摘要：（+）-生物素（1）以L-半胱氨酸为起始原料，通过11步合成，总产率为25％。C-3a和C-6a的连续不对称中心是通过新的高度立体选择性路易斯碱催化的R-氨基醛3的氰基甲硅烷基化反应形成的，以提供具有高立体选择性和高收率的反-甲硅氧基-氰醇4（反/顺）92：8,96％）。先用双格氏试剂1,4-双（溴化镁）丁烷，然后用二氧化碳处理4，在C-4处有效地接上4-羧基丁基链，得到酮。通过钯催化的顺式烯丙基碳酸酯6b的分子内烯丙基胺化实现了对双环化合物7b（1的前体）的最终环化。

前沿

（+）-生物素（1）是1941年分离出来的水溶性维生素，由于其具有对人类营养和动物健康有用的生物学特性，从而作为合成目的物，并引起了相当大的关注。自从大约50年前完成第一次全合成1以来，已经进行了广泛的研究以寻找更有效的合成方法和途径来合成1.尽管已经报道了多种合成方法，例如非对映体或酶解，手性池法用L-半胱氨酸，L-天冬氨酸或碳水化合物作为起始原料和不对称合成法，很少有既涉及（1）步骤更少，（2）试剂廉价，又（3）反应条件温和的途径。我们最近公开了关于从L-半胱氨酸立体选择性合成1的初步结果。这里报告的是我们为实现1的新颖和实用方法所做的探索性努力的全部细节。

我们的合成1基于方案1中描述的逆合成分析。构建顺式-稠合双环环骨架1的关键步骤是顺式 - 烯丙基碳酸酯6的分子内烯丙基胺化。由于钯催化的烯丙基化的发生并保留构型，预计环封闭需要顺式异构体6。化合物6可以衍生自酮酸5，通过酯化，甲氧基羰基化，除去Boc和亚苄基，脱水环化，还原烷基化和脲基形成，最后五次转化以连续方式进行，即不分离中间体。 1的4-羧基丁基链可以通过氧-TMS-氰醇4与由1,4-二溴丁烷制备的双格氏试剂反应并随后用二氧化碳处理来接上。需要α-氨基醛3的抗选择性硅腈化反应以确保6的顺式构型.化合物3可以由L-半胱氨酸通过β-氨基醇2容易地制备。

方案1

方案2

结果与讨论

由L-半胱氨酸制备α-氨基醛3

根据报道的方法（方案2），通过氧化衍生自L-半胱氨酸的α-氨基醇2制备化合物3。 虽然据报道通过Swern氧化2的氧化法以81％的收率进行，但它需要的反应温度低至-60℃.为了消除不实用的低反应温度，使用三氧化硫吡啶络合物氧化（SO3-py）（表1）。 在Et2 N（2.0当量）的DMSO存在下，在20℃下用SO3-py（2.0当量）处理2，得到3，得到97％，收率82％（表1，条目1）。 然而，在较高温度如30和40℃下产率较差，分别得到58和24％的产率（表1，条目2,3）。 因此，反应在10℃下在DMSO和甲苯（5：1）的非冻结混合物中进行，得到所需的非对映异构纯的α-氨基醛3，用乙酸乙酯-己烷结晶后产率为95％（表1，条目4）。

表1

因此，在L-半胱氨酸的四个步骤中以80％的总收率进行3的制备，而不需要昂贵的试剂、相当低的温度或硅胶柱色谱。

连续的立体中心的形成

据报道，在路易斯酸存在下，（R）-N-Boc-2,2-二甲基噻唑烷-4-甲醛（加纳醛）与氰化氢高度抗选择性氢氰化。我们最初将该方法应用于合成抗O-TMS-氰醇4.然而，在路易斯酸如ZnI2，ZnBr2或BF3-乙基醚化物存在下，3的氰基甲硅烷基化是有问题的，导致产品4的残留。Mukaiyama及其同事报道了一种高产率路易斯碱催化的醛的氰基甲硅烷基化。我们将该方法应用于3的氰基甲硅烷基化（表2）。在Et 3N（10mol％）存在下，在-10℃下在CH 2Cl 2中用三甲基甲硅烷基氰化物（TMSCN）（1.1当量）处理3，得到4，产率96％，虽然选择性差（反/ 顺）72:28）（表2，条目1）。我们推测使用更具空间位阻的路易斯碱会改善非对映选择性，因为已经假定由TMSCN和Et3N形成的高价硅酸盐是氰基甲硅烷基化中的活性物质，并且立体化学结果可以由Felkin-Ahn模型18解释，如图1所示。为支持该假设，更大的仲胺和叔胺包括Cy2NH，i-Pr2NH，2,2,6,6-四甲基哌啶，1-乙基哌啶，i-Pr2NEt，i-Pr3N和使用n- Bu3N代替Et3N作为路易斯碱，以产生更高程度的立体控制，范围从（反/ 顺）77:13至90:10（表2，条目2-4和6-9）。进一步筛选路易斯碱导致发现三烷基膦有效催化氰基甲硅烷基化。在所测试的三烷基膦中，三正丁基膦以高产率（反/ 顺）92：8,96％具有优异的非对映选择性实现氰基甲硅烷基化（表2，条目10）。使用更多空间位阻的三烷基膦（i-Pr3P和t-Bu3P）或更多缺电子的三烷基亚磷酸酯[（n-BuO）3P和（i-PrO）3P]仅在更高的反应温度（25℃）下产生产物4具有较差的非对映体活性（表2，条目11至14）。缺电子的Ph3P没有发挥任何催化活性（表2，条目15）。

表2

图1

安装4-羧基丁基链

通过原位产生的O-TMS-氰醇4与衍生自1,4-二溴丁烷的双格氏试剂反应并随后用二氧化碳处理形成4-羧基丁基链（表3）。 溶剂的选择显着影响偶联反应的效率。 虽然THF（20％）的产率很低，但使用醚导致产物5的产率为61％，基于3（表3，条目1和2）。 通过单晶X射线分析明确证实了抗-5的结构。 选择醚和甲苯的混合溶剂（1：3）进一步提高产率，得到5，产率为74％（表3，条目3）。 发现使用更安全的正丁基醚和甲苯（1：2）溶剂体系得到5，产率为79％（表3，条目5）。

