本研究中,我们制备了氮丙啶-2-羧酸酯的两种对映异构体,这些化合物可用于生物碱的不对称合成,包括双环酰胺B和D,以及(-)-epiallo-异荷包牡丹碱。
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本研究中,我们制备了氮丙啶-2-羧酸酯的两种对映异构体,这些化合物可用于生物碱的不对称合成,包括双环酰胺B和D,以及(-)-epiallo-异荷包牡丹碱。
含氮杂环类氮丙啶在合成氮杂环及开链分子方面具有重要的合成价值。然而,大规模制备光学纯的氮丙啶以实现氮杂化合物的不对称合成仍十分困难且费时。幸运的是,我们成功获得了两种对映异构体(2R)-和(2S)-氮丙啶-2-羧酸酯,其环上氮原子带有供电子的α-甲基苄基,属于非活化型氮丙啶。这些起始原料氮丙啶具有两个不同的官能团:高反应活性的三元环和多功能的羧酸酯基团。它们可用于氮丙啶的开环或环转化反应,也可将羧酸酯基团转化为其他官能团。这两种对映体均被用于不对称合成具有重要生物活性的开链氨基酸及/或氮杂环化合物。具体而言,本报告描述了首例便捷的不对称合成方法,用于制备具有潜在TGF-β抑制活性的5,6-二氢尿嘧啶型海洋天然产物biemamide B和D的两种对映体。该合成路线包括氮丙啶-2-羧酸酯的区域选择性和立体选择性开环反应,随后形成4-氨基四氢嘧啶-2,4-二酮。本方案中的另一个实例涉及氮丙啶-2-羧酸酯与硅基烯醇醚之间的高立体选择性Mukaiyama反应,继而发生分子内氮丙啶环开环,从而简便高效地获得(-)-epiallo-异毒蕈碱。
环丙烷、环氧乙烷和氮杂环丙烷构成的小环存在于多种化合物中,例如天然产物和药物1,2。这些小环主要因其环张力而被用作起始原料。在三元环化合物中,由于氮杂环丙烷稳定性较差且反应难以控制,其研究程度相对较低3。如静电势图所示(图1),连接在氮杂环丙烷环氮原子上的取代基,无论是给电子基团还是吸电子基团,均会影响氮原子的碱性强弱。这种差异导致相应氮杂环丙烷在反应活性和选择性上表现出显著不同。

图1:“活化”与“非活化”氮杂环丙烷的化学结构及其代表性分子N-甲基氮杂环丙烷和N-乙酰基氮杂环丙烷的静电势图4。 本图经Ranjith等人4许可修改。 请点击此处查看此图的放大版本。
当环上的氮原子连有吸电子基团(如磺酸酯基、磷酸酯基和氨基甲酸酯基)时,我们称之为“活化”氮杂环丙烷。这类化合物容易与亲核试剂发生反应,以补偿其不稳定性,但其开环反应的区域选择性有限。这些活化氮杂环丙烷可通过多种催化方法制备,并用作起始原料。近年来的许多氮杂环丙烷化学研究都集中于这类活化氮杂环丙烷。然而,由于其不稳定性以及开环反应范围受限,活化氮杂环丙烷存在一定的应用局限。另一方面,在环氮原子上带有给电子取代基(如烷基或取代烷基)的氮杂环丙烷被称为“非活化”氮杂环丙烷4,它们在大多数条件下相对稳定,可在实验台上长期放置而不发生明显分解。非活化氮杂环丙烷的亲核开环反应通过形成氮杂环丙鎓离子进行via。大多数氮杂环丙烷的开环反应及环转化反应均具有高度的区域选择性。然而,关于在C2或C3位带有取代基的光学纯非活化氮杂环丙烷的合成,文献报道极少5,6。
本文展示了含α-甲基苄基的手性氮杂环丙烷-2-羧酸酯衍生物的高效制备,特别是(-)-薄荷醇基(1R)-苯乙基氮丙啶-2-甲酸酯的非对映异构体混合物,由2,3-二溴丙酸酯与(1R)-苯乙胺。从该非对映异构体混合物中,可获得单一对映体纯的(1R)-苯乙基-(2R)- 和 (2S)-氮丙啶-2-羧酸酯的(-)-薄荷醇酯通过从甲醇中选择性重结晶获得光学纯形式,并 n-戊烷在数百公斤规模上的应用(图1)7这些(-)-薄荷醇酯可通过在碳酸镁或碳酸钾存在下进行酯交换反应,简便地转化为相应的乙酯或甲酯。7这些化合物也可通过烷基 2,3-二溴丙酸酯或乙烯基三氟甲磺酸酯的反应在实验室规模上简便制备。 α-酮酯与手性2-苯乙胺反应,随后通过简单的快速柱色谱分离非对映异构体混合物8.
