1,2,3-三-O-乙酰基-5-脱氧-D-呋喃核糖的合成工艺研究
2024-05-04
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第32卷第1期 2018年1月 化工时刊 Chemical I ndustry Times Vo1.32,No.1 Jan.1.201 8 doi:10.16597/j.cnki,issn.1002—154x.2018.O1.005 1,2,3一三一0一乙酰基一5一脱氧 D一呋喃核糖的合成工艺研究 贾 敏 沈 彬 (南京润道油液监测技术有限公司江苏南京211 106; 东南大学化学化工学院,江苏南京211189) 摘要以D一核糖为原料,先经甲基化与异丙基化得到l一0一甲基一2,3—0一异亚丙基一D一核糖(2);产物2经 磺酰化,得到产物1—0一甲基一2,3—0一异亚丙基一5—0一对甲苯磺酰基一D一核糖(3);3经硼氢化钠还原,得到 产物1—0一甲基一2,3—0一异亚丙基一5一脱氧一D一核糖(5);5经酸化水解脱保护基、乙酸酐酰化,得到1,2,3一 三一0一乙酰基一5一脱氧一D一呋喃核糖(6)。分别从原料物质的量比,加料顺序,黄酰化试剂,还原性催化剂以及水 解试剂等方面对合成工艺进行优化改进,与传统加热工艺相比,经过优化后的工艺合成路线经济合理、反应速率快、 副反应少,目标产物收率提高。 关键词合成1,2,3一三一0一乙酰基一5一脱氧一D一呋喃核糖工艺改进 Study on Synthesis Process of 1,2,3一three— o—acetyl一5一deoxy—D—ribosefuran Jia Min Shen Bin (Run Dao Oil Monitoring Technology Co.Ltd.,Jiangsu Nanjing 21 1 189; School of Chemistry and Chemical Engineering Southeast university,Nanjing Jiangsu 2 1 1 1 89) Abstract D—ribose was methylated and isopropylated to get 1一O—methyl一2.3一O—isopropylidene—D—ri —bofuranose,and the product was sulfonylated and get 1—0一methyl一2。3一O—isopropylidene—propyl一5一O— tosyl—D—ribofuranose.The product was restored by NaHB4 to yied 1一O—methyl一2,3一O—isopropylidene一5一 deoxy—D—ribofuranose.The protecting group was removed and acetylated to obtain 1.2.3一t“一0一acetyl一5一de— oxy—D—ribofuranose.The synthesis process was optimized from the aspects of mole ratio of raw materials.feeding se— quence,acylation reagent,reducing catalyst and hydrolysis reagent.Compared with the traditional heating process,the optimum synthesis route was economical and reasonable,the reaction rate was fast,the side reaction was little,and the target product yield was improved. Keywords Synthesis 1,2,3一tri—O—acetyl一5一deoxy—D—ribofuranose Technological improvement 随着全球癌症人数的不断增加,核苷类药物已成 为治疗肿瘤的重要方式。