刘玮炜，李曲祥――含D-乙酰氨基葡萄糖和哌嗪的脲类化合物的合成及表征....doc

含 D-乙酰氨基葡萄糖和哌嗪的脲类化合物的合成及表征 刘玮炜 *1,2,3 ，李曲祥 2 ,程峰昌 2 ,张强 2 ，霍云峰 1 ( 1. 淮海工学院 化学工程学院，江苏 连云港 222005； 2. 中国矿业大学 化工学院，江苏 徐州 221116； 3. 江苏省海洋资源开发研究院，江苏 连云港 222005) 摘要：以 D-氨基葡萄糖盐酸盐为起始原料，经过羟基的乙酰化保护，得到 2-氨基-1,3,4,6四-O-乙酰基-2-脱氧-β-D-吡喃糖盐酸盐，在三乙胺存在下，再与三光气、哌嗪衍生物“一锅 法”反应，合成了 4 种具有代表性的糖基哌嗪物质（4a-4d）。产物结构均经 IR，1H NMR 和 HRMS(ESI)确认。 关键词：D-氨基葡萄糖；哌嗪衍生物；脲 中图分类号：O629.11 文献标识码：A D-氨基葡萄糖（2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖）由甲壳素降解得到，是人体软骨、韧带和肌腱 等组织不可或缺的物质[1]。同时，它参与构建人体透明质酸、肝素，具有抗分支杆菌[2]、抗 病毒[3]、抗关节炎[4]等生理活性。D-氨基葡萄糖衍生物在诱导肿瘤细胞分化方面，也表现出 了很好的活性[5,6] 。罗宣干等 [7] 研究发现 D -氨基葡萄糖-5-氟脲嘧啶衍生物对人体艾氏腹水 癌细胞具有很强的杀伤作用。另外，2-氨基-1,3,4,6-四-O-乙酰基-β-D-吡喃糖是 D-氨基葡萄 糖的重要衍生物, 在糖化学和糖生物学研究中具有重要的意义[8,9]。 哌嗪（又名六氢吡嗪、胡椒嗪）是一种重要的医药、农药、染料等的中间体，且哌嗪衍 生物又具有抗菌[10]、抗病毒[11]、抗肿瘤[12]、抗抑郁[13]]等生物活性而受到人们的广泛关注。 哌嗪结构片段能有效改善药物的水溶性，增强药物的活性，广泛出现在一些已经上市的抗革 兰氏阴性或阳性菌药物中，如环丙沙星、诺氟沙星等[14]。脲类结构也是一种重要的药效活 性基团，具有抗肿瘤、抗癫痫等[15]作用。本文将哌嗪结构引入到氨基葡萄糖的母核上，采 用“一锅法”设计合成出了 4 种含哌嗪基的糖基脲衍生物，以期为脲类物质药物活性的筛选 提供几个试样。其合成路线如下（Scheme 1）： 收稿日期： 基金项目：江苏省高校自然科学研究重大项目（10KJA170003）资助；江苏省高校科研成果产业化推进项 目(No. JHB2012-60)资助；连云港市科技攻关项目(CG1105)及江苏高校优势学科建设工程资助项目资助. 作者简介：刘玮炜（1965-），女，汉族，江苏滨海人，教授，博士，硕士生导师，主要从事有机合成等方 面的研究，E-mail： liuww2007ly@aliyun.com HO O MeO OH NH2·HCl HO HO CHO AcO HO O HO HO NaOH O Ac2O OH N Pyridine AcO AcO AcO O Acetone AcO AcO OAc NH2·HCl (Ⅰ ) BTC, DCM, NaHCO3 (Ⅱ ) HN a OCH3 O N R ,TEA 4 b d c O F R N OAc NH N O O OH R N OCH3 AcO AcO AcO 3 Comp . OAc 2 1 HCl N N Scheme 1 1 实验部分 1.1 仪器与试剂 （1）仪器：SGW X-4B 显微熔点仪（上海精密科学仪器有限公司，温度计未校正）； Bruker-Avance 型核磁共振仪（400M Hz，DMSO-d6 为溶剂，TMS 为内标）；FT-IR 红外仪器 （德国 Bruker 公司，KBr 压片） ； Agilent 6230 TOF 质谱仪（美国安捷伦科技有限公司）； 薄层层析硅胶板使用 GF254 型（青岛海洋化工厂；WFH-203 三用紫外分析仪（上海 精科实业限公司）。 （2） 试剂：所用试剂均为市售分析纯。 1.2 合成 1.2.1 2-氨基-1,3,4,6-四-O-乙酰基-2-脱氧-β-D-吡喃糖盐酸盐(3)的合成[16-17]: 由于D -氨基葡萄糖有多个反应活性中心( -OH和 -NH 2 )，为了实现氨基的选择性 反应，需先对4个 -OH进行保护，实验采用乙酰化保护。