1-Boc-四氢吡咯的合成及其应用

简介

1-Boc-四氢吡咯是微生物为适应高盐、高渗透压以及紫外辐射等恶劣环境而产生的一类重要的天然保护性物质。1-Boc-四氢吡咯广泛存在于众多嗜盐菌和耐盐菌中。利用这些天然菌株，借助“细菌挤奶”法，成功实现了1-Boc-四氢吡咯的大规模生产[1-3]。另外，为了克服“细菌挤奶”生产1-Boc-四氢吡咯过程中高盐培养基带来的一系列问题，人们开始尝试将1-Boc-四氢吡咯合成途径引入非嗜盐微生物中，实现1-Boc-四氢吡咯在普通微生物中的异源合成。目前，1-Boc-四氢吡咯的异源合成主要是在大肠杆菌和谷氨酸棒杆菌中进行[4]。

图1 1-Boc-四氢吡咯的结构式。

合成

图2 1-Boc-四氢吡咯的合成路线[5]。

向二烯丙基氨基甲酸叔丁酯（2.0g，10.1mmol，1.0当量）在CH2Cl2（168mL）中的溶液中加入Grubbs I催化剂（83mg，0.1mmol，0.01当量）。将反应混合物在室温下搅拌过夜，然后在减压下浓缩。通过硅胶快速色谱法（PE/EtOAc 100:0至95:5至9:1至8:2）纯化。得到终产物1-Boc-四氢吡咯，黄色油状物（1.6g，92%）。合成路线如图2所示。

图3 1-Boc-四氢吡咯的合成路线[6]。

方法一：在环境温度下，将吡咯烷（1.556g，21.9mmol）加入氢氧化钠（0.947g，24mmol）在水（24mL）中的溶液中，并用叔丁醇（16mL）稀释该溶液。在搅拌下，在1小时内滴加二碳酸二叔丁酯（5.45g，25mmol）在叔丁醇（5mL）中的溶液。在一小时内，形成了大量的白色沉淀。在室温下搅拌24小时后，然后用己烷（3 x 100 mL）萃取反应混合物，合并有机层并干燥（MgSO4）。除去溶剂，通过蒸馏（沸点101-102℃，0.1mmHg）纯化粗产物，得到1-Boc-四氢吡咯（3.05g，82%）。合成路线如图3所示。

方法二：将吡咯烷（3.4 g，48.0 mmol，1.2当量）在0°C Ar下滴加到二碳酸二叔丁酯（8.73 g，40.0 mmol，1.0当量）在CH2Cl2（150 mL）中的溶液中。将所得溶液加热至室温并搅拌3小时。然后，加入1 M HCl（aq）（100 mL）。水层用CH2Cl2（3×50mL）萃取，合并的有机层干燥（MgSO4）并在减压下蒸发，得到粗产物。通过Kugelrohr短程蒸馏进行纯化。1-Boc-四氢吡咯（20g，98%），为无色油状物。光谱数据与文献中报道的一致。核磁共振数据如下：1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ3.36-3.27（m，4H，NCH2），1.88-1.79（m，4 H，CH2），1.47（s，9H，CMe3）。合成路线如图3所示。

图4 1-Boc-四氢吡咯的合成路线[7]。

在室温下，将酰基琥珀酰亚胺（0.50克，3.2毫摩尔）、CH2Cl2（10毫升）、TEA（0.45毫升，3.2毫毫摩尔）和胺（0.39毫升，3.5毫摩尔）置于火焰干燥、氮气吹扫的100毫升圆底烧瓶中。将所得混合物搅拌过夜。混合物用二氯甲烷萃取。有机提取物用1M HCl和饱和盐水溶液洗涤，然后用无水MgSO4干燥。真空除去溶剂。N-苄基丙酰胺（19）：[7]在室温下将N-丙酰基琥珀酰亚胺（0.50 g，3.22 mmol）、CH2Cl2（10 mL）、TEA（0.45 mL，3.22 mol）和苄胺（0.39 mL，3.54 mmol）置于圆底烧瓶中。使用快速柱色谱法（己烷/EtOAc，6:4）纯化粗物质，得到标题化合物。室温下，将叔苯甲酰氧基琥珀酰亚胺（.50 g，2.51 mmol）、CH2Cl2（5 mL）、TEA（0.35 mL，2.51 mol）和吡咯烷（0.23 mL，2.76 mmol）置于圆底烧瓶中。用己烷收集粗物质并转移到储存瓶中，真空除去溶剂，得到标题化合物1-Boc-四氢吡咯。产率为92.8%。

应用

1-Boc-四氢吡咯的应用范围十分广泛，除了在生物保护和生物医药领域，1-Boc-四氢吡咯还可应用于生物科技领域[8]。有研究报道将1-Boc-四氢吡咯应用于微生物燃料电池中。微生物燃料电池发电的同时能净化废水，十分环保，但废水的高盐环境会抑制微生物的生长，导致产电量降低[9]。1-Boc-四氢吡咯可以提高燃料电池系统中微生物的耐盐性，进而提高微生物燃料电池的电量。研究表明加入1-Boc-四氢吡咯，微生物燃料电池的平均输出电压提高了60.4%左右[10]。此外，1-Boc-四氢吡咯还被应用于生物柴油的生产[11]。

参考文献

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