一旦获得对映体纯的手性氮杂环丙烷-2-羧酸酯,便可基于羧酸酯官能团转化以及高区域选择性和立体选择性的氮杂环丙烷环开环反应,合成多种含氮的环状与非环状生物活性目标分子。6,9,10首次实现了对具有潜在TGF-β抑制活性的海洋天然产物双氢尿嘧啶类化合物biemamide B和D两种对映体的便捷不对称合成11,12其次,通过在ZnCl存在下,将光学纯的1-(1-苯乙基)-氮杂环丙烷-2-甲醛与各种烯醇硅醚进行Mukaiyama aldol反应,实现了β-(氮杂环丙-2-基)-β-羟基酮的非对映选择性合成。2,高产率(>82%,几乎完全的立体选择性(98:2) 博士) 通过 一个由螯合控制的过渡态。这些方法被用于不对称合成 表观等位基因-异构毒蕈碱类生物碱13,14,15.
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1. 手性氮丙啶(-)-薄荷醇酯衍生物(1)非对映异构体混合物的合成
2. 通过叠氮亲核试剂对氮丙啶环的区域和立体选择性开环实现双鞭甲藻酰胺B与双鞭甲藻酰胺D的全合成
3. 手性氮杂环丙烷-2-甲醛与 Mukaiyama 羟醛反应的立体选择性及其由分子内羟基亲核试剂介导的区域和立体选择性氮杂环丙烷开环反应在(-)-epiallo-索马斯卡林(17)的全合成中的应用
4. 所有产物的表征
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本文报道了对映体纯的氮杂环丙烷-2-羧酸酯的合成。该反应生成了(R)-(1R,2S,5R)-2-异丙基-5-甲基环己基1-((R)-1-苯乙基)氮丙啶-2-甲酸酯 (2)和(S)-(1R,2S,5R)-2-异丙基-5-甲基环己基1-((R)-1-苯乙基)氮丙啶-2-甲酸酯(3)(4.1 g,90%)由2,3-二溴丙烷(-)-薄荷醇酯和(1R)-苯乙胺,如图所示 图2成功的选择性结晶方法得到了每种异构体的对映体纯形式,(R)-(1R,2S,5R)-2-异丙基-5-甲基环己基1-((R)-1-苯乙基)氮丙啶-2-甲酸酯 (2) 来自甲醇和(S)-(1R,2...
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氮杂环丙烷是一类含氮的三元杂环化合物,作为合成起始原料或中间体,在制备富含氮的有机分子方面具有巨大潜力。根据环上氮原子所连取代基的不同,氮杂环丙烷可分为“活化”和“非活化”两类,其化学反应活性与选择性也有所不同。然而,目前可用于制备这种有价值的光学活性氮杂环丙烷的方法仍然十分有限。
本文所述方案介绍了一种大规模制备对映体纯的非活化氮杂环丙烷的方法。首先,制备在环氮上带有手性2-甲基苄基的(2R)和(2S)-氮杂环丙烷-2-羧酸薄荷酯的非对映异构体混合物。随后,通过甲醇(MeOH)和正戊烷(n-pentane)的依次溶剂处理,选择性地结晶分离出对映体纯的(2R)-氮杂环丙烷-2-羧酸酯和(2S)-氮杂环丙烷-2-羧酸酯。该方法适用于制备数百克级甚至更大规模的两种对映体纯的氮杂环丙烷-2-羧酸酯。由薄荷酯经酯交换转化为乙酯或甲酯时,可使用镁或碳酸钾与相应的醇(如MeOH或EtOH)反应,操作简便。此外,在实验室中以克级规模制备手性氮杂环丙烷甲酯或乙酯也可轻松实现,其方法为:由2,3-二溴丙酸乙酯与...
