阿拉莫林中間體的合成及表征

陳楚珺，馮瑾瑾，張 勤，祁詩偉，黃齊茂*

1.武漢工程大學化學與環(huán)境工程學院，湖北 武漢 430205；

2.武漢工程大學化工與制藥學院，湖北 武漢430205

2014歐洲ESMO消息報道，考慮到有效的醫(yī)療需求［1］，新藥阿拉莫林有望是第一款可有效改善患有癌癥厭食癥和惡病質(zhì)患者的治療方案［2］。癌癥惡病質(zhì)（cancer cachexia，CC）是一組以脂肪、肌肉組織丟失和進行性營養(yǎng)狀況惡化為特征的癥候群［3］，50%～90%的惡性腫瘤患者死亡前會出現(xiàn)厭食與惡病質(zhì)［4］。因此，癌癥惡病質(zhì)輔助治療逐漸引起了關注［5-7］。阿拉莫林（Anamorelin其結構如圖1（a）是一種新穎的、模仿和促生長激素分泌并且口服有效的非肽類受體激動劑［8］。它與口服活性生長素結合［9］，刺激生長激素受體激動劑—胃饑餓素的釋放［10］，在下丘腦的弓形細胞核［11］中激活神經(jīng)肽 Y 神經(jīng)元［12］來增加食欲［13］，同時抑制與厭食有關的炎癥因子［14］以此阻斷了引起厭食癥的因素?；谶@些特性，阿拉莫林［15］在臨床上服用后取得了較好的療效［16］和安全性［17］。阿拉莫林作為一種胃饑餓素受體激動藥物，最初由諾和諾德制藥有限公司研發(fā)并提交上市申請［18］，目前授權給日本小野株式會社和Helsinn公司合作開發(fā)階段，具有很好的應用前景［19］。

（R）-1-叔丁氧羰基-3-芐基-3-甲酸哌啶（其結構如圖1（b）是阿拉莫林的重要合成原料，是一種重要的手性物質(zhì)［20］醫(yī)藥中間體。手性是自然界中最重要的屬性之一［21］，直接關系到藥物的藥理作用、臨床效果、毒副作用、藥效發(fā)揮及藥效時間等［22-23］。正是由于藥物和其受體之間的這種立體選擇性作用，尋找有效的分離手段，得到高光學純度的物質(zhì)變得越來越重要［24］。大量手性藥物是以外消旋體的形式存在，所以對手性藥物的拆分、分離、提取成了研究的焦點［25］。本文選用了R-（+）-α-甲基芐胺替代了傳統(tǒng)的D-酒石酸，D-酒石酸雖有一定的拆分效果，但是達不到完全拆分開兩個異構體的目的，且拆分效果比較差，需經(jīng)過多次拆分才能得到純度和光學性質(zhì)都比較好的產(chǎn)品［26～27］。

圖1（a）阿拉莫林的結構式,（b）目標化合物的結構，（c）RBPA的合成方法Fig.1 Structure of（a）anamorelin and（b）target compound，（c）synthetic route of RBPA

目前，合成（R）-1-叔丁氧羰基-3-芐基-3-甲酸哌啶的工藝路線主要是以3-哌啶甲酸為原料，經(jīng)氯化亞砜酯化后，再與二碳酸二叔丁酯發(fā)生加成反應，經(jīng)二異丙基胺基鋰還原后再次與溴化芐發(fā)生加成反應，然后脫叔丁氧羰基與D-酒石酸制成共同體系被拆分得到的R型構體后再次與二碳酸二叔丁酯發(fā)生加成反應制得。此過程冗雜繁瑣、產(chǎn)率較低，經(jīng)過了兩次二碳酸二叔丁酯加成反應，并且經(jīng)拆分后的手性物質(zhì)，參加后面的反應過程易發(fā)生外消旋化。另外，D-酒石酸有一定的拆分效果，但是達不到完全拆分開兩個異構體的目的，其拆分效果比較差，需經(jīng)過多次拆分才能得到純度和光學性質(zhì)都比較好的產(chǎn)品。本文提供一種（R）-1-叔 丁 氧 羰 基 -3-芐 基 -3-甲 酸 哌 啶［（R）-1-tert-butyl oxycarbonyl-3-benzyl-3-formate pi?peridine，RBPA］的合成及手性拆分方法［26～27］，合成路線如圖1（c），可克服現(xiàn)有技術存在的缺陷。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

