瑞舒伐他汀關(guān)鍵中間體合成新工藝研究

俞 杰, 應(yīng)海兒, 陸 胤, 張玲玲, 王曉鐘, 陳英奇, ZHYLKO Viachaslau , 戴立言

(1. 浙江樹人大學(xué) 生物與環(huán)境工程學(xué)院, 浙江 杭州 310015; 2. 浙江大學(xué) 化學(xué)工程與生物工程學(xué)院,浙江 杭州 310027; 3. 白俄羅斯國立大學(xué) 國際薩哈羅夫環(huán)境研究所, 明斯克 220070)

1 前 言

瑞舒伐他汀(圖 1)的化學(xué)名稱為(+)-(3R,5S)-7-[4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-(N-甲基-N-甲磺酰氨基)嘧啶-5-基]-3,5-二羥基-6(E)-庚烯酸。通過研究發(fā)現(xiàn)，瑞舒伐他汀鈣作為一種HMG-CoA 抑制劑，與其他的他汀類藥物相比具有更好的藥理學(xué)活性[1]，此外，還具有強效、安全性高、副作用少、耐受性良好的特點[2]，在降低心血管疾病風(fēng)險中發(fā)揮著重要作用。

圖1 瑞舒伐他汀分子結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Molecular structure of rosuvastatin

圖2 瑞舒伐他汀骨架結(jié)構(gòu)Fig.2 Backbone structure of rosuvastatin

瑞舒伐他汀的母體骨架結(jié)構(gòu)為 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-[甲基(甲磺?；?氨基]-嘧啶-5-取代基(圖 2)，嘧啶環(huán)第5 位取代基團通常為酯基或氰基，可通過官能團反應(yīng)再與側(cè)鏈進行拼接制得瑞舒伐他汀。根據(jù)文獻報道，其合成主要有以下幾種方法，一是尿素法，該方法以對氟苯甲醛、異丁酰乙酸甲酯(或異丁酰乙腈)和尿素為主要原料，通過環(huán)合、氧化、取代等步驟，得到4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-[甲基(甲磺?；?氨基]-嘧啶-5-取代物[3-4]。以尿素為環(huán)合反應(yīng)的原料，收率較高，但是過程中產(chǎn)生的嘧啶2 位羥基難以脫去，必須經(jīng)歷?；蛊涑蔀橐纂x去基團，再以N-甲基甲磺酰胺取代，成本較高。二是異硫脲法，如KUMAR等[5]以芐基異硫脲與對氟苯甲醛和異丁酰乙酸甲酯反應(yīng)產(chǎn)物 3-(4-氟苯基)-2-(2-甲基丙?；?-丙-2-烯酸甲酯進行反應(yīng)合成嘧啶骨架。該路線反應(yīng)路線很長，收率不高。三是鹽酸胍法，胍的結(jié)構(gòu)與2 位含氮取代基嘧啶的結(jié)構(gòu)非常契合，由此考慮到以鹽酸胍作為成環(huán)的重要原料。該方法[6]減少了許多復(fù)雜反應(yīng)步驟，可較容易得到目標化合物，但其中所用的 2，3-二氯-5，6-二氰基苯醌(DDQ)等試劑毒性比較大[7]。四是硫脲法，該方法的優(yōu)點在于多為室溫反應(yīng)，較尿素反應(yīng)而言減少了羥基脫去的步驟。如END 等[8]以對氟苯甲醛、異丁酰乙酸甲酯、硫脲為原料經(jīng)環(huán)合、甲基化、氧化、