合成伏格列波糖的工藝改進(jìn)

李仲振， 張 偉， 王 鵬， 丁 寧， 李 明

(1. 中國海洋大學(xué) 醫(yī)藥學(xué)院 教育部海洋藥物重點實驗室，山東 青島 266003； 2. 復(fù)旦大學(xué) 藥學(xué)院，上海 201203)

我國糖尿病(DM)發(fā)病率逐年升高[1]。目前，治療DM的藥物主要有幾類：α-葡萄糖苷酶抑制劑、磺酰脲類、噻唑烷二酮類、雙胍類、餐時血糖調(diào)節(jié)劑、釩類化合物、胰島素、調(diào)脂治療藥、NO合成酶抑制劑、β3-受體激動劑等。其中，α-葡萄糖苷酶抑制劑[2]作為新一代的降血糖藥物，作用機(jī)制是通過抑制α-葡萄糖苷酶，減少和推遲腸道吸收碳水化合物，降低餐后高血糖，對Ⅱ型DM進(jìn)行有效治療。由于極少的藥物吸收，所以肝、腎功能受到的影響較小。已經(jīng)上市的α-葡萄糖苷酶抑制劑主要包括伏格列波糖(11)、阿卡波糖、米格列醇等。

Takeda公司于1994年在日本推出11(Chart 1)。主要用于抑制餐后高血糖，可以用于預(yù)防DM并發(fā)癥，副作用發(fā)生的幾率很小[3]，是治療DM一種有效藥物。目前11的制備工藝復(fù)雜，市場價格昂貴， 因此發(fā)展一種11的高效合成方法具有重要意義

Chart1

合成11主要有兩條路線：路線一[4]：以葡萄糖內(nèi)酯為關(guān)鍵中間體，經(jīng)還原胺化制備11[5，6]；路線二：以6-脫氧葡萄糖-6-烯為原料，經(jīng)Ferrier重排、親核加成等反應(yīng)合成11[7]。路線一成本較低，但制備中間體時操作非常繁瑣，需經(jīng)多次硅膠柱層析純化，收率較低，致使成本大幅度提高且延長生產(chǎn)周期。

Scheme1

本文對路線一(Scheme 1)進(jìn)行了工藝改進(jìn)，簡化了后處理方式(如芐基保護(hù)以及脫除硫苷的反應(yīng))，在制備中間體5后，連續(xù)合成中間體6～9，而且中間體可以不經(jīng)柱層析分離純化直接進(jìn)行下一步反應(yīng)，簡化了操作，降低了生產(chǎn)成本，使總收率由15．3%[5，6]提高至25．3%。

改進(jìn)后的路線具有簡潔，后處理方便等優(yōu)點，適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)[4]。

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

JASCO P-1020型數(shù)顯旋光儀；JEOL-ECP-600 NMR型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；Q-TOF型質(zhì)譜儀。

BuLi和Bu3SnCl， Lancaster； CH2Cl2用前經(jīng)氫化鈣回流重蒸；石油醚，60 ℃～90 ℃；薄層色譜硅膠(10 μm～40 μm，顯色液8%濃硫酸甲醇溶液),煙臺化學(xué)工業(yè)研究所；柱層析硅膠(300目～400目)，青島海洋化工廠分廠;其余所用試劑均為分析純。

1．2 合成

(1) 2,3,4,6-四-O-乙酰基-β-D-葡萄糖苯甲硫苷(1)的合成[5]

將葡萄糖一水合物19.8 g(100.0 mmol)和乙酸鈉15.0 g(163.0 mmol)混合研磨后，轉(zhuǎn)移至三口瓶中，加入Ac2O 120 mL，攪拌下于120 ℃反應(yīng)2 h。倒入冰水(300 g)中，劇烈攪拌，有固體析出，置冰浴中靜置2 h。抽濾，濾餅用蒸餾水洗滌，用無水乙醇-環(huán)己烷重結(jié)晶得全乙酰化葡萄糖(A)27.1 g，產(chǎn)率69.5%。

