5-甲基异恶唑-3-甲酸的合成及其应用

简介

5-甲基异恶唑-3-甲酸是微生物和自然界提供给人类的一类宝贵的资源，在生物保护、生物制药和生物科技等众多领域展现出广阔的商业化应用前景[1]。但相比于5-甲基异恶唑-3-甲酸商业化应用的快速发展，对于5-甲基异恶唑-3-甲酸的保护机制的研究还相对滞后，相关研究还比较零散，甚至还存在相互矛盾的地方[2]。因此，有必要对5-甲基异恶唑-3-甲酸的保护作用机制进行更为深入的研究，为5-甲基异恶唑-3-甲酸的商业化应用提供更加坚实的理论基础和实践指导。

图1 5-甲基异恶唑-3-甲酸的结构式。

合成

图2 5-甲基异恶唑-3-甲酸的合成路线[3]。

5-甲基异恶唑-3-羧酸硝酸（0.2L；5.2M）的合成置于配有回流冷凝器的锥形烧瓶（1000mL）中，首先加热至沸点。然后关闭加热源，通过回流冷凝器加入2,5-己二酮（45.751克，0.40摩尔）。开始时速度为2滴/秒，直到观察到棕色NO2的演变，然后速度为1滴/秒。当获得稳定回流时，开启温和加热。加入2,6-己二酮（~1小时）后，增加加热，并将溶液煮沸至少11/2小时。将浅黄色溶液加入200克碎冰中，置于冰/水浴中1/2小时。通过过滤分离沉淀的晶体，用冰水（200毫升）洗涤，并用空气干燥。得到标题化合物5-甲基异恶唑-3-甲酸，产率：14.952 g。合成路线如图2所示。

图3 5-甲基异恶唑-3-甲酸的合成路线[4]。

步骤1：在N2气氛下，在23℃下向搅拌的EtOH（150 mL）溶液中小心加入Na（1.61 g，70 mmol）。所有钠溶解后，在2分钟内滴加丙酮（4.4 mL，60 mmol）和草酸二乙酯（8.14 mL，60毫摩尔）的混合物。将所得混合物继续搅拌1小时。将反应混合物冷却至0℃，并加入浓H2SO4和冰的混合物，直到溶液变为浑浊的黄色。混合物用二氯甲烷（2 x 50mL）萃取。合并的有机层用盐水洗涤，用无水Na2SO4干燥，减压浓缩。残余物通过快速硅胶色谱（15%EtOAc/己烷）纯化，得到2，4-二氧戊烯酸乙酯（6.5g，69%）。1H-NMR（300 MHz，CDCl3）δ6.28（s，1H），4.25（q，2H），2.17（s，3H），1.28（t，3H；13C-NMR（300MHz，CDCl3）δ199.687、166.607、161.683、101.769、62.096、27.227、13.543。

步骤2：在23°C下，向上述2，4-二氧戊酸乙酯（196 mg，1.24 mmol）在EtOH（8 mL）中的搅拌溶液中加入盐酸羟胺（302 mg，4.34 mmol。将所得混合物加热回流2小时。将反应混合物冷却至23℃，用H2O和NaHCO3水溶液猝灭反应。用EtOAc（3 x 10mL）萃取反应混合物。合并的提取物用盐水洗涤。有机层用无水Na2SO4干燥并在减压下浓缩。残余物通过快速硅胶色谱（15%EtOAc/己烷）纯化，得到5-甲基异恶唑-3-羧酸乙酯（124mg，57%）。1H NMR（300 MHz，CDCl3）δ6.36（s，1H），4.37（q，2H），2.44（s，3H），1.35（t，3H；13C-NMR（300MHz，CDCl3）δ171.040、159.848、156.214、101.948、61.697、13.805、11.974。

步骤3：将5-甲基异恶唑-3-羧酸乙酯（521.5 mg，3.36 mmol）在23°C下溶解于THF（10 mL）中，并向溶液中加入LiOH水溶液（1N，8.4 mL）。将所得混合物加热回流20分钟。将反应混合物冷却至23℃，加入饱和柠檬酸至pH=3。用EtOAc（3x）萃取混合物，并用盐水洗涤合并的有机层。有机层用无水Na2SO4干燥并在减压下浓缩，得到标题化合物5-甲基异恶唑-3-甲酸（400 mg）。产率：18.45 g。合成路线如图3所示。

应用

干眼症是一种最常见的眼部疾病，其原因是泪膜不稳定和高渗透压会导致眼表炎症加重和神经感觉异常。5-甲基异恶唑-3-甲酸可以通过与水分子紧密结合形成水合物屏障，防止眼部细胞脱水，稳定泪膜的脂质层，从而达到治疗干眼症的目的[5]。研究人员评估了一种5-甲基异恶唑-3-甲酸的眼部喷雾剂治疗干眼症的效果良好，为治疗干眼症提供了新的选择。此外最新研究表明5-甲基异恶唑-3-甲酸能清除羟基自由基，通过与羟基自由基反应以保护细胞免受氧化损伤[6-7]。5-甲基异恶唑-3-甲酸与自由基反应生成N-乙酰亚胺-天冬氨酸和N-乙酰亚胺-β-丙氨酸两种主要产物，推测其反应机理是5-甲基异恶唑-3-甲酸开环后在碳端被进一步氧化[8]。尽管四氢嘧啶与自由基反应的具体机理还有待进一步研究，但5-甲基异恶唑-3-甲酸确定能和自由基发生反应这一结果的发现，为5-甲基异恶唑-3-甲酸在医药领域的应用奠定了坚实的理论基础。

参考文献

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[5] G. Gavory, M. Ghandi, A. Chicas, Preparation of (2-(2,6-dioxopiperidin-3-yl)-3-oxoisoindolin-5-yl)methyl ureas and carbamates for use in the prevention and treatment of a disease or disorder caused by or associated with one or more premature termination codons, Monte Rosa Therapeutics AG, Switz. . 2022, p. 377pp.

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[7] A.V. Llorente-Fernandez, C. Almansa-Rosales, M. Garcia-Lopez, U. Christmann, J.L. Diaz-Fernandez, 1H-Pyrazole derivatives as sigma ligands and their preparation, Acondicionamiento Tarrasense, Spain . 2022, p. 155pp.

[8] R. Shen, Y. He, X. Xing, M.C. Rhodes, G. Wang, Y.S. Or, Preparation of peptidomimetic spiropyrrolidines as SARS-CoV-2 3CL protease inhibitors and methods for the treatment of COVID-19, Enanta Pharmaceuticals, Inc., USA . 2022, p. 65pp.