外周位點或中心位點結合的片斷，合成了大量具有雙重作用位點的乙酰膽堿酯酶抑制劑[1～3],雙他克林是其中的代表性化合物。

Sharpless課題組[4～6]在研究靶向誘導合成時，將“點擊化學”[7]引入乙酰膽堿酯酶抑制劑的合成中，發現syn-TZ2/PA6,syn-TZ2PIQ-A6和syn-TZ2PIQ-A5(Chart 1)的抑制活性達到10-15mol·L-1。Bourne等[8]通過syn-TZ2/PA6與膽堿酯酶復合物的晶體結構證明，syn-TZ2/PA6不僅與乙酰膽堿酯酶的外周位點和中心位點結合，而且連接鏈中的三唑環與乙酰膽堿酯酶芳香峽谷中部的氨基酸形成氫鍵并相互堆垛。這說明三唑環不僅起到連接構建基團的作用，而且是一個大大促進與蛋白質結合的藥效團。

Chart1

Scheme1

本文擬通過“點擊化學”法將三唑環引入他克林二聯體中，以期得到具有三作用位點的乙酰膽堿酯酶抑制劑，從而提高抑制活性和選擇性。基于此，本文設計并合成了3個他克林-四氫異喹啉異二聯體(1a～1c, Scheme 1),其結構經NMR和HR-MS表征。其中1b和1c未見文獻報道。合成路線如Scheme 1所示：從2-氯乙胺鹽酸鹽出發，經疊氮化與縮合反應制得9-(疊氮基乙基氨基)-1,2,3,4-四氫吖啶類衍生物(4a～4c); 以6-庚炔-1-醇為原料，利用微波反應合成了2-(6-庚炔基)-6,7-二甲氧基-1-苯基-1,2,3,4-四氫異喹啉(7)；4與7通過“點擊化學”法合成了1。

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

XT4 100B型顯微熔點儀(溫度未經校正)；VarianVMS 600 M型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標);TSQ 7000型質譜儀；Varian CP-3800型氣相色譜儀(GC); LC/MSDTOF液相色譜-質譜聯用儀(LC-MS); CEM DISCOVER型微波反應儀。

2-氯乙胺鹽酸鹽[9]，3[10]和6[11]按文獻方法合成；硅膠200目～300目，青島海洋化工廠；其余所用試劑為市售化學純或分析純。

1.2 合成

(1) 2-疊氮乙胺(2)的合成

在反應瓶中加水50 mL， 2-氯乙胺鹽酸鹽5.8 g(50 mmol)及疊氮化鈉6.5 g(100 mmol),攪拌于80 ℃反應12 h。冷卻至室溫，用20%NaOH溶液調至pH≈10，用乙醚(3×50 mL)萃取，無水Na2SO4干燥，分餾收集83 ℃～85 ℃餾分得無色油狀液體2，產率89.3%。

(2)4的合成(以4a為例)

在反應瓶中加入苯酚3.76 g(40 mmol), 9-氯-1,2,3,4-四氫吖啶(3a) 2.18 g(10 mmol),22.58 g(30 mmol)和碘化鈉0.15 g(1 mmol)，攪拌下緩慢升溫至100 ℃,反應3 h。冷卻至室溫，加CH2Cl250 mL稀釋，依次用10%NaOH溶液(40 mL),水(40 mL)，飽和NaCl溶液(40 mL)洗滌，無水Na2SO4干燥，濃縮后經硅膠柱層析[洗脫劑: A=V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=1 ∶1]分離得深黃色固體9-(疊氮基乙基氨基)-1,2,3,4-四氫吖啶(4a),產率95.5%, m.p.44 ℃～46 ℃。

用類似的方法合成淺黃色固體4b(產率98.7%, m.p.62 ℃～63 ℃)和4c(產率97.6%, m.p.63 ℃～64 ℃)。

4a～4c表征數據[14]與Scheme 1預期吻合。

(3) 6-庚炔-1-碘(5)的合成

在反應瓶中加入POCl318.2 mL(200 mmol)，冰浴冷卻，攪拌下緩慢滴加6-庚炔-1-醇5.6 g(50 mmol，保持內溫低于10 ℃)，滴畢，緩慢升溫至室溫反應至終點(GC監測)。緩慢倒入盛有200 g碎冰的大燒杯中，攪拌至碎冰完全融化，靜置1 h，待燒杯底部有深紅色油狀物出現時，用二氯甲烷(2×50 mL)萃取,合并萃取液，用無水Na2SO4干燥，旋蒸脫溶，殘余物減壓分餾，收集68 ℃～70 ℃餾分得無色油狀液體6-庚炔-1-氯。

