黄 薇
天津科技大学生物工程学院
工业发酵微生物教育部重点实验室
天津 300457
摘 要:通过对比文献合成路线,对用于合成硫酸沃拉帕沙的中间体之一——[[5-(3-氟苯基)-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯的合成路线进行了研究,从而找到了最优的合成路线,可有效缩短生产时间,降低生产成本,同时缩短硫酸沃拉帕沙原料药的生产周期。
关键词:硫酸沃拉帕沙;中间体;[[5-(3-氟苯基)-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯
0 引言
硫酸沃拉帕沙(vorapaxar sulfate)由Merck公司研发并在2014年5月8日经FDA批准上市。硫酸沃拉帕沙的分子式为C29H33FN2O4·H2SO4。硫酸沃拉帕沙主要适用于心脏病患者或腿部动脉堵塞患者,用以进一步降低心脏病发作、中风、心血管死亡的风险。硫酸沃拉帕沙是一种首创的蛋白酶激活受体1(PAR-1)拮抗剂,可抑制由凝血酶诱导的血小板聚集,从而抑制血凝块的形成。[[5-(3-氟苯基)-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯作为合成硫酸沃拉帕沙的中间体之一,其合成研究对硫酸沃拉帕沙的生产具有重要意义。
1 合成路线的确定
1.1 文献合成路线一
[[5-(3-氟苯基)-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯的文献合成路线一如图1所示。以5-溴-2-甲基吡啶为原料,与3-氟苯硼酸进行偶联反应,得到5-(3-氟苯基)-2-甲基砒啶,最后在二异丙基氨基锂作用下与二乙基磷酰氯反应制得[[5-(3-氟苯基)-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯,总收率可达29%[1-2]。该合成路线中的溴代物活性较低,反应收率较低,且催化剂使用成本较高,导致原材料成本提高,不适用于放大生产。
图1 文献合成路线一
1—5-溴-2-甲基吡啶 2—3-氟苯硼酸 3—5-(3-氟苯基)-2-甲基砒啶 4—[[5-(3-氟苯基)-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯
1.2 文献合成路线二
[[5-(3-氟苯基)-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯的文献合成路线二如图2所示。以5-溴-2-甲基吡啶为原料,经间氯过氧苯甲酸(m-CPBA)制得5-溴-2-甲基吡啶-1-氧化物。5-溴-2-甲基吡啶-1-氧化物与三氟乙酸酐反应后制得5-溴-2-羟甲基吡啶三氟乙酸盐,再经游离、氯代、磷酸酯化得[(5-溴吡啶-2-基)甲基]磷酸二乙酯,再与3-氟苯硼酸进行偶联反应制得[[5-(3-氟苯基)-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯,总收率可达25.5%[3-4]。该合成路线的原料价廉易得,反应条件温和,但由于反应步骤较多,生产成本相对较高。
图2 文献合成路线二
1—5-溴-2-甲基吡啶 5—5-溴-2-甲基吡啶-1-氧化物 6—5-溴吡啶-2-三氟乙酸乙酯 7—5-溴-2-羟甲基吡啶三氟乙酸盐 8—5-溴-2-羟甲基吡啶 9—5-溴-2-(氯甲基)吡啶 10—[(5-溴吡啶-2-基)甲基]磷酸二乙酯 2—3-氟苯硼酸 4—[[5-(3-氟苯基)-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯
1.3 文献合成路线三
[[5-(3-氟苯基)-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯的文献合成路线三如图3所示。以6-甲基-3-吡啶醇为原料,与三氟甲磺酸酐反应制得化合物2-甲基-5-((三氟甲基)磺酸基)吡啶,再与3-氟苯硼酸进行偶联反应,最后在二异丙基氨基锂(LDA)作用下与氯磷酸二乙酯反应制得[[5-(3-氟苯基)-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯[5]。该合成路线总收率可达47.36%。该合成路线需要在-70~-60 ℃条件下反应,但是相比其他合成路线,该合成路线的反应步骤比较少,且原料易得。故本文参照该合成路线进行研究。
图3 文献合成路线三
11—6-甲基-3-吡啶醇 12—2-甲基-5-((三氟甲基)磺酸基)吡啶 2—3-氟苯硼酸 3—5-(3-氟苯基)-2-甲基砒啶 4—[[5-(3-氟苯基)-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯
2 实验部分
2.1 反应路线
本实验反应采用文献合成路线三的方法。
2.2 仪器与试剂
BruckerAscend TM 400核磁共振波普仪;1100型安捷伦液相质谱联用仪;反应中采用的试剂均为化学纯试剂。
2.3 工艺流程
整体合成路线的工艺流程如图4所示。
图4 整体合成路线工艺流程
2.4 2-甲基-5-[(三氟甲基)磺酸基]吡啶的合成
2.4.1 实验用原料
本步骤实验用原料如表1所示。
表1 实验用原料
2.4.2 合成操作实例
在氮气保护下向反应瓶中加入425 mL二氯甲烷,然后再向体系中加入65 g的6-甲基-3-吡啶醇和75mL吡啶。将体系温度降到-5~0 ℃后,向体系内滴加200 g三氟甲磺酸酐。物料投加完毕后,使体系自然回温至室温。待反应完全后,将体系倒入350mL水中,用250 mL二氯甲烷萃取,后用2 mol/L的稀盐酸洗涤,经干燥浓缩后得到122.1 g棕色液体。
