一鍋法合成阿維巴坦關鍵原料

秦志忠,張欣芳,魯 煒,劉賢龍,袁 軍,賈麗慧

(武漢工程大學化學與環境工程學院，湖北 武漢 430205)

隨著醫學技術的發展，抗生素的種類越來越多，應用范圍也越來越廣。而抗生素的不合理使用會使細菌產生耐藥性，進而使得抗生素藥效大打折扣[1-2]。研究表明，β-內酰胺酶抑制劑可抑制β-內酰胺酶產生或降低其活性，有效解決細菌耐藥性問題。阿維巴坦(Avibactam)，化學名為[(1R,2S,5R)-2-(氨基羰基)-7-氧代-1,6-二氮雜雙環[3.2.1]辛-6-基]硫酸單酯，是一種新型的可逆性β-內酰胺酶抑制劑[3]，其藥效更強，作用范圍廣，且不會誘導產生β-內酰胺酶[4-7]。

目前，阿維巴坦均以Boc-L-焦谷氨酸芐酯為原料，通過一系列反應得到。Boc-L-焦谷氨酸芐酯的合成工藝主要是以L-焦谷氨酸為原料，經芐酯化得到L-焦谷氨酸芐酯，再進行氨基保護得到Boc-L-焦谷氨酸芐酯[8-10]。該工藝存在成本較高、反應收率較低、反應條件嚴苛、操作復雜等問題，限制了其工業化應用。因此，優化關鍵原料 Boc-L-焦谷氨酸芐酯的合成工藝對于阿維巴坦工業化生產十分重要。鑒于此，作者以價廉易得且含單手性的L-焦谷氨酸為起始原料，采用一鍋法合成阿維巴坦關鍵原料Boc-L-焦谷氨酸芐酯，通過1HNMR、MS對其結構進行表征，并對合成條件進行優化。其合成路線如圖1所示。

圖1 Boc-L-焦谷氨酸芐酯的合成路線

1 實驗

1.1 試劑與儀器

L-焦谷氨酸、氯化芐、溴化芐、芐醇、二碳酸二叔丁酯、三乙胺、4-二甲氨基吡啶、丙酮、乙酸乙酯、甲醇、二氧六環、二異丙基乙胺、碳酸鉀，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；蒸餾水，自制。

AV400MHz型核磁共振波譜儀，Bruker公司；6400型質譜儀，Agilent公司；RY-1型熔點儀。

1.2 一鍋法合成Boc-L-焦谷氨酸芐酯

稱取500 g L-焦谷氨酸加入反應瓶中，加入2 500 mL乙酸乙酯作為反應溶劑，再依次加入471 g三乙胺、589 g氯化芐；投料完畢后，開啟機械攪拌，設定轉速200 r·min-1，加熱升溫至60 ℃，攪拌30 h；TLC(展開劑為2 mL乙酸乙酯和 1 mL 石油醚，再加一滴醋酸)監測反應完畢后，將反應體系降溫至0～5 ℃，依次加入471 g三乙胺、50 g 4-二甲氨基吡啶、930 g二碳酸二叔丁酯，于0～5 ℃下攪拌 8 h；TLC(展開劑為 1 mL 乙酸乙酯和1 mL石油醚，再加一滴醋酸)監測中間態反應完畢后，使用旋轉蒸發儀對反應液進行減壓蒸餾，回收溶劑乙酸乙酯，即得Boc-L-焦谷氨酸芐酯粗品。

將2 500 mL丙酮和2 500 mL水加入到粗品中，升溫至60 ℃攪拌1 h；梯度降溫析晶，2 h降溫至20 ℃，繼續3 h降溫至0 ℃，攪拌1 h；抽濾，將產物于60 ℃鼓風干燥箱中干燥10 h，即得Boc-L-焦谷氨酸芐酯1 010 g，收率 81%。

2 結果與討論

2.1 合成條件的優化

2.1.1 反應溶劑的選擇

Boc-L-焦谷氨酸芐酯的合成關鍵步驟在于分別用芐基(-Bn)和叔丁氧羰基(-Boc)對羧酸位點和酰胺氮原子位點進行保護。反應過程中反應體系是否均相對反應影響較大，因此，反應溶劑的選擇十分關鍵。固定氯化芐為芐酯化試劑、三乙胺和4-二甲氨基吡啶為堿、反應溫度為60 ℃、反應時間為 36 h，考察反應溶劑對目標化合物收率的影響，結果如表1所示。

