陳惠渝，楊林峰，吳 玉，朱大利，湯善文

（重慶理工大學(xué) 藥學(xué)與生物工程學(xué)院，重慶 400054）

普魯卡因作為酯類局部麻醉藥，是國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的基本藥物之一［1］。普魯卡因?qū)χ袠谢蛲庵苌窠?jīng)沖動和傳導(dǎo)均有明顯的阻斷作用［2］，臨床上常用于浸潤麻醉、硬膜外麻醉、阻滯麻醉、腰椎麻醉以及局部封閉療法等。近年來，隨著對普魯卡因藥理作用的不斷深入研究，發(fā)現(xiàn)其不僅可以作為局麻藥，而且在臨床其他學(xué)科也有著廣泛應(yīng)用，如支氣管哮喘、腹型過敏性紫癜、大咳血、瘙癢癥、神經(jīng)官能癥、胃腸絞痛等。此外，普魯卡因在肝癌、胃癌、結(jié)腸癌、白血病等癌癥治療中也取得了一定的療效［2］。

目前，普魯卡因的制備方法主要有對硝基苯甲酰氯法、氯代乙酯法、直接酯化法、苯佐卡因法［3-4］。其中，苯佐卡因法較為成熟，此法生產(chǎn)周期短，原料易得。該方法中，硝基的還原步驟使用Fe／HCl還原體系，還原后的苯佐卡因不溶于水，與鐵泥難以分離，往往需用有機(jī)溶劑提取分離，后處理繁瑣且還原收率低，有待改進(jìn)。

Fe3O4磁性納米粒在生物醫(yī)藥、材料、有機(jī)合成等領(lǐng)域得到較廣泛應(yīng)用［5-9］。2011年，Seyoung Kim等報道了超順磁Fe3O4納米粒催化水合肼還原芳硝基化合物［10］。與傳統(tǒng)的Fe／HCl還原體系相比，該方法使用易回收的超順磁Fe3O4納米粒為催化劑，避免了大量鐵泥固體廢物的產(chǎn)生，簡化了后處理過程，且避免了強(qiáng)酸的使用，僅生成無害的副產(chǎn)物如氮?dú)夂退?0］，還原方法環(huán)保高效。本研究將該方法應(yīng)用到普魯卡因的合成中，可提高藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普魯卡因制備的成功率，并且避免了大量固體廢物的產(chǎn)生，環(huán)保高效，有望應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

此外，本文還對酯交換方法中其他步驟進(jìn)行了優(yōu)化。為避免試劑對設(shè)備的腐蝕、減少副反應(yīng)，在酯化反應(yīng)制備對硝基苯甲酸乙酯步驟采用對甲苯磺酸（PTSA）代替濃硫酸，其不引起氧化、結(jié)炭等副反應(yīng)，所得產(chǎn)物純度高、顏色淺［11］。在酯交換反應(yīng)中，向反應(yīng)體系中通入惰性氣體，將生成的乙醇蒸汽吹出體系的方式推動反應(yīng)正向進(jìn)行，取代了傳統(tǒng)合成方法中采用的減壓蒸餾方法，此法簡化了實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

1 實(shí)驗(yàn)部分

改進(jìn)后的酯交換法制備普魯卡因可分為酯化反應(yīng)、還原反應(yīng)、酯交換反應(yīng)3個反應(yīng)步驟。合成路線見圖1。

圖1 改進(jìn)后普魯卡因的合成路線示意圖

1.1 儀器與試劑

儀器：核磁共振波譜儀（500 MHz，Bruker）；ZF-I型三用紫外分析儀（上海寶山顧村電光儀器廠）；加熱磁力攪拌油浴鍋（河南予華儀器有限公司）；薄層色譜（HSGF254，煙臺江友硅膠開發(fā)有限公司）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（N1300，上海愛朗儀器有限公司）；電子天平（FA2204C，上海天美天平儀器有限公司）；熔點(diǎn)儀WRR（上海精科物光儀電物光）。

