一种油菜花粉碱A和刺山柑碱B及类似物的全合成方法

摘要

本发明提供一种具有延缓细胞衰老活性的天然产物-油菜花粉碱A和刺山柑碱B的全合成方法。以果糖为起始原料，经过成对甲苯磺酸酯，吡咯取代，吡咯双羟甲基化，氧化，选择性脱保护，还原和酸催化分子内缩酮化，Barton-McCombie脱氧反应以及脱除苄基的反应得到最终产物油菜花粉碱A和刺山柑碱B。本发明的全合成方法，采用廉价易得的原料，反应溶剂和试剂对环境污染小，收率高，合成的生物碱及类似物可以用于开发新型抗炎药抗衰老药。

说明书

技术领域

本发明属于化学合成领域，涉及一种油菜花粉碱A和刺山柑碱B及类似物的全合成方法。

技术背景

吡咯糖化合物在不同医疗领域多有应用，如神经性疾病的治疗等，美国食品和药品管理局2010年7月28日批准Cuvposa(吡咯糖[glycopyrrolate])口服溶液治疗年龄3岁至16岁儿童神经疾患引起的慢性严重垂涎。近年来，多种植物的不同部位中发现一类独特的糖吡咯生物碱，2003年，屠鹏飞等在黄芪中分离得到了六个新生物碱化合物(马晓丰等.蒙古黄芪的化学成分研究，沈阳药科大学博士论文2003)，王长虹等的报道了在刺山柑果实提取物中，发现含有含有刺山柑碱A(capparisine A)﹑刺山柑碱B(capparisine B)﹑刺山柑碱C(capparisine C)﹑刺山柑碱D等生物碱(CN101406497A)。最近，程永现等从石菖蒲根茎中分离得到了四个生物碱(CN101775026A)，张培成等报道了蜂花粉中发现含有油菜花粉碱A(pollenopyrroside A)、油菜花粉碱B(pollenopyrroside B)。其组成为果糖和吡咯形成杂螺环结构，童坦君院士等对黄芪碱B和黄芪碱C的抗衰老活性及其机制进行了系统的研究。首先选用国内建株的人胚肺二倍体成纤维细胞(2BS)为复制性细胞衰老模型，以国际上公认的延缓细胞衰老药物L-肌肽作对照，发现黄芪碱B和黄芪碱C不仅在较低的浓度下明显促进细胞增殖，药物培养的细胞代龄可增加16，19代，且在较高的浓度下无明显的细胞毒性(首都医科大学学报，2007,28(2):145-150.)。王长虹等对含有刺山柑碱B的刺山柑提取物的药效试验证明其具有良好的镇痛和抗炎活性，可用于治疗风湿性关节炎，痛风及肩周炎等疾病，并经急性毒性试验证 明，该提取物毒性很低[上海中医药大学学报,2009(1):38-41]。程永现等的对石菖蒲碱A和石菖蒲碱B的抗糖尿病肾病的活性进行了研究，发现高糖诱导的系膜细胞ROS的产生明显被石菖蒲碱A抑制，石菖蒲碱B也表现出轻度的抑制效应。由于具有良好的抗炎、抗衰老功效，并对肾病有一定的疗效，这种生物碱受到广泛关注。

天然的糖吡咯生物碱含量极少，难以提取，为ppm级，使糖吡咯生物碱的更进一步的深入研究变得愈加困难。从天然药材中提取分离糖吡咯生物碱，需要原药量大，价格昂贵。

发明内容

本发明提供了油菜花粉碱A和刺山柑碱B及类似物的的合成方法，以果糖为起始原料，经过成对甲苯磺酸酯，吡咯取代，吡咯双羟甲基化，氧化，选择性脱保护，还原和酸催化分子内缩酮化，Barton-McCombie脱氧反应以及脱除苄基的反应得到最终产物油菜花粉碱A和刺山柑碱B。

本发明的技术方案如下：

一种油菜花粉碱A和刺山柑碱B的合成方法，包括以下步骤，

以2,3；4,5-双丙酮果糖为原料，对1位羟基进行酯化，得到化合物II：该反应是用良好的离去基团对2,3；4,5-双丙酮果糖裸露的羟基进行酯化，化合物II是对甲苯磺酸酯、咪唑磺酸酯或甲磺酸酯；

