本发明属于化学合成技术领域,具体涉及一系列含有n-甲基吡咯和n-甲基咪唑的寡聚酰胺dna小沟配体化合物及其工业合成方法。
背景技术:
dna是生命过程中一类十分重要的遗传物质,它兼有储存和传递信息的双重功能。人体内众多的遗传机理都是基于对核酸的特异性识别、结合与切割。如何采取有效的手段对dna碱基序列进行识别和切割是生命科学的一个重要课题。在自然界中存在许多蛋白质,它们能与特定的dna特定的碱基序列结合形成复合体。但蛋白质与dna识别的规则十分复杂,设计对dna具有序列选择性识别的蛋白质还存在着诸多困难。因此实现人工合成的小分子与dna特定碱基序列的识别是化学、生物学和药学领域关注的焦点之一。新一代的基因选择药物是基于分子水平针对特定基因序列的识别、切割和修复的生物活性分子,这种介入活细胞基因表达的新疗法是治疗由于基因变异引起的疾病的有效疗法。许多科学家致力于设计、合成对dna(rna)具有序列选择性识别的小分子。
dna探针是dna或rna的特异性片段为模板,可用来快速检测特定基因片段,人类dna端粒含有大量重复5′-ttaggg-3′序列,因此设计和合成针对特定dna基因片段荧光标记的探针,可视化测量dna基因片段。例如:酒精代谢能力遗传易感基因检测也能设计相应探针。
寡聚酰胺dna小沟配体化合物是合成dna探针的关键中间体。
但是目前合成含有n-甲基吡咯和n-甲基咪唑的寡聚酰胺配体反应规模小,收率偏低,反应时间长,如文献heterocycles,27(8),1988,1945-1952;organicletters,3(8),2001,1201-1203;报道的合成方法收率低,后处理复杂,制备量小。
技术实现要素:
为了克服现有技术的上述缺陷,本发明首次提供了一系列含有n-甲基吡咯和n-甲基咪唑的寡聚酰胺dna小沟配体化合物的工业化合成方法,本发明合成方法以五元杂环化合物及其衍生物为原料,经酰化、硝化、氢化、缩合、水解等一系列反应合成所述含有n-甲基吡咯和n-甲基咪唑的寡聚酰胺dna小沟配体化合物,此合成方法同样适用于多聚酰胺的合成。本发明同时在后处理操作方面进行了优化,具有反应时间短,产率高,适合工业化生产等优点。本发明所述的含有n-甲基吡咯和n-甲基咪唑的寡聚酰胺dna小沟配体化合物如式i、式ii所示,其合成路线如下路线(a)、(b)所示,
其中r1,r4=cr′,n,s;其中,r′=h,me,et,ipr,n-bu,t-bu等;
r3=me,et,ipr,环丙基,n-bu,t-bu等;
优选地,r1,r4=cr′,n;其中,r′=h,me;
r3=me,et,t-bu。
路线(a);
其中r1=cr′,n,s;其中,r′=h,me,et,ipr,n-bu,t-bu;
r2=ch,n;r3=me,et,ipr,环丙基,t-bu;
优选地,r1=cr′,n;其中,r′=h,me;
r2=ch,n;r3=me,et,t-bu;
路线(b)。
本发明所述的含有n-甲基吡咯和n-甲基咪唑的寡聚酰胺dna小沟配体化合物的合成方法,具体步骤如下:
1)在有机溶剂中,式a化合物与三氯乙酰氯反应,经后处理得到式b化合物;
2)在溶剂中,式b化合物与硝化试剂反应,经后处理得到式c化合物;
3)向有机溶剂中加入式c化合物、碱,加热回流,得到式d化合物;
4)在有机溶剂中,式d化合物经还原反应,得到式e化合物;
5)在溶剂中,式e化合物、碱在缩合剂的作用下经缩合反应,得到式f化合物;
6)在有机溶剂中,式f化合物在酸性条件下发生水解反应,得到式g化合物;
7)在有机溶剂中,式g化合物与式e化合物在缩合剂的作用下反应,得到式h化合物;
8)在有机溶剂中,式h化合物在酸性条件下发生水解反应,得到式i化合物;
a)在有机溶剂中,n-甲基咪唑-2-甲酸与缩合剂、式i化合物发生反应,得到式j化合物;
b)在有机溶剂中,式j化合物在酸性条件下发生水解反应,得到式ii化合物。
步骤1)中,所述有机溶剂为本领域常用的有机溶剂,优选为dcm。
