6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲腈的合成研究

程偉，陳啟緒，張向龍，祁祺，王明君，劉圣瑋，袁文鵬*

(1.齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院)山東省科學(xué)院菏澤分院 山東省生物工程技術(shù)創(chuàng)新中心，山東 菏澤 274000;2.山東友幫生化科技有限公司 山東省小分子雜環(huán)化合物工程實(shí)驗(yàn)室，山東 菏澤 274000)

咪唑并[1,2-b]噠嗪類化合物具有很高的生物活性[1-2]，廣泛應(yīng)用于抗瘧原蟲(chóng)藥物[2]、抗癌藥物[1,3-6]及抗感染藥物[7]的開(kāi)發(fā)。6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲腈是抗癌新藥BMS-986260的關(guān)鍵中間體(圖1)。BMS-986260是由百時(shí)美施貴寶制藥(BMS)開(kāi)發(fā)的一種新型TGF-β R1抑制劑，通過(guò)抑制T細(xì)胞內(nèi)TGF-β蛋白的高表達(dá)來(lái)增加細(xì)胞與癌細(xì)胞的結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)癌癥的控制。該藥物對(duì)肝癌、非小細(xì)胞肺癌和結(jié)直腸癌等癌癥有良好的治療效果，尤其是與癌癥免疫藥物PD-1抑制劑和PD-L1抑制劑聯(lián)合使用時(shí)，可以阻礙TGF-β信號(hào)通路，從而降低癌細(xì)胞的侵略性和擴(kuò)散性，減少抗藥性的產(chǎn)生[8-9]。研究數(shù)據(jù)表明，兩者結(jié)合對(duì)結(jié)腸癌等癌癥的緩解率高達(dá)90%～100%[10-11]，具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值，也為肺癌、結(jié)腸癌等眾多癌癥的治療帶來(lái)新的希望。

圖1 BMS-986260的結(jié)構(gòu)式[9]

6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲腈的合成方法現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道較少。FAN等[5]、KINSELLA等[8]、FAN等[12]報(bào)道的方法,以3-氨基-6-氯噠嗪為原料，經(jīng)過(guò)甲脒中間體，再通過(guò)環(huán)化得到目標(biāo)產(chǎn)物6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲腈。上述合成方法成本昂貴，反應(yīng)選擇性差，甲脒中間體和目標(biāo)產(chǎn)物6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲腈的純化均為柱層析分離純化，操作復(fù)雜，且總收率不到60%，難以工業(yè)化放大生產(chǎn)。因此有必要開(kāi)發(fā)一種原料廉價(jià)易得、收率高、操作簡(jiǎn)便能放大生產(chǎn)的6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲腈合成新方法。

本文針對(duì)現(xiàn)有合成方法存在的不足，以水合肼和馬來(lái)酸酐為原料, 經(jīng)縮合、氯化、氨解、亞胺化反應(yīng)，最后再和溴乙腈進(jìn)行關(guān)環(huán)縮合共5步反應(yīng)，得到目標(biāo)產(chǎn)物6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲腈(圖2)。與現(xiàn)有合成方法相比，該方法具有成本低廉、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，中間反應(yīng)過(guò)程采用結(jié)晶純化，避免柱層析分離，便于放大生產(chǎn)，且反應(yīng)總收率得到明顯提高，達(dá)到69.4%。

圖2 目標(biāo)化合物的合成路線

1 儀器與材料

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

DF-101S型集熱式恒溫磁力攪拌器(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)；100 L 玻璃反應(yīng)釜-高低溫循環(huán)裝置(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)；CJ-5 高壓反應(yīng)釜(威海新元化工機(jī)械有限公司)；400 MHz 核磁共振譜儀(TMS 為內(nèi)標(biāo)，美國(guó) Bruker 公司)；藥物熔點(diǎn)儀(上海易測(cè)儀器設(shè)備有限公司)；Vario EL 型元素分析儀(德國(guó) Elementar 公司)；LC-20A 高效液相色譜儀(日本島津)。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料與試劑