然后将酮酸5酯化并通过结晶纯化，得到对映异构和非对映异构纯的酮酯10，收率73％（方案3）。

表3

方案3

脱保护基及环化

首先在羟基酮10上研究去除保护基团和环化成四氢噻吩环（方案4）。 在乙酸乙酯中用HCl处理10平稳地实现叔丁氧羰基和亚苄基部分的裂解。 在用异氰酸苄酯处理后，分离出酮13以及环化产物14（13/14）3：1,75％）。 化合物13应根据扎伊采夫规则通过二醇12的内选择性脱水形成。通过用DBU（0.1当量）在THF中处理，交替地以13至14的转化率进行。然而，发现化合物14具有结构上不正确的C-4侧链并且当使用DBU从13衍生时是完全外消旋的。

方案4

由于环化产物14中的N-苄基占据双环骨架的凹侧，如X射线结构所示（图2），4-甲氧基羰基丁基链与羟基形成顺式，以避免在N-苄基和4-甲氧基羰基丁基链之间的空间排斥。 为了在C-4位置获得正确的立体中心，然后尝试在环化中携带未取代的脲基的基质15。 虽然用乙酸乙酯中的HCl处理11然后用氰酸钾同时进行脲基形成和环化，但在C-4位置没有发现立体控制，导致差向异构体16的1：1混合物（方案5）。

为了获得所需的外烯烃，避免形成结构不稳定的酮13和15，将化合物10转化为碳酸酯11（方案3）。 这可以通过利用碳酸盐的诱导和/或空间效应，优先在内烯烃上形成外烯烃。

图2

方案5

如所预期的，在MS4A存在下用乙酸乙酯中的HCl处理11，在用氰酸钾处理后得到外烯烃6a，收率良好（83％）（表4，条目1）。 然而，在这种情况下，观察到相当大量的6a的C-3位差向异构化（顺式/反式）62:38）（表4，条目1）。 使用甲苯作为溶剂并加入甲醇不仅提高了产率，而且还减少了差向异构化的量，得到顺式/反式比例为94：6和产率74％（表4，条目3）。 在甲醇（30当量）存在下使用乙酰氯（20当量）作为氯化氢的便利来源显着改善了反应，从而以更高的产率得到6a，原始的不对称中心实际上保留了原样（86％，顺式/反式） ）98：2）（表4，条目三）。

在手中使用化合物6a的情况下，我们尝试了钯催化的6a闭环（表5）。在P（OEt）3和NaHCO3存在下，在THF水溶液中用Pd（OAc）2（30mol％）处理6a，得到所需的环化产物7a，虽然产率低（30％）（表5，条目1） 。缺乏碱或使用强碱（NaH）代替NaHCO3是不利的，分别产生噻吩17或2-恶唑烷酮衍生物18（表5，条目2和3）。 De Clercq及其同事指出了N-苄基在烯烃氨基甲酰叠氮的热环闭合中的重要性，极为有效地提供7b，产率大大提高（表5，条目6,77％）。通过将1H和13CNMR光谱与文献中描述的那些进行比较，暂时指定烯烃7b具有E-构型。然而，发现文献7c中的分配是不正确的：7b的Z-构型通过对来自7b至N-苄基化然后水解的羧酸20的单晶X射线分析明确证实（方案7）。通过HPLC测定7b的对映体纯度> 99％ee。

表4

表5

转换为（+） - 生物素（1）

根据报道的方法将化合物7b氢化，得到定量收率的21。 通过酯基的水解依次进行21的解封，然后用甲磺酸裂解苄基。（+）-生物素（1）的分离最好通过转化为水溶性钠盐，用活性炭处理水溶液并随后用HCl结晶来进行（方案8）。尽管我们之前使用过报道的程序7c，其使用HBr将21转化为1，但本方案是实用的，因为它避免了通过离子交换色谱法进行繁琐的纯化。通过本方法获得的目标化合物1显示出与实际样品完全一致的mp，旋光度，IR，NMR和MS光谱。

方案6

方案7

方案8

结论

总之，完成了从易于获得的L-半胱氨酸开始的新的和有效的（+）- 生物素合成。来自L-半胱氨酸的R-氨基醛的高度非对映选择性氰基甲硅烷基化，所得氧-TMS-氰醇的双格氏反应和钯催化的分子内烯丙基胺化有效地建立了邻接的立体中心和双环骨架的（+）-生物素。 较高的总收率，较低的步骤数，较简单的操作程序以及使用温和的反应条件，可以随时获得（+）-生物素，这是一种具有重要意义的化合物。

实验部分

一般方法

熔点未经校正。用四甲基硅烷作为内标记录1H和13C NMR光谱。 用钠灯（D线，589nm）在指定温度下测量旋光度。使用Kieselgel 60（E.Merck）进行硅胶柱色谱。 在E.Merck 0.25mm预涂玻璃背板（60F254）上进行薄层色谱（TLC）。 使用5％磷钼酸在乙醇中加热或在可行的情况下通过UV光可视化来完成显影。 所有溶剂和试剂均按原样使用。

（2RS，4R）-2-苯基噻唑烷-4-羧酸（8）

向L-半胱氨酸（121g，1mol）在水（0.65L）和甲醇（0.2L）的混合溶剂中的溶液中依次加入苯甲醛（106g，1mol）和乙醇（0.5L）。将混合物在25℃下搅拌3小时后，收集形成的晶体，用水洗涤，干燥，得到8（200g，95.6％）无色晶体。 1H NMR（DMSO-d6）δ7.26-6.54（m，5H），5.67（s，0.6H），5.51（s，0.4H），4.24（dd，J）7.0,4.6Hz，0.6H），3.90（ dd，J）8.8,7.0Hz，0.4H），3.26-3.42（m，1H），3.03-3.18（m，1H）。

