專利名稱：一種酶催化合成具有半縮醛胺結(jié)構(gòu)的氮雜環(huán)衍生物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮雜環(huán)衍生物的合成方法領(lǐng)域，尤其涉及一種酶催化合成 具有半縮醛胺結(jié)構(gòu)的氮雜環(huán)衍生物的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的有機合成反應(yīng)步驟多，且操作十分繁雜。這不僅使得產(chǎn)物損失 大、產(chǎn)率低，還要使用大量的有機試劑，對環(huán)境污染嚴重。近些年，多組 分一鍋法合成的研究越來越受到重視，原因在于該方法無需進行中間產(chǎn) 物的分離，可以防止活潑或不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物在反應(yīng)體系中的累積，因而 多具有高效、高選擇性、條件溫和、操作簡便等特點，它還能較容易的合 成一些常規(guī)方法難以合成的目標產(chǎn)物。
E. Rafiee和H. Jafari 4艮道了利用雜聚酸催化合成二氫嘧啶酮化合物的 方法(《Bioorg. Med. Chem. Lett.》2006, 16， 2463-2466)。 K. Takasu， N. Shindoh， H. Tokuyama, M. Iharay利用三氟曱酰亞胺作為高效催化劑實現(xiàn) 了一鍋法合成哌"定-4-酮類化合物(《Tetrahedron》2006,62,11900-11907)。 M. L. Deb和P. J. Bhuyan才艮道了三組份一鍋法合成3-烷基取代的巧l哚衍生 物的方法(《TetrahedronLett.》2007,48,2159-2163)。此外，使用鋯和二氧 化鈥催化多組分的反應(yīng)也已經(jīng)^皮分別凈艮道(《Tetrahedron》2007， 63， 2009-2018;《Tetrahedron》2007,63,8010-8016)。
在上述現(xiàn)有方法中，反應(yīng)中通常要用到路易斯酸堿催化劑或金屬催化 劑，或者需要高溫條件。而使用酶作為催化劑則可以避免上述問題，反應(yīng) 也更溫和安全。關(guān)于酶促多組分合成比較有代表性的例子是SP Yao， DS Lv, Q Wu, Y Cai, SH Xu, XF Lin報道的關(guān)于枯草桿菌蛋白酶在吡啶中催化咪 唑、糖和丙烯酰氧基丙烯酸乙烯酯一鍋法合成咪唑類含糖衍生物的方法 (《Chem. Commun.》2004, 2006-2008 )。
但是，關(guān)于脂肪酶催化三組分一鍋法合成具有半縮醛胺結(jié)構(gòu)單元的氮 雜環(huán)衍生物的方法還未有報道。半縮醛胺是一類重要的結(jié)構(gòu)單元，廣泛存在于抗真菌和抗腫瘤的天然產(chǎn)物中(《Bioorg. Med. Chem. Lett.》2004， 14， 1123-1124)。 Ingrassia研究組報道了分子篩催化全囟代醛的水合物或半縮 醛與胺類化合物縮合制備半縮醛胺的方法(《Synthesis》1999， 1731-1738)。 Troast研究組經(jīng)過三步反應(yīng)得到O-乙酰-N-乙酰-N,O-乙縮醛結(jié)構(gòu)，然后再 通過水解獲得N-乙酰半縮醛胺(《Org. Lett.》2002， 4， 991-994 )。 Bussolari 研究組報道了 1，4-二氮雜雙環(huán)[2.2.2]辛烷催化丙烯酰胺和保護的氨基酸醛 反應(yīng)制備半縮醛胺的方法(《Chem. Lett.》1998,787-788)。但是，半縮醛 胺的特殊結(jié)構(gòu)非常不穩(wěn)定，極易分解為起始原料或是失去一分子水形成亞 胺類結(jié)構(gòu)(《Science》2007,317,493-496)，這使得半縮醛胺的合成更加困 難。如果能利用一鍋法反應(yīng)合成含半縮醛胺結(jié)構(gòu)的化合物，則可以避免半 縮醛胺的分離，克服反應(yīng)中間體不穩(wěn)定性對反應(yīng)的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種捧作簡便、反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)率較高的在有機溶劑 中利用脂肪酶催化合成具有半縮醛胺結(jié)構(gòu)的氮雜環(huán)衍生物的方法。
