本公開(kāi)總體而言涉及手性氨基酸領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、有機(jī)合成經(jīng)常使用活性亞甲基化合物來(lái)構(gòu)建復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。當(dāng)亞甲基橋位于兩個(gè)吸電子基團(tuán)之間時(shí)，亞甲基橋很容易被去質(zhì)子化(deprotonated)和雙取代(doublysubstituted)。當(dāng)這些取代反應(yīng)與四取代碳的進(jìn)一步衍生化反應(yīng)相結(jié)合時(shí)，可以快速提供多官能化結(jié)構(gòu)。丙二酸酯合成就是這種范式的一個(gè)例子，該范式已經(jīng)實(shí)施了一個(gè)多世紀(jì)，通過(guò)一系列取代、水解和脫羧來(lái)制造α-取代的羧酸(j.wislicenus,liebigs?ann.chem.186,161-228(1877)；a.c.cope等人，org.react.107-331(1957)；以及h.o.house，modernsynthetic2nd?edw.a.benjamin,inc.，1972，pp.492-623)。當(dāng)與基于鄰苯二甲酰亞胺的gabriel胺合成相結(jié)合時(shí)(s.gabriel,ber.20,2224-2236(1887)；m.s.gibson和r.w.bradshaw,angew.chem.,int.ed.engl.7,919-930(1968))，該合成方案還可進(jìn)一步生產(chǎn)α-氨基酸(s.k.mitra,j.ind.chem.soc.7,799-802(1930))。雖然基于丙二酸的方法具有底物制備簡(jiǎn)便、模塊化程度高的優(yōu)點(diǎn)，但其立體選擇性接觸這些酸的能力有限。

2、不對(duì)稱丙二酸酯合成需要一種快速且立體選擇性的脫羧途徑，這種途徑可以勝過(guò)外消旋酸的自脫羧反應(yīng)，在co2擠出后將一個(gè)小質(zhì)子精確地傳遞到烯醇中間體的一個(gè)面上。這些難題可以通過(guò)芳基丙二酸脫羧酶的酶催化來(lái)解決(amdase,ec?4.1.1.76,k.miyamoto和kourist,r.,appl.microbiol.biotechnol.100,8621-8631(2016)；m.wilding等人，comprehensive?chirality，h.yamamoto和e.m.carreira編輯(elsevier，2012)pp.402-409頁(yè))。在堿性介質(zhì)中，二酸底物被去質(zhì)子化成其共軛堿，該共軛堿具有受抑制的自脫羧，可以進(jìn)入芳基丙二酸脫羧酶(amdase)的活性位點(diǎn)，該位點(diǎn)包含兩個(gè)大小不同的極性口袋和一個(gè)二氧陰離子孔(w.h.richardson和h.e.o'neal，comprehensive?chemical?kinetics:decomposition?and?isomerization?of?organic?compounds，c.h.bamford和c.f.h.tipper編輯(elsevier，1972)pp.381-565)。陰離子孔由四個(gè)殘基和六個(gè)氫鍵供體組成，通過(guò)穩(wěn)定負(fù)電荷來(lái)降低脫羧勢(shì)壘。隨后，附近的半胱氨酸以立體反轉(zhuǎn)的方式質(zhì)子化固定的雙陰離子。這種酶促方法對(duì)帶有一個(gè)芳基和一個(gè)小烷基的丙二酸脫羧具有特別的選擇性。然而，使用該方法獲得的氨基酸(即k.okrasa等人，angew.chem.int.ed.48,7691-7694(2009)中的化合物10a和10b)只有適度的對(duì)映體富集(即對(duì)映體過(guò)剩率61％)。

3、還嘗試了通過(guò)化學(xué)催化進(jìn)行不對(duì)稱脫羧(j.blanchet等人,eur.j.org.chem.5493-5506(2008))。丙二酸的早期研究表明，在叔胺和吡啶等堿性溶劑中脫羧率較高，這表明可能存在堿催化作用(w.h.richardson和h.e.o'neal，comprehensivechemical?kinetics:decomposition?and?isomerization?of?organic?compounds，c.h.bamford&c.f.h.tipper編輯(elsevier，1972)，pp.381-565)。因此，人們對(duì)有機(jī)堿，特別是金雞納生物堿，進(jìn)行了大量研究。然而，這些堿只能產(chǎn)生有限的對(duì)映誘導(dǎo)，因此ee值較低。例如，h.brunner和m.a.baur發(fā)現(xiàn)了有機(jī)堿催化氨基丙二酸脫羧的最佳結(jié)果(h.brunner和m.a.baur，eur.j.org.chem.2854-2862(2003))，其中丙二酸4給出的氨基酸ee值為8.1和11.9％。