在25℃条件下，D-氨基葡萄糖 与茴香醛在水溶液中反应得到白色中间产物希夫碱 1。1在吡啶中以乙酸酐为酰化试剂于室 温下反应12小时得到酰化保护的希夫碱产物 2。最后，2在丙酮溶液中经过盐酸水解得到 2-氨基 -1,3,4,6-四-O-乙酰基-2-脱氧-β-D-吡喃糖盐酸盐(3)。白色固体，收率75％，m. p. 228 ~ 229 ℃ ; IR(KBr) , v/cm-1: 3476, 2850, 1755, 1373, 1207, 1090, 1047; 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ: 8.66 (s, 3H, NH3Cl), 5.89 (d, J = 8.7 Hz, 1H, H1), 5.34 (t, J = 9.8 Hz, 1H, H2), 4.93 (t, J = 9.6 Hz, 1H, H3), 4.19 (dd, J = 12.4, 4.3 Hz, 1H, H4), 4.03 (m, 2H, H5, H6), 3.59 (m, 1H, H6'), 2.17-1.86 (4s, 12H, 4CH3). 1.2.2 N-哌嗪基-N'-(1,3,4,6-四-O-乙酰基-2-脱氧-β-D-吡喃糖)脲的合成通法： 在圆底烧瓶中依次加入3 0.384g (1mmol)，饱和NaHCO 3 溶液15ml和CH 2 Cl 2 10ml，充 分搅拌，在冰水浴条件下加入三光气(BTC) 0.11g (0.37mmol)，剧烈搅拌15min后，转移至 室温，然后加入溶有哌嗪衍生物 (1.1mmol)和三乙胺 0.5ml (3.6mmol)的CH 2 Cl 2 溶液，TLC 检测反应，1-1.5小时反应毕，分液取有机层，水层用DCM萃取(3×10ml)，合并有机相，无 水硫酸镁干燥，旋蒸除去溶剂得糖浆，硅胶柱层析（石油醚、乙酸乙酯为洗脱剂），得到目 标化合物。 N-(1-苄基哌嗪)-N'-(1,3,4,6-四-O-乙酰基-2-脱氧-β-D-吡喃糖)脲(4a):白色固体，收率 86 ％，m. p. 72 ~ 73℃；IR (KBr), v, cm-1: 3413, 2939, 1755, 1639, 1224, 1076, 905; 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ: 2.33 (dd, 2H, ArCH2), 3.22 (m, 4H, CH2, piperazine), 3.45 (m, 4H, CH2, piperazine), 6.57 (d, J = 8.9 Hz, 1H, NH), 7.4-7.2 (M, 5H, ArH), 2.03-1.91 (4s, 12H, 4CH3), 5.77 (d, J = 8.8 Hz, 1H, H1), 5.23 (t, J = 9.9 Hz, 1H, H3), 4.88 (t, J = 9.8 Hz, 1H, H4), 4.19 (dd, 1H, H6), 4.00-3.86 (m, 3H, H2, H5, H6'); HRMS(ESI) [Found:m/z 588.1950 (M+K)+, calcd for: C26H35N3O10K: M+K, 588.1954]. N-苯基哌嗪-N'-(1,3,4,6-四-O-乙酰基-2-脱氧-β-D-吡喃糖)脲(4b): 白色固体，收率 88％， m. p. 98 ~ 99℃; IR (KBr), v, cm-1: 3424, 2962, 1746, 1652, 1219, 1079, 917; 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ: 3.02 (m, 4H, CH2, piperazine), 3.39 (m, 4H, CH2, piperazine), 6.73 (d, J = 8.9 Hz, 1H, NH), 6.8 (t, 1H, ArH), 6.95 (d, 