专利名称：第二十二种天然氨基酸-吡咯赖氨酸的化学全合成方法
第二十二种天然氨基酸-吡咯赖氨酸的化学全合成方法
技术领域：
本发明涉及精细化工技术领域，具体地说，是一种第二十二种天然氨基酸-吡咯
赖氨酸的化学全合成方法。背景技术：
2002年，俄亥俄州立大学的两个研究小组报道，他们识别出世界上第22个由遗传 基因编码的氨基酸。在确证发现新型的第二十二种天然氨基酸后，对该氨基酸的结构确证 马上展开。结果发现是由在赖氨酸和(4R，5R)-4-甲基-吡咯环-5-羧基两部分组成。其
化学结构如下
吡咯赖氨酸 由于吡咯赖氨酸在基因编译码研究及其在生命科学领域的重大意义，对吡咯赖氨 酸的研究吸引了众多科学家的注意力。 Jos印h A. Krzycki的同事Michael K. Chan —直从事氨基酸的人工合成研究。在 近一年的时间里，Michael K. Chan领导的研究组报道合成了吡咯赖氨酸的化学方法。
而在国内，对于吡咯赖氨酸的化学合成研究无人进行，对于由第22种天然氨基酸 的发现而带来的基因编译码的扩充研究更几乎仍旧是一片空白。只有田云、明镇寰、董玉华 等科学家翻译了有关吡咯赖氨酸的报道，并比较了第21种天然氨基酸与第22种天然氨基 酸的基因编码的异同。2005年，王恩多教授比较系统地解释了吡咯赖氨酸在古生菌中的具 体编码机制。 对于Michael K. Chan领导的研究组报道的第一条吡咯赖氨酸的全合成路线，其中 存在着一定的不足。例如，过早的将不稳定的亚胺键暴露在后续反应中，容易导致亚胺键因 不稳定而变化。另外在环状亚胺中间体的制备过程中，将分子量镍巨大的络合物水解得到 分子量相对很小的环状亚胺中间体，将后处理纯化阶段不易得到占反应混合物小部分量的 环状亚胺中间体化合物。 为避免上述路线中的不足以及使国内对吡咯赖氨酸的研究有所进展。我们课题组 对吡咯赖氨酸的化学合成进行了研究，设计了一条全新的全合成路线。此线路最大的优点 是将不稳定的亚胺基团用硫甲基进行保护，增加其稳定性，使亚胺基团能够经受住一系列 的后续反应。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种第二十二种天然氨基酸-吡咯赖氨酸的化学全合成方法及合成中出现的新的中间体c 本发明的化学反应路线是
,OMe
—CHO
Lawesson reagent MeO'
O
'OMe
CH3i 薩C。3 人
OEt
C02Me
'SCH3 LiOH,
MeOHaq, AcOH人 [J
、OEt -^~^Me。A广N^0
reflux 1 ^
DPPA， Et3N
Me02C'
CH3OH-H20-THF
Li02C
SCH3 —种第二十二种天然氨基酸_吡咯赖氨酸的化学全合成方法，具体步骤为
(1)将甘氨酸甲酯盐酸盐，苯，2，2-二甲基丙醛和三乙胺在苯中回流，反应时间为 1 3hr，反应温度为80 12(TC;得到化合物(E)-2-(2， 2-二甲基亚丙基氨基)乙酸甲酯；
所述的化合物2，2_甲基丙醛、甘氨酸甲酯盐酸盐和三乙胺的摩尔比为
i : i : i i. 3 : i : i; (2)将(E)-2-(2，2-二甲基亚丙基氨基)乙酸甲酯，四氢呋喃，溴化锂，巴豆酸乙酯 以及1， 8- 二氮杂二环(5、4、0) -7- i^—烯搅拌进行迈克加成反应，反应时间为10 30min， 反应温度为10 50°C ;得到2-(2，2-二甲基亚丙基氨基)-3-甲基戊二酸甲乙酯；
所述的化合物(E)-2-(2，2-二甲基亚丙基氨基)乙酸甲酯与DBU的摩尔比为