步骤1)中,所述后处理采用快速层析法,其中,所述快速层析法的操作包括:有机相直接过快速短柱,用8v/m的乙酸乙酯洗脱即可。该操作方法比采用萃取、干燥等后处理操作简单,不引入废水。快速过柱处理为本发明方法的关键操作,因为此反应中不可避免的会产生少量黑色焦油杂质,该杂质对产物的稳定性影响很大,很容易使产物分解,本发明采用快速过柱处理可以很好的除去此杂质,便于产物的存储或进一步参与后续反应。
步骤2)中,所述溶剂为本领域常用的溶剂,包括二氯甲烷、乙酸酐、1,2-二氯乙烷、硫酸、四氯化碳等中的一种或多种;优选地,为乙酸酐,硫酸。
步骤2)中,所述硝化试剂为硝酸钾、硝酸或硫酸。
步骤2)中,所述后处理包括加入溶剂,析出固体,得到产物。其中,所述溶剂为乙醚,水,正己烷,叔丁醇,异丙醇,乙醇,甲醇等中的一种或多种;优选地,为乙醚、叔丁醇、异丙醇,甲醇。该操作方法比加入冰水中淬灭后处理操作方便,避免使用碳酸钠、碳酸氢钠等碱中和过量酸,且不引入废水,环保经济。本发明中方法优势明显,溶剂用量小,且环境友好,并适用于工艺放大。
如j.am.chem.soc.,118(26),1996,6141-6146记载的制备产物c2的后处理方式为:反应结束后,采用冰水浴降温,再加入10l冰,再用20ldcm萃取,用无水硫酸钠干燥,脱溶后得到粗品。继续用22l21:1的四氯化碳:乙醇结晶,得到产物c2,103g,收率22%。此方法收率太低,溶剂用量大,后处理繁杂不经济,不适合工艺放大。
org.lett.,3,(8),2001,1201-1203记载的制备产物c2的后处理方法为:反应液直接倒入托盘中自然析晶两天,过滤再用水洗涤后干燥,得到c2472g,收率56%。此方法后处理将反应液直接暴露在空气中,过量的硝酸将直接挥发,对周围环境,设备造成极大危害。并且破坏性实验表明c2在室温环境中并不十分稳定,由于下一步反应对水含量敏感,此处后处理用水洗涤并不合适。
步骤3)中,所述碱选自碱金属、低级醇、dmap等中的一种或多种;优选地,为碱金属。
步骤3)中,所述式c化合物、碱的摩尔比适量,可根据实际需要进行调整。
步骤4)中,所述有机溶剂选自二氧六环、dma、甲醇、乙醇、三氟乙醇等中的一种或多种;优选地,为二氧六环。
步骤4)中,氢气为还原剂。
步骤4)中,所述催化剂为本领域的常用的催化剂,包括但不限于pd/c。
步骤4)中,所述还原反应的温度为20-100℃;优选地,为80-100℃。
步骤4)中,所述还原反应的时间为4-6h;优选地,为6h。
步骤4)中,所述式d化合物、还原剂的质量比可根据实际需要进行调整,如20:1。
步骤5)中,所述溶剂选自1,4-二氧六环、水、dmf等中的一种或多种;优选地,为1,4-二氧六环。
步骤5)中,所述碱为碳酸氢钠。
步骤5)中,所述缩合剂为fmoc-cl和/或fmoc-osu;优选地,为fmoc-cl。
步骤5)中,所述化合物e、缩合剂的摩尔比适量,可根据实际需要进行调整。
步骤5)中,所述缩合反应的温度为室温。
步骤5)中,所述缩合反应的时间为过夜。
步骤6)中,所述有机溶剂为本领域常用的有机溶剂,包括但不限于是dcm。
步骤6)中,所述水解反应的温度为0-5℃。
步骤6)中,所述水解反应的时间为0.5-1h。
步骤6)中,所述酸包括但不限于是强酸。其中,酸作为反应试剂使用。
步骤7)中,所述有机溶剂为本领域常用的有机溶剂,包括但不限于是乙腈、dmf。
步骤7)中,所述缩合剂选自pybop、hatu、hbtu、edc/hbot等中的一种或多种。
步骤7)中,所述化合物g、缩合剂的摩尔比为适量,可根据实际需要进行调整。
步骤7)中,所述反应的温度可根据实际条件进行调整,如室温。
步骤7)中,所述反应的时间可根据实际条件进行调整,如12h。
步骤8)中,所述有机溶剂为本领域常用的有机溶剂,包括但不限于是dcm。
步骤8)中,所述水解反应的温度为0-5℃。
步骤8)中,所述水解反应的时间为0.5-1h。
步骤8)中,所述酸包括硫酸、盐酸且不仅限于是强酸。其中,酸作为反应试剂使用。