在茄形瓶中加入A 20 g(51.0 mmol)和對甲基苯硫酚9.5 g(76.0 mmol)的CH2Cl2(150 mL)溶液，冰水浴冷卻，攪拌下緩慢滴加BF3·Et2O 13 mL，滴畢，于室溫反應(yīng)5 h(TLC檢測)。加入蒸餾水(50 mL)稀釋，慢慢加入固體NaHCO3至pH 7。用CH2Cl2(500 mL)稀釋后，分別用飽和NaHCO3溶液(2×50 mL)，飽和NaCl溶液(2×50 mL)洗滌，無水Na2SO4干燥；減壓濃縮，殘余物用無水乙醇-環(huán)己烷重結(jié)晶得白色針狀晶體1 21.4 g，收率92.3%；1H NMRδ： 7.22～7.33(m, 4H, PhH), 5.21(t,J=9.5 Hz, 1H， 3-H), 5.02(t,J=9.9 Hz, 1H， 4-H), 4.94[t(apparent splitting pattern),J=9.5 Hz, 9.9 Hz, 1H， 2-H], 4.64(d,J=10.3 Hz, 1H， 1-H), 4.17～4.23(m, 2H, 6-H), 3.71～3.69(m, 1H, 5-H), 2.40(s, 3H, PhCH3), 2.01, 2.01, 2.10(s, 12H, CH3in Ac)。

(2)β-D-葡萄糖苯甲硫苷(2)的合成[4]

在茄形瓶中加入1 17.6 g(40.0 mmol)的MeOH/CH2Cl2(V/V=1/1, 200 mL)溶液，攪拌下加入MeONa 50 mg，于室溫反應(yīng)30 min(TLC檢測)。加入陽離子交換樹脂中和，過濾,濾液減壓濃縮得淡黃色糖漿(2)，直接進(jìn)行下步反應(yīng)。

(3) 2，3，4，6-四-O-芐基-β-D-葡萄糖苯甲硫苷(3)的合成[4]

將2溶于DMF(200 mL)中，冰水浴冷卻，攪拌下分批加入NaH 10.4 g(6.5 eq)，加畢，于室溫反應(yīng)30 min。冰水浴冷卻，滴加BnBr 28.5 mL(6.0 eq)，滴畢，反應(yīng)1 h；于室溫反應(yīng)反應(yīng)6 h(TLC檢測)。冰水浴冷卻，緩慢加入蒸餾水(50 mL)終止反應(yīng)(出現(xiàn)大量氣泡)。用1 mol·L-1鹽酸調(diào)至pH<1，出現(xiàn)大量黃色顆粒，置冰箱(-18 ℃)中靜置3 h。過濾，濾餅用冷水洗滌，干燥得黃色固體3 25.2 g，收率100%(兩步)；1H NMRδ： 7.01～7.49(m, 24H, PhH), 4.54～4.90(m, 8H, PhCH2), 4.73(d,J=10.1 Hz, 1H， 1-H), 3.78(dd,J=10.1 Hz, 9.2 Hz, 1H， 2-H), 3.67～3.73(m, 1H, 5-H), 3.69(t,J=9.2 Hz, 1H， 4-H), 3.63(t,J=9.2 Hz, 1H， 3-H), 3.46～3.49(m, 2H, 6-H), 2.30(s, 3H, PhCH3)。

(4) 2,3,4,6-四-O-芐基-葡萄糖(4)的合成[4]

在反應(yīng)瓶中加入3 19.4 g(30.0 mmol)的丙酮/水(V/V=5/1， 500 mL)溶液，攪拌下分批加入N-溴代丁二酰亞胺(NBS)18.7 g(105.0 mmol)，加畢，于室溫反應(yīng)30 min(TLC檢測)。減壓蒸除大部分丙酮，析出白色固體，加入1 mol·L-1鹽酸(200 mL)稀釋，置冰箱(-18 ℃)中靜置3 h。抽濾，濾餅用冷無水乙醇洗滌，用無水乙醇-環(huán)己烷重結(jié)晶得白色絮狀固體4 15.3 g，收率95%。

(5) 2,3,4,6-四-O-芐基-葡萄糖內(nèi)酯(5)的合成[4]