卡培他滨作为核苷类抗肿 瘤药物已成为重要的研究对象。在合成卡培他滨的 过程中,由于整个实验过程,步骤较长,且某些中间体 不稳定,因此需要找到一个相对稳定且容易表征的中 收稿日期:2017—10—12 间体,作为实验中点。1,2,3一三一0一乙酰基一5一 脱氧~D一呋喃核糖是卡培他滨合成的关键中间体, 较为稳定。另外,我们通过比较合成路线,发现经1, 2,3一三一O一乙酰基一5一脱氧一D一呋喃核糖合成 卡培他滨的合成路线,所使用的试剂价格较为低廉、 作者简介:贾敏(1986~),女,硕士,工程师,主要从事油液检测研究工作。 一22一 贾敏等1,2,3一三一0一乙酰基一5一脱氧一D 易得,工业化生产成本较低,且无毒副作用,较其他合 成路线更为合理。因此对1,2,3一三一O一乙酰基一 5一脱氧一D一呋喃核糖的合成工艺的优化具有重大 的研究意义。 H 2018.Vo1.32,No.1■蜀墨雹 1.3合成步骤 1.3.1 1一O一甲基一2,3一O一异亚丙基一D一核 糖的合成 OH 1)MH eOH、CH3COCH3 浓H2SO4 H 2)CH2Cl 1.1试剂与仪器 表1试剂与材料 Table 1 reagents and materials 向250 mL反应瓶中加入70 mL的丙酮和70mL 表2仪器 Table 2 instruments 仪器 型号 生产厂家 旋转蒸发仪 RE52CS 南京金正教学仪器有限公司 恒温磁力搅拌器 85—2 科尔仪器有限公司 真空干燥箱 DZF一6020 上海恒科仪器有限公司 旋片式真空泵 2X一4 南京真空泵厂 真空油泵 2XZ一2 上海仪表供销有限公司 圆盘旋光光度仪 WXG一4 上海仪表供销有限公司 熔点仪 YRT一3 天津大学精密仪器厂 恒温振荡器 SHA一2 常州诺基仪器有限公司 1.2原料预处理 DMSO无水预处理:将活化好的分子筛放入 DMSO溶剂中,放置过夜;减压蒸馏,收集温度为76 ℃,压力为1 600 Pa时的馏份,所得馏份密封保存。 吡啶的无水预处理:往吡啶中加入KOH,抽真空后, 通人氮气保护,常温常压下蒸馏,所得馏份密封保存。 无水乙腈和无水二氯甲烷的无水预处理为常压 蒸馏,氢化钙干燥。 其他所有固体原料均置于烘箱中干燥过夜后 使用。 的甲醇混合溶液,搅拌下加入1 mL的浓硫酸及2 g 无水硫酸镁,室温下搅拌3 h,加入10 g D一核糖后 40℃一50 qC继续搅拌。(TLC判断终点:展开剂为 CHC1 :CH OH=4:1,10%的硫酸的溶液显色)。原 料反应完全后,停止反应,向上述溶液中加入100 mL 水,继续搅拌30min,用碳酸氢钠固体调节pH值约 为7,搅拌30 rain,pH值不变。用100 mL×3的二氯 甲烷溶液萃取有机相,合并有机相,无水硫酸钠干燥, 过滤,旋转蒸发,回收二氯甲烷,得到淡黄色油状液体 16.2 g,产率为87.5%。 1.3.2 1—0一甲基一2,3—0一异亚丙基一5—0一 对甲苯磺酰基一D一核糖的合成 HO 等 向250 mL烧瓶中加入上述黄色油状液体,10℃ 以下加入30 mL吡啶使其溶解,将12 g对甲苯磺酰 氯溶于70 mL二氯甲烷溶液中,冰浴条件下逐滴滴加 到上述黄色液体中。滴加结束后,将温度控制在室温 条件下继续反应。(TLC监控反应进程:展开剂为: 乙酸乙酯:正己烷=1:1,10%的硫酸的溶液显色)。 无原料点后终止反应,加入12 mL水,10℃以下搅拌 30 min,接着依次用0.05 mol/L的硫酸溶液(50 mL x3)、2 mol/L的氢氧化钠溶液(50 mL×3),水(50 mL x3)洗涤,合并有机相,用无水硫酸钠干燥,过滤, 滤液蒸干得粗产品,乙醇重结晶后得到白色针状晶体 14.5 g,mp:81~82℃,产率为80.3%。 