在微波反應管(30 mL)中加入丙酮10 mL， 6-庚炔-1-氯1.96 g(15 mmol)和碘化鈉4.50 g(30 mmol)，置于微波反應器(40 W輻射)中，中速攪拌下于80 ℃反應1 h(GC監測)。冷卻至室溫，抽濾，濾液旋除絕大部分溶劑后加正己烷50 mL，過濾，濾液旋蒸至干得淺黃色油狀液體5,產率90.0%。

(4)7的合成

在微波反應管(30 mL)中加入乙腈10 mL,61.35 g(5 mmol)及51.11 g(5 mmol)，置于微波反應器(40 W輻射)中，中速攪拌下于80 ℃反應10 min(GC監測)。濃縮后經硅膠柱層析(洗脫劑:A=1 ∶2)分離得白色粉末7,產率93.6%, m.p.55 ℃～56 ℃; HR-MSm/z: Calcd for [M+H]+364.227 1, found 364.227 6。NMR表征數據[14]與Scheme 1預期吻合。

表 1 1a～1c的NMR數據

(5)1的合成(以1a為例)

在反應瓶中加入50%丁醇2 mL,4a75 mg (0.25 mmol),791 mg(0.25 mmol)，五水硫酸銅6 mg(0.025 mmol)及抗壞血酸鈉(NaAsc)10 mg(0.05 mmol),攪拌下于室溫反應5 h(TLC跟蹤)。加二氯甲烷20 mL稀釋，依次用水(10 mL)和飽和NaCl溶液(10 mL)洗滌，無水Na2SO4干燥，濃縮后經硅膠柱層析(洗脫劑:A=1 ∶4)分離得淺黃色固體1a。用類似的方法合成淺黃色固體1b和深黃色固體1c, NMR數據見表1。

1a: 產率88.9%, m.p.64 ℃～67 ℃; HR-MSm/z: Calcd for [M+H]+631.375 5, found 631.372 7。

1b: 產率89.2%, m.p.103 ℃～105 ℃; HR-MSm/z: Calcd for [M+H]+665.336 5, found 665.336 4。

1c: 產率85.2%, m.p.65 ℃～67 ℃; HR-MSm/z: Calcd for [M+H]+665.336 5, found 665.335 3。

2 結果與討論

2.1 合成4的方法改進

Sharpless等[4]首次合成了4a，其反應路線存在的問題是：(1) 中間體及目標化合物均需要柱分離純化，效率低; (2)反應時間長、收率較低；(3)4a衍生物的合成效率低。

本文設計了新的合成路線(Scheme 1),以2-氯乙胺鹽酸鹽為原料經疊氮化得到2;2與3縮合得4。與文獻方法比較，改進方法減少了柱分離純化次數(兩次[4])，簡化了操作，提高了效率；縮短了反應時間(25 h[4])，明顯提高了收率(73%[4])。尤其在合成4a衍生物4b和4c時充分體現了改進方法的優越性。

2.2 微波方法合成5和7

本文將微波合成技術引入5和7的合成中，實驗結果與常規方法的比較見表2。從表2可以看出,5的合成采用常規與微波兩種方法都可得到較高產率，但微波反應僅需要1 h；相比于常規條件下的48 h大大縮短了反應時間。采用微波法合成7，不僅大大縮短了反應時間，并且顯著提高產率。

表 2 微波方法合成5和7與常規方法的比較

2.3 “點擊化學”合成1

炔烴與疊氮發生Huisgen[3+2]環加成反應生成三唑是“點擊化學”思想的重要體現。近年來對Cu(Ⅰ)催化[12,13]炔烴與疊氮反應得到選擇性較高的1,4-二取代三唑化合物的研究較多，其反應機理為：末端炔先與Cu(Ⅰ)生成銅鹽，然后銅和有機疊氮絡合，再進一步關環得到六元環過渡態，通過重排得到三唑環的銅鹽，氫化脫去Cu(Ⅰ)就得到1,4-二取代-1,2,3-三唑化合物。

