生物催化不对称合成β-羟基酸衍生物

手性β-羟基酸及其衍生物是应用化工和有机合成的关键中间体.生物催化的不对称合成方法以其绿色环保、简洁高效及高立体选择性已成为一个新兴的研究热点.本文较系统地总结了生物催化不对称合成β-羟基酸及其衍生物的研究工作,重点介绍了脂肪酶、腈代谢酶及还原酶在合成手性β-羟基酸衍生物中的应用.最后,展望了生物催化不对称合成β-羟基酸的发展方向.     

生物催化不对称合成beta-羟基酸衍生物

手性β-羟基酸及其衍生物是应用化工和有机合成的关键中间体, 生物催化的不对称合成方法以其绿色环保, 简洁高效及高立体选择性已然成为一个新兴的研究热点。本文较系统的总结了生物催化的β-羟基酸及其衍生物不对称合成研究工作,重点介绍了脂肪酶,腈代谢酶及还原酶在合成手性β-羟基酸衍生物中的应用。最后,对今后生物催化不对称合成β-羟基酸的发展方向做一展望。     

β-氨基膦酸酯衍生物的合成方法

以四丁基碘化铵(TBAI)为相转移催化剂,催化(1-重氮基-2-氧代丙基)膦酸二甲酯(Ohira-Bestmann试剂)与芳香醛衍生的α-氨基砜的Mannich反应.通过对反应条件进行筛选,确定了-40℃下,以甲苯为反应溶剂和质量分数为10%的Li OH溶液为碱的最佳反应条件.通过底物的扩展,合成了一系列β-氨基膦酸酯衍生物,收率为52%~93%,所得产物结构经核磁共振谱(NMR)和质谱(MS)表征.通过Ohira-Bestmann试剂与α-氨基砜的Mannich反应,提供了一条有效制备β-氨基膦酸酯衍生物的方法.     

亮点介绍

手性路易斯碱催化的α-乙酰氧基-β-烯胺酯的不对称氢化硅烷化反应:光学活性α-羟基-β-氨基酸衍生物的合成Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,7304～7307光学活性的α-羟基-β-氨基酸片段广泛存在于天然产物以及生理活性物质中,是一类非常重要的化合物,其中最具代表性的就是紫杉醇侧链及其类似物.因此,光学活性α-羟基-β-氨基酸衍生物的合成引起了广泛而持久的兴趣,多年来众多研究小组发展了多种高效、高选择性的合成方法.最近,中国科学院成都有机化学研究所张晓梅等设计了一类α-乙酰氧基-β-烯胺酯底物1,并以新型路易斯碱催化剂2催化其不对称氢化硅烷化反应,以较高的对映选择     

酸催化的β-羟基砜衍生物的新合成

β-羟基砜衍生物是一种十分有用的有机中间体,它可以制备其他类型的砜(sulfone),如不饱和基团的砜;通过消去β-OH和磺酰基可构建新的不饱和叁键化合物和多烯类化合物[1].另外,β-羟基砜衍生物大多数具有光学活性,可以合成多种生物活性的物质;在药物合成中占有重要的地位[2].虽然已有许多方法用于合成β-羟基砜衍生物[3],但利用烯烃与磺酰氯及水或醇反应的制备方法没见报道.本文首次报道了磺酰氯与水或醇在催化量的酸的作用下实现烯烃的羟基磺酰化,且具有区域选择性好、反应简单、条件温和、产率高等特点,是一种经济实用的制备β-羟基砜的方法.     

具有长波吸收的(焦)脱镁叶绿酸衍生物的合成及其电子光谱

以脱镁叶绿酸-a甲酯和脱镁叶绿酸-b甲酯为起始原料,通过3-位乙烯基、外接E-环和20-meso-位的化学修饰,在脱镁叶绿酸-a甲酯周环上建立了不同的羰基结构.利用脱镁叶绿酸-a甲酯的所建羰基和脱镁叶绿酸-b甲酯的原有7-位甲酰基分别与丙二睛进行Knoevenagel缩合反应,在二氢卟吩的不同位置引进了β,β-二氰亚甲基结构,完成一系列具有长波吸收的叶绿素类二氢卟吩衍生物的合成,讨论了β,β-二氰亚甲基的引入对大环分子的化学活性和电子光谱的影响,并对相应的化学反应提出可能的反应机理.未见报道的10个叶绿素-a衍生物均经UV,IR,1H NMR及元素分析证明其结构.     