3-哌啶甲酸（3-piperidine ethyl formate，NPA）；乙醇（ethanol，EtOH）；二氯亞砜；二碳酸二叔丁酯［di-tert-butyl pyrocarbonate，（Boc）2O］；乙酸乙酯（Ethyl acetate，EA）；石油醚（petroleum ether，PE）；甲醇（methanol，MeOH）；二氯甲烷（methylene chlo?ride，DCM）；三乙胺（triethylamine，Et3N）；碳酸氫鈉（sodium bicarbonate，NaHCO3）；碳酸鈉（sodium bi?carbonate，Na2CO3）；氯化鈉（Sodium chloride，Na?Cl）；無 水 硫 酸 鈉 ；四氫 呋 喃（Tetrahydrofuran，THF）；正丁基鋰；二異丙胺；干冰；溴化芐（Benzyl bromide，BBD）；氯化銨；（R）-（+）-α-甲基芐胺；正己烷；硫酸氫鈉（Sodium bisulfate，NaHSO4）；氫氧化鋰水合物（Lithium hydroxide hydrate，LiOH·H2O）。所用溶劑及試劑均為化學純或分析純，其中THF經(jīng)金屬鈉回流重蒸處理，DCM經(jīng)無水硫酸鈉干燥處理。

RY-1熔點儀（天津市天分分析儀器廠）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生儀器廠）；循環(huán)水式多用真空泵SHB-ⅢA（上海豫康科教儀器設備有限公司）；DF-102S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市予華儀器有限責任公司）；JJ-1精密增力電動攪拌器，（金壇市城西崢嶸實驗儀器廠）；85-2恒溫磁力攪拌器（金壇市盛藍儀器制造有限公司）；CGA-20低溫冷卻循環(huán)泵（鞏義市予華儀器有限責任公司）；101-3AB型電熱鼓風干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司）；2XZ（S）-4型旋片式真空泵（上海德英真空照明設備有限公司）；電子萬用爐（北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司）；JA50038電子天平（上海越平科學儀器有限公司）；HK3300超聲波清洗器（上?？茖С晝x器有限公司）；ZF-20C暗箱式紫外分析儀（上海寶山顧村電光儀器廠）。

1.2 目標化合物的合成

1.2.1 3-哌啶甲酸乙酯的合成 向500 mL三口燒瓶中加入51.6 g（0.4 mol）NPA和 205 mL EtOH，控制溫度向其中緩慢滴入71.4 g（0.6 mol）氯化亞砜，待溫度不變后85℃回流反應3 h～5 h。薄層色譜檢測反應進程［展開劑以V（二氯甲烷）∶V（甲醇）=5∶1］至反應完成，脫溶，加入205 mL EtOH再次脫溶。最后將所得有機相置于室溫下冷卻結晶得3-哌啶甲酸乙酯（3-piperidine ethyl formate，ENT）白色固體71.8 g，產(chǎn)率為92.78%。

