奧拉西坦合成方法研究

李柏娜，宋艷玲

(沈陽化工大學(xué) 制藥與生物工程學(xué)院， 遼寧 沈陽 110142)

奧拉西坦(Oxiracetam)化學(xué)名為：2-(4-羥基吡咯烷-2-酮-1-基)乙酰胺，是一種新的環(huán)狀GABOB衍生物(如圖1所示).1974年由意大利ISF公司首次合成，并于1987年在意大利上市.其可以對抗由物理因素、化學(xué)因素所致的腦功能損傷；能促進(jìn)腦內(nèi)ATP、乙酰膽堿合成，并能增強(qiáng)神經(jīng)興奮的傳導(dǎo)，具有促進(jìn)腦內(nèi)代謝作用；對缺氧所致的逆行性健忘也具有改善作用.臨床上主要適用于治療健忘癥、老年性癡呆、血管性癡呆等[1-2].奧拉西坦自1998年在中國國內(nèi)上市以來得到了廣泛的應(yīng)用，目前有膠囊劑、注射劑(小水針)等品種，是國內(nèi)最具有應(yīng)用前景的益智藥之一.關(guān)于奧拉西坦的合成方法眾多[3-7]，主要包括4種途徑:(1)以3，4-環(huán)氧丁酸或者4-氯-3-羥基丁酸乙酯為起始原料，與甘氨酰胺鹽酸鹽反應(yīng)得到奧拉西坦；(2)以3，4-環(huán)氧丁酸或者4-氯-3-羥基丁酸乙酯為起始原料，與甘氨羧酸酯反應(yīng)得到3-羥基-2-酮-1-乙酸酯，再經(jīng)過氨解反應(yīng)得到奧拉西坦；(3)以3，4-環(huán)氧丁酸或者4-氯-3-羥基丁酸乙酯為起始原料，與氨基乙腈反應(yīng)，再經(jīng)氨解反應(yīng)得到奧拉西坦；(4)以4-氯-3-甲氧基-丁烯酸甲酯和甘氨酸為起始原料，得到4-甲氧基-吡咯啉-2-酮-1-乙酸，經(jīng)過水解得到2，4-二酮吡咯-1-乙酸，再經(jīng)過還原反應(yīng)、酯化反應(yīng)和氨解反應(yīng)最終得到奧拉西坦.這些路線各有優(yōu)缺點，比較而言，路線(1)工藝步驟簡單，可控性好，但文獻(xiàn)報道[3]此路線得到的奧拉西坦后處理需要經(jīng)過柱色譜分離純化，不適用于工業(yè)化放大生產(chǎn).為此，本研究對此路線的后處理進(jìn)行改進(jìn)，以期更適合工業(yè)化生產(chǎn)，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本.此外，甘氨酰胺鹽酸鹽作為合成奧拉西坦和多肽類及氨基酸類化合物的重要中間體[8]，其制備工藝研究也具有十分重要的意義.

圖1 奧拉西坦的化學(xué)結(jié)構(gòu)

實驗以甘氨酰胺鹽酸鹽和4-氯-3-羥基丁酸乙酯為起始原料，在乙醇溶劑中以碳酸鈉為堿催化劑，通過縮合反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物奧拉西坦，反應(yīng)路線如式(1).后處理采用先趁熱過濾未溶的無機(jī)碳酸鈉，蒸干溶劑，將剩余物質(zhì)溶于水中，乙酸乙酯洗水層去除脂溶性雜質(zhì)，減壓蒸餾至余下少量水，加入丙酮，冷凍，析晶，得到奧拉西坦.

實驗首次以甘氨酸為起始原料，在甲醇和氯化亞砜中經(jīng)過酯化反應(yīng)得到甘氨酸甲酯鹽酸鹽，再與氨水進(jìn)行胺化反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物甘氨酰胺鹽酸鹽，其化學(xué)反應(yīng)式見式(2).甘氨酸是一種便宜易得的起始原料，在甲醇和氯化亞砜的反應(yīng)條件下，酯化反應(yīng)收率較高；胺化反應(yīng)利用氨水代替氨氣，省略了利用氨氣需要加壓的反應(yīng)條件，使反應(yīng)操作更加方便，容易控制，具有一定的應(yīng)用價值.同時，對反應(yīng)工藝進(jìn)行了優(yōu)化研究.