（2RS，4R）-4-（羟甲基）-2-苯基噻唑烷（9）

在0℃以下向乙醇（579mL）中加入SOCl2（87mL，1.19mol），随后加入8（121g，0.578mol）。将混合物在25℃下搅拌17小时后，将其在减压下浓缩。向残余物中加入AcOEt，蒸发混合物。向残余物中加入CH 2 Cl2和饱和NaHCO3水溶液。分离有机层并用水洗涤，用无水MgSO 4干燥，减压浓缩，得到（2RS，4R）-2-苯基噻唑烷-4-羧酸乙酯（137g，定量）。在-10℃下，向CaCl2（42g，0.38mol）的EtOH（500mL）溶液中加入NaBH 4（19.6g，0.52mol）的EtOH（660mL）溶液。在-10℃以下，向该悬浮液中加入（2RS，4R）-2-苯基噻唑烷-4-羧酸乙酯（137g，0.578mol）在EtOH（270mL）中的溶液，并将该混合物温热至10℃ 2小时。向混合物中加入HCl-MeOH（19.5wt％，390mL）。蒸发混合物，加入25％NH 3水溶液，将pH值调至9.用CH2Cl 2萃取混合物，用无水MgSO 4干燥萃取物，减压浓缩，得到9（115g，定量）。 IR（KBr）ν=3239,1464cm-1; 1HNMR（DMSO-d6）δ7.19-7.54（m，5H），5.61（d，J）8.8Hz，0.4H），5.51（d，J）12Hz，0.6H），4.85-4.91（m，0.6） H），4.75-4.81（m，0.4H），3.68-3.73（m，1.2H），3.44-3.61（m，0.8H），3.15-3.40（m，1H），3.06（dd，J）9.5， 6.1Hz，0.6H），3.00-3.15（m，0.4H），2.86（dd，J）9.5,9.5Hz，0.6H），2.65-2.95（m，1.4H）; SIMS m/z 196（M++1）。

（2R，4R）-4-（羟甲基）-2-苯基噻唑烷-3-羧酸叔丁酯（2）

向9（19.5g，0.10mol）在THF（195mL）和水（98mL）的混合溶剂中的溶液中依次添加（Boc）2O（23.8g，0.11mol）和Na2CO3（6.41g，0.06mol） ）低于10°C。将混合物在10℃下搅拌30分钟并用CH2Cl2萃取。萃取液用水和饱和NaCl水溶液洗涤，用无水MgSO4干燥，减压浓缩。将残余物通过硅胶柱色谱（己烷/AcOEt）3：1至2：1）纯化，得到2（26.1g，88％），为无色晶体。熔点67-69℃; [α] 24D + 102.6（c，1.0，CHCl3）[lit：7cmp 46-48℃; [α] 20D+65.2（c，1.0，CHCl3）]; IR（Nujol）ν=3458,1698,1655cm-1; 1HNMR（CDCl3）δ7.23-7.39（m，5H），6.03（s，1H），4.49-4.63（m，1H），3.83-4.01（m，2H），3.26（dd，J）12,6.7Hz ，1H），2.87（dd，J）12,4.0Hz，1H），2.56（brs，1H），1.26（s，9H）; 13C NMR（CDCl3）δ154.7,141.1（2s），128.2,127.6,125.9（3d），81.3（s），66.1（d），64.6（t），63.9（d），32.7（t），27.9（q ）; SIMS m / z 296（M+ + 1）。C15H21NO3S的计算值：C，60.99; H，7.17; N，4.74。实测值：C，60.85; H，7.03; N，4.75;非对映异构体纯度：> 99％de（HPLC：Inertsil ODS-2，CH3CN / 10mM aq KH2PO4（pH 3）40：60,40℃，1mL / min，254nm，顺式（2）：15.1分钟，反式：13.8分钟）。

（2R，4R）-4-甲酰基-2-苯基噻唑烷-3-羧酸叔丁酯（3）

在25℃下，向2（59.1g，0.20mol）的DMSO（296mL）和甲苯（59mL）溶液中加入Et 3 N（50.6g，0.50mol）。 在10℃下向该溶液中加入SO 3  - 吡啶（79.6g，0.50mol），并将该混合物搅拌2小时。 将混合物倒入冰水（1.25L）中并用AcOEt萃取。 用10％柠檬酸水溶液和水洗涤有机层，用无水MgSO 4干燥，并减压浓缩。 将形成的粗晶体悬浮在己烷中并收集，得到3（55.8g，95％）无色晶体。 熔点84-85°C（lit：油）; IR（Nujol）ν=1730,1677cm-1; 1HNMR（CDCl3）δ9.79（brs，1H），7.28-7.43（m，5H），6.01（brs，1H），4.82（br，1H），3.15-3.40（m，2H），1.28（brs，9H））。

3的氰基甲硅烷基化的典型程序（表2，条目10）

在-10℃下，向3（0.293g，1mmol）的CH 2 Cl 2（9mL）溶液中依次加入n-Bu 3 P（0.0249mL，0.1mmol）和TMSCN（0.147mL，1.1mmol），混合物在-10℃下搅拌0.5小时。将溶液减压浓缩，得到O-TMS氰醇4（0.393g，定量）。向残余物中加入10％柠檬酸的MeOH溶液（10g），并将混合物在25℃下搅拌4小时。通过HPLC（Nucleosil 5C18，CH3CN / H2O=50：50,40℃，0.8mL / min，254nm测定氰醇（306mg，96％，反/ 顺=92：8）的产率和非对映异构体比率。 ，通过加入甲醇将混合物的体积调节至100mL后，抗：8.1分钟，合成：9.4分钟）。蒸发MeOH溶液，向残余物中加入AcOEt和水。用水洗涤有机层，用无水MgSO4干燥，减压浓缩。将残渣用硅胶柱色谱法（己烷/ CHCl3/ AcOEt=5：5：1）精制，得到反式氰醇（272mg，85％）和顺式氰醇（14mg，4％）均为无色晶体。

（S）-2 -  [（2R，4R）-3-（叔丁氧基羰基）-2-苯基噻唑烷-4-基] -2-羟基乙腈（抗氰醇）

熔点139-140℃; [α] 25D+118（c，1.0，CHCl3）; IR（KBr）ν=3406,1677cm-1; 1H NMR（CDCl3）δ7.24-7.46（m，5H），6.04（s，1H），4.84（d，J）5.3Hz，1H），4.66-4.72（m，1H），3.31（dd，J）12 ，6.1Hz，1H），3.16（dd，J）12,3.9Hz，1H），1.30（s，9H）; 13CNMR（CDCl3）δ140.5（s），129.0,128.5,126.4（3d），119.2,83.3（2s），67.2,65.7,64.4（3d），32.9（t），28.4（q）; SIMS m / z 321（M ++ 1）。 C16H20N2O3S的计算值：C，59.98; H，6.29;N，8.74。 实测值：C，59.91; H，6.19; N，8.72。

