新型含七元醚環的脯氨酸衍生物的合成*

盛釗君，杜志云，董長治，張 焜

(1.廣東工業大學 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)丙烯酰基]-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-氯丙酰基]-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保護并發生關環反應合成了新型的七元醚環化合物(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；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]。研究發現，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，雙環結構中的另一個環可以是七元[6-7]或八元[8]碳環，也可以是八元氮雜環[1,9]或七元氧雜環[10]。從這些結構出發，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的雙環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)丙烯酰基]-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-氯丙酰基]-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保護并發生關環反應合成了新型的七元醚環化合物(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，此處無消旋發生。推測可能原因是由于5的分子內氫鍵導致特殊的環狀結構形成，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，而這種現象在之后的關環時消失。

2.2 七元醚環的形成

不管是4還是5在進行TBDMS脫保護時，關環反應同時發生，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發生消除反應生成烯胺中間體(A)，接著A發生結構互變，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)發現，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自發地發生構象轉換，緩慢地變為其構象異構體6′，最終以10%的6和90%的6′的溶液穩定地存在。若將6溶于乙酸乙酯中，則不會發生該變化。因此，推測可能的原因是反應開始生成動力學穩定、但熱力學不穩定的R構象產物，氯仿提供弱酸性環境引發了其反應，轉變為熱力學穩定產物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，結合核磁數據，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處于環的一側。由圖3可以清晰地觀察到，七元醚環上的甲基H與另外兩個手性C上的H有關聯，這說明該甲基與其空間距離較近，處于環的同一側，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生的自發轉化，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。

[1] Y Peng,H Sun,S Wang.Design and synthesis of a 1,5-diazabicyclo[6,3,0]dodecane amino acid derivative as a novel dipeptide reverse-turn mimetic[J].Tetrahedron Letters,2006,47(27):4769-4770.

[2] G Wu,J Chai,T L Suber,etal.Structural basis of iap recognition by smac/diablo[J].Nature,2000,408(6815):1008-1012.

[3] E N Shiozaki,Y Shi.Caspases,iaps and smac/diablo:Mechanisms from structural biology[J].Trends in Biochemical Sciences,2004,29(9):486-494.

[4] H Sun,Z Nikolovska-Coleska,C Y Yang,etal.Design of small-molecule peptidic and nonpeptidic smac mimetics[J].Accounts of Chemical Research,2008,41(10):1264-1277.

[5] K Deshayes,J Murray,D Vucic.Protein-protein interactions,M Wendt.Vol.8[M].Berlin:Springer Berlin Heidelberg,2012.

[6] H Sun,Z Nikolovska-Coleska,C Y Yang,etal.Structure-based design of potent,conformationally constrained smac mimetics[J].Journal of the American Chemical Society,2004,126(51):16686-16687.

[7] H Sun,Z Nikolovska-Coleska,J Lu,etal.Design,synthesis,and evaluation of a potent,cell-permeable,conformationally constrained second mitochondria derived activator of caspase (smac)mimetic[J].Journal of Medicinal Chemistry,2006,49(26):7916-7920.

[8] H Sun,Z Nikolovska-Coleska,J Lu,etal.Design,synthesis,and characterization of a potent,nonpeptide,cell-permeable,bivalent smac mimetic that concurrently targets both the bir2and bir3domains in xiap[J].Journal of the American Chemical Society,2007,129(49):15279-15294.

[9] Y Peng,H Sun,Z Nikolovska-Coleska,etal.Potent,orally bioavailable diazabicyclic small-molecule mimetics of second mitochondria-derived activator of caspases[J].Journal of Medicinal Chemistry,2008,51(24):8158-8162.

[10] M Vamos,K Welsh,D Finlay,etal.Expedient synthesis of highly potent antagonists of inhibitor of apoptosis proteins (iaps)with unique selectivity for ml-iap[J].ACS Chemical Biology,2013,8(4):725-732.

[11] J S Petersen,G Fels,H Rapoport.Chirospecific syntheses of (+)- and (-)-anatoxin a[J].Journal of the American Chemical Society,1984,106(16):4539-4547.

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