1.3.3 1—0一甲基一2,3—0一异亚丙基一5一脱 氧一D一核糖的合成 在500 mL反应瓶中加入150 mL DMSO,搅拌下 一23一 ■目衄2018.Vo1.32,No.1 加入上述产物3(40 g),室温下分批加入硼氢化钠固 体4.2 g,加完后温度升至55℃~60 cc后,缓慢升至 8O℃,接着升温至9O℃左右,搅拌反应2.5 h,再升 温至95℃,反应1.5 h。(TLC监控反应进程展开剂 为:乙酸乙酯:正己烷=6:1,紫外灯显色)原料反应 完全后,降温30℃以下,将反应液倒人搅拌的醋酸水 溶液中,二氯甲烷分三次提取,合并有几层,水洗4 次,饱和盐水洗2次,无水硫酸钠干燥过夜,50℃下 浓缩到不出溶剂。得到透明液体14.2 g,[a] =一 90.3(C,,CHCI ),产率为67.3%。 H0/'\,0M。 T 催化剂 。 + DMSo ,、\ 1.3.4 5一脱氧一D一核糖的合成 竺 伽 H 250 mL三口烧瓶中抽入0.05 mol/L硫酸水溶 液,搅拌加入上述透明液体5 g,升温至80~85℃,反 应3.5 h后,停止加热,待反应器内温度降至25 , 用饱和碳酸钠调pH值为4左右,再转移至旋转蒸发 器,减压浓缩至基本无水,再用乙腈带除溶液中的水 份,使反应液中水份低于3.0%,得到糖浆状黄色物 质3.3 g,产率为96.3%。无需精致直接用于下 一步。 1.3.5 1,2,3一三一0一乙酰基一5一脱氧一D一核 糖的合成 催化剂 往250 mL三口烧瓶中加入二氯甲烷、无水吡啶、 加入上步中的糖浆状物质,降温5℃滴加醋酐10 mL,升温25℃反应7 h后降低至10℃以下,向反应 器加入100 mL水,搅拌分层,分出有机层,水层用50 mL二氯甲烷分两次提取,然后合并有机层,用稀盐酸 调pH值为5—6,分出有机层,再用饱和碳酸氢钠调 一24一 工艺试验 ̄Technology&Experiment} pH值为7~8,搅拌0.5 h,pH值仍为7~8,依次用 水、饱和盐水各洗一次,有机层用无水硫酸钠干燥,蒸 出二氯甲烷后,得到黄棕色粘稠液,加入异丙醇,搅均 匀,放入冰箱析晶48 h,离心即得白色晶体状产物 3.8 g,[a]。=一25.3(C2,CHC13),mp 62~63%,产 率:60.7%。 目结墨 结 2.1 产物表征 2.1.1 1一O一甲基一2,3—0一异亚丙基一D一核 糖的含量确定 后处理过后得到化合物1—0一甲基一2,3—0 一异亚丙基一D一核糖(2)为淡黄色油状液体。由气 相色谱图可以看出,出峰时间为2.2 rain,面积百分含 量为99.5%。 2.1.2 1—0一甲基一2,3—0一异亚丙基一5—0一 对甲苯磺酰基一D一核糖结构的确定 用无水乙醇重结晶后,得到的化合物1—0一甲 基一2,3—0一异亚丙基一5—0一对甲苯磺酰基一D 一核糖(3)为雪白色针状晶体,mp:81—82 ̄C,1H— NMR(CDC13)[8,ppm]:1.29(S,3H,Me),1.45(s, 3H,Me),2.46(S,3H,Me—Ar),3.24(s,3H,OMe), 4.01—4.03(d,2H,CH2OTs),4.32—4.34(t,1H,H —C4),4.55—4.60(d,2H),4.94(S,1H),7.27— 7.38(d,2H,H—Ar),7.80—7.83(d,2H,H—Ar)。 2.1.3 1一O一甲基一2,3—0一异亚丙基一5一脱 氧一D一核糖含量的确定 旋蒸得到的化合物1一O一甲基一2,3一O一异 亚丙基一5一脱氧一D一核糖(5),为透明的无色液 体。因为其具有旋光性,测得其旋光度为:[a]。= 一90.3,由气相色谱图可以看出,出峰时间为4.4 arin,面积百分含量为95.5%。IR(KBr)v(em ):2 990,2 940,1 210,1 100,1 050,868,文献值¨ 为: IR(KBr)v,(em ):2985,2938,1210,1101,1057, 870。