6-[(1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤的合成

劉 娥

(荊楚理工學院化工與藥學院，湖北 荊門 448000)

硫唑嘌呤(Azathioprine，6-AP)，別名依木蘭(Imuran)，化學名為6-[(1-甲基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤，為嘌呤類抗代謝型藥物，通過在體內轉化為6-巰基嘌呤而顯效[1]。目前主要用作免疫抑制劑，治療自身免疫性疾病(如風濕性關節炎、血小板減少性紫癜、全身性紅斑狼瘡等)和預防組織、器官移植后的免疫排斥反應[2]。但對人體所致的肝毒性及白細胞減少等副作用影響了它的廣泛應用[3]。

為了減輕藥物的副作用并提高藥效，作者基于硫唑嘌呤在體內的代謝過程和作用機制，結合其合成路線中的一般性方法及引入不同取代基對分子性質的影響，設計并合成了硫唑嘌呤的衍生物6-[(1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤，以期得到高效低毒的硫唑嘌呤替代藥物。

合成路線如下：

1 實驗

1.1 試劑與儀器

6-巰基嘌呤(純度98%)，國藥集團化學試劑有限公司;其它試劑均為市售化學純。

XT-4型雙目顯微熔點測定儀(溫度計未經校正)；Nicolet NEXUS470型傅立葉變換紅外光譜儀；Varian Mercury 300 MHz型核磁共振儀。

1.2 方法

1.2.1N-芐基草酰胺乙酯的合成

冰浴冷卻下通過恒壓滴液漏斗向裝有81.5 mL(87.68 g，0.60 mol)草酸二乙酯的瓶中緩慢滴加54.6 mL(53.58 g，0.50 mol)芐胺，6 h滴完。抽濾，將濾液轉移至250 mL圓底燒瓶中。用水泵減壓依次蒸除反應產生的乙醇、過量的草酸二乙酯和可能存在的芐胺，再改用油泵減壓蒸出產物，產物蒸汽溫度156～158 ℃，冷凝后得無色油狀液體57.4 g，然后凝固成白色塊狀晶體，即N-芐基草酰胺乙酯。

1.2.2N-乙基-N′-芐基草酰胺的合成

稱取20.7 g(0.1 mol)N-芐基草酰胺乙酯置于100 mL燒杯中，微熱使其熔化，加入100 mL無水乙醇，振搖并用超聲輔助使其完全溶解后，通過恒壓滴液漏斗將其緩慢滴入裝有磁子攪拌、回流冷凝管和31.3 mL(6.76 g，0.15 mol)乙胺溶液(30%)的250 mL二口燒瓶中，立即有白色固體產生。生成的大量固體使得反應液非常粘稠，磁子攪拌效果不佳，需不時用玻璃棒輔助攪拌，3 h后抽濾，用蒸餾水洗滌濾餅，真空干燥，得白色固體粉末N-乙基-N′-芐基草酰胺19.0 g。

1.2.3 1-乙基-2-苯基-5-氯咪唑的合成

稱取10 g(0.05 mol)N-乙基-N′-芐基草酰胺和20 mL POCl3置于反應瓶中，攪拌下緩慢地分批加入20.85 g(0.10 mol)PCl5，在80 ℃下反應3 h后，在室溫下繼續攪拌12 h，蒸除POCl3，冷卻，將溶液倒入冷水中，用氯仿萃取，水相用氫氧化鈉溶液調節pH值至有固體析出，得到1-乙基-2-苯基-5-氯咪唑6.17 g。

1.2.4 1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基-5-氯咪唑的合成

稱取2.07 g(0.01 mol)1-乙基-2-苯基-5-氯咪唑置于反應瓶中，冰浴冷卻下緩慢滴加5 mL濃硫酸(98%)，固體逐漸溶解，再緩慢滴加5 mL濃硝酸(65%～68%)。于100 ℃反應2 h，冷卻后倒入100 mL冰水中，有黃色固體析出，抽濾，用蒸餾水洗滌濾餅，真空干燥，得兩種同分異構體相混合的黃色細針狀晶體粉末1.52 g，收率約67.04%。用乙酸乙酯∶石油醚(2∶3)作為洗脫劑過柱，得到1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基-5-氯咪唑0.456 g。

1.2.5 6-[(1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤的合成

稱取152 mg(0.89×10-3mol)一水合6-巰基嘌呤(6-MP·H2O)、2 mL DMF和267 mg(0.90×10-3mol)1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基-5-氯咪唑置于反應瓶中，再加入無水K2CO3，攪拌，在100 ℃下反應5 h后蒸出溶劑，將剩余物溶于丙酮中，濾出不溶物，通過柱層析得到6-[(1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤。

2 結果與討論

2.1 反應中間體及產物的收率和熔點(表1)

表1 反應中間體及產物的收率和熔點

2.2 1HNMR、IR及MS分析

N-芐基草酰胺乙酯：1HNMR(CDCl3)，δ，ppm：7.27～7.39(m，5H，苯環CH)，4.54(d，2H，PhCH2)，4.37(q，2H，OCH2CH3)，1.42(t，3H，OCH2CH3)，NH信號被苯環CH的寬峰信號所掩蓋。IR(KBr)，ν，cm-1：3281.15(N-H st)，3035.95(苯環C-H)，2975.15(CH3C-H)，2931.72(CH2C-H)，1744.20(O-C=O)，1682.36(NH-C=O)，1534.20(N-C=O)，1216.44(C-O)，1019.28(C-O)，744.90、702.65(單取代苯環C-H)。

