檸檬酸解離鈦配位絡(luò)合藥物在4AA 制備中的應(yīng)用

莫德歡 葉敏 張雁 畢鴻亮 張所德*

(1.廣東省科學(xué)院，廣東 廣州 510070；2.廣東省生物醫(yī)藥技術(shù)研究所，廣東 珠海 519090)

0 引言

隨著元素化學(xué)的不斷發(fā)展，有機Na、Li、Cu、Ti、Mg、Zn 等金屬化合物被廣泛應(yīng)用于有機合成領(lǐng)域。手性配體與過度金屬絡(luò)合物催化提高合成過程的選擇性，加速了不對稱催化手型藥物研發(fā)進程，常用過渡金屬Sn、Ti、Cu、Ni、Rn 配體催化以多見報道。短效靜脈麻醉藥2,6-二異丙基酚，以TiCl4為催化劑，酰氯直接取代二異丙基酚鄰位，在經(jīng)過羰基還原，三氟乙酸脫羥基得到目標(biāo)產(chǎn)物[1]。鈦試劑可催化Sharpless 環(huán)氧化反應(yīng)，參與烯丙醇的環(huán)氧化，該反應(yīng)在合成抗HIV 藥物、抗真菌藥物、抗生素等藥物合成中應(yīng)用廣泛[2]。鈦離子極易與O、N 這類配位原子配位，形成鈦絡(luò)合物，可作為有機合成試劑、催化劑、抗腫瘤藥物等，但Ti4+易與產(chǎn)物形成溶于水絡(luò)合物，造成藥物合成收率降低，藥物產(chǎn)品純化困難，影響藥品質(zhì)量，生態(tài)負(fù)荷嚴(yán)重。

β-內(nèi)酰胺類抗生素是抗菌藥物研究熱點之一。(3R,4R)-3-[(R)-1-叔丁基二甲基硅氧乙基]-4-乙酰氧基-2-氮雜環(huán)丁酮(4AA)是合成培南類藥物的關(guān)鍵中間體，應(yīng)用廣泛。而合成4AA的關(guān)鍵中間體(3S,4S)-4-乙?；?3-[(1R)-1-羥乙基]-1-(4-甲氧苯基)-2-氮雜環(huán)丁酮(化合物B)是通過TiCl4催化(2R,3R)-N-(2-氧代丙基)-N-(4-甲氧基苯基)-2,3 環(huán)氧丁酰胺(化合物A)成環(huán)，但TiCl4極易與化合物B 形成溶于水的鈦絡(luò)合物，產(chǎn)物B 收率極低。本研究利用檸檬酸與Ti4+的強配位性，在醇溶劑下，與藥物分子(化合物B)競爭配位鈦離子，將藥物分子釋放，提高藥物分子的收率。

1 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

(2R,3R)-N-(2-氧代丙基)-N-(4-甲氧基苯基)-2,3 環(huán)氧丁酰胺(自制合成)；TiCl4、檸檬酸、異丙醇、二氯甲烷等均為國藥分析純；紫外燈(ZF-20D)；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(RE2000A)；低溫冷卻液循環(huán)泵(上?？粕齼x器有限公司)；真空泵(SHZ-D，上?？粕齼x器有限公司)；三口燒瓶、分液漏斗、玻璃杯(欣維爾)；電動攪拌(IKA)。

1.2 (3S,4S)-4-乙酰基-3-[(1R)-1-羥乙基]-1-(4-甲氧苯基)-2-氮雜環(huán)丁酮合成[3]

向1000mL 三口玻璃瓶中加入30g 0.114mol(2R,3R)-N-(2-氧代丙基)-N-(4-甲氧基苯基)-2,3 環(huán)氧丁酰胺(A，M 263.3g/mol)，二氯甲烷500mL，N2保護，開啟攪拌，用干冰/丙酮冷卻液降溫至-20℃，加入25g TiCl4，反應(yīng)體系溫度應(yīng)＜-15℃；原料反應(yīng)完全即結(jié)束反應(yīng)，向體系內(nèi)加入150mL 4wt%HCl 溶液的冰水混合物粹滅，攪拌30min 后，靜置2h 分層，水相用適量二氯甲烷萃取3 次，合并有機相和萃取相，150mL 飽和NaCl 溶液分次洗滌有機相3 次，無水MgSO4干燥5h 后過濾，濾液經(jīng)減壓旋蒸去除二氯甲烷，干燥24h，得到(3S,4S)-4-乙酰基-3-[(1R)-1-羥乙基]-1-(4-甲氧苯基)-2-氮雜環(huán)丁酮(化合物B)15.9g。

1.3 檸檬酸解離鈦-藥物分子絡(luò)合物

依據(jù)1.2 小結(jié)化合物B 的合成方法，實際收率僅為53%，還有大量的化合物B 與過渡金屬催化劑TiCl4形成絡(luò)合進入水相。收集1.2 小節(jié)合成藥物中間體B 過程中的4wt%HCl 粹滅液及飽和NaCl 洗滌液(300mL)，此為解離反應(yīng)的原料液。

1.3.1 解離反應(yīng)

向300mL 原料液中加入適量的醇溶劑，開啟攪拌，加入40wt%檸檬酸(CA)水溶液，繼續(xù)攪拌1h；反應(yīng)完畢后靜置分層，水相用200mLCH2Cl2分次萃取，合并萃取相和醇溶劑相，減壓旋蒸除有機溶劑，干燥后，得到鈦絡(luò)合物解離產(chǎn)物化合物B，反應(yīng)歷程如圖1 所示。