步骤a)中,所述有机溶剂为本领域常用的有机溶剂,包括但不限于是dmf。
步骤a)中,所述缩合剂选自pybop、hatu、hbtu、edc/hbot等中的一种或多种。
步骤a)中,所述化合物i、缩合剂的摩尔比适量,可根据实际需要进行调整。
步骤a)中,所述反应的温度可根据实际情况进行调整,如室温。
步骤a)中,所述反应的时间可根据实际情况进行调整,如12h。
步骤b)中,所述有机溶剂为本领域常用的有机溶剂,包括但不限于是dcm。
步骤b)中,所述水解反应的温度和时间可根据实际情况进行调整。
在一具体实施方式中,所述含有式(i)、式(ii)所示的n-甲基吡咯和n-甲基咪唑的寡聚酰胺dna小沟配体化合物的合成路线如下路线所示,
其中,r1,r4=cr′,n,s;其中,r′=h,me,et,ipr,n-bu,t-bu等;
r3=me,et,ipr,环丙基,n-bu,t-bu等;
优选地,r1,r4=cr′,n;其中,r′=h,me;
r3=me,et,t-bu。
路线(a1)
其中,r1=cr′,n,s;其中,r′=h,me,et,ipr,n-bu,t-bu等;
r2=ch,n;r3=me,et,ipr,环丙基,t-bu等;
优选地,r1=cr′,n;其中,r′=h,me;
r2=ch,n;r3=me,et,t-bu;
路线(b1)。
本发明还提出了一系列含有n-甲基吡咯和n-甲基咪唑的寡聚酰胺dna小沟配体化合物,其结构如式i、式ii所示,
本发明还提出了所述式i、式ii所示的含有n-甲基吡咯和n-甲基咪唑的寡聚酰胺dna小沟配体化合物在dna探针中的应用。
本发明的有益效果在于,本发明反应时间短,操作简单,废水量少,收率高,适用于工业化规模生产。
说明书中用到简称对应全称对应表
具体实施方式
结合以下具体实施例,对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等,除以下专门提及的内容之外,均为本领域的普遍知识和公知常识,本发明没有特别限制内容。
实施例1
化合物b1的合成:
向连接尾气吸收装置的100l反应釜中,加入三氯乙酰氯(4.42kg,24.4mol)和dcm(30l),氮气保护下降温至-5℃左右,缓慢滴加(a1)n-甲基吡咯(2.00kg,23.8mol溶于10ldcm中)溶液,耗时9~10h,控制滴加温度0℃以下。滴毕,室温搅拌过夜。
反应液柱层析,用ea洗脱。洗脱液浓缩出大部分溶剂,-10~-20℃析晶得到固体,将所得固体溶于8lea,柱层析,得到淡黄色溶液,浓缩得到5.00kg白色固体b1,产率:89.4%。1h-nmr(400mhz,chloroform-d)δppm3.97(s,3h)6.18-6.25(m,1h)6.92-7.00(m,1h)7.46-7.53(m,1h)。
实施例2
化合物b2的合成
向50l反应釜中加入三氯乙酰氯(1.44kg,7.9mol),二氯甲烷(10l)。控温10℃以下缓慢滴加(a1)n-甲基咪唑的二氯甲烷溶液(10l),滴加过程中产生大量白色固体。滴毕,室温后搅拌过夜,再降温至-5℃缓慢滴加tea(1.78kg,17.5mol),滴毕,-5℃搅拌2h后自然升温至室温。
降温至0℃,缓慢滴入水至溶液澄清。分层,有机相水洗,饱和食盐水洗,无水硫酸钠干燥。铺5cm的200~300目硅胶抽滤,浓缩后得到粗品,粗品加入乙醚中打浆,得3.47kg产品b2,产率87.2%。快速过柱处理为该实施方案中关键步骤,因为此反应中不可避免的会产生少量黑色焦油杂质,此杂质对产物稳定性影响很大,很容易使产物分解,快速过柱可以很好的除去此杂质,便于产物的存储或进一步参与后续反应。
1h-nmr(400mhz,chloroform-d)δppm4.07(s,3h),7.17(s,1h),7.35(s,1h)。
实施例3
化合物c1的合成
向50l反应釜中,加入b1(2.00kg,8.85mol)、乙酸酐(10l),氮气保护下降温至-40℃以下。滴加浓硝酸(1.5l),控制温度低于5℃反应0.5h后,自然升温至室温,hplc检测,原料反应完全后,降温至-20~-30℃。加入10l乙醚,析出固体。抽滤,得到固体用乙醚打浆,得1.72kg白色固体c1,产率:71.6%,纯度99.7%。
