一种4-（三甲基铵）戊酸的制备方法

技术领域

本发明涉及化学合成领域，具体涉及一种4-(三甲基铵)戊酸的制备方法。

背景技术

肠道微生物组的改变与各种神经系统疾病相关，包括多发性硬化、帕金森病、自闭症谱系障碍(ASDs)、阿尔茨海默症和慢性疲劳综合症。尽管尚无确凿证据支持微生物组在神经系统疾病中的致病作用，但肠道微生物组和大脑之间的双向交流被认为是神经系统健康的重要中介。

4-(三甲基铵)戊酸(4-(trimethylammonio)pentanoate，4-TMAP)是在小鼠中发现的细菌代谢物，是肉碱的结构类似物，存在于特定的无病原体小鼠的肠道和大脑中，但在无菌小鼠中几乎不存在。

现有技术中4-TMAP已被化学合成，作为米曲肼(mildronate)的类似物。米曲肼是人类GBB羟化酶(BBOX1)和肉碱乙酰转移酶(CrAT)的有效抑制剂，这些酶分别参与肉碱的合成并将大量的脂肪酸运输到线粒体中。4-TMAP以与米曲肼几乎相同的构象结合在人BBOX1活性位点，并具有较低的解离常数(4.1μM)，但其抑制浓度(IC

Heather Hulme等发表的文章“Microbiome-derived carnitine mimics aspreviously unknown mediators of gut-brain axis communication”(ScienceAdvances.2020；6:eaax6328 2020.3.11)公开了4-TMAP的合成方法，但存在如下问题：1)起始原料——外消旋-4-(三甲基铵)戊酸]甲基-N,N’-二异丙基氨基甲酸酯([rac-4-(trimethylammonio)pentanoate]methyl-N,N’-diisopropylcarbamimidate)结构复杂，不易获得；2)合成花费时间较长(超过40个小时)，需多步反应；3)需要使用到离子交换树脂过柱，条件复杂。

Kaspars Tars等同样研究了4-TMAP的合成方法(Targeting CarnitineBiosynthesis:Discovery of New Inhibitors againstγ-ButyrobetaineHydroxylase.Journal of Medicinal Chemistry.2014,57,2213-2236)，但同样存在需要多步反应、使用离子交换树脂过柱、反应温度较高(80℃)、能耗较大等问题。

发明内容

本发明的主要目的在于解决上述现有技术的不足，提供一种细菌代谢物4-TMAP的制备方法；为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种4-(三甲基铵)戊酸(4-TMAP)的制备方法，所述的方法如式(1)所述，

，

其特征在于所述的方法包括使得4-APA(即4-氨基戊酸)在碱性条件下与甲基化试剂在有机溶剂中进行反应的步骤。

进一步的，本发明所述的甲基化试剂选自卤代甲烷、硫酸二甲酯、三氟甲磺酸甲酯、氟磺酸甲酯、苯磺酸甲酯、对甲基苯磺酸甲酯、对硝基苯磺酸甲酯中的一种或两种以上。

进一步的，本发明所述的甲基化试剂选自碘甲烷、溴甲烷、氯甲烷、硫酸二甲酯、三氟甲磺酸甲酯、氟磺酸甲酯、苯磺酸甲酯、对甲基苯磺酸甲酯、对硝基苯磺酸甲酯中的一种或多种。

进一步的，本发明所述的碱性条件通过加入低亲核性碱性试剂产生。

进一步的，本发明所述的低亲核性碱性试剂选自无机碱或有机碱，优选的所述无机碱选自碱金属碳酸盐、碱土金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱土金属碳酸氢盐、碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、C

进一步的，本发明所述的碱性试剂选自碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铷、碳酸铯、碳酸氢锂、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢铷、碳酸氢铯、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化铯、氢氧化钙、甲醇钠，乙醇钠、甲醇钾、乙醇钾，叔丁醇钠、叔丁醇钾中的一种或多种。