i : i i : i. 2; (3)将2- (2， 2-二甲基亚丙基氨基)-3-甲基戊二酸甲乙酯， 解，反应温度为60 IO(TC ;成环得到化合物3-甲基-2-羧基甲酯
所述的甲醇与水的体积比为2 : 1 8 : 1;
所述水与(E)-2-(2，2-二甲基亚丙基氨基)乙酸甲酯质』
甲醇，水与乙酸混合酸 -5-氧代吡咯烷；
5% ;
:比为6
l
所述的乙酸的加入量为(E)-2-(2，2-二甲基亚丙基氨基)乙酸甲酯质j
'2:i
:的1%'
(4)将3-甲基-2-羧基甲酯-5-氧代吡咯烷，四氢呋喃，拉韦森试剂混合搅拌硫化 反应，反应温度为10 5(TC;反应时间为lh 3h ;得到化合物3-甲基-2-羧基甲酯-5-硫 代吡咯烷； 所述的拉韦森试剂与化合物3_甲基-2-羧基甲酯-5-氧代吡咯烷的摩尔比为
i : o. 5 i : o. 7; (5)将化合物3_甲基-2-羧基甲酯-5-硫代吡咯烷，丙酮，碘甲烷甲基化反应，反 应时间为10 18h，反应温度为0 40°C ;得到化合物3-甲基-2-羧基甲酯_5-硫甲基-3， 4- 二氢-2H-吡咯； 所述的碘甲烷与化合物3-甲基-2-羧基甲酯-5-硫代吡咯烷的摩尔比为l : l
51. 5 : 1 ; (6)将化合物3_甲基-2-羧基甲酯-5-硫甲基-3，4-二氢-2H-妣咯、四氢呋喃、 水和氢氧化锂搅拌水解后在叠氮磷酸二苯酯催化下与(R)-6-氨基-2-三氟乙酰氨基己酸 甲酯进行縮合反应，反应时间为3 6h，反应温度为10 5(TC;得到化合物(2R)-6-(3-甲 基-5-硫甲基-3， 4- 二氢-2H-吡咯-2-酰胺基)-2-三氟乙酰氨基_己酸甲酯； 所述的四氢呋喃和水的体积比为i : i 5 : i; 所述的叠氮磷酸二苯酯与化合物(R)-6-氨基-2-三氟乙酰氨基己酸甲酯的摩尔
比为i : i i. 5 : i; (7)将化合物(2R) -6- (3-甲基_5硫甲基_3， 4_ 二氢_2H_吡咯_2_酰胺基)_2_三 氟乙酰氨基_己酸甲酯，四氢呋喃、甲醇和水，氢氧化锂搅拌反应，反应时间为4 10h，反 应温度为10 50°C ;得到化合物(2R)-2-氨基-6-(3-甲基-5硫甲基-3， 4- 二氢-2H-吡 咯_2-酰胺基)己酸锂； 所述的混合溶剂中，四氢呋喃、甲醇和水的体积比为i : i : i 2 : 2 : i;所述的氢氧化锂与(2R)-6-(3-甲基-5-硫甲基-3，4-二氢-2H-吡咯-2-酰胺
基)-2-三氟乙酰氨基-己酸甲酯的摩尔比为i : i i.5 : i; (8)将化合物(2R) -2-氨基_6_ (3-甲基_5_硫甲基_3， 4_ 二氢_2H_吡咯_2_酰 胺基)己酸锂，丙酮，雷尼镍，加热反应，反应温度为40 80°C ，反应时间为0. 5 3h ;得到 吡咯赖氨酸锂盐； 所述的雷尼镍与(2R) —2-氨基-6- (3-甲基_5_硫甲基_3 ， 4_ 二氢_2H_吡 咯-2-酰胺基)己酸锂的质量比为IO : 1 30 : 1。
与现有的技术相比，本发明的积极效果是 (1)本发明的主要原料都是廉价易得的化工原料，来源广泛，价格便宜；
(2)本发明的反应条件温和易控制；
(3)本发明的反应装置简单，操作成本低； (4)本发明采用汇聚式路线，且路线中没有原子量的大幅降低，因此更具有原子经 济性； (5)本发明采用各种保护基，使得各个中间体化合物更加稳定，不易变质；
(6)本发明采用的每步反应都是成熟的，有的都是定量反应，收率较高。
具体实施方式
