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通过酶促拆分制备S(+)3-甲基-1-(2-(1-哌啶基)苯基)丁胺

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通过酶促拆分制备S(+)3-甲基-1-(2-(1-哌啶基)苯基)丁胺 第48卷 第 6期 2010年 11月 吉 林 大 学 学 报 (理 学 版 ) Journal of Jilin University(Science Edition) Ve1.48 No.6 NOV 20lO 通过酶促拆分制备 (+)3-甲基-1-(2-(1-哌啶基)苯基 )丁胺 赵 爽 ,杨丽娟 ,吴佳桢 ,林 凡 ,房学迅 ,王恩思 (1.吉林大学 生命科学学院,长春 130012;2.吉林大学 药学院,长春 130021; 3.东北师范大学 生命科学学院,长春 130024;4.吉林...
通过酶促拆分制备S(+)3-甲基-1-(2-(1-哌啶基)苯基)丁胺
第48卷 第 6期 2010年 11月 吉 林 大 学 学 报 (理 学 版 ) Journal of Jilin University(Science Edition) Ve1.48 No.6 NOV 20lO 通过酶促拆分制备 (+)3-甲基-1-(2-(1-哌啶基)苯基 )丁胺 赵 爽 ,杨丽娟 ,吴佳桢 ,林 凡 ,房学迅 ,王恩思 (1.吉林大学 生命科学学院,长春 130012;2.吉林大学 药学院,长春 130021; 3.东北师范大学 生命科学学院,长春 130024;4.吉林大学 分子酶学教育部重点实验室,长春 130012) 摘要:以脂肪酶 Novozym435为催化剂,乙酸乙酯作溶剂和酰基供体,酶促合成瑞格列奈关键 中间体 .s(+)3一甲基.1.(2.(1.哌啶基)苯基)丁胺,总收率为 17%.该酶促拆分方法较化学拆 分法具有高度的对映选择性及底物的专一性,副反应少,反应条件温和,合成路线易于操作, 酶经活化后可重复利用. 关键词:酶促合成;瑞格列奈中间体;脂肪酶 Novozym435;药物化学 中图分类号:R977.15 文献标志码:A 文章编号:1671-5489(2010)06.1043-04 Preparation of (+)3-Methyl·1-(2-(1-piperidiny1)pheny1) butylamine through Enzymatic Catalysis ZHAO Shuang ,YANG Li-juan ,WU Jia.zhen ,LIN Fan。,FANG Xue—xun。 ,WANG En—si '。 (1.College ofLife Science, lin University,Changchun 130012,China; 2.College ofPhamacy,Jilin University,Changchun 130021,China; 3.School ofLife Science,Northeast Normal University,Changchun 130024,China; 4.Key Laboratoryfor Molecular Enzymology and Engineering,the Ministry ofEducation, Z University,Changchun 130012,C ina) Abstract:With lipase Novozym435 as catalyst,ethyl acetate as solvent as well as acyl donor,the crucial intermediates S(+)3-methyl-1一(2-(1一piperidiny1)pheny1) butylamine of Repaglinide was synthesized enzymatically with a total yield of 17% .Compared with chemical catalysts,the enzymatic resolution method has higher enantioselectivity,regioselectivity and substrate specificity.The synthetic route is