含氮、氧、氧三取代六元环内脂化合物及制备方法和用途与流程

本发明属于酶催化杂环化合物合成技术领域，具体涉及含氮、氧、氧三取代六元环内脂化合物及制备方法和用途。

背景技术

杂环化合物是分子中含有杂环结构的有机化合物，构成环的原子除碳原子外，还至少含有一个杂原子。杂环化合物是数目最为庞大的一类有机化合物。最常见的杂原子是氮原子、硫原子、氧原子。杂环化合物的应用极为广泛，涉及人类日常生产及生活的方方面面，如染料、食物添加剂、炸药、农药及医药等等。尤其是在化学药研发领域，杂环类化合物占到了总数的一半以上，是名副其实的新药研发源泉。

杂环化合物的种类繁多，合成方法也是多种多样。随着杂环大小的增加及杂原子种类及数量的增加，其合成难度也呈指数倍的增长。以往报道过的杂环化合物合成普遍存在步骤长、收率低等缺点，反应过程中经常需要使用到强酸、强碱、高温高压等反应条件，不仅增加了生产安全隐患，而且对生态环境造成较大的伤害。杂环化合物合成工业中，多采用传统的重金属催化剂，对环境会有负面影响，重复利用度低，不利于大规模生产杂环化合物。更为重要的是，之前有相关文献报道过酶催化合成杂环化合物的研究，但其所用脂肪酶calb价格昂贵，每克售价高达300元人民币，无形中增加杂环化合物的生产成本，不适合今后的大规模生产。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有杂环化合物合成技术中存在的缺陷，如：制备成本高、污染大、能耗大等问题，本发明提供了一种含氮、氧、氧三取代六元环内脂化合物。

所述化合物的结构式为：

r1为丙基、异丙基、丁基、异丁基、己基、苯基、对氟苯基或间位吡啶基；r2为甲基。

本发明还提供了一种氮、氧、氧三取代六元环内脂化合物的制备方法，具体地，本发明按以下技术方案进行：

将化合物1与2-羟基乙酸甲酯溶于有机溶剂中，得到混合液1；向混合液1中顺次加入脂肪酶、碳酸氢钠、乙酸苯酯、分子筛，得到混合液2，在加热条件下进行反应，得到反应液；将反应液进行过滤浓缩，得到产物粗品，经纯化，即得到氮、氧、氧三取代六元环内脂化合物。

上述步骤中，化合物1的结构式为r1为丙基、异丙基、丁基、异丁基、己基、苯基、对氟苯基或间位吡啶基；r2为甲基；

所述有机溶剂为甲基叔丁基醚；

上述步骤中，化合物1、2-羟基乙酸甲酯与碳酸氢钠的摩尔比为0.005-0.1:0.025-0.5:0.04-0.3；碳酸氢钠与苯酸乙酯摩尔比为0.04-0.3：0.06-0.3；

上述步骤中，化合物1与脂肪酶的质量比为2.7-15.4：0.09～1.0；

上述步骤中，所述脂肪酶为猪胰腺脂肪酶、卡门培尔青霉脂肪酶、洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶、novozyme435或im-100；

上述步骤中，反应温度为-18-40℃，反应时间为24-48h。

本发明还提供了含氮、氧、氧三取代六元环内脂化合物的用途，所述化合物用于抗菌。与现有技术相比较，本发明的有益效果体现如下：

(1)本发明提供的合成含氮、氧、氧三取代六元环内脂化合物的方法，所利用的原料廉价易得，反应步骤简单，产率高，几乎无污染，反应无需高温加热，无刻薄危险反应条件，产品易提纯，适合于国内大规模生产。

