荧光素的全合成

2010年第18卷合成化学Vol. 18, 2010 .第5期, 633 -635Chinese Joumal of Synthetic ChemistryNo.5, 633 -635●研究简报●荧光素的全合成祝曙英，吴奇, 林成刚，陈书艳,史海健(南京工业大学化学化工学院,江苏南京210009)摘要:设计了一条新的萤火虫荧光素(6)的全合成路线。以对甲氧基苯胺为起始原料,经酰胺化硫代、水解、铁氟化钾氧化等反应构筑苯并噻唑环得到6.甲氧基苯并噻唑-2-甲酸(2)。首次采用-锅法对2进行酰氯~酰胺化后,经脱水制得关键中间体2-氟基-6-甲氧基苯并噻唑(4); 4经脱甲基、与D-半胱氨酸盐酸水合物反应合成了6,总收率20%，100% e。o其结构经UV, 'H NMR, FT-IR 和MS表征。关键词:萤火虫荧光素; 2-氰基6-羟基苯并噻唑;全合成中图分类号: 0626. 25文献标识码: A文章编号: 1005-1511(2010)05-0633-03Total Synthesis of LuciferinZHU Shu-ying，WU Qi，LIN Cheng-gang，CHEN Shu-yan，SHI Hai-jian(College of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 210009 , China)Abstract: A new synthetic route of luciferin(6) was designed. The benzothiazole ring was construc-ted by amidation , thioamidation, hydrolysis and oxidation with ferricyanide from p-anisidine to 6-me-thoxy benzothiazole 2-formic acid(2). One-pot method was firsty adopted to synthesizing the key in-termediate, 2-cyano-6 methoxyl benzothiazole(4), by acyl chloridation amidation and dehydration of2. 6 in total yield of 20% with 100% ee was synthesized by the demethylation of 4, and then conden-sation with D-cysteine. The structures were characterized by UV, 'H NMR, FT-IR and MS.Keywords: bioluminescent system; firefly luciferin; 2-cyano 6-hydroxybenzothiazole ; total synthesis生物体发光“俗称有生命的光,是化学发光用;White改进路线5)(21% )和Yoshiaki路线!6]反应中的- -种特殊类型,是一种非常高能效的发(34%)总收率相对较高,但合成中用到KCN或光体系。萤火虫荧光素(6)存在于萤火虫的发光CuCN,毒性较大; White早期路线7,.]起始原料简细胞中,由于其对ATP(三磷酸腺甙)十分敏感，单易得,但路线较长，总产率仅5.8%。可用于ATP的含量检测123]。天然的6产量极本文设计了一条更为简短的合成6的新路小,无法满足日益增长的需求,通过化学方法合成线。以对甲氧基苯胺(1)为起始原料， 经酰胺化、.6显得尤为必要。硫代、水解、铁氰化钾氧化等反应构筑了苯并噻唑在已知的四种合成6的方法中, Seto合成路环得到6-甲氧基苯并噻唑_2-甲酸(2)。首次采用线41由于原料氨甲酰硫代羰基硫代乙酸必须随- -锅法将对 2进行酰氯酰胺化后,经脱水制得关用随制备,且总收率较低(6.5%),限制了其应键 中间体2.氰基6-甲氧基苯并噻唑(4) ; 4经脱中国煤化工收稿日期: 2010.04-23;修订日期: 2010-07-06MHCNMHG基金项目:江苏省高校自然科学基金资助项目(OSKB-150039)作者简介:祝曙英( 1988一),女,汉族,浙江金华人,硕士研究生,主要从事有机化学及药物合成的研究。通讯联系人:史海健,教授，硕士生导师，E-mil; ohihj@ njut. odu. cn合成化学Vol. 