2H, ArH), 7.22 (dd, 2H, ArH), 2.03-1.89 (4s, 12H, 4CH3), 5.81(d, J = 8.8 Hz, 1H, H1), 5.26 (t, J = 9.9 Hz, 1H, H3), 4.89 (t, J = 9.8 Hz, 1H, H4), 4.2 (dd, 1H, H6), 3.99- 3.89 (m, 3H, H2, H5, H6'); HRMS(ESI) [Found: m/z 574.1789 (M+K)+, calcd for: C25H33N3O10K: M+K, 574.1798]. N-(2-吡啶基哌嗪)-N'-(1,3,4,6-四-O-乙酰基-2-脱氧-β-D-吡喃糖)脲(4c): 白色固体，收率 76％，m. p. 65 ~ 66℃；IR (KBr), v, cm-1: 3411, 2959, 1755, 1641, 1238, 1075, 904; 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ: 3.53-3.37 (m, 8H, CH2, piperazine), 6.71 (d, J = 9.0 Hz, 1H, NH), 6.66 (m, 1H, pyridine), 6.84 (d, 1H, pyridine), 7.54 (m, 1H, pyridine), 8.11 (dd, 1H, pyridine), 2.03-1.90 (4s, 12H, 4CH3), 5.80 (d, J = 12.2 Hz, 1H, H1), 5.27 (t, J = 9.9 Hz, 1H, H3), 4.88 (dd, J = 19.3 Hz, 9.5 Hz, 1H, H4), 4.2 (dd, 1H, H6), 4.00-3.90 (m, 3H, H2, H5, H6'); HRMS(ESI) [Found:m/z 575.1754 (M+K)+, calcd for: C24H32N4O10K: M+K, 575.1750]. N-(4-(1-环丙基-3-羧基-6-氟-4-氧代-哌嗪))-N'-(1,3,4,6-四-O-乙酰基-2-脱氧-β-D-吡喃糖)脲(4d): 白色固体，收率 72 ％，m. p. 216 ~ 217 ℃; IR (KBr), v, cm-1: 3331, 2955, 1750, 1638, 1229, 1074, 892; 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ: 1.20 (t, 2H, CH2, cyclopropyl), 1.30 (t, 2H, CH2, cyclopropyl), 2.99 (m, 4H, CH2, piperazine), 3.46 (m, 4H, CH2, piperazine), 3.86 (tt, 1H, CH, cyclopropyl), 6.81 (d, J = 8.8 Hz, 1H, NH), 7.89 (s, 1H, ArH), 8.35 (s, 1H, ArH), 8.69 (s, 1H, CH), 14.88 (s, 1H, -COOH), 2.10-1.99 (4s, 12H, 4CH3), 5.84 (d, J = 8.8 Hz, 1H, H1), 5.54 (d, J = 8.4 Hz, 1H, H3), 5.32 (d, J = 9.7 Hz, 1H, H4), 5.04 (t, 1H, H6),4.22-3.90 (m, 3H, H2, H5, H6'); HRMS(ESI) [Found: m/z 743.1974 (M+K)+, calcd for C25H31N5O10FK: M+K, 743.1973]. 2 结果与讨论 2.1 反应条件的初步选择 实验发现，原料配比与反应温度对4的收率均有影响。因而，实验以4a为例考察了摩尔 比与温度对反应的影响，在固定反应时间、固体光气和三乙胺用量，在二氯甲烷/饱和碳酸 氢钠两相溶液中，通过改变摩尔比或反应温度，以合成目标产物的产率作为评判标准，结果 如见表1，表2。