《武汉工程大学学报》  2018年03期 243-249   出版日期：2018-06-26   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ

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阿拉莫林中间体的合成及表征


2014欧洲ESMO消息报道，考虑到有效的医疗需求［1］，新药阿拉莫林有望是第一款可有效改善患有癌症厌食症和恶病质患者的治疗方案［2］。癌症恶病质（cancer cachexia，CC）是一组以脂肪、肌肉组织丢失和进行性营养状况恶化为特征的症候群［3］，50%～90%的恶性肿瘤患者死亡前会出现厌食与恶病质［4］。因此，癌症恶病质辅助治疗逐渐引起了关注［5-7］。阿拉莫林（Anamorelin其结构如图1（a）是一种新颖的、模仿和促生长激素分泌并且口服有效的非肽类受体激动剂［8］。它与口服活性生长素结合［9］，刺激生长激素受体激动剂—胃饥饿素的释放［10］，在下丘脑的弓形细胞核［11］中激活神经肽Y神经元［12］来增加食欲［13］，同时抑制与厌食有关的炎症因子［14］以此阻断了引起厌食症的因素。基于这些特性，阿拉莫林［15］在临床上服用后取得了较好的疗效［16］和安全性［17］。阿拉莫林作为一种胃饥饿素受体激动药物，最初由诺和诺德制药有限公司研发并提交上市申请［18］，目前授权给日本小野株式会社和 Helsinn 公司合作开发阶段，具有很好的应用前景［19］。（R）-1-叔丁氧羰基-3-苄基-3-甲酸哌啶（其结构如图1（b）是阿拉莫林的重要合成原料，是一种重要的手性物质［20］医药中间体。手性是自然界中最重要的属性之一［21］，直接关系到药物的药理作用、临床效果、毒副作用、药效发挥及药效时间等［22-23］。正是由于药物和其受体之间的这种立体选择性作用，寻找有效的分离手段，得到高光学纯度的物质变得越来越重要［24］。大量手性药物是以外消旋体的形式存在，所以对手性药物的拆分、分离、提取成了研究的焦点［25］。本文选用了R-（+）-[α]-甲基苄胺替代了传统的D-酒石酸，D-酒石酸虽有一定的拆分效果，但是达不到完全拆分开两个异构体的目的，且拆分效果比较差，需经过多次拆分才能得到纯度和光学性质都比较好的产品［26~27］。目前，合成（R）-1-叔丁氧羰基-3-苄基-3-甲酸哌啶的工艺路线主要是以3-哌啶甲酸为原料，经氯化亚砜酯化后，再与二碳酸二叔丁酯发生加成反应，经二异丙基胺基锂还原后再次与溴化苄发生加成反应，然后脱叔丁氧羰基与D-酒石酸制成共同体系被拆分得到的R型构体后再次与二碳酸二叔丁酯发生加成反应制得。此过程冗杂繁琐、产率较低，经过了两次二碳酸二叔丁酯加成反应，并且经拆分后的手性物质，参加后面的反应过程易发生外消旋化。另外，D-酒石酸有一定的拆分效果，但是达不到完全拆分开两个异构体的目的，其拆分效果比较差，需经过多次拆分才能得到纯度和光学性质都比较好的产品。本文提供一种（R）-1-叔丁氧羰基-3-苄基-3-甲酸哌啶［（R）-1-tert-butyl oxycarbonyl-3-benzyl -3-formate piperidine，RBPA］的合成及手性拆分方法［26~27］，合成路线如图1（c），可克服现有技术存在的缺陷。1　实验部分1.1　试剂与仪器3-哌啶甲酸（3-piperidine ethyl formate，NPA）；乙醇（ethanol，EtOH）；二氯亚砜；二碳酸二叔丁酯［di-tert-butyl pyrocarbonate，（Boc）2O］；乙酸乙酯（Ethyl acetate，EA）；石油醚（petroleum ether，PE）；甲醇（methanol，MeOH）；二氯甲烷（methylene chloride，DCM）；三乙胺（triethylamine，Et3N）；碳酸氢钠（sodium bicarbonate，NaHCO3）；碳酸钠（sodium bicarbonate，Na2CO3）；氯化钠（Sodium chloride，NaCl）；无水硫酸钠；四氢呋喃（Tetrahydrofuran，THF）；正丁基锂；二异丙胺；干冰；溴化苄（Benzyl bromide，BBD）；氯化铵；（R）-（+）-[α]-甲基苄胺；正己烷；硫酸氢钠（Sodium bisulfate，NaHSO4）；氢氧化锂水合物（Lithium hydroxide hydrate，LiOH·H2O）。