4、仍然需要開(kāi)發(fā)出更好的制備手性氨基酸的方法，例如高對(duì)映體過(guò)剩率(enantiomeric?excess，ee)。

5、因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供高對(duì)映體過(guò)剩率(ee)的手性氨基酸的制備方法。

6、本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供制備具有多種側(cè)鏈的手性氨基酸的方法。

7、本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供具有多種側(cè)鏈的手性氨基酸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明人已經(jīng)開(kāi)發(fā)出使用手性磷酸作為催化劑制備手性α-氨基酸的方法。本公開(kāi)的方法可以使用氨基-丙二酸作為底物，通過(guò)不對(duì)稱脫羧反應(yīng)，以高光學(xué)純度(例如至少70％的ee值)和高產(chǎn)率(即產(chǎn)率至少為80％，例如在約80％至約99％的范圍內(nèi))生成具有多種側(cè)鏈的手性氨基酸。該方法的脫羧反應(yīng)是由手性磷酸催化的，可以在脫羧過(guò)程中實(shí)現(xiàn)選擇性質(zhì)子化，這被認(rèn)為是不對(duì)稱催化中最困難的過(guò)程之一。在一些形式中，催化劑可以是負(fù)載在合適載體上的手性磷酸。

2、一般來(lái)說(shuō)，制備手性氨基酸的方法包括：(i)將第一反應(yīng)混合物保持在第一溫度下，維持足以形成含有手性氨基酸的產(chǎn)物的第一時(shí)間段。第一反應(yīng)混合物包含底物、催化劑和溶劑。溶劑優(yōu)選為醚，例如環(huán)戊基甲基醚(cpme)。催化劑通常是手性磷酸。在一些形式中，催化劑是負(fù)載在載體上的手性磷酸。通常，催化劑在第一反應(yīng)混合物中的存在量范圍為約1mol％至約20mol％、約1mol％至約10mol％、約2mol％至約20mol％、約2mol％至約10mol％、或約2.5mol％至約10mol％，例如約10mol％或約2.5mol％。

3、一般來(lái)說(shuō)，第一反應(yīng)混合物可以保持在約50c至約100c、約60c至約100c、或約70c至約100c的溫度范圍下，例如約80c的溫度，維持一段時(shí)間，時(shí)間范圍為約1小時(shí)至約12小時(shí)、約1小時(shí)至約10小時(shí)、約1小時(shí)至約8小時(shí)、約1小時(shí)至約5小時(shí)、或約1小時(shí)至約3小時(shí)，例如約2小時(shí)，即可產(chǎn)生含有手性氨基酸的產(chǎn)物。

4、通常，底物是丙二酸。在一些形式中，丙二酸可以具有式i或式i’的結(jié)構(gòu)：

5、

6、產(chǎn)物中的手性氨基酸可以具有式ii或式ii’的結(jié)構(gòu)：

7、

8、其中p1可以是氨基保護(hù)基團(tuán)，r1可以是任何合適的官能團(tuán)或生物分子部分。

9、在一些形式中，本公開(kāi)的方法還包括：(ii)向產(chǎn)物中加入烷基化反應(yīng)物(例如甲基化反應(yīng)物(methylation?reactant)，如三甲基硅烷化重氮甲烷(trimethylsilyldiazomethane)，或乙基化反應(yīng)物(ethylation?reactant))或酸(例如hcl)，以形成第二反應(yīng)混合物；(iii)將第二反應(yīng)混合物保持在第二溫度下，維持足以形成烷基化產(chǎn)物(例如甲基化或乙基化產(chǎn)物)或水解產(chǎn)物的第二時(shí)間段。烷基化產(chǎn)物或水解產(chǎn)物含有烷基化手性氨基酸或水解手性氨基酸。在一些形式中，烷基化手性氨基酸可以具有式viii或式viii’的結(jié)構(gòu)，水解手性氨基酸可具有式v或式v’的結(jié)構(gòu)：

10、

11、

12、其中p1和r1可以是如上定義的，r26可以是取代或未取代的烷基，例如c1-c12未取代的烷基、c1-c10未取代的烷基、c1-c8未取代的烷基、c1-c6未取代的烷基、或c1-c4未取代的烷基，如甲基或乙基，a1可以酸分子(例如hcl)，

13、在一些形式中，第二反應(yīng)混合物會(huì)經(jīng)歷甲基化反應(yīng)。在這些形式中，將所述第二反應(yīng)混合物維持在約50℃至約100℃、約60℃至約100℃、或約70℃至約100℃溫度范圍，持續(xù)時(shí)間在約30分鐘至約2小時(shí)、或約30分鐘至約1小時(shí)的時(shí)間范圍，以產(chǎn)生甲基化手性氨基酸；或?qū)⑺龅诙磻?yīng)混合物維持在約90℃至約120℃、或約90℃至約110℃的溫度范圍，持續(xù)時(shí)間在約12小時(shí)至約36小時(shí)、或約12小時(shí)至約24小時(shí)的時(shí)間范圍，以產(chǎn)生水解手性氨基酸。在一些形式中，在步驟(i)之后，在加入所述烷基化反應(yīng)物或所述酸之前，將所述產(chǎn)物冷卻至室溫或約0℃。