氨水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%)，山東萊陽(yáng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)精細(xì)化工廠)；水合肼(80%，濟(jì)南鈞源化工有限公司)；馬來(lái)酸酐(99%，東營(yíng)市科德化工有限公司)；三氯氧磷(徐州銅山縣宏達(dá)精細(xì)化工廠)；N,N-二甲基甲酰胺二甲基縮醛(DMF-DMA，上海皓鴻生物醫(yī)藥科技有限公司)；DMF(南京化學(xué)試劑股份有限公司)；溴乙腈(阿拉丁試劑有限公司)；實(shí)驗(yàn)所用試劑均為市售分析純或化學(xué)純。

1.3 純度檢測(cè)

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 3,6-二羥基噠嗪制備

2.2 3，6-二氯噠嗪制備

將4 250 g(37.94 mol)化合物3加到2 325 g(151.81 mol)三氯氧磷中，升溫至90 ℃反應(yīng)5 h，減壓蒸出未反應(yīng)完的三氯氧磷(回收套用)，緩慢倒入40 L冰水中充分?jǐn)嚢瑁罅抗腆w析出，抽濾，用飽和碳酸氫鈉溶液(250 mL×2)洗滌，得到粗品固體，正己烷重結(jié)晶得到5 100 g白色針狀化合物4，即3，6-二氯噠嗪，產(chǎn)率90.2%，純度98.5%。m.p.67～69 ℃(文獻(xiàn)[14]值為68～69 ℃)。1H NMR(CDCl3, 400 MHz),δ: 7.52(s, 2H, H-4, H-5)。13C NMR(CDCl3, 100 MHz),δ: 130.8, 156.3。

2.3 3-氨基-6-氯噠嗪制備

2.4 N′-(6-氯噠嗪-3-基)-N,N-二甲基甲脒制備

2.5 6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲腈

將50 g(0.27 mol)化合物6加入到裝有400 mL DMF的1 L三口瓶中，常溫滴加42.2 g(0.35 mol)溴乙腈，滴畢，升溫至80 ℃反應(yīng)5 h，降溫至室溫，加入1 L水?dāng)嚢?5 min，有大量固體析出，抽濾，水洗(100 mL×2)，乙酸乙酯重結(jié)晶得到43 g淡黃色固體化合物1，即6-氯咪唑并[1-2-b]噠嗪-3-甲腈，產(chǎn)率89.5%，純度98.3%。m.p.142～143 ℃。1H NMR(CDCl3,400 MHz),δ:7.28(d,1H,J=9.6 Hz,H-8)；8.11(d,1H,J=9.6 Hz, H-7)；8.29(s, 1H, H-3)。13C NMR(CDCl3, 100 MHz),δ:108.1,119.2,127.6,138.8,140.6,148.9,159.3。元素分析，(C7H3ClN4), 實(shí)測(cè)值(計(jì)算值)，%: C 46.92(47.08)；H 1.71(1.69)；N 32.08(31.37)。

3 結(jié)果與討論

3.1 化合物5的合成

3.1.1 原料配比的影響

化合物5的合成為氨解反應(yīng)，本實(shí)驗(yàn)選取25%的氨水作為氨解試劑。在前期實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)具有一定的選擇性，氨水的用量和反應(yīng)壓力是該反應(yīng)的主要影響因素。因此，在確定氮?dú)獬鋲?.5 MPa，反應(yīng)溫度100 ℃，反應(yīng)時(shí)間5 h的條件下，考察氨水與原料的投料比對(duì)化合物5產(chǎn)率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 原料配比對(duì)化合物5產(chǎn)率影響

3.1.2 起始反應(yīng)壓力的影響

由圖4可以看出，化合物5的產(chǎn)率隨著起始?jí)毫Φ纳仙粩嘣黾印Ｊ褂闷胀ǔ涸O(shè)備反應(yīng)時(shí)，氨水揮發(fā)劇烈，造成反應(yīng)產(chǎn)率較低。使用耐壓反應(yīng)釜進(jìn)行反應(yīng)，氨水幾乎沒(méi)有揮發(fā)損失，在加壓條件下，壓力為0.5 Mpa時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率就已達(dá)到94.6%。壓力高于0.5 Mpa時(shí)產(chǎn)率上升幅度不大，而反應(yīng)壓力增加對(duì)設(shè)備要求也會(huì)越高，操作難度加大。因此選擇反應(yīng)壓力為0.5 MPa。

