一种化学酶法合成n-[(3r,6r)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯的方法
阅读说明：本技术 一种化学酶法合成n-[(3r,6r)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯的方法 (Method for synthesizing N- [ (3R,6R) -6-methylpiperidine-3-yl ] carbamic acid tert-butyl ester by chemoenzymatic method ) 是由 李彤 李杉 张雷 于 2021-01-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种化学酶法合成N-[(3R,6R)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯的方法,包括以下步骤：S1、以Boc-D-焦谷氨酸乙酯为底物,在-10～0℃下与甲基卤化镁反应得到酶催化底物；S2、将酶催化底物加入含有氨基供体的磷酸钾缓冲液中,再加入磷酸吡哆醛和转氨酶,通过自发原位环化反应得到双手性中心的内酰胺；S3、使内酰胺发生还原反应,得到N-[(3R,6R)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯；本发明以Boc-D-焦谷氨酸乙酯为原料,减少了反应步骤,反应条件更加温和,无需昂贵的金属催化剂和高压条件,反应过程更加安全,同时避免了复杂的消旋体拆分工艺过程,降低了生产成本。(The invention relates to a method for synthesizing N- [ (3R,6R) -6-methylpiperidine-3-yl ] carbamic acid tert-butyl ester by a chemoenzymatic method, which comprises the following steps: s1, reacting Boc-D-pyroglutamic acid ethyl ester serving as a substrate with methyl magnesium halide at the temperature of-10-0 ℃ to obtain an enzyme catalysis substrate; s2, adding an enzyme catalysis substrate into potassium phosphate buffer solution containing an amino donor, adding pyridoxal phosphate and transaminase, and performing spontaneous in-situ cyclization reaction to obtain the lactam of the bimanual center; s3, carrying out reduction reaction on lactam to obtain N- [ (3R,6R) -6-methylpiperidine-3-yl ] carbamic acid tert-butyl ester; the invention takes Boc-D-pyroglutamic acid ethyl ester as a raw material, reduces reaction steps, has milder reaction conditions, does not need expensive metal catalysts and high pressure conditions, has safer reaction process, avoids complex racemate resolution process and reduces production cost.)
技术领域
本发明涉及手性药物中间体合成技术领域，具体涉及一种化学酶法合成N-[(3R,6R)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯的方法。
背景技术
食欲素受体拮抗剂可用于治疗成人失眠症(insomnia)，IRAK4抑制剂能够用于治疗各种炎症相关性疾病；而手性哌啶胺化合物：N-[(3R,6R)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯作为合成食欲素(Orexin)受体拮抗剂和IRAK4抑制剂的重要中间体，具有重要的生产意义。
目前已有的N-[(3R,6R)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯的合成路线有以下几种：
