扈曉艷 , 胡方芝 , 袁偉成 , 張曉梅
(1.中國科學(xué)院 成都有機(jī)化學(xué)研究所,四川 成都 610041; 2. 中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049)
·快遞論文·
一種合成α-硫代-β-氨基酸酯的新方法
扈曉艷1,2, 胡方芝1,2, 袁偉成1*, 張曉梅1*
(1.中國科學(xué)院 成都有機(jī)化學(xué)研究所,四川 成都 610041; 2. 中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049)
以β-烯胺酯和N-硫代-丁二酰亞胺為原料,溴化銅為催化劑,經(jīng)氧化偶聯(lián)反應(yīng)制得5個新型α-硫代-β-脫氫氨基酸酯(3a~3e); 3經(jīng)氫化硅烷化反應(yīng),合成了5個α-硫代-β-氨基酸衍生物(4a~4e),其結(jié)構(gòu)由1H NMR表征。在最佳反應(yīng)條件(3 0.1 mmol,三氯硅烷2.0 eq., DCE 1 mL,于室溫反應(yīng)12 h)下,4a收率97%。
α-硫代-β-氨基酸衍生物; 氫化硅烷化; 合成
α-硫代-β-氨基酸衍生物作為一類多官能團(tuán)化合物,除了用于合成手性N,S-配體[1-2]外,也是合成多種具有生物活性的天然產(chǎn)物[3]和藥物分子[4-5]的重要砌塊。目前報道的合成方法主要有:硫親核試劑和氮雜環(huán)丙烷的開環(huán)反應(yīng)法[6-11];硫親核試劑和亞胺的Mannich加成反應(yīng)法[12-13];β-氨基酸酯和硫醚的偶聯(lián)反應(yīng)法[14-15]。這些方法都有其自身的局限性,有的原料昂貴,有的反應(yīng)條件苛刻。基于此類化合物的重要應(yīng)用價值和現(xiàn)有合成方法的局限性,開發(fā)新的合成α-硫代-β-氨基酸衍生物的方法尤為重要。
本文以β-烯胺酯(1a~1d)和N-硫代-丁二酰亞胺(2a, 2e)為原料,溴化銅為催化劑,經(jīng)氧化偶聯(lián)反應(yīng)制得5個新型α-硫代-β-脫氫氨基酸酯(3a~3e);室溫條件下,3發(fā)生自催化氫化硅烷化反應(yīng)合成了5個α-硫代-β-氨基酸衍生物(4a~4e),收率45%~97%。其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR表征。該方法為首次報道。以2-芐硫基-3-(N-對甲氧苯基)-3-苯丙烯酸乙酯(3a)經(jīng)自催化氫化硅烷化反應(yīng)合成2-芐硫基-3-(N-對甲氧苯基)-3-苯丙酸乙酯(4a)為模板反應(yīng),優(yōu)化了其反應(yīng)條件,并對底物進(jìn)行了擴(kuò)展研究。
Scheme 1
1.1 儀器與試劑
Bruker-300型核磁共振儀測定(CDCl3為溶劑,TMS 為內(nèi)標(biāo))。
石油醚和乙酸乙酯使用前重蒸;二氯甲烷和1,2-二氯乙烷使用前用金屬鈉、氫化鈣等干燥劑處理。其余所用試劑均為分析純。
1.2 合成
(1) 3a~3e的合成(以3a為例)
在反應(yīng)瓶中加入β-烯胺酯(1a) 2.97 g(10 mmol)和二氯甲烷50 mL,攪拌使其溶解;加入溴化銅0.50 g和N-芐硫基丁二酰亞胺(2a) 2.60 g(10 mmol),于室溫反應(yīng)過夜。用水(3×15 mL)洗滌,合并有機(jī)相,用無水硫酸鈉干燥,濃縮,剩余物經(jīng)柱層析[洗脫劑:V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=100 ∶1]純化得3a。
用類似方法合成3b~3e。
3a: 黃色固體,收率64%;1H NMRδ: 11.48(s, 1H), 7.20~7.26(m, 4H), 7.11~7.16(m, 2H), 6.97~7.00(m, 2H), 6.68~6.70(m, 2H), 6.54(m, 4H), 4.31(q,J=7.0 Hz, 2H), 3.64(s, 3H), 3.59(s, 2H), 1.42(t,J=7.0 Hz, 3H)。
