六氫吡嗪并[1,2-a]嘧啶-4,7-二酮類化合物的液相合成及其構(gòu)型確證

湯雁波， 徐 凱， 杜 欣， 肖志艷

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 藥物研究所 活性物質(zhì)發(fā)現(xiàn)與適藥化研究北京市重點實驗室，北京 100050)

β-轉(zhuǎn)角等二級結(jié)構(gòu)通常是活性多肽與靶標(biāo)蛋白進行分子識別的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。設(shè)計與合成模擬肽二級結(jié)構(gòu)的小分子骨架是獲得新型活性化合物的有效方法[1～3]。取代六氫吡嗪并[1,2-a]嘧啶-4,7-二酮類化合物可作為內(nèi)型β-轉(zhuǎn)角的模擬結(jié)構(gòu)，其二環(huán)剛性骨架能模擬β-轉(zhuǎn)角的活性構(gòu)象，并通過1,3,6,8-位的取代基模擬β-轉(zhuǎn)角的i～i+3殘基的氨基酸側(cè)鏈。因此，六氫吡嗪并[1,2-a]嘧啶-4,7-二酮類化合物的合成倍受關(guān)注[4～9]。固相合成法是合成該類化合物的常用策略，迄今僅有Piergentili[10]和Kim[11]應(yīng)用液相合成法獲得N1-位為烷胺羰基取代的衍生物，但其中多步反應(yīng)均采用高沸點的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作溶劑，而且未對目標(biāo)物的構(gòu)型進行譜學(xué)確證。

研究表明，N1-位為烷氧羰基的1,6,8-三取代-六氫吡嗪并[1,2-a]嘧啶-4,7-二酮類化合物具有μ-阿片受體選擇性激動劑[5]，降鈣素基因相關(guān)蛋白受體抑制劑[8]，或速激肽拮抗劑[9]等多種生物活性。因此，合成1,6,8-三取代-六氫吡嗪并[1,2-a]嘧啶-4,7-二酮類化合物具有重要意義。

a(R=)， b(R=tBuO-)Scheme 1

本文參照文獻[10]方法，以1-萘甲醛和2,2-二乙氧基乙胺為起始原料，經(jīng)還原胺化、縮合和氨基脫保護、氨基甲酸酯化以及環(huán)化等反應(yīng)，采用液相法合成了N1-位為烷氧羰基取代的化合物——1-乙氧羰基-6-[(4-羥基苯基)甲基]-8-(1-萘基甲基)-六氫吡嗪并[1，2-a]嘧啶-4，7-二酮(1a)和1-乙氧羰基-6-羥甲基-8-(1-萘基甲基)-六氫吡嗪并[1，2-a]嘧啶-4，7-二酮(1b， Scheme 1)。對文獻[10]方法作了以下改進：在兩步縮合反應(yīng)中(2→4， 5→6)，以沸點較低的二氯甲烷替代DMF，使收率由77%～78%[10]提高至83%～96%，且處理顯著簡化。N1-烷氧羰基的引入則參照固相合成法[5]中引入類似基團的方法，拓展了液相合成法在該類化合物合成中的應(yīng)用。

本文首次運用1D NOE技術(shù)對1a和1b的立體構(gòu)型進行了確證，為1,6,8-三取代-六氫吡嗪并[1,2-a]嘧啶-4,7-二酮類化合物的結(jié)構(gòu)尤其是構(gòu)型確證，提供了簡單易行的方法。

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

Fisher Scientific型顯微熔點儀(溫度未校正)；PerKin-Elmer 341 LC型旋光儀；Varian Mercury-300或Mercury-400型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)，100 ℃)；Agilent LC/MSD TOF型液-質(zhì)聯(lián)用儀。

2， 5， 7[10]和4-硝基苯碳酸乙酯(8)[5]參照文獻方法合成；其余所用試劑均為分析純。

1．2 合成

(1) 4和6的合成(以4a為例)

在反應(yīng)瓶中加入二氯甲烷35 mL，N-(2,2-二乙氧基-乙基)-萘甲胺(2)1.9 g(6.95 mmol)，N-芴甲氧羰基-O-叔丁基-L-酪氨酸(3a)3.51 g(7.64 mmol)， HATU[2-(7-偶氮苯并三氮唑]-N，N，N′，N′-四甲基六氟磷酸酯]2.9 g(7.63 mmol)和DIEA(N，N-二異丙基乙胺)3.31 mL(19 mmol)，攪拌下于室溫反應(yīng)過夜。加水20 mL，用乙酸乙酯(3×30 mL)萃取，合并有機相，用無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮后經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑：A=V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=15 ∶1]分離得白色泡沫狀物4a4.77 g，收率96%； ESI-MSm/z: 737.4 {[M+Na]+}。

用類似方法合成4b， 6a和6b，收率分別為86%， 83%和84%

(2)9a和9b的合成

在反應(yīng)瓶中依次加入7a140 mg(0.25 mmol)和二氯甲烷5 mL，攪拌使其完全溶解；加入8 53 mg(0.25 mmol)和DIEA 84 mg(0.65 mmol)，于室溫反應(yīng)12 h。減壓濃縮后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：乙酸乙酯)分離得無色油狀物9a120 mg，收率76%； ESI-MSm/z: 658.3{[M+Na]+}。