14、在一些形式中，p1可以是其中l(wèi)1可以是：r2可以是氫、羥基、鹵化物、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的多芳基、取代或未取代的雜芳基、取代或未取代的雜多芳基、取代或未取代的雜環(huán)基、取代或未取代的芳烷基、烷氧基、硫醇、氨基、酰胺基、羰基、氰基、異氰基、硝基、甲硅烷基、亞磺?；⒒酋；㈢l、膦基、磷?；蜢Ⅴ；?；r3-r10可以獨(dú)立地是氫、或取代或未取代的烷基(例如未取代的烷基，如c1-c10未取代的烷基、c1-c8未取代的烷基、c1-c6未取代的烷基、或c1-c4未取代的烷基)；當(dāng)存在所述取代基時(shí)，所述取代基可以獨(dú)立地是取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的多芳基、取代或未取代的雜芳基、取代或未取代的雜多芳基、取代或未取代的雜環(huán)基、取代或未取代的芳烷基、羰基、烷氧基、鹵化物、羥基、硫醇、氰基、異氰基、硝基、氨基、酰胺基、氧代、甲硅烷基、亞磺?；⒒酋；?、鏻、膦基、磷酰基或膦?；?/p>

15、在一些形式中，l1可以是r2可以是取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的多芳基、取代或未取代的雜芳基、取代或未取代的雜多芳基、取代或未取代的雜環(huán)基、取代或未取代的芳烷基、烷氧基、硫醇、氨基、酰胺基、或羰基。

16、在一些形式中，r2可以是取代或未取代的環(huán)烷基、取代或未取代的環(huán)烯基、取代或未取代的環(huán)炔基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的多芳基、或取代或未取代的芳烷基。在一些形式中，r2可以是其中r11-r15可以獨(dú)立地是氫、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的多芳基、取代或未取代的雜芳基、取代或未取代的雜多芳基、取代或未取代的雜環(huán)基、取代或未取代的芳烷基、羰基、烷氧基、鹵化物、羥基、硫醇、氰基、異氰基、硝基、氨基、酰氨基、氧代、甲硅烷基、亞磺酰基、磺?；?、鏻、膦基、磷酰基或膦?；?。在一些形式中，r11-r15可以獨(dú)立地是氫、鹵素、未取代的烷基、未取代的烯基、未取代的炔基、未取代的苯基、未取代的鹵代烷基、未取代的芳烷基、氰基、異氰基、硝基、其中r16-r18可以獨(dú)立地是氫、羥基、-or'18、未取代的烷基、未取代的苯基、未取代的鹵代烷基、或未取代的芳烷基，r'18可以是未取代的烷基。

17、在一些形式中，r2可以是其中r12-r14可以獨(dú)立地是鹵化物(例如f、cl或i)、未取代的烷基、未取代的鹵代烷基(例如氟化物取代的c1-c6鹵代烷基，如-cf3,-ch2-cf3,-ch2-ch2-cf3,-ch2-cf2-cf3,-ch2-cf2-cf2-cf3)、氰基、異氰基、硝基、r16和r18可以獨(dú)立地是氫、羥基、-or'18、未取代的烷基、未取代的鹵代烷基(例如氟化物取代的c1-c6鹵代烷基，如-cf3,-ch2-cf3,-ch2-ch2-cf3,-ch2-cf2-cf3,-ch2-cf2-cf2-cf3)、或未取代的芳烷基(例如芐基)，r'18可以是未取代的烷基。

18、在一些形式中，r2可以是其中r12可以是r13可以是鹵化物(例如f、cl或i)、未取代的烷基、未取代的鹵代烷基(例如-cf3)、氰基、異氰基、硝基、r16和r18可以獨(dú)立地是氫、羥基、-or'18、未取代的烷基、未取代的鹵代烷基(例如氟化物取代的c1-c6鹵代烷基，如-cf3,-ch2-cf3,-ch2-ch2-cf3,-ch2-cf2-cf3,-ch2-cf2-cf2-cf3)、或未取代的芳烷基(例如芐基)，r'18可以是未取代的烷基。在一些形式中，r13可以是硝基。

