2010年第18卷合成化學(xué)Vol. 18, 2010 .第5期, 633 -635Chinese Joumal of Synthetic ChemistryNo.5, 633 -635●研究簡(jiǎn)報(bào)●熒光素的全合成祝曙英，吳奇, 林成剛，陳書(shū)艷,史海健(南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,江蘇南京210009)摘要:設(shè)計(jì)了一條新的螢火蟲(chóng)熒光素(6)的全合成路線。以對(duì)甲氧基苯胺為起始原料,經(jīng)酰胺化硫代、水解、鐵氟化鉀氧化等反應(yīng)構(gòu)筑苯并噻唑環(huán)得到6.甲氧基苯并噻唑-2-甲酸(2)。首次采用-鍋法對(duì)2進(jìn)行酰氯~酰胺化后,經(jīng)脫水制得關(guān)鍵中間體2-氟基-6-甲氧基苯并噻唑(4); 4經(jīng)脫甲基、與D-半胱氨酸鹽酸水合物反應(yīng)合成了6,總收率20%，100% e。o其結(jié)構(gòu)經(jīng)UV, 'H NMR, FT-IR 和MS表征。關(guān)鍵詞:螢火蟲(chóng)熒光素; 2-氰基6-羥基苯并噻唑;全合成中圖分類(lèi)號(hào): 0626. 25文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 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生物體發(fā)光“俗稱有生命的光,是化學(xué)發(fā)光用;White改進(jìn)路線5)(21% )和Yoshiaki路線!6]反應(yīng)中的- -種特殊類(lèi)型,是一種非常高能效的發(fā)(34%)總收率相對(duì)較高,但合成中用到KCN或光體系。螢火蟲(chóng)熒光素(6)存在于螢火蟲(chóng)的發(fā)光CuCN,毒性較大; White早期路線7,.]起始原料簡(jiǎn)細(xì)胞中,由于其對(duì)ATP(三磷酸腺甙)十分敏感，單易得,但路線較長(zhǎng)，總產(chǎn)率僅5.8%。可用于ATP的含量檢測(cè)123]。天然的6產(chǎn)量極本文設(shè)計(jì)了一條更為簡(jiǎn)短的合成6的新路小,無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的需求,通過(guò)化學(xué)方法合成線。以對(duì)甲氧基苯胺(1)為起始原料， 經(jīng)酰胺化、.6顯得尤為必要。硫代、水解、鐵氰化鉀氧化等反應(yīng)構(gòu)筑了苯并噻唑在已知的四種合成6的方法中, Seto合成路環(huán)得到6-甲氧基苯并噻唑_2-甲酸(2)。首次采用線41由于原料氨甲酰硫代羰基硫代乙酸必須隨- -鍋法將對(duì) 2進(jìn)行酰氯酰胺化后,經(jīng)脫水制得關(guān)用隨制備,且總收率較低(6.5%),限制了其應(yīng)鍵 中間體2.氰基6-甲氧基苯并噻唑(4) ; 4經(jīng)脫中國(guó)煤化工收稿日期: 2010.04-23;修訂日期: 2010-07-06MHCNMHG基金項(xiàng)目:江蘇省高校自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(OSKB-150039)作者簡(jiǎn)介:祝曙英( 1988一),女,漢族,浙江金華人,碩士研究生,主要從事有機(jī)化學(xué)及藥物合成的研究。通訊聯(lián)系人:史海健,教授，碩士生導(dǎo)師，E-mil; ohihj@ njut. odu. cn合成化學(xué)Vol. 18, 2010NH24--CO2H1. SC2;、yNPOCl,MeO2. NHH2HNyCO2HNCN.Py.HCIN.HS-N MCO,HHOH0-Scheme 1甲基、與D-半胱氨酸鹽酸水合物反應(yīng)合成了6將其緩慢滴加到冰水中,水相用乙酸乙酯(2x(Scheme 1),總收率20%，100% ee。其結(jié)構(gòu)經(jīng)100mL)萃取,合并有機(jī)層,依次用飽和NaHCO,UV, 'H NMR, FT-IR和MS表征。溶液、水洗滌,無(wú)水硫酸鈉干燥,減壓除去溶劑,粗與文獻(xiàn)方法相比,該路線具有原料和試劑便品用乙酸乙酯重結(jié)晶得微黃色固體424 g,收率宜、易得,工藝更簡(jiǎn)單、總產(chǎn)率更高、操作更安全等66%，m.p.120 C~122 C; 'H NMR8: 8. 14(d, .特點(diǎn),適合逐步放大生產(chǎn)。