Ivacaftor關鍵中間體2,4-二叔丁基-5-氨基苯酚的合成工藝研究

門 靖，曹衛凱

西安萬隆制藥股份有限公司，西安710119

囊性纖維化(CF)是一種常染色體隱性遺傳病，由染色體基因突變所導致的囊性纖維化跨膜電導調節(CFTR)蛋白缺陷或缺失引起[1-3]。CF會導致細胞穩態狀態被破壞、并阻礙細胞水、電解質跨膜轉運功能，使黏液腺分泌物中酸性糖蛋白含量增加，造成黏液分泌過多，引起肺部反復感染，每2 000～2 500個新生兒中有一個患此病，患者的中位壽命在20歲左右[4-5]。2012年1月31日，Vertex制藥公司的Ivacaftor(商品名：Kalydeco)獲得美國食品藥品管理局(FDA)批準上市，用于治療CFTR基因發生特定的G551D突變引起的、6歲以上的CF患者。Ivacaftor是CFTR蛋白的一種增效劑，通過增加離子流動來增強氯離子在細胞膜的跨膜運輸能力[6-7]。

Ivacaftor(VX-770，Ⅰ)，化學名為N-(2，4-二叔丁基-5-羥基苯基)-1，4-二氫-4-氧代-3-喹啉甲酰胺，分子式C24H28N2O3，CAS號873054-44-5。其合成方法主要采用1，4-二氫-4-氧代-3-喹啉羧酸和2，4-二叔丁基-5-氨基苯酚兩部分縮合反應制備。2，4-二叔丁基-5-氨基苯酚是制備原料藥Ivacaftor的關鍵中間體，其合成方法文獻報道較少，根據起始原料的不同有以下2種合成路線：1)以2，4-二叔丁基苯酚為原料，經酯化、硝化、水解、還原四步反應制備目標產品[8-9]。酯化反應時使用氯甲酸甲酯保護羥基，該物質為劇毒品、易燃、有腐蝕性。硝化過程中會產生異構體雜質，需采用柱層析分離純化、且消耗大量的洗脫劑，收率低，限制其工業化放大生產。2)江鑼斌等[10]以廉價易得的間氨基酚為起始原料，經乙酰化保護氨基、烷基化、水解三步反應制備目標產品。該路線反應步驟較少、操作方便。但烷基化反應時以甲苯做溶劑，且加入大量濃鹽酸，對設備要求高，不符合醫藥合成EHS管理體系要求。再者水解反應時高溫回流12 h，后處理需經減壓蒸餾、調節pH、重結晶等多種工序處理，較為繁瑣，收率低。

針對上述工藝不足，筆者提出了以下合成路線，以2，4-二叔丁基苯酚(Ⅱ)為原料，經亞硝化反應制得2，4-二叔丁基-5-亞硝基苯酚(Ⅲ)，再經還原反應制備目標產品Ⅰ，其結構經1H NMR和MS確證。實驗重點研究了反應物配比、反應溫度、反應時間等關鍵工藝參數，獲得了最優的生產工藝。同時測試了目標產品粒徑分布情況，為后續制備原料藥Ivacaftor粒徑控制提供參考。該合成方法規避了重金屬雜質的沉積、有毒品氯甲酸甲酯的使用，工藝穩定，對2，4-二叔丁基-5-氨基苯酚的工業化生產及Ivacaftor原料藥的研究提供借鑒。

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

2，4-二叔丁基苯酚，上海邁瑞爾化學技術有限公司，含量≥98.0%；乙醇、乙酸乙酯、異丙醇、硫酸、亞硝酸鈉、硫代硫酸鈉，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；氮氣，西安欣祥電氣有限責任公司。

AV-400 MHz型核磁共振儀，德國Bruker公司；3100 型質譜儀，美國Waters公司；JH-60全自動熔點儀，上海佳航儀器儀表有限公司；激光粒度儀，英國Malvern公司。

1.2 實驗方法

1.2.1合成路線

目標產品的合成路線見圖1。

圖1 目標產品合成路線圖

1.2.22，4-二叔丁基-5-亞硝基苯酚(Ⅲ)的合成原理

向2 L 三頸瓶中通入氮氣，依次加入異丙醇 1.2 L和原料2，4-二叔丁基苯酚100.0 g(0.48 mol)，攪拌0.5 h，緩慢滴加濃硫酸，滴畢后于15～25 ℃加入亞硝酸鈉水溶液0.2 L，室溫反應3 h，反應結束后，減壓蒸餾回收溶劑，用0.1 L水打漿0.5 h，過濾、干燥得98.6 g白色固體Ⅲ，收率87.3 %。1H NMR(400 MHz，DMSO-d6)，δ：1.32(s，18H，2C(CH3))，6.87(s，1H，Ar-H)，7.04(s，1H，Ar-H)，8.34(s，1H，OH)。ESI-MS(m/z)，236.3[M+H]+。

