歐陽(yáng)羅， 陳瑞業(yè)， 柏一慧， 李新生， 徐東成

(浙江師范大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，浙江金華 321004)

西司他丁(Cilastatin)與亞胺培南的復(fù)方藥——泰能，是臨床上廣為應(yīng)用的碳青霉烯抗菌藥［1］．西司他丁本身不具有殺菌作用，但是它可以抑制亞胺培南在腎臟被脫氫二肽酶分解，從而提高亞胺培南的活性，因而其合成方法引起了人們的重視．西司他丁分子可以由3部分組成:(S)-(+)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺，庚酮酸衍生物和L-半胱氨酸，目前已有的文獻(xiàn)都是從這3個(gè)片段著手合成西司他丁．Donald等［2］于1987年報(bào)道了一條通過(guò)合成消旋二甲基環(huán)丙烷甲酸，拆分后得到手性的二甲基環(huán)丙烷甲酸，進(jìn)而得到手性的環(huán)丙烷甲酰胺，再與酮酸酯、半胱氨酸反應(yīng)，最終獲得西司他丁的路線，總收率為14．6%．其后，徐曉莉等［3］對(duì)其合成路線中的后處理過(guò)程進(jìn)行了改進(jìn)，硫醚化的產(chǎn)率由63%提高到79%;石曉華等［4］對(duì)其合成路線中的7-氯-2-氧代庚酸的合成進(jìn)行了研究．到目前為止，在硫醚合成步驟中，所有的文獻(xiàn)(［2-4］)都采用酸和半胱氨酸或者胱氨酸在強(qiáng)堿的作用下進(jìn)行合成，由于2個(gè)原料和產(chǎn)品都是水溶性的，不但反應(yīng)難于檢測(cè)，而且產(chǎn)率低、產(chǎn)物復(fù)雜，對(duì)后面的提純?cè)斐闪撕艽蟮睦щy．另外，在西司他丁的合成中還有一個(gè)難題有待解決，即手性2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺的合成，其主要通過(guò)拆分消旋的2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酸獲得．文獻(xiàn)報(bào)道的拆分劑有奎寧［2］、R-1-(3-甲氧基苯基)-乙 胺［5］、L-肉 堿 草 酸 鹽［6］、L-薄 荷 醇［7］、(S)-扁桃酸甲酯［8］、L-肉堿鹽酸鹽［9］和順式-2-芐胺基環(huán)己烷甲醇［10］等，這些拆分劑雖然能夠拆分二甲基環(huán)丙烷甲酸，但是收率均在20% ～30%，相對(duì)較低．加上由酸合成酰氯再得到酰胺的步驟，使得酰胺的收率較低．近年來(lái)也有研究者［11-14］用金屬絡(luò)合物為催化劑，以不對(duì)稱合成的方法合成二甲基環(huán)丙烷甲酸，但其所需的底物之一為重氮酯，很大程度上限制了其應(yīng)用．鑒于合成中存在的問(wèn)題，筆者嘗試了用新的拆分劑和溫和的反應(yīng)條件對(duì)上述合成中的問(wèn)題進(jìn)行探討，期望得到高光學(xué)純度和合成收率的西司他丁鈉．

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 儀器與試劑

1H NMR，13C NMR在 Bruker AVANCE 400型核磁共振儀上測(cè)定，以CDCl3，D2O和氘代二甲基亞砜(DMSO-d6)為溶劑，四甲基硅烷(TMS)為內(nèi)標(biāo);熔點(diǎn)由WRS-1B數(shù)字熔點(diǎn)儀測(cè)定，溫度計(jì)未校正;旋光度由WZZ-2B自動(dòng)旋光儀測(cè)定;非對(duì)映體過(guò)量(de)值用高效液相色譜法(HPLC)測(cè)定，色譜柱型號(hào)為Chiralcel OD-H，流動(dòng)相為異丙醇/正己烷，溶劑使用前經(jīng)無(wú)水處理．

1．2 西司他丁鈉的合成

合成路線見(jiàn)圖1和圖2．

1．2．1 聯(lián)萘酚單酯的合成

氮?dú)夥諊?，?00 mL圓底燒瓶中加入(R)-Ⅰ (2 g，6．98 mmol)，Et3N(5．3 mL)和CH2Cl2(50 mL)，攪拌，冷至－20℃，快速攪拌下緩慢滴加 2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰氯(0．93 g，7．01 mmol)，滴加完畢后升溫至室溫，TLC(薄層色譜法)跟蹤反應(yīng)．反應(yīng)完畢，有機(jī)層分別用水洗、飽和食鹽水洗，有機(jī)層用無(wú)水Na2SO4干燥，減壓蒸除溶劑，得到粗產(chǎn)物．粗產(chǎn)物經(jīng)硅膠柱色譜純化(洗脫劑V(乙酸乙酯)∶V(石油醚)=1∶8)，得到(1R，2S)-Ⅱ 1．15 g，產(chǎn)率為 43．1%，和(1R，2R)-Ⅲ 1．3 g，產(chǎn)率為 48．7%．