进一步的，本发明所述的有机溶剂选自C

进一步的，本发明所述的有机溶剂选自C

进一步的，本发明的方法4-APA与甲基化试剂的摩尔比为1：2.4-6，优选为1：3-4.5，更优选为1：3.6-4.2。

进一步的，本发明的方法4-APA与低亲核性碱性试剂的摩尔比为1：2.4-10，优选为1：3-8，更优选为1：3.6-6。

进一步的，本发明的方法的反应温度为0-60℃，优选为10-50℃，更优选为20-40，最优选为25-30℃；或环境温度，或室温。

进一步的，本发明的反应时间为8-50小时，优选为10-40小时，更优选为15-30小时。

进一步的，本发明的方法进一步包括反应结束后进行处理的步骤，优选的所述处理步骤为纯化处理的步骤。

进一步的，本发明反应结束后进行处理的步骤包括以下步骤：

(a)除去反应溶剂，将残余物用有机溶剂洗涤，然后用酸性水溶液溶解，除去水得到固体；优选的所述有机溶剂选自与水不混溶的有机溶剂，优选氯仿、二氯甲烷、乙酸乙酯、乙醚；优选的所述酸性水溶液选自氢碘酸、氢溴酸、盐酸中的一种或多种，所述酸性水溶液的浓度为1-5mol/L，优选为2-4mol/L,最优选为3mol/L；

(b)将步骤(a)得到固体用有机溶剂萃取，除去有机溶剂得到残余物；优选的所述有机溶剂选自丙酮、氯仿、乙醚、乙酸乙酯中的一种或多种。

(c)将步骤(b)得到的残余物用有机溶剂散开，降温析出固体；所述有机溶剂选自THF、乙醚中的一种或两种，所述降温温度为小于10℃，优选为-25-10℃，更优选为-10-5℃，最优选为-5-0℃。

任选的，反应结束后进行处理的步骤包括将步骤(c)得到的固体与液体分离的步骤；优选的所述分离步骤包括过滤或离心，以及过滤或离心之后的洗涤、干燥步骤。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本申请的制备方法原料易得、速度快、成本低、后处理方式简单、不需要过柱等，适用于工业化大规模生产。

附图说明

图1为本发明4-TAMP的制备路径图；

图2为实施例1制备得到的产物的核磁共振氢谱。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。

实施例1

向2L圆底烧瓶中依次加入1.3L甲醇，15.00g(128mmol)4-氨基戊酸，88.32g碳酸钾(640mmol)和99.97g(704mmol)碘甲烷，室温继续搅拌24小时。

减压浓缩除去溶剂，残留物白色固体用氯仿250mL*4洗涤，过滤得到的白色固体用250mL 3N稀盐酸溶解，减压浓缩除去溶剂水得到橙色至琥珀色的固体。

固体残渣用丙酮250mL*4萃取提取，丙酮溶液减压浓缩得到琥珀色油状物。

向体系中加入800mL四氢呋喃，搅拌使油状物分散开，固体析出，静置于冰水中半小时后使固体尽量析出。

过滤，固体用四氢呋喃洗涤，真空抽去残余溶剂，得到产物5.25g类白色固体，纯度98.5％；

核磁共振氢谱参见图2，采用BRUKER 400MHz核磁共振仪，溶剂DMSO-d

实施例2

向2L圆底烧瓶中依次加入1.5L乙醇，21.00g(179.2mmol)4-氨基戊酸，123.5g(895mmol)碳酸钠和62g(492mmol)硫酸二甲酯，室温继续搅拌30小时。

减压浓缩除去溶剂，残留物白色固体用二氯甲烷250mL*4洗涤，过滤得到的白色固体用250mL 3N稀盐酸溶解，减压浓缩除去溶剂水得到橙色至琥珀色的固体。

固体残渣用三氯甲烷250mL*4萃取提取，三氯甲烷溶液减压浓缩得到琥珀色油状物。

向体系中加入800mL四氢呋喃，搅拌使油状物分散开，固体析出，静置于冰水中半小时后使固体尽量析出。

过滤，固体用四氢呋喃洗涤，真空抽去残余溶剂，得到产物9.1g类白色固体，纯度97.9％。

实施例3

向2L圆底烧瓶中依次加入1L丙醇，12.00g(102.4mmol)4-氨基戊酸，51.3g碳酸氢钾(512mmol)和80.0g(563mmol)碘甲烷，室温继续搅拌10小时。

减压浓缩除去溶剂，残留物白色固体用乙酸乙酯250mL*4洗涤，过滤得到的白色固体用250mL 3N稀氢溴酸溶解，减压浓缩除去溶剂水得到橙色至琥珀色的固体。

固体残渣用丙酮250mL*4萃取提取，丙酮溶液减压浓缩得到琥珀色油状物。

向体系中加入800mL叔丁基甲基醚，搅拌使油状物分散开，固体析出，静置于冰水中半小时后使固体尽量析出。

过滤，固体用四氢呋喃洗涤，真空抽去残余溶剂，得到产物4.92g类白色固体，纯度98.6％。

实施例4

向2L圆底烧瓶中依次加入1.3L异丙醇，15.00g(128mmol)4-氨基戊酸，53.76g碳酸氢钠(640mmol)和80.3g(704mmol)氟磺酸甲酯，室温继续搅拌15小时。

