陳小林

0 引言

5-氟尿嘧啶（5-FU）由Duschinsky 等[1]于1957 年首次合成，是一個(gè)重要的抗腫瘤藥物，也是氟代嘧啶類(lèi)抗腫瘤藥物的重要中間體。目前氟尿嘧啶的合成方法（根據(jù)Scifinder 調(diào)研）可歸納為3 種方法：直接氟化法，縮合環(huán)合法及其他方法。直接氟化法是以尿嘧啶為原料，與惰性氣體（N2）稀釋的氟氣或活性含氟化合物反應(yīng)直接合成目標(biāo)產(chǎn)物（5-氟尿嘧啶）[2-4]。此法工藝簡(jiǎn)單，收率高，但因氟氣來(lái)源少，價(jià)格貴，氟氣毒性大、對(duì)設(shè)備的要求高等原因，在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用較少。其他方法主要是以含氮雜環(huán)化合物的衍生物為起始原料，此法原料難得，成本高，不適宜產(chǎn)業(yè)化[5-6]。

目前主流工業(yè)化路線(xiàn)為縮合環(huán)合法，以氟乙酸甲酯為起始物料，經(jīng)與甲酸乙酯在甲醇鈉的催化下等到氟代丙醛酸甲酯烯醇式鈉鹽，此中間體與甲異脲（固體或者液體）環(huán)合成2-甲氧基-5-氟尿嘧啶，后經(jīng)酸水解、重結(jié)晶等過(guò)程得到5-氟尿嘧啶[7-10]。此法路線(xiàn)長(zhǎng)，效率低，但原料廉價(jià)（國(guó)內(nèi)有大宗商品），反應(yīng)條件溫和（未見(jiàn)嚴(yán)苛的反應(yīng)條件），易于產(chǎn)業(yè)化，總體成本低廉而得到國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠(chǎng)家的青睞。

圖1 高純度5-氟尿嘧啶合成工藝反應(yīng)路線(xiàn)示意圖

作者以外購(gòu)氟乙酸甲酯為起始物料，在甲醇鈉的催化下與甲酸乙酯縮合得到烯醇式鈉鹽（中間體IV），不純化直接與固體甲異脲硫酸鹽環(huán)合成中間體V，然后在稀鹽酸下水解得到粗品，粗品經(jīng)過(guò)二甲亞砜、水2 步精制，得到HPLC 純度＞99.9%的高純度成品。反應(yīng)路線(xiàn)如圖1 所示。

1 試驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

上述合成路線(xiàn)中用到的試劑及儀器如下：

1.1.1 起始物料

1.1.2 其他物料

濃鹽酸（HCl）-上海國(guó)藥-AR。

1.1.3 溶劑

無(wú)水甲醇（CH3OH）-上海國(guó)藥-AR。

純化水（H2O）-自制-中國(guó)藥典2015 年版。

1.1.4 輔助材料

藥用活性炭C-上海長(zhǎng)興活性炭有限公司-藥用級(jí)。

1.1.5 主要儀器及型號(hào)