由表1可见，当3与Ⅱa摩尔比为1:1.1时，收率达到最佳值86%，提高摩尔比 收率不在变化。由表2可见，随着反应温度的升高，收率提高，在25℃达到最佳。随后继续 升温，收率下降，TLC发现副产物增加，可能是糖基异氰酸酯自身发生聚合，生成了对称的 糖基脲。综上,当n(3) : n(Ⅱa) = 1:1.1，反应温度25℃为最佳反应条件。 表1 Table 1 摩尔比对 4 收率的影响 Effect of mole ratio on yield of 4 n(3) : n(Ⅱa) 1:0.9 1:1 1:1.1 1:1.2 1:1.3 收率（%） 58 75 86 86 86 表2 Table 2 反应温度对 4 收率的影响 Effect of reaction temperature on yield of 4 温度（℃） -10 0 25 30 40 收率（%） 52 65 86 82 63 2.2 化合物的合成 在化合物4的合成过程中，首先D-乙酰氨基葡萄糖与BTC反应生成糖基异氰酸酯 中间体，由于其具有很强的亲电性，易于与质子性溶剂结合生成副产物，故采用非质 子性溶剂。另外，糖基异氰酸酯不易提纯且易变质，采用“一锅法”避免了这些问题。 同时简化了反应操作步骤和后处理方法。 同时，实验在哌嗪种类选择方面，选取了具有代表性的脂肪族哌嗪、芳香族哌嗪、 杂环哌嗪和市售的原料药环丙沙星。实验发现，在4d的合成过程中,当在最佳摩尔比 和反应温度下，反应进行5小时后，仍有大量原料，经过探索加入催化量的三乙胺后， 反应时间大大缩短，1.5小时反应完全，可能是由于环丙沙星分子结构中喹唑啉酮环 的位阻较大所导致。而4a-4c合成过程中，在加入三乙胺后，反应时间也有较大缩短， 因而，实验选择三乙胺做为催化剂。 2.3 化合物谱图分析 IR图谱中，化合物4a-4d均在3331 ~ 3424 cm-1出现吸收峰，为N-H伸缩振动吸收峰， 在2960cm -1 附近出现吸收峰，为乙酰基上甲基的伸缩振动吸收峰；在1650cm -1 左右出 现吸收峰，为酰胺键上的C=O伸缩振动吸收峰；在1750 cm -1 附近出现很强的吸收峰， 为乙酰基上C=O的伸缩振动吸收峰；在910 cm -1 左右出现吸收峰，则说明糖环为β-构型。 1H NMR中，化合物4a-4d在  2.00 附近出现了四个单峰（共12个H）为乙酰基上 氢的特征吸收；在  3.86 ~ 5.84出现多重峰为糖环上的氢的特征吸收，糖环上C 1 -H由于 受到N, O的去屏蔽作用，化学位移向低场移动，并且受到C 2 -H和N-H的耦合，裂分为 二重峰，其耦合常数J = 8.8 ~ 12.2 Hz，说明这些化合物均为β-构型；在  6.57 ~ 6.81出 现一个双峰为与糖环相连N-H的特征吸收；哌嗪环上8个H呈现多重峰，在  2.99 ~ 3.53 是其特征吸收峰。 HRMS(ESI)中，所有目标化合物的准分子离子峰均以基峰的形式出现，这说明此类化 合物都比较稳定，并且都给出了(M+K)+峰 ，也说明了此类物质易与金属离子结合。 3 结束语 本文以酰化氨基葡萄糖、三光气、哌嗪衍生物三组分一锅法，设计合成了4种糖基 哌嗪脲化合物，产物结构均为β-构型 。该方法高产高效合成了目标产物且底物使用范 围较广，同时实验初步探讨了最佳反应条件，也为糖基哌嗪基脲类化合物的药物活性的 筛选提供了几个试样。 参考文献 [1] VARKI A. 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Under the catalysis of triethylamine, four representative glycosylpiperazines were obtained via one-pot reaction of acetylglucosamine, triphosgene and piperazine derivatives. The products were confirmed by IR, 1H NMR and HRMS(ESI). Key words: D-glucosamine; Piperazine derivatives; Uera