程 偉, 張向龍, 趙雷振, 范亞鋒, 油天鈺, 袁文鵬*
(1. 齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院) 山東省科學(xué)院菏澤分院 山東省生物工程技術(shù)創(chuàng)新中心,山東 菏澤 274000; 2. 山東友幫生化科技有限公司 山東省小分子雜環(huán)化合物工程實(shí)驗(yàn)室,山東 菏澤 274000)
噠嗪類化合物是一類重要的雜環(huán)化合物,在醫(yī)藥[1-3]、農(nóng)藥[4-5]、光電材料[6-7]等領(lǐng)域得到了大量使用,具有較高的應(yīng)用價(jià)值。咪唑并[1,2-b]噠嗪衍生物是噠嗪類化合物中生物活性較強(qiáng)的一類,廣泛應(yīng)用于抗菌藥物[8-9]、抗炎藥物[10]、抗寄生蟲藥物[11-12]、抗癌藥物[13-15]以及治療帕金森疾病藥物[16-17]的研發(fā)與生產(chǎn)。
6-鹵代咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸是一種重要的抗癌新藥中間體,在白細(xì)胞介素-1受體相關(guān)激酶4(IRAK4)抑制劑[13]、原肌球蛋白受體激酶(TRK)抑制劑[18-21]、異源二聚細(xì)胞因子(IL-2)抑制劑[22]、蛋白激酶(PRK)調(diào)節(jié)劑[23]、溴結(jié)構(gòu)域蛋白(CBP/EP300)抑制劑[24]、間變性淋巴瘤激酶(ALK)抑制劑[25-26]等抗癌新藥的開發(fā)工作中表現(xiàn)出優(yōu)異的生物活性,已有多個(gè)相關(guān)藥物進(jìn)入臨床二期、三期實(shí)驗(yàn),腫瘤抑制效果顯著,具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值[27]。
目前,文獻(xiàn)報(bào)道的6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸的合成方法主要有兩種:Bi等[13]以6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲醛為原料,經(jīng)亞氯酸鈉氧化過夜制備6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸。該方法原材料價(jià)格昂貴,需要柱層析純化,且單步收率只有67%,不適合工業(yè)化放大。Liu等[28]先用甲酸乙酯和氯乙酸乙酯在乙醇鈉催化下反應(yīng)3 d合成2-氯-2-甲酰乙酯,再與3-氨基-6-氯噠嗪反應(yīng)制備6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸乙酯,再經(jīng)過氫氧化鈉水解共3步制備6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸。該方法反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),中間體2-氯-2-甲酰乙酯性質(zhì)不穩(wěn)定且收率低,反應(yīng)過程操作復(fù)雜不易放大生產(chǎn),且總收率不到40%,難以大規(guī)模推廣。6-溴咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸的合成方法目前尚無文獻(xiàn)報(bào)道,具有較高的研究?jī)r(jià)值。
本文提供了一種6-溴咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸的合成新方法,以水合肼和馬來酸酐為起始原料,經(jīng)縮合、溴化、氨解、亞胺化、關(guān)環(huán)縮合、水解反應(yīng)共6步反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物(Scheme 1)。該方法具有原料易得、成本低廉、操作簡(jiǎn)單和收率較高等優(yōu)點(diǎn)。
Scheme 1
YRT-3型熔點(diǎn)儀;Bruker AV-III-400 MHz型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑,TMS 為內(nèi)標(biāo));Avatar 370型紅外光譜儀(KBr壓片);Vario EL型元素分析儀;LC-16型液相色譜儀測(cè)定。
所用試劑均為分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。