表1 反應溶劑對目標化合物收率的影響

由表1可知，反應溶劑對目標化合物收率的影響較大，以丙酮、甲醇、二氧六環為溶劑時，反應中有大量的中間態無法轉化完全，導致目標化合物收率較低；而以乙酸乙酯為溶劑時，反應可以順利進行，中間態轉化完全。因此，確定反應溶劑為乙酸乙酯。

2.1.2 芐酯化試劑的選擇

固定乙酸乙酯為反應溶劑、三乙胺和4-二甲氨基吡啶為堿、反應溫度為60 ℃、反應時間為36 h，考察芐酯化試劑對目標化合物收率的影響，結果如表2所示。

表2 芐酯化試劑對目標化合物收率的影響

由表 2可知，以溴化芐為芐酯化試劑時，目標化合物收率達到 83%，且反應速度較快；以氯化芐為芐酯化試劑時，收率為 81%，略低于溴化芐，反應速度較慢；以芐醇為芐酯化試劑時，不發生反應。但是氯化芐的成本遠低于溴化芐。綜合考慮，確定芐酯化試劑為氯化芐。

2.1.3 堿的選擇

固定乙酸乙酯為反應溶劑、氯化芐為芐酯化試劑、反應溫度為 60 ℃、反應時間為 36 h，考察堿對目標化合物收率的影響，結果如表 3所示。

表3 堿對目標化合物收率的影響

由表3可知，以二異丙基乙胺為堿時，反應不進行；以三乙胺為堿時，反應進行不徹底，無法得到較高的收率；以4-二甲氨基吡啶為堿時，反應基本不進行；以三乙胺和4-二甲氨基吡啶為堿時，反應能夠順利進行，目標化合物收率較高，達到81%；以碳酸鉀為堿時，由于碳酸鉀在反應體系中溶解性較差，不利于反應進行。因此，確定堿為三乙胺和4-二甲氨基吡啶。

2.1.4 反應溫度的選擇

固定乙酸乙酯為反應溶劑、氯化芐為芐酯化試劑、三乙胺和4-二甲氨基吡啶為堿、反應時間為36 h，考察反應溫度對目標化合物收率的影響，結果如表4所示。

表4 反應溫度對目標化合物收率的影響

由表4可知，隨著反應溫度的升高，目標化合物收率先逐漸升高而后降低，當反應溫度為60 ℃時，目標化合物收率最高，達到81%。因此，確定反應溫度為60 ℃。

2.1.5 反應時間的選擇

固定乙酸乙酯為反應溶劑、氯化芐為芐酯化試劑、三乙胺和4-二甲氨基吡啶為堿、反應溫度為60 ℃，考察反應時間對目標化合物收率的影響，結果如表5所示。

由表5可知，隨著反應時間的延長，目標化合物收率逐漸升高，當反應時間為30 h時，目標化合物收率達到81%；繼續延長反應時間，收率無變化。因此，確定反應時間為30 h。

表5 反應時間對目標化合物收率的影響

2.2 目標化合物的結構表征

目標化合物Boc-L-焦谷氨酸芐酯的核磁共振氫譜、質譜分別如圖2、圖3所示。

圖2 Boc-L-焦谷氨酸芐酯的核磁共振氫譜

圖3 Boc-L-焦谷氨酸芐酯的質譜圖

由圖2、圖3可知，Boc-L-焦谷氨酸芐酯的測試數據如下：1HNMR(400 MHz,CDCl3),δ:7.35(s,5H),5.20(d,J=3.4 Hz,2H),4.64(dd,J=9.5 Hz、2.8 Hz,1H),2.60(dt,J=17.5 Hz、9.9 Hz,1H),2.49(ddd,J=17.4 Hz、9.3 Hz、3.4 Hz,1H),2.42(ddd,J=19.5 Hz、13.3 Hz、9.6 Hz,1H),2.27(ddt,J=12.9 Hz、9.5 Hz、3.1 Hz,1H),1.40(s,9H);MS,m/z:358.1[M+K]+。綜上，確定合成產物為目標化合物。

3 結論

以價廉易得且含單手性的L-焦谷氨酸為起始原料，分別用芐基(-Bn)和叔丁氧羰基(-Boc)對羧酸位點和酰胺氮原子位點進行保護，采用一鍋法合成阿維巴坦關鍵原料 Boc-L-焦谷氨酸芐酯。在乙酸乙酯為反應溶劑、氯化芐為芐酯化試劑、三乙胺和 4-二甲氨基吡啶為堿、反應溫度為 60 ℃、反應時間為 30 h的最佳條件下，Boc-L-焦谷氨酸芐酯收率為 81%。該方法反應條件較溫和、操作方便、收率較高，適合工業化生產。