测得其旋光度与红外光谱数据与文献值基本一 致,可以判断此物质为1—0一甲基一2,3—0一异亚 丙基一5一脱氧一D一核糖。 2.1.4 1,2。3一三一O一乙酰基一5一脱氧一D一核 糖结构的确定 异丙醇重结晶后得到化合物1,2,3一三一O一乙 酰基一5一脱氧一D一核糖(6)为片状的白色晶体, 贾敏等1,2,3一三一O一乙酰基一5一脱氧一D 2018.Vo1.32,No.1■蟹圃 mp 62~63℃,[a]D=一25.3, H—NMR(CDCI3)[8, ppm 1.1.37—1.38(s,3H,Me), 2.08—2,12(5,9H,CH CO0),4.28(m,1H,4’一 H),5.10(m,1H,3’一H),5.33(d,J=4.8Hz,1H,2’ 一H),6.12(s,1H,1一H)。 2.2原料物质的量比对合成1—0一甲基一2,3一O 一异亚丙基一D一核糖的影响 该反应分为两个部分:一是l号位的羟基被甲醇 甲基化,另一个是2,3位羟基与丙酮的异丙基化。从 D一核糖的结构可以看出,1位羟基为半缩醛羟基,活 性较高,所以甲醇很容易进攻1号位形成甲氧基,2,3 位羟基位于环的同一面,因此丙酮最先进攻这两个羟 基形成异丙基。另外我们参照文献 ,发现反应物 的物质的量比对反应影响较大,因此本文分别考察了 不同原料摩尔比对反应收率的影响。 表3原料物质的量比对产物产率的影响 Table 3 influence of raw material mole ratio on product yield 表不原料D一核糖未反应完全一表不原料D一核糖反应完全 从表3可以看出:第1和第2组实验在其他反应 条件相同的情况下,反应32 h后TLC检测仍有原料 点存在;而第3和第4组实验原料点已全部反应完。 从产物的产率上来看第3和第4组的产物产率大于 第1和第2组,且第3和第4组产物的产率较接近, 但第3组实验的原料用量比第四组少。综合考虑后, 本文采用D一核糖:丙酮:甲醇的物质的量比为1:14 :26为反应物的配比。 另外本步反应中,为避免更多副产物的产生,另 外本步反应中,为避免更多副产物的产生,我们改变 了文献¨卜” 中将原料D一核糖与甲醇与丙酮同时加 入的方法。本文创新点在于先将丙酮和甲醇混合溶 液加入反应器内,室温搅拌下加入浓硫酸及无水硫酸 镁,室温下搅拌3 h。试验后发现所得到的液体相对 较纯。对比两种步骤TLC,如图1所示。 相同条件下取反应液做TLC监控发现,原料D 一核糖与甲醇与丙酮同时加入反应结束时有副产物 点;而先将催化剂与甲醇、丙酮先在室温下反应3h, 反应结束后无副产物点。 ● ● 遵 ● ● 原料D一核糖与甲醇与丙酮同时加入甲醇丙酮先在室温F反应 图1 投料顺序不同的TLC比较 Fig 1 the TLC comparison of diferent feeding sequence 由于TLC是用硫酸显色,因此只有含羟基物质 可显示出来,含羟基越多的物质,层析距离越短,反之 则越长。副产物可能含有两个羟基的副产物。 2.3不同磺酰化试剂对合成1一O一甲基一2,3一O 一异亚丙基一5—0一对甲苯磺酰基一D一核糖的影 响 此步反应目的是将5号位的羟基取代,选取吡啶 作为缚酸剂,主要是为后一步脱5号位的羟基做准 备。因此取代物的选择是这步反应的关键。本文参 照文献H_3 分别对三氟甲磺酸酐(TFOH),甲磺酰氯 (MsCI)和对甲苯磺酰氯(TsC1)作为取代物的产率进 行了对比研究。 表4不同取代物对产物产率的影响 Table 4 effects of diferent substituents on product yield 由表4可以看出选择对甲苯磺酰氯(TsC1)作为 取代物时所得到的产物产率最大,故本文选择对甲苯 磺酰氯(TsCI)作为取代物。 2.4不同催化剂对合成1一O一甲基一2,3一O一异 亚丙基一5一脱氧一D一核糖的影响 本步反应原理是用强的还原性催化剂脱去5号 一25— ■墨圆2018.Vo1.32,No.1 位的氧基。