碱性条件下，化合物II与吡咯进行亲核取代反应得到化合物III：所选溶剂为DMF或甲苯，碱性条件可由NaH、KOH或NaOH提供，温度为100-150℃；

化合物III在甲醛溶液中双羟甲基化得到化合物IV；温度为20-120℃，溶剂为水、 乙醇、甲醇的一种或混合溶剂，羟甲基化试剂为多聚甲醛或福尔马林溶液，碱性试剂为碳酸钾、碳酸钠或碳酸钙；

化合物IV双羟基氧化得到双甲酰基化合物V，溶剂为丙酮、乙酸乙酯或DMSO，氧化剂为二氧化锰、铬的氧化物或高碘酸氧化物，温度为20-50℃；

化合物V经选择性脱保护得到化合物VI，采用下述中的一种方法：

A、选用质子酸，搭配溶剂为甲醇、乙醇中的一种或混合溶剂，温度为冰浴或室温，得到化合物VI；

B、选用路易斯酸，搭配溶剂为甲醇、乙醇中的一种或混合溶剂，温度为冰浴或室温，得到化合物VI；

C、选用DDQ，溶剂为乙腈和水，温度为20-120℃，得到化合物VI；

化合物VI用新戊二醇对醛基进行保护，得到化合物VII：该反应的反应溶剂为二氯甲烷，催化采用对甲苯磺酸、硫酸或盐酸，温度为室温或者冰浴；

对化合物VII的两个羟基进行苄基保护，得到化合物VIII；该反应的溶剂为DMF或二氯甲烷，苄基化试剂为BnCl或BnBr，温度为20-60℃；

化合物VIII在酸水作用下，脱除异丙亚基保护和新戊二醇保护得到化合物IX；该反应在醋酸水溶液中回流或者采用三氟乙酸和水在常温下搅拌；

化合物IX还原其中一个醛基成羟基得到化合物X，该反应的还原剂采用硼氢化钠、氢化铝锂或三乙酰氧基硼氢化钠，在甲醇、乙醇或四氢呋喃/水体系中；

化合物X在酸作用下环合成化合物XI和化合物XIV，该反应酸性试剂采用对甲 苯磺酸、氨基磺酸、樟脑磺酸、盐酸或硫酸，溶剂为二氯甲烷；

化合物XI或化合物XIV裸露的羟基通过Barton-McCombie反应脱除；该反应的催化剂为咪唑，溶剂为四氢呋喃，化合物XI或化合物XIV与氢化钠，二硫化碳和碘甲烷反应成黄原酸酯，分离纯化得化合物XII或化合物XV，在二氧六环为溶剂，过氧化苯甲酰为自由基引发剂，三乙基硅烷作用下脱除黄原酸酯，得到化合物XIII或化合物XVI；

化合物XIII或化合物XVI在路易斯酸作用下脱除苄基，得到最终产物油菜花粉碱A或刺山柑碱B：该反应采用路易斯酸作为苄醚裂解试剂，所述的路易斯酸采用四氯化锡或四氯化钛。

一种油菜花粉碱A和刺山柑碱B的类似物的的合成方法，该采用路易斯酸作为苄醚裂解试剂，所述的路易斯酸采用四氯化锡或四氯化钛。

本发明的全合成方法，采用廉价易得的原料，反应溶剂和试剂对环境污染小，收率高，合成的生物碱及类似物可以用于开发新型抗炎药抗衰老药。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

称量15.19g氢化钠置于500mL三口烧瓶中，用50mLDMF溶解，量取10mL吡咯，用60mL DMF溶解，冰浴下缓慢滴加吡咯的DMF溶液(约3秒一滴)于烧瓶中，滴完后称量30.58g化合物II，用60mL DMF溶解，冰浴下缓慢滴加(约3秒一滴)原料液于三口烧瓶中，转移至40℃油浴下反应1h，升高油浴温度至135℃，反应4-5天，TLC(P:E＝3:1)检测反应基本完成，加入少量甲醇中和NaH，至无气泡生成，减压蒸馏除DMF，乙酸乙酯多次萃取反应液，有机相转移至茄形瓶中旋转蒸发除去大部分溶剂。拌硅胶，得黄褐色固体粉末，硅胶柱层析，干法上样，石油醚:乙酸乙酯＝8:1洗脱，得到白色固体16.18g(4)，收率70.9％。

