摘要：2-酰基-4-酯基取代噻唑为具有抗癌活性的Tubulysin、ITE以及除藻活性优良的结构类似物Bacillamide家族核心骨架，经典合成方案路线繁琐，条件相对苛刻，收率低。本文结合最新生源路径，仿生改进关键氧化脱氢步骤，高效率制备该类型中间体，并且初步阐明相应机理，为其工业化生产提供新颖策略。

　　关键词：噻唑骨架；Tubulysin；ITE；Bacillamide；仿生制备；绿色工艺

　　Tubulysins是从海洋黏细菌中分离得到的一类四肽化合物，其作用机制与秋水仙碱和长春花碱等相似，通过抑制微管蛋白聚合进而破坏纺锤体的形成，诱导肿瘤细胞凋亡。其中活性最强的结构类型强度达到皮摩尔级，并对耐药肿瘤细胞显示很强的抑制活性。此外，Tubulysins还具有抗血管生成的作用，在体内具有良好的肿瘤生长抑制作用。针对转移和侵染性肿瘤，其与靶向递送策略结合将具有广阔的研究前景[1]。

　　ITE在2002年从猪肺里面提取得到，是一个天然的内源性芳香烃受体（AhR）激活剂，体内和体外毒性都很低。具有抗肝癌、前列腺癌、乳腺癌和卵巢癌作用。可结合至AhR，调节由AhR控制的功能和信号通路，从而影响癌细胞的生长与增殖以及肿瘤细胞的侵袭。化合物ITE相关衍生化的药物组合物能够用作AhR抑制剂或非组成型AhR激动剂，可用于抑制癌细胞生长以及肿瘤细胞的转移和侵袭[2-3]。

　　许多海洋来源的细菌有杀藻作用，通过对相关特殊蛋白酶、次生代谢产物的系统研究可促进发掘新颖的抑制有害藻华的先导物。2003年，Bacillamide A从海洋细菌Bacillus sp.SY-1中分离出来，对腰鞭毛虫类海藻有杀灭效果[4]。2007年，Socha等从超高盐度的微生物中分离出同系物Bacillamide B和C[5]。从生源途径推导，Bacillamide A的羰基经过立体选择性还原可得到Bacillamide B。而Bacillamide A立体选择性还原胺化后生成Bacillamide D，后者酰化即得Bacillamide C。Bacillamide D相关生物合成路径已经确证，先脱水形成噻唑啉环，然后氧化脱氢得噻唑[6-7]（图1）。

　　研究表明Bacillamide类化合物对赤潮藻等具有显著抑制效果，为化学与生物领域相关研发热点。国内外多个研究组采用不同的方案，大多数反应路线繁琐，条件相对苛刻，总体收率低。2018年，Aggarwal等设计了3步的仿生合成路线[8]。L-半胱氨酸乙酯盐酸盐与丙酮醛经由[4+1]环合得到噻唑烷酯，碘苯二乙酸（IBD）氧化得到噻唑中间体，最后有机碱催化无溶剂酯氨交换制备Bacillamide A，该路线有一定的优点，然而2当量具有一定危险性的有机高价碘IBD并不利于放大工艺。为此，针对该步骤反应难题，本课题组系统筛选多批次金属与非金属催化剂，其中，氯化铜与DABCO的组合[约10%（摩尔分数）CuCl2/25%（摩尔分数）DABCO]，在80℃加热条件下，实现了空气参与的绿色脱氢芳构化，接近100%定量完全转化，反应产物粗品纯度极高（NMR粗谱）。并且后处理过程简捷，常规萃取结合水洗后，旋蒸浓缩除去溶剂得到较纯粗品，免去柱层析等复杂操作。为Bacillamide类化合物的工业化生产，提供了新的替代思路（图2）。

　　1实验部分

　　1.1仪器与试剂

　　丙酮醛，上海阿拉丁，40%水溶液；L-半胱氨酸乙酯盐酸盐，上海阿拉丁，98%；三乙胺，广东光华，AR；氯化铜二水合物，国药化试，99%；DABCO，Adamas，CP；乙酸乙酯，成都科隆，AR；氘代氯仿，TMS内标，Cambridge Isotope Laboratories，99.8%。

　　C-MAG HS 7型数显恒温可控加热磁力搅拌器，德国IKA；N-1300V-WB型旋转蒸发仪，日本东京理化；Bruker BioSpin GmbH 500 MHz核磁共振波谱仪，布鲁克。

　　1.2中间体2-乙酰基-噻唑-4-甲酸乙酯的合成

　　2-乙酰基-噻唑烷-4-甲酸乙酯依文献方案制备[8]：将该酯粗品约1 mmol放入25 mL的圆底烧瓶中，随后依次加入摩尔分数为10%的CuCl2、摩尔分数为25%的DABCO，加入乙酸乙酯约8 mL，搅拌使其混合均匀，升温至80℃,反应时间约2 h。通过TLC检测反应完成后，转移溶剂，适量水洗有机相，重复操作2次。取上层乙酸乙酯相，旋转蒸发仪除去溶剂，真空干燥后即得纯度较高的2-乙酰基-噻唑-4-甲酸乙酯。

