一种化合物BCN的制备方法

一种化合物bcn的制备方法
技术领域
1.本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种化合物bcn的制备方法。


背景技术：

2.bcn（双环[6.1.0]壬-4-炔-9-基甲醇）存在两种构型，如下述结构所示，两种构型的bcn均可用于点击反应，与叠氮基团的反应速率相当。
[0003] 关于bcn的合成，现有技术（angew. chem. int. ed. 2010, 49, 9422-9425）采用如下方法：上述方法所采用的催化剂rh(oac)2较为昂贵，市价约1,039.07$/1g（us），sigma。而且，在该方法合成条件下，异构体3exo（exo-双环[6.1.0]壬-4-烯-9-羧酸乙酯）和3endo（endo-双环[6.1.0]壬-4-烯-9-羧酸乙酯）两个异构体的生成比例为2:1，即两个异构体在生成率上相差不大，从而在纯化分离方面存在一定难度。


技术实现要素：

[0004]
在本发明中，exo-双环[6.1.0]壬-4-烯-9-羧酸乙酯简称为“异构体3exo”，endo-双环[6.1.0]壬-4-烯-9-羧酸乙酯简称为“异构体3endo”。
[0005]
本发明经过试验研究发现，在现有的以1,5环辛二烯和叠氮乙酸乙酯为原始底物的bcn合成反应中，将rh(oac)2替代为乙酰丙酮铜（cu(acac)2）后，不仅能够催化反应的顺利进行，而且，还能够显著提高异构体3exo的生成比例，使其与异构体3endo的生成比例由现有技术中的2:1提高到4:1，这使得两种异构体的纯化分离变得更加容易。此外，cu(acac)2的市价较rh(oac)2便宜很多，从而节约了bcn的合成成本。
[0006]
本发明提出了如下技术方案：本发明提供了cu(acac)2在提高化学反应中异构体3exo生成比例中的应用；所述化学反应是以1,5环辛二烯和叠氮乙酸乙酯为底物的化学反应，所述异构体3exo的化学结构如下所示：本发明提供了一种提高上述异构体3exo生成比例的方法，是在以1,5环辛二烯和叠氮乙酸乙酯为底物的反应中，采用cu(acac)2作为催化剂，催化反应朝着有利于异构体3exo的生成的方向进行；具体地，采用如下步骤：在氩气保护下，将1,5环辛二烯和cu(acac)2溶解在乙酸乙酯中，加热；将叠氮乙酸乙酯溶解在乙酸乙酯中，并缓慢滴加到上述1,5环辛二烯混合液中；搅拌反应，待反应结束后，获得无色油状物，即异构体3exo和异构体3endo混合物。
[0007]
上述方法中，异构体3exo和异构体3endo的生成比例可达4:1。
[0008]
上述方法中，1,5环辛二烯、cu(acac)2和叠氮乙酸乙酯的摩尔比选自5~10:0.01~0.1:1；优选为8:0.05:1。
[0009]
上述方法中，反应温度选自46~76℃；优选为60℃。反应时间选自2~24h；优选为4h。
[0010]
本发明提供了上述异构体3exo和异构体3endo的分离方法，是采用正相硅胶柱纯化反应产物；洗脱溶剂选自石油醚/乙酸乙酯，可优选地从体积比200:1洗脱至体积比150:1，以实现异构体3exo和异构体3endo的分离。
[0011]
本发明还提供了cu(acac)2在化合物bcn合成中的应用；所述bcn的结构如下所示：本发明提供了一种化合物bcn的制备方法，步骤如下：（1）步骤1在氩气保护下，将1,5环辛二烯和cu(acac)2溶解在乙酸乙酯中，加热；将叠氮乙酸乙酯溶解在乙酸乙酯中，并缓慢滴加到上述1,5环辛二烯混合液中；搅拌反应，待反应结束