所用溶剂及试剂均为化学纯或分析纯，其中THF经金属钠回流重蒸处理，DCM经无水硫酸钠干燥处理。RY-1熔点仪（天津市天分分析仪器厂）；旋转蒸发仪（上海亚荣生仪器厂）；循环水式多用真空泵SHB-ⅢA（上海豫康科教仪器设备有限公司）；DF-102S集热式恒温加热磁力搅拌器（巩义市予华仪器有限责任公司）；JJ-1精密增力电动搅拌器，（金坛市城西峥嵘实验仪器厂）；85-2恒温磁力搅拌器（金坛市盛蓝仪器制造有限公司）；CGA-20低温冷却循环泵（巩义市予华仪器有限责任公司）；101-3AB型电热鼓风干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）；2XZ（S）-4型旋片式真空泵（上海德英真空照明设备有限公司）；电子万用炉（北京市永光明医疗仪器有限公司）；JA50038电子天平（上海越平科学仪器有限公司）；HK3300超声波清洗器（上海科导超声仪器有限公司）；ZF-20C暗箱式紫外分析仪（上海宝山顾村电光仪器厂）。1.2　目标化合物的合成1.2.1　3-哌啶甲酸乙酯的合成　向500 mL三口烧瓶中加入51.6 g（0.4 mol）NPA和205 mL EtOH，控制温度向其中缓慢滴入71.4 g（0.6 mol）氯化亚砜，待温度不变后85 ℃回流反应3 h～5 h。薄层色谱检测反应进程［展开剂以V（二氯甲烷）∶V（甲醇）=5∶1］至反应完成，脱溶，加入205 mL EtOH再次脱溶。最后将所得有机相置于室温下冷却结晶得3-哌啶甲酸乙酯（3-piperidine ethyl formate，ENT）白色固体71.8 g，产率为92.78%。1.2.2　1-叔丁氧羰基-3-甲酸乙酯哌啶的合成　向2 L三口烧瓶中加入134.8 g（0.94 mol）ENT、 298.9 g Na2CO3（2.82 mol）和600 mL EtOH，搅拌使其溶解并混合均匀。控制溶液温度在30 ℃以下，向其中慢慢滴加226.1 g（1.03 mol）的（Boc）2O，室温下搅拌过夜，然后继续反应5 h～7 h。薄层色谱检测反应进程［展开剂：V（PE）∶V（EA）=10∶1）］至反应完成，向溶液中加入650 mL EA进行稀释。将烧瓶置于冰盐浴中控制溶液温度在20 ℃以下，向溶液中加入适量浓盐酸调节pH至6～7后，有机相用体积比为3∶2的饱和NaHCO3和NaCl混合溶液萃取两次，得到的有机相用无水硫酸钠干燥，然后脱溶，向其中加入15 mL~20 mL PE，自然晾干，得1-叔丁氧羰基-3-甲酸乙酯哌啶（1-tert-butoxicarbonyl-3-ethyl formate piperidine，TPF）粗品240 g，产率为95%。1.2.3　1-叔丁氧羰基-3-苄基-3-甲酸乙酯哌啶的合成　向500 mL三口烧瓶中加入27.4 g（0.28 mmol）二异丙胺、16 g（0.25 mol）正丁基锂、160 mL THF，搅拌使其溶解并混合均匀。采用干冰EtOH控制溶液的温度在-60 ℃以下，以保持碳负离子的活性，温度过高，碳负离子会有迁移，在搅拌反应30 min后，慢慢滴入64 g（0.25 mol）TPF，再次搅拌反应30 min后，慢慢滴加42.75 g（0.25 mol）BBD，反应30 min后缓慢升至室温，继续搅拌反应过夜。薄层色谱检测至反应完全［展开剂：V（PE）∶V（EA）=10∶1］，向溶液中加入180 mL饱和NH4Cl溶液淬灭，接着向烧瓶中加入200 mL EA进行萃取。