(1) 3,6-二羥基噠嗪(2)的合成
將水合肼145 g(2.32 mol)和1 L水加入到反應(yīng)瓶中,控溫不高于10 ℃,滴加濃鹽酸228 g(2.32 mol),滴畢,分四批加入順丁烯二酸酐(1)196 g(2.00 mol),升溫至回流,反應(yīng)4 h。降溫至室溫,有大量固體析出,抽濾,濾餅用200 mL水洗滌,于55 ℃真空干燥得215 g化合物2,白色固體,收率95.9%,純度99.2%[HPLC 歸一化法:色譜柱為Agilent Eclipse Plus C18 柱(4.6 mm×250 mm,5 μm),流動(dòng)相A為純化水,流動(dòng)相B為甲醇,梯度洗脫條件:0~2 min, A: 60%; 2~8 min, A: 50%; 8~20 min, A: 30%; 檢測(cè)波長(zhǎng)254 nm,柱溫30 ℃,流速1.0 mL/min,進(jìn)樣量20 μL,下同]; m.p.298~300 ℃;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 7.01(s, 2H, H-2, H-3), 11.56(s, 2H, -OH) ;13C NMR (DMSO-d6, 100 MHz)δ: 130.8, 156.8; IRν: 3086, 2963, 1660, 1552, 1411, 1275, 1011, 899, 845, 813 cm-1; Anal. calcd for C4H4N2O2: C 42.86, H 3.60, N 24.99, found C 42.82, H 3.69, N 24.93。
(2) 3,6-二溴噠嗪(3)的合成
稱取化合物2112 g(1.00 mol)加入1.5 L甲苯中,攪拌使其混合均勻;分三批加入三溴氧磷630 g(2.20 mol),升溫至100 ℃,反應(yīng)5 h。將反應(yīng)液緩慢倒入3 L冰水中,充分?jǐn)嚢?,控溫不高?0 ℃,用碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH至中性,用二氯甲烷(2×500 mL)萃取,合并有機(jī)相,依次用水(2×300 mL)和飽和食鹽水(2×200 mL)洗滌,減壓蒸除溶劑得粗品,用正己烷重結(jié)晶得淡黃色固體3195 g,收率82.2%,純度98.7%; m.p.115~116 ℃;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 8.01(s, 2H, H-2, H-3);13C NMR(DMSO-d6, 100 MHz)δ: 134.9, 148.4; IRν: 3414, 3093, 1545, 1387, 1157, 1110, 852, 754 cm-1; Anal. calcd for C4H2N2Br2: C 20.20, H 0.85, N 11.78, found C 20.23, H 0.87, N 11.81。
(3) 3-氨基-6-溴噠嗪(4)的合成
將化合物3464 g(1.95 mol)加入裝有氨水(25%)1.05 L(13.62 mol)的3 L高壓釜中,通氮?dú)庵脫Q空氣兩次,氮?dú)獬鋲?.0 MPa,攪拌并升溫至100 ℃,反應(yīng)7 h。于室溫?cái)嚢? h,過濾,濾餅用水(2×200 mL)洗滌,于55 ℃真空干燥得淡黃色固體4290 g,收率85.7%,純度98.2%; m.p.192~194 ℃;1HNMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 6.63(s, 2H, -NH2), 6.76(s, 1H, H-2), 7.42(s, 1H, H-3);13C NMR(DMSO-d6, 100 MHz)δ: 118.0, 132.4, 136.0, 160.8; IRν: 3152, 1641, 1593, 1452, 1146, 1051, 834, 647 cm-1; Anal. calcd for C4H4N3Br: C 27.61, H 2.32, N 24.15, found C 27.58, H 2.35, N 24.21。
(4)N′-(6-溴噠嗪-3-基)-N,N-二甲基甲脒(5)的合成
