5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸的新合成方法

(遵義醫(yī)學院藥學院，貴州遵義，563099)

5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸的新合成方法

趙長闊王先恒黃梅鐘艷袁智
(遵義醫(yī)學院藥學院，貴州遵義，563099)

丙二酸二乙基酯為起始原料，與水合肼反應得到丙二酸乙酯酰肼1，再與甲基乙亞胺酸酯鹽酸鹽2在Hoenig堿存在下進行縮合反應得到5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯3，最后將化合物3的酯鍵水解后得到目標產(chǎn)物5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯I，總收率40.0%。

丙二酸二乙基酯 5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸 縮合 合成

三氮唑類雜環(huán)是一類重要的芳雜環(huán)，由于其易形成氫鍵，配位鍵等，并發(fā)揮多種非共價鍵相互作用，能夠改善藥物分子的水溶性等化學物理性質(zhì)；被廣泛地應用于藥物合成、功能材料及分子生物學等方面[1]。三氮唑結構中的1,2,4-三氮唑表現(xiàn)出各種各樣的生物活性，例如伊曲康唑、曲康唑、泊沙康唑、阿巴康唑、氟康唑、艾氟康唑、伏立康唑等就是一類包含1,2,4-三氮唑的藥物，該類藥物具有高效、廣譜的抗真菌活性，并對大多數(shù)酵母菌及絲母菌有較強抑制活性[2-3]。1,2,4-三唑類還被較多地應用于農(nóng)藥，如戊唑醇、呋醚唑、丙環(huán)唑等。這些雜環(huán)結構的農(nóng)藥具有廣譜、高效、低毒、效長等特點，還能調(diào)節(jié)作物生長[4]。錢存衛(wèi)等報道了含噻唑、硫醚結構的1,2,4-三唑類化合物，能夠抑制紋枯病菌[5]。

5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸被廣泛應用于新藥設計合成領域，并顯示出多種多樣的生物活性；例如，專利文獻[6-8]報道了作為磷酸二酯酶受體(phosphodiesterase)包含5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酰基片段的新分子結構，顯示出廣泛的抗腫瘤活性。

為進一步研究1,2,4-三氮唑雜環(huán)衍生物，探討了5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸的合成。Khomenkohe和Naresh等[9-10]報道了將甲酰肼A與乙酸丙二酸酯單亞胺酯 B 在乙醇中回流反應得到相應5-甲基-1,2,4-三唑-3-乙酸酯3；收率83%。

路線1 文獻報道的化合物I合成路線[9-10]

上述合成路線中[9-10]，乙酸丙二酸酯單亞胺酯 B不易制備，限制了該方法的進一步應用。參考文獻[9-10]，本文設計了一條新的合成路線，即先合成丙二酸乙酯酰肼1，再與甲基乙亞胺酸酯鹽酸鹽2在Hoenig堿存在下進行縮合反應得到5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯3，并討論了這一新路線中的關鍵步驟合成條件優(yōu)化。

1 材料與儀器

1.1 材料

丙二酸二乙基酯(Aldrich)；水合肼、乙腈(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)；氫氧化鉀、氫氧化鈉、無水硫酸鈉、無水硫酸鎂、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、石油醚、乙醚(化學純，國藥集團化學試劑有限公司)；柱層析用硅膠(200～300目)、硅膠薄層板(青島海洋化工廠)；蒸餾水(自制)。

1.2 儀器

電熱恒溫鼓風干燥箱(DMG-914M型，上海精宏實驗設備有限公司)；暗箱三用紫外分析儀(81-2型，上海司樂儀器有限公司)； LC-10ATVP 型高效液相色譜儀(日本島津公司)；Varian 400MHz核磁共振波譜儀(TMS作內(nèi)標，安捷倫科技有限公司)。

2 合成方法與討論

2.1 化合物I的合成路線

丙二酸二乙基酯為起始原料，與水合肼反應得到丙二酸乙酯酰肼1，再與甲基乙亞胺酸酯鹽酸鹽2在Hoenig堿存在下進行縮合反應得到5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯3，最后將化合物3的酯鍵水解后得到目標產(chǎn)物5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯I，總收率40.0% (路線 2)。

路線2 化合物I的新合成路線

2.1.1 丙二酸乙酯酰肼1的制備

丙二酸二乙酯(10g, 62.5mmol)溶解于50mL乙醇中，然后添加85%水合肼(1.44g, 1.44mol)。反應混合物在室溫下攪拌過夜。停止反應，過濾，濾液減壓蒸除溶劑。所得殘留物用乙酸乙酯/石油醚的混合溶劑進行重結晶，得到化合物1(2.10g, 64%)，為白色固體。1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ 4.12 (q,J=7.1Hz, 2H), 3.16(s,2H),1.22(t,J=7.1Hz, 3H); LC-MS 147 (M+H)+。