(2)本发明合成含氮、氧、氧三取代六元环内脂化合物所用催化剂为绿色无毒的生物酶催化剂，相较传统杂环化合物合成中常用的金属催化剂，安全环保且易于回收，价格更加低廉且重复利用率高。整个制备方法步骤短，产率高，达72％。反应中所用脂肪酶催化剂除novozyme435外均来自国内企业，不受国外技术限制且成本低廉，所用脂肪酶每克价格均不超过10元人民币，适合于国内大量生产。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的含氮、氧三取代六元环内脂化合物的核磁共振氢谱；

图2为本发明实施例2制备的含氮、氧三取代六元环内脂化合物的核磁共振氢谱。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

本发明所采用的具体反应式如下：

化合物1的结构式为r1为丙基、异丙基、丁基、异丁基、己基、苯基、对氟苯基或间位吡啶基；r2为甲基。

实施例1：

向装有15.4克化合物1(0.1mol，r1＝对氟苯基，r2＝甲基)、28毫升2-羟基乙酸甲酯(0.37mol)、0.8克im-100、4.8克分子筛、200毫升甲基叔丁基醚的圆底烧瓶中缓慢依次加入25克碳酸氢钠(0.3mol)、38毫升乙酸苯酯(0.3mol)。混合溶液在恒温震荡仪中40℃条件下反应24小时。反应溶液经硅藻土过滤后旋转蒸发仪浓缩，硅胶柱层析纯化(石油醚：乙酸乙酯＝15:1)得到15.2克无色油状液体，即为含氮、氧三取代六元环内脂化合物1，结构式为产率72％。

图1为本发明实施例1制备的含氮、氧三取代六元环内脂化合物的核磁共振氢谱。由图1可以得出，实施例1制备的化合物的核磁共振氢谱具体为：¹hnmr(cdcl3)δ＝3.80(1h,d,j＝16.0hz),3.81(3h,s),3.91(1h,dd,j＝16.0,4.0hz),6.00(1h,s),7.07(2h,t,8.0hz),7.44-7.49(2h,dd,8.0,4.0hz)，说明含氮、氧三取代六元环内脂化合物1被成功制备。

实施例1制备的含氮、氧三取代六元环内脂化合物1的产率为72％，说明反应过程中，化合物1(r1＝对氟苯基，r2＝甲基)能够与脂肪酶im-100的酶结合位点进行较好的特异性结合，使得含氮、氧三取代六元环内脂化合物1的产率较高；另外，国产脂肪酶im-100的成本低，每克价格不超过10元人民币，并且催化活性高，降低了生产含氮、氧三取代六元环内脂化合物的成本，提高了产物的产率。

实施例2：

向装有10.2克化合物1(0.1mol，r1＝丙基，r2＝甲基)、28毫升2-羟基乙酸甲酯(0.37mol)、1.0克novozyme435、6.0克分子筛、200毫升甲基叔丁基醚的圆底烧瓶中缓慢依次加入25克碳酸氢钠(0.3mol)、38毫升乙酸苯酯(0.3mol)。混合溶液在恒温震荡仪中20℃条件下反应24小时。反应溶液经硅藻土过滤后旋转蒸发仪浓缩，硅胶柱层析纯化((石油醚：乙酸乙酯＝15:1)得到11.1克无色油状液体，即为含氮、氧三取代六元环内脂化合物2，结构式为产率70％。

图2为本发明实施例2制备的含氮、氧三取代六元环内脂化合物的核磁共振氢谱。由图2可以得出，¹hnmr(cdcl3)δ＝0.97(3h,t,j＝7.27hz),1.36-1.45(1h,m),1.46-1.55(1h,m),1.65-1.74(1h,m),1.78-1.88(1h,m),3.30(1h,d,j＝13.3hz),3.58(1h,d,j＝13.3hz),4.21(1h,dd,j＝3.3,9.9hz)，说明含氮、氧三取代六元环内脂化合物2被成功制备。