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實(shí)驗(yàn)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 儀器與試劑X4型顯微熔點(diǎn)儀(溫度計(jì)未經(jīng)校正);Bruk-1 271, 1 236, 824 cm-'。erMD(300MHz和500MHz)型核磁共振儀(DM-(3) 2-氰基6-羥基苯并噻唑(5)的合成在三口燒瓶?jī)?nèi)加入吡啶鹽酸鹽70 g(0. 6SO-d。為溶劑,TMS為內(nèi)標(biāo)) ;Nicolet AVATAR-360型紅外光譜儀( KBr壓片);雙聚焦VG-ZAB-MSmol) ,攪拌下于190 C加入4 20 g(78 mmol) ,體系呈黃色透明熔融態(tài)。氮?dú)獗Ｗo(hù),避光回流反應(yīng)型質(zhì)譜儀(70 eV)。2參照文獻(xiàn)[(6]方法合成;其余所用試劑均為4h。冷卻，反應(yīng)物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:乙酸乙分析純。酯100mL)純化得黃色固體512g,收率80%(粗品直接用于下一步反應(yīng);取少量粗品用甲醇重結(jié)1.2 合成晶得純品用于分析),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,在反應(yīng)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) ,攪拌(d, J=2.4Hz, 1H); IR v: 3 428, 3216, 3074,下回流反應(yīng)2h。冷卻,于0 C滴加氨水50 mL;2228, 1 600, 1 461, 1 438, 1 239 cm~。滴完,繼續(xù)反應(yīng)2 h。過(guò)濾,濾餅用水洗滌得白色(4) 6的合成固體3 45 g,收率83% (粗品直接進(jìn)行下步反應(yīng); .在反應(yīng)瓶中依次加入D-半胱氨酸鹽酸水合用重結(jié)晶的方法制備少量純品用于分析), 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?dú)獗Ｗo(hù),7.94(brs, 1H), 7.99(d, J=8.85 Hz, 1H)，攪拌下避光反應(yīng)5 h。加水(500 mL)使固體全部7.76(d, J=2.65 Hz, 1H), 7.21(dd, J=2.65 .溶解后用1 mol.L~'HCl調(diào)至pH2,靜置,有黃色Hz, 9.1 Hz, 1H), 3.87(s, 3H); IR v: 3 343,固體析出,過(guò)濾,濾餅干燥得淺黃色固體6 10. 53 213, 3 176, 3001,2 968, 2935,2833, 1 688,g,收率89% ,純度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:中國(guó)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,在反應(yīng)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,攪拌下回流反應(yīng)3 h。冷卻至室溫，5.45(t, J=9.1 Hz, 1H, CHCO2H), 3. 80(d,第5期祝曙英等:螢火蟲(chóng)熒光素的全合成J=9.3 Hz, 2H, CH2)(與文獻(xiàn)["1值相符); IRv: 3 結(jié)論3 345(0-H), 3 001(苯環(huán))，2 955, 2938(C -設(shè)計(jì)了一條新的熒光素的合成路線。首次采H), 2900 ~2800(羧羥基氫鍵締合), 1 702(C=用- -鍋法合成了6-甲氧基苯并噻唑2-甲酰胺;70), 1613, 1573, 1 557, 1 500(苯環(huán)), 1 434,1352, 1302, 1219, 1 200 cm~; MS m/z: 279.0步反應(yīng)總收率20%。{[M-H]~}。參考文獻(xiàn)2結(jié)果與討論[1] BurJ G, Dekker M. Chemi- and bio-luninesence[J].Methods Enzymo ,1978:57 -61.在3的合成中,首次選用CHCl,作溶劑可以[2] Branchini B R, SouthworhTL, Martha H M, et al.較好地稀釋反應(yīng)混合物,使2在回流條件下順利A mutagenesis study of the putative luciferin binding地與氯化亞砜進(jìn)行酰氯化反應(yīng)生成6-甲氧基-苯site residues of firefly luciferase [ J]. Biochemistry,并噻唑-2-甲酰氯;接著將氨水滴加到反應(yīng)混合物2003 ,42:10429 - 10436.