2.1.2 甲基乙亞胺酸酯鹽酸鹽2的制備

在冰水浴中，攪拌下將HCl氣體通入乙腈(30g, 0.720 mol)、甲醇 (35 mL, 0.87 mol)和己烷(150mL)的混合溶液中；在攪拌過程中，逐漸有白色沉淀形成。持續(xù)攪拌反應6 h，停止反應。反應液減壓蒸除溶劑后得到化合物2 (63.51g, 84%)。1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 12.78 (br, 1H), 12.03 (br, 1H), 8.40～7.43 (m, 5H), 4.57 (s, 3H)。

2.1.3 乙基 5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯3的制備

化合物1(13.08g, 0.09mol)懸浮于異丙醇(70mL)中，然后滴加DIEA(70mL)和化合物2(12.6g,0.16mol)。反應混合物在室溫下攪拌10分鐘，然后在油浴中加熱流3天。蒸除溶劑，所得殘留物用乙酸乙酯稀釋，再用鹽水洗滌后，用無水硫酸鈉干燥。減壓蒸除乙酸乙酯，所得殘留物用乙酸乙酯/石油醚的混合溶劑進行重結晶，得到目標化合物3 (10.87 g, 71%)，為白色固體。1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 4.24 (q, J = 7.1Hz, 2 H), 3.82 (s, 2H), 2.41 (s, 3H), 1.29 (t, J = 7.1Hz, 3H)。

2.1.4 5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸I的制備

化合物3 (4g, 23.5mmol)溶于水(30mL)和甲醇(20mL)中，然后分批加入氫氧化鈉 (1.22g, 1.22mol)；所得混合物在室溫下攪拌過夜。減壓蒸除溶劑，所得殘留物溶解于乙醚(45mL)中，在0～5℃下攪拌通入氯化氫氣體，在攪拌過程中,有白色沉淀形成；過濾并干燥后得到目標化合物I (2.95g, 87%)；1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 3.98 (s, 2 H), 2.57 (s, 3H); LC-MS > 99% (Purity) 142 (M+H)+。

2.2 討論

2.2.1 結構確證

1H NMR和LC-MASS表明了目標產(chǎn)物I的化學結構。然而，HPLC顯示為兩個峰的混合物，這是由于化合物I可以形成兩個不同氫鍵，如圖1所示。

圖1 化合物I的分子內(nèi)氫鍵

2.2.2 反應條件優(yōu)化

2.2.2.1 丙二酸乙酯酰肼1的制備

采用丙二酸二乙酯和85%水合肼在乙醇溶劑中室溫攪拌過夜，收率可達61%。該方法避免了高危險的無水肼的使用，所得到的粗品進過重結晶可以得到純品，非常適合工業(yè)化生產(chǎn)。

2.2.2.2 乙基 5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯3的制備

乙腈在甲醇鹽酸溶液反應先生成中間體甲基乙亞胺酸酯鹽酸鹽2。對于甲基乙亞胺酸酯鹽酸鹽2與丙二酸乙酯酰肼1的成環(huán)反應，我們重點對各種堿以及溶劑進行了條件優(yōu)化，最終發(fā)現(xiàn)在DIEA條件，以異丙醇為溶劑發(fā)生回流48h，以71%的收率得到1,2,4-三唑-3-乙酸酯3。

表1 乙基 5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯3的工藝優(yōu)化

最后，在堿性條件(NaOH)作用下，乙基 5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯3順利地水解生成得到目標化合物I。

3 結論

本文發(fā)展了一條新的路線，即以丙二酸二乙基酯為起始原料，與水合肼反應得到丙二酸乙酯酰肼1，再與甲基乙亞胺酸酯鹽酸鹽2在Hoenig堿存在下進行縮合反應得到5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯3，最后將化合物3的酯鍵水解后得到目標產(chǎn)物5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸I，總收率40.0%。該路線具有原料易得，價格便宜，工藝條件溫和，易于工業(yè)化生產(chǎn)的特征；此外該方法也可以進一步應用到其他類似物的合成。

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ANewSyntheticRouteof5-Methyl-4H-1,2,4-Triazole-3-AceticAcid

ZhaoChangkuo,WangXianheng,HuangMei,ZhongYan,YuanZhi
(SchoolofPharmacy,ZunyiMedicalUniversity,Zunyi563099,Guizhou,China)

Starting from diethyl malonate, which reacted with hydrazine hydrate to give ethyl malonate hydrazide 1, and then reacted with methyl ethylimidate hydrochloride 2 in the presence of Hoenig base through condensation to afford ethyl 5-aethyl-4H-1,2,4-triazole-3-acetate 3, and finally the ester bond of ester 3 was hydrolyzed, the targeted product 5-methyl-4H-1,2,4-triazole-3-acetic acid I was obtained with a total yield of 40.0%.

diethyl malonate; 5-methyl-4H-1,2,4-triazole-3-acetic acid; condensation; synthesis

貴州省科技廳聯(lián)合基金資助項目(NO：黔科合LH字[2015]7531)