　　或者将2-乙酰基-噻唑烷-4-甲酸乙酯粗品约8 mg（含有痕量三乙胺），溶于0.5 mL氘代氯仿，转移入常规核磁管，在Bruker BioSpin GmbH 500 MHz磁场催化作用下，氧化脱氢得到相应的噻唑，即纯度较高的2-乙酰基-噻唑-4-甲酸乙酯。

　　2数据分析与反应机理

　　1H NMR（500 MHz，CDCl3）δH 8.43（s，1H），4.45（q，J=7.2 Hz，2H），2.79（s，3H），1.43（t，J=7.2 Hz，3H）。

　　13C NMR（126 MHz，CDCl3）δC 191.62，167.47，160.83，148.75，133.32，61.87，26.10，14.29。

　　根据相关文献，反应机理初步推测如下，噻唑烷在DABCO作用下发生烯醇化，然后空气氧化引入一个角部氢氧取代基[9]。值得注意的是，无铜盐催化条件下，单独依赖DABCO，或者相反，最终噻唑产物收率都极低。因此，该空气参与的氧化关键步骤，可能需要金属与配体的协同作用。后续脱水反应，生成噻唑啉与其异构体，最终经由自动脱氢流程[10]，形成热力学稳定的多共轭取代芳环片段。同时，另一个高效率的直接转化被意外发现，噻唑烷在痕量三乙胺存在情况下，以氘代氯仿为溶剂，在核磁分析过程的强磁场作用下，直接氧化为噻唑。而在无强磁场时，不论空气中，或者氮气保护下，室温至80℃区间，该脱氢芳构化都无法实现。初步推测，氧化还原反应的磁催化效应促进了非金属参与下的转化效率（图3）。

　　3结论

　　根据Bacillamide类化合物经典合成的难点与挑战，成功改进合成2-乙酰基-噻唑-4-甲酸乙酯中间体的仿生方案，使用CuCl2作为催化剂，空气中敞口加热回流，接近完全转化。该方法具有反应条件温和、操作步骤简便、产率高、催化剂绿色、氧源清洁等优点。同时发现非金属催化条件下，氧化还原反应的磁催化效应也可实现高效率的转化。对比相关研究，上述噻唑核心骨架的绿色合成，易于拓展应用到Bacillamide结构类似物。为Bacillamide、Tubulysin和ITE家族大规模工业化制备与衍生物改造与修饰，提供了新颖实用的替代策略，有利于深入挖掘该类天然产物的应用价值。

　　参考文献

　　[1]Nicolaou K C,Yin J,Mandal D,et al.Total synthesis and biological e-valuation of natural and designed tubulysins[J].Journal of the Ameri-can Chemical Society,2016,138(5):1698-1708.

　　[2]Song J,Clagett-Dame M,Peterson R E,et al.A ligand for the aryl hy-drocarbon receptor isolated from lung[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2002,99(23):14694-14699.

　　[3]Cheng J,Li W,Kang B,et al.Tryptophan derivatives regulate the tran-scription of Oct4 in stem-like cancer cells[J].Nature Communica-tions,2015,6(1):7209.

　　[4]Jeong S Y,Ishida K,Ito Y,et al.Bacillamide,a novel algicide from the marine bacterium,Bacillus sp.SY-1,against the harmful dinoflagel-late,Cochlodinium polykrikoides[J].Tetrahedron Letters,2003,44(43):8005-8007.

　　[5]Socha A M,Long R A,Rowley D C.Bacillamides from a hypersaline microbial mat bacterium[J].Journal of Natural Products,2007,70(11):1793-1795.

　　[6]Zhang F,Mulati N,Wang Y,et al.Biosynthesis in vitro of bacillamide intermediate-heterocyclic AlaCysthiazole by heterologous expression of nonribosomal peptide synthetase(NRPS)[J].Journal of Biotechnol-ogy,2019,292:5-11.

　　[7]Fortinez C M,Bloudoff K,Harrigan C,et al.Structures and function of a tailoring oxidase in complex with a nonribosomal peptide synthetase module[J].Nature Communications,2022,13(1):548.

　　[8]Kumara S,Aggarwal R.A concise and efficient route to the total syn-thesis of bacillamide A and its analogues[J].Arkivoc,2018,part iii:354-361.

　　[9]Dawsey A C,Li V,Hamilton K C,et al.Copper-catalyzed oxidation of azolines to azoles[J].Dalton Transactions,2012,41(26):79948002.

　　[10]Lu Y,Li C M,Wang Z,et al.Discovery of 4-substituted methoxyben-zoyl-aryl-thiazole as novel anticancer agents:synthesis,biological e-valuation,and structure-activity relationships[J].Journal of Medici-nal Chemistry,2009,52(6):1701-1711.