19、在一些形式中，r1可以是取代的或未取代的烷基、取代的或未取代的烯基、或取代的或未取代的炔基，其中當(dāng)取代基存在時(shí)，取代基可以獨(dú)立地是取代的或未取代的烷基、取代的或未取代的烯基、取代的或未取代的炔基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的多芳基、取代或未取代的雜芳基、取代或未取代的雜多芳基、取代或未取代的雜環(huán)基、取代或未取代的芳烷基、羰基、烷氧基、鹵化物、羥基、硫醇、氰基、異氰基、硝基、氨基、酰胺基、疊氮基、氧代、甲硅烷基、亞磺?；?、磺酰基、鏻、膦基、磷?；蜢Ⅴ；Ｔ谝恍┬问街?，當(dāng)取代基存在時(shí)，取代基可以獨(dú)立地是取代或未取代的環(huán)烷基、取代或未取代的環(huán)烯基、取代或未取代的環(huán)炔基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的多芳基、取代或未取代的雜芳基、取代或未取代的雜多芳基、取代或未取代的的雜環(huán)基、疊氮基、羰基、烷氧基、鹵化物、羥基、硫醇、氰基、異氰基或硝基。在一些形式中，當(dāng)取代基存在時(shí)，取代基可以獨(dú)立地是生物分子部分。

20、在一些形式中，底物的一個(gè)或多個(gè)碳、一個(gè)或多個(gè)氮和/或一個(gè)或多個(gè)氫可以是13c、14c、15n和/或d的形式。

21、在一些形式中，手性磷酸可以是binol磷酸或其衍生物、h8binol磷酸或其衍生物、spinol磷酸或其衍生物、雙酚磷酸(biphenol?phosphoric?acid)或其衍生物、二硫代磷酸(dithiophosphoric?acids)或其衍生物、taddol磷酸或其衍生物、對(duì)環(huán)芳烷(paracyclophane)或其衍生物、tipsy磷酸或其衍生物、或trip磷酸或其衍生物。在一些形式中，手性磷酸可具有式iii或式iii’的結(jié)構(gòu)：

22、

23、其中r19、r20、r’19、和r’20可以獨(dú)立地是取代或未取代的芳基、或取代或未取代的多芳基；r21-r24和r’21-r’24可以獨(dú)立地是氫、或未取代的烷基；當(dāng)所述取代基存在時(shí)，所述取代基可以獨(dú)立地為取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳基(例如苯基)、取代或未取代的多芳基(例如萘基)、取代或未取代的鹵代烷基(例如氟化物取代的c1-c6鹵代烷基，如-cf3,-ch2-cf3,-ch2-ch2-cf3,-ch2-cf2-cf3,-ch2-cf2-cf2-cf3)、或r25可以是取代或未取代的烷基、取代或未取代的鹵代烷基(例如氟取代的c1-c6鹵代烷基，如-cf3,-ch2-cf3,-ch2-ch2-cf3,-ch2-cf2-cf3,-ch2-cf2-cf2-cf3)、取代或未取代的芳基(例如苯基)、或取代或未取代的芳烷基(例如芐基)。

24、在一些形式中，r19和r20中的至少一個(gè)以及r’19和r’20中的至少一個(gè)可以獨(dú)立地是取代的芳基或取代的多芳基，可選地，其中所述取代的芳基或多芳基具有三個(gè)或更多個(gè)取代基(如2,4,6-取代苯基)。在一些形式中，所述手性磷酸具有以下結(jié)構(gòu)：

25、

26、在一些形式中，本公開(kāi)方法還可以包括以下一個(gè)或多個(gè)步驟：在步驟(i)后純化所述產(chǎn)物，和/或在步驟(iii)后純化所述烷基化或水解產(chǎn)物；在步驟(i)之前制備所述底物；在步驟(i)和/或步驟(iii)后回收氨基保護(hù)劑和所述催化劑；和/或在步驟(i)和/或步驟(iii)之后將所述手性氨基酸或烷基化或水解的手性氨基酸衍生為衍生化合物，例如環(huán)狀氨基酸、藥物-氨基酸綴合物、或dna旋轉(zhuǎn)酶抑制劑。

27、在一些形式中，衍生化步驟可以通過(guò)氧化反應(yīng)、偶聯(lián)反應(yīng)(例如點(diǎn)擊反應(yīng))、親核/親電取代、或復(fù)分解反應(yīng)、或其組合來(lái)進(jìn)行。

28、在一些形式中，底物可以使用市售丙二酸酯作為起始化合物來(lái)制備，例如具有式vi結(jié)構(gòu)的丙二酸酯；該起始原料轉(zhuǎn)化為式vii的氨基保護(hù)化合物：

29、

30、其中t1和t2可以獨(dú)立地是未取代的烷基，p1可以是任何氨基保護(hù)基團(tuán)，如上述任何一種用于底物的氨基保護(hù)基團(tuán)。在保護(hù)步驟之后，式vii的氨基保護(hù)化合物可以通過(guò)取代和水解轉(zhuǎn)化為式i或i’的底物，這可以順序或同時(shí)進(jìn)行。