一種在有機溶劑中酶催化合成具有半縮醛胺結(jié)構(gòu)的氮雜環(huán)衍生物的 方法，包括將氮雜環(huán)化合物、醛、?；噭┖陀袡C溶劑混合構(gòu)成反應(yīng)體 系，加入脂肪酶后在10~70匸反應(yīng)4~72小時，制得具有半縮醛胺結(jié)構(gòu)的 氮雜環(huán)衍生物；其中，脂肪酶在反應(yīng)體系中的濃度為10~200IU/ml; 1IU =1個酶活性單4立。
所述的氮雜環(huán)化合物為具有如下結(jié)構(gòu)式(in)所示結(jié)構(gòu)的化合物，可 采用市售產(chǎn) 品;
其中，R!為H或甲基；R2為H、甲基或硝基。 所述的醛為具有如下結(jié)構(gòu)式(IV)所示結(jié)構(gòu)的化合物，可采用市售產(chǎn)
H N
5<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，R3為H、甲基、乙基、丙基、異丙基、苯基、千基、對曱基苯 基、對曱氧基苯基、對硝基苯基或吡啶基。
所述的?；噭榫哂腥缦陆Y(jié)構(gòu)式(V)所示結(jié)構(gòu)的化合物，可采用
市售產(chǎn)品；
o
(V)
其中，R4為曱基、乙基、乙烯基或異丙烯基。
具有結(jié)構(gòu)式(in)所示結(jié)構(gòu)的化合物、結(jié)構(gòu)式(iv)所示結(jié)構(gòu)的化合 物和結(jié)構(gòu)式(v)所示結(jié)構(gòu)的化合物反應(yīng)生成具有結(jié)構(gòu)式(i)氮雜環(huán)衍生
物，具體反應(yīng)式如下
N
(III)
,"+ A + S義
脂肪酶
有機溶劑
(IV)
(V)
其中，R,為H或曱基； R2為H、甲基或硝基；
R3為氬原子、曱基、乙基、丙基、異丙基、苯基、芐基、對曱基苯基、 對曱氧基苯基、對硝基苯基或吡咬基；
R4為甲基、乙基、乙烯基或異丙烯基。
所述的有機溶劑為二甲基亞砜、N，N-二曱基曱酰胺、二氧六環(huán)、丙酮、 乙腈、異丙醚、曱基叔丁基醚、叔丁醇、叔戊醇、曱苯、四氫呋喃、乙酸 乙酯、正己烷、環(huán)己烷、氯仿、二氯曱烷中的一種或者兩種。
在非水相進行酶催化反應(yīng)時，油水分配系數(shù)即LogP大的疏水溶劑對 于酶的活性維持有更好的作用，但疏水溶劑中極性底物的溶解度比較低， 而LogP小的強極性溶劑雖然具有好的底物溶解度，卻對酶表面的活性水 分子具有剝奪作用而易于導(dǎo)致酶活性降低。因此，優(yōu)選采用LogP小于6的溶劑或混合溶劑，因為LogP小于6的溶劑或合適極性的混合溶劑可以 對酶的催化性質(zhì)有更好的調(diào)節(jié)作用。
本發(fā)明的有機溶劑是無水的，可以采用分子篩、無水疏酸鎂等干燥劑 干燥或者采用蒸餾、純化等方法得到無水有^L溶劑。
所述的脂肪酶采用本領(lǐng)域常規(guī)市售的脂肪酶即可，優(yōu)選南極假絲酵母 脂肪酶，更優(yōu)選采用固定化的南極假絲酵母脂肪酶，如丹麥諾維信公司生 產(chǎn)的固定化脂肪酶CAL-B。
本發(fā)明方法中的反應(yīng)溫度優(yōu)選25~60°C，最優(yōu)選35~60°C,反應(yīng)時 間優(yōu)選12~72h。
為了降低原料的消耗、節(jié)約成本，優(yōu)選氮雜環(huán)化合物在反應(yīng)體系中 的濃度為100 ~ 3000 mmol/L，醛與氮雜環(huán)化合物的摩爾比為1 ~4，?；?試劑與氮雜環(huán)化合物的摩爾比為1-4。