Cu(Ⅰ)可來源于銅鹽，如CuCl, CuBr, CuI等，但反應過程中需要隔絕空氣；還可來源于Cu(0)，反應過程不需隔絕空氣，后處理簡單，但反應時間較長；另外通過還原Cu(Ⅱ)得到，反應過程不需隔絕空氣，反應時間較短。綜合考慮，本文選擇通過NaAsc還原五水硫酸銅原位制備Cu(Ⅰ)催化4與7反應生成1。

3 結論

本文設計新路線合成了9-(疊氮基乙基氨基)-1,2,3,4-四氫吖啶及其衍生物(4a～4c)。該方法具有反應時間短，后處理簡單、收率高等優點，為今后合成基于他克林的三作用位點乙酰膽堿酯酶抑制劑提供重要中間體奠定了良好基礎。

將微波合成技術引入碘代及親核取代反應，大大縮短了反應時間，并可提高產率。

通過“點擊化學”法，采用Cu(Ⅰ)催化成功地合成了三個他克林-四氫異喹啉異二聯體(1a～1c)，但均為1,4-二取代三唑化合物，1,5-二取代三唑化合物的合成無疑具有更大的挑戰性，這些是我們今后研究的重點。

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[14]4a:1H NMRδ: 7.93～7.91(m, 2H), 7.58～7.54(m, 1H), 7.40～7.27(m, 1H), 4.21(s, 1H), 3.57(t,J=5.1 Hz, 2H), 3.50(t,J=5.4 Hz, 2H), 3.08(t,J=6.0 Hz, 2H), 2.77(t,J=5.7 Hz, 2H), 1.96～1.91(m, 4H);13C NMRδ: 158.92, 147.30, 147.41, 128.99, 128.35, 124.24, 122.24, 120.85, 118.20, 52.09, 47.78, 34.05, 24.71, 22.95, 22.74; HR-MSm/z: Calcd for [M+H]+268.155 7, found 268.158 2.4b:1H NMRδ: 7.92(d,J=9.0 Hz, 1H), 7.41(d,J=2.4 Hz, 1H), 7.30～7.28(m, 2H), 3.91(t,J=5.4 Hz, 1H), 3.58(t,J=5.4 Hz, 1H), 2.79(t,J=5.7 Hz, 1H), 2.46(t,J=5.7 Hz, 1H), 1.79～1.75(m, 4H);13C NMRδ: 156.66, 151.80, 138.66, 138.35, 126.69, 125.90, 118.98, 114.12, 113.37, 50.89, 46.96, 28.21, 23.48, 21.40, 20.30; HR-MSm/z: Calcd for [M+H]+302.116 7, found 302.117 1.4c: m.p.63 ℃～64 ℃;1H NMRδ: 7.85～7.84(m, 1H), 7.44～7.40(m, 2H), 5.79(t,J=6.9 Hz, 1H), 3.53(t,J=5.7 Hz, 2H), 3.38～3.35(m, 2H), 3.07(t,J=6.9 Hz, 2H), 2.80(t,J=6.9 Hz, 2H), 1.98～1.84(m, 4H);13C NMRδ: 159.86, 150.46, 144.88, 129.01, 127.80, 127.65, 127.42, 121.98, 119.06, 51.86, 47.74, 33.50, 26.39, 22.98, 22.68; HR-MSm/z: Calcd for [M+H]+302.116 7, found 302.118 8.7:1H NMRδ: 7.54～7.28(m, 5H), 6.69(s, 1H), 6.13(s, 1H), 5.28(s, 1H), 3.89(s, 3H), 3.64(s, 3H), 3.33～3.26(m, 1H), 3.05～3.00(m, 2H), 2.62～2.47(m, 2H), 2.36(m, 1H), 2.19 (m, 2H), 1.76(s, 1H), 1.54～1.24(m, 6H);13C NMRδ: 149.40, 146.89, 144.24, 130.11, 129.48, 128.01, 126.97, 126.87, 111.58, 110.68, 83.67, 68.78, 66.96, 55.97, 55.89, 53.31, 46.38, 27.51, 25.80, 24.11, 22.67, 18.10.