减压浓缩除去溶剂，残留物白色固体用乙醚250mL*4洗涤，过滤得到的白色固体用250mL 3N稀盐酸溶解，减压浓缩除去溶剂水得到橙色至琥珀色的固体。

固体残渣用乙醚250mL*4萃取提取，乙醚溶液减压浓缩得到琥珀色油状物。

向体系中加入800mL乙醚，搅拌使油状物分散开，固体析出，静置于冰水中半小时后使固体尽量析出。

过滤，固体用四氢呋喃洗涤，真空抽去残余溶剂，得到产物6g类白色固体，纯度98.1％。

实施例5

向2L圆底烧瓶中依次加入1.5L丁醇，21.00g(179.2mmol)4-氨基戊酸，89.5g碳酸氢钾(895mmol)和164.4g(984.5mmol)三氟甲磺酸甲酯，室温继续搅拌40小时。

减压浓缩除去溶剂，残留物白色固体用乙酸乙酯250mL*4洗涤，过滤得到的白色固体用250mL 3N稀氢溴酸溶解，减压浓缩除去溶剂水得到橙色至琥珀色的固体。

固体残渣用乙酸乙酯250mL*4萃取提取，乙酸乙酯溶液减压浓缩得到琥珀色油状物。

向体系中加入800mL四氢呋喃，搅拌使油状物分散开，固体析出，静置于冰水中半小时后使固体尽量析出。

过滤，固体用四氢呋喃洗涤，真空抽去残余溶剂，得到产物9.9g类白色固体，纯度98.4％。

实施例6

向2L圆底烧瓶中依次加入1.4L乙醇，15.00g(128mmol)4-氨基戊酸，208.6g碳酸铯(640mmol)和117.6g(704mmol)三氟甲磺酸甲酯，室温继续搅拌28小时。

减压浓缩除去溶剂，残留物白色固体用氯仿250mL*4洗涤，过滤得到的白色固体用250mL 3N稀盐酸溶解，减压浓缩除去溶剂水得到橙色至琥珀色的固体。

固体残渣用丙酮250mL*4萃取提取，丙酮溶液减压浓缩得到琥珀色油状物。

向体系中加入800mL四氢呋喃，搅拌使油状物分散开，固体析出，静置于冰水中半小时后使固体尽量析出。

过滤，固体用四氢呋喃洗涤，真空抽去残余溶剂，得到产物5.5g类白色固体，纯度98.0％。

实施例7

向2L圆底烧瓶中依次加入1.5L甲醇，21.00g(179.2mmol)4-氨基戊酸，100.4g氢氧化钾(1790mmol)和112g(985mmol)氟磺酸甲酯，室温继续搅拌35小时。

减压浓缩除去溶剂，残留物白色固体用氯仿250mL*4洗涤，过滤得到的白色固体用250mL 3N稀氢溴酸溶解，减压浓缩除去溶剂水得到橙色至琥珀色的固体。

固体残渣用乙酸乙酯250mL*4萃取提取，乙酸乙酯溶液减压浓缩得到琥珀色油状物。

向体系中加入800mL四氢呋喃，搅拌使油状物分散开，固体析出，静置于冰水中半小时后使固体尽量析出。

过滤，固体用四氢呋喃洗涤，真空抽去残余溶剂，得到产物12.06g类白色固体，纯度98.7％。

实施例8

向2L圆底烧瓶中依次加入1.3L异丙醇，12.00g(102.4mmol)4-氨基戊酸，24.6g氢氧化锂(1024mmol)和71.0g(563mmol)硫酸二甲酯，室温继续搅拌30小时。

减压浓缩除去溶剂，残留物白色固体用二氯甲烷250mL*4洗涤，过滤得到的白色固体用250mL 3N稀氢溴酸溶解，减压浓缩除去溶剂水得到橙色至琥珀色的固体。

固体残渣用三氯甲烷250mL*4萃取提取，三氯甲烷溶液减压浓缩得到琥珀色油状物。

向体系中加入800mL四氢呋喃，搅拌使油状物分散开，固体析出，静置于冰水中半小时后使固体尽量析出。

过滤，固体用四氢呋喃洗涤，真空抽去残余溶剂，得到产物5.17g类白色固体，纯度98.7％。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。