產(chǎn)物(1R，2S)-Ⅱ:淡黃色固體，熔點(diǎn)為160．8 ～161．0 ℃;［α］20D為 +140．89(c為 5．15 mol/L，四氫呋喃(THF));de值為 97．7%;1H NMR(CDCl3，400 MHz)δ:0．73(s，3H)，0．75(m，1H)，0．95 ～ 0．96(m，1H)，0．99(s，3H)，1．34 ～1．37(m，1H)，5．37(s，1H)，7．05(m，1H)，7．23～7．36(m，6H)，7．39～ 7．41(m，1H)，7．84 ～ 7．98(m，3H)，8．05 ～ 8．08(m，1H);13C NMR(CDCl3，100 MHz)δ:18．1，22．8，24．4，26．4，26．7，114．3，118．3，122．2，123．3，123．5，124．8，125．8，126．2，126．6，127．4，127．9，128．3，129．1，130．2，130．7，132．2，133．7，133．7，148．3，151．8，172．5．

圖1 手性二甲基環(huán)丙烷甲酰胺(Ⅳ)的合成

圖2 西司他丁鈉(Ⅷ)的合成

產(chǎn)物(1R，2R)-Ⅲ:淡黃色固體，熔點(diǎn)為116．5～124．1 ℃;［α］20D為 +74．36(c 為 5．14 mol/L，THF);de值為 94%．

1．2．2 手性2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺的合成

在 100 mL圓底燒瓶中，將(1R，2S)-Ⅱ(1．91 g，4．99 mmol)溶于無(wú)水乙醇(50 mL)中，在冰浴下通氨氣至飽和，室溫下密封反應(yīng)，氣相色譜跟蹤檢測(cè)至(1R，2S)-Ⅱ反應(yīng)完全．減壓蒸除溶劑，經(jīng)硅膠柱色譜純化(洗脫劑V(乙酸乙酯)∶V(石油醚)=1 ∶4)，得到2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺(Ⅳ)0．56 g，產(chǎn)率99%，聯(lián)萘酚回收率99%．

產(chǎn)物(S)-Ⅳ:白色固體，熔點(diǎn)為 139．0～140．5 ℃(文獻(xiàn)值［2］:136．0 ～137．5 ℃);［α］20D為+97．2(c 為 1．5mol/L，CHCl3);1HNMR(DMSO-d6，400 MHz)δ:0．55 ～ 0．58(m，1H)，0．78～ 0．81(m，1H)，1．04 ～ 1．06(m，6H)，1．34 ～1．38(m，1H)，6．72(s，1H)，7．39(m，1H);13C NMR(DMSO-d6，100 MHz)δ:18．9，19．6，20．7，27．3，27．8，173．2．

1．2．3 化合物Ⅴ的合成

按文獻(xiàn)［15］合成 7-氯-2-((1S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺基)-2-庚烯酸乙酯(Ⅴ)．

1．2．4 西司他丁鈉的合成

在100 mL圓底燒瓶中加入化合物Ⅴ(0．5 g，1．66 mmol)，NaI(0．25 g，1．66 mmol)和丙酮(45 mL)，加熱回流12 h，反應(yīng)完后過(guò)濾，濾液旋干，得7-碘-2-((S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺)-2-庚烯酸乙酯．

在氮?dú)夥諊拢?00 mL圓底燒瓶中加入上一步的碘代產(chǎn)物(0．22 g，0．56 mmol)和半胱氨酸甲酯鹽酸鹽 Ⅵ (0．14 g，0．84 mmol)，K3PO4(0．47 g，2．23 mmol)和 THF(40 mL)，在超聲波中反應(yīng)15 min，將反應(yīng)裝置置于已加熱到80℃的油浴中回流反應(yīng)11 h，反應(yīng)完后冷卻至室溫，減壓蒸除溶劑，將其溶于乙酸乙酯，有機(jī)相用水洗、飽和食鹽水洗，無(wú)水Na2SO4干燥，粗產(chǎn)物經(jīng)硅膠柱色譜純化(洗脫劑V(乙酸乙酯)∶V(石油醚)=2 ∶1)，得到產(chǎn)物Ⅶ(西司他丁酯)，產(chǎn)率74．1%．

將產(chǎn)物Ⅶ(0．37 g，0．92 mmol)溶于甲醇(10 mL)中，加入氫氧化鈉(0．15 g，3．7 mmol)和水(5 mL)，室溫?cái)嚢? h，反應(yīng)完后加入 1 mol/L HCl溶液中和至中性，真空旋干，溶于甲醇，快速過(guò)濾，旋干得產(chǎn)物Ⅷ(西司他丁鈉)．