由于催化剂选择不同可形成两种不同的 产物分别为化合物5和化合物2,其中化合物5为我 们所需要的产物。本文参照文献分别对三叔丁氧基 氢化铝锂(LTFBA)。。’ ,二(2一甲氧基乙氧基)氢化 铝钠(SMEAH)和硼氢化钠(NaBH ) t4,t5]作为还原 催化剂比较其产物的产率。 表5不同催化剂对产物种类及产率的影响 Table 5 effects of diferent catalysts on product species and yield 表不无目标产物生成 由表5可以得到如下结论:使用硼氢化钠作为催 化剂时得到单一的产物,且反应完全时问较短;另外 两种催化剂产生主产物为2,而我们所需要的5为副 产物。故本文选择反应时间较短只能生成单一的产 物的硼氢化钠作为还原剂。硼氢化钠的还原机理可 以分为两种方式:一种方式是H一的亲核进攻,另一 种方式是生成硼烷还原。这跟溶剂的选择有关系,一 般来说,质子性溶剂是硼烷还原,非质子性的是氢负 离子还原 J。本文选择的溶剂是DMSO,为非质子性 溶剂。 2.5不同水解试剂对合成5一脱氧一D一核糖的影 响 本步反应旨在脱保护基,所以水解试剂的选择成 为本步反应的关键。参考文献 '”'l 6l,分别考察 了不同酸解及其浓度变化对反应收率的影响。 表6不同酸及其不同浓度对产物种类及产率的影响 Table 6 effects of diferent acids and diferent concentrations on product species and yield 经对比研究后发现,使用硫酸溶解液作为水解试 剂,最后产物的收率比其他两种水解试剂得到的产物 一26一 工艺试验 ̄Technology&Experiment} 产率较高。而酸的浓度对水解产物的产率影响较小, 低浓度的酸水解效果更好。因此本文选择0.05 mo]/ L的硫酸溶液作为水解试剂。 2.6不同重结晶试剂对合成1,2,3一三一O一乙酰 基一5一脱氧一D一核糖的影响 1,2,3一三一O一乙酰基一5一脱氧一D一核糖 (6)作为合成卡培他滨的重要中间体其合成工艺也 是研究的重点。迄今为止,乙酰化过程作为对化合物 的裸露羟基进行保护的常用策略之一,已经发展出数 十种相关的方法,以求达到反应条件温和、产物收率 高、催化剂毒性小等目标。由于变旋现象的存在,化 合物5 半缩醛结构中的羟基具有两种构型,即Or.与 13构型,在水溶液中,OL、13与开链结构同时存在,可互 相转变,其平衡时的比例是三种结构热力学稳定性大 小的体现,因糖结构的不同而有所差异 J。由于全 乙酰糖常作为底物分子用于接下来的合成,因此在合 成中控制全乙酰糖端基的构型尤为重要。在反应中 化合物6也会形成两种构型:or.构型与13构型:两者 的比例为1:3,我们所需要的是13构型的产物。一般 这种构型约束可用动力学控制和热力学控制两种途 径来达到。 2.6.1 13构型产物 由于D一核糖是2位具有平伏键基团的化合物, 13构型的端羟基由于不受2位基团的影响,位阻较小 容易先发生乙酰化反应。因为OL=B的互变可快速 达到平衡,因此当大量B构型糖转变为乙酰糖时, or.=B的互变平衡向右移动。0【构型大幅减少,最终 生成绝大多数的全乙酰B糖 J。 表7 不同重结晶试剂对产物产率的影响 Table 7 effects of diferent recrystallization reagents on product yield 另外由于催化剂种类、反应温度、投料操作等因 素均可影响乙酰化的速率。因此,全乙酰糖在动力学 控制条件下,存在一定的OL产物,一般可通过重结晶 或柱色谱进行分离。本文采用重结晶法提取得到13 贾敏等1,2,3一三一O一乙酰基一5一脱氧一D 2018.Vo1.32,No.1■墨圃 构型的产物,对重结晶溶剂的选择,我们参考文献分 别选取了异丙醇,异丙醚,乙醚一正己烷,异丙醚:石 油醚(1:1),通过其产物的产率做了对比研究,如下 表所示: 由表7我们可以看出:选用异丙醇作为重结晶试 剂时,得到的产物产率较高。 