1.2.2 1-叔丁氧羰基-3-甲酸乙酯哌啶的合成 向2 L 三 口 燒 瓶 中 加 入 134.8 g（0.94 mol）ENT、298.9 g Na2CO3（2.82 mol）和600 mL EtOH，攪拌使其溶解并混合均勻?？刂迫芤簻囟仍?0℃以下，向其中慢慢滴加 226.1 g（1.03 mol）的（Boc）2O，室溫下攪拌過夜，然后繼續(xù)反應5 h～7 h。薄層色譜檢測反應進程［展開劑：V（PE）∶V（EA）=10∶1）］至反應完成，向溶液中加入650 mL EA進行稀釋。將燒瓶置于冰鹽浴中控制溶液溫度在20℃以下，向溶液中加入適量濃鹽酸調(diào)節(jié)pH至6～7后，有機相用體積比為3∶2的飽和NaHCO3和NaCl混合溶液萃取兩次，得到的有機相用無水硫酸鈉干燥，然后脫溶，向其中加入15 mL～20 mL PE，自然晾干，得1-叔丁氧羰基-3-甲酸乙酯哌啶（1-tert-butoxicar?bonyl-3-ethyl formate piperidine，TPF）粗品 240 g，產(chǎn)率為95%。

1.2.3 1-叔丁氧羰基-3-芐基-3-甲酸乙酯哌啶的合成 向500 mL三口燒瓶中加入27.4 g（0.28 mmol）二異丙胺、16 g（0.25 mol）正丁基鋰、160 mL THF，攪拌使其溶解并混合均勻。采用干冰EtOH控制溶液的溫度在-60℃以下，以保持碳負離子的活性，溫度過高，碳負離子會有遷移，在攪拌反應30 min后，慢慢滴入 64 g（0.25 mol）TPF，再次攪拌反應 30 min后，慢慢滴加 42.75 g（0.25 mol）BBD，反應30 min后緩慢升至室溫，繼續(xù)攪拌反應過夜。薄層色譜檢測至反應完全［展開劑：V（PE）∶V（EA）=10∶1］，向溶液中加入 180 mL飽和 NH4Cl溶液淬滅，接著向燒瓶中加入200 mL EA進行萃取。薄層色譜檢測水相無產(chǎn)物后用DCM再萃取一次，合并有機相，用無水硫酸鈉干燥，然后濃縮至半干。按照體積比V（PE）∶V（EA）=10∶1的比例向所得濃縮物中加入PE和EA混合溶液25 mL進行重結晶，得白色1-叔丁氧羰基-3-芐基3-甲酸乙酯哌啶（1-tert-butyloxycarbonyl-3-benzyl-3-ethyl formate peridine，BPF）固體72.52 g，產(chǎn)率為83.6%。

1.2.4 1-叔丁氧羰基-3-芐基-3-甲酸哌啶的合成向 500 mL 三口瓶中加入 30 g（0.086 mol）BPF、14.52 g（0.346 mol）LiOH·H2O、120 mL 的 EtOH 和120 mL蒸餾水，攪拌使其溶解并混合均勻。將溶液升溫至105℃回流反應5 h～7 h，薄層色譜檢測［展開劑：V（PE）∶V（EA）=5∶1］至反應完成后冷卻，加入30 mL EA萃取兩次，采用冰鹽浴控制溶液溫度在20℃以下，向其中加入鹽酸調(diào)節(jié)pH至3，過濾得白色固體，后經(jīng)硅膠柱層析［洗脫劑A：V（PE）∶V（EA）=10∶1］，［洗脫劑 A：V（PE）∶V（EA）=5∶1］和［洗脫劑 A：V（PE）∶V（EA）=1∶1］各洗脫 1次，過柱提純得乳白色1-叔丁氧羰基-3-芐基-3-甲酸哌啶（1-tert-butyl oxycarbonyl-3-benzyl-3-formate piperi?dine，BPA）固體22.68 g，產(chǎn)率為82.2%。

