胞嘧啶的合成工藝改進(jìn)

郭琳娜，李欣倩，毛武濤

(南陽師范學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河南南陽 473061)

胞嘧啶(7)是生物體中參與DNA和RNA合成的重要活性原料，也是精細(xì)化工、農(nóng)藥和醫(yī)藥的重要中間體，在化學(xué)化工和藥物化學(xué)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景［1－3］。

目前，7的合成主要采用官能團(tuán)轉(zhuǎn)化法和Pinner合成法［4－5］。這些方法均以 3-乙氧基丙烯腈(Ⅰ)，3，3-二乙氧基丙烯腈(Ⅱ)或者其混合物為原料。而制備Ⅰ和Ⅱ均需通過中間體——3-羥基丙烯腈金屬鹽(Ⅲ)。而Ⅲ的制備由乙腈、一氧化碳、氯乙烷和乙醇鈉等在高溫高壓下反應(yīng)。以上合成7的方法均存在原料制備困難，操作復(fù)雜、危險(xiǎn)性大和污染較嚴(yán)重等不足。

本文在文獻(xiàn)方法的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了一條合成7的路線。以氰乙酸乙酯(1)、尿素(2)和原甲酸三乙酯(3)為原料，經(jīng)縮合反應(yīng)制得2-氰基-3-脲基丙烯酸乙酯(4);4在強(qiáng)堿性條件下合環(huán)得5-乙氧羰基胞嘧啶(5);5經(jīng)水解和脫羧合成了7(Scheme 1)，總收率65.7%，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR和ESI-MS確證。

在4的合成中，考察了原料比［r=n(2)∶n(3)∶n(1)］對(duì)其收率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在較佳反應(yīng)條件［1 2.0 mol，r=1.5 ∶1.5 ∶1.0，回流反應(yīng)4 h］下，4 的收率從 69.0%［7］提高至89.1%。

環(huán)合反應(yīng)是合成7的關(guān)鍵步驟，本文對(duì)其工藝進(jìn)行了優(yōu)化，得出異丙醇/異丙醇鈉的最佳催化體系，使5的收率從41%［7］提高至92%。

在脫羧反應(yīng)中，催化劑對(duì)其影響較大。本文采用氯化銨/氯化亞銅協(xié)同催化，縮短了反應(yīng)時(shí)間，且收率從文獻(xiàn)［6］的 60%提高至 87.0%。同時(shí)，采用緩縵加入乙醚的方法加速了7的結(jié)晶析出，且純度較高，蒸餾回收的乙醚可重復(fù)使用，節(jié)約成本。

改進(jìn)工藝具有原料易得，工藝合理簡便，反應(yīng)條件溫和，操作簡單，環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn);7的純度高，且總收率達(dá) 65.7%，較文獻(xiàn)［6］方法有較大幅度地提高。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Bruke-400 MHz型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo));Trace DSQ FINNIGSN型質(zhì)譜儀。

1～3，工業(yè)品;其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1)4的合成

在圓底燒瓶中依次加入2 180 g(3.0 mol)，3 384 g(3.0 mol)和 1 226 g(2.0 mol)，攪拌下回流反應(yīng)4 h。靜置冷卻，抽濾，濾餅用丙酮洗滌，干燥得白色固體 4 327.5 g，收率 89%，m.p.213℃ ～215℃(215 ℃［7］);1H NMR(CDCl3)δ:1.35(t，J=7.2 Hz，3H，CH3)，4.25(q，J=7.2 Hz，2H，OCH2)，7.65(br s，1H，NH)，7.83(br s，1H，NH)，8.19(s，1H，CH)，11.5(br s，1H，NH)。

(2)5的合成

在圓底燒瓶中加入異丙醇150 mL，攪拌下分批加入金屬鈉3.45 g(0.15 mol)，待金屬鈉完全溶解后再加入4 18.3 g(0.1 mol)，回流反應(yīng)3 h。冷卻至室溫，抽濾，濾液為A溶液。濾餅倒入燒杯中，邊攪拌邊加水直至固體全部溶解。過濾，濾液用稀鹽酸調(diào)至pH 6～7，有沉淀生成;抽濾，濾餅用少量丙酮洗滌得濾餅B。將溶液A靜置析晶，抽濾，得濾餅C。合并濾餅B和濾餅C，真空干燥得白色固體5 9.5 g，收率52%，m.p.268 ℃ ～280℃(分解)(272 ℃ ～ 282 ℃［8］);1H NMR δ:1.29(t，J=7.6 Hz，3H，CH3)，4.24(q，J=7.6 Hz，2H，OCH2)，7.63(br s，1H，NH)，8.26(s，1H，CH);ESI-MS m/z:Calcd for C7H9N3O3{［2M+H］+}367.0，found 366.8;{［M+H］+}184.0，found 184.1。