1h-nmr(400mhz,chloroform-d)δppm4.05(s,3h),7.75(s,1h),7.94(d,j=1.75hz,1h)。
实施例4
化合物c2的合成
向50l反应釜中,加入乙酸酐(18l),b2(2.0kg),降温至0℃,将浓硫酸(1l)滴加入到反应釜中,控制温度20℃将浓硝酸(1.760l)缓慢滴加到反应釜中。反应至监测无原料剩余。加入乙醚打浆,过滤,得到1.54kg白色固体c2,产率:64.3%。与已报道文献相比,本发明中方法优势明显,溶剂用量小,且环境友好,并适用于工艺放大。
1h-nmr(400mhz,chloroform-d)δppm4.17(s,3h),7.96(s,1h)。
实施例5
化合物d1的合成
向50l反应釜中加入c1(1.5kg,5.5mol)和叔丁醇(12l)中,氮气保护下搅拌溶解澄清,分批次加入碱金属t-buona(663g,12.3mol),搅拌20min。加热回流2h。
原料反应完全后,降温至室温,倒入到15l冰水中。加入12l乙酸乙酯萃分层,水相用6l乙酸乙酯萃取。合并有机相,6l饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥、浓缩。浓缩物用6l正己烷和0.15l乙酸乙酯打浆,得到0.9kg白色固体d1,产率:72.1%。
1h-nmr(400mhz,chloroform-d)δppm1.56(s,9h),3.96(s,3h),7.33(d,j=2.19hz,1h),7.55(d,j=1.75hz,1h)。
实施例6
化合物d2的合成
室温搅拌下,将c2(1.5kg,5.5mol)加入到叔丁醇钠(529g,5.5mol)和叔丁醇(15l)溶液中,升温至回流反应4h。
将反应液倒入到6l饱和nahco3水溶液与3kg冰的混合液中。析出大量黄色固体,抽滤,滤饼用水打浆,得到940g淡黄色固体d2,产率:75.2%。
1h-nmr(400mhz,dmso-d6)δppm1.52(s,9h),3.93(s,3h),8.55(s,1h)。
实施例7
化合物e1的合成
在2l氢化釜中加入d1(100g),pd/c(5g)和甲醇(0.6l)。氢气置换三次,通氢气反应4~6h,控制温度在约85℃,hplc检测原料反应完全后,降至室温,过滤,浓缩出溶剂,备用。
1h-nmr(400mhz,chloroform-d)δppm1.52(s,9h),3.78(s,3h),6.27-6.32(m,1h),6.37-6.43(m,1h)。
实施例8
化合物e2的合成
向20l氢化釜中加入甲醇(7l),d2(900g,3.96mol),pd/c(45g)。氢气置换三次,通氢气约85℃反应6h。反应完毕,降至室温,铺硅藻土过滤,滤液浓缩得到798g浅黄色固体e2,产率:98.3%。
1h-nmr(400mhz,dmso-d6)δppm1.49(s,9h),3.76(s,3h),4.39-4.66(m,2h),6.40(s,1h)。
实施例9
化合物f1的合成
将e1加入到1,4-二氧六环(1.3l)和5%碳酸氢钠(1.3l)混合液中。降温至0~5℃,滴加fmoc-cl(120.8g,465mmol)的二氧六环(1.3l)溶液。室温反应过夜。
向反应瓶中加入dcm(1.3l)和h2o(0.9l),分层,水相用dcm萃取,合并有机相,干燥,浓缩得油状液体,油状液体用乙醚打浆,过滤,得到168.1g白色固体f1,两步产率:91.5%。
1h-nmr(400mhz,chloroform-d)δppm1.54(s,9h),3.85(br.s.,3h),4.27(s,1h),4.49(d,j=6.58hz,2h),7.27-7.37(m,3h),7.41(s,2h),7.58-7.65(m,2h),7.78(d,j=7.45hz,2h)。
