吡啶鹽/1,4-二氫吡啶的衍生物及其制備方法
【技術(shù)領域】
[00011本發(fā)明涉及一種吡啶鹽/1，4-二氫吡啶的衍生物(NAD+/NADH類似物)及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] Υ.-H.Percival Zhang等報道了高能量密度、綠色及安全的酶促燃料電池。此電池 以糖類化合物為能量來源，經(jīng)過多級酶促反應，對糖類化合物進行氧化，此電池比傳統(tǒng)鋰電 池的能量密度高一個數(shù)量級（Nature Communications · 2014，5，3026) 〇
[0003] 在酶促燃料電池中進行的氧化還原反應需要天然NAD+/NADH作為輔酶參與酶促反 應。由于天然的NAD+/NADH昂貴且易變質(zhì)，導致酶促燃料電池的使用壽命短及成本高。因此， 研發(fā)廉價且穩(wěn)定性高的合成的NAD+/NADH類似物（替代天然NAD+/NADH)成為本領域研究熱 點。
[0004] Caroline E·Paul et al · (Organic Letters · 2013，15，180-183)報道了下列NAD VNADH類似物，但其催化活性不理想，尚有改進余地。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn):對現(xiàn)有合成的NAD+/NADH類似物進行選擇性化學修 飾，可大大提高合成的NAD+/NADH類似物在化學體系和生物體系中催化活性，從而為降低酶 促燃料電池的成本及增加其使用壽命奠定堅實的基礎。
[0007] 本發(fā)明的一個目的在于，公開一種結(jié)構(gòu)新穎的NAD+/NADH類似物。
[0008] 所述的NAD+/NADH類似物，其為式IA/IB所示化合物：
[0010]式IA/IB中，Y為鹵素(F、Cl、Br或I)或三氟甲磺酸陰離子(0Tf)，Rl和R3分別獨立選 自：氫(H)或CpC3烷基中一種，R2為式Π 所示基團，R4為苯基或取代苯基，
[0012]其中，X為氧(O)或硫(S)，抱為(：1~(：3的烷氧基或氨基(順 2)，所述取代苯基的取代 基選自：鹵素(F、Cl、Br或I)或
.中一種；
[0013]或，
[0014] R1為氫(H)或C^C3烷基，R2和R3的組合(R 2+R3)為二價有羰基取代的5元或6元的含 氮（N)雜環(huán)基（所述雜環(huán)基與母環(huán)為"并"的關(guān)系），R4為苯基或有鹵素（F、Cl、Br或I)或
取代的苯基（曲線標注位為取代位，下同）。
[0015] 本發(fā)明另一個目的在于，提供一種制備式IA/IB所示化合物的方法。
[0016] 所述方法的主要步驟是：以吡啶衍生物(式m所示化合物，市售品）為起始原料，依 次經(jīng)與R4CH2Y反應和還原反應得到部分目標物。
[0018]或，
[0019]所述方法包括下列步驟：
[0020] (1)由式IV所示化合物制備式V所示化合物的步驟；
[0021] (2)由式V所示化合物制備式VI所示化合物的步驟；
[0022] (3)由式VI所示化合物制備式Wa或/和式VDb所示化合物的步驟；
[0023] (4)由式Wa或/和式VDb所示化合物制備式VI所示化合物的步驟;和
[0024] (5)式VI所示化合物依次經(jīng)與R4CH2Y反應和還原反應得到另一部分目標物。
[0026]其中，R1-R4及Y的定義與前文所述相同。
【附圖說明】
[0027]圖1-1為在生物體系中評價化合物IBb-I催化活性的熒光譜圖；
[0028]圖1-2為在生物體系中評價化合物IBb-I催化活性的動力學曲線；
[0029] 其中，測試條件：ΙΟμΜ探針semi_CyHP、2.5yM硝基還原酶與50eqIBb_l在PBS緩沖液 (0 · 0IM，pH值為7 · 4，1 % DMSO)，37°C下培養(yǎng)。激發(fā)波長490nm，狹縫 10，IOnm。
[0030] 圖2-1為在生物體系中評價化合物IBb-2催化活性的熒光譜圖；
[0031] 圖2-2為在生物體系中評價化合物IBb-2催化活性的動力學曲線；
[0032] 其中，測試條件：ΙΟμΜ探針semi_CyHP、2.5yM硝基還原酶與50eqIBb_2在PBS緩沖液 (O · OIM，pH值為7 · 4，I % DMSO)，37°C下培養(yǎng)。激發(fā)波長490nm，狹縫IO，IOnm。
[0033]圖3-1為在生物體系中評價化合物IBb-3催化活性的熒光譜圖；
[0034]圖3-2為在生物體系中評價化合物IBb-3催化活性的動力學曲線；
[0035] 其中，測試條件：ΙΟμΜ探針semi_CyHP、2.5yM硝基還原酶與50eqIBb_3在PBS緩沖液 (0 · 0IM，pH值為7 · 4，1 % DMSO)，37°C下培養(yǎng)。激發(fā)波長490nm，狹縫10，IOnm。
[0036]圖4-1為對照物(BNAH)催化活性的熒光譜圖；
[0037]圖4-2為對照物(BNAH)催化活性的動力學曲線；
[0038] 其中，測試條件：ΙΟμΜ探針semi_CyHP、2.5yM硝基還原酶與50eq BNAH在PBS緩沖液 (0 · 0IM，pH值為7 · 4，1 % DMSO)，37°C下培養(yǎng)。激發(fā)波長490nm，狹縫10，IOnm。