圖4 起始反應(yīng)壓力對(duì)化合物5產(chǎn)率影響

3.2 化合物6的合成

化合物6的合成反應(yīng)是亞胺化反應(yīng)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度對(duì)化合物6的合成影響最大，故在確定反應(yīng)物投料比、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溶劑的條件下，研究反應(yīng)溫度對(duì)化合物6產(chǎn)率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 反應(yīng)溫度對(duì)化合物6 產(chǎn)率的影響

在圖5中可以看出，隨著反應(yīng)溫度的升高，化合物6的產(chǎn)率不斷提高，在90 ℃反應(yīng)條件下，產(chǎn)率達(dá)到最高。通過(guò)HPLC監(jiān)控反應(yīng)發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)溫度較低時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)有少量原料化合物5反應(yīng)不完全，導(dǎo)致產(chǎn)率較低。超過(guò)90 ℃情況下，產(chǎn)物隨著時(shí)間的增加開(kāi)始出現(xiàn)降解，雜質(zhì)開(kāi)始增加。綜合以上因素考慮，最終選定化合物6的反應(yīng)溫度90 ℃為最佳條件。

3.3 化合物1的合成

3.3.1 原料配比的影響

化合物1的合成為關(guān)環(huán)縮合反應(yīng)，原料溴乙腈的成本較高，其用量將直接影響化合物1的生產(chǎn)成本，從而對(duì)化合物1的工業(yè)化生產(chǎn)產(chǎn)生影響。另外，在實(shí)驗(yàn)探索中發(fā)現(xiàn)溴乙腈的用量對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響也是最大的，故本實(shí)驗(yàn)著重考察了溴乙腈與化合物6的摩爾配比對(duì)化合物1反應(yīng)產(chǎn)率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 原料配比對(duì)化合物1產(chǎn)率影響

3.3.2 結(jié)晶溶劑的影響

現(xiàn)有文獻(xiàn)[5,8,12]報(bào)道的化合物1的制備都需要用到柱層析純化，不適合大量生產(chǎn)。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)結(jié)晶方式高產(chǎn)率制得化合物1，避免了柱層析純化，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。本實(shí)驗(yàn)還考察了結(jié)晶溶劑對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 結(jié)晶溶劑對(duì)化合物1產(chǎn)率影響

由表1可以看出，以乙酸乙酯作為結(jié)晶溶劑，化合物1的產(chǎn)率最高，并且產(chǎn)品顏色為淡黃色固體。以二氯甲烷為結(jié)晶溶劑，結(jié)晶母液中產(chǎn)品損失較多，造成產(chǎn)率下降；用乙醇作結(jié)晶溶劑時(shí)，產(chǎn)品析出固體顏色較深，雜質(zhì)較多，收率也低；用正己烷作為結(jié)晶溶劑，產(chǎn)品溶解度小，需要溶劑量大，產(chǎn)品的純度也最低。因此，選用乙酸乙酯為化合物1的結(jié)晶溶劑。

3.4 化合物純度檢測(cè)結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)中間反應(yīng)過(guò)程全部采用結(jié)晶純化，避免柱層析分離，化合物的純度經(jīng)HPLC檢測(cè)，全部符合使用標(biāo)準(zhǔn)，每一步反應(yīng)化合物HPLC檢測(cè)純度結(jié)果見(jiàn)表2。化合物6的HPLC色譜圖如圖7所示。

表2 化合物檢測(cè)純度

圖7 化合物6的HPLC色譜圖

4 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)的6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲腈合成路線與現(xiàn)有合成方法相比，具有成本低廉、化學(xué)選擇性好、操作簡(jiǎn)便、產(chǎn)率高、避免柱層析分離、適合放大生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，更有利于促進(jìn)抗癌新藥BMS-986260的臨床應(yīng)用。