实施例10
化合物f2的合成
将e2(750g,3.8mol)、1,4-二氧六环(7l)、饱和碳酸氢钠溶液(11l)加入到反应瓶中,降温至10℃,fmoc-cl(1032g,3.99mol)溶于二氧六环(7l)中后缓慢滴入到反应瓶中。滴加完毕,缓慢升温至室温反应过夜。加入dcm(10l)搅拌2h后,静置4h,分层,有机相脱溶,备用。
实施例11
化合物g1的合成
将f1(165.0g,393mmol)加入到dcm(1.8l)中,氮气保护下降温至-5~0℃。0~5℃反应0.5~1h。加入水(1.5l),搅拌2~3h,过滤,烘干,得到137.2g白色固体g1,产率:96.1%。
1h-nmr(400mhz,dmso-d6)δppm3.82(s,3h),4.27-4.37(m,1h),4.49(d,j=6.60hz,2h),6.66(s,1h),7.09(s,1h),7.40(d,j=7.34hz,h),7.43-7.50(m,2h),7.76(d,j=7.34hz,2h),7.95(d,j=7.58hz,2h),9.47(s,1h)。
实施例12
化合物g2的合成
将备用的f2溶于dcm(15l),氮气保护下降温至-5~0℃。缓慢滴入50%硫酸(1.5kg),控温30℃以下,滴毕搅拌过夜。待原料反应完全,抽滤,滤饼依次用水、甲醇打浆,干燥,得到1.286kg白色固体g2,两步产率:93.1%。
1h-nmr(400mhz,dmso-d6)δppm3.89(br.s.,3h),4.29(d,j=5.87hz,1h),4.31-4.44(m,2h),7.30-7.37(m,3h),7.39-7.46(m,2h),7.76(d,j=6.85hz,2h),7.90(d,j=7.34hz,2h),10.14-10.43(m,1h)。
实施例13
化合物h1的合成
向50l反应釜中加入乙腈(10l),g1(944g,2.6mol),diea(511.2700g,5.4mol),将e1的乙腈溶液(511g,2.6mol溶于6l乙腈中)加入到反应釜中。反应过夜。
再加入10l乙酸乙酸和7l水,分层。水相用乙酸乙酯萃取,合并有机相,干燥,浓缩得油状液体。柱层析得到1280g白色固体h1,产率:90.9%。
1h-nmr(400mhz,dmso-d6)δppm1.47(s,9h),3.72-3.77(m,3h),3.77(br.s.,3h),4.21-4.30(m,1h),4.41(d,j=6.60hz,2h),6.79(s,2h),6.88(s,1h),7.33(d,j=8.07hz,3h),7.39(s,2h),7.65-7.75(m,2h),7.88(d,j=7.34hz,2h),9.45(s,1h),9.75-9.84(m,1h)。
实施例14
化合物h2的合成
将g2(1000g,2.75mol),dmf(10l),diea(747g,5.8mol)缓慢加入反应釜中,待反应体系溶解澄清后,将e2(543g,2.75mol)的dmf(6l)溶液缓慢滴入反应釜中,控温20℃以下,滴毕,室温反应12h。加入dcm(60l)和水(60l),分层,有机相脱溶后柱层析,得到粗品h2,备用。
1h-nmr(400mhz,dmso-d6)δppm1.52(s,9h),2.66(s,3h),2.71(s,3h),4.25-4.29(m,1h),4.30-4.40(m,2h),7.31(br.s.,1h),7.32(s,2h),7.40(d,j=7.02hz,2h),7.53(d,j=7.45hz,1h),7.59(s,1h),7.75(d,j=6.14hz,2h),7.89(d,j=7.45hz,2h),7.94(d,j=8.77hz,1h),9.46-9.78(m,1h)。
实施例15
化合物i1的合成
将h1(1250g,2.31mol)加入到dcm(12.5l)中,氮气保护下降温至-5~0℃。滴加50%硫酸(1.2l),0~5℃反应0.5~1h。加入水(12.5l),搅拌2~3h,过滤,烘干,得到1085g白色固体i1,产率:96.9%。