1 實驗部分

1.1 主要試劑和儀器

氯化亞砜、氨水、碳酸鈉：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純；甘氨酸：天津市百世化工有限公司，分析純；甲醇、丙酮：天津市博迪化工有限公司，分析純；碳酸銨、乙醇：天津市瑞金特化學(xué)品有限公司，分析純；4-氯-3-羥基丁酸乙酯西亞試劑，化學(xué)純.

XT-24A顯微熔點測定儀：上海濟(jì)成分析儀器有限公司；IR-435紅外光譜測定儀：KBr壓片法，日本島津；核磁共振氫譜用Bruker ARX-300MHz 超導(dǎo)核磁共振儀測定，TMS為內(nèi)標(biāo)；氣相色譜儀采用 GC-2014 色譜儀檢測；磁力攪拌器：河南省太康科技儀器廠.

1.2 奧拉西坦的制備

1.2.1 甘氨酸甲酯鹽酸鹽的合成

將甘氨酸(2 g，26.64 mmol)、甲醇20 mL加入至100 mL帶溫度計與滴液漏斗的三口瓶中，攪拌，冰鹽浴降溫至-10～-5 ℃，滴加二氯亞砜(3.86 mL，53.28 mmol)，滴加過程保持溫度不超過5 ℃，滴加完畢，升至30 ℃，繼續(xù)室溫反應(yīng)5 h.減壓抽除溶劑，加甲醇15 mL溶解剩余固體，加入60 mL石油醚，產(chǎn)品析出，抽濾.濾餅減壓干燥，得白色固體2.84 g，收率為85.6%，m.p.：170～175 ℃.

1.2.2 甘氨酰胺鹽酸鹽的合成

甘氨酸甲酯鹽酸鹽(1 g，7.96 mmol)、氨水(4.64 g，79.60 mmol)和碳酸銨(2.3 g，23.88 mmol)加入至100 mL燒瓶中，30 ℃保溫反應(yīng)2 h.減壓抽除氨水，加無水乙醇20 mL,冷卻靜置，將產(chǎn)物析出，抽濾，乙醇洗濾餅.濾餅減壓干燥，得白色固體0.75 g，收率為85%，m.p.：195～200 ℃.IR(KBr，cm-1):3 384，3 093，2 998，1 690，1 592，1 450，1 406，1 320.

1.2.3 奧拉西坦的合成

將甘氨酸甲酯鹽酸鹽(1.11 g，10 mmol)、4-氯-3-羥基丁酸乙酯(1.67 g，10 mmol)、碳酸鈉(0.83 g，10 mmol)和乙醇20 mL加入至100 mL帶溫度計與滴液漏斗的三口瓶中，加熱回流反應(yīng)20 h.反應(yīng)結(jié)束后，趁熱過濾，除去未溶的無機(jī)碳酸鈉，減壓蒸掉乙醇溶劑，將殘余物溶于10 mL水中，乙酸乙酯洗水層(10 mL×3)，減壓蒸餾至余下1 mL水，加入20 mL丙酮，冷凍，析晶，得到奧拉西坦0.73 g，收率為46 %，m.p.：160～163 ℃，HPLC 98.5 %，1H-NMR(D2O)δ：2.78(1H，dd，J=6.3，18.2 Hz)，2.35(1H，d，J=18.2 Hz)，4.42(1H，d，J=5.8 Hz)，3.19(1H，d，J=11.5 Hz)，3.83(1H，dd，J=5.5，11.5 Hz)，3.88(1H，d，J=15.8 Hz)，4.07(1H，d，J=15.8 Hz).

2 結(jié)果與討論

2.1 原料配比對酯化反應(yīng)的影響

甘氨酸和甲醇在氯化亞砜作用下發(fā)生酯化反應(yīng)，在反應(yīng)溫度為30 ℃下考察了氯化亞砜用量對收率和反應(yīng)時間的影響，結(jié)果如表1所示.從表1實驗結(jié)果可以看出：甘氨酸與氯化亞砜的配比(摩爾比)在1∶2與1∶3之間，反應(yīng)時間及收率變化不大，當(dāng)摩爾比降到1∶1時，反應(yīng)時間延長，收率降低較為明顯.考慮反應(yīng)成本及反應(yīng)收率，將甘氨酸與氯化亞砜的最佳摩爾比定為1∶2.