以下提供本发明第二十二种天然氨基酸_吡咯赖氨酸的化学全合成方法的具体
实施方式。 实施例1 —、 (E)-2-(2，2-二甲基亚丙基氨基)乙酸甲酯(1) 将0. 740g甘氨酸甲酯盐酸盐(0. 578mmol)，8ml苯，O. 507g 2，2-二甲基丙醛 (0. 578mmol，0. 64ml)加入25ml烧瓶中，再滴入O. 584g三乙胺(0. 578mmo1)，开始加热，回 流lh。反应结束后，水洗，萃取，干燥，减压蒸馏，得到油状液体化合物(E)-2-(2，2-二甲基 亚丙基氨基)乙酸甲酯0.81g，产率为90X。 力-NMR(500Hz， CDC13) :1(9H， s) ， 3. 66 (3H， s)，4.07(2H， s)，7.46(lH， s)。
二、2-(2，2-二甲基亚丙基氨基)-3_甲基戊二酸甲乙酯(2) 将0. 81g化合物1 (0. 517mmol)(步骤一制备的)，22ml无水THF加入50ml烧瓶 中，在与其中加入O. 494g溴化锂(0. 569mmol)，再加入0. 589g巴豆酸乙酯(0. 517mmol，
0. 64ml)，再加入0. 786g 1，8-二氮杂二环(5、4、0)-7_i^—烯(0. 517mmol， 0. 77ml)，在室温 下搅拌反应10min。反应结束后，减压蒸馏除去溶剂四氢呋喃，加入饱和氯化铵水溶液洗涤 中和反应产物。萃取干燥，减压蒸馏得粗产物2-(2，2-二甲基亚丙基氨基)-3-甲基戊二酸 甲乙酉旨1.09g，粗产率为79%。 三、3_甲基-2-羧基甲酯-5-氧代吡咯烷(3) 将上步反应得到的1.09g粗产物化合物2(步骤二制备的)，19. lml甲醇，4.8ml水 (V/V = 4 : 1)加入50ml烧瓶中，再加入少量乙酸，开始加热反应，回流12h。反应结束后， 减压蒸馏除去甲醇，用饱和碳酸氢钠溶液中和。经萃取，干燥减压蒸馏得粗产物。最后经过 柱层析得到白色固体化合物3-甲基-2-羧基甲酯-5-氧代吡咯烷0. 183g。
丄H NMR(500MHz， CDC13) :6.17(1H， s)，3.77(lH， d)，3.71(3H， s)，2.52(2H， dd)，
1. 96(1H， m) ， 1. 23(3H， d) ， EI—MS :157. 1[M] + 。 四、3_甲基_2-羧基甲酯_5-硫代妣咯烷(4) 将O. 127g化合物3(0.809mmo1)(步骤三制备的)，2ml四氢呋喃加入25ml烧瓶 中，在加入O. 180g拉韦森试剂(0.444mmol)，在室温下反应1.5h。反应结束后，减压蒸馏除 去溶剂四氢呋喃，然后经柱层析得到白色固体化合物3-甲基-2-羧基甲酯-5-硫代吡咯烷 0. 129g，产率为92%。 力NMR(400MHz， CDC13) :8. 51 (1H， br) ， 4. 1 (1H， d) ， 3. 78 (3H， s) ， 3. 12(1H， dd)， 2.71(1H， m)，2.56(lH， dd)，1.28(3H， d) ;13C NMR(CDC13) :206. 5 (C) ， 171. 0 (C) ， 69. 5 (CH)， 53. 4(CH2) ，51. 4(CH3) ，37. 4(CH) ， 19. 6(CH3) ， ESI-MS 173. 0511 [M] + 。
五、3_甲基_2-羧基甲酯-5_硫甲基-3，4- 二氢_2H_吡咯(5)
