鄭樂貴, 趙　洋, 程　城, 趙金浩，夏　敏

(1.浙江理工大學(xué)理學(xué)院，杭州 310018；2.浙江工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，杭州 310014；3.浙江大學(xué)農(nóng)藥與環(huán)境毒理研究所，杭州 310029)

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替卡格雷關(guān)鍵中間體的合成及工藝優(yōu)化

鄭樂貴1, 趙洋2, 程城3, 趙金浩3，夏敏1

(1.浙江理工大學(xué)理學(xué)院，杭州 310018；2.浙江工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，杭州 310014；3.浙江大學(xué)農(nóng)藥與環(huán)境毒理研究所，杭州 310029)

對新型抗凝血藥替卡格雷的關(guān)鍵中間體((5S,6S)-5,6-二羥基-2-氧雜-3-氮雜雙環(huán)[2.2.1]庚烷-3-羧酸芐酯，TG-4)進(jìn)行了合成新工藝研究。首先以穩(wěn)定的環(huán)己酮肟(TG-1)為起始原料，創(chuàng)新性地采用操作簡便、節(jié)能降污的連續(xù)式反應(yīng)方法合成TG-3，三步總收率為87%，比文獻(xiàn)值高出33%。然后采用廉價的KMnO4替換了文獻(xiàn)報道的OsO4進(jìn)行雙鍵氧化，并對反應(yīng)溫度、投料比和反應(yīng)時間進(jìn)行正交試驗，確定了KMnO4氧化的最佳工藝條件。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)經(jīng)1HNMR和MS確證。

替卡格雷；環(huán)己酮肟；連續(xù)式反應(yīng)；雙鍵氧化

0　引　言

替卡格雷(Ticagrelor)是英國阿斯利康(AstraZeneca)公司研發(fā)并于2011年在美國FDA成功上市的一種新型的、選擇性的小分子抗凝血藥[1-2]。該藥是首個可逆結(jié)合作用于血管平滑肌細(xì)胞上P2Y12受體，對二磷酸腺苷(ADP)引起的血小板聚集有明顯的抑制作用，且口服使用后起效迅速，能有效改善急性冠心病患者的癥狀[3]。與噻吩并吡啶類藥物不同，替卡格雷對P2Y12受體是可逆抑制劑，所以對于需在先期進(jìn)行抗凝治療后再行手術(shù)的病人尤為適用[4-5]。

(5S,6S)-5,6-二羥基-2-氧雜-3-氮雜雙環(huán)[2.2.1]庚烷-3-羧酸芐酯(TG-4)是合成替卡格雷(Ticagrelor)的關(guān)鍵中間體[6-9]。傳統(tǒng)工藝(見圖1)以1-氯-1-亞硝基環(huán)己烷(TG-2)為起始原料，經(jīng)過Diels-Alder加成反應(yīng)、Cbz氨基保護(hù)和雙鍵氧化反應(yīng)制得[6-9],但存在以下問題：a)TG-2極不穩(wěn)定，易被氧化變質(zhì)，不宜存放，故不能作為工業(yè)化生產(chǎn)的起始原料[9]；b)TG-2到TG-3,傳統(tǒng)工藝采用了兩步合成(見圖1)，先是形成化合物2-氧雜-3-氮雜-雙環(huán)[2.2.1]庚-5-烯(TG-2.3)，然后再和Cbz-Cl反應(yīng)生成TG-3，總產(chǎn)率低、耗費原料，且大大增加了生產(chǎn)的成本[9]；c)雙鍵氧化成雙羥基這一步，大部分文獻(xiàn)采用毒性較高、價格昂貴的OsO4，雖然產(chǎn)率較高，但是環(huán)境污染較重，不利于工業(yè)化生產(chǎn)[10-11]。

圖1　TG-4的傳統(tǒng)工藝合成路線

圖2　TG-4的新工藝合成路線

1　實驗部分

1.1實驗材料與儀器

實驗藥品：環(huán)己酮肟，氯氣，甲基叔丁基醚，環(huán)戊二烯，碳酸鈉，氯甲酸芐酯，高錳酸鉀，乙二醇，碳酸氫鈉(以上均為AR)。

儀器：JJ600型電子分析天平(常熟雙杰測試儀器廠)，DF-101Z型即熱式恒溫加熱磁力攪拌器(杭州大衛(wèi)科教儀器)，DZG-6020型真空干燥箱(上海森信實驗儀器)，JEOL-ECX500型超導(dǎo)核磁共振儀(日本電子株式會社)，LCQ Advantage液質(zhì)聯(lián)用儀型( Thermo Finniga)等。