（R）-2 -  [（2R，4R）-3-（叔丁氧基羰基）-2-苯基噻唑烷-4-基] -2-羟基乙腈（顺 - 氰醇）

熔点117-118℃; [α] 25D+ 89.4（c，1.0，CHCl3）; IR（KBr）ν=3305,1657cm-1; 1HNMR（CDCl3）δ7.28-7.40（m，5H），5.97（s，1H），4.77-4.84（m，2H），3.45（dd，J）13,6.9Hz，1H），3.00（dd，J ）13,0.9Hz，1H），1.17（s，9H）; 13CNMRδ139.9（s），129.1,128.8,126.5（3d），119.0,83.7（2s），67.4,66.2,65.2（3d），32.9（t），28.2（q）; SIMS m / z 321（M ++ 1）。 C16H20N2O3S的计算值：C，59.98; H，6.29; N，8.74。 实测值：C，59.75; H，6.19; N，8.52。

（S）-7 -  [（2R，4R）-3-叔丁氧基羰基-2-苯基噻唑烷-4-基] -7-羟基-6-氧代庚酸（5）

在-10℃下向3（44g，0.15mol）的CH 2 Cl 2（225mL）溶液中依次加入n-Bu 3 P（3g，0.015mol）和TMSCN（16.4g，0.165mol），溶液为在相同温度下搅拌30分钟。将溶液减压浓缩。向残余物中加入CH 2 Cl 2（150mL），并将溶液减压浓缩，得到O-TMS氰醇4（58.9g，定量）。在40-70℃下向Mg（23.0g，0.95mol）在n-Bu 2 O（300mL）中的悬浮液中加入1,4-二溴丁烷（97.2g，0.45mol）的甲苯（300mL）溶液。 30分钟。将混合物在40-50℃搅拌1小时后，在-25至-30℃下加入4（58.9g，0.15mol）的甲苯（300mL）溶液15分钟，混合物为在相同温度下搅拌30分钟。在-30℃下将二氧化碳鼓入混合物中1小时。将反应混合物倒入10％柠檬酸水溶液[柠檬酸（101g），水（909g）]中并用AcOEt萃取。过滤萃取物，用水洗涤，用无水MgSO4干燥，并减压浓缩。向残余物中加入柠檬酸，丙酮和水的混合物[柠檬酸（45g），丙酮（360g），水（90g）]，并将混合物在25℃下搅拌7.3小时。减压浓缩混合物，向残余物中加入水和AcOEt。分离有机层，用水洗涤，用无水MgSO4干燥，并减压浓缩。将残余物通过硅胶柱色谱（AcOEt /己烷）1：2至2：1）纯化，得到5（50.0g，79％; 反/ 顺）13：1）（HPLC：Inertsil ODS-2，CH3CN/ 10mM KH2PO4水溶液（pH 3））40：60,40℃，1mL / min，230nm，反式：17.2min，顺式：24.3min）。熔点101-103℃; [α] 23D+ 91.6（c，1.0，丙酮）; IR（Nujol）ν=3470,2976,1702cm-1; 1HNMR（CDCl3）δ7.58（d，J）6.6Hz，2H），7.30-7.40（m，3H），6.07（s，1H），4.73（d，1H），4.42-4.51（m，1H），3.23 （dd，J）12,5.1Hz，1H），3.02（dd，J）12,6.6Hz，1H），2.57（br，2H），2.34（brt，J）7.0Hz，2H），1.51-1.80（ m，4H），1.33（s，9H）; 13CNMR（CDCl3）δ210.7,179.1,154.3,140.6（4s），128.1,127.9,127.0（3d），81.7（s），76.2,66.6,65.0（3d），33.6,28.9（2t），28.0（q） ，24.5,23.9,22.7（3t）; SIMSm / z 321（M ++ 1）。 C16H20N2O3S的计算值：C，59.55; H，6.90; N，3.31。实测值：C，59.60; H，6.90; N，6.90。 N，3.13。

（S）-7 - [（2R，4R）-3-（叔丁氧基羰基）-2-苯基噻唑烷-4-基] -7-羟基-6-氧代庚酸甲酯（10）

在10℃下向5（50.0g，0.12mol;反/ 顺）13：1）在DMF（200mL）中的溶液中依次加入K2CO3（17.1g，0.12mol）和Me2SO4（15.6g，0.12mol）。持续10分钟将混合物温热至25℃并保持2小时，并在25℃下搅拌过夜。将混合物用AcOEt（300mL）稀释，用水和饱和NaCl水溶液洗涤，用无水MgSO4干燥，并减压浓缩。将残余物溶于热的AcOEt（40mL）中并用己烷（280mL）稀释，并将混合物冷却至25℃。收集形成的晶体，得到10（37.9g，73％），为无色晶体。熔点110-113℃; [α] 20D+95（c，1.0，CHCl3）; IR（Nujol）ν= 3431,1722,1708,1669cm -1; 1H NMR（CDCl3）δ7.58（d，J）6.6Hz，2H），7.24-7.39（m，3H），6.07（s，1H），4.72（br，1H），4.42-4.50（m，1H）， 3.66（s，3H），3.22（dd，J）12,5.1 Hz，1H），3.02（dd，J）12,6.6 Hz，1H），2.56（br，2H），2.29（brt，J）7.0 Hz ，2H），1.50-1.70（m，4H），1.33（s，9H）; 13C NMR（CDCl3）δ173.7,154.3,140.8,128.4（4s），128.2,127.9,127.1（3d），81.7（s），76.3,66.6,65.1（3d），51.5（q），39.6,33.7,31.3 （3t），28.1（q），24.3,22.9（2t）; SIMS m / z 321（M++ 1）。 C16H20N2O3S的计算值：C，60.39; H，7.14; N，3.20。实测值：C，60.49; H，7.21; N，3.05;光学纯度：>99％ee（HPLC：CHIRALPAK AD，EtOH /正己烷）5：95,40℃，0.5mL / min，254nm，10：35.9min，对映体10：25.2min）。