在气体保护下，将O. 125g化合物4(0. 723mmol)(步骤四制备的)，1.2ml丙酮加入 25ml烧瓶中，再加入O. 108g碘甲烷(0. 758mmol，47. 25ul)，于室温下反应12h。将反应中白 色中间体化合物滤出，将其溶于二氯甲烷中，滴入饱和碳酸氢钠溶液，分离有机层，经干燥、 减压蒸馏后得到化合物0. 115g，产率为85%。 丄H NMR(500MHz， CDC13) :4.18(1H， d) ， 3. 68 (3H， s)，2.88(lH， dd) ， 3. 78 (1H， m)，
2. 41 (3H， s) ， 2. 44 (IH， dd) ， 1. 12 (3H， d) ， 13C NMR (CDC13) : 177. 0 (C) ， 173. 6 (C) ， 80. 8 (CH)， 52. 7 (CH3) ， 47. 3 (CH) ， 38. 0 (CH2) ， 20. 1 (CH3) ， 14. 2 (CH3) ， ESI—MS 187. 0667 [M] +。 六、(2R)-6-(3-甲基_5_硫甲基_3， 4_ 二氢_2H_吡咯_2_酰胺基)_2_三氟乙酰 氨基-己酸甲酯(6) 在气体保护下，将0. 200g化合物5 (1. 07mmol)(步骤五制备的)，1. 5ml混合溶剂， 氢氧化锂(1.07mmo1)加入25ml烧瓶中，室温下搅拌反应3h。反应结束后除去其中的溶 剂，再于烧瓶中加入7. 5ml 二甲基甲酰胺，依次加入0. 274g化合物(R) -2-氨基-6-苯甲氧 酰胺基己酸甲酯(1.07mmol)，0. 216g三乙胺(2. llmmol，O. 32ml) ，0. 353g叠氮磷酸二苯酯 (1. 28mmol， 0. 28ml)，在室温下反应12h。萃取，干燥，减压蒸馏得到粗产物，经柱层析得到化 合物(2R) -6-(3-甲基-5硫甲基-3， 4- 二氢_2H_吡咯-2-酰胺基)-2-三氟乙酰氨基_己 酸甲酯50mg，产率为50%。
7
"匪R(500MHz， CD3OD) :7. 16(1H， br) ， 4. 51 (1H， q) ， 4. 18(1H， d) ， 4. 05(1H， br) 3. 78 (1H， m) ， 3. 74 (3H， s) ， 3. 68 (3H， s) ， 3. 12 (2H， m) ， 2. 88 (1H， dd) ， 2. 44 (1H， dd)， 1. 87-1. 75 (2H， m) ， 11. 46 (2H， m) ， 1. 33—1. 26 (2H， m) ， 1. 12 (3H， d) ， ESI-MS 412. 1457 [M+H] +。
七、(2R)_2-氨基-6-(3-甲基_5硫甲基_3，4_ 二氢_2H_吡咯_2_酰胺基)己酸 锂(7) 将50mg化合物6(0. 12mmol)(步骤六制备的)溶解在四氢呋喃、甲醇和水的 混合溶剂中，加入氢氧化锂，反应在室温下进行6h。反应粗产物经柱层析得到化合物 (2R) —2-氨基-6- (3-甲基-5硫甲基-3， 4- 二氢_2H_吡咯-2-酰胺基)己酸锂39mg，产 率为85%。 力NMR(500MHz， CD3OD) :4.51(1H， q)，4.18(lH， d)，4.05(lH， br) 3. 78 (1H， m)， 3. 68 (3H， s) ， 3. 12 (2H， m) ， 2. 88 (IH， dd) ， 2. 44 (IH， dd) ， 2. 21 (2H， br) ， 1. 87—1. 75 (2H， m)， 1. 46 (2H， m) ， 1. 33-1. 26 (2H， m) ， 1. 12 (3H， d) ， ESI-MS 308. 1632 [M+H] + 。