SO_4~(2-)/TiO_2固体酸协同金鸡纳碱奎尼丁催化不对称Mannich反应

采用固体酸SO 2-4/Ti O2与金鸡纳碱奎尼丁[Quinidine(R)]进行负载,制备出具有较强氢键供体的SO 2-4/Ti O2/Quinidine(R)手性催化剂,并对比了金鸡纳碱奎尼丁及其衍生物金鸡纳碱奎尼丁-硫脲在不对称Mannich有机催化中的催化活性.实验结果显示:在相同的催化条件下,SO 2-4/Ti O2/quinidine(R)在不对称Mannich催化反应的催化活性性能高于金鸡纳碱奎尼丁,低于金鸡纳碱奎尼丁-硫脲.同时,通过催化条件优化,SO 2-4/Ti O2/quinidine(R)催化剂在间二甲苯为溶剂、-40℃及搅拌72 h的催化条件下,可获得具有较高光学活性的手性β-氨基酸酯类衍生物(89%~95%ee).     

异维A酸二茂铁基衍生物的合成及其细胞毒活性的研究

为降低异维A酸的毒副作用并提高其癌细胞毒活性以及增加其在生物体内的吸收, 通过Mitsunobu反应, 以高于80%的收率合成了8种新异维A酸二茂铁基衍生物, 并进行了结构表征与确认. 采用3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四唑溴盐(MTT)法测试了它们对肺癌细胞(A549)等的癌细胞毒活性. 结果显示, 引入二茂铁基团后的异维A酸二茂铁基衍生物具有很好的癌细胞毒活性.     

β-硝基苯乙烯衍生物与二溴海因高度区域选择性氨溴加成反应

以β-硝基苯乙烯衍生物为底物,二溴海因为氮源/卤素源,乙腈作溶剂,建立了碳碳双键上高度区域选择性氨溴加成反应新体系.β-硝基苯乙烯衍生物与二溴海因在室温无水碳酸钠催化下反应,可高收率获得邻位氨溴加成产物,最高收率达97%;β-甲基-β-硝基苯乙烯衍生物在氢氧化钾催化下回流反应,也可高收率得到邻位氨溴加成产物,最高收率达95%.实验结果表明,对于硝基苯乙烯衍生物,当苯环4-位具有强供电子基团如CH3O时,可以得到单一的α-氨基-β-溴加成产物,但其收率相对较低;当硝基苯乙烯衍生物的苯环4-位有强吸电子基团如NO2时,反应收率则很高.这一实验结果证明β-硝基苯乙烯衍生物(缺电子烯烃)与二溴海因的氨溴加成反应具有亲核加成的特征.本文共考察了20种不同结构的β-硝基苯乙烯衍生物的氨溴加成反应情况,其产物结构经核磁共振波谱及质谱分析确证,并提出了可能的反应机理.     

苯并噻唑-β-氨基酸酯类衍生物的合成与抗烟草花叶病毒活性

通过不对称Mannich催化反应,获得具有较高光学活性的苯并噻唑-β-氨基酸酯类衍生物,并对其进行了结构表征.采用半叶枯斑法对β-氨基酸酯类衍生物进行烟草花叶病毒(TMV)抑制生物活性测试.结果表明:在施药浓度为500 mg/L的条件下,不同取代基对β-氨基酸酯类衍生物的抗TMV活性表现为心叶烟枯斑数有不同程度的减少,具有较高光学活性的β-氨基酸酯类衍生物和其对应的外消旋体.在抗TMV活性上,D1,D2,D3,D4,D5和D6分别表现为15.5%,19.1%,5.8%,28.2%,9.8%及14.3%,与之对应的外消旋体化合物分别为25.8%,16.4%,6.7%,35.4%,10.7%及23.6%.     

二价过渡金属配合物催化的醇酮缩合

以酸或碱催化的醇酮缩合反应,通常得到的是α,β-不饱和酮.Watanabe等人以对硝基苯甲醛与丙酮缩合为标准反应,研究了光学活性的L-酪氨酸乙酯-金属离子(主要是Zn~(2+)离子)催化体系催化的醇酮缩合反应,得到有光学活性的β-醇酮产物。并初步研究了β-CD对该催化体系的协助效应。在L-酪氨酸-Zn~(2+)-β-CD的催化下,水溶液中反应得到无光学活性的β-醇酮产物。     

18β-甘草次酸吡啶酰胺衍生物的定向合成及其初步抗癌活性研究

以18β-甘草次酸和2,5-吡啶二甲酸为起始原料,便捷地合成了5种含吡啶杂环多酰胺结构的18β-甘草次酸衍生物.全部新合成化合物的结构由1H NMR,13C NMR及HRMS等方法得到了确证.通过四甲基偶氮唑盐(MTT)法对所有新合成化合物的抑制人宫颈癌Hela细胞活性进行了体外评价,初步发现目标系列化合物对人宫颈癌Hela细胞均具有细胞毒活性,能够有效抑制Hela细胞增殖、诱导其凋亡,IC50最小值仅为0.02μmol·L-1,均优于临床抗肿瘤药物阿糖胞苷.     