1.2.5 （R）-1-叔丁氧羰基-3-芐基-3-甲酸哌啶的合成向 500 mL 三口瓶中加入 5 g（0.016 mol）BPA、198 mL EA、2 mL（0.094 mol）R-（+）-α-甲基芐胺、1.62 g Et3N（0.016 mol）和2 mL H2O，室溫下攪拌反應過夜。薄層色譜檢測反應進程（展開劑：V（PE）∶V（EA）=10∶1）至反應完成后過濾，過濾所得沉淀用體積比為1∶2的NaHSO4溶液（質(zhì)量分數(shù)為10%）與EA的混合溶液溶解。水層用3 mL EA萃取，合并得到的有機相用鹽水洗滌，接著用無水硫酸鈉干燥，真空下脫溶，之后用3 mL體積比為1∶10的EA和正己烷溶液重結晶，得目標產(chǎn)物（R）-1-叔丁氧羰基-3-芐基-3-甲酸哌啶［（R）-1-tert-butyl oxycar?bonyl-3-benzyl-3-formate piperidine，RBPA］白色晶狀固體1.9 g，產(chǎn)率為48.6%，終產(chǎn)物的總收率為29.4%。

2 結果與討論

2.1 化合物表征

化合物 TPF：白色固體，H1NMR 如圖 2（a）（400 MHz，CDCl3）δ：1.214（s，3H，CH3），1.418（m，9H，3*CH3） ，1.677-1.644 （t，2H，CH2CH3） ，2.018-2.008（t，2H，CH2N），2.931-2.764（t，2H，CH2CH2N），4.013-3.856（t，4H，CH2CCOCH2）7.246（s，1H，CH2CHCOCH2）

化合物RBPA：白色晶體，H1NMR如附圖2（b）（400 MHz，CDCl3）δ：1.527-1.348（s，9H，3*CH3），1.534（m，1H，CH），1.764-1.748（s，1H，CH），2.475（s，2H，CH2），2.650（m，1H，CHCH），2.796（m，1H，CHCH），2.806（m，2H，CH2），3.382（m，2H，CH2），3.751（m，1H，CH），3.878（m，2H，CH2），7.111（m，1H，OH），7.225-7.208（s，2H，NHCH2C）；LC-MS 如附圖 2（c），m/s：321.18｛［M+2H］+，100｝。

2.2 化合物BPF的合成反應中的立體選擇性及反應機理

TPF生成BPF的反應是親電取代反應，影響其立體選擇性的因素主要由于受到C-3上乙氧基羰基的空間位阻影響，體積較大的芐基碳負離子很難于進攻哌啶C-3位上的H形成γ取代。為了能降低整個分子體系的勢能，使體系更穩(wěn)定，化合物BPF的合成需要強還原劑才能把C-3上H取代，而且控制溶液的溫度在-60℃以下，可以更好的以保持碳負離子的活性，溫度過高，碳負離子會有遷移，就會有大量的副產(chǎn)物生成。因此，常用二異丙胺和正丁基鋰合成LDA，一方面，LDA有很強的還原性；另一方面，二異丙胺基的弱堿性，使溴化芐很容易失去1個質(zhì)子形成碳負離子，然后碳負離子的負電荷進攻哌啶環(huán)C-3位上的氫質(zhì)子，經(jīng)電子轉(zhuǎn)移，C-H鍵斷裂形成溴化氫小分子，芐基加在3位得到化合物BPF。