1.2.32,4-二叔丁基-5-氨基苯酚(Ⅰ)的合成原理

向2 L 三頸瓶中通氮氣，依次加入乙醇 1.4 L和Ⅲ 90.0 g(0.38 mol)，攪拌0.5 h，分批加入硫代硫酸鈉156.2 g(0.38 mol)，于55 ℃反應2 h，減壓蒸餾得到粗品，再經乙酸乙酯/水混合溶劑1.0 L重結晶純化、干燥獲得白色固體72.5 g，即為目標產物Ⅰ，收率86.2 %，熔點166.2 ～168.2 ℃(文獻值[8]：熔點167.4 ～168.6 ℃)。總收率75.3 %。產品純度為99.2%(HPLC法，按面積歸一化計算，含C14H23NO不得低于98.5%)。干燥失重為0.2%。水分為0.1%。

1.2.4結構測試

采用AV-400 MHz型核磁共振儀、Waters 3100 型質譜儀對目標產品的結構進行確認。采用激光粒度儀對目標產品的粒徑分布在環境溫度(25～30 ℃)下測量。

2 結果與討論

2.1 結構表征

2.1.1核磁、紅外

對目標產物進行了結構表征，氫譜數據歸屬如下：1H NMR(400 MHz，DMSO-d6)δ：1.32(s，18H，2C(CH3))，6.80(s，1H，Ar-H)，6.02(s，1H，Ar-H)，8.59(s，1H，OH)，4.29(s，2H，NH2)。ESI-MS(m/z)，222.3[M+H]+。

2.1.2粒徑分析

將實驗步驟1.3.2中所得白色固體通過搖擺顆粒機過篩處理、再裝入三維混合機中，混合25 min，將物料放入雙層低密度聚乙烯袋中，取樣檢測粒徑。實驗結果表明，目標產品的粒徑成單峰分布，說明目標產品的粒徑較為均勻、無靜電團聚現象。粒徑主要分布于20～40 μm。

2.2 合成工藝優化

2.2.1化合物Ⅲ的工藝優化

表1為起始原料Ⅱ和亞硝酸鈉的物質的量比對Ⅲ的影響。由表1可見，n(Ⅱ)∶n(NaNO2)為1.0∶1.0時，產品外觀為淡黃色固體，收率最低，這是因為此時亞硝酸根進攻苯環的濃度不高，反應速率較慢。當n(Ⅱ)∶n(NaNO2)為1.0∶1.6時，收率最高為87.3%。繼續增加亞硝酸鈉用量，收率呈下降趨勢。故最佳配比為1.0∶1.6。

表1 反應物配比對Ⅲ外觀和收率的影響

考察反應時間對目標產品外觀和收率的影響，結果如表2所示。反應時間2～5 h時，目標產品外觀均為白色固體，收率均高于85.0%。當反應時間為2～3 h時，收率最高87.2 %。再增加反應時間，收率略有降低，這可能與體系降解產物生成有關。故最佳反應時間為2～3 h。

表2 反應時間對Ⅲ外觀和收率的影響

2.2.2目標產品Ⅰ的工藝優化

表3為Ⅲ和硫代硫酸鈉的物質的量比對Ⅰ的影響。由表3可見，n(Ⅲ)∶n(Na2S2O3)=1.0∶1.3時，收率最低，反應速率較慢。隨著硫代硫酸鈉用量的增加，反應收率逐漸增大，當n(Ⅲ)∶n(Na2S2O3)=1.0∶2.6時，收率最高為86.2%。繼續增加用量，收率保持平穩。故最佳配比為1.0∶2.6。

表3 反應時間對Ⅰ外觀和收率的影響

考察了反應溫度對目標產品外觀和收率的影響，結果如表4所示。反應溫度在30～60 ℃時，目標產品外觀均為白色固體，且收率逐步增大，溫度高于60 ℃后反應收率先升高后下降，外觀變差為淡黃色固體，故選擇最佳反應溫度為50～60 ℃。

表4 反應溫度對Ⅰ外觀和收率的影響

3 結論

1)以2，4-二叔丁基苯酚為起始原料，經亞硝化、還原兩步反應成功制備了2，4-二叔丁基-5-氨基苯酚，經1H NMR和MS確證與目標產品結構相符合。

2)對兩步反應合成工藝進行優化，獲得了最優工藝參數，亞硝化反應：n(Ⅱ)∶n(亞硝酸鈉)=1.0∶1.6，反應時間2～3 h；還原反應：n(Ⅲ)∶n(硫代硫酸鈉)=1.0∶2.6，反應溫度為50～60 ℃。

3)該工藝原料廉價易得，反應條件溫和、操作簡單。不使用重金屬催化劑，同時降低了生產成本。目標產品性狀良好，總收率75.3%，粒徑主要分布于20～40 μm。