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作者声明本研究中不存在利益冲突。
本研究由韩国国家研究基金会(NRF-2020R1A2C1007102 和 2021R1A5A6002803)、有机合成新方向研究中心以及 2022 年韩国外国语大学资助项目资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| (2R)-1-[(1R)-1-苯乙基]-2-氮杂环丙烷甲酸(-)-薄荷醇酯,98% | Sigma-Aldrich | 57054-0 | |
| (2S)-1-[(1R)-1-苯乙基]-2-氮杂环丙烷甲酸(-)-薄荷醇酯 | Sigma-Aldrich | 57051-6 | |
| 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐 | TCI | 424331-25 g | CAS No: 25952-53-8 |
| 1,4-二氧六环 | SAMCHUN | D0654-1 kg | CAS No: 123-91-1 |
| 1-羟基苯并三唑水合物 | Aldrich | 219-989-7-50 g | CAS No: 123333-53-9 |
| 2,6-二甲基吡啶 | Alfa Aesar | A10478-AP, 500 mL | CAS No: 108-48-5 |
| 乙腈 | SAMCHUN | A0127-18 L | CAS No: 75-05-8 |
| 氘代乙腈(Acetonitrile-d3) | Cambridge Isotope Laboratories, | 15G-744-25 g | CAS No: 2206-26-0 |
| 六水合氯化铝 | Aldrich | 231-208-1, 500 g | CAS No : 7784-13-6 |
| Bruker AVANCE III HD (400 MHz) 核磁共振波谱仪 | Bruker | NA | |
| 氘代氯仿(Chloroform-d) | Cambridge Isotope Laboratories, | 100 g | CAS No: 865-49-6 |
| 二氯甲烷 | SAMCHUN | M0822-18 L | CAS No: 75-09-2 |
| 六氘代二甲基亚砜(Dimethyl sulfoxide-d6) | Cambridge Isotope Laboratories, | 25 g | CAS No: 2206-27-1 |
| 乙醇 | EMSURE | 1009831000,1L | CAS No: 64-17-5 |
| 乙酸乙酯 | SAMCHUN | E0191-18 L | CAS No: 141-78-6 |
| 高分辨质谱/MALDI-TOF/TOF 质谱法 | AB SCIEX | 4800 Plus | 高分辨质谱 |
| JASCO P-2000 | JASCO | P-2000 | 用于旋光测定 |
| 氢化铝锂 | TCI | L0203-100 g | CAS No: 16853-85-3 |
| L-Selectride,THF 中 1 M 溶液 | Acros | 176451000, 100 mL | CAS No: 38721-52-7 |
| 甲醇 | SAMCHUN | M0585-18 L | CAS No: 67-56-1 |
| N-[(9H-芴-9-基甲氧基)羰基]-β-丙氨酸 | TCI | F08825G-5 g | CAS No: 35737-10-1 |
| N-乙基二异丙基胺 | Aldrich | 230-392-0, 100 mL | CAS No: 7087-68-5 |
| 正己烷 | SAMCHUN | H0114-18 L | CAS No: 110-54-3 |
| 茚三酮 | Alfa Aesar | A10409-250 g | CAS No: 485-47-2 |
| 对-茴香醛 | aldrich | A88107-5 g | CAS No: 123-11-5 |
| 磷钼酸水合物 | TCI | P1910-100 g | CAS No: 51429-74-4 |
| 叠氮化钠 | D.S.P | 703301-500 g | CAS No: 26628-22-8 |
| 氢化钠,矿物油中 60% 分散液 | Sigma-Aldrich | 452912-100 G | CAS No: 7646-69-7 |
| 氢氧化钠 | DUKSAN | A31226-1 kg | CAS No: 1310-73-2 |
| 硫酸钠 | SAMCHUN | S1011-1 kg | CAS No: 7757-82-6 |
| 薄层色谱法(TLC) | Merck | 100390 | |
| 叔丁基二甲基硅基三氟甲磺酸酯,98% | Aldrich | 274-102-0, 25 g | CAS NO: 69739-34-0 |
| 四氢呋喃 | SAMCHUN | T0148-18 L | CAS No: 109-99-9 |
| 三乙基乙胺 | DAEJUNG | 8556-4400-1 L | CAS No: 121-44-8 |
| 紫外光(UV light) | Korea Ace Sci | TN-4C | 254 nm |
| 无水氯化锌,98+% | Alfa Aesar | A16281-22100 g | CAS No : 7646-85-7 |
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