3b: 黃色液體,收率20%;1H NMRδ: 11.41(s, 1H), 7.23(dd,J=11.8 Hz, 5.0 Hz, 3H), 6.97(dd,J=7.3 Hz, 1.9 Hz, 2H), 6.78(t,J=8.7 Hz, 2H), 6.54(ddd,J=16.8 Hz, 7.3 Hz, 3.0 Hz, 6H), 4.32(q,J=7.1 Hz, 2H), 3.67(s, 3H), 3.58(s, 2H), 1.42(t,J=7.1 Hz, 3H)。
3c: 黃色液體,收率56%;1H NMRδ: 11.45(s, 1H), 7.28~7.17(m, 4H), 7.08(d,J=8.1 Hz, 1H), 7.05~6.96(m, 2H), 6.77(dd,J=8.0 Hz, 2.2 Hz, 1H), 6.58(d,J=11.6 Hz, 4H), 6.32(dd,J=11.2 Hz, 4.9 Hz, 2H), 4.39~4.23(m, 2H), 3.66(d,J=4.7 Hz, 7H), 3.61(s, 2H), 1.39(dd,J=16.5 Hz, 9.4 Hz, 5H)。
3d: 黃色液體,收率25%;1H NMRδ: 11.41(s, 1H), 7.23(dd,J=11.8 Hz, 5.0 Hz, 3H), 6.97(dd,J=7.3 Hz, 1.9 Hz, 2H), 6.78(t,J=8.7 Hz, 2H), 6.54(ddd,J=16.8 Hz, 7.3 Hz, 3.0 Hz, 5H), 4.32(q,J=7.1 Hz, 2H), 3.67(s, 3H), 3.58(s, 2H), 1.42(t,J=7.1 Hz, 3H)。
3e: 白色固體,收率47%;1H NMRδ: 11.71(s, 1H), 7.29~7.14(m, 3H), 7.09(dd,J=8.0 Hz, 1.5 Hz, 2H), 7.06~6.92(m, 4H), 6.68~6.50(m, 4H), 4.21(q,J=7.1 Hz, 2H), 3.65(s, 3H), 2.27(s, 3H), 1.18(t,J=7.1 Hz, 3H)。
(2) 4a~4e的合成通法
在反應(yīng)瓶中加入3 0.1 mmol和無水1,2-二氯乙烷(DCE) 1.0 mL,用橡膠塞密封后,用注射器加入現(xiàn)配的DCE/三氯硅烷溶液[V(DCE)/V(三氯硅烷)=1/4]0.10 mL,于室溫反應(yīng)至終點。用飽和碳酸氫鈉水溶液淬滅反應(yīng),用乙酸乙酯(3×15 mL)萃取,合并有機(jī)相,用飽和食鹽水洗滌,無水硫酸鈉干燥。減壓濃縮,剩余物經(jīng)柱層析(洗脫劑: A=100 ∶1)純化得4。
4a: 黃色油狀物;1H NMRδ: 7.39(d,J=1.7 Hz, 2H), 7.36~7.22(m, 8H), 6.65(d,J=8.8 Hz, 2H), 6.44(d,J=8.9 Hz, 2H), 4.55(d,J=8.8 Hz, 2H), 4.02(q,J=7.1 Hz, 2H), 3.75(d,J=4.3 Hz, 2H), 3.68(s, 3H), 3.49(d,J=8.8 Hz, 1H), 1.10(t,J=7.11 Hz, 3H)。
4b: 黃色油狀物;1H NMRδ: 7.38~7.31(m, 3H), 7.30~7.15(m, 4H), 6.97(t,J=8.6 Hz, 2H), 6.65(d,J=8.8 Hz, 2H), 6.42(d,J=8.8 Hz, 2H), 4.51(d,J=8.8 Hz, 1H), 4.04(q,J=7.1 Hz, 2H), 3.79(s, 2H), 3.69(s, 3H), 3.45(d,J=8.8 Hz, 1H), 1.13(t,J=7.1 Hz, 3H)。
4c: 黃色液體;1H NMRδ: 7.31~7.15(m, 6H), 7.01~6.88(m, 2H), 6.78(dd,J=8.2 Hz, 1.6 Hz, 1H), 6.70~6.59(m, 2H), 6.45(d,J=8.9 Hz, 2H), 4.53(d,J=8.7 Hz, 1H), 4.04(q,J=7.1 Hz, 2H), 3.82~3.70(m, 5H), 3.71~3.64(m, 3H), 3.50(d,J=8.7 Hz, 1H), 1.12(t,J=7.1 Hz, 3H)。
4d: 黃色液體;1H NMRδ: 7.31~7.20(m, 7H), 7.09(d,J=7.9 Hz, 2H), 6.64(t,J=11.7 Hz, 2H), 6.45(d,J=8.7 Hz, 2H), 4.53(d,J=8.7 Hz, 1H), 4.04(q,J=7.1 Hz, 2H), 3.78(t,J=8.5 Hz, 2H), 3.74~3.61(m, 3H), 3.49(t,J=11.8 Hz, 1H), 2.31(s, 3H), 1.12(t,J=7.1 Hz, 3H)。