N-乙基-N′-芐基草酰胺：1HNMR(CD3COCD3)，δ，ppm：8.59(s，1H，CH3CH2NH)，8.16(s，1H，PhCH2NH)，7.23～7.35(m，5H，苯環CH)，4.47(d，2H，PhCH2NH)，3.30(m，2H，CH3CH2NH)，1.14(t，3H，CH3CH2NH)，2.05(CH3COCH3)。IR(KBr)，ν，cm-1：3292.92(N-H st)，1651.90(C=O st)，3063.63、3032.53(苯環C-H st)，2970.11(CH3C-H st)，2934.38(CH2C-H st)，1528.42(N-C=O st sy)，1228.99(C-N st)，1149.78(N-H ip)，714.63(N-H oop)，754.86、694.11(單取代苯環C-H oop)。

1-乙基-2-苯基-5-氯咪唑：1HNMR(DMSO)，δ，ppm：7.55 (m，5H，苯環CH )，4.03 ( q，2H，CH2CH3)，1.35 (t，3H，CH2CH3)。IR(KBr)，ν，cm-1：1620～1640(C=N)，3100、3030(咪唑環4位=C-H st和苯環C-H)，1503.08、1469.88(咪唑環4、5位C=C)，1106.71(咪唑環5位C-Cl)，923.39、767.79、696.80(單取代苯環C-H)。

1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基-5-氯咪唑：1HNMR(DMSO)，δ，ppm：8.40 (s，2H，苯環上H，靠近NO2)，7.99 (s，2H，苯環上H，靠近咪唑環)，4.18 (q，2H，CH2CH3)，1.32 (t，3H，CH2CH3)。MS(EI)，m/z:296(M+)。

6-[(1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤：1HNMR(CD3COCD3)，δ，ppm：8.19( s，2H，苯環上H，靠近咪唑環)，8.48 (s，2H，苯環上H，靠近NO2)，4.46 (q，2H，CH2CH3)，1.42(t，3H，CH2CH3)。MS(EI)，m/z:413(M+H)+。

2.3 討論

(1)制備N，N′-二取代草酰胺主要有兩種方法：草酰氯與胺反應、草酸二乙酯與胺反應。草酸二乙酯與胺反應溫和，放熱少，稍用冰浴冷卻或直接在室溫下進行即可，而且反應中沒有HCl酸氣放出。但是，由于酯的活性不及酰氯，因此其胺解反應受胺上的烴基大小即空間位阻的影響較大。實驗發現，甲胺與草酸二乙酯反應生成化合物的收率為96.5%，當原料換作芐胺、乙胺分別生成相應化合物時，收率降低至55.4%、45.0%。相反，采用高反應活性的酰氯與乙胺反應，收率提高至67.3%，但反應非常劇烈，放熱量大，需在充分冷卻下緩慢進行，加之酰氯易水解，反應體系要保證干燥，還需要安裝尾氣吸收裝置處理反應產生的HCl酸氣。

(2)本研究僅合成了一種硫唑嘌呤的衍生物。通過查閱文獻，發現引入丙基、丁基或者碳鏈更長的烷基時，也可以環化得到咪唑環化合物，進一步得到硫唑嘌呤的衍生物。

(3)合成1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基-5-氯咪唑的過程中，若一端為芳環、另一端為烷基時硝化，得到的是兩種同分異構體的混合物，通過選擇適當的洗脫劑柱層析，可以得到各自的純物質。但由此造成產物損失較大。如何使得兩種物質得到較好的分離且損失較小，有待進一步的研究。

(4)合成路線中最后一步反應為SN2親核取代反應，6-巰基嘌呤中的6位-SH作為親核基團進攻咪唑環上的5位C原子，同時Cl原子以Cl-形式離去，之后在堿催化下S原子上的質子脫去，形成產物。SN2反應的一個顯著特點就是受反應中心鄰近基團的空間位阻影響較大。實驗結果顯示，在反應中心(咪唑環5位)鄰近的1、2位上基團最小的化合物進行反應的產率最高(40.2%)；當稍遠的2位變為體積較大的對硝基苯基時，收率明顯下降(12.1%)。相對而言，乙基較甲基的空間體積并未增大很多，但由于其與反應中心的空間距離最近，加之親核基團-SH自身也帶有一個體積龐大的嘌呤基團，因此該反應表現出對咪唑5位鄰近的1、2位，特別是1位基團的空間位阻非常敏感。

3 結論

通過分析硫唑嘌呤在體內的代謝過程和作用機制，結合其合成路線中的一般性方法及引入不同取代基對分子性質的影響，設計并合成了嘌呤類化合物6-[(1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤。產物及中間體均采用1HNMR和IR進行結構表征和確證，部分化合物用質譜表征。結果表明，對硫唑嘌呤進行結構改造具有一定的可行性，得到的改造產物為其與先導化合物(硫唑嘌呤)作藥理學、藥代動力學等研究提供了基礎。

參考文獻：

[1] 仉文升，李安良.藥物化學[M].北京:高等教育出版社，1999：494-495.

[2] 鄭虎.藥物化學(第五版)[M].北京：人民衛生出版社，2005：224-225.

[3] Hoffmann M，Rychlewski J，Chrzanowska M，et al.Mechanism of activation of an immunosuppressive drug：Azathioprine.Quantum chemical study on the reaction of azathioprine with cysteine[J].J Am Chem Soc，2001，123(26)：6404-6409.