BOC保护的甲氧基氨酸盐酸盐的制备

背景及概述

在半胱氨酸蛋白酶的肽类抑制剂研发过程中，辉瑞公司合成了一系列经典拟肽抑制剂，这类化合物主要用于抑制可导致普通感冒以及呼吸道和肠道疾病的单正链RNA病毒复制，如小RNA病毒家族中的人鼻病毒(小时RV)和杯状病毒科中的诺瓦克病毒(NV)。由于这两种病毒中的人鼻病毒3C蛋白酶(HRV3CP)和诺瓦克病毒蛋白酶(NVPro)的结合位点具有相似且高度保守的His-Cys-Glu催化三联体，用于特异性催化裂解Gln-Gly肽键，因此被认作是潜力靶标蛋白。这类拟肽抑制剂P1段大部分具有(S)-2-氨基-3-((叔丁氧羰基)氨基)丙酸(醛)或其衍生结构。越来越多的研究发现，(S)-2-氨基-3-取代氨基丙酸是具有重要生物学功能的化学骨架，其衍生物(S)-2-氨基-3-((叔丁氧羰基)氨基)丙酸甲酯盐酸盐即BOC保护的甲氧基氨酸盐酸盐是重要的合成砌块，因此开发其相关的高效合成方法具有很强的应用价值。

制备

目前，文献报道合成(S)-2-氨基-3-((叔丁氧羰基)氨基)丙酸甲酯主要有两种方法：1)以(S)-2-苄氧羰基氨基-3-氨基丙酸为原料，经酯化、叔丁氧羰基化、脱Cbz保护3步反应得到目标化合物；2)以1-丁酰-2-甲酸甲酯二甲亚胺为原料，经酶水解、乙酰化、叠氮、还原反应得到e.e．为90%的目标化合物。其中，方法二的原料没有市售，中间还包含酶学拆分过程，工艺比较复杂，制备门槛高，不易扩大化生产；而对于方法一，原料和目标化合物的不同之处只是取代基团的差异，本质上是同样的(S)-2，3-二氨基丙酸分子骨架，其价格与常见基础化工原料相比也比较昂贵，并没有从最简单的原料出发给出最经济的合成解决方案。为了找到可以从简单易得的原料出发制备标题化合物的合成方法，我们通过逆合成分析，选择常见的、价格便宜且具备手性源的L-天冬酰胺为起始原料，以可以保持构型不变的Hofmann重排反应为核心策略，构建核心的(S)-2，3-二氨基丙酸分子骨架，共经过5步反应获得目标合成砌块。这条合成路线未见国内外相关文献报道，其中Cbz保护、Hofmann重排、酯化3步可未经纯化直接用于下一步反应，操作十分简单[1]，具体合成路线如下所示。

图1 BOC保护的甲氧基氨酸盐酸盐的合成路线图

实验部分

主要仪器与试剂

RV10型旋转蒸发仪、C-MAGHS7型磁力搅拌器(德国IKA集团)；Avance600型核磁共振仪(TMS为内标，德国Bruker公司)；LTQ Orbitrap XL型高分辨液质联用仪(美国THermo公司)；XT6B型显微熔点测定仪(北京市科仪电光仪器厂)；BT125D型电子天平(德国赛多利斯公司)。

L-天冬酰胺(98%)、二乙酰氧基碘苯(PIDA，98%)、二(三氟乙酰氧基)碘苯(PIFA，98%)、2-碘酰基苯甲酸(IBX，98%)(萨恩化学技术(上海)有限公司)；其他试剂均为分析纯或化学纯，未作特殊处理。