4e: 黃色油狀物;1H NMRδ: 7.40(d,J=7.0 Hz, 2H), 7.27(dt,J=13.3 Hz, 8.9 Hz, 5H), 7.08(d,J=8.0 Hz, 2H), 6.67(d,J=8.9 Hz, 2H), 6.50(d,J=8.9 Hz, 2H), 4.70(s, 1H), 4.49(d,J=9.0 Hz, 1H), 3.93(q,J=7.1 Hz, 2H), 3.83(d,J=9.0 Hz, 1H), 3.69(s, 3H), 2.32(s, 3H), 1.00(t,J=7.1 Hz, 3H)。
2.1 合成4的反應(yīng)條件優(yōu)化
3a 0.1 mmol,三氯硅烷2.0 eq., 溶劑 1 mL,其余反應(yīng)條件同1.2(2),以3a經(jīng)自催化氫化硅烷化反應(yīng)合成4a為模板反應(yīng),考察溶劑、反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度對4a收率的影響,結(jié)果見表1。
由表1中No.1~No.8可見,在相同的反應(yīng)溫度下,以二氯甲烷,DCE和氯仿為溶劑時,收率較高(94%~97%),其中,DCE為溶劑時,收率最高(97%);以Cl3CCH3為溶劑時,反應(yīng)很慢,延長反應(yīng)時間至48 h,仍有大量原料存在,收率僅13%(No.4);以THF為溶劑時,反應(yīng)速率很慢且有副產(chǎn)物產(chǎn)生,收率71%(No.5);以甲苯和乙醚為溶劑時,反應(yīng)幾乎不發(fā)生,只得到痕量產(chǎn)物 (No.6和No.7);以DMF為溶劑時,反應(yīng)不發(fā)生(No.8)。
以二氯甲烷為溶劑,降低反應(yīng)溫度至0 ℃,收率降低至88%(No.9);繼續(xù)降低溫度至-20 ℃,反應(yīng)速率降低,同時大部分原料都轉(zhuǎn)化成副產(chǎn)物,只有痕量產(chǎn)物(No.10)。
綜上所述,氫化硅烷化的最佳反應(yīng)條件為: 3a 0.1 mmol,三氯硅烷2.0 eq., DCE 1 mL,于室溫反應(yīng)12 h。
表1 氫化硅烷化的反應(yīng)條件優(yōu)化*
Figure 1 Optimization of the conditions of hydrosilylation
No.溶劑反應(yīng)時間/h反應(yīng)溫度/℃收率/%a1CH2Cl21225942DCE1225973CHCl33625954Cl3CCH34825135THF4825716Et2O4825痕量7Toluene4825痕量8DMF4825NR9CH2Cl21208810CH2Cl248-20痕量
*3a 0.1 mmol,三氯硅烷2.0 eq.,其余反應(yīng)條件同1.2(2);a分離收率。
2.2 底物擴(kuò)展
在最優(yōu)反應(yīng)條件下,對底物進(jìn)行擴(kuò)展,結(jié)果見Scheme 1。由Scheme 1可見,當(dāng)R2為芐基時,R1上的取代基不論是吸電子基團(tuán)還是給電子基團(tuán),收率較高(4a~4d);當(dāng)R2為對甲苯基時,主要生成副產(chǎn)物,收率低(4e)。
以β-脫氫氨基酸酯和N-硫代-丁二酰亞胺為原料,經(jīng)過一步反應(yīng)合成了5個新型α-硫代-β-脫氫氨基酸酯。
在最佳反應(yīng)條件(3a 0.1 mmol,三氯硅烷2.0 eq., DCE 1 mL,于室溫反應(yīng)12 h)下,實現(xiàn)了α-硫代-β-脫氫氨基酸酯的自催化氫化硅烷化,合成了5個α-硫代-β-氨基酸衍生物,收率高達(dá)97%。 這為此類化合物的合成提供了新思路。
[1] Ekegren J K, Roth P, K?llstr?m K,etal. Synthesis and evaluation ofN,S-compounds as chiral ligands for transfer hydrogenation of acetophenone[J].Organic & Biomolecular Chemistry,2003,1:358-366.