1.2實驗操作

1.2.1(1S,4R)-芐基-2-氧雜-3-氮雜雙環(huán)[2.2.1]庚-5-烯-3-羧酸乙酯(TG-3)合成

將環(huán)己酮肟25 g (220 mmol) TG-1和200 mL甲基叔丁基醚加入反應(yīng)瓶中，冰鹽浴至0℃，通入氯氣約1 h，直至透明溶液變?yōu)樯钏{(lán)色為止，反應(yīng)結(jié)束后，施加真空抽去殘留的氯氣，將溫度保持在0℃，慢慢滴加20%的碳酸鈉水溶液100 mL約30 min滴加完，靜止分層，分離各相。將有機相在0℃下轉(zhuǎn)移到20%的碳酸鈉水溶液中，慢慢加入31.5 g (452 mmol)環(huán)戊二烯約12 min，加入完畢后，43.2 g (242 mmol)氯甲酸芐酯滴加到反應(yīng)瓶中約1 h，滴加完畢后繼續(xù)反應(yīng)2 h，直到反應(yīng)液由藍(lán)色變?yōu)闊o色為止。減壓除去剩余的環(huán)戊二烯，靜止分層，分離各相，水相用甲基叔丁基醚萃取(40 mL×3)，合并有機相，用無水硫酸鈉干燥，濃縮，得到無色液體TG-3 46.9 g，以TG-1計收率87%，純度95.3%。室溫下為無色液體，分子式: C13H13NO3; 分子量: 231.2;1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.36-7.41 (m, 5H), 6.40 (s, 2H), 5.27 (s, 1H), 5.22 (d, J = 12.3 Hz, 1H), 5.15 (d, J = 12.3 Hz, 1H), 5.07 (s, 1H), 2.03 (d, J = 10.5 Hz, 1H), 1.77 (d, J = 8.7 Hz, 1H).13C NMR (400 MHz, CDCl3) δ 158.49, 135.12, 133.88, 132.42, 127.97, 127.76, 127.62, 83.72, 67.84, 65.12, 48.38. ESI-MS (m/z): 254 [M+Na+].

1.2.2(5S,6S)-5,6-二羥基-2-氧雜-3-氮雜雙環(huán)[2.2.1]庚烷-3-羧酸芐酯(TG-4)合成

將化合物25 g (105mmol) TG-3和18.3 g (290 mmol)乙二醇以及150 mL丙酮加入反應(yīng)瓶中，降溫至-35℃，慢慢加入18 g (210mmol)碳酸氫鈉保持5 min。在-35℃條件下慢慢加入13 g (80 mmol)高錳酸鉀固體，反應(yīng)瓶中有大量黑色固體二氧化錳產(chǎn)生，繼續(xù)反應(yīng)30 min，TLC檢測反應(yīng)情況反應(yīng)結(jié)束后，溫度升至-10℃加入10 g亞硫酸鈉水溶液，繼續(xù)反應(yīng)20 min，靜置，過濾反應(yīng)液，除去生成的二氧化錳。濾液旋蒸，除去丙酮，剩余的水相用乙酸乙酯萃取(40 mL×3)，合并有機相，無水硫酸鈉干燥，濃縮，得到無色液體TG-4，16.7 g 產(chǎn)率59.6%，純度96.7%。室溫下無色液體，分子式: C13H15NO5; 分子量: 265.15; 1H NMR(500 MHz, CDCl3, δ ppm):1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.61 - 7.30 (m, 5H), 5.21 (q, J = 12.2 Hz, 2H), 4.50 (d, J = 7.8 Hz, 2H), 4.10 (s, 2H), 3.07 (brs, 2H), 2.16 (d, J = 11.4 Hz, 1H), 1.81 (s, 1H).13C NMR (400 MHz, CDCl3) δ156.70, 134.79, 130.37, 130.24, 128.12, 128.01, 127.69, 80.11, 71.49, 70.77, 68.36, 61.88, 35.30. ESI-MS (m/z): 288 [M+Na+].

2　結(jié)果與討論

2.1化合物TG-3的工藝優(yōu)化

通過TLC監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，該步反應(yīng)相對徹底，大部分原料轉(zhuǎn)化成目標(biāo)產(chǎn)物，但仍有小部分轉(zhuǎn)化為一個極性較小的雜質(zhì)A，借助HPLC-MS和1H NMR得知該雜質(zhì)A是芐氧基-羰基-環(huán)己酮肟，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　雜質(zhì)A結(jié)構(gòu)

該雜質(zhì)A產(chǎn)生的原因主要是環(huán)己酮肟和氯氣反應(yīng)時間短，少量剩余的環(huán)己酮肟與氯甲酸芐酯反應(yīng)，生產(chǎn)該雜質(zhì)A，那么通入氯氣時間對雜質(zhì)產(chǎn)生和主產(chǎn)物收率至關(guān)重要，因此探究了通入氯氣時間對TG-3收率和雜質(zhì)A含量的影響，結(jié)果如表1所示。

表1　通入氯氣時間對收率和雜質(zhì)含量的影響

通過表1可以看出隨著通入氯氣時間的增加，TG-3收率先是顯著增加，然后趨于平穩(wěn)，在通入時間為 1 h，收率為87.2%。而雜質(zhì)A的含量是隨著通入氯氣時間延長，含量是在減少，在通入氯氣時間為1 h之后雜質(zhì)含量變化不明顯，故最佳時間為1 h。