在反應(yīng)瓶中加入4 5.4 g(10.0 mmol)的DMSO(40 mL)溶液，攪拌下滴加Ac2O 20 mL，滴畢，于室溫反應(yīng)12 h。加入飽和NaHCO3中和Ac2O；加入CH2Cl2100 mL，依次用水(2×25 mL)和飽和NaCl溶液(2×25 mL)洗滌，無水Na2SO4干燥，減壓濃縮得黃色油狀液體5 5.12 g，收率95.1%；1H NMR(DMSO-d6)δ： 7.49～7.01(m, 20H, PhH), 4.87～4.48(m, 8H, PhCH2), 4.60(td,J=7.8 Hz, 3.2 Hz, 1H, 5-H), 4.36(d,J=6.5 Hz, 1H， 2-H), 4.02(t,J=6.4 Hz, 1H， 3-H), 3.88(dd,J=7.8 Hz, 6.5 Hz, 1H, 4-H), 3.68(dd,J=11.0 Hz, 3.1 Hz, 2H， 6-H)。

(6) (2R,3R,4S,5R,6R)-3,4,5-三-芐基-6-芐氧甲基-2-二氯甲基-四氫-2H-吡喃-2-醇(6)的合成[4]

在反應(yīng)瓶中加入二異丙基胺850μL(6.0 mmol)的干燥THF(6 mL)溶液，冰鹽浴冷卻至-5 ℃～-10 ℃，攪拌下滴加丁基鋰的正己烷溶液2.4 mL(6.0 mmol)，滴畢，反應(yīng)1 h得LDA溶液。

在反應(yīng)瓶中加入5 1.60 g(3.0 mmol)的CH2Cl2(15 mL)溶液，冷卻至-70 ℃，攪拌下滴加LDA溶液，滴畢，于-70 ℃反應(yīng)1 h(TLC檢測)。加入1 mol·L-1鹽酸20 mL終止反應(yīng),用CH2Cl2(200 mL)稀釋，依次用1 mol·L-1HCl(2×30 mL)，飽和NaHCO3溶液(2×30 mL)，飽和食鹽水(2×20 mL)洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮得淡黃色油狀液體，經(jīng)硅膠柱層析[梯度洗脫劑：A=V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=10 ∶1～6 ∶1)]純化得淡黃色油狀液體6 1.84 g，收率99.5%；1H NMRδ： 7.22～7.38(m, 20H, PhH), 5.81(s, 1H, CHCl2), 4.60～4.97(s, 8H, PhCH2), 4.06(t,J=9.2 Hz, 1H， 3-H), 3.98～4.01(m, 2H, 2，5-H), 3.83(dd,J=11.7 Hz, 4.0 Hz, 1H， 6-Ha), 3.76(t,J=9.3 Hz, 1H， 4-H), 3.72(dd,J=11.7 Hz, 1.9 Hz, 1H， 6-Hb), 3.33(s, 1H, OH)。

(7) (3R,4S,5R)-3,4,5,7-四-芐氧基-1,1-二氯庚烷-2,6-二醇(7)的合成[4]

在反應(yīng)瓶中加入61.84 g(2.9 mmol)的二甲醚(DME， 20 mL)溶液，冰浴冷卻下分批加入NaBH4190 mg(5.0 mmol)，加畢，于室溫反應(yīng)6 h。減壓濃縮，殘余物加水(20 mL)分散，用乙酸乙酯(2×50 mL)萃取，合并萃取液，依次用1 mol·L-1鹽酸(2×15 mL)，飽和NaHCO3溶液(2×15 mL)洗滌，用無水Na2SO4干燥后濃縮得淡黃色油狀液體7 1.69 g，收率92.0%。7存在兩種異構(gòu)體，無需分離，直接進(jìn)行下一步反應(yīng)。

(8) (2R,3S,4S,5S)-4,5,6-三-芐氧基-3-芐氧甲基-2,2-二-氯-3-羥基環(huán)己酮(8)的合成[4]