(3)6的合成

Scheme 1

表1 r對(duì)4收率的影響*Table 1 Effect of r on yield of 4

表2 堿及其用量對(duì)5收率的影響*Table 2 Effect of alkali and amount on yield of 5

在圓底燒瓶中加入10%NaOH溶液200 mL和 5 18.3 g(0.1 mol)，攪拌下回流反應(yīng) 15 min。冷卻至室溫，用6%鹽酸酸化至pH 4，有白色沉淀生成，抽濾，濾餅用水洗滌，真空干燥得白色固體6 14.3 g，收率92.3%，m.p.258 ℃ ～259 ℃(256℃ ～ 257 ℃［8］);1H NMR δ:7.76(br s，1H，NH)，7.89(br s，1H，NH)，8.87(s，1H，CH)，10.71(br，s，1H，CO2H)。

(4)7的合成

在圓底燒瓶中加入6 7.75 g(50 mmol)，氯化銨2.8 g，氯化亞銅 0.2 g 及喹啉 60 mL，氮?dú)獗Ｗo(hù)，攪拌下回流反應(yīng)至有較少的氣泡移除。靜置過夜，有少量固體析出，小心加入乙醚50 mL，使反應(yīng)所得固體從喹啉中析出。過濾，濾餅用乙醚洗滌，干燥后用冰乙酸結(jié)晶得白色晶體7 4.83 g，收率 87.0%，m.p.＞280 ℃;1H NMR δ:5.90(d，J=6.6 Hz，1H，CH)，7.61(d，J=6.6 Hz，1H，CH)，8.54(br s，1H，NH)，8.60(br s，1H，NH);ESI-MS m/z:Calcd for C4H5N3O{［2M+H］+}223.0，found 223.0;{［M+H］+}112.0，found 112.1。

2 結(jié)果與討論

2.1 4 的合成

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在合成4時(shí)，原料比r［n(2)∶n(3)∶n(1)］對(duì)收率有較大影響(表1)。由表1可見，當(dāng) r=1.0 ∶1.0 ∶1.0 時(shí)，收率較低(62.5%);當(dāng) r=1.5 ∶1.5 ∶1.0 時(shí)，收率有大幅提高;當(dāng) r=2.0 ∶1.5 ∶1.0 時(shí)，收率雖有提高，但幅度不大。可見2的用量對(duì)反應(yīng)有重要影響。

從成本等綜合因素考慮，最佳r=1.5∶1.5∶1.0，收率從文獻(xiàn)［7］方法的 69.0%提高至 89.1%。

2.2 5 的合成

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在5的合成中，堿的類型及其用量均對(duì)5的收率有較大的影響(表2)。從表2可見，堿性強(qiáng)弱對(duì)收率具有顯著影響，除叔丁醇鉀外，在其它因素不變的情況下，一般堿性增強(qiáng)收率具有明顯增加，特別是以異丙醇鈉為堿，在異丙醇體系中收率最高(92%)。在已有的文獻(xiàn)報(bào)道中，在該步反應(yīng)中所用溶劑均為甲醇或乙醇6－7］，堿的用量也各有不同［6－7］。本文通過篩選試劑并通過改變?cè)噭蠓鹊靥岣吡耸章省?/p>

2.3 7 的合成

胞嘧啶環(huán)上羧基的脫除，需要借助催化劑實(shí)現(xiàn)。一般可用的催化劑包括氯化銨、固體硫酸-硫酸鋁鐵、氯化銅、氯化亞銅、硫酸銅。在已有的報(bào)道中，一般均使用單一催化劑［6］。本文研究則采用氯化銨、氯化亞銅協(xié)同催化，其效果較好，反應(yīng)時(shí)間短，收率較高(87.0%)。

本實(shí)驗(yàn)另一個(gè)突出的特點(diǎn)在于溶劑的選用對(duì)產(chǎn)品的結(jié)晶和析出具有顯著影響。一般情況在喹啉易于反應(yīng)脫除羧基，但是產(chǎn)品不易結(jié)晶析出，為了使7易于分離，本文使用乙醚便可析出純度較高的成品，同時(shí)提高了7的純度，且乙醚蒸餾后可重復(fù)使用，節(jié)約成本。

［1］ 扈田進(jìn)，龔愛琴，何秋.地西他濱的合成［J］.廣東化工，2013，40(15):47 －48.

［2］王相承，袁天平，李建.一鍋法合成N4-乙酰-5-氟胞苷的新工藝研究［J］.應(yīng)用化工，2011，40(3):486 －488.

［3］王亞麗，王振華，曾憲垠.疫苗佐劑胞嘧啶-鳥嘌呤寡脫氧核苷酸的研究進(jìn)展［J］.中國畜牧獸醫(yī)，2011，38(6):49 －51.

［4］蔡?hào)|，商琳琳，賈云宏，等.胞嘧啶的合成研究進(jìn)展［J］.化工中間體，2009，(2):14 －17.

［5］ 霍利春，李春新，劉茵.胞嘧啶合成新工藝［J］.甘肅石油和化工，2012，(2):28 －32.

［6］Oogami S M.Preparation of cytosine-5-carboxylic acid［P］.JP 58 185 569，1983.

［7］Calvert W W.The reactions of orthoesters with ureas.A new synthesis of pyrimidines［J］.J Am Chem，1953，75:671－675.

［8］Ulbricht T L V，Price C C.The synthesis of some pyrimidine metabolite analogs［J］.J Org Chem，1956，21:567－571.