（S）-7 -  [（2R，4R）-3-（叔丁氧基羰基）-2-苯基噻唑烷-4-基] -7-甲氧基羰氧基-6-氧代庚酸甲酯（11）

在0℃下，向10（1.0g，2.29mmol）和Et 3 N（0.48mL，3.43mmol）的THF（10mL）溶液中依次加入DMAP（催化剂）和氯甲酸甲酯（0.21mL，2.74mmol）。将混合物搅拌1小时后，在0℃下将三乙胺（0.72mL，5.15mmol）和氯甲酸甲酯（0.32mL，4.11mmol）加入混合物中。将混合物搅拌1.5小时后，用AcOEt稀释。将有机层用水和盐水洗涤，并经无水MgSO4干燥。蒸发溶剂后，残余物用硅胶柱色谱（己烷/ AcOEt）5：1）纯化，得到11（1.195g，定量）无色晶体。熔点88-90℃; [α] 20D + 51.8（c，1.0，MeOH）; IR（KBr）1750,1730,1699cm-1; 1H NMR（CDCl3）δ7.57-7.56（m，2H），7.36-7.25（m，3H），5.97（br s，1H），5.42-5.29（m，1H），4.72-4.68（m，1H）， 3.76（br s，3H），3.66（s，3H），3.21-3.08（m，2H），2.88-2.60（m，1H），2.50-2.40（m，1H），2.40-2.33（m，2H），1.70-1.68（m，4H），1.25（br s，9H）; 13C NMR（CDCl3）δ220.6,174.2,171.7,155.2,154.4,140.6,135.2（7s），128.6,128.2,127.3,77.4,67.2,62.6（6d），55.8,51.9（2q），34.3,32.2（2t） ），28.4（q），24.6,22.8（2t）; SIMS m / z 321（M ++ 1）。 C16H20N2O3S的计算值：C，58.17; H，6.71; N，2.83。实测值：C，58.12; H，6.64; N，2.82。

（2Z，3R，4R）-2- {4-（甲氧基羰基）丁炔} -3  - （甲氧基羰氧基）-4-脲基四氢噻吩（6a）

在0℃下向搅拌的MeOH（0.25mL，6.1mmol）的甲苯（1.0mL）溶液中加入AcCl（0.29mL，4.0mmol）。将混合物搅拌15分钟后，在0℃下向混合物中加入11（0.1g，0.2mmol）。将混合物搅拌1小时后，蒸发溶剂并与AcOEt（4×2.0mL）共蒸发。向残余物中加入THF（2.0mL），水（2.0mL）和KOCN（32.8mg，0.4mmol），并将混合物在25℃下搅拌12小时。蒸发溶剂后，残余物用CHCl3萃取。萃取液用无水MgSO 4干燥并蒸发。通过硅胶柱色谱（CHCl3 / MeOH = 50：1）纯化残余物，得到6a（57.8mg，86％产率），为无色晶体。熔点101-104℃; [α] 20D -98.6（c，1.0，MeOH）; IR（Nujol）v=3358,1750,1650,1600cm-1; 1HNMR（CDCl3）δ5.77（t，J）7.0Hz，1H），5.54（br d，J）8.2Hz，1H），5.39（d，J）4.1Hz，1H），4.78（br s，1H） ），4.63-4.55（m，1H），3.81（s，3H），3.69（s，3H），3.22（dd，J）5.9,11Hz，1H），3.00（dd，J）7.8,11Hz， 1H），2.34-2.28（m，2H），2.09-2.05（m，2H），1.82-1.77（m，2H）; 13C NMR（CDCl3）δ174.8,158.4,155.2,135.5（4s），124.4,80.6（2d），55.5（q），53.7（d），52.1,34.0,33.7,30.3,24.0（5t）; SIMS m / z 321（M++ 1）。 C16H20N2O3S的计算值： C，46.98; H，6.07; N，8.43。实测值：C，46.96; H，6.11; N，8.32。

（2Z，3R，4R）-2- {4-（甲氧基羰基）丁炔} -3-（甲氧基羰氧基）-4-（3-苄基脲基）四氢噻吩（6b）

在0℃下向搅拌的MeOH（5mL，120mmol）的甲苯（20mL）溶液中加入AcCl（5.4mL，80mmol）。将混合物搅拌15分钟后，在0℃下向混合物中加入11（2.0g，4.0mmol）。将混合物搅拌1小时，蒸发溶剂并与AcOEt（4×40mL）共蒸发。向溶解在THF（20mL）和缓冲水溶液（20mL，pH）4，柠檬酸-NaHCO 3）的混合溶剂中的残余物中依次加入苯甲醛（0.42mL，4.0mmol）和NaBH3 CN（1M在THF中）在5℃下经1小时，2.0mL，2.0mmol）。将混合物搅拌1.5小时后，在5℃下加入1M HCl水溶液（8.0mL，8.0mmol）和KOCN（0.66g，8.0mmol）。将混合物在25℃下搅拌21小时，并用AcOEt稀释。将有机层用水和盐水洗涤，并经无水MgSO4干燥。蒸发溶剂后，残余物通过硅胶柱色谱（己烷/ AcOEt）2：1至1：2）纯化，得到6b（1.4g，82％产率），为无色晶体。熔点105-108℃; [α] 20D -86.7（c，1.0，MeOH）; IR（KBr）3432,1754,1728,1656,1612cm-1;1HNMR（CDCl3）δ7.44-7.21（m，5H），5.90（t，J）7.2Hz，1H），5.63（d，J）3.9Hz，1H），5.16-5.10（m，1H），4.71（d） ，J）18Hz，1H），4.63（brs，1H），4.61（d，J）18Hz，1H），3.66（s，3H），3.65（s，3H），3.33（dd，J）10， 11Hz，1H），3.01（dd，J）6.9,10Hz，1H），2.30（t，J）7.5Hz，2H），2.04-1.99（m，2H），1.78-1.70（m，2H）; 13CNMR（CDCl3）δ174.2,159.6,155.1,137.5,135.6（5s），129.5,128.0,126.0,125.9,81.2,58.0（6d），55.1,51.9（2q），48.9,33.8,30.5,30.0,24.1（5T）; SIMS m / z 321（M ++ 1）。 C16H20N2O3S的计算值：C，56.86; H，6.20; N，6.63。实测值：C，56.58; H，6.04; N，6.61;光学纯度：>99％ee（HPLC：CHIRALPAK AD，EtOH /正己烷= 50：50,40℃，0.45mL /min，254nm，6b：16.7min，对映体6b：26.2min）。