本發(fā)明方法中生成的具有半縮醛胺結(jié)構(gòu)的氮雜環(huán)衍生物可通過柱層 析色譜法或薄層色語法分離純化得到。柱層析填料采用硅膠或氧化鋁，薄 層色譜采用本領(lǐng)域常規(guī)市售制備硅膠板即可，洗脫劑與展開劑由石油醚和
乙酸乙酯組成，石油醚與乙酸乙酯的體積比為io : i ~ l : io。
本發(fā)明方法采用在有機溶劑中利用脂肪酶催化三組分一鍋法合成具 有半縮醛胺結(jié)構(gòu)單元的氮雜環(huán)衍生物，與現(xiàn)有的化學(xué)法相比，本發(fā)明方法 的操作簡便，反應(yīng)條件溫和，分離步驟少，有效地實現(xiàn)了具有不穩(wěn)定半縮 醛胺結(jié)構(gòu)單元的氮雜環(huán)衍生物的合成。
具體實施例方式
實施例1 在無水異丙醚中酶催化合成乙酸l-咪咬基丙酯
將136毫克咪唑(2mmo1 )、 210微升丙醪(3mmo1)和280微升乙酸 曱酯(4mmo1)加入到經(jīng)過分子篩除水的異丙醚中形成總體積為2ml的混 合物。然后，添加20毫克(200IU)的南極假絲酵母脂肪酶，在50。C下 反應(yīng)48小時，用液相色譜測定氮雜環(huán)衍生物產(chǎn)率53%。產(chǎn)物通過柱層析 色鐠法提純后用核磁共振，高分辨質(zhì)譜表征確認結(jié)構(gòu)，結(jié)果如下
!H畫R (CDC13， 400 MHz， 5， ppm): 7.73 (s， 1H， N-CH=N), 7.08 (s, 2H， N-CH=CH-N)， 6.43 (t， 1H, /=7.6 Hz, N-CH畫O)， 2.16-2,03 (m, 5H， CH3CO， CH2), 0.92 (t, 3H, /=7.6 Hz, CH3)
713C NMR (CDC13， 100 MHz， 5， ppm): 169.5, 136.7， 129.5， 116.7， 79.7， 27.2, 20.7， 9.0
HRMS (EI) m/z calcd. for [M] C8H12N202 168.0899, found 168.0900。
實施例2 在無水異丙醚中酶催化合成乙酸l-咪喳基丁酯
將68毫克咪唑(lmmol )、 180微升丁醛(2mmo1)和220微升乙酸 乙酯(2mmo1)加入到經(jīng)過分子篩除水的異丙醚中形成總體積為2ml的混 合物。然后，添力。20毫克(200IU)的南極假絲酵母脂肪酶，在5(TC下 反應(yīng)36小時，用液相色譜測定氮雜環(huán)衍生物產(chǎn)率50%，產(chǎn)物通過柱層析 色譜法提純后用核磁共振，高分辨質(zhì)譜表征確認結(jié)構(gòu)，結(jié)果如下
'H NMR (CDC13, 400 MHz, S， ppm): 7.73 (s， 1H， N-CH=N), 7.08 (s， 2H， N-CH=CH-N)， 6.43 (t， 1H， 《/=7.6 Hz， N-CH國O), 2.17-2.01 (m， 5H, CH3CO, CH2)， 1.41-1.20 (m, 2H, CH2), 0.92 (t， 3H, 7=7.6 Hz, CH3)
13C NMR (CDC13, 100 MHz, S, ppm): 169.6, 136.7, 129.3， 116.9， 78.3, 35.9， 20.8， 18.0， 13.3
HRMS (EI) m/z calcd. for [M] C9H14N202 182.1055, found 182.1053。
實施例3 在無水異丙醚中酶催化合成乙酸l-咪唑基異丁酯
將204毫克咪唑(3mmo1 )、 450微升異丁醛(5mmo1)和550微升乙 酸異丙烯酯(5mmo1 )加入到經(jīng)過分子篩除水的異丙醚中形成總體積為2ml 的混合物。然后，添加20毫克(200IU)的南極假絲酵母脂肪酶，在50 。C下反應(yīng)72小時，用液相色譜測定氮雜環(huán)衍生物產(chǎn)率42%，產(chǎn)物通過柱 層析色譜法提純后用核磁共振，高分辨質(zhì)譜表征確認結(jié)構(gòu)，結(jié)果如下