薄层色谱检测水相无产物后用DCM再萃取一次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，然后浓缩至半干。按照体积比V（PE）∶V（EA）=10∶1的比例向所得浓缩物中加入PE和EA混合溶液25 mL进行重结晶，得白色1-叔丁氧羰基-3-苄基3-甲酸乙酯哌啶（1-tert-butyloxycarbonyl-3-benzyl-3-ethyl formate peridine，BPF）固体72.52 g，产率为83.6%。1.2.4　1-叔丁氧羰基-3-苄基-3-甲酸哌啶的合成　向500 mL三口瓶中加入30 g（0.086 mol）BPF、14.52 g（0.346 mol）LiOH·H2O、120 mL的EtOH和120 mL 蒸馏水，搅拌使其溶解并混合均匀。将溶液升温至105 ℃回流反应5 h～7 h，薄层色谱检测［展开剂：V（PE）∶V（EA）=5∶1］至反应完成后冷却，加入30 mL EA萃取两次，采用冰盐浴控制溶液温度在20 ℃以下，向其中加入盐酸调节pH至3，过滤得白色固体，后经硅胶柱层析［洗脱剂A： V（PE）∶V（EA）=10∶1］，［洗脱剂A： V（PE）∶V（EA）=5∶1］和［洗脱剂A：V（PE）∶V（EA）=1∶1］各洗脱1次，过柱提纯得乳白色1-叔丁氧羰基-3-苄基-3-甲酸哌啶（1-tert-butyl oxycarbonyl -3-benzyl -3-formate piperidine，BPA）固体22.68 g，产率为82.2%。1.2.5 （R）-1-叔丁氧羰基-3-苄基-3-甲酸哌啶的合成向500 mL三口瓶中加入5 g（0.016 mol）BPA、198 mL EA、2 mL（0.094 mol）R-（+）-α-甲基苄胺、1.62 g Et3N（0.016 mol）和2 mL H2O，室温下搅拌反应过夜。薄层色谱检测反应进程（展开剂：V（PE）∶V（EA）=10∶1）至反应完成后过滤，过滤所得沉淀用体积比为1∶2的NaHSO4溶液（质量分数为10%）与EA的混合溶液溶解。水层用3 mL EA萃取，合并得到的有机相用盐水洗涤，接着用无水硫酸钠干燥，真空下脱溶，之后用3 mL体积比为1∶10的EA和正己烷溶液重结晶，得目标产物（R）-1-叔丁氧羰基-3-苄基-3-甲酸哌啶［（R）-1-tert-butyl oxycarbonyl-3-benzyl -3-formate piperidine，RBPA］白色晶状固体1.9 g，产率为48.6%，终产物的总收率为29.4%。2　结果与讨论2.1　化合物表征化合物TPF：白色固体，H1NMR如图2（a）（400 MHz，CDCl3）δ：1.214（s，3H，CH3），1.418（m，9H，3*CH3），1.677-1.644（t，2H，CH2CH3），2.018-2.008（t，2H，CH2N），2.931-2.764（t，2H，CH2CH2N），4.013-3.856（t，4H，CH2CCOCH2）7.246（s，1H，CH2CHCOCH2）化合物RBPA：白色晶体，H1NMR如附图2（b）（400 MHz，CDCl3）δ：1.527-1.348（s，9H，3*CH3），1.534（m，1H，CH），1.764-1.748（s，1H，CH），2.475（s，2H，CH2），2.650（m，1H，CHCH），2.796（m，1H，CHCH），2.806（m，2H，CH2），3.382（m，2H，CH2），3.751（m，1H，CH），3.878（m，2H，CH2），7.111（m，1H，OH），7.225-7.208（s，2H，NHCH2C）；LC-MS如附图2（c），m/s：321.18｛［M+2H］+，100｝。