后，获得无色油状物，分离纯化，获得异构体3exo；（2）步骤2在氩气保护下，将异构体3exo溶解在乙醚中，冰浴；将lialh4加入乙醚中，并缓慢滴加至上述异构体3exo溶液中，撤去冰浴；室温搅拌反应，待反应结束后将反应液置于冰浴下，加水淬灭，直至白色沉淀不再产生；加入无水硫酸钠，抽滤，采用dcm或乙醚洗涤；蒸干滤液，获得到无色油状物；（3）步骤3在避光和氩气保护条件下，将步骤2中的无色油状物溶解在dcm中，置于冰浴条件下；将br2溶解在dcm中，并逐滴滴加到上述无色油状物的dcm溶液中，直至颜色变黄，并且不再改变；加入硫代硫酸钠溶液淬灭反应，直至黄色消失不再产生白色乳状沉淀，萃取反应液，将有机层用无水硫酸钠干燥后，抽滤蒸干，获得白色固体；（4）步骤4在氩气保护下，将步骤3中的白色固体溶解在thf中，冰浴；将叔丁醇钾的thf溶液滴加到上述白色固体溶液中，高温回流，进行反应；待反应结束后，用饱和氯化铵淬灭反应，萃取，将有机层用无水硫酸钠干燥，蒸干，纯化产物，获得白色固体，即化合物bcn。
[0012]
上述化合物bcn的制备方法中，步骤4中的高温，选自66~80℃；优选为70℃。
[0013]
本发明提供了一种bcn连接荧光标记素，其化学结构如下所示：本发明的有益效果为：本发明采用cu(acac)2替代rh(oac)2来催化反应，可显著提高异构体3exo在生成物中的比例，其与异构体3endo的生成比例为4:1，从而更容易实现生成物的纯化分离；此外，cu(acac)2的市价便宜，从而节约了bcn的合成成本。
附图说明
[0014]
图1为异构体3exo的高分辨质谱；其中，ms (m/z): calcd. for c
12h19o2 194.13; found [m+h]
+ : 195.13, [m+na]
+ : 217.11；图2为异构体3exo的氢谱；图3为异构体3exo的碳谱；图4为异构体3exo的cosy谱；图5为异构体3endo的高分辨质谱；其中，ms (m/z): calcd. for c
12h19o2 194.13; found [m+h]
+ : 195.13, [m+na]
+ : 218.21；图6为异构体3endo的氢谱；图7为异构体3endo的碳谱；图8为异构体3endo的cosy谱；图9为化合物bcn的氢谱；
图10为bcn-peg-fitc的氢谱；图11为bcn-peg-fitc的cosy谱。
具体实施方式
[0015]
本发明所采用的催化剂cu(acac)2（cas：13395-16-9），其市价为：69.47$/100g（us），sigma。
[0016]
本发明的合成反应式，如下所示：本发明中所使用的其它术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。下面结合具体实施例，并参照数据进一步详细的描述本发明。以下实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
[0017]
实施例1bcn的制备，步骤如下：1、第一步合成反应式如下所示：在氩气保护下，将96ml 1,5环辛二烯（778mmol）和1.27g cu(acac)2（4.86mmol）溶解在75ml无水乙酸乙酯中，油浴加热到60℃。将10ml叠氮乙酸乙酯（97.3mmol）溶解在25ml无水乙酸乙酯溶剂中，使用滴液漏斗缓慢滴加到上述混合液中，滴加时间约为30min。滴加结束，60℃继续搅拌4h，tlc检测反应，展板溶剂为石油醚:乙酸乙酯=15:1，其中，3exo的rf值为0.44，3endo的rf值为0.56。利用旋转蒸发仪蒸干溶剂和大部分未反应的环辛二烯（环辛二烯具有强烈异味，操作应当在通风橱内，所蒸出的溶剂应当妥善处理），获得无色油状物。使用正相硅胶柱，纯石油醚浸润硅胶，纯石油醚上样，用石油醚/乙酸乙酯体系配制流动
相，以100%石油醚
→
h:e=200:1
→
h:e=150:1洗脱，纯化产物。纯化结果显示：一次柱层析可纯化80%的产物，二次柱层析可纯化95%的产物；共获得13g 异构体3exo，占比68.6%；3.2g 异构体3endo，占比17.1%；异构体3exo:异构体3endo=4:1。
[0018]
异构体3exo的高分辨质谱、氢谱、碳谱以及cosy谱分别如图1~图4所示，异构体3endo的高分辨质谱、氢谱、碳谱以及cosy谱分别如图5~图8所示，上述谱图中的数据与现有文献中异构体3exo和异构体3endo的谱图数据基本一致。
[0019]