2.2化合物TG-4的工藝優(yōu)化條件

在雙鍵被高錳酸鉀氧化這步反應(yīng)中，溫度、時間、高錳酸鉀的量對反應(yīng)收率都有較大的影響。反應(yīng)的溫度高，會使高錳酸鉀氧化能力增強，容易把雙鍵氧化成羧基或醛基；高錳酸鉀的量過多和反應(yīng)時間過長，都會使生成的產(chǎn)物TG-4的雙羥基繼續(xù)氧化變?yōu)殡s質(zhì)。因此，對溫度、時間、高錳酸鉀量進(jìn)行了正交優(yōu)化實驗研究以提高產(chǎn)物收率、降低能耗。本研究選擇了三因素三水平進(jìn)行正交試驗，首先作因素水平表2,結(jié)果見表3。

表2　影響因素水平

表3　正交試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

表3，K1、K2、K3是3種影響因素在不同水平下收率的平均值，可見本試驗各因素的較優(yōu)組合是A3B1C2。R是同一因素最大平均值和最小平均值之差，從極差數(shù)據(jù)中可看出影響該試驗的主要因素是溫度，其次是高錳酸鉀的量，第三是反應(yīng)時間，在較優(yōu)組合A3B1C2條件下，即選擇溫度選為-35℃，反應(yīng)時間為30 min，原料與高錳酸鉀的摩爾比為1.0∶0.8時，進(jìn)行3次重復(fù)試驗，收率穩(wěn)定，表明通過本次正交試驗篩選得到的較優(yōu)反應(yīng)條件穩(wěn)定性好。

綜上所述，高錳酸鉀氧化的最佳工藝條件為：溫度-35℃，KMnO4為0.8倍，反應(yīng)時間為0.5 h，收率平均接近60%。雖然四氧化鋨作為氧化劑的產(chǎn)率比高錳酸鉀高，但是四氧化鋨的成本是高錳酸鉀的10倍有余，通過產(chǎn)率和成本的核算，高錳酸鉀作為氧化劑最為合適，而且四氧化鋨作為一種高毒、高污染的化合物，更不利于國家環(huán)境友好型可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

3　結(jié)　論

a) 探究出了一條以環(huán)己酮肟為原料合成(1S,4R)-芐基-2-氧雜-3-氮雜雙環(huán)[2.2.1]庚-5-烯-3-羧酸乙酯(TG-4)的新路線，兩步總收率51.8%，本方法操作簡單，原料易得，路線較短，且避免了其他很多方法中所使用的高毒物四氧化鋨，為進(jìn)一步工業(yè)化制備替卡格雷打下了良好的基礎(chǔ)。

b) TG-1到TG-3采用連續(xù)式反應(yīng)，產(chǎn)率達(dá)87%，比文獻(xiàn)值高出33%，對雜質(zhì)分析得出雜質(zhì)結(jié)構(gòu)和來源，并探究出了最佳通氯時間；TG-4的合成中通過正交試驗確定最佳工藝條件為：溫度-35℃，原料與高錳酸鉀的摩爾比為1.0∶0.8時，反應(yīng)時間為0.5 h時最佳。

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(責(zé)任編輯： 許惠兒)

Synthesis of the Key Intermediate of Ticagrelor and Its Preparation Process Optimization

ZHENGLegui1,ZHAOYang2，CHENGCheng3,ZHAOJinhao2，XIAMin1

(1.School of Science, Zhejang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China; 2.College of Pharmaceutical Science, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China; 3.Institute of Pesticide and Environmental Toxicology, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China)

As a key intermediate of new anticoagulant Ticagrelor, (5S,6S)-benzyl-5, 6-dihydroxy-2-oxa-3-azabicyclo[2.2.1]heptane-3-carboxylate(TG-4), was synthesized by a new technology. First of all, more stable Cyclohexanone oxime (TG-1) was used as starting material, and TG-3 was synthesized through the innovative, simple and energy-saving method of continuous reaction. The overall yield of three steps was 87%, 33% higher than other reports. Then, cheap KMnO4was used to replace the OsO4reported in literatures for oxidation of double bond, and the orthogonal test was done for the reaction temperature, time and molar ratio. Thus, the optimum process was acquired for potassium permanganate oxidation. The structure of product is confirmed by1HNMR and MS.

Ticagrelor; Cyclohexanone oxime; continuous reaction; double-bond oxidation

10.3969/j.issn.1673-3851.2016.09.022

2015-10-21

鄭樂貴(1986-)，男，安徽阜陽人，碩士研究生，主要從事精細(xì)化學(xué)方面的研究。

夏敏，E-mail：xiamin@zstu.edu.cn

R972+.9

A

1673- 3851 (2016) 05- 0765- 04 引用頁碼： 091001