2.2　化合物BPF的合成反应中的立体选择性及反应机理TPF生成BPF的反应是亲电取代反应，影响其立体选择性的因素主要由于受到C-3上乙氧基羰基的空间位阻影响，体积较大的苄基碳负离子很难于进攻哌啶C-3位上的H形成γ取代。为了能降低整个分子体系的势能，使体系更稳定，化合物BPF的合成需要强还原剂才能把C-3上H取代，而且控制溶液的温度在-60 ℃以下，可以更好的以保持碳负离子的活性，温度过高，碳负离子会有迁移，就会有大量的副产物生成。因此，常用二异丙胺和正丁基锂合成LDA，一方面，LDA有很强的还原性；另一方面，二异丙胺基的弱碱性，使溴化苄很容易失去1个质子形成碳负离子，然后碳负离子的负电荷进攻哌啶环C-3位上的氢质子，经电子转移，C-H键断裂形成溴化氢小分子，苄基加在3位得到化合物BPF。2.3　合成条件的选择2.3.1　TPF的合成条件　TPF是在碱性条件下，由ENT和（Boc）2O加成合成TPF。选择（Boc）2O作为氨基保护剂，是因为Boc基团是一种比较好的离去基团，其产物的分离提纯较之使用其他类型的氨基酸保护剂容易，而碱的选择对产物的收率有较大影响，在保证其他条件不变的情况下，我们做了单因素变量实验，考察了分别投碱性强度不同的三种物质NaOH，Na2CO3，Et3N来研究其对加成反应收率以及产物性状的影响，其操作步骤如下：称取112.8 g NaOH， 向2 L三口烧瓶中加入134.8 g（0.94 mol）ENT和600 mL EtOH，搅拌使其溶解并混合均匀。控制溶液温度在30 ℃以下，向其中慢慢滴加226.1 g（1.03 mol）的（Boc）2O，室温下搅拌过夜，然后继续反应5～7 h。TLC检测反应进程（展开剂：V（PE）∶V（EA）=10∶1）至反应完成，向溶液中加入650 mL EA进行稀释。将烧瓶置于冰盐浴中控制溶液温度在20℃以下，向溶液中加入适量浓盐酸调节pH至6～7后，有机相用体积比为3∶2的饱和NaHCO3∶NaCl混合溶液萃取两次，得到的有机相用无水硫酸钠干燥，然后脱溶，向其中加入15 mL～20 mL PE，自然晾干，得TPF粗品。因仅是单因素变量实验，只考察碱性条件下不同TPF的产率。其余操作不变，仅将碱的种类改变，投入碱性不同的420.18 g Et3N、298.9 g Na2CO3（2.82 mol）分别反应并与投入NaOH的收率对照，结果见表1。由表1可知，选择Na2CO3参与加成反应，TPF的收率最高，而且可以得到性状优良的产物。因此，选择Na2CO3参与（Boc）2O加成反应，更加利于下一步反应的进行。2.3.2　酯的水解　一般水解反应是在酸或者碱性条件下催化进行，选择出一个合适的水解条件对得到高收率酸BPA的结晶至关重要。经过大量的实验，笔者找到了一种可替代的物质，以LiOH·H2O作为BPF的水解催化剂。LiOH·H2O投料量比例大小对产物的收率有较大影响，在保证其他条件不变的情况下，做了单因素变量实验，考察了改变LiOH·H2O和EtOH的投料量来研究其对BPF的水解反应的影响，结果见表2。由表2可知，水解反应的收率随着LiOH·H2O的投料量的适量增加而逐渐增加。因此，化合物n（BPF）∶n（LiOH·H2O）∶n（EtOH）投料比为1∶4∶4时，目标产物收率最高，投料比例最适合。3　结　语反应以NPA为原料，经过C-3位羧基酯化得到ENT，通过（Boc）2O碱性加成生成TPF，使其还原后，与BBD再次加成得到BPF，经LiOH·H2O水解，使生成的BPA通过R-（+）-[α]-甲基苄胺的手性拆分得RBPA。本文改进了目标产物RBPA的合成方法，初步探讨了中间体TPF转变成BPF的可能反应机制。反应创新优化的工艺条件为：反应中，（Boc）2O加成的碱性条件为Na2CO3，并且找到了一种新的BPF水解原料LiOH·H2O，和手性拆分药剂R-（+）-[α]-甲基苄胺，得到了性状优良，纯度较高的目标产物。所得产品经核磁共振氢谱和质谱表征。本实验所述方法具有合成工艺简单，路线简洁，原料易得，操作步骤简便，成本低、产率高等优点，具有广大的工业化应用前景。