easy to operate under a moderate condition with less secondary reaction. Enzyme can be reutilized after activation,which reduces cost,and thus applied to industrial production. Key words:synthesis promoted by enzyme;Repaglinide intermediate;lipase Novozym435;pharm aceutical chemistry 瑞格列奈(Repaglinide,NovoNorm,AG.EE 623 ZW)是一种胰岛素释放促进剂⋯,主要用于非胰岛 素依赖型(NIDDM型/Ⅱ型)糖尿病患者的治疗.其结构中含有一个手性碳原子,S(十)构型是 R(一) 构型药效活性的100倍,因此临床上使用S(+)异构体,活性是磺酰脲类的18~25倍.该药疗效确切、 口服方便、剂量小、副作用较低.而Js(+)3.甲基一1一(2一(1一哌啶基)苯基)丁胺是合成瑞格列奈的关键 收稿日期 :2010-03-04. 作者简介:赵 爽 (198O一),男,汉族,博士研究生,从事药物化学 的研究,E—mail:zs8072@163.com.通讯作者:房 学迅 (1967一),男,汉族,博士,教授 ,博士生导师,从事生物化学的研究,E-mail:fangxx@jlu.edu.cn;王恩思(1955一),男 ,汉族,博士, 教授,博士生导师,从事天然药物合成及绿色化学的研究.E-mail:wangss@jlu.edu.cn. 吉 林 大 学 学 报 (理 学 版) 第 48卷 中间体. 文献[2]报道了利用L—N一乙酰谷氨酸化学合成化合物2,本文采用酶促手性合成方法,先通过对已 有报道的伯胺类化合物 1一苯基乙胺的酶促合成,找到以脂肪酶Novozym435为催化剂,乙酸乙酯作为溶 剂和酰基供体的拆分条件,再递进地拆分S(+)3.甲基一1.(2.(1.哌啶基)苯基)丁胺(化合物 1)及与其 结构类似的模型化合物,丰富了手性胺酶促拆分方法.本文建立的酶促合成方法较化学拆分法具有高 度的对映选择性和底物的专一性,副反应少,反应条件温和,合成路线简单,易于操作.酶经活化后可 重复利用,降低了成本,适合工业化生产.合成路线如图 1所示. CH ..,.u nl 2 cHfoocH 2 r上\ - - - - - - - — - · - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 一 () 2 一 一 c c 图 1 S(+)3-甲基-1-(2-(1-哌啶基)苯基)丁胺的酶促合成路线 Fig.1 Synthetical route ofS(+)3-methyl-1-(2-(1-piperidiny1)pheny1)butylamine promoted by enzyme 1 仪器与药品 采用 XT4显微熔点测定仪(北京电子光学设备厂)测定熔点;采用 FTS一135型(美国 BIO—RAD公 司)红外光谱仪测定红外光谱,KBr压片;采用 UNITY-400型(美国 Varian公司)核磁共振仪测定 H NMR, C NMR,TMS为内标;采用Vario EL型(德国Elementar公司)元素仪进行元素分析;采 用美国Perkin Elmer公司Polarimeter 341 LC型(A=578 am)旋光测定仪测定旋光值;采用美国LCQ公 司电喷雾质谱仪测定质谱. 脂肪酶 Novozym435购于广州明远公司,无明显定位专用性.(±)3一甲基一1-(2-(1-哌啶基)苯基) 丁胺按照文献[34]方法自制.其他试剂和溶剂均为国产分析纯,柱色谱用硅胶 G(200~300目)青岛 海洋化工厂分厂产品. 2 化合物2的酶促合成 向带塞的磨口三角瓶中加入2 g外消旋化合物 1,2 g Novozym435,100 mL乙酸乙酯,盖紧塞子后 外套一个充满氮气的气球,40℃(190 r/min)摇瓶48 h,降至室温,过滤除去酶,滤液浓缩后经硅胶柱 层析( (乙酸乙酯):l,(石油醚)=1:2)得到白色晶体 0.62 g(62%),[ ]2。