天平（Sartorious-型號(hào)：BSA4202S-CW）。

真空烘箱（上海禾氣玻璃儀器有限公司：DZF-6020）。

帶加熱磁力攪拌器（上海禾氣玻璃儀器有限公司：DF-101S）。

隔膜真空泵（上海禾氣玻璃儀器有限公司：M22CHT）。

高壓液相儀（water-型號(hào)：e2695-2998PDA）。

液質(zhì)聯(lián)用儀（Q-Tofmicro-型號(hào)：Q-Tofmicro）。

核磁共振波譜儀（BRUKER-型號(hào)：BRUKER-400）

1.2 合成方法

1.2.1 氟代丙醛酸甲酯烯醇式鈉鹽（化合物IV）的合成

（1）投料物料配比。

（2）合成步驟。

往干燥的三口反應(yīng)瓶（3L）內(nèi)加入甲苯，開(kāi)始攪拌，氮?dú)庵脫Q三次；繼續(xù)往反應(yīng)瓶?jī)?nèi)加入固體甲醇鈉，然后內(nèi)溫降至0～15℃；往反應(yīng)瓶?jī)?nèi)繼續(xù)滴加甲酸乙酯液體，控制內(nèi)溫0～20℃，1 h 內(nèi)滴加完畢；滴加氟乙酸甲酯液體，控制內(nèi)溫不超過(guò)30℃，1 h 內(nèi)滴完；繼續(xù)攪拌升溫至30～40℃，保溫反應(yīng)9 h。此反應(yīng)液無(wú)須處理直接進(jìn)行下一步。

表1 化合物IV 投料物料配比表

1.2.2 2-甲氧基-5-氟尿嘧啶（中間體V）的合成

（1）投料物料配比。

表2 中間體V 投料物料配比表

（2）合成步驟。

上述反應(yīng)液轉(zhuǎn)入另一個(gè)5 L 的三口瓶中，氮?dú)庵脫Q三次，將瓶?jī)?nèi)溫度冷卻至10℃，開(kāi)啟攪拌，依次加入甲醇鈉溶液、固體甲異脲，控制內(nèi)溫35～45℃。保溫?cái)嚢? h 后，取樣送中控，檢測(cè)含量，若反應(yīng)液中產(chǎn)物含量≥10.0%，則終止反應(yīng)，進(jìn)行下一步操作。若＜10.0%，則繼續(xù)反應(yīng)，并每隔3 小時(shí)取樣直至含量≥10.0%。

后處理：加入水1.6 L，攪拌30 min 使反應(yīng)液溶清，停止攪拌，靜置分層，將下層水相轉(zhuǎn)入至另外一個(gè)反應(yīng)瓶中內(nèi)。水相冷卻至20～35℃，滴加濃鹽酸，調(diào)節(jié)pH 至3～4，析出大量淡黃色固體，降溫至10℃，繼續(xù)攪拌30min 后過(guò)濾。濾餅折干后約190.5 g，摩爾收率：60.6%。MS ESI+=145.10（M+1）；1H-NMR（400 MHZ，DMSO）δ∶3.863（s，3H），7.852-7.861（d，J=3.6，1H），12.853（s，1H）。

1.2.3 粗品（VI）的合成（1）投料物料配比。

表3 粗品（VI）投料物料配比表

（2）合成步驟。

往三口瓶（3 L）中加入純化水（200 ml），攪拌下加入2-甲氧基-5-氟尿嘧啶化合物；氮?dú)庵脫Q3 次后開(kāi)始滴加鹽酸溶液（4M）），1 h 左右滴完；內(nèi)溫升至50～60℃，保溫反應(yīng)3 h；取樣送檢（HPLC 中控），當(dāng)液相結(jié)果中環(huán)合物含量≤5%（面積歸一法）時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，內(nèi)溫冷卻至5～15℃，過(guò)濾，得粗品，粗品折干重月116.2 g，摩爾收率：91.9%。

1.2.4 粗品精制

1）投料物料配比。

表4 粗品精致投料物料配比表

2）合成步驟。

（1）二甲亞砜精制。

將DMSO 和粗品加入單口反應(yīng)瓶?jī)?nèi)，攪拌升溫至內(nèi)溫70～80℃，反應(yīng)液溶清，保溫?cái)嚢?h；開(kāi)始降溫至內(nèi)溫降至20～25℃，保溫?cái)嚢?h 后過(guò)濾，得濾餅，濾餅無(wú)須干燥直接投下一步。

（2）水精制

將二甲亞砜精制得到的粗品加入純化水中，攪拌升溫至回流，反應(yīng)液溶清，加入活性炭；回流保溫30mins，趁熱過(guò)濾，濾液緩慢降溫至T=10℃，析晶2 小時(shí)后過(guò)濾，濾餅50℃真空干燥16 h后，得成品64.3 g，摩爾總收率：71.4%。m.p.284.1-284.4（藥典：282-286℃）。MS ESI+=131.10 （M+1），153（M+Na）；1H-NMR（400MHZ，DMSO）δ∶7.721-7.736（d，J=6.0，1H），10.702（s，1H），11.489（s，1H）。