產(chǎn)物Ⅶ:淡黃色油狀物;1H NMR(CDCl3，400 MHz)δ:0．77 ～ 0．80(m，1H)，1．13 ～ 1．17(m，7H)，1．27 ～1．30(m，3H)，1．41 ～1．42(m，1H)，1．54 ～1．59(m，4H)，1．78(s，2H)，2．12 ～ 2．14(m，2H)，2．52(t，J=8 Hz，2H)，2．73 ～ 2．76(m，1H)，2．86 ～2．91(m，1H)，3．61 ～3．64(m，1H)，3．72(s，3H)，4．18 ～ 4．23(m，2H)，6．59(t，J=8 Hz，1H)，7．08(s，1H);13C NMR(CDCl3，100 MHz)δ:14．2，18．7，20．6，22．5，27．1，27．3，28．7，29．3，32．2，37．2，52．2，54．1，61．4，125．3，136．7，164．9，169．7，174．5．

產(chǎn)物Ⅷ:淡黃色粉末;1H NMR(D2O，400 MHz)δ:0．75 ～ 0．77(m，1H)，0．88 ～ 0．90(m，1H)，0．95 ～1．00(s，6H)，1．41 ～1．48(m，4H)，1．55 ～ 1．57(m，1H)，2．08 ～ 2．10(m，2H)，2．46～ 2．49(m，2H)，2．88 ～ 2．90(m，1H)，2．96 ～2．97(m，1H)，3．76 ～ 3．79(m，1H)，6．42(t，J=8 Hz，1H)．

2 結(jié)果與討論

2．1 (S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺的制備

(S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺作為西司他丁合成的重要中間體，其產(chǎn)率的提高，對(duì)于合成西司他丁產(chǎn)率的增加有著至關(guān)重要的作用．2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰氯與(R)-聯(lián)萘酚通過(guò)酯化高產(chǎn)率地得到 2-(2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酸)-1，1'-聯(lián)萘酚酯，柱色譜分離非對(duì)映體，需要的非對(duì)映體直接氨解，即可得到(S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺．該方法得到的2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺光學(xué)純度較高，氨解產(chǎn)率可達(dá)到99%，而且拆分試劑也可定量地回收．

2．2 西司他丁酯的合成

在西司他丁酯的合成中，以7-氯-2-((1S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺)-2-庚烯酸乙酯(Ⅴ)和半胱氨酸甲酯鹽酸鹽(Ⅵ)為反應(yīng)物，考察了該反應(yīng)較佳的堿性條件和較佳的溶劑，探討了反應(yīng)溫度、堿、原料摩爾比等因素對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響．

2．2．1 堿強(qiáng)度的影響

堿的強(qiáng)弱對(duì)該反應(yīng)有著很重要的作用．以四氫呋喃(THF)為溶劑，原料Ⅴ，Ⅵ和堿的摩爾比為1∶1∶3時(shí)，考察了不同的堿對(duì)西司他丁酯產(chǎn)率的影響．實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，堿性過(guò)強(qiáng)或堿性過(guò)弱均對(duì)產(chǎn)物的生成有影響．從表1可以看出:以K3PO4作為反應(yīng)用堿，西司他丁酯的產(chǎn)率較好，達(dá)到70．9%;強(qiáng)堿和弱堿都顯著地降低產(chǎn)物的產(chǎn)率．對(duì)于堿性比 K3PO4稍微弱的堿，如 K2HPO4和KHCO3，產(chǎn)物的產(chǎn)率顯著下降;對(duì)于堿性比K3PO4更弱的堿，如KH2PO4，則沒(méi)有產(chǎn)物生成;而用堿性比K3PO4強(qiáng)的堿，如NaH，也基本沒(méi)有產(chǎn)物生成．

表1 堿強(qiáng)度對(duì)西司他丁酯產(chǎn)率的影響

2．2．2 溶劑的影響

溶劑的性質(zhì)對(duì)反應(yīng)有著重要的影響．在原料7-氯-2-((1S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺)-2-庚烯酸乙酯(Ⅴ)，半胱氨酸甲酯鹽酸鹽(Ⅵ)和堿的摩爾比為1∶1∶3，K3PO4為堿時(shí)，考察了不同的溶劑對(duì)西司他丁酯產(chǎn)率的影響．從表2可以看出:以四氫呋喃(THF)為溶劑時(shí)產(chǎn)物的產(chǎn)率較高，達(dá)到70．9%;當(dāng)溶劑為1，4-二氧雜環(huán)乙烷(dioxane)或甲苯(toluene)時(shí)，產(chǎn)物的產(chǎn)率降低;而當(dāng)考慮用(C2H5)2O或CH2Cl2時(shí)，產(chǎn)率也降低較多;選擇AcOEt或CHCl3為溶劑時(shí)，也給出了比THF稍低的產(chǎn)率．