（3aS，4Z，6aR）-5- {六氢-2-氧代-4H-噻吩并[3,4-d]咪唑-4-亚基}戊酸甲酯（7a）

 向搅拌的6a（10mg，0.03mmol）和NaHCO 3（5mg，0.06mmol）的THF（0.6mL）和水（0.1mL）溶液中加入亚磷酸三乙酯（6.9mg，0.0416mmol）和Pd（OAc）。在25℃下加入2（2.0mg，0.009mmol），并将混合物在37-40℃下搅拌24小时。蒸发溶剂后，通过硅胶制备TLC（CHCl 3 / MeOH = 10：1）纯化残余物，得到7a（2.3mg，30％产率），为无色油状物。 IR（KBr）3238,1731,1690cm -1; [R] 22D + 290（c，0.10，MeOH）; 1HNMR（CDCl3）δ5.55（t，J）7.1Hz，1H），4.83（br s，1H），4.76（br s，1H），4.68（d，J）7.6Hz，1H），4.51-4.49（m ，1H），3.68（s，3H），3.24（dd，J）5.7,12Hz，1H），3.02（dd，J）3.1,12Hz，1H），2.34（t，J）7.4Hz，2H） ，2.18-2.11（m，2H），1.79-1.76（m，2H）; 13C NMR（CDCl3）δ173.9,161.9,141.6（3s），122.9,63.9,58.3（3d），51.6（q），39.6， 33.4,31.1,24.1（4t）;SIMS m / z 296（M + + 1）。C15H21NO3S的计算值： C，51.54; H，6.29; N，10.93。实测值：C，51.42; H，6.05; N，10.66。

（3aS，4Z，6aR）-5- {六氢-1-苄基-2-氧代-4H-噻吩并[3,4-d]咪唑-4-亚基}戊酸甲酯（7b）

向搅拌的6b（1.7g，3.9mmol），NaHCO 3（990mg，15mmol）和四丁基氯化铵（110mg，0.39mmol）在DMF（78mL）和H 2 O（13mL）中的混合物中加入P（OEt） ）在25℃下3（440mg，2.6mmol）和Pd（OAc）2（90mg，0.39mmol），并将混合物在100℃下搅拌2小时。蒸发溶剂后，将残余物溶于AcOEt中并用水洗涤，用无水MgSO 4干燥并蒸发。通过硅胶柱色谱（己烷/ AcOEt）2：1）纯化残余物，得到7b（1.1g，77％产率），为无色油状物。 IR（Nujol）3218,2948,1726,1698cm-1; 1H NMR（CDCl3）δ7.36-7.27（m，5H），5.55（t，J）7.0Hz，1H），5.10（br s，1H），4.72（d，J）15Hz，1H），4.52（d ，J）7.6 Hz，1H），4.23-4.19（m，1H），4.15（d，J）15 Hz，1H），3.67（s，3H），3.06-2.97（m，2H），2.32（t， J）7.4Hz，2H），2.15-2.09（m，2H），1.78-1.72（m，2H）; 13C NMR（CDCl3）δ174.3,160.7,142.3,137.1（4s），129.1,128.8,128.1,123.0,62.0（5d），61.4（s），52.0（q），46.1,36.4,33.8,31.5,24.5（ 5T）; SIMS m / z 296（M + + 1）；光学纯度：> 99％ee（HPLC：CHIRALPAK AD，EtOH /正己烷）50：50,30℃，0.45mL / min，254nm，7b：32.3min，对映体7b：126.1min）。

2- {4-（甲氧基羰基）丁基} -4-（3-苄基脲基）-3-氧代四氢噻吩（13）

在0℃下向搅拌的10（880mg，2.01mmol）在AcOEt（10mL）中的悬浮液中加入4N HCl的AcOEt（8.8mL，35.2mmol）溶液。将混合物在25℃下搅拌2小时后，蒸发溶剂并与AcOEt（3×10mL）共蒸发。将所得残余物溶于水（10mL）中并用AcOEt（10mL）洗涤。将有机相用水（10mL）萃取，并将合并的水溶液用AcOEt（10mL）洗涤，蒸发并与甲苯（3×10mL）共蒸发。在0℃下，向溶解在THF（8.8mL）中的残余物中依次加入苄基异氰酸酯（0.25mL，2.01mmol）和Et3 N（0.28mL，2.01mmol）。将混合物在25℃下搅拌2.5小时后，将混合物用AcOEt（20mL）稀释。将有机相用水和盐水洗涤，并经无水MgSO 4干燥。蒸发溶剂后，残余物通过硅胶柱色谱（CHCl3 /丙酮）20：1至CHCl 3 / MeOH）20：1）纯化，得到13（417mg，57％），为黄色粉末，14（128） mg，18％），为无色晶体。 13：IR（KBr）3289,1737,1626,1569cm-1; 1HNMR（DMSO-d6）δ7.35-7.22（m，10H），6.81-6.69（m，2H），6.50-6.39（m，2H），4.46-4.30（m，2H），3.62-3.51（m，2H） ），3.58（s，6H），3.21-3.04（m，2H），2.93-2.76（m，2H），2.34-2.27（m，4H），1.93-1.80（m，2H），1.56-1.21（m ，6H）; 13CNMR（DMSO-d6）δ200.5,186.2,170.3,170.2,153.5（5s），141.2,140.0,139.6,71.2,70.9（5d），64.2（q），61.8,59.9（2d），55.9,46.1， 46.0,45.3,43.8,41.9,41.3,39.4,39.1,37.1,37.0（11t）; SIMS m / z 296（M + + 1）。C15H21NO3S的计算值：365.1535。实测值，365.1501。 14：熔点173-174℃; [R]20D + 2（c，1.0，MeOH）; IR（纯）3283,1737,1671cm-1;1H NMR（DMSO-d6）δ7.34-7.20（m，5H），7.10（s，1H），6.39（s，1H），4.78（d，J）16Hz，1H），4.17（d，J）16 Hz，1H），3.81-3.80（m，1H），3.56（s，3H），3.14（dd，J）6.3,12Hz，1H），2.70（dd，J）3.0,8.2Hz，1H），2.42 （dd，J）4.7,12 Hz，1H），2.15（t，J）7.3 Hz，2H），1.71-1.61（m，1H），1.39-1.18（m，4H），0.89-0.77（m，1H） ）; 13CNMR（DMSO-d6）δ173.5,159.7,140.3（3s），128.4,127.3,126.9（3d），99.5（s），65.7,56.3（2d），51.5（q），41.8,39.2,28.8,28.0， 24.3（5t）; SIMS m /z 365（M ++ 1）。C15H21NO3S的计算值：C，59.32; H，6.64; N，7.69; S，8.80。实测值：C，59.30; H，6.61; N，7.52;S，8.68。