'H NMR (CDC13，柳MHz, S， ppm): 7.71 (s， 1H， N-CH-N)， 7.03 (d, 2H， 7=8.0 Hz， N-CH=CH-N)， 6.10 (d, 1H， 《/=9.2 Hz, N-CH-O), 2.34-2.24 (m， 1H, CH)， 2.04 (s， 3H， CH3CO)， 1.02 (d， 3H， /=6.8 Hz， CH3), 0.75 (d， 3H, /=6.4 Hz， CH3)
13C NMR (CDC13, 100 MHz, 5， ppm): 169.4， 136.9, 129.1, 116.8, 83.3， 32.6， 20.6， 18.2， 17.5
HRMS (EI) m/z calcd, for [M〗C9H14N202 182.1055， found 182.1058。實施例4 在無水四氫呋喃中,化合成乙酸l-(2-甲基咪唑基)丙酯
將84毫克2-甲基咪唑(lmmol )、 140微升丙醛(2mmo1)和270微 升乙酸異丙烯酯(2mmo1)加入到經(jīng)過分子篩除水的四氫呋喃中形成總體 積為2ml的混合物。然后，添加20毫克(200IU)的南極假絲酵母脂肪酶， 在50。C下反應(yīng)60小時，用液相色譜測定氮雜環(huán)衍生物產(chǎn)率47%，產(chǎn)物通 過柱層析色諮法提純后用核磁共振，高分辨質(zhì)譜表征確認結(jié)構(gòu)，結(jié)果如下
'H畫R (CDC13, 400 MHz, S， ppm): 6.94 (s， 2H, N-CH=N， N-CH=C)， 6.37 (t， 1H， 《/=7.6 Hz, N國CH-O)， 2.47 (s, 3H， CH3)， 2.08-1.93 (m， 5H, CH3CO, CH2)， 0.85 (t， 3H, /=7.6 Hz， CH3)
13C畫R (CDC13, 100 MHz, S, ppm): 169.4, 145.2， 128.0， 152.3, 78.8， 28.0, 20.7,13.1， 8.9
HRMS (EI) m/z calcd. for [M] C9H14N202 182.1055， found 182.1059。
實施例5 在無水四氫呋喃中酶催化合成乙酸l-(2-甲基咪喳基)丁酯
將84毫克2-甲基咪峻(lmmol )、 360微升丁醛(4mmo1)和360微 升乙酸乙烯酯(4mmo1)加入到經(jīng)過分子篩除水的四氫呋喃中形成總體積 為2ml的混合物。然后，添加20亳克(200IU)的南才及^假絲酵母脂肪酶， 在50。C下反應(yīng)72小時，用液相色譜測定氮雜環(huán)衍生物產(chǎn)率40°/。，產(chǎn)物通 過柱層析色譜法提純后用核磁共振，高分辨質(zhì)譜表征確認結(jié)構(gòu)，結(jié)果如下
JH NMR (CDC13， 400 MHz, S， ppm): 6.95 (s， 1H， N-CH=N), 6.92 (s, 1H， N-CH=C)， 6.46 (t， 1H， 《/=7.6 Hz, N-CH-O), 2.47 (s, 3H, CH3)， 2.03 (s, 3H， CH3CO), 2.00-1.87 (m， 2H， CH2)， 1.38-1.15 (m, 2H, CH2), 0.91 (m， 3H， CH3)
13C NMR (CDC13， 100 MHz, 5, ppm): 169.3， 145.0， 128.0， 115.3, 77.4, 36.6， 20.6, 17.8, 13.3,13.1
HRMS (EI) m/z calcd. for網(wǎng)C10H16N2O2 196.1212, found 196.1214。