专利WO2010048012A公开了一种N-[(3R,6R)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯的合成方法，具体合成路线如下：
该路线以5-氨基-2-甲基吡啶为原料，经过Boc酸酐保护氨基，铑催化还原吡啶环，接着上苄基保护氨基，再通过柱层析分离非对映异构体，最后使用催化剂氢氧化钯和氢气脱苄得到目标产物。但上述合成路线需要使用昂贵的铑催化剂和高压条件进行氢化反应，成本高，通过柱层析分离对映异构体收率低且无法放大工业化生产。
专利WO2015095442A公开了一种N-[(3R,6R)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯的合成方法，具体合成路线如下：
该路线以(2R,5S)-5-羟基-2-甲基哌啶-1-羧酸苄酯为原料，先与甲基磺酰氯成酯，再用叠氮化钠取代发生构型翻转，接着用三甲基膦还原得到胺，用Boc酸酐保护氨基，钯碳和氢气脱掉保护基团Cbz得目标产物。该合成路线步骤长且需要使用叠氮化钠，剧毒，存在爆炸性危险，起始原料合成困难，需经过多步合成且要利用手性SFC进行拆分得到，生产成本高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种化学酶法合成N-[(3R,6R)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯的方法，以Boc-D-焦谷氨酸乙酯为原料，减少了反应步骤，反应条件更加温和，无需昂贵的金属催化剂和高压条件，反应过程更加安全，同时避免了复杂的消旋体拆分工艺过程，降低了生产成本。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种化学酶法合成N-[(3R,6R)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯的方法，包括以下步骤：
S1、以Boc-D-焦谷氨酸乙酯为底物，在-10～0℃下与甲基卤化镁反应得到酶催化底物；
S2、将酶催化底物加入含有氨基供体的磷酸钾缓冲液中，再加入磷酸吡哆醛和转氨酶，通过自发原位环化反应得到双手性中心的内酰胺；
S3、使内酰胺发生还原反应，得到N-[(3R,6R)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯；
其中，所述酶催化底物的结构式为内酰胺的结构式为
进一步地，所述步骤S1中，包括以下步骤：先将Boc-D-焦谷氨酸乙酯加入到装有第一溶剂的反应容器中，并通入惰性气体保护，在-10～0℃加入甲基卤化镁，搅拌均匀后升温至5～10℃，待反应完全后用淬灭剂淬灭，加入萃取剂萃取并用正己烷打浆得到酶催化底物。
进一步地，所述第一溶剂为二甲基四氢呋喃、四氢呋喃和无水四氢呋喃中的至少一种。
进一步地，所述第一溶剂为无水四氢呋喃。
进一步地，所述Boc-D-焦谷氨酸乙酯和甲基卤化镁的投料摩尔比为1:1.3～1.8；所述甲基卤化镁为甲基溴化镁、甲基氯化镁和甲基碘化镁中的至少一种。
进一步地，所述步骤S2中，反应温度为35～50℃，反应时间为12～16h。
进一步地，所述步骤S2中，转氨酶为SCUT-ATA-01，氨基供体为异丙胺；所述磷酸钾缓冲液中，异丙胺的含量为1M。
进一步地，所述步骤S3中，还原反应包括以下步骤：将内酰胺溶于第二溶剂中，在0～10℃下，分批加入硼氢化钠，再加入三氟化硼四氢呋喃溶液，升温至20～25℃，反应后用淬灭剂淬灭，升温回流后减压浓缩，用萃取剂萃取后旋干有机相，得到N-[(3R,6R)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯。
进一步地，所述内酰胺、硼氢化钠和三氟化硼四氢呋喃的投料摩尔比分别为1:2～3.5：1～3.5。
进一步地，所述惰性气体为氮气。
进一步地，所述第二溶剂为无水四氢呋喃。
进一步地，所述淬灭剂为甲醇和饱和氯化铵溶液中的至少一种，所述萃取剂为乙酸乙酯。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.本发明的合成方法，采用Boc-D-焦谷氨酸乙酯为原料，减少了反应步骤，反应条件温和，无需使用高压氢化和昂贵的金属催化剂，反应过程的安全性高，无需复杂的消旋体拆分工艺过程即可获得较高纯度和ee值99.9％以上的N-[(3R,6R)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯，具有很好的工业合成应用前景。
2.本发明的步骤S2中，转氨酶先将酶催化底物的酮羰基转化为手性氨基，生成的氨基中间体自身发生分子内环化生成目标产物内酰胺，与现有技术相比，减少了工艺步骤，提高了生产效率；同时减少了反应设备的投入，降低了生产成本。