1,5-苯并硫氮杂卓-α-恶唑烷酮-β-内酰胺衍生物的光谱研究(Ⅱ)

苯并硫氮杂卓-β-内酰胺化合物是目前广泛用于临床的广谱抗生素药物.它的抗生素生理活性与其结构有着密切联系,为使该类化合物更具生理活性和优良药效,合成了五种新的1,5-苯并硫氮杂卓-α-恶唑烷酮-β-内酰胺衍生物,并用核磁共振(NMR)、质谱(MS)、红外光谱(1R)及元素分析确定了其衍生物结构,分析和讨论了该类衍生物的光谱特征及其规律,确定了该类衍生物结构的分析判据.     

β-氨基膦酸(酯)和亚膦酸(酯)不对称合成

具有光学活性的β-氨基膦酸和亚膦酸是β-氨基酸的含磷类似物,具有广泛的生物和药物活性.本文综述了使用手性辅基诱导、酶手性拆分和手性催化剂催化3种方法不对称合成光学活性β-氨基膦酸(酯)和亚膦酸(酯)的研究进展.     

β-环糊精-组氨酸衍生物对DNaseⅠ的激活

合成了β-环糊精（β－CD）的组氨酸（His)一取代和二取代衍生物（β－CD－His,β-CD-His2)并对其结构进行了表征，用该衍生物激活脱氧核糖核酸酶催化水解脱氧核糖核酸，并与脱氧核糖核酸酶催化水解脱氧核糖核酸进行比较，结果表明，一种β－环糊精－组氨酸衍生物能激活脱氧核糖核酸酶水解脱氧核糖核酸，且这种激作用不只是β－环糊清－组氨酸衍生物水解DNA的能力与脱氧核糖核酸酶水解DNA的能力的叠加，具有正协同效应的特征。     

新型甘草次酸酰胺杂环衍生物的合成及其抗结核活性

以18β-甘草次酸为原料,经过多步酰胺化反应合成了14个含不同杂环的新型甘草次酸多酰胺衍生物(11a～11n),收率78.6%～92.3%,其结构经1H NMR,13C NMR和IR表征。其中11i和11n的初步抑菌活性测试结果表明,杂环酰胺基团对甘草次酸衍生物的抗结核活性具有明显的增效作用。     

噻吩甲酰硫脲衍生物的合成及其抑菌活性

通过3-巯基-2-丁酮与取代硅基丙炔酸甲酯的环合、酯的选择性水解、异硫氰化、胺化等步骤合成了13个未见报道的噻吩甲酰硫脲衍生物.各噻吩甲酰硫脲衍生物的结构经~1H NMR、~(13)C NMR和元素分析的确证,其对小麦全蚀病、水稻纹枯病病原菌的抑菌活性经平皿法进行了测试.结果表明,大部分噻吩甲酰硫脲衍生物对小麦全蚀病病原菌具有一定抑制活性,其中1-环丙基-3-(4,5-二甲基噻吩-3-甲酰基)硫脲(8c)抑菌活性表现较为突出,在10 mg/L浓度下其抑菌活性接近对照硅噻菌胺的水平.结构分析表明噻吩-3-甲酰硫脲衍生物噻吩环2位官能团的大小对小麦全蚀病菌抑制活性的影响不明显.     

新型18β-甘草次酸氨基二硫代甲酸酯衍生物的合成及抗癌活性研究

以18β-甘草次酸为原料首先经简单酰胺化反应方便地得到18β-甘草次酸哌嗪,再与二硫化碳、碳酸钾以及不同结构卤代烃"一锅煮"法快速、高效地合成了10种含氨基二硫代甲酸酯结构的新型甘草次酸酰胺类衍生物,通过IR,1H NMR,13C NMR和HR-MS对所有新化合物进行了结构确证;并以四甲基偶氮唑盐比色法(MTT)法评价了该类化合物对人肝癌细胞株SMMC-7721的细胞毒活性.初步生物活性研究结果表明,该类化合物具有明显的抑制人肝癌细胞增殖、诱导其凋亡的细胞毒活性,给药72 h,半抑制浓度IC50最优值仅为14.42μg/mL.     

18β-甘草次酸A环开环衍生物的合成及抗肿瘤活性

采用化学方法在18β-甘草次酸A环上进行结构修饰,合成了一系列新颖的A环具有不同官能团的开环衍生物.初步研究了它们对人体肝癌细胞HepG-2的体外细胞毒活性,结果表明,羟基的数目和位置对抑制HepG-2细胞增殖起着重要的作用.     

磺酰胺为烷基化试剂高选择性合成多取代烯烃和2,3-二氢茚衍生物的方法

在质子酸H_2SO_4催化下,含β氢醇与磺酰胺反应可高选择性地得到三取代烯烃和2,3-二氢茚衍生物.含β氢醇酸性条件下脱水后与磺酰胺发生偶联,可以选择性地合成热力学稳定产物Z-多取代烯烃;两者发生[3+2]环加成反应,则可高选择性地得到2,3-二氢茚衍生物.