1h-nmr(400mhz,dmso-d6)δppm3.81(s,6h),4.21-4.35(m,1h),4.44(d,j=6.60hz,2h),6.84(d,j=5.38hz,2h),6.92(s,1h),7.30-7.38(m,2h),7.39-7.49(m,3h),7.73(d,j=7.09hz,2h),7.91(d,j=7.34hz,2h),9.49(s,1h),9.86(s,1h),12.14(br.s.,1h)。
实施例16
化合物i2的合成
向粗品h2的dcm(12l)溶液中,氮气保护下降温至-5~0℃。缓慢滴入浓hcl(2l),控温30℃以下,搅拌过夜。抽滤,得到1110g产品i2,与粗品h2两步合并产率:83.1%。1h-nmr(400mhz,dmso-d6)δppm3.93(s,6h),4.29(d,j=5.70hz,1h),4.38(br.s.,2h),7.29-7.31(m,1h),7.32-7.36(m,2h),7.38-7.40(m,1h),7.40-7.45(m,2h),7.63-7.67(m,1h),7.71-7.78(m,2h),7.86-7.92(m,2h),9.62-9.74(m,1h),10.11-10.26(m,1h)。
实施例17
化合物ii1的合成
将n-甲基吡咯-2-甲酸(500g,4.0mol),dmf(15l)加入反应釜中,缓慢加入diea(1086g,8.4mol),搅拌下反应体系溶解澄清。将i1(788g,4.0mol)的dmf(9l)溶液缓慢滴入反应釜中,控温20℃以下,滴毕,室温反应12h。加入dcm(90l)和水(90l),分层,有机相脱溶后,得j1粗品,备用。
1h-nmr(400mhz,dmso-d6)δppm1.51(s,9h),3.86(s,3h),3.88(s,3h),5.97-6.04(m,1h),6.91-6.98(m,1h),7.13-7.20(m,1h),7.59(s,1h),10.54(s,1h)。
向j1粗品的dcm(18l)溶液中,50%硫酸(3l),控温30℃以下,搅拌过夜。抽滤,得到809g产品ii1,两步产率:81.6%。
1h-nmr(400mhz,dmso-d6)δppm3.84-3.88(m,3h),3.91(s,3h),6.00-6.05(m,1h),6.96(d,j=1.75hz,1h),7.14(dd,j=3.95,1.75hz,1h),7.61(s,1h),10.52-10.56(m,1h)。
实施例18
化合物ii2的合成
将n-甲基咪唑-2-甲酸(600g,4.8mol),dmf(18l)加入反应釜中,缓慢加入diea(1303g,10.1mol),搅拌下反应体系溶解澄清。将i2(946g,4.8mol)的dmf(10l)溶液缓慢滴入反应釜,控温20℃以下,滴毕,室温反应12h。加入dcm(100l)和水(100l),分层,有机相脱溶后柱层析,得到j2粗品。
1h-nmr(400mhz,dmso-d6)δppm1.54(s,9h),3.91(s,3h),3.98(s,3h),7.06(s,1h),7.42(s,1h),7.62(s,1h),10.02-10.08(m,1h)。
向j2粗品的dcm(20l)溶液中,缓慢滴入浓hcl(3.6l),控温30℃以下,搅拌过夜。抽滤,得到1016g产品ii2,两步产率:85.4%。
1h-nmr(400mhz,dmso-d6)δppmδ3.90(s,3h),3.95(s,3h),7.03(s,1h),7.40(s,1h),7.58-7.63(m,1h),9.69-10.17(m,1h)。
本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下,本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中,并且以所附的权利要求书为保护范围。