八、(2R)_2-氨基-6-(3-甲基_3，4_ 二氢_2H_吡咯_2_酰胺基)己酸锂(吡咯 赖氨酸锂盐)(8) 将0. 100g化合物7 (0. 326mmmo1)(步骤七制备的)，7ml丙酮加入25ml烧瓶中，再 加入lg雷尼镍，开始加热，回流lh。反应结束后，过滤，干燥，减压蒸馏得到粗产物，经柱层 析得到吡咯赖氨酸锂盐30mg，产率为45%。 4 NMR(500MHz， CD3OD) :7. 74(1H， s) 4. 51 (1H， q) ，4. 18(1H， d) ，4. 05(1H，
br) 3. 78 (1H， m) ， 3. 12 (2H， m) ， 2. 88 (IH， dd) ， 2. 44 (IH， dd) ， 2. 21 (2H， br) ， 1. 87—1. 75 (2H， m)，
1. 46(2H， m) ， 1. 33-1. 26 (2H， m) ， 1. 12(3H， d) ， ESI-MS 262. 2512 [M+H]+ 。 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人
员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为
本发明的保护范围内。
权利要求
一种第二十二种天然氨基酸-吡咯赖氨酸的化学全合成方法，其特征在于，具体步骤为(1)将甘氨酸甲酯盐酸盐、苯、2，2-二甲基丙醛和三乙胺在苯中回流反应，时间为1～3hr，反应温度为80～120℃；得到化合物(E)-2-(2，2-二甲基亚丙基氨基)乙酸甲酯；(2)将(E)-2-(2，2-二甲基亚丙基氨基)乙酸甲酯、四氢呋喃、溴化锂、巴豆酸乙酯以及1，8-二氮杂二环(5、4、0)-7-十一烯，搅拌进行迈克加成反应，反应时间为10～30min，反应温度为10～50℃；得到2-(2，2-二甲基亚丙基氨基)-3-甲基戊二酸甲乙酯；(3)将2-(2，2-二甲基亚丙基氨基)-3-甲基戊二酸甲乙酯、甲醇、水与乙酸混合酸解，反应温度为60～100℃；成环得到化合物3-甲基-2-羧基甲酯-5-氧代吡咯烷；(4)将3-甲基-2-羧基甲酯-5-氧代吡咯烷、四氢呋喃、拉韦森试剂混合搅拌硫化反应，反应温度为10～50℃；反应时间为1h～3h；得到化合物3-甲基-2-羧基甲酯-5-硫代吡咯烷；(5)将化合物3-甲基-2-羧基甲酯-5-硫代吡咯烷、丙酮、碘甲烷甲基化反应，反应时间为10～18h，反应温度为0～40℃；得到化合物3-甲基-2-羧基甲酯-5-硫甲基-3，4-二氢-2H-吡咯；(6)将化合物3-甲基-2-羧基甲酯-5-硫甲基-3，4-二氢-2H-吡咯、四氢呋喃、水和氢氧化锂搅拌水解后在叠氮磷酸二苯酯催化下与(R)-6-氨基-2-三氟乙酰氨基己酸甲酯进行缩合反应，反应时间为3～6h，反应温度为10～50℃；得到化合物(2R)-6-(3-甲基-5-硫甲基-3，4-二氢-2H-吡咯-2-酰胺基)-2-三氟乙酰氨基-己酸甲酯；(7)将化合物(2R)-6-(3-甲基-5硫甲基-3，4-二氢-2H-吡咯-2-酰胺基)-2-三氟乙酰氨基-己酸甲酯，四氢呋喃、水和甲醇，氢氧化锂中搅拌反应，反应时间为4～10h，反应温度为10～50℃；得到化合物(2R)-2-氨基-6-(3-甲基-5-硫甲基-3，4-二氢-2H-吡咯-2-酰胺基)己酸锂；(8)将化合物(2R)-2-氨基-6-(3-甲基-5-硫甲基-3，4-二氢-2H-吡咯-2-酰胺基)己酸锂、丙酮、雷尼镍，加热反应，反应温度为40～80℃，反应时间为0.5～3h；得到吡咯赖氨酸锂盐。