实验方法

(S)-N-苄氧羰基-L-天冬酰胺(2)的合成

将15.0g(0.1mol)L-天冬酰胺溶解于200mL(10%)Na2CO3水溶液中，冰水浴条件下，滴加100mL含17.2mL(0.12mol)氯甲酸苄酯的二氧六环溶液。0.5小时滴完，转成室温反应20小时。减压旋干二氧六环，冰水浴条件，水溶液用6mol/L HCl和1mol/L HCl调至pH1～2之间，有白色固体析出。过滤得26.0g粗产物，用200mL乙醇重结晶，得17.2g纯品，母液亦浓缩重结晶，得2.1g纯品，总计得到19.3g白色固体化合物2，产率为72.6%，m.p．149～151℃。

(S)-2-苄氧羰基氨基-3-氨基丙酸(3)的合成

将5.0g(18.8mmol)化合物2悬浮于24mL乙酸乙酯、24mL乙腈和12mL水的混合溶剂中，冰水浴冷却，加入7.3g(22.5mmol)PIDA，搅拌1小时后，转成室温反应4小时，过滤，用2mL乙酸乙酯洗滤饼，滤饼真空干燥(＜65℃)，得到3.3g白色固体化合物3，粗产率为73.6%，可直接用于下一步反应。

纯化过程：取1.0g化合物3样品加入至10mL甲醇中，超声，白色混浊，加入1.5mL(4mol/L) HCl，溶解澄清，再用1mol/L NaOH调pH至中性，放置析出白色固体，过滤得596mg纯品，白色固体，产率为59.6%。

(S)-2-苄氧羰基氨基-3-氨基丙酸甲酯(4)的合成

将3.3g(13.7mmol)化合物13悬浮于25mL甲醇中，冰盐浴冷却，滴加29.0mLSOCl2，0.5小时滴完，转成室温反应过夜(约13小时)。减压蒸除甲醇，再加入25mL甲醇，旋干，重复1次，得白色固体。加入20mL石油醚，超声振荡粉碎5min，过滤得3.8g白色固体化合物4，粗产率为97.2%，未经纯化直接用于下一步反应。

(S)-2-苄氧羰基氨基-3-((叔丁氧羰基)氨基)丙酸甲酯(5)的合成

将3.8g(13.6mmol)化合物4悬浮于30mL二氯甲烷中，加入7.3mL(54.8mmol)三乙胺，固体溶解。冰水浴下，缓慢滴加2.6mL(27.2mmol)碳酸叔丁酯，0.5小时滴完，转成室温反应10小时。用30mL水萃取二氯甲烷溶液3次，有机相用Na2SO4干燥。减压蒸除有机溶剂，粗产物经柱层析(V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=4∶1)分离，得到3.9g白色固体化合物5，粗产率为97.7%，从原料化合物2开始计算3步总收率为70.6%，m.p．81～83℃。

(S)-2-氨基-3-((叔丁氧羰基)氨基)丙酸甲酯(1)的合成

将3.9g(13.4mmol)化合物5溶于20mL甲醇中，加入600mg钯碳，3次真空换气操作通入氢气，反应24小时。过滤，旋干滤液，粗产物经柱层析(V(氯仿)∶V(甲醇)=20∶1)纯化，得1.57g淡黄色油状化合物1，收率为73.2%。

结论

本文以价廉易得的 L-天冬酰胺为原料，经Cbz 保护、PIDA 参与的 Hofmann 重排、酯化、叔丁氧羰基化、Cbz 脱保护 5 步反应获得目标产物，总收率为37. 5%。相较于其他文献报道，本合成路线起始原料价廉易得、纯化操作简单，3 步反应还可不经纯化连续进行，为(S)-2-氨基-3-((叔丁氧羰基)氨基)丙酸甲酯的工业化生产及(S)-2，3-二氨基丙酸骨架系列衍生物的合成提供了一定思路。同时，我们还对PIDA 参与的重排反应机理进行了详细地描述。

参考文献

[1] MAHAJAN A，CHAN W C．Homochiral 4-azalysine building blocks :syntheses and applications in solid-phase chemistry［J］．J．Org．Chem．，2002，67 (12):4017-4029．