量取80mL去离子水于250mL三口烧瓶中，称量10.00g白色K₂CO₃固体加入，超声溶解后依次加入50mL甲醛溶液和5g化合物II，置于微波反应器中，加上回流装置，搅拌回流反应2小时40分钟，设置反应参数为：反应温度80℃、反应时间2小时40分钟、反应功率500W。反应液转移至250mL分液漏斗中，乙酸乙酯100mL×3萃取反应液，无水硫酸钠干燥有机层。抽滤除盐，旋转蒸发除去溶剂得粗产物5。用适量丙酮转移粗产物IV至100mL锥形瓶中，加入10-15g二氧化锰，常温搅拌反应2天，抽滤除二氧化锰，旋转蒸发滤液除去溶剂，硅胶柱层析，石油醚:乙酸乙酯＝4:1洗脱，得到黄褐色固体5.14g(V)，两步总收率87％。¹H NMR(400MHz,CDCl3)δ9.89(s,2H),6.98(s,2H),5.25(d,J＝14.5Hz,1H),5.05(d,J＝14.5Hz,1H),4.54(dd,J＝7.9,2.6Hz,1H),4.37(d,J＝2.6Hz,1H),4.17(dd,J＝7.9,2.0Hz,1H),3.84(dd,J＝13.1,2.0Hz,1H),3.72(d,J＝13.1Hz,1H),1.46(s,3H),1.40(s,3H),1.31(s,3H),1.19(s,3H).¹³C NMR(100MHz,CDCl3)δ181.9,137.1,119.7,109.0,108.8,101.6,71.5,70.2,70.3,61.4,50.4,26.3,25.8,24.6,23.6.HRMS(ESI)calcd for C₁₈H₂₄NO₇[M+H]⁺366.1553,found366.1547. 

54mL乙腈转移1g化合物V至100mL反应瓶，溶解搅拌，依次加入6mL去离子水和124mg DDQ，反应装置转移至80℃油浴下回流反应7h，旋转蒸发出去溶剂，90mL乙酸乙酯溶解转移至250mL分液漏斗，2％氢氧化钠溶液洗涤3次，无水硫酸钠干燥有机层，抽滤除盐。旋转蒸发除去溶剂，硅胶柱层析，石油醚:乙酸乙酯＝1:1，得产物756mg(VI)，收率为85％。¹H NMR(400MHz,CDCl3)δ9.82(s,2H),7.01(s,2H),5.25(H-1，d,J＝14.4Hz,1H),5.20(H-1，d,J＝14.4Hz,1H),4.27(H-4，dd,J＝5.5,3.0Hz,1H),4.16(H-3,d,J＝3.0Hz,1H),4.01(H-5，dd,J＝4.5,5.5Hz,1H),3.84(H-6，dd,J＝12.3,4.5Hz,1H),3.77(H-6，dd,J＝12.3,5.5Hz,1H),1.43(s,3H),1.22(s,3H).¹³C NMR(100MHz,CDCl3),δ182.4,137.2,121.5,110.5,101.3,77.0,66.2,63.7,63.5,49.1,27.0,25.0.HRMS(ESI)calcd forC₁₅H₁₉NO₇Na[M+Na]⁺348.1059,found 348.1058. 

二氯甲烷转移800mg原料(VI)至100mL反应瓶，搅拌溶解，加入159.2mg新戊二醇(NPG)，超声溶解，加入50mg对甲苯磺酸，常温反应1h，加入碳酸氢钠中和，直至无气泡生成，抽滤除盐，旋转蒸发除去溶剂。硅胶柱层析，石油醚:乙酸乙酯＝1:1洗脱，得到982mg白色固体VII，收率为97％。¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ9.45(s,1H),7.00(d,J＝4.2Hz,1H),6.57(d,J＝4.2Hz,1H),5.82(s,1H),4.25(d,J＝2.7Hz,1H),4.23–4.17(m,1H),4.00(dd,J＝12.3,4.0Hz,1H),3.91(dt,J＝6.0,3.9Hz,1H),3.67(d,J＝11.3Hz,1H),3.62(d,J＝11.3Hz,1H),1.55(s,3H),1.49(s,3H),1.40(s,3H),1.36(s,3H).HRMS(ESI)calcd forC₂₀H₃₀NO₈[M+H]⁺412.1971,found 412.1969. 

