[发明专利]吡咯喹啉醌的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学合成领域，具体涉及吡咯喹啉醌的合成方法。

背景技术

吡咯喹啉醌(Pyrroloquinoline quinone,PQQ)是20世纪70年代末发现的一种氧化还原酶的新辅酶，是继黄素核苷酸(FMN、FAD)和烟酰胺核苷酸(MAD、NADP)之后发现的第三种辅酶[1]。1979年Durin确定这个辅酶就是PQQ，随后Salisbury等测定了PQQ的分子结构[2]。PQQ作为一种具有多种生理功能的生物活性物质，在炎症、溶血性贫血、传输神经兴奋失调、肝病和骨质疏松症等疾病的治疗方面具有很大的潜力，目前PQQ已被归入B族维生素，是人体必需的一种营养因子[3]。

PQQ的分子结构如下：

[PQQ的化学合成]

自从1979年PQQ分子被确定以来，PQQ就成为了有机合成的热点分子之一。PQQ的首次全合成是Steven M.Weinreb小组在1981年完成的[4]。当时，这一全合成路线并不理想，总共经过12步反应，总收率仅有2％，但是为以后的PQQ全合成奠定了基础。1982年，E.J.Corey小组设计了另一条新的合成路线，仅用8步反应，以20％的总产率得到了高纯度的PQQ[5]，但是这一全合成路线只适合于实验室制备毫克量级的产品，大大限制了PQQ工业化应用。随后，JamesB.Hendrickson等人以光催化反应为关键步骤，通过13步反应合成了PQQ，总产率12％[6]。由于光催化反应对反应设备和反应控制的要求都比较苛刻，因此并不适合工业化的生产。1983年，Charles W.Rees研究小组通过12步反应全合成了PQQ，但是这一合成路线中涉及了不易得到的原料和中间体，因此也不是理想的工艺路线[7]。之后，George Buchi、Jaap A.Jongejan和Pierre Martin都通过不同的合成策略全合成了PQQ[8]。2005年，Kou Hiroya等以金属催化有机反应为关键步骤，全合成了PQQ，但总产率仅有4.7％[9]，而且金属催化剂毒性大、价格昂贵。因此，研发一条切实可行的全合成路线，并且适于工业化生产PQQ是非常必要的。

[PQQ的生物合成]

虽然PQQ已被发现30多年，但PQQ生物合成的途径至今并不明晰，但PQQ生物合成中所涉及的有关基因及其功能方面的研究已有一定进展。van Kleef等以C¹³标记的碳源培养PQQ产生菌，并利用核磁共振技术进行分析，对生丝微菌的PQQ合成过程进行研究，推测出PQQ的合成前体是谷氨酸和酪氨酸[10]。Houck等采用相同的方法对甲基扭脱杆菌和生丝微菌进行了研究，也得到了相似的结果[11]。从以上结果可以确定，谷氨酸和酪氨酸是PQQ生物合成的前体物，推测的PQQ生物合成中的骨架来源如下[12]：

之后，vanKleef和Duine[10]在推断谷氨酸和酪氨酸为PQQ合成前体物之后，对PQQ的生物合成途径进行了推测，van Kleef和Duine假设的PQQ的生物合成途径如下：

Houck[11]等则提出了另外一条假定的PQQ合成途径。这两条假定途径有相同之处,但在合成后期环合反应发生的位置及先后顺序有所不同，Houck等假设的PQQ的生物合成途径如下：

研究证实，PQQ合成过程中缺少PqqC会产生一种PQQ合成中间产物，由于这种产物不稳定且含量低，因而难于纯化，长期以来一直无法确定其结构。Magnusson等通过高效液相色谱分离到了上述PQQ合成中间产物,并采用二维核磁共振技术对该中间产物进行了结构分析，发现这一中间产物并不是附带有PqqA的多肽结构,而已是近似PQQ的小分子结构，然后再经过PqqC的作用在不同位置脱去8个氢而最终变成PQQ。因此，van Kleef及Houck提出的两条假定的PQQ合成途径都不正确，但是可以推测PQQ的生物合成是一个由5～6步酶促反应组成的多步过程[13]。