2 結(jié)果與討論

2.1 2-甲氧基-5-氟尿嘧啶（中間體V）的條件優(yōu)化

2.1.1 縮合反應(yīng)

由于化合物IV 是烯醇式鈉鹽，目前沒(méi)有很好的分析方法來(lái)監(jiān)控，故這步優(yōu)化后直接做成中間體V，優(yōu)化指標(biāo)主要是通過(guò)中間體V 的收率及純度來(lái)衡量。主要優(yōu)化參數(shù)為：

堿的種類(lèi)（甲醇鈉、氫氧化鈉、三乙胺）、堿當(dāng)量（1.5eq、2.0eq、2.2eq、2.5eq）、縮合反應(yīng)溫度（25±5℃、35±5℃、50±5℃）、甲酸乙酯當(dāng)量（2eq、2.25eq、3.0eq）、縮合反應(yīng)時(shí)間（4 h、9 h、16 h），確定這步最佳反應(yīng)條件為：甲醇鈉（2.2eq）、反應(yīng)溫度（35±5℃）、甲酸乙酯用量（2.25eq）、反應(yīng)時(shí)間（9 h）。

2.1.2 環(huán)合反應(yīng)

環(huán)合反應(yīng)可以通過(guò)高壓液相來(lái)監(jiān)控，通過(guò)生成中間體V 的含量及純度兩個(gè)指標(biāo)來(lái)優(yōu)化各參數(shù)。具體優(yōu)化參數(shù)如下：

環(huán)合反應(yīng)溫度（25±5℃、40±5℃、50±5℃）、環(huán)合反應(yīng)甲醇鈉當(dāng)量（0.7eq、1eq、1.3eq）、固體甲異尿當(dāng)量（1eq、2eq、3eq），確定最優(yōu)工藝參數(shù)為：環(huán)合溫度（40±5℃）、環(huán)合堿當(dāng)量（1.3eq）、固體甲異尿當(dāng)量（2eq）。

此兩步摩爾總收率：60.6%，中間體V 的HPLC 純度為95.0%以上。

2.2 粗品（VI）的條件優(yōu)化

此步水解反應(yīng)主要考察不同的酸水解（濃鹽酸、硫酸、乙酸），溶劑體積（10 V、5 V、3 V），反應(yīng)溫度（35±5℃、45±5℃、55±5℃）等工藝參數(shù)。

確定最佳工藝參數(shù)為：水解酸用濃鹽酸，水體積為5 V，反應(yīng)溫度為55±5℃。

這步反應(yīng)摩爾收率：91.9%。

2.3 精制的條件優(yōu)化

第一次精制溶劑篩選（DMF、DMSO、H2O、丙酮），溶劑體積篩選（3 V、5 V、10 V）；第二步精制溶劑主要篩選溶劑體積（5 V、10 V、15 V），藥用活性炭用量（5%、10%、15%）。

確定最佳工藝參數(shù)：第一步精制溶劑選5 V 的二甲亞砜重結(jié)晶；第二步精制溶劑選10 V 的水，活性炭選10%的量。兩步重結(jié)晶摩爾收率為：71.4%，HPLC 純度＞99.9%。

3 總結(jié)

通過(guò)對(duì)本路線(xiàn)各中間體步驟的優(yōu)化，總路線(xiàn)的摩爾收率39.8%，HPLC 純度99.9%以上（面積歸一法），整條反應(yīng)路線(xiàn)未使用到特殊反應(yīng)條件及試劑，適合工業(yè)化，且通過(guò)此路線(xiàn)得到的產(chǎn)品質(zhì)量超中國(guó)藥典及歐洲藥典標(biāo)準(zhǔn)。