2.6.2催化剂对产物的影响 在催化剂的研究上:当用无水乙酸钠做催化剂 时,其在反应体系中主要起缓冲剂的作用,即可快速 的与脱除的H离子结合生成醋酸,使平衡向产物方 向移动;当使用高氯酸、氯化锌等质子酸或路易斯酸 +H+ H 为催化剂时,催化剂首先与酸酐羰基氧上的孤对电子 结合,生成活性中间体,然后受到氧原子的亲核进攻, 完成乙酰化。由于这类催化剂与羰基氧的亲和能力 较高,常可与新引入的端基氧乙酰基结合并将其脱除 随后再重新引入。因此,利用酸催化剂的这个特点, 可选择性的生成热力学更稳定的端基构型产物;当吡 H3c0C c。 啶作为催化剂其反应原理为:以吡啶为催化剂时,在 图2合成化合物6的反应机理图 乙酸酐为溶剂的体系中,吡啶N原子依靠孤对电子 Fig 2 reaction mechanism of compound 6 对乙酸酐羰基碳原子进行亲核进攻,离去一分子醋酸 根离子,生成活性中间体N一乙酰吡啶正离子 ’ 。 囵结 随后,葡萄糖上的5个羟基氧原子对该中间体正离子 1.确定最优合成路线:D一核糖先经甲基化与异 进行亲核反应,离去一分子吡啶的铵盐,生成对应的 丙基化得到l一0一甲基一2,3—0一异亚丙基一D一 乙酸酯。由于吡啶N原子具有较强的亲核能力,活 核糖(2);2经磺酰化,得到产物1一O一甲基一2,3— 性中间体亦较活泼,因此用吡啶催化的乙酰化反应可 0一异亚丙基一5—0一对甲苯磺酰基一D一核糖 在室温下进行。 (3);3经硼氢化钠还原,得到产物1—0一甲基一2,3 另外,FeCI ,吡啶,三乙胺,无水乙酸钠,碘单质, —0一异亚丙基一5一脱氧一D一核糖(5);5经酸化 In(OTf) ,氨基硫酸盐等被报道可用于乙酰化反应。 水解脱保护基、乙酸酐乙酰化,得到1,2,3一三一O一 本文对碱性催化剂三乙胺,吡啶,和无水乙酸钠对最 乙酰基一5一脱氧一D一呋喃核糖(6)。 终产物的产率影响做了探索结论如下 16,17]: 2.分别对各步的工艺条件进行优化: 表8不同催化剂剂对产物产率的影响 ①选择了D一核糖、甲醇与丙酮的物质的量比 Table 8 the effect of diferent catalyst 为1:14:28合成了化合物2; agents on product yield ②选取对甲苯磺酰氯作为磺酰化试剂,合成了 化合物3; ③用NaHB 作为催化剂还原得到产物4; ④选用0.05 mol/L的硫酸溶液作为水解试剂水 解得到产物5 ; 由表8可知以吡啶作为催化剂所得到的产物收 ⑤选用异丙醇作为重结晶试剂以及吡啶作为催 率较高,其反应机理如图2所示。 化剂时,得到化合物6产率较高。 (下转第57页) 一27— 曾春霞等基于翻转课堂的高职工业过程自动化 差且教师本人身心俱疲。进行基于翻转课堂的教学 团队建设应把握几点:一是合理分配教学任务,将教 师资源分类,部分教师专门进行课堂教学,并配合进 行视频录制;教学能力突出、对专业有深入研究且具 2018.Vo1.32,No.1■圃]1j]J ]{专业建设实践,我们对基于翻转课堂的教学资源建设 进行了有益尝试。资源的数字化、体系化、便捷化、动 态化是教学资源建设的重点,是翻转教学能否成功的 关键,也是我们下步努力的方向。 参考文献 备一定技术能力的老师可进行课前资料制作;具有良 好技术能力的老师负责网络平台的建设维护管理以 及视频制作等。二是提升教师技能素质,通过开设技 能公共课、组织培训、参加竞赛等方式,提升教师的教 学能力及信息技术能力,缩小教师之间差距。三是完 善奖励激励机制,要提高教师的积极性和责任心,鼓 励师生参与教学资源共建共享。 [1] 邹景平.翻转课堂的起源与成功[J].中国远程教育, 2012,(14):8l~82. 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