2.3 合成條件的選擇

2.3.1 TPF的合成條件 TPF是在堿性條件下，由ENT和（Boc）2O加成合成TPF。選擇（Boc）2O作為氨基保護劑，是因為Boc基團是一種比較好的離去基團，其產(chǎn)物的分離提純較之使用其他類型的氨基酸保護劑容易，而堿的選擇對產(chǎn)物的收率有較大影響，在保證其他條件不變的情況下，我們做了單因素變量實驗，考察了分別投堿性強度不同的三種物質(zhì)NaOH，Na2CO3，Et3N來研究其對加成反應收率以及產(chǎn)物性狀的影響，其操作步驟如下：稱取112.8 g NaOH，向2 L三口燒瓶中加入134.8 g（0.94 mol）ENT和600 mL EtOH，攪拌使其溶解并混合均勻?？刂迫芤簻囟仍?0℃以下，向其中慢慢滴加 226.1 g（1.03 mol）的（Boc）2O，室溫下攪拌過夜，然后繼續(xù)反應5～7 h。TLC檢測反應進程（展開劑：V（PE）∶V（EA）=10∶1）至反應完成，向溶液中加入650 mL EA進行稀釋。將燒瓶置于冰鹽浴中控制溶液溫度在20℃以下，向溶液中加入適量濃鹽酸調(diào)節(jié)pH至6～7后，有機相用體積比為3∶2的飽和NaHCO3∶NaCl混合溶液萃取兩次，得到的有機相用無水硫酸鈉干燥，然后脫溶，向其中加入15 mL～20 mL PE，自然晾干，得TPF粗品。因僅是單因素變量實驗，只考察堿性條件下不同TPF的產(chǎn)率。其余操作不變，僅將堿的種類改變，投入堿性不同的420.18 g Et3N、298.9 g Na2CO3（2.82 mol）分別反應并與投入NaOH的收率對照，結果見表1。

表1 堿對（Boc）2O加成反應的影響Tab.1 Effect of alkali on yield in addition reaction of（Boc）2O

由表1可知，選擇Na2CO3參與加成反應，TPF的收率最高，而且可以得到性狀優(yōu)良的產(chǎn)物。因此，選擇Na2CO3參與（Boc）2O加成反應，更加利于下一步反應的進行。

2.3.2 酯的水解 一般水解反應是在酸或者堿性條件下催化進行，選擇出一個合適的水解條件對得到高收率酸BPA的結晶至關重要。經(jīng)過大量的實驗，筆者找到了一種可替代的物質(zhì)，以LiOH·H2O作為BPF的水解催化劑。LiOH·H2O投料量比例大小對產(chǎn)物的收率有較大影響，在保證其他條件不變的情況下，做了單因素變量實驗，考察了改變LiOH·H2O和EtOH的投料量來研究其對BPF的水解反應的影響，結果見表2。

由表2可知，水解反應的收率隨著LiOH·H2O的投料量的適量增加而逐漸增加。因此，化合物n（BPF）∶n（LiOH·H2O）∶n（EtOH）投料比為 1∶4∶4時，目標產(chǎn)物收率最高，投料比例最適合。

圖2 （a）TPF的H1NMR，（b）RBPA的H1NMR，（c）RBPA的LC-MSFig.2 H1NMR spectra of（a）TPF and（b）RBPA，and（c）LC-MS spectrum of RBPA

表2 LiOH·H2O投料量對BPF水解反應的影響Tab.2 Effect of LiOH·H2O feeding dosage on hydrolysis reaction of BPF

3 結 語

反應以NPA為原料，經(jīng)過C-3位羧基酯化得到ENT，通過（Boc）2O堿性加成生成TPF，使其還原后，與BBD再次加成得到BPF，經(jīng)LiOH·H2O水解，使生成的BPA通過R-（+）-α-甲基芐胺的手性拆分得RBPA。本文改進了目標產(chǎn)物RBPA的合成方法，初步探討了中間體TPF轉(zhuǎn)變成BPF的可能反應機制。反應創(chuàng)新優(yōu)化的工藝條件為：反應中，（Boc）2O加成的堿性條件為Na2CO3，并且找到了一種新的BPF水解原料LiOH·H2O，和手性拆分藥劑R-（+）-α-甲基芐胺，得到了性狀優(yōu)良，純度較高的目標產(chǎn)物。所得產(chǎn)品經(jīng)核磁共振氫譜和質(zhì)譜表征。本實驗所述方法具有合成工藝簡單，路線簡潔，原料易得，操作步驟簡便，成本低、產(chǎn)率高等優(yōu)點，具有廣大的工業(yè)化應用前景。

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