中,于0 C ~室溫反應(yīng)2 h即可定量得到3,收率3] Eriksson J, Karamohamed s. Method for real-time de-達(dá)83% ,并直接用于下一步反應(yīng)。tection of inorganic pyrophos phatase activity. Pal nyren在4的合成中,由于原料溶解度較差,故不宜[J]. Analytical Biochemisty ,2001 ,293:67 -70.使用固體脫水劑(如P203) ,本文選擇POCl,既可[4] Seto s, Ogura K, Nishiyama Y. A convenient synthet-ic method of 2-carbamoyl-6-methoxybenzothiazole[J].作脫水劑,又可以作溶劑。通過(guò)TLC監(jiān)測(cè),回流Bull Chem Soc Jpn,1963 ,36:331 -333.反應(yīng)3h后,3完全轉(zhuǎn)化,收率達(dá)66%。[5]。White E H, Helmut w, George F. Analogs of frefly由4合成5的反應(yīng)采用了吡啶鹽酸鹽作為去luciferin[ J].J Org Chem, 1965 ,30(7) :2344 -2348.甲基試劑,在190C時(shí),氮?dú)獗Ｗo(hù),吡啶鹽酸和4[6] Yoshiaki T, Takagi M, Nakata H. A corvenient eyn-在熔融狀態(tài)下反應(yīng)。脫甲基產(chǎn)物收率80%。thetic method of 2-cyano 6 methoxybenzothiazole[J].用仿生合成的方法,利用D-半胱氨酸鹽酸水Bull Chem Soc Jpn,1992 ,65 :392 -395.合物作為手性底物參與不對(duì)稱合成,有效的得到[7] White E H. The structure and synthesisi of frelly lu-手性單- -的產(chǎn)物D-( - )-熒光素,ee值達(dá)100%。ciferin[J].J Org Chem,1961 ,83 :2402 -2403.反應(yīng)在室溫,避光,氮?dú)獗Ｗo(hù)，堿性條件下順利進(jìn)[8] White E H, Frank F. The structure and synthesisi offirely luciferin[J].J Org Chem, 1963 ,85 :337 -343.行,收率89%。.征訂啟事《合成化學(xué)》(雙月刊)是由中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)研究所和四川省化學(xué)化工學(xué)會(huì)聯(lián)合主辦的學(xué)術(shù)期刊。于19933年創(chuàng)刊,國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行。主要內(nèi)容包括基本有機(jī)合成、高分子合成、生化合成及無(wú)機(jī)合成等方面的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的中文研究論文、快遞論文、研究簡(jiǎn)報(bào)、制藥技術(shù)以及關(guān)系合成化學(xué)領(lǐng)城各學(xué)科的綜合評(píng)述。2008年入選“中文核心期刊(化學(xué)類(lèi))"(第五版)。2003年以來(lái)被連續(xù)收錄為“中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊”(中國(guó)科技核心期刊)。2003 年度在“CA收錄千種表”中名列第710名(中國(guó)入選科技期刊的第39名)。為首批入選“中國(guó)學(xué)術(shù)期刊”(光盤(pán)版)的刊物之一, 1999年被“中國(guó)科學(xué)文獻(xiàn)計(jì)量評(píng)價(jià)研究中心”認(rèn)證為《中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)》來(lái)源期刊。.本刊按新修訂的CB/718-1999<《圖書(shū)和雜志開(kāi)本及其中國(guó)煤化工)出版印刷,每期訂價(jià)10元,全年60元。郵發(fā)代號(hào)62-196,歡迎到各地郵YHCNMHG\口成化學(xué)》編輯部2010. 10. 20