試劑：對硝基苯甲酸（上海阿拉丁生化科技股份有限公司），對甲苯磺酸一水合物（Adamas，上海泰坦科技股份有限公司），乙醇（重慶川東化工（集團(tuán)）有限公司），F(xiàn)eCl2·4H2O（北京伊諾凱科技有限公司），F(xiàn)eCl3·6H2O（阿法埃莎（中國）化學(xué)有限公司），NH4OH（25%～28%水溶液，重慶川東化工（集團(tuán)）有限公司），水合肼（80%，Adamas，上海泰坦科技股份有限公司），二乙氨基乙醇（Adamas，上海泰坦科技股份有限公司），叔丁醇鉀（阿法埃莎（中國）化學(xué)有限公司），甲醇鈉（薩恩化學(xué)技術(shù)（上海）有限公司）。

1.2 對硝基苯甲酸乙酯的合成

稱取對硝基苯甲酸（1.67 g，10 mmol）、對甲苯磺酸一水合物（0.38 g，2 mmol）和乙醇（1.75 mL，3當(dāng)量），依次加入到25 mL單頸圓底燒瓶中，置于油浴中鍋，磁力攪拌下，外溫90℃下回流反應(yīng)6 h。以薄層色譜法（TLC）監(jiān)測反應(yīng)進(jìn)程。反應(yīng)結(jié)束，待反應(yīng)液稍冷，將其倒入盛有10 mL水的燒杯中，攪拌1 min，抽濾。將濾餅轉(zhuǎn)移至10 mL、5%的碳酸鈉溶液中攪拌5 min，抽濾，用少量水洗滌濾餅，室溫真空干燥，得到白色固體1.80 g，測定熔點(diǎn)56.4～57.5℃（文獻(xiàn)值57℃［12］），產(chǎn)率為92.2%。

1.3 對氨基苯甲酸乙酯的合成

1.3.1 Fe3O4磁珠的制備

采用共沉淀法制備超順磁Fe3O4納米粒［13］。將FeCl2·4H2O（0.86 g）和FeCl3·6H2O（2.36 g）在氮?dú)獗Ｗo(hù)下溶解于40 mL去離子水中，劇烈攪拌。當(dāng)溶液加熱到80℃時，加入NH4OH（5 mL，w%為25%～28%），在該溫度下持續(xù)劇烈攪拌30 min。待反應(yīng)完成后，將懸浮液冷卻至室溫，用去離子水洗滌，排水分離得到Fe3O4納米粒，抽真空干燥，得到超順磁Fe3O4納米粒1.08 g。

1.3.2 對硝基苯甲酸乙酯的還原

稱取Fe3O4（46 mg，0.2 mmol）置于25 mL單頸圓底燒瓶中，加入乙醇（6 mL），在氬氣保護(hù)下超聲處理2 min。超聲處理完畢，加入對硝基苯甲酸乙酯（0.195 g，l mmol）和水合肼（0.125 mL，2.5當(dāng)量）。該混合物在氬氣保護(hù)下，油浴鍋中，80℃回流攪拌反應(yīng)1 h，以TLC（石油醚∶乙酸乙酯＝5∶1）監(jiān)測反應(yīng)進(jìn)程。待反應(yīng)結(jié)束后，利用外加磁場收集Fe3O4，將混合物液體轉(zhuǎn)移至另一個干燥的單頸瓶中，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，真空干燥，得白色固體結(jié)晶0.163 g，測定熔點(diǎn)89.0～90.4℃（文獻(xiàn)值89～90℃［14］），產(chǎn)率98.8%。1H NMR（500 MHz，CDCl3）δ7.84（d，J＝8.3 Hz，2 H），6.61（d，J＝8.3 Hz，2 H），4.30（q，J＝7.1 Hz，2 H），4.15（s，2 H），1.34（t，J＝7.1 Hz，3 H），如圖2所示。