實施例6 在無水二氧六環(huán)-異丙醚混合溶劑中酶催化合成乙酸l-(4-甲基咪唑基)丙酯
將168毫克4-曱基咪唑(2mmo1 )、 280微升丙醛(4mmo1)和450微 升乙酸異丙烯酯(4mmo1)加入到經(jīng)過分子篩除水的二氧六環(huán)-異丙醚(體 積比為30/70)中形成總體積為2ml的混合物。然后，添加20毫克(200IU)
9的南極假絲酵母脂肪酶，在50。C下反應(yīng)68小時，用液相色譜測定氮雜環(huán) 衍生物產(chǎn)率48%，產(chǎn)物通過薄層色譜法提純后用核磁共振，高分辨質(zhì)i普表 征確認結(jié)構(gòu)，結(jié)果如下
，H畫R (CDC13， 400 MHz, S, ppm): 7.58 (s， 1H, N-CH=N)， 6.73 (s， 1H， N-CH=C)， 6.29 (t， 1H， 《/=7.6 Hz， N國CH-O)， 2.15 (s， 3H， CH3)， 2.08-1.93 (m, 5H， CH3CO, CH2)， 0.86 (t, 3H， 《/=7.6 Hz， CH3)
l3C醒R (CDC13， 100畫z， S, ppm): 169.5， 138.4, 136.1， 113.0, 79.7, 27.1,20.7， 13.3,9.0
HRMS (EI) m/z calcd. for [M] C9H14N202 182.1055, found 182.1057。
實施例7 在無水丙酮-異丙醚混合溶劑中酶催化合成乙酸l-咪唑基 -4-硝基苯曱酯
將408毫克咪唑(6mmo1 )、 1575微升對硝基苯曱醛(10.5mmol)和 1320微升乙酸乙酯(12mmol)加入到經(jīng)過分子篩除水的丙酮-異丙醚(體 積比為45/55 )中形成總體積2ml的混合物。然后，添加20毫克(200IU) 的南極假絲酵母脂肪酶，在5(TC下反應(yīng)72小時，用液相色譜測定氮雜環(huán) 衍生物產(chǎn)率36%，產(chǎn)物通過柱層析色譜法提純后用核》茲共振，高分辨質(zhì)譜 表征確認結(jié)構(gòu)，結(jié)果如下
!H NMR (CDC13， 400 MHz， S， ppm): 8.28 (s， 1H， Ar-H)， 8.26 (s, 1H， Ar畫H), 7.71 (m， 2H, N腸CH-N， N-CH-O)， 7.59 (s， 1H， Ar-H), 7.57 (s， 1H, Ar-H)， 7.06 (s， 1H， N-CH=CH-N)， 6.91 (s， 1H, N-CH=CH-N), 2.22 (s, 3H， CH3)
l3C NMR (CDC13， 100 MHz， S, ppm): 168.9， 148.5， 141.5, 137.3， 127.3， 124.0, 117.5， 77.1， 20.7
HRMS (EI) m/z calcd. for [M〗C12H12N202 261.0750， found 261.0752。
實施例8 在無水甲基叔丁基酸中酶催化合成乙酸卜咪唑基-吡咬-3-甲酯
將134毫克咪唑(2mmol )、315微升吡啶醛(3mmo1)和340微升乙 酸異丙烯酯(3mmo1)加入到經(jīng)過分子篩除水的曱基叔丁基醚中形成總體 積為2ml的混合物。然后，添加20毫克(200IU)的南極假絲酵母脂肪酶，在50。C下反應(yīng)72小時，用液相色譜測定氮雜環(huán)衍生物產(chǎn)率50%，產(chǎn)物通 過柱層析色語法提純后用核磁共振，高分辨質(zhì)譜表征確認結(jié)構(gòu)，結(jié)果如下
& NMR (CDC13， 400 MHz, S, ppm): 8.69 (s， 2H， Ar-H), 7.72 (s， 1H， N-CH=N)， 7.68 (m， 2H, Ar-H, N畫CH-O), 7.39 (m， 1H, Ar-H), 7.08 (s， 1H， N-CH=CH-N)， 6.95 (s， 1H， N-CH=CH-N)