在反應(yīng)瓶中加入DMSO 1.2 mL(8 eq)和CH2Cl215 mL，攪拌使其混合；冷卻至-70 ℃，滴加三氟乙酸酐(TFAA)1.16 mL(4 eq)的CH2Cl2(10 mL)溶液，滴畢，反應(yīng)30 min；滴加7 1.18 g(1.9 mmol)的CH2Cl2(10 mL)溶液，滴畢，反應(yīng)1 h。加入Et3N 2.3 mL，反應(yīng)15 min。逐漸升溫至0 ℃，加入冰水(10 mL)，攪拌15 min后加入CH2Cl2(100 mL)稀釋，分別用1 mol·L-1鹽酸(2×15 mL)、飽和NaHCO3溶液(2×20 mL)、飽和食鹽水(2×20 mL)洗滌，經(jīng)無水Na2SO4干燥后濃縮，殘余物經(jīng)柱層析(梯度洗脫劑：A=12 ∶1～6 ∶1)純化得白色固體8 958 mg，收率74.2%；1H NMRδ： 7.42～7.22(s, 20H, PhH), 4.98～4.55(s, 8H, PhCH2), 4.92(d,J=9.5 Hz, 1H， 4-H), 4.29(t,J=9.2 Hz, 1H， 2-H), 4.07(t,J=9.5 Hz, 1H， 3-H), 3.84(m, 2H, 7-H), 3.37(s, 1H, OH)。

(9) (2R,3S,4S,5S)-2,3,4-三-芐氧基-5-芐氧甲基-5-羥基環(huán)己酮(9)的合成[4]

在反應(yīng)瓶中加入三丁基氯化錫1.50 g的乙醚(5 mL)溶液，冰水浴冷卻，攪拌下分批加入LiAlH460 mg，加畢，反應(yīng)15 min；升至室溫，反應(yīng)3 h。加適量冰水，攪拌至無明顯氣泡冒出為止。加入乙醚50 mL，用冰水(2×25 mL)洗滌，無水Na2SO4干燥后濃縮得無色澄清透明液體三丁基錫，Ar氣氛下保存?zhèn)溆谩?/p>

在反應(yīng)瓶中加入8 745.2 mg(1.2 mmol)的干燥甲苯(10 mL)溶液，攪拌下加入偶氮二異丁腈(AIBN)40 mg(0.24 mmol)，三丁基錫1．22 g(4.2 mmol)，氬氣保護(hù)下升溫至100 ℃反應(yīng)1 h。冷卻至室溫，加入乙酸乙酯50 mL，分別用1 mol·L-1鹽酸(2×20 mL)、飽和NaHCO3溶液(2×20 mL)洗滌，無水Na2SO4干燥，減壓濃縮，殘余物經(jīng)柱層析(梯度洗脫劑：A=8 ∶1～3 ∶1)純化得白色固體9 494.8 mg，收率74.6%；1H NMRδ： 7.40～7.26(s, 20H, PhH), 5.00～4.40(s, 8H, PhCH2), 4.14(d,J=9.5 Hz, 1H， 4-H), 4.06(d,J=9.2 Hz, 1H， 2-H), 4.01(t,J=9.2 Hz, 1H， 3-H), 3.53(d,J=8.5 Hz, 1H， 7-Hb), 3.16(d,J=8.5 Hz, 1H， 7-Ha), 2.83(d,J=14.6 Hz, 1H， 6-Hb), 2.48(d,J=14.7 Hz, 1H， 6-Ha), 2.39(d,J=2.2 Hz, 1H， OH)。

(10) (1S)-1-(羥基)-2,3,4-三-芐氧基-5-[2-羥基-1-(羥甲基)乙基氨基]-1-碳-芐氧基甲基-1,2,3,4-環(huán)己烷四醇(10)的合成[4]

(11) 11的合成[4]

2 結(jié)果與討論

以葡萄糖內(nèi)酯為關(guān)鍵中間體進(jìn)行11合成的工藝路線主要包括三個主要部分(Scheme 1)[4]，合成葡萄糖內(nèi)酯(5)、制備環(huán)己酮(8)及胺化還原得11。

在合成5時，首先必須獲得異頭位羥基裸露的化合物4。通過查詢文獻(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)葡萄糖異頭位常用的保護(hù)基有OMe， allyl(OCH2CH=CH2)， propargyl(OCH2C≡C)以及SR(R=Me, Et or Ph)等。采用OMe保護(hù)異頭位，在脫除OMe時收率較低[8～10]，且部分Bn同時被脫除，分離純化非常困難，操作較為復(fù)雜；采用OCH2CH=CH2， OCH2C≡C保護(hù)基時，脫除時收率較高，但需要使用昂貴的催化劑如Pd(PPh3)4[11]及AuCl3[12]等，導(dǎo)致成本高昂，同時催化劑難以回收利用，不利于工業(yè)化生產(chǎn)；異頭位的硫苷保護(hù)基在脫除時可以采用廉價易得的NBS或NIS，收率較高，是一種理想的保護(hù)基。但由于采用SEt或者SPh保護(hù)異頭碳的中間體多為油狀液體或糖漿[13]，難以固化，不能用重結(jié)晶方法純化，需采用柱層析分離，并且會出現(xiàn)令人不適的味道，污染環(huán)境。