2. 如权利要求1所述的一种第二十二种天然氨基酸_吡咯赖氨酸的化学全合成方法， 其特征在于，在所述的步骤(1)中，所述的化合物2，2-二甲基丙醛，甘氨酸甲酯盐酸盐和三乙胺的摩尔比为i : i : i i. 3 : i : i。
3. 如权利要求i所述的一种第二十二种天然氨基酸-吡咯赖氨酸的化学全合成方法，其特征在于，在所述的步骤(2)中，所述的化合物(E)-2-(2，2-二甲基亚丙基氨基)乙酸甲 酯与1，8-二氮杂二环(5、4、0)-7-i^—烯的摩尔比为l : 1 1 : 1.2。
4. 如权利要求1所述的一种第二十二种天然氨基酸_吡咯赖氨酸的化学全合成方法，其特征在于，在所述的步骤(3)中，所述的甲醇与水的体积比为2 : 1 8 : i;所述水与(E)-2-(2，2-二甲基亚丙基氨基)乙酸甲酯质量比为6 : 1 2 : l;所述的乙酸的加入量 为(E)-2-(2，2-二甲基亚丙基氨基)乙酸甲酯质量的1% 5%。
5. 如权利要求1所述的一种第二十二种天然氨基酸_吡咯赖氨酸的化学全合成方法， 其特征在于，在所述的步骤(4)中，所述的拉韦森试剂与化合物3-甲基-2-羧基甲酯-5-氧代吡咯烷的摩尔比为i : o.5 i : 0.7。
6. 如权利要求1所述的一种第二十二种天然氨基酸_吡咯赖氨酸的化学全合成方法， 其特征在于，在所述的步骤(5)中，所述的碘甲烷与化合物3-甲基-2-羧基甲酯-5-硫代吡咯烷的摩尔比为i : i 1.5 : i。
7. 如权利要求1所述的一种第二十二种天然氨基酸_吡咯赖氨酸的化学全合成方法，其特征在于，在所述的步骤(6)中，所述的四氢呋喃和水的体积比为i : i 5 : i;所述 的叠氮磷酸二苯酯与化合物(R)-6-氨基-2-三氟乙酰氨基己酸甲酯的摩尔比为1 : l i. 5 : i。
8. 如权利要求1所述的一种第二十二种天然氨基酸-吡咯赖氨酸的化学全合成方 法，其特征在于，在所述的步骤(7)中，所述的混合溶剂中，四氢呋喃、甲醇和水的体积比为i:i: i 2 : 2 : i ;所述的氢氧化锂与(2R)-2-三氟乙酰氨基-6-(3-甲基-5-硫甲基-3，4-二氢-2H-吡咯-2-酰胺基)己酸甲酯的摩尔比为l : 1 1.5 : 1。
9. 如权利要求1所述的一种第二十二种天然氨基酸-吡咯赖氨酸的化学全合成方法， 其特征在于，在所述的步骤(8)中，所述的雷尼镍与(2R)-2-氨基-6-(3-甲基-5硫甲基-3， 4-二氢-2H-吡咯-2-酰胺基)己酸锂的质量比为IO : 1 30 : 1。
全文摘要
本发明涉及一种第二十二种天然氨基酸-吡咯赖氨酸的化学全合成方法；2，2-二甲基丙醛与甘氨酸甲酯盐酸盐反应形成(E)-2-(2，2-二甲基亚丙基氨基)乙酸甲酯，再在DBU的催化下与烯醛发生迈克尔加成，随后水解得到吡咯环。吡咯环硫化、甲基化后与赖氨酸的衍生物缩合，最后去硫甲基制得吡咯赖氨酸。本发明的优点廉价易得的化工原料，来源广泛，价格便宜；反应条件温和易控制；反应装置简单，操作成本低；采用各种保护基，使得各个中间体化合物更加稳定，不易变质；采用的每步反应都是成熟的，定量反应，收率较高。
文档编号C07D207/22GK101709047SQ20091005187
公开日2010年5月19日 申请日期2009年5月25日 优先权日2009年5月25日
发明者周宇峰, 孙琳, 岳伟民, 李鑫, 段梅莉, 罗晓燕, 高嘉斌 申请人:华东理工大学