將化合物450 g(0.29 mol)分兩次加入到N,N-二甲基甲酰胺二甲基縮醛350 g(2.89 mol)中,升溫至90 ℃,反應(yīng)5 h。減壓濃縮至無液體流出,殘余物加入150 mL甲醇,降溫至-7 ℃攪拌2 h,有大量固體析出,抽濾,濾餅于-7 ℃用凍甲醇(2×50 mL)淋洗,烘干得白色固體560.2 g,收率91.3%,純度98.4%; m.p.115~117 ℃;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 3.01(s, 3H, -CH3), 3.13(s, 3H, -CH3), 7.05(s, 1H, H-2), 7.66(s, 1H, H-3), 8.21(s, 1H, -N=CH-);13C NMR(DMSO-d6, 100 MHz)δ: 34.8, 40.7, 125.8, 132.9, 141.4, 155.9, 163.9; IRν: 3068, 2909, 1625, 1562, 1383, 1114, 1062, 983, 858 cm-1; Anal. calcd for C7H9N4Br: C 36.70, H 3.96, N 24.46, found C 36.77, H 3.92, N 24.51。
(5) 6-溴咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸乙酯(6)的合成
稱取化合物550 g(0.22 mol)加入到裝有500 mL DMF的1 L反應(yīng)瓶中,滴加溴乙酸乙酯54.6 g(0.33 mol),滴畢,加入碘化鉀1.8 g(11 mmol),升溫至90 ℃,反應(yīng)8 h,降溫至室溫,加入1.5 L水?dāng)嚢?0 min,有大量固體析出,抽濾,濾餅用水(2×200 mL)洗滌,乙酸乙酯重結(jié)晶得淡黃色固體652.1 g,收率87.7%,純度97.9%; m.p.74~76 ℃;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 1.28(t,J=7.1 Hz, 3H, -CH3), 4.31(q,J=7.2 Hz, 2H, -CH2-), 8.01(d,J=9.6 Hz, 1H, H-3), 8.10(d,J=9.6 Hz, 1H, H-2), 8.67(s, 1H, H-8);13CNMR(DMSO-d6, 100 MHz)δ: 13.5, 63.5, 125.8, 126.5, 136.2, 139.4, 158.1, 159.1, 168.0; IRν: 3105, 2978, 1723, 1514, 1435, 1343, 1265, 1188, 1048, 822, 760 cm-1; Anal. calcd for C9H8N3O2Br: C 40.02, H 2.99, N 15.56, found C 39.97, H 3.02, N 15.53。
(6) 6-溴咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸(7)的合成
將化合物635 g(0.13 mol)加入到200 mL水中,攪拌使其混合均勻;加入氫氧化鈉13 g(0.33 mol),反應(yīng)8 h。用10 %稀鹽酸調(diào)pH至中性,有大量固體析出,抽濾,濾餅用水(2×200 mL)洗滌,于55 ℃真空干燥得類白色固體730.2 g,收率96.1%,純度99.1%; m.p.215~217 ℃;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 7.64(d,J=9.6 Hz, 1H, H-3), 8.22(d,J=9.5 Hz, 1H, H-2), 8.31(s, 1H, H-8), 13.01(s, 1H, -COOH);13C NMR(DMSO-d6, 100 MHz)δ:120.7, 125.0, 128.2, 138.5, 140.8, 141.2, 159.5; IRν: 3433, 3097, 1705, 1528, 1438, 1358, 1274, 1161, 1105, 832, 764 cm-1; Anal. calcd for C7H4N3O2Br: C 34.74, H 1.67, N 17.36, found C 34.77, H 1.70, N 17.31。
化合物3的合成為溴化反應(yīng),選擇三溴氧磷為溴化試劑,研究發(fā)現(xiàn)溴化試劑三溴氧磷的用量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大。在確定反應(yīng)溫度100 ℃反應(yīng)5 h的條件下,考察了三溴氧磷的用量對(duì)化合物3收率的影響,反應(yīng)結(jié)果見表1。由表1中可以看出,三溴氧磷用量為化合物2的1.1倍時(shí),收率達(dá)到最高。繼續(xù)增加三溴氧磷的用量,會(huì)造成產(chǎn)物的分解,目標(biāo)產(chǎn)物收率降低,所以選擇n(POBr3)/n(化合物2)=1.1/1時(shí)為最優(yōu)比例。
表1 三溴氧磷用量對(duì)收率和純度的影響