13C NMR (CDC13， 100 MHz, S， ppm): 169.0， 150.9， 147.6， 137.2， 134.0， 130.8， 130.2, 123.5, 117.6， 77.1， 20.7
HRMS (EI) m/z calcd. for [M] C12H12N202 217.0851， found 217.0853。
權(quán)利要求
1、一種酶催化合成具有半縮醛胺結(jié)構(gòu)的氮雜環(huán)衍生物的方法，包括將氮雜環(huán)化合物、醛、?；噭┖陀袡C溶劑混合構(gòu)成反應(yīng)體系，加入脂肪酶后在10～70℃反應(yīng)4～72小時，制得具有半縮醛胺結(jié)構(gòu)的氮雜環(huán)衍生物；其中，脂肪酶在反應(yīng)體系中的濃度為10～200IU/ml。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的氮雜環(huán)化合物 為結(jié)構(gòu)式(III)所示結(jié)構(gòu)的化合物其中，R,為H或甲基；R2為H、曱基或硝基。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的醛為結(jié)構(gòu)式(IV) 所示結(jié)構(gòu)的化合物其中，R3為H、曱基、乙基、丙基、異丙基、苯基、芐基、對曱基苯 基、對甲氧基苯基、對硝基苯基或吡咬基。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的?；噭榻Y(jié) 構(gòu)式(V)所示結(jié)構(gòu)的化合物其中，R4為甲基、乙基、乙烯基或異丙烯基。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的有機溶劑為二 曱基亞砜、N,N-二甲基曱酰胺、二氧六環(huán)、丙酮、乙腈、異丙醚、甲基叔 丁基醚、叔丁醇、叔戊醇、曱苯、四氳^^喃、乙酸乙酯、正己烷、環(huán)己烷、 氯仿、二氯甲烷中的一種或者兩種。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的脂肪酶為南極假絲酵母脂肪酶。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于反應(yīng)溫度為25~60°C， 反應(yīng)時間為12~72h。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于氮雜環(huán)化合物在反應(yīng) 體系中的濃度為100 ~ 3000 mmol/L。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于醛與氮雜環(huán)化合物的 摩爾比為1~4，酰化試劑與氮雜環(huán)化合物的摩爾比為1~4。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在有機溶劑中酶催化合成具有半縮醛胺結(jié)構(gòu)的氮雜環(huán)衍生物的方法，包括將氮雜環(huán)化合物、醛、?；噭┖陀袡C溶劑混合構(gòu)成反應(yīng)體系，加入脂肪酶后在10～70℃反應(yīng)4～72小時，脂肪酶在反應(yīng)體系中的濃度為100～200IU/ml。本發(fā)明方法利用脂肪酶作為催化劑，可以合成化學(xué)法難以制備的氮雜環(huán)衍生物，與現(xiàn)有的化學(xué)合成的方法相比，本發(fā)明方法操作簡便，反應(yīng)條件溫和，氮雜環(huán)衍生物的產(chǎn)率較高。
文檔編號C12P17/10GK101659971SQ20091015260
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月10日
發(fā)明者劉博凱, 起 吳, 林賢福 申請人:浙江大學(xué)