針對上述問題，本文采用對甲苯硫苷保護(hù)葡萄糖的異頭位，不僅可以避免不愉快的味道，且產(chǎn)物為固體，可通過重結(jié)晶方法純化，極大地提高了效率。全乙?；咸烟窃贐F3·Et2O催化下與對甲苯硫酚發(fā)生糖苷化反應(yīng)后，用無水乙醇-環(huán)己烷重結(jié)晶，以92.3%的高收率得到1。接著用MeONa脫除1中的乙?；Ｗo(hù)基得到2； 2后經(jīng)芐基保護(hù)、脫硫苷得到異頭位羥基裸露的芐基保護(hù)的4。

在氧化條件下，4的羥基氧化為羰基制備5。常用氧化體系為Dess-Martin氧化劑，二氯甲烷為溶劑，25 ℃反應(yīng)，收率89%[14]； 4-甲基-N-氧化物/四丙基高釕酸銨體系，二氯甲烷為溶劑，加入分子篩作為吸水劑， 20 ℃反應(yīng)，收率86%[15]。本文采用廉價易得的DMSO-Ac2O體系可以使收率提高到95%以上，并且反應(yīng)條件非常溫和，對空氣及水汽不敏感，四步總收率83.0%(以1計)[16]。所有操作簡便易行、無需柱層析純化。

對5的羰基進(jìn)行加成反應(yīng)制備6的反應(yīng)必須嚴(yán)格防水。適當(dāng)延長反應(yīng)時間(由60 min延長到90 min)，收率可以由文獻(xiàn)90%[5]提高到近乎定量。半縮酮6經(jīng)NaBH4還原為直鏈醇，得到的開環(huán)產(chǎn)物7為差向異構(gòu)體混合物，可以不經(jīng)分離直接用于下一步反應(yīng)。

合成8時[5]，首先采用Swern氧化(DMSO/TFAA體系)將兩個游離羥基氧化為酮，之后加入有機(jī)堿Et3N發(fā)生分子內(nèi)的羥醛縮合反應(yīng)形成8，收率74.2%(與文獻(xiàn)收率相當(dāng))。

利用Bu3SnH在引發(fā)劑AIBN作用下自由基歷程將8分子中的氯還原制備環(huán)己酮9。 9與2-氨基-1，3-丙二醇首先反應(yīng)制得席夫堿后經(jīng)還原劑還原后可得到10。使用傳統(tǒng)的還原方法(NaBH4)，以約70%的收率得到α-和β-兩種異構(gòu)體的混合物，分離純化比較困難。實驗中我們發(fā)現(xiàn)，改用NaBH3CN做還原劑時，以69%的收率、高立體選擇性得到所需的唯一α-構(gòu)型產(chǎn)物。這一改進(jìn)避免了復(fù)雜的分離過程，極大的提高了生產(chǎn)效率。

通過合適的方法去除10中的芐基保護(hù)基就可以得到11。文獻(xiàn)[6]方法采用HCO2H作為氫供體，Pd-black作為催化劑室溫下反應(yīng)得到11。該方法的缺點是Pd-black價格高昂，且用量很大，約為底物質(zhì)量的20%。本文嘗試對其進(jìn)行了改進(jìn)，換用廉價的10%Pd-C作為催化劑，通過比較甲醇-甲酸、EtOAc溶劑體系，我們發(fā)現(xiàn)使用體積比為15 ∶1的甲醇-甲酸做為溶劑效果最好。該溶劑體系對原料和產(chǎn)物均有較好的溶解能力，可以縮短反應(yīng)時間、提高反應(yīng)收率。后處理過程中，文獻(xiàn)需要通過反復(fù)柱層析(先后經(jīng)陽離子交換樹脂柱及陰離子交換樹脂柱純化)才能夠得到目標(biāo)純品，操作繁瑣復(fù)雜；而我們在經(jīng)過中和甲酸、過濾及DCM洗滌后即可達(dá)到純度要求，極大的提高了效率，降低了生成成本[4]。

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