圖2 還原產(chǎn)物的1 H NMR

1.4 普魯卡因的合成

向25 mL雙口圓底燒瓶中，加入對氨基苯甲酸乙酯（0.33 g，2 mmol）和二乙氨基乙醇（2 mL，15 mmol），通氬氣，油浴升溫至35℃將固體完全溶解后停止加熱。向反應(yīng)混合液中加入叔丁醇鉀（0.067 g，0.6 mmol，30 mol%），油浴鍋升溫至90℃，在磁力攪拌下反應(yīng)9 h，以TLC（石油醚∶乙酸乙酯∶三乙胺＝25∶25∶1）監(jiān)測反應(yīng)進(jìn)程。待反應(yīng)結(jié)束后，以水（10 mL）和乙酸乙酯（5 mL×2）進(jìn)行萃取，合并有機(jī)相。采用10%的HCl溶液（5 mL×2）對有機(jī)相進(jìn)行反萃取，合并酸性水層。向酸性混合液中滴加20%的NaOH溶液至pH＝12，攪拌析出普魯卡因。待固體析出完全，抽濾，濾餅用水洗滌，干燥稱重，得淺黃白色固體結(jié)晶0.407 g，測定熔點(diǎn)48.6～50.8℃（文獻(xiàn)值51℃［15］，普魯卡因二水合物），產(chǎn)率74.8%。1H NMR（500 MHz，CDCl3）δ8.14（d，J＝8.4 Hz，2 H），6.92（d，J＝8.4 Hz，2 H），4.64（t，J＝6.2 Hz，2 H），4.51（s，2 H），3.14（t，J＝6.2 Hz，2 H），2.93（q，J＝7.1 Hz，4 H），1.37（t，J＝7.2 Hz，6 H），如圖3所示。

圖3 普魯卡因的1 H NMR

2 結(jié)果與討論

2.1 對硝基苯甲酸乙酯合成條件的探索

為優(yōu)化反應(yīng)條件，著重考察了原料配比、催化劑用量、反應(yīng)溫度等條件變化對反應(yīng)收率的影響（表1）。在沒有催化劑的情況下，乙醇和對硝基苯甲酸酯化合成對硝基苯甲酸乙酯的產(chǎn)率極低（序號6），對甲苯磺酸能顯著提高酯的生成產(chǎn)率。當(dāng)乙醇的用量從1.5個當(dāng)量增加到3.0個當(dāng)量時，產(chǎn)率得到了顯著提高，繼續(xù)增加乙醇的用量，酯化反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)率并沒有提高，且隨著乙醇用量的增加，酯化產(chǎn)率卻緩緩下降（表1，序號1-5）。隨后，考察了催化劑PTSA的當(dāng)量對產(chǎn)率的影響，當(dāng)催化劑用量為5 mol%時，反應(yīng)進(jìn)行速度非常緩慢，6小時后仍可明顯觀察到大量剩余的對硝基苯甲酸固體原料（表1，序號7），增加催化劑當(dāng)量到20 mol%可使產(chǎn)率提高到90%以上。嘗試將反應(yīng)放大到0.1 mol仍能達(dá)到89.3%產(chǎn)率（表1，序號13）。

表1 酯化反應(yīng)條件

2.2 Fe3O4催化還原反應(yīng)條件優(yōu)化

磁性可分離催化劑是一種非常有吸引力的非均相催化劑，因其表現(xiàn)出良好的分散性，并且在反應(yīng)后易于回收利用，受到廣泛的關(guān)注。為獲得最佳的Fe3O4磁珠催化對硝基苯甲酸乙酯還原合成對氨基苯甲酸乙酯的反應(yīng)條件，本研究對催化劑用量、反應(yīng)溫度和原料配比等影響產(chǎn)率的關(guān)鍵因素進(jìn)行考察（表2）。結(jié)果表明：使用1.5當(dāng)量的水合肼時，反應(yīng)重復(fù)性不好，容易出現(xiàn)還原不完全的現(xiàn)象。當(dāng)水合肼用量增至2.5當(dāng)量時，不再出現(xiàn)還原不完全的現(xiàn)象（表2，序號1-6），產(chǎn)率能夠維持95%以上且重復(fù)性好。反應(yīng)溫度為40℃，反應(yīng)在氫源足夠的情況下能完成，但反應(yīng)速度較慢。80℃回流反應(yīng)可縮短反應(yīng)時間（表2，序號7）。催化劑當(dāng)量由20 mol%降低到5 mol%，適當(dāng)延長反應(yīng)時間，仍能得到96%的產(chǎn)率（表2，序號8和9）。將反應(yīng)放大到0.05 mol級，使用20 mol%的Fe3O4磁珠或回收的Fe3O4磁珠都能實(shí)現(xiàn)91.2%產(chǎn)率（表2，序號11、12）。