表2 溶劑對(duì)西司他丁酯產(chǎn)率的影響

2．2．3 溫度的影響

反應(yīng)溫度對(duì)西司他丁酯的產(chǎn)率有著比較大的影響．以 THF 為溶劑，原料 7-氯-2-((1S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺)-2-庚烯酸乙酯(Ⅴ)，半胱氨酸甲酯鹽酸鹽(Ⅵ)和堿的摩爾比為1∶1．5∶4，K3PO4為堿，考察了反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物產(chǎn)率的影響，結(jié)果見(jiàn)表3．從表3可以看出:當(dāng)溫度升高時(shí)，產(chǎn)物的產(chǎn)率有所提高;但過(guò)高的溫度下，產(chǎn)物的產(chǎn)率反而下降．從表3得出，在80℃時(shí)產(chǎn)物的產(chǎn)率最高，為 74．1%．

表3 溫度對(duì)西司他丁酯產(chǎn)率的影響

2．2．4 堿用量的影響

堿的用量對(duì)西司他丁酯產(chǎn)率的影響較大．以THF 為溶劑，原料 7-氯-2-((1S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺)-2-庚烯酸乙酯(Ⅴ)和半胱氨酸甲酯鹽酸鹽(Ⅵ)的摩爾比為1 ∶1．5，K3PO4為堿，80℃反應(yīng)時(shí)，考察了堿的用量對(duì)西司他丁酯產(chǎn)率的影響．從表4可以看出:堿的用量多少影響著產(chǎn)物產(chǎn)率的高低．堿用量增加，反應(yīng)體系的堿性增加，使得產(chǎn)物的產(chǎn)率下降;堿用量減少，使得反應(yīng)體系的堿性變?nèi)?，產(chǎn)物的產(chǎn)率也降低;原料Ⅴ與堿的摩爾比為1∶4時(shí)，產(chǎn)物的產(chǎn)率較高，為74．1%．

表4 堿的用量對(duì)西司他丁酯產(chǎn)率的影響

2．2．5 原料Ⅵ和Ⅴ摩爾比的影響

以THF為溶劑，K3PO4為堿，原料Ⅴ與堿的摩爾比為1∶4時(shí)，考察了原料半胱氨酸甲酯鹽酸鹽(Ⅵ)和 7-氯-2-((1S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺)-2-庚烯酸乙酯(Ⅴ)的摩爾比對(duì)西司他丁酯產(chǎn)率的影響．從表5可以看出:在保持堿的用量不變的情況下，當(dāng)原料半胱氨酸甲酯鹽酸鹽(Ⅵ)和7-氯-2-((1S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺)-2-庚烯酸乙酯(Ⅴ)的摩爾比增加時(shí)，產(chǎn)物的產(chǎn)率明顯降低;當(dāng)原料Ⅵ和Ⅴ的摩爾比減少時(shí)，產(chǎn)物的產(chǎn)率亦明顯降低;當(dāng)原料Ⅵ和Ⅴ的摩爾比增加時(shí)，相應(yīng)地增加堿的用量，產(chǎn)物的產(chǎn)率才能增加．因此，原料Ⅵ，Ⅴ和堿的摩爾比為1．5∶1∶4時(shí)，產(chǎn)物的產(chǎn)率較高，達(dá)到74．1%．

表5 原料Ⅵ與Ⅴ的摩爾比對(duì)西司他丁酯產(chǎn)率的影響

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)以(R)-1，1'-聯(lián)萘酚為拆分試劑，經(jīng)過(guò)酯化、氨解，能夠有效地拆分2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酸，高產(chǎn)率地得到光學(xué)純S構(gòu)型的2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺，并幾乎定量地回收得到聯(lián)萘酚;以半胱氨酸甲酯鹽酸鹽(Ⅵ)與7-氯-2-((1S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺)-2-庚烯酸乙酯(Ⅴ)反應(yīng)，得到了合成西司他丁酯的較佳條件，即以四氫呋喃為溶劑，K3PO4作為堿，溫度為80℃，原料Ⅵ，Ⅴ和堿的摩爾比為1．5∶1∶4時(shí)，西司他丁酯的產(chǎn)率較高，達(dá)到74．1%．該合成方法不但可以高產(chǎn)率地得到手性的環(huán)丙烷甲酰胺，拆分劑定量地回收，并且在硫醚化的合成步驟中以K3PO4作為堿，避免了使用強(qiáng)堿和無(wú)水反應(yīng)體系，反應(yīng)條件溫和，操作簡(jiǎn)便．

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