用DMF转移900mg原料(VII)至100mL反应瓶，搅拌溶解，加入NaH(35％)450mg,移液枪滴加入BnCl 600μL，常温反应3h，滴加数滴管甲醇中和NaH，直至无气泡生成，旋转蒸发除溶剂，100mL乙酸乙酯转移至250mL分液漏斗，80mL ×3水洗涤，无水硫酸钠干燥有机层，抽滤除盐，旋转蒸发除去溶剂，硅胶柱层析，石油醚:乙酸乙酯＝4:1，得到1.138g白色固体VIII，收率88％。¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ9.49(s,1H),7.42–7.27(m,10H),6.85(d,J＝4.1Hz,1H),6.46(d,J＝4.1Hz,1H),5.71(s,1H),4.87(d,J＝11.9Hz,1H),4.74(d,J＝11.9Hz,1H),4.63–4.53(m,4H),4.23(d,J＝3.5Hz,1H),4.16(t,J＝2.8Hz,1H),4.04(dd,J＝10.7,9.3Hz,1H),3.98–3.88(m,1H),3.80(dd,J＝10.9,3.9Hz,1H),3.67(ddd,J＝20.7,11.0,2.6Hz,2H),3.52(d,J＝10.5Hz,2H),1.39(s,3H),1.26(s,3H),1.21(s,3H),0.74(s,3H).¹³C NMR(100MHz,CDCl3)δ180.0,138.1,133.8,128.8,1286,128.5,127.8,127.8,127.5,111.0,109.0,102.5,96.0,78.1,77.2,73.6,72.5,72.4,71.6,60.9,47.4,463,30.3,27.9,26.1,22.9,21.9.HRMS(ESI)calcd for C₃₄H₄₂NO₈[M+H]⁺592.2910,found 592.2914. 

配制去离子水:乙酸＝1:1共60mL溶剂，转移1g原料(VIII)至100mL反应瓶，搅拌溶解，100℃油浴下回流反应2天，旋转蒸发除去溶剂，硅胶柱层析，石油醚:乙酸乙酯＝1:1洗脱，得到无色油状物728mg(IX)，收率92.5％。¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ9.83(s,2H),7.48–7.27(m,10H),7.00(s,2H),5.09(H-1，d,J＝14.6Hz,1H),4.89(H-1，d,J＝14.6Hz,1H),4.72–4.63(m,1H),4.60(d,J＝12.0Hz,1H),4.57–4.46(m,1H),4.21(s,1H),4.16–4.05(m,1H),4.03(H-3,d,J＝9.6Hz,1H),3.87(ddd,J＝22.3,7.0,2.2Hz,1H),3.81–3.72(m,1H),3.70(s,1H),3.64(dd,J＝9.5,3.1Hz,1H).HRMS(ESI)calcd for C₂₆H₂₈NO₇[M+H]⁺466.1866,found466.1872. 

10mL甲醇转移500mg化合物IX至100mL反应瓶，分批加入10.2mg NaBH₄(96％)，搅拌溶解，冰浴下反应30min，30mL去离子水溶解转移至100mL分液漏斗，30mL×3二氯甲烷萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，抽滤除盐，旋转蒸发除去溶剂，硅胶柱层析，石油醚:乙酸乙酯＝1:1洗涤，得到无色油状产物450mg(X)，收率90％。

二氯甲烷转移400mg化合物X至100mL反应瓶，冰浴下加入5mg对甲苯磺酸搅拌溶解，冰浴下反应10h，加入适量饱和碳酸氢钠溶液中和PTSA，直至无气饱生成，30mL去离子水溶解转移至100mL分液漏斗，30mL×3二氯甲烷萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，抽滤除盐，旋转蒸发除去溶剂，石油醚:乙酸乙酯＝3:1洗脱，得到白色固体XI和XIV分别为84mg、256mg，收率22％和67％。 ¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ9.44(s,1H),7.39–7.26(m,10H),6.92(d,J＝4.1Hz,1H),6.01(d,J＝4.1Hz,1H),5.04(d,J＝15.5Hz,1H),4.90(d,J＝15.5Hz,1H),4.84(d,J＝14.7Hz,1H),4.71–4.64(m,3H),4.61(d,J＝12.2Hz,1H),4.31(d,J＝14.1Hz,2H),4.20(d,J＝7.8Hz,1H),4.01(dd,J＝12.3,5.4Hz,1H),3.85(ddd,J＝5.4,3.1,2.7Hz,1H),3.72(dd,J＝7.8,3.1Hz,1H),3.54(dd,J＝12.3,2.7Hz,1H). ¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ178.8,137.9,137.9,135.1,131.3,128.9,128.5,128.45,127.9,127.8,127.8,124.4,104.8,96.9,77.33,76.7,72.3,71.6,71.5,71.3,65.6,61.6,58.4,29.7.HRMS(ESI)calcd for C₂₆H₂₈NO₆[M+H]⁺450.1917,found450.1908. 