[0039]圖5不同輔酶類似物催化活性圖；
[0040]其中，control 為探針 semi_CyHP，BNAH 為對照物。
[0041 ] 測試條件：ΙΟμΜ探針semi-CyHP、2.5μΜ硝基還原酶與50eq不同輔酶類似物在I3BS緩 沖液(0 · 0IM，pH 7 · 4，1 % DMSO)，37°C下培養(yǎng)。激發(fā)波長490nm，狹縫10，IOnm〇
【具體實施方式】
[0042] 在本發(fā)明一個優(yōu)選的技術(shù)方案中，Ri和R3分別獨立選自：H或甲基中一種，R2為式Π 所示基團（其中X為〇或S，R5為甲氧基或NH2)，R4為苯基或有F或
-取代的苯基；
[0043] 更進一步優(yōu)選的技術(shù)方案是：Ri甲基，1?2為_
5R3為H，R4為
[0044] 在本發(fā)明另一個優(yōu)選技術(shù)方案中，所述NAD+/NADH類似物，其為式IAa/IBb所示化 合物：
[0046] 式IAa/IBb中，RdH或C^C3烷基，R4為苯基或有鹵素(F、Cl、Br或I)或
-取 代的苯基，Y為鹵素(F、Cl、Br或I)或OTf;
[0047] 更進一步的優(yōu)選技術(shù)方案是:R^H，R4為
[0048] 本發(fā)明又一個優(yōu)選技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的制備式IA/IB所示化合物的方法，其 主要步驟是:首先，在回流狀態(tài)下，由吡啶衍生物(式m所示化合物)與R 4CH2YU4與Y的定義 與前文所述相同）于有機溶劑(如乙腈或四氫呋喃等）中反應，得到相應的吡啶衍生物的鹽； 然后，在堿性條件下，由所述吡啶衍生物的鹽經(jīng)還原反應(如采用Na 2S2O4等為還原劑），得到 部分目標物。
[0049] 或，
[0050]所述方法具體包括下列步驟：
[0051 ] (1)由式IV所示化合物經(jīng)脫水反應，得到式V所示化合物；
[0052] (2)由式V所示化合物經(jīng)酰胺化反應，得到式VI所示化合物；
[0053] (3)式VI所示化合物經(jīng)還原反應(如采用NaBH4還原等），得到式Vila或/和式VDb所 示化合物；
[0054] (4)在回流狀態(tài)下，由式Wa或/和式VDb所示化合物再經(jīng)一次還原反應（如采用鋅 粉還原等），得到式VI所示化合物;和，
[0055] (5)首先，在回流狀態(tài)下，由式VI所示化合物與R4CH2Y于有機溶劑(如乙腈或四氫呋 喃等）中反應，得到相應的吡啶衍生物的鹽;然后，在堿性條件下，由所得的吡啶衍生物的鹽 經(jīng)還原劑(如Na2S 2O4等)還原，得到另一部分目標物。
[0056] 本發(fā)明公開了一系列結(jié)構(gòu)新穎的NAD+/NADH類似物。該類NAD+/NADH類似物能夠代 替天然NADH用于生物化學體系進行氧化還原反應，也能作為電子載體，用于酶促燃料電池 的能量傳遞。此外，本發(fā)明所述NAD+/NADH類似物易于制備及分離純化，且具有較高產(chǎn)率。 [0057]以下通過實施例對本發(fā)明作進一步闡述，其目的僅在于更好理解本發(fā)明的內(nèi)容。 因此，所舉之例不限制本發(fā)明的保護范圍。
[0058] 合成實施例 [0059] 實施例1
[0060]丨-芐基-5-甲基-二氫吡啶-3-羧酸甲酯（ΙΒ-Ι)Λ-芐基_3-(甲氧基羰基)_5_ 甲基P比啶_1_鐵漠化物(IA-I)的制備：
[0062] 2mmo 1的化合物ΙΠ -1置于2mL乙腈中，得化合物ΙΠ -1和乙腈的混合物。攪拌下將 2.4mmol的化合物a溶于2mL乙腈中，并其滴加入化合物ΙΠ -1和乙腈的混合物中。在回流狀態(tài) 攪拌6小時，TLC跟蹤反應至原料點消失，停止反應，減壓除去乙腈，加入少量甲醇溶解油狀 物后加入大量無水乙醚反析，迅速抽濾得白色固體（化合物IA-I，-35°C下保存），產(chǎn)率： 41.2% 〇
[0063] 氬氣保護下，將0.25mmol化合物IA-I置于三口燒瓶中，再將由Immol碳酸氫鈉溶于 3mL水得到的碳酸氫鈉水溶液及Immol連二亞硫鈉酸加入所述三口燒瓶中，常溫避光攪拌3 小時，TLC跟蹤反應至原料點消失，停止反應，三口燒瓶瓶壁上出現(xiàn)黃色油狀物，在氬氣保護 下，用注射器吸走反應液，用3 X 3mL除氧水洗滌黃色油狀物，冷凍干燥得黃褐色固體(化合 物 IB-1)，產(chǎn)率:43%。
[0064] 化合物 IA-I
[0065] 1H MMR(400MHz，D2〇) :S(ppm)9.25(s，lH)，8.87(s，lH)，8.82(s，lH)，7.43(brs， 5H)，5·78(s，2H)，3·95(s，3H)，2·50(s，3H)，
[0066] HRMS(ESI)Ci5Hi6N〇2[M]+計算值（calcd for)242.1181，實驗值（found)242.1181〇
[0067] 化合物 IB-I
[0068] 1H Mffi(400MHz，DMS0-d6) :δ(ρρπ〇7· 39-7.35(m，2H)，7· 31-7