2、第二步合成反应式如下所示：在氩气保护下，将15.2g 3exo（78.2 mmol）溶解在350ml乙醚中，置于0℃冰浴。将5.94g lialh4（156mmol）加入150ml乙醚溶剂中（有气泡产生），使用滴管将此悬浮液缓慢加入至上述溶液中（有气泡产生），撤去冰浴。室温搅拌30min，tlc检测反应，展板溶剂为石油醚:乙酸乙酯=4:1；其中，化合物4的rf值为0.48。待反应结束后将反应液置于0℃冰浴下，逐滴滴加h2o淬灭，直至白色沉淀不再产生。加入适量无水硫酸钠，用布氏漏斗抽滤，采用dcm或乙醚洗涤。蒸干滤液得到无色油状物（化合物4）。
[0020]
3、第三步合成反应式如下所示：在避光和氩气保护条件下，将4.98g化合物4（32.7 mmol）溶解在无水160ml dcm中，置于冰浴条件下。将2.16ml br2（39.3mmol）溶解在13ml dcm中，逐滴滴加到上述溶液中，直至颜色变黄。展板溶剂为石油醚:乙酸乙酯=4:1；加入10%的硫代硫酸钠溶液淬灭，直至黄色消失不再产生白色乳状沉淀，用dcm萃取反应液，有机层用无水硫酸钠干燥后，抽滤蒸干得白色固体5。
[0021]
4、第四步合成反应式如下所示：
在氩气保护下，将13g化合物5（41.7 mmol）溶解在无水95ml thf中，将溶液置于0℃冰浴下。将137ml 1m的叔丁醇钾的thf溶液（137mmol）滴加到上述溶液中，溶液变为黄色。混合液在70℃条件下，回流1.5h，tlc检测反应，展板溶剂为石油醚:乙酸乙酯=4:1；用饱和氯化铵淬灭反应，dcm萃取三次，有机层用无水硫酸钠干燥，蒸干。产物用正相硅胶（石油醚/乙酸乙酯=20:1
→
5:1）体系纯化，得4.3g白色固体产物6，即化合物bcn，产率69%。化合物bcn的核磁共振氢谱如图9所示。
[0022]
应用例1bcn可通过无催化剂的点击化学与叠氮标记的分子或生物分子反应生成稳定的三氮唑连接。现有的bcn系列产品包括bcn-peg-fitc、bcn-peg-6-fam、bcn-peg-cy3、bcn-peg-cy5、bcn-peg-cy5.5、bcn-peg-cy7、bcn-peg-cy7.5、bcn-peg-rhodamine b/rb、bcn-peg-indocyanine green/icg、bcn-peg-comarin、bcn-peg-nir-ii dyes、bcn-peg-nir-dyes、bcn-peg-bodipy/bdp、bcn-peg-ir825、bcn-peg-hmme、endo-bcn-oh、endo-bcn-pnb、endo-bcn-peg-acid等。
[0023]
本应用例提供了bcn-peg-fitc的制备方法，步骤如下：在氩气保护下，将401mg化合物6（2.67mmol）溶解在30ml dcm中，依次加入645μl pyridine（8.01mmol）和646mg对硝基苯基氯甲酸酯（3.21mmol），室温搅拌40min。用饱和nh4cl淬灭，dcm萃取，有机层用无水硫酸钠干燥，蒸干溶剂，用正相硅胶石油醚/乙酸乙酯体系纯化得到化合物7（74.1%）。
[0024]
在冰浴条件下，将1.25ml 2,2
′‑
(乙烯二氧)双(乙胺)（8.25mmol）溶解在150ml dcm中，加入73.2μl dipea（412μmol）；将130mg化合物7（412μmol）溶解在150ml dcm中，并滴加到上述溶液中，室温搅拌过夜。蒸干反应体系，将反应产物溶解在dcm中，用h2o萃取三次，有机层用无水硫酸钠干燥，蒸干溶剂，用正相硅胶石油醚/乙酸乙酯体系纯化得到化合物8（98.2%）。
[0025]
将10mg化合物8（30.8μmol）溶解在dmf中，依次加入10mg fitc-ncs（25.7μmol）和22.8μl dipea（128μmol）,室温搅拌2.5h，蒸干溶剂，用正向硅胶石油醚/乙酸乙酯体系纯化得到化合物9，即bcn-peg-fitc（72%）。
[0026]
化合物9的氢谱如图10所示，cosy谱如图11所示。
[0027]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。