18, 2010NH24--CO2H1. SC2;、yNPOCl,MeO2. NHH2HNyCO2HNCN.Py.HCIN.HS-N MCO,HHOH0-Scheme 1甲基、与D-半胱氨酸盐酸水合物反应合成了6将其缓慢滴加到冰水中,水相用乙酸乙酯(2x(Scheme 1),总收率20%，100% ee。其结构经100mL)萃取,合并有机层,依次用饱和NaHCO,UV, 'H NMR, FT-IR和MS表征。溶液、水洗涤,无水硫酸钠干燥,减压除去溶剂,粗与文献方法相比,该路线具有原料和试剂便品用乙酸乙酯重结晶得微黄色固体424 g,收率宜、易得,工艺更简单、总产率更高、操作更安全等66%，m.p.120 C~122 C; 'H NMR8: 8. 14(d, .特点,适合逐步放大生产。J=9.1 Hz, 1H), 7.86(d, J=2.5 Hz, 1H),7.32(dd, J=2.6 Hz, 9.2 Hz, 1H), 3. 88(s,1实验部分3H); IRv: 3445, 3 062, 3 023, 2 980, 2 945,2923, 2 842, 2224, 1600, 1 506, 1 484, 1 449,1.1 仪器与试剂X4型显微熔点仪(温度计未经校正);Bruk-1 271, 1 236, 824 cm-'。erMD(300MHz和500MHz)型核磁共振仪(DM-(3) 2-氰基6-羟基苯并噻唑(5)的合成在三口烧瓶内加入吡啶盐酸盐70 g(0. 6SO-d。为溶剂,TMS为内标) ;Nicolet AVATAR-360型红外光谱仪( KBr压片);双聚焦VG-ZAB-MSmol) ,搅拌下于190 C加入4 20 g(78 mmol) ,体系呈黄色透明熔融态。氮气保护,避光回流反应型质谱仪(70 eV)。2参照文献[(6]方法合成;其余所用试剂均为4h。冷却，反应物经硅胶柱层析(洗脱剂:乙酸乙分析纯。酯100mL)纯化得黄色固体512g,收率80%(粗品直接用于下一步反应;取少量粗品用甲醇重结1.2 合成晶得纯品用于分析),m. p. 212 C ~215 C;(1) 6-甲氧基苯并噻唑-2-甲酰胺(3)的合成'H NMRδ: 10.5(8, 1H), 8.04(d, J=9.0 Hz,在反应瓶中加入250 g(260 mmol) ,氯仿5001H), 7.17(dd, J=9.0 Hz, 2.4 Hz, 1H), 7.57mL, DMF 1 mL和SOCI 20 mL(300 mmol) ,搅拌(d, J=2.4Hz, 1H); IR v: 3 428, 3216, 3074,下回流反应2h。冷却,于0 C滴加氨水50 mL;2228, 1 600, 1 461, 1 438, 1 239 cm~。滴完,继续反应2 h。过滤,滤饼用水洗涤得白色(4) 6的合成固体3 45 g,收率83% (粗品直接进行下步反应; .在反应瓶中依次加入D-半胱氨酸盐酸水合用重结晶的方法制备少量纯品用于分析), m. p.物10 g(50 mmol), K,CO37 g(50 mmol)和粗品5252 C ~255 C; 'H NMR 8: 8. 32(brs, 1H),9 g(50 mmol)的甲醇(200 mL)溶液,氮气保护,7.94(brs, 1H), 7.99(d, J=8.85 Hz, 1H)，搅拌下避光反应5 h。加水(500 mL)使固体全部7.76(d, J=2.65 Hz, 1H), 7.21(dd, J=2.65 .溶解后用1 mol.L~'HCl调至pH2,静置,有黄色Hz, 9.1 Hz, 1H), 3.87(s, 3H); IR v: 3 343,固体析出,过滤,滤饼干燥得浅黄色固体6 10. 53 213, 3 176, 3001,2 968, 2935,2833, 1 688,g,收率89% ,纯度93% (HPLC), m.p.190 C ~1659, 1602, 1 504, 1 402, 1 260, 1235, 1 117191 C, [a]P -36.2°(c 1.2, DMF); UV( EtOH)cm。λma:中国煤化工:1) 8: 7.94(d,(2) 2-氰基6-甲氧基苯并噻唑(4)的合成J=8.iYHCNMHG=2.3Hz,1H,在反应瓶中加入粗品3 40 g( 192 mmol)和ArH), 7.15(dd, J=2.3 Hz, 8. 9Hz, 1H, ArH),POCI, 80 mL,搅拌下回流反应3 h。冷却至室温，5.45(t, J=9.1 Hz, 1H, CHCO2H), 3. 80(d,第5期祝曙英等:萤火虫荧光素的全合成J=9.3 Hz, 2H, CH2)(与文献["1值相符); IRv: 3 结论3 345(0-H), 3 001(苯环)，2 955, 2938(C -设计了一条新的荧光素的合成路线。