0=一7.0(c 0.01,甲醇), m.P.168~171 oC. H NMR(399.95 MHz,DMSO—d )6:8.12(d,1H,一NHCO一),7.28(t,J=6.8 Hz, 1H,Ar_-H),7.17~7.13(m,1H,Ar__H),7.09~7.02(m,2H,2 X Ar__H),5.40~5.34(m,IH, 一 CH—NH一),3.09(S,2H,Ar—N—cH2一),2.54(S,2H,Ar—N—CH2一),1.82(S,3H,一COCH3), 1.70(d,J=2.8 Hz,2H,一cH2一cH一),1.59~1.45(m,6H,3 X—cH2一),1.28(m,1H,一CH一), 0.92~0.88(m,6H,2 X CH3一);”C NMR(100.56 MHz,CDC13) :168.65,152.39,139.04,127.87, 127.69,125.03,122.76,54.92,49.65,46.92,26.68,25.19,24.09,23.45,22.74,22.53. 待白色晶体全部分离出来后再用 (甲醇):V(二氯)=1:20分柱,得到淡黄色油状液体 0.35 g (35%),[ ]2。0= +4.0(c 0.01,甲醇 ),e.e.% =58%.化学拆 分纯品参考值 [Od]2。0= +6.9 (C 1,甲醇 ) . H NMR(399.95 MHz,CDC1 )6:7.34(dd,J=1.6 Hz,J=7.6 Hz,1H,Ar H), 7.19(t,J=7.6 Hz,1H,Ar__H),7.14(m,2H,2 X Ar—H),4.47(t,J=8 Hz,1H,Ar_-cH—N一), 2.86~2.78(m,4H,Ar—N_2×一cH2一 ),1.74~1.69(m,6H,3×一CH2一 ),1.60—1.53(m,5H, -- CH一,一CH2一 ,--NH2),0.94(t,J=6 Hz,6H,2 X--CH3一);”C NMR(100.56 MHz,CDC13)6: 152.22,142.71,127.09,126.34,124.40,120.95,54.91,48.56,47.69,26.63,25.31,24.24,23.12, 22.39. 2;/M 第 6期 赵 爽,等:通过酶促拆分制备 S(+)3-甲基一1一(2一(1一哌啶基)苯基)丁胺 1045 3 结果与讨论 3.1 以脂肪酶Novozym435为催化剂对 Ⅱ型伯胺类化合物的酶促合成 3.1.1 脂肪酶Novozym435催化拆分(±) 一苯乙胺 向带塞的磨 口三角瓶中加入 100 mL乙酸乙酯, 2 g Novozym435,5 g(±)Od一苯乙胺,盖紧塞子后外套一个充满氮气的气球,40℃(190 r/min)摇瓶反应 24 h,冷却滤出酶,将母液浓缩后经硅胶柱层析得白色酰胺晶体 3.04 g(87.7%),[Ot]2。0=+95.5 (c 1,甲醇)及淡黄色透明油状物 1.72 g(68.8%),[ ]2。0=一32.8(c 1,甲醇)e.e.% =81.4%.化学 拆分纯品参考值[O/]2。0=一40.3(c 1,甲醇) J. 3.1.2 脂肪酶Novozym435催化拆分与化合物 1结构类似的邻位为氯的乙基和丙基化合物 由2一氯苯 腈与同溴乙烷、溴丙烷合成化合物3和化合物4(方法与用异溴丁烷合成化合物1的方法 剖相同).再 用 Novozym435拆分化合物 3和化合物4(方法同3⋯1 1).结果表明,反应不产生酰胺晶体,得不到旋 光产物.化合物 3和化合物4的结构如图2所示. 图 2 化合物 3—9的结构 Fig.2 Structures of compound 3—9 3.1.3 脂肪酶Novozym435催化拆分与化合物 1结构类似的乙基和丙基化合物 用溴乙烷、溴丙烷合 成化合物5和化合物 6(方法与用异溴丁烷合成化合物 1的方法相同).再用 Novozym435拆分化合物 5 和化合物6各 2 g(方法同 3.1.1).结果表明,含有乙基的化合物 5得无色透明液 0.62 g(62%), [ ]2 0=+0.92(c 0.01,甲醇);含有丙基的化合物 6得无色透明液 0.58 g(58%),[ ]。20=+0.55 (c 0.01,甲醇 ). 3.1.4 脂肪酶 Novozym435催化拆分与化合物1结构类似邻位为氯的异丙基、正丁基和异丁基化合物 脂肪酶 Novozym435能拆分化合物 5和化合物6,却无法拆分化合物 3和化合物4,由此可推断邻位为 氯原子时对该酶的活性具有一定的影响,继而又设计了化合物7~9(方法与用异溴丁烷合成化合物 1 的方法相同),用同3.1.1方法对化合物7~9进行拆分,结果也不产生酰胺晶体,母液胺旋光值为零. 