圖1 鈦絡(luò)合物解離反應(yīng)歷程

1.3.2 解離反應(yīng)醇溶劑篩選

對解離反應(yīng)醇溶劑種類進行單因素試驗：向原料液中加入150mL 1%醇溶劑，醇溶劑的種類可為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇、丁四醇。開啟攪拌，加入40wt%檸檬酸(CA)水溶液150g，繼續(xù)攪拌1h；反應(yīng)完畢后用200mL CH2Cl2分次萃取，合并萃取相減壓旋蒸除有機溶劑，得到鈦絡(luò)合物解離產(chǎn)物化合物B，選擇收率最高的醇作為解離反應(yīng)的醇溶劑。

1.3.3 解離反應(yīng)酸溶液篩選

對解離反應(yīng)所用酸的種類進行單因素試驗：向原料液中加入150mL 1%異丙醇。加入適量(1+1)HCl溶液調(diào)整pH至4以下，pH 調(diào)節(jié)酸可選擇HCl、H2SO4、H3PO4、CH3COOH、C2H5COOH；開啟攪拌，加入40wt%檸檬酸(CA)水溶液150g，繼續(xù)攪拌1h；反應(yīng)完畢后用200mL CH2Cl2分次萃取，合并萃取相，減壓旋蒸除有機溶劑，得到鈦絡(luò)合物解離產(chǎn)物化合物B，選擇收率最高的酸作為解離反應(yīng)的pH 調(diào)節(jié)用酸。

1.3.4 解離反應(yīng)優(yōu)化

在單因素試驗基礎(chǔ)上，為提高鈦-化合物B 絡(luò)合物解離效率，以反應(yīng)中所使用的異丙醇溶液用量、濃度，檸檬酸的用量(以與化合物B 的摩爾比表示)、解離反應(yīng)時間為影響因素，解離原液中化合物B 的收率為評價指標(biāo)，選擇L9(34)正交表，進行鈦-化合物B 絡(luò)合物解離反應(yīng)優(yōu)化實驗，正交表設(shè)計見表1。

表1 解離反應(yīng)表頭設(shè)計

2 結(jié)果與分析

2.1 鈦-化合物B解離機理

在有機合成領(lǐng)域中，鈦試劑可作為多種有機反應(yīng)催化劑，以提其合成反應(yīng)性能。但鈦離子特殊配位極易與目標(biāo)產(chǎn)物形成較穩(wěn)定的水溶性絡(luò)合物，產(chǎn)物收率受到影響。若鈦-產(chǎn)物分子絡(luò)合物作為雜質(zhì)進入有機相，有機相的純化難度會顯著增加，影響成藥品質(zhì)[4,5]。通過研究發(fā)現(xiàn)，檸檬酸的強配位性可與藥物分子(目標(biāo)產(chǎn)物)競爭配位金屬離子，形成極其穩(wěn)定的檸檬酸-鈦絡(luò)合物，釋放藥物分子，提高目標(biāo)產(chǎn)物收率[6]，歷程如圖2 所示。

圖2 檸檬酸-鈦絡(luò)合物生成歷程

2.2 鈦-化合物B絡(luò)合物解離反應(yīng)

2.2.1 醇溶劑篩選

篩選解離反應(yīng)醇溶劑種類單因素試驗結(jié)果，如圖3 所示。五種醇為溶劑進行解離反應(yīng)，化合物B 收率均在60%以上，大小依次為：異丙醇＞丁四醇≈乙二醇＞乙醇＞甲醇。因此選擇異丙醇為優(yōu)選醇溶劑進行解離反應(yīng)。

圖3 醇種類篩選

2.2.2 酸種類篩選

篩選解離反應(yīng)酸種類單因素試驗結(jié)果，如圖4 所示。五種酸分別為酸度調(diào)節(jié)劑，將pH 調(diào)至4 以下進行解離反應(yīng)，化合物B 收率依次為：鹽酸≈磷酸＞硫酸＞乙酸＞丙酸。鹽酸和磷酸在化合物收率上相當(dāng)，因此可選擇鹽酸或磷酸為優(yōu)選酸溶液進行解離反應(yīng)。

2.2.3 正交試驗極差分析

以1.2 小節(jié)化合物B 合成過程的水相為解離的原料液，在pH＜4 的酸性條件，由檸檬酸解離鈦-化合物B 絡(luò)合物，得到單體化合物B，通過正交試驗對異丙醇用量及濃度、檸檬酸的用量、解離反應(yīng)時間進行分析，考察其對化合物B 收率的影響趨勢，確定最佳解離條件。表2 為正交實驗設(shè)計、結(jié)果和極差分析。

圖4 酸種類篩選

極差分析可知，影響化合物B 收率因素主→次關(guān)系：檸檬酸用量＞異丙醇濃度＞異丙醇用量＞反應(yīng)時間。最佳實驗方案：以絡(luò)合物形式進入水相的化合物B 為14g 計算，檸檬酸用量60g，即40%檸檬酸溶液150g；異丙醇濃度為0.5%，用量200mL，反應(yīng)時間60min。驗證此方案，從水相中解離得到化合物B 收率為76.7%。

表2 正交實驗極差分析

3 結(jié)語

TiCl4成環(huán)制備(3S,4S)-4-乙?；?3-[(1R)-1-羥乙基]-1-(4-甲氧苯基)-2-氮雜環(huán)丁酮(化合物B)，化合物B 與TiCl4形成水溶性絡(luò)合物，致使目標(biāo)產(chǎn)物收率極低。利用檸檬酸與Ti4+的強配位性，在醇溶劑下，與化合物B 競爭配位鈦離子，將其解離進入有機相，提高藥物分子的收率。通過單因素試驗篩選解離過程的醇溶劑為異丙醇，酸溶液可選擇鹽酸或磷酸，最佳解離條件：40%檸檬酸溶液48.0g；異丙醇濃度為0.5%，用量400mL，反應(yīng)時間30min，化合物B 收率76.7%。