3.因硼氢化钠反应时比较剧烈,本发明通过分批加入硼氢化钠，可以使得反应温度容易控制并防止出现冲料的现象，安全性能更高。
附图说明
图1为磷酸钾缓冲液中异丙胺的含量与内酰胺的转化率的关系图；
图2为转氨酶的催化反应时间与内酰胺的转化率的关系图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1：
本实施例提供的一种化学酶法合成N-[(3R,6R)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯的方法，包括以下步骤：
S1、酶催化底物的制备：将60g的Boc-D-焦谷氨酸乙酯溶于1000mL无水四氢呋喃中，氮气置换3次，然后降温至-10～0℃，滴加300mL的甲基卤化镁四氢呋喃溶液,滴完后在-10～0℃下继续搅拌1h，再升温至5～10℃继续反应6h。反应完成后用饱和氯化铵溶液淬灭，用乙酸乙酯萃取3次，合并有机相用无水硫酸钠干燥，浓缩有机相得粗品，粗品用正己烷打浆，过滤干燥后得54.17g酶催化底物；其中，酶催化底物的结构式为步骤S1中，得到的酶催化底物的纯度为99.99％，收率约85％。
S2、转氨酶催化制备内酰胺：先配置10mL含有1M异丙胺的磷酸钾缓冲液，并用盐酸水溶液将磷酸钾缓冲液的pH调节至11，然后向其中加入1g酶催化底物，再加入500mg转氨酶粉和20mg磷酸吡哆醛，置于35～50℃的温度下搅拌反应12～16h，反应完毕后过滤，将母液用乙酸乙酯萃取3次，合并有机相后浓缩、干燥得到产物内酰胺；其中，内酰胺的结构式为步骤S2中，内酰胺的转化率为98％，ee值为99.9％，收率约为90％。
S3、N-[(3R,6R)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯的制备：将0.5g内酰胺溶于无水四氢呋喃中，在0～10℃下，分批多次加入硼氢化钠，搅拌反应0.5h后，滴加三氟化硼四氢呋喃溶液，待滴加完升温至20～25℃搅拌12h，反应完后用甲醇淬灭，升温回流1～2h后减压浓缩，用乙酸乙酯萃取3次，旋干有机相，得到N-[(3R,6R)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯；其中，N-[(3R,6R)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯的收率约87％，ee值99.9％。
本实施例的合成路线如下：
其中，实施例1中的甲基卤化镁还可选用甲基氯化镁或甲基碘化镁中的一种，或者甲基溴化镁、甲基氯化镁和甲基碘化镁中任意两种或者任意三种的混合物。
实施例2-6：
为了进一步验证步骤S2中，转氨酸种类对内酰胺转化率以及ee值的影响，按表1中转氨酸的种类重复实施例1的合成方法，其他未列出的组分、含量以及反应条件均与实施例1完全相同，分别得到对应的内酰胺，并计算出内酰胺的转化率以及ee值。
表1：
由表1的数据可知，采用不同种类的转氨酸，所制得的内酰胺，其转化率以及ee值均有所不同，其中，当转氨酸为SCUT-ATA-01时，内酰胺的转化率高达99.91％，ee值大于99.9％。
为了进一验证转氨酶催化反应中，磷酸钾缓冲液中异丙胺的含量以及催化反应中反应时间的最佳选择，本发明还提供了以下实验：
按照表2中磷酸钾缓冲液中异丙胺的含量，重复实施例2的合成方法,其他未列出的组分、含量以及反应条件均与实施例2完全相同，制得不同反应条件下的内酰胺并计算相应的转化率，结果如图1所示。
表2：
磷酸钾缓冲液中异丙胺的含量(M)
0.5
1.0
1.5
2.0
按照表3中催化反应的反应时间，重复实施例2的合成方法，其他未列出的组分、含量以及反应条件均与实施例2完全相同，制得不同反应条件下的内酰胺并计算相应的转化率，结果如图2所示。
表3：
反应时间(h)
2
4
6
8
10
16
24
根据图1和图2的结果可知，磷酸钾缓冲液中异丙胺的含量以及催化反应的反应时间，均对内酰胺的转化率有不同程度的影响。其中，当磷酸钾缓冲液中异丙胺的含量为1M，内酰胺的转化率最高，且其实验结果不存在规律性变化。催化反应的反应时间在8h时，即基本完全反应。
综上所述，本发明通过采用Boc-D-焦谷氨酸乙酯为原料，减少了反应步骤，与现有技术相比，其反应条件温和，无需使用高压氢化和昂贵的金属催化剂，反应过程的安全性高，无需复杂的消旋体拆分工艺过程即可获得较高纯度和ee值99.9％以上的N-[(3R,6R)-6-甲基哌啶-3-基]氨基甲酸叔丁酯，其中，在转氨酶催化反应中，转氨酶可先将酶催化底物的酮羰基转化为手性氨基，生成的氨基中间体会自身发生分子内环化生成目标产物内酰胺，与现有技术相比，减少了工艺步骤，提高了生产效率；同时减少了反应设备的投入，降低了生产成本。
以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。
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