实施例2制备的含氮、氧三取代六元环内脂化合物2的产率为70％，说明反应过程中，化合物1(r1＝丙基，r2＝甲基)能够与脂肪酶novozyme435的酶结合位点进行特异性结合，使得含氮、氧三取代六元环内脂化合物2的产率高；但是与实施例1采用的国产脂肪酶im-100相比，脂肪酶novozyme435的成本相对偏高。

实施例3：

向装有5.1克化合物1(50mmol，r1＝异丙基，r2＝甲基)、3.8毫升2-羟基乙酸甲酯(50mmol)、0.4克im-100、3.0克分子筛、150毫升甲基叔丁基醚的圆底烧瓶中缓慢依次加入12.5克碳酸氢钠(150mmol)、38毫升乙酸苯酯(150mmol)。混合溶液在恒温震荡仪中20℃条件下反应24小时。反应溶液经硅藻土过滤后旋转蒸发仪浓缩，硅胶柱层析纯化(石油醚：乙酸乙酯＝15:1)得到3.3克无色油状液体，即为含氮、氧三取代六元环内脂化合物3，结构式为产率42％。

实施例3制备的含氮、氧三取代六元环内脂化合物3的产率为42％，说明反应过程中，化合物1(r1＝异丙基，r2＝甲基)能够与脂肪酶im-100的酶结合位点进行特异性结合。与实例2相比，脂肪酶im-100对r1为直链丙基的化合物1底物选择性更高。

实施例4：

向装有13.6克化合物1(0.1mol，r1＝苯基，r2＝甲基)、38毫升2-羟基乙酸甲酯(0.5mol)、0.8克im-100、4.8克分子筛、250毫升甲基叔丁基醚的圆底烧瓶中缓慢依次加入8.3克碳酸氢钠(0.1mol)、38毫升乙酸苯酯(0.3mol)。混合溶液在恒温震荡仪中40℃条件下反应24小时。反应溶液经硅藻土过滤后旋转蒸发仪浓缩，硅胶柱层析纯化(石油醚：乙酸乙酯＝15:1)得到9.7克无色油状液体，即为含氮、氧三取代六元环内脂化合物4，结构式为产率50％。

本实施例4中化合物1底物与实施例1类似而产率相对较低，说明亲核试剂2-羟基乙酸甲酯过量时，会降低含氮、氧三取代六元环内脂化合物的产率。

实施例5：

向装有2.7克化合物1(20mmol，r1＝间位吡啶基，r2＝甲基)、3.0毫升2-羟基乙酸甲酯(40mmol)、90毫克猪胰腺脂肪酶、3克分子筛、100毫升甲基叔丁基醚的圆底烧瓶中缓慢依次加入336毫克碳酸氢钠(4mmol)、7.6毫升乙酸苯酯(60mmol)。混合溶液在恒温震荡仪中40℃条件下反应36小时。反应溶液经硅藻土过滤后旋转蒸发仪浓缩，硅胶柱层析纯化(石油醚：乙酸乙酯＝15:1)得到776毫克无色油状液体，即为含氮、氧三取代六元环内脂化合物5，结构式为产率20％。

实施例5制备的含氮、氧三取代六元环内脂化合物5的产率为20％，说明反应过程中，脂肪酶猪胰腺脂肪酶对r1为间位吡啶基的化合物1底物选择性较低，间位吡啶基的基团较大，使得r1为间位吡啶基的化合物1与脂肪酶im-100的酶结合位点进行特异性结合比较困难。有文献报道过带间位吡啶基团的底物对酶有一定抑制作用，此实例中较低的产率进一步验证了此类假设。

实施例6：

向装有8.7克化合物1(50mmol，r1＝丁基，r2＝甲基)、19毫升2-羟基乙酸甲酯(250mmol)、260毫克洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶、2克分子筛、200毫升甲基叔丁基醚的圆底烧瓶中缓慢依次加入2.1克碳酸氢钠(25mmol)、19毫升乙酸苯酯(150mmol)。混合溶液在恒温震荡仪中20℃条件下反应24小时。反应溶液经硅藻土过滤后旋转蒸发仪浓缩，硅胶柱层析纯化(石油醚：乙酸乙酯＝15:1)得到5.2克无色油状液体，即为含氮、氧三取代六元环内脂化合物6，结构式为产率60％。