用類似的方法合成9b，收率64%； ESI-MSm/z: 582.3{[M+Na]+}。

(3)1a和1b的合成

2 結(jié)果與討論

2．1 合成方法的改進

在已報道的六氫吡嗪并[1,2-a]嘧啶-4,7-二酮類化合物的液相合成中[10，11]，均采用固相合成法中常用的DMF作為縮合反應(yīng)的溶劑。本文在參照Piergentili方法[10]進行目標(biāo)物合成時，將兩步縮合反應(yīng)(2 → 4和5 → 6)所使用的溶劑由DMF改為二氯甲烷。改進方法不僅使后處理更加容易，而且收率也有所提高(由77%～78%[10]提高至83%～96%)。9中N1-烷氧羰基的引入?yún)⒄樟薊guchi等[5]在固相合成中采用的方法，亦將溶劑由DMF改為二氯甲烷，在簡化后處理的同時，依然獲得較高收率(64%～76%)。

2．2 旋轉(zhuǎn)異構(gòu)與1H NMR特征

1a和1b的1H NMR在室溫下多處顯示為寬單峰，該現(xiàn)象可能是由分子中二環(huán)骨架上大取代基產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)異構(gòu)引起。升高NMR的測定溫度可以改善化合物的譜形，在100 ℃時甚至可以獲得完全裂分的圖譜。Eguchi等[4，5]也發(fā)現(xiàn)具有類似結(jié)構(gòu)的化合物在低溫(-20 ℃)時可觀察到兩套1H NMR圖譜，提示旋轉(zhuǎn)異構(gòu)現(xiàn)象在此類化合物中的確存在。此外，盡管 5a～7a的1H NMR在文獻[10]中被報道為單套圖譜，但本文在研究中發(fā)現(xiàn)，4～9的1H NMR呈現(xiàn)復(fù)雜裂分，即使在較高溫度(100 ℃)下進行核磁共振實驗，獲得的圖譜也只是相對簡化。Hallberg等[12]也曾報道4的類似結(jié)構(gòu)由于旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體的存在使1H NMR譜圖裂分復(fù)雜，升高NMR測定溫度(120 ℃)可獲得單套圖譜，但部分區(qū)域仍呈現(xiàn)為寬峰。因此，本文推測4～9裂分較為復(fù)雜的1H NMR特征可能也是旋轉(zhuǎn)異構(gòu)所致。

2．3 由1D NOE確定構(gòu)型

在1的分子中有C6和C10兩個手性中心，其中C6由手性原料引入，其構(gòu)型已知(S-構(gòu)型)。C10的立體構(gòu)型則可通過1D NOE技術(shù)測定H10與H6及H10與H13的相對位置關(guān)系來確定。研究結(jié)果顯示，1中的H10與H13之間存在NOE，但H10與H6間未觀察到NOE，從而可以確定H10與H6處于環(huán)平面的異側(cè)，而與C13處于環(huán)平面的同側(cè)，即C10為S-構(gòu)型(Chart 1, A)。這與由酰亞胺環(huán)化反應(yīng)機制推測的構(gòu)型是一致的。在1的過渡態(tài)中(Chart 1, B)，由于C6-位取代基的立體位阻，N1從位阻較小的環(huán)平面上方進攻C10較為有利，因此，H10與C6位取代基處于環(huán)平面同側(cè)。

Chart 1

[1] Fairlie D P, West M L, Wong A K. Towards protein surface mimetics[J].Curr Med Chem，1998,5(1):29-62.

[2] Kee K S, Jois S D. Design ofβ-turn based therapeutic agents[J].Curr Pharm Des，2003,9(15):1209-1224.

[3] Hirschmann R F, Nicolaou K C, Angeles A R,etal. Theβ-D-glucose scaffold as aβ-turn mimetic[J].Acc Chem Res，2009,42(10):1511-1520.

[4] Eguchi M, Lee M S, Nakanishi H,etal. Solid-phase synthesis and structural analysis of bicyclicβ-turn mimetics incorporating functionality at theitoi+3 posi-

tions[J].J Am Chem Soc，1999,121:12204-12205.

[5] Eguchi M, Shen R Y, Shea J P,etal. Design,synthesis,and evaluation of opioid analogues with non-eptidicβ-turn scaffold:Enkephalin and endomorphin mimetics[J].J Med Chem,2002,45(7):1395-1398.

[6] Chung J U, Jung K Y, Jeong M W,etal. Novel compounds of reverse turn mimetics and the use thereof[P].WO 200 951 397 A2,2009.

[7] Lennig P, Spoonamore J, Klein J T,etal. Hexahydro-pyrazino[1,2-a]pyrimidine-4,7-dione derivatives substituted with amino acids[P].US 2 007 197 539 A1,2007.

[8] Andres C J, Scola, P M, Grant-Young, K A. Novel beta-turn mimetics as calcitonin gene related peptide receptor antagonists[P].US 2 005 209 256 A1,2005.

[9] Qabar M N, Huang D, Little T,etal. Reverse-turn mimetics and composition and methods relating thereto[P].WO 200 435 587 A1,2004.

[10] Piergentili A, Del Bello F, Gentili F,etal. Solution-phase synthesis of ICG-001, aβ-turn peptidomimetic molecule inhibitor ofβ-catenin-Tcf-mediated transcription[J].Tetrahedron，2007,63:12912-12916.

[11] Kim J-W, Lee S-C, Park H B,etal. Solution-phase Synthesis and preliminary evaluation of 1,6,8-trisubstituted tetrahydro-2H-pyrazino[1,2-a]pyrimidin-4,7-dione derivatives as a NF-kB inhibitor[J].Bull Korean Chem Soc，2006,27(12):2087-2090.

[12] Rosenstr?m U, Sk?ld C, Lindeberg G,etal. A selective AT2 receptor ligand with aγ-turn-like mimetic replacing the amino acid residues 4-5 of angiotensin Ⅱ[J].J Med Chem，2004,47(4):859-870.