表2 還原反應(yīng)條件

該方法后處理簡單，在Fe3O4磁珠催化硝基還原的反應(yīng)完成后，可通過外加磁場收集催化劑，剩余溶液則可倒入另一個干凈的容器內(nèi)（圖4），除去溶劑得到產(chǎn)物。分離回收的催化劑用乙醇洗滌，再用于下一次反應(yīng)，可非常簡便地實(shí)現(xiàn)催化劑的回收再利用。

圖4 Fe3 O4催化劑在反應(yīng)后的磁分離容器

此外，在優(yōu)化的反應(yīng)條件下（20 mol%的Fe3O4，2.5當(dāng)量水合肼，6 mL乙醇，80℃外溫），考察了Fe3O4催化劑的回收循環(huán)能力。第1次反應(yīng)完成后，將催化劑用外磁鐵吸附，反應(yīng)液從反應(yīng)容器中轉(zhuǎn)移，剩余的留在反應(yīng)容器中的催化劑用少量乙醇洗滌后，隨即用于下一次循環(huán)反應(yīng)。如表3所示，20 mol%的Fe3O4催化劑被使用時，反應(yīng)均在一個小時內(nèi)完成，且到第10個循環(huán)仍保持良好的催化活性。

表3 Fe3 O4催化劑回收套用試驗(yàn)的產(chǎn)率

2.3 酯交換反應(yīng)條件的優(yōu)化

在酯交換反應(yīng)中，主要考察了堿性催化劑叔丁醇鉀的用量對反應(yīng)的影響（表4）。結(jié)果表明，叔丁醇鉀的用量需要20 mol%才能達(dá)到較好的催化效果（表4，序號1-3）。但隨著叔丁醇鉀用量的增加，反應(yīng)產(chǎn)率并不隨叔丁醇鉀的增加而增加（表4，序號4）。將催化劑叔丁醇鉀換成甲醇鈉，催化效果明顯降低，當(dāng)使用50 mol%甲醇鈉作為催化劑時，僅得到27.9%的產(chǎn)率（表4，序號5）。酯交換反應(yīng)為可逆反應(yīng)，往往會搭建減壓蒸餾裝置（圖5）將生成的乙醇蒸出，以促進(jìn)反應(yīng)正向進(jìn)行。然而，該裝置的搭建過于繁瑣，也具有一定的危險性。因此，改進(jìn)了反應(yīng)裝置，通過針頭將預(yù)先充有氬氣（或氮?dú)猓┑臍馇蜻B接到反應(yīng)裝置中，并將氬氣充入反應(yīng)體系中，同時，使用另一個針頭將反應(yīng)體系與大氣連通，利用氣球的氣壓將生成的乙醇從反應(yīng)體系中不斷排出，以達(dá)到簡化實(shí)驗(yàn)裝置的同時又能促進(jìn)反應(yīng)正向進(jìn)行的目的。

表4 催化劑用量對酯交換反應(yīng)產(chǎn)率的影響

圖5 酯交換反應(yīng)用的減壓蒸餾裝置

3 結(jié)論

1）使用對甲苯磺酸催化乙醇與對硝基苯甲酸酯化合成對硝基苯甲酸乙酯，副反應(yīng)少、產(chǎn)率高、產(chǎn)品顏色淺，僅使用20 mol%的用量即可達(dá)到良好的催化效果。

2）使用Fe3O4磁珠-水合肼體系替代傳統(tǒng)的Fe／HCl體系還原對硝基苯甲酸乙酯，可以避免大量固體鐵泥廢物的產(chǎn)生，簡化分離步驟，且催化劑易通過外加磁鐵分離，副產(chǎn)物僅為氮?dú)夂退?，綠色環(huán)保，操作簡單。

3）在酯交換步驟中，改變實(shí)驗(yàn)裝置，利用惰性氣體吹出生成的乙醇，促進(jìn)反應(yīng)正向進(jìn)行，以強(qiáng)堿性的叔丁醇鉀為催化劑，裝置簡單，收率較高。

綜上，本文中提出的方法具有反應(yīng)條件溫和、催化劑可重復(fù)利用、環(huán)保經(jīng)濟(jì)、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，使得普魯卡因的制備在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中成功率更高，本課題組將進(jìn)一步探索其用于工業(yè)生產(chǎn)的可能性。