实施例6制备的含氮、氧三取代六元环内脂化合物6的产率为60％，说明洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶的选择催化活性相较im-100稍低。

实施例7：

向装有8.7克化合物1(50mmol，r1＝异丁基，r2＝甲基)、14毫升2-羟基乙酸甲酯(0.19mol)、522毫克卡门培尔青霉脂肪酶、3克分子筛、150毫升甲基叔丁基醚的圆底烧瓶中缓慢依次加入12.6克碳酸氢钠(150mmol)、19毫升乙酸苯酯(150mmol)。混合溶液在恒温震荡仪中-18℃条件下反应24小时。反应溶液经硅藻土过滤后旋转蒸发仪浓缩，硅胶柱层析纯化(石油醚：乙酸乙酯＝15:1)得到3.2克无色油状液体，即为含氮、氧三取代六元环内脂化合物7，结构式为产率37％。

实施例7制备的含氮、氧三取代六元环内脂化合物7的产率为37％，说明卡门培尔青霉脂肪酶的选择催化活性相较im-100明显降低。

实施例8：

向装有14.4克化合物1(0.1mol，r1＝己基，r2＝甲基)、28毫升2-羟基乙酸甲酯(0.37mol)、0.8克洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶、4.8克分子筛、200毫升甲基叔丁基醚的圆底烧瓶中缓慢依次加入25克碳酸氢钠(0.3mol)、38毫升乙酸苯酯(0.3mol)。混合溶液在恒温震荡仪中20℃条件下反应48小时。反应溶液经硅藻土过滤后旋转蒸发仪浓缩，硅胶柱层析纯化(石油醚：乙酸乙酯＝15:1)得到11.1克无色油状液体，即为含氮、氧三取代六元环内脂化合物8，结构式为产率55％。

实施例8制备的含氮、氧三取代六元环内脂化合物8的产率为55％。与实施例6结果对照可明显得出以下结论：随着r1取代基团长度的增加，含氮、氧三取代六元环内脂化合物产率明显随之下降。

本发明中采用的有机溶剂为甲基叔丁基醚，本发明是在大量的有机溶剂中最终筛选的结果，选用其他的有机溶剂时，制备的含氮、氧三取代六元环内脂化合物产率较低，生成的副产物较多，不利于分离纯化；而使用甲基叔丁基醚，制备得到的含氮、氧三取代六元环内脂化合物时，生产的副产物极少，有利于后续进行分离纯化。

抗菌实验测试：

本发明采用96孔板法对实施例1-2制备的含氮、氧三取代六元环内脂化合物1(结构式为)、含氮、氧三取代六元环内脂化合物2(结构式为)进行最低抑制浓度试验，实验结果如表1：

表1实施例1-2制备的含氮、氧三取代六元环内脂化合物对12种细菌的最低抑制浓度

由表1可以看出，两种含氮、氧三取代六元环内脂化合物对12种细菌呈现出了较低的最低抑制浓度；与克拉霉素相比，除了金黄色葡萄球菌5676、肺炎链球菌1210、肺炎链球菌2860、嗜血杆菌流感2412、嗜血杆菌流感5096之外，含氮、氧三取代六元环内脂化合物1、含氮、氧三取代六元环内脂化合物2对其他细菌的抑菌效果均优于克拉霉素。本发明制备的含氮、氧三取代六元环内脂化合物1、含氮、氧三取代六元环内脂化合物2对上述细菌均呈现出了良好的抑菌效果。

因此，本发明制备的含氮、氧、氧三取代六元环内脂化合物能够用于抗菌领域，包括金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌、嗜血杆菌流感等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。