表1 配料比對酯化反應(yīng)的影響

2.2 原料配比對胺化反應(yīng)的影響

甘氨酸甲酯鹽酸鹽與氨水進(jìn)行胺化反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物甘氨酰胺鹽酸鹽，考察了氨水用量對收率和反應(yīng)時間的影響，結(jié)果如表2所示.

表2 配料比對胺化反應(yīng)的影響

從表2實驗結(jié)果可以看出：甘氨酸甲酯鹽酸鹽與氨水的摩爾比在1∶15與1∶20之間，反應(yīng)時間及收率變化不大，當(dāng)摩爾比降到1∶10時，反應(yīng)時間延長，收率降低較為明顯.考慮反應(yīng)成本及反應(yīng)收率，將甘氨酸甲酯鹽酸鹽與氨水的最佳摩爾比定為1∶15.

2.3 反應(yīng)溫度對胺化反應(yīng)的影響

在20、30、40 ℃下，甘氨酸甲酯鹽酸鹽與氨水的摩爾比定為1∶15，考察反應(yīng)時間與反應(yīng)收率，結(jié)果如表3所示.從表3實驗結(jié)果可以看出：溫度在30 ℃時，收率較好；溫度升高，收率降低，可能是由于溫度升高，氨水容易揮發(fā).所以，最佳反應(yīng)溫度定為30 ℃.

表3 反應(yīng)溫度對胺化反應(yīng)的影響

2.4 碳酸銨對胺化反應(yīng)的影響

采用催化劑碳酸銨，考察其對胺化反應(yīng)的影響.在30 ℃下，考察甘氨酸甲酯鹽酸鹽、氨水、碳酸銨的配比對胺化反應(yīng)時間與反應(yīng)收率的影響，結(jié)果如表4所示.從表4實驗結(jié)果可以看出：碳酸銨加入，降低氨水用量，降低胺化反應(yīng)的時間，提高了收率.碳酸銨除了催化作用外還具有補(bǔ)充銨根離子的作用，因為氨水在高溫下容易揮發(fā)，加入碳酸銨的作用是使溶液中始終含有一定量的銨離子，降低氨水用量，保證反應(yīng)順利進(jìn)行.考慮反應(yīng)成本及反應(yīng)收率，選擇n(甘氨酸甲酯鹽酸鹽)：n(氨水)：n(碳酸銨)的為1∶10∶3.

表4 碳酸銨對胺化反應(yīng)的影響

2.5 奧拉西坦合成反應(yīng)的后處理

對奧拉西坦的合成反應(yīng)液后處理進(jìn)行了研究.由于奧拉西坦具有水溶性，在提取純化過程中，嘗試了不同的溶劑，包括甲醇、乙醇、丙酮、石油醚、異丙醇，最終確定了水-丙酮(V(水)∶V(丙酮)=1∶20)作為析晶的混合溶劑.

3 結(jié) 論

確定了以甘氨酰胺鹽酸鹽和4-氯-3-羥基丁酸乙酯為原料合成奧拉西坦的合成路線，收率為46 %.改進(jìn)了反應(yīng)后處理的方法，簡化了柱色譜純化的繁瑣條件，確定了以水-丙酮(V(水)：V(丙酮)=1∶20)作為析晶的混合溶劑.以甘氨酸為原料，采用氯化亞砜作用下酯化反應(yīng)得到甘氨酸甲酯鹽酸鹽，該方法條件溫和，操作方便，反應(yīng)時間短，產(chǎn)率高.甘氨酸甲酯鹽酸鹽與大量氨水可以發(fā)生胺化反應(yīng)，避免了使用操作復(fù)雜的氨氣加壓胺化反應(yīng)條件，操作方法簡單；使用碳酸銨作催化劑，可降低氨水用量，縮短反應(yīng)時間.經(jīng)工藝優(yōu)化研究，反應(yīng)的最佳工藝條件如下：甘氨酸與氯化亞砜原料配比為1∶2(摩爾比)；甘氨酸甲酯鹽酸鹽、氨水、碳酸銨用量比為1∶10∶3(摩爾比)，反應(yīng)溫度為30 ℃，反應(yīng)時間為1 h，兩步反應(yīng)總收率為73.3 %.

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