3.1.5 不同的酰基供体和溶剂对脂肪酶 Novozym435催化拆分化合物1的酶促反应效果 分别以乙酸 乙酯、丁酸乙酯、丙二酸二乙酯、丙烯酸乙酯为酰基供体 ,乙酸乙酯、石油醚、异丙醚、甲苯为溶剂, 脂肪酶 Novozym435催化拆分化合物 1,通过 TLC及旋光测定仪跟踪检测,在异丙醚为溶剂的情况下, 反应速度为:丙二酸二乙酯 >丙烯酸乙酯 >乙酸乙酯 >丁酸乙酯,其中以丙二酸二乙酯作为酰基供体 反应速度虽然最快,但有一个杂质点影响产率和光学纯度,而以乙酸乙酯既作为溶剂又作为酰基供体 时,产率、反应稳定性和光学纯度等综合效果最好. 3.2 酶促拆分伯胺类化合物时母液胺极性的变化 用脂肪酶 Novozym435催化拆分化合物 1及与其结构类似的乙基和丙基化合物时,发现酶促反应 后母液胺极性变大.脂肪酶 Novozym435在拆分开结构简单的(-I-) .苯乙胺后,对分子结构较复杂且 更有应用价值的化合物却始终拆不开,通过酶促拆分后的母液胺旋光值为零.反复研究发现,在化合 物1、化合物5、化合物6这些结构较复杂的伯胺类化合物酶促拆分后的母液胺极性会变得很大,但由 于母液胺与母液中的原料胺在 TLC色谱板上比移值(R,值)完全相同,在酶促拆分产生酰胺化反应后, 如将未反应完的原料胺作为母液胺,则没有旋光值.应先用小极性的洗脱剂( (甲醇): (氯仿)= 1:20)将极性较小的原料胺分离出,再用极性稍大的洗脱剂( (甲醇):V(氯仿)=1:10)将母液胺分 离出. x射线衍射分析表明 J,脂肪酶含有一个大穴和一个小穴,由于空间位阻效应,大穴与大的取代 。 疋 H 尺 。 1O46 吉 林 大 学 学 报 (理 学 版) 第 48卷 基结合,小穴与小的取代基结合.在 Ⅱ型伯胺类化合物的反应部位为某氨基,呈 .型的对映异构体首 先酰胺化,故发生反应生成的酰胺为 R.构型,而母液胺为 S一构型.合成瑞格列奈需要 |s(+)3.甲基.1. (2一(1一哌啶基)苯基)丁基胺,所以酶促拆分理论上应拆分有正的旋光性的母液胺. 综上可见,脂肪酶 Novozym435对邻位有哌啶基团的化合物1类似物有催化活性,而对邻位有氯的 类似物则无催化活性.由于哌啶为斥电子基,氯原子为吸电子基,因此推断此酶对邻位有斥电子基的 类似物有催化活性,对邻位有吸电子基的类似物则无催化活性.该酶促拆分方法比其他拆分伯胺类化 合物的化学拆分法简单,不但可以得到光学纯度较高的产物,而且此适合工业化生产,化学废物 量大幅度减少,属环境友好型技术,具有很好的应用前景和开发价值. [2] [3] [4] [5] [6] [7] 参 考 文 献 LIAO Bin,LIAO Qing-jiang.The General Situation of New Drugs in the Foreign Research in 1998[J].Progress in Pharmaceutical Sciences,1999,23(3):188—192.(廖 斌 ,廖清江.1998年国外研究开发新药概况 [J].药学进 展 。1999,23(3):188—192.) ZHAO Shuang,XU Zhi—bing,E Chen-guang et a1.Synthesis of Antidiabetic Medicine Repaglinide[J].Journal of Jilin University:Science Edition,2008,46(3):556—559.(赵 爽,徐志炳 ,鄂晨光,等.抗糖尿病药物瑞格列奈的合 成 [J].吉林大学学报:理学版,2008,46(3):556-559.) ZHENG Liang—yu,WANG En-si,Yu Jia—lin.Synthesis of Racemic Repaglinide[J].Aeta Scientiarum Naturalium Universitatis Jilinensis,2000(4):83—87.(郑良玉,王恩思 ,俞加林.外消旋瑞格列奈的合成 [J].吉林大学 自然 科学学报,2000(4):83—87.) 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