[2] Spitz C, Lohier J F O, Reboul V,etal. Catalytic generation of cesium acetylide by CsF:Synthesis of 1,3-benzothiazines from cyclic sulfenamides[J].Organic Letters,2009,11:2776-2779.
[3] Bae J H, Shin S H, Park C S,etal. Preparation of cysteinol derivatives by highly regioselective ring opening of nonactivated chiral aziridines by thiols[J].Tetrahedron,1999,55:10041-10046.
[4] Schwartz A, Madan P B, Mohacsi E,etal. Enantioselective synthesis of calcium channel blockers of the diltiazem group[J].The Journal of Organic Chemistry,1992,57:851-856.
[5] Bariwal J B, Upadhyay K D, Manvar A T,etal. 1,5-Benzothiazepine,a versatile pharmacophore:A review[J].European Journal of Medicinal Chemistry,2008,43:2279-2290.
[6] Li G, Wei H X, Kim S H,etal. Transition metal-catalyzed regioselective and stereoselective aminochlorination of cinnamic esters[J].Organic Letters,1999,1:395-398.
[7] Harpaz Z, Siman P, Kumar K S A,etal. Protein synthesis assisted by native chemical ligation at leucine[J].ChemBioChem,2010,11:1232-1235.
[8] Cassani C, Bernardi L, Fini F,etal. Catalytic asymmetric Mannich reactions of sulfonylacetates[J].Angewandte Chemie International Edition,2009,48:5694-5697.
[9] Zhao Y, Wang G, Zhou S,etal. Diastereoselective formation of aziridines from diazocarbonyl compounds andN-(O-pivaloylated d-galactosyl)benzylideneamines and ring-opening reactions withp-toluenethiol[J].Organic & Biomolecular Chemistry,2014,12:3362-3365.
[10] Matthias M, Norbert D K, Matthias D. Selective synthesis ofcis- andtrans-2-(methyl/phenyl)-3-(trifluoromethyl)aziridines and their regio- and stereospecific ring opening[J].The Journal of Organic Chemistry,2014,79:5558-5568.
[11] Llaveria J, Beltrán, Sameera W M C,etal. Chemo-,regio-,and stereoselective silver-catalyzed aziridination of dienes:Scope,mechanistic studies,and ring-opening reactions[J].Journal of the American Chemical Society,2014,136:5342-5350.
[12] David C, Bischoff L, Meudal H,etal. Investigation of subsite preferences in aminopeptidase A (EC 3.4.11.7) led to the design of the first highly potent and selective inhibitors of this enzyme[J].Journal of Medicinal Chemistry,1999,42:5197-5211.
[13] Heredia-Moya J, Kirk K L. Synthesis ofβ-(S-methyl)thioaspartic acid and derivatives[J].Bioorganic & Medicinal Chemistry,2008,16:5908-5913.
[14] Kantam M L, Mahendar K, Sreedhar B,etal. Synthesis ofα-sulfanyl-β-amino acid derivatives by using nanocrystalline magnesium oxide[J].Tetrahedron,2010,66:5042-5052.
[15] Cassani C, Bernardi L, Fini F,etal. Catalytic asymmetric Mannich reactions of sulfonylacetates[J].Angewandte Chemie International Edition,2009,48:5694-5697.
A New Synthetic Method ofα-Sulfo-β-amino Acid Esters
HU Xiao-yan1,2, HU Fang-zhi1,2, YUAN Wei-cheng1*, ZHANG Xiao-mei1*
(1. Chengdu Institute of Organic Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China;2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Five novelα-sulfo-β-enamioesters(3a~3e) were synthesized by oxidative coupling reaction ofβ-enamioesters andN-(thio)succinimide, using CuBr2as the catalyst. Then they were hydrosilylated to afford fiveα-sulfo-β-amino acid moieties(4a~4e). The structures were characterized by1H NMR. Under the optimized reaction conditions(3 0.1 mmol, HSiCl32.0 eq., DCE 1 mL, at room temperature for 12 h), the yield of 4a was 97%.
α-sulfo-β-amino acid derivative; hydrosilylation; synthesis
2015-04-20; 修訂日期: 2016-01-20
四川省青年科技基金資助項目
扈曉艷(1988-),女,漢族,河南輝縣人,博士研究生,主要從事不對稱合成研究。 E-mail: huxiaoyan06@126.com
張曉梅,研究員, E-mail: xmzhang@cioc.ac.cn; 袁偉成,研究員, E-mail: yuanwc@cioc.ac.cn
R977.4; O621.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A DOI: 10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.04.15164