（3aR *，4R *，6aR *） - 六氢-3-苄基-3a-羟基-2-氧代-1H-噻吩并[3,4-d]咪唑-4-戊酸甲酯（14）

在25℃下向搅拌的13（50mg，0.137mmol）的THF（0.5mL）溶液中加入DBU（2μL，0.014mmol）。将混合物在25℃下搅拌15小时，并用AcOEt稀释。将有机相用水和盐水洗涤，并经无水MgSO 4干燥。蒸发溶剂后，将形成的粗晶体悬浮在MeOH中并收集，得到14（36.7mg，73％），为无色晶体。除光学旋转{[R] 20D 0（c，1.0，MeOH）}外，产物14显示与由10制备的化合物14相同的IR，NMR和MS谱。

六氢-3α-羟基-2-氧代-1H-噻吩并[3,4-d]咪唑-4-戊酸甲酯（16）

在0℃下向搅拌的10（880mg，2.01mmol）在AcOEt（10mL）中的悬浮液中加入4N HCl的AcOEt（8.8mL，35.2mmol）溶液。将混合物在25℃下搅拌2小时后，蒸发溶剂并与AcOEt（3×10mL）共蒸发。将所得残余物溶于水（10mL）中并用AcOEt（10mL）洗涤。将有机相用水（10mL）萃取，并将合并的水溶液用AcOEt（10mL）洗涤，蒸发，并与甲苯（3×10mL）共蒸发。在0℃下向溶解在水（8.8mL）中的残余物中加入KOCN（196mg，2.2mmol）。将混合物在25℃下搅拌15小时后，将其用CHCl3（20mL）稀释。分离有机层并用无水MgSO4干燥。蒸发溶剂后，通过硅胶柱色谱（CHCl3 / MeOH）10：1）纯化残余物，得到16（407mg，74％），为黄色粉末。 IR（KBr）3276,1710,1685cm-1; [R] 24D + 25.1（c，1.01，CHCl3）; 1H NMR（DMSO-d6）δ7.25（br s，1H），7.03（br s，1H），6.70（br s，1H），6.57（br s，1H），6.15（s，1H），6.08（s ，1H），3.86-3.84（m，1H），3.77-3.69（m，1H），3.58（s，6H），3.15-3.06（m，2H），3.01-2.89（m，2H），2.45-2.36 （m，2H），2.30（m，4H），1.91-1.17（m，12H）; SIMS m / z 296（M + + 1）；HRMS m / z（M-H）-： C15H21NO3S的计算值：，273.0909。实测值，273.0889。

4-脲基噻吩-2-戊酸甲酯（17）

在搅拌的6a（100mg，0.3mmol）的THF（6.0mL）溶液中，在25℃下加入P（OEt）3（19.9mg，0.12mmol）和Pd（OAc）2（6.7mg，0.03mmol）。将混合物在65-70℃下搅拌22小时。蒸发溶剂后，通过硅胶制备TLC（CHCl3 / MeOH = 10：1）纯化残余物，得到17（50.8mg，66％），为无色油状物。 IR（纯）3445,3355,1710,1683,1540cm-1; 1H NMR（CDCl3）δ7.04（br s，1H），6.90（d，J）1.5Hz，1H），6.65（d，J）1.5Hz，1H），4.90（br s，2H），3.67（s， 3H），2.80-2.72（m，2H），2.38-2.31（m，2H），1.73-1.64（m，4H）; S SIMS m/z 296（M + + 1）；HRMS m / z（M-H）- ： C15H21NO3S的计算值：，255.0803。实测值，255.0816。

（3aS，4Z，6aR）-5- {六氢-2-氧代-4H-噻吩并[3,4-d]  - 恶唑-4-亚基}戊酸甲酯（18）

向6a（10mg，0.03mmol）的THF（0.6mL）溶液中依次加入NaH（1mg，0.03mmol），P（OEt）3（6.9mg，0.0416mmol）和Pd（OAc）2（在25℃下加入2.0mg，0.009mmol），并将混合物在37-40℃下搅拌40分钟。蒸发溶剂后，通过硅胶制备TLC（CHCl 3 / MeOH）10：1）纯化残余物，得到18（6.0mg，78％），为无色油状物。 IR 1726 cm-1; 1H NMR（CDCl3）δ6.11（br s，1H），5.89（t，J）7.1Hz，1H），5.38（d，J）7.3Hz，1H），4.61-4.54（m，1H），3.68（s） ，3H），3.22（dd，J）5.5,12Hz，1H），3.02（dd，J）2.2,12Hz，1H），2.34（t，J）7.4Hz，2H），2.26-2.10（m， 2H），1.85-1.68（m，2H）; SIMS m / z 296（M+ + 1）；HRMS m / z（M-H） - ： C15H21NO3S的计算值：256.063实测值，256.0638。

（3aS，4Z，6aR）-5- {六氢-1,3-二苄基-2-氧代-4H-噻吩并[3,4-d]咪唑-4-亚基}戊酸甲酯（19）

 在-40℃下向7b（50mg，0.14mmol）的DMF（1mL）溶液中依次加入NaH（12mg，0.29mmol）和苄基溴（49mg，0.29mmol），并将混合物加热。在3小时内达到25°C。将混合物在25℃下搅拌18小时后，用AcOEt稀释。将有机相用水洗涤两次，用无水MgSO4干燥并蒸发。通过制备型TLC（己烷/ AcOEt）2：1）纯化残余物，得到19（58mg，92％），为无色油状物。 IR 1733,1691cm-1; 1H NMR（CDCl3）δ7.37-7.24（m，10H），5.42（t，J）7.1Hz，1H），4.96（d，J）16Hz，1H），4.81（d，J）15Hz，1H） ，4.28（d，J）7.7 Hz，1H），4.22（d，J）15 Hz，1H），4.20-4.05（m，1H），4.06（d，J）16 Hz，1H），3.66（s， 3H），2.98（dd，J）3.7,12Hz，1H），2.94（dd，J）5.7,12Hz，1H），2.28（t，J）7.4Hz，2H），2.13-2.05（m，2H）），1.72-1.67（m，2H）; 13C NMR（CDCl3）δ173.7,159.0,138.0,137.2,137.1（5s），128.7（2d），127.9,127.6,127.5,127.3,125.6,64.5,59.0（7d），51.5,46.5,44.9,37.1,33.4 ，31.1,24.2（6t）; SIMS m/z 296（M ++ 1）；HRMS m/z（M-H）-： C15H21NO3S的计算值：437.1899，实测值，437.1914。