首次采H), 2900 ~2800(羧羟基氢键缔合), 1 702(C=用- -锅法合成了6-甲氧基苯并噻唑2-甲酰胺;70), 1613, 1573, 1 557, 1 500(苯环), 1 434,1352, 1302, 1219, 1 200 cm~; MS m/z: 279.0步反应总收率20%。{[M-H]~}。参考文献2结果与讨论[1] BurJ G, Dekker M. Chemi- and bio-luninesence[J].Methods Enzymo ,1978:57 -61.在3的合成中,首次选用CHCl,作溶剂可以[2] Branchini B R, SouthworhTL, Martha H M, et al.较好地稀释反应混合物,使2在回流条件下顺利A mutagenesis study of the putative luciferin binding地与氯化亚砜进行酰氯化反应生成6-甲氧基-苯site residues of firefly luciferase [ J]. Biochemistry,并噻唑-2-甲酰氯;接着将氨水滴加到反应混合物2003 ,42:10429 - 10436.中,于0 C ~室温反应2 h即可定量得到3,收率3] Eriksson J, Karamohamed s. Method for real-time de-达83% ,并直接用于下一步反应。tection of inorganic pyrophos phatase activity. Pal nyren在4的合成中,由于原料溶解度较差,故不宜[J]. Analytical Biochemisty ,2001 ,293:67 -70.使用固体脱水剂(如P203) ,本文选择POCl,既可[4] Seto s, Ogura K, Nishiyama Y. A convenient synthet-ic method of 2-carbamoyl-6-methoxybenzothiazole[J].作脱水剂,又可以作溶剂。通过TLC监测,回流Bull Chem Soc Jpn,1963 ,36:331 -333.反应3h后,3完全转化,收率达66%。[5]。White E H, Helmut w, George F. Analogs of frefly由4合成5的反应采用了吡啶盐酸盐作为去luciferin[ J].J Org Chem, 1965 ,30(7) :2344 -2348.甲基试剂,在190C时,氮气保护,吡啶盐酸和4[6] Yoshiaki T, Takagi M, Nakata H. A corvenient eyn-在熔融状态下反应。脱甲基产物收率80%。thetic method of 2-cyano 6 methoxybenzothiazole[J].用仿生合成的方法,利用D-半胱氨酸盐酸水Bull Chem Soc Jpn,1992 ,65 :392 -395.合物作为手性底物参与不对称合成,有效的得到[7] White E H. The structure and synthesisi of frelly lu-手性单- -的产物D-( - )-荧光素,ee值达100%。ciferin[J].J Org Chem,1961 ,83 :2402 -2403.反应在室温,避光,氮气保护，碱性条件下顺利进[8] White E H, Frank F. The structure and synthesisi offirely luciferin[J].J Org Chem, 1963 ,85 :337 -343.行,收率89%。.征订启事《合成化学》(双月刊)是由中国科学院成都有机化学研究所和四川省化学化工学会联合主办的学术期刊。于19933年创刊,国内外公开发行。主要内容包括基本有机合成、高分子合成、生化合成及无机合成等方面的基础研究和应用研究的中文研究论文、快递论文、研究简报、制药技术以及关系合成化学领城各学科的综合评述。2008年入选“中文核心期刊(化学类)"(第五版)。2003年以来被连续收录为“中国科技论文统计源期刊”(中国科技核心期刊)。2003 年度在“CA收录千种表”中名列第710名(中国入选科技期刊的第39名)。为首批入选“中国学术期刊”(光盘版)的刊物之一, 1999年被“中国科学文献计量评价研究中心”认证为《中国科学引文数据库》来源期刊。.本刊按新修订的CB/718-1999<《图书和杂志开本及其中国煤化工)出版印刷,每期订价10元,全年60元。邮发代号62-196,欢迎到各地邮YHCNMHG\口成化学》编辑部2010. 10. 20