将200mg XI溶于无水四氢呋喃，冰浴下搅拌，加入5mg咪唑和73mg NaH，继续搅拌20分钟，加入81μL CS2，继续搅拌，加入50μL CH3I，继续反应30分钟，加入甲醇中和NaH，乙酸乙酯和水分液，水层乙酸乙酯萃取(3*50mL)，合并有机层，干燥。硅胶柱层析分离，石油醚:乙酸乙酯＝3:1洗涤，得淡黄色油状产物XII(221mg，92％)。¹H NMR(400MHz,CDCl3)δ9.44(s,1H),7.50–7.26(m,6H),6.90(d,J＝4.1Hz,1H),6.10(d,J＝3.2Hz,1H),6.01(d,J＝4.1Hz,1H),4.89(dd,J＝7.6,4.1Hz,2H),4.76–4.70(m,1H),4.64(d,J＝14.3Hz,1H),4.50(d,J＝11.9Hz,1H),4.44(d,J＝11.8Hz,1H),4.10(t,J＝10.4Hz,1H),4.03(t,J＝3.0Hz,1H),3.96(d,J＝14.3Hz,1H),3.83–3.73(m,1H),3.68(dd,J＝10.4,4.4Hz,1H), 2.59(s,2H).HRMS(ESI)calcd for C₂₈H₃₀NO₆S₂[M+H]⁺540.1515,found 540.1510.将100mg XII溶于干燥的5mL二氧六环，加入148μL三乙基硅烷，升温至90℃，滴加45mg过氧化苯甲酰的二氧六环溶液。升温至100℃反应2小时，冷却至室温。加入8％NaOH水溶液搅拌过夜。乙酸乙酯和水分液，水层乙酸乙酯萃取(3*50mL)，合并有机层，干燥。硅胶柱层析分离，石油醚:乙酸乙酯＝4:1洗涤，得无色油状产物XIII(46mg，72％)。¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ9.44(s,1H),7.46–7.27(m,5H),6.91(d,J＝4.1Hz,1H),6.01(d,J＝4.0Hz,1H),4.83(d,J＝11.2Hz,1H),4.57(d,J＝14.0Hz,1H),4.47(d,J＝11.3Hz,1H),4.02(d,J＝14.0Hz,1H),3.96(d,J＝3.2Hz,1H),3.81(dd,J＝11.5,6.8Hz,1H),3.66–3.56(m,1H),2.45(dd,J＝15.0,3.5Hz,1H),1.78(dd,J＝15.0,3.5Hz,1H).δC(101MHz,CDCl3)178.86,137.79,134.85,131.01,128.55,127.99,127.97,124.38,104.89,93.26,72.74,70.69,65.88,60.98,57.60,51.80,33.86.HRMS(ESI)calcd forC₁₉H₂₂NO₅[M+H]⁺344.1498,found 344.1494. 

50mg XIII溶于CH₂Cl₂冰盐浴冷却至-10℃。加入25μL TiCl₄，继续搅拌2小时。加入饱和Na₂CO₃水溶液，硅藻土助滤除盐，乙酸乙酯萃取(3×20mL)，无水硫酸钠干燥，硅胶柱层析分离，石油醚:乙酸乙酯＝1:10洗涤，得白色固体油菜花粉碱A(32mg，87％)。¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ9.46(s,1H),6.92(d,J＝4.1Hz,1H),6.03(d,J＝4.0Hz,1H),4.88(s,2H),4.58(d,J＝14.2Hz,1H),4.07(d,J＝14.2Hz,1H),3.76(d,J＝8.2Hz,1H),3.59(s,1H),2.30(dd,J＝14.8,3.1Hz,1H),2.00(dd,J＝14.8,3.4Hz,2H).¹³C NMR(100MHz,CDCl3)δ178.9,131.2,123.9,105.0,94.6,77.2,67.0,65.7,60.2,57.89,51.6,37.5.HRMS(ESI)calcd forC₁₂H₁₆NO₅[M+H]⁺254.1028,found 254.1024。