（3aS，4Z，6aR）-5- {六氢-1,3-二苄基-2-氧代-4H-噻吩并[3,4-d]咪唑-4-亚基}戊酸（20）

在10℃下向19（118mg，0.26mmol）的MeOH（1.2mL）和H 2 O（0.3mL）溶液中加入NaOH（13mg，0.32mmol），并将混合物在25℃下搅拌17小时。 H。蒸发MeOH后，用乙醚洗涤水溶液，加入浓HCl酸化。用AcOEt萃取混合物，用水洗涤有机相，用无水MgSO 4干燥，蒸发。通过加入己烷使残余物结晶，得到20（82mg，72％），为无色晶体。熔点86-87℃; [α]24D+ 234（c，1.0，MeOH）; IR（KBr）1728,1654cm-1; 1H NMR（CDCl3）δ11.15（brs，1H），7.23-7.36（m，10H），5.42（t，J）7.1Hz，1H），4.94（d，J）16Hz，1H），4.80（d， J）15Hz，1H），4.88（d，J）7.7Hz，1H），4.22（d，J）15Hz，1H），4.03-4.09（m，3H），2.90-2.99（m，2H）， 2.29（t，J）7.3Hz，2H），2.04-2.15（m，2H），1.55-1.70（m，2H）; 13C NMR（DMSO-d6）δ178.2,159.0,137.8,136.9,136.8（5s），128.6,128.4,128.0,127.7,127.6,127.2,125.6,64.6,58.9（9d），46.4,44.8,37.0,33.3 ，30.9,23.9（6t）; SIMSm/z 321（M ++ 1）。 C16H20N2O3S的计算值：C，68.22; H，6.20; N，6.63。实测值：C，68.14; H，6.09; N，6.49。

（3aS，4S，6aR） - 羟基-1-苄基-2-氧代-1H-噻吩并[3,4-d]咪唑-4-戊酸甲酯（21）

 将10％Pd（OH）2在碳（50％湿）（1.6g，0.57mmol）的AcOEt（490mL）中的混合物在H 2（4atm）下在25℃下搅拌1小时。然后，将7b（1.9g，5.7mmol）的AcOEt（200mL）溶液加入混合物中。将混合物在H 2（4atm）下在25℃下搅拌2小时，并在N 2气氛下通过活性炭过滤。蒸发滤液，得到21（2.0g，定量），为无定形固体。IR（KBr）3216,2928,1727,1644cm-1; 1H NMR（CDCl3）δ7.35-726（m，5H），4.72（d，J）15Hz，1H），4.27-4.23（m，1H），4.21-4.19（m，1H），4.11（d，J ）15 Hz，1H），3.66（s，3H），3.15（m，1H），2.82（d，J）13 Hz，1H），2.68（dd，J）4.8,13 Hz，1H），2.33（t ，J）7.3Hz，2H），1.75-1.64（m，3H），1.48-1.42（m，2H）; 13C NMR（CDCl3）δ174.3,161.8,137.1（3s），129.1,128.4,128.1,64.1,59.7,55.6（6d），51.9（q），36.6,34.0,28.7,28.5,25.1（5t）; SIMS m / z 349（M++1）。

（+） - 生物素（1）

在25℃下向搅拌的21（5.2g，0.015mol）的MeOH（10mL）和水（31mL）溶液中加入NaOH（2.4g，0.06mol）。将混合物在40℃下搅拌3小时后，蒸发溶剂。将所得混合物用浓盐酸酸化，用AcOEt（50mL）萃取，用水（50mL）洗涤，并经无水MgSO4干燥。蒸发溶剂后，将残余物与甲苯（3×20mL）共蒸发。在25℃下向混合物中加入MeSO3 H（15.5g，0.16mol）和二甲苯（16mL）。将混合物在135℃下搅拌3小时后，将其冷却至85℃。分离下层相并倒入水（100mL）中。将混合物在10℃下搅拌1小时后，收集形成的晶体并用水和丙酮洗涤，得到粗产物。在25℃下向搅拌的粗晶体在水（45mL）中的悬浮液中加入NaOH（0.54g，0.014mol），并通过加入浓HCl将混合物的pH在90℃下调节至7.5-8.0。在相同温度下将活性炭（2.5g）加入混合物中，过滤混合物。用浓HCl在95℃将滤液酸化至pH1.6-1.8。将混合物在10℃下搅拌1小时后，收集形成的晶体并用水洗涤，得到（+）-生物素（3.06g，84％），为无色晶体。熔点231-232℃（lit.:28 229.5-230℃），[α]24D + 91.0（c，1.0,0.1N NaOH）{lit：28[α]25D + 91.3（c，1.0,0.1） N NaOH）}; IR（纯）3299,2920,1686cm -1; 1HNMR（DMSO-d6）δ12.02（br s，1H），6.49（br s，1H），6.40（br s，1H）， 4.31（dd，J）5.2,7.6 Hz，1H），4.16-4.13（m，1H），3.12-3.10（m，1H），2.81（dd，J）5.1,12 Hz，1H），2.58（d， J）12Hz，1H），2.21（t，J）7.3Hz，2H），1.54-1.36（m，4H），1.36-1.32（m，2H）; 13C NMR（DMSO-d6）δ174.8,163.1（2s），61.4,59.5,55.7（3d），40.0,33.8,28.44,28.36,24.9（5t）; SIMS m / z 321（M ++ 1）。 C16H20N2O3S的计算值： C，49.16; H，6.60; N，11.47; S，13.13。实测值：C，49.28; H，6.63; N，11.54;S，13.09。

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原文标题：《A Novel Synthesis of(+)-Biotin from L-Cysteine》

原文出处：J. Org. Chem. 2002, 67,5527-5536 

涉及生物素