2.4.3 检测项目和质量标准
本步骤实验检测项目和质量标准如表2所示。
表2 检测项目和质量标准
2.4.4 实验结果
本步骤实验结果如表3所示。
表3 实验结果
2.4.5 实验小结
本步骤产品定性的检测结果为:
(1)1H NMR(400 MHz,CDCl3):2.52(单重峰,3个H,甲基),7.17~7.19(双重峰,1个H,次甲基),7.42~7.45(多重峰,1个H,次甲基),8.38~8.39(双重峰,1个H,次甲基)。
(2)质谱(质子数/电荷数):226。本步骤反应优化后的纯度和收率能够达到预期指标。
2.5 5-(3-氟苯基)-2-甲基吡啶的合成
2.5.1 实验用原料
本步骤实验用原料如表4所示。
表4 实验用原料
2.5.2 合成操作实例
在反应瓶中依次加入500 mL甲苯、86 g的2-甲基-5-((三氟甲基)磺酸基)吡啶、80 g的3-氟苯硼酸、147.7 g碳酸钾、250mL乙醇、5 g四三苯基膦钯,将体系温度升至90℃,保温反应5 h。反应完全后,将体系温度降至室温并将体系倒入500mL水中,用250 mL乙酸乙酯进行萃取,水洗,干燥浓缩得56.7g棕色液体。
2.5.3 检测项目和质量标准
本步骤检测项目和质量标准如表5所示。
表5 检测项目和质量标准
2.5.4 实验结果
本步骤实验结果如表6所示。
表6 实验结果
2.5.5 实验小结
本步骤产品定性的检测结果为:
(1)1H NMR(400 MHz,CDCl3):2.53(单重峰,3个H,甲基),6.98(三重峰,1个H,次甲基),7.14(单重峰,1个H,次甲基),7.15(单重峰,1个H,次甲基),7.24~7.25(双重峰,1个H,次甲基),7.31~7.35(多重峰,1个H,次甲基),7.67~7.69(多重峰,1个H,次甲基),8.67(单重峰,1个H,次甲基)。
(2)质谱(质子数/电荷数):188。本步骤反应优化后的纯度和收率能够达到预期指标,操作相对较为简单。
2.6 [[5-(3-氟苯基)-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯的合成
2.6.1 实验用原料
本步骤实验用原料如表7所示。
表7 实验用原料
2.6.2 合成操作实例
在氮气保护下,将70.7 g二异丙基胺加入到350 mL四氢呋喃中,在氮气保护下将体系温度降温至在-60~-40 ℃,再将280 mL正丁基锂滴加到二异丙基胺的四氢呋喃溶液中,滴加结束后,在-50~-40 ℃条件下保温反应1 h,备用。将42 g的5-(3-氟苯基)-2-甲基吡啶溶于650 mL四氢呋喃溶液中,待温度降至-60 ℃,控温将新制的二异丙基氨基锂溶液滴加到体系中。滴加完毕,维持-70~-60 ℃保温反应1.5 h,将65 g氯磷酸二乙酯控温在-70 ~-60 ℃条件下滴加到体系中,投加完毕后在-40 ℃条件下保温2.5 h。反应完全后,将体系倒入1.85 L饱和氯化铵溶液中,用1.5 L乙酸乙酯萃取,水洗,干燥,浓缩得粗品,使用石油醚/乙酸乙酯与二氯甲烷/甲醇作为淋洗液,分阶段过硅胶垫得到52.74 g红棕色液体,收率为76.0%。
2.6.3 检测项目和质量标准
本步骤检测项目和质量标准如表8所示。
表8 检测项目和质量标准
2.6.4 实验结果
本步骤实验结果如表9所示。
表9 实验结果
2.6.5 实验小结
本步骤产品定性的检测结果为:
(1)1H NMR(400 MHz,CDCl3):1.18(单重峰,6个H,乙烷),3.08~3.16(多重峰,2个H,亚甲基),3.93~3.98(三重峰,4个H,乙烯),7.13~7.16(多重峰,2个H,乙炔),7.28~7.35(双重峰,1个H,次甲基),7.45~7.47(双重峰,1个H,次甲基),7.63~7.69(多重峰,1个H,次甲基),7.87~7.89(双重峰,1个H,次甲基),8.60~8.62(双重峰,1个H,次甲基)。
(2)质谱(质子数/电荷数):324。本步骤反应优化后的纯度和收率能够达到预期指标,使用新制的二异丙基氨基锂溶液反应效果会更好,可以制备出合格的产品供后续反应使用。
3 研究结果
本实验结果显示,该合成路线反应总收率为54.9%,上述三个步骤的反应收率和纯度相对比较稳定。通过对比研究文献发现,该工艺合成路线是收率较高的一条路线。通过优化该路线每一个步骤的处理过程,简化了各步骤操作,提高了操作简便性和反应总收率。
4 结语
本实验合成路线需要注意以下问题:
(1)滴加三氟甲磺酸酐过程中,注意控制温度,滴加过快,温度上升明显,有可能导致副产物产生,滴加过程中需要控温;
(2)正丁基锂使用过程中要保证无水无氧,滴加时需控制好温度,必要时在投料前准备好砂土;
(3)5-(3-氟苯基)-2-甲基吡啶的合成中,反应结束淬灭时,乙酸乙酯萃取出现乳化现象,可尝试过滤后再萃取;
(4)最终产品可尝试用硅胶过柱,纯度可达到98%以上。
本文所选路线摒除了其他路线中使用过氧化物的弊端,提高了收率。该反应路线中的磷酯化需要在-70~-60 ℃条件下反应,尽管反应条件相对苛刻,但反应时间较短,商业化生产过程中能显著提高生产效率,有效缩短生产时间,降低生产成本,同时缩短硫酸沃拉帕沙原料药的生产周期。
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作者简介:
黄薇(1986—),女,河北邯郸人,助理工程师
研究方向:
制药工程