化合物4的合成為氨解反應(yīng),本實(shí)驗(yàn)選取25%的氨水作為氨解試劑,該反應(yīng)具有一定的選擇性,氨水的用量和反應(yīng)壓力是該反應(yīng)的主要影響因素。在確定氮?dú)獬鋲?.0 MPa,反應(yīng)溫度100 ℃反應(yīng)7 h的條件下,考察氨水與原料的投料比對(duì)化合物4的收率影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可以看出,氨水量較少時(shí)反應(yīng)不容易發(fā)生,表現(xiàn)為產(chǎn)品產(chǎn)率低;隨著氨水的用量增加,產(chǎn)率不斷提高。當(dāng)氨水的用量為化合物3的3.5倍時(shí),反應(yīng)產(chǎn)率達(dá)到為85.7%,再增加氨水的用量,反應(yīng)產(chǎn)率增長(zhǎng)幅度不大,且容易造成物料浪費(fèi),因此選擇原料摩爾配比為:n(氨水)/n(化合物3)=3.5/1。
表2 氨水用量對(duì)收率和純度的影響
在實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn),加大壓力有利于氨解反應(yīng)的進(jìn)行。在確定反應(yīng)溫度100 ℃反應(yīng)7 h的條件下,考察了不同的反應(yīng)壓力對(duì)化合物4收率的影響,結(jié)果見表3。
表3 反應(yīng)壓力對(duì)收率影響
由表3可以看出,化合物4的收率隨著壓力的上升而不斷增加。當(dāng)壓力為1.0 MPa時(shí),反應(yīng)收率最高,壓力高于1.0 MPa時(shí)反應(yīng)收率上升幅度不大,并隨著反應(yīng)壓力增加對(duì)反應(yīng)設(shè)備要求也會(huì)越高,反應(yīng)操作難度加大,因此選擇反應(yīng)壓力為1.0 MPa。
合成化合物6的反應(yīng)為關(guān)環(huán)縮合反應(yīng),選用溴乙酸乙酯作為縮合試劑,碘化鉀作為催化劑。反應(yīng)過程通過結(jié)晶純化高收率制得化合物6,避免了柱層析純化,有利于工業(yè)化生產(chǎn)。本實(shí)驗(yàn)在確定反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間的情況下,考察了溴乙酸乙酯用量對(duì)化合物6反應(yīng)收率的影響,結(jié)果見表4。
表4 溴乙酸乙酯用量對(duì)收率和純度影響
由表4可以看出,溴乙酸乙酯的用量較少時(shí)反應(yīng)不容易發(fā)生,表現(xiàn)為產(chǎn)品收率低;隨著溴乙酸乙酯的用量增加,收率不斷提高。當(dāng)溴乙酸乙酯的用量為化合物5的1.5倍時(shí),反應(yīng)收率達(dá)到為87.7%;再增加溴乙酸乙酯的用量,反應(yīng)收率增長(zhǎng)幅度不大,且反應(yīng)體系顏色變深,得到的產(chǎn)品結(jié)晶發(fā)粘,顏色較深,因此選擇溴乙酸乙酯用量為:n(溴乙酸乙酯)/n(5)=1.5/1。
本實(shí)驗(yàn)還考察了結(jié)晶溶劑對(duì)反應(yīng)收率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。由表5可以看出,以乙酸乙酯作為結(jié)晶溶劑,化合物6的收率最高,并且產(chǎn)品顏色為淡黃色固體。以二氯甲烷為結(jié)晶溶劑,產(chǎn)品母液損失較多,造成收率下降;用乙醇作溶劑時(shí),析出固體發(fā)粘,顏色為褐色,收率也低。用正己烷作為結(jié)晶溶劑,需要溶劑量大,產(chǎn)品收率和純度都較低。綜上,選用乙酸乙酯為化合物6的結(jié)晶溶劑。
表5 結(jié)晶溶劑對(duì)收率和純度影響
報(bào)道了一種6-溴咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸的合成新方法。以水合肼和馬來酸酐為起始原料,在鹽酸催化下發(fā)生縮合反應(yīng),再與三溴氧磷進(jìn)行溴代,與氨水發(fā)生氨解反應(yīng),再與N,N-二甲基甲酰胺二甲基縮醛進(jìn)行亞胺化反應(yīng),與溴乙酸乙酯縮合成環(huán),最后發(fā)生堿水解共6步反應(yīng)合成了目標(biāo)產(chǎn)物6-溴咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸,總收率52.0%。該合成方法路線新穎、成本低廉、操作簡(jiǎn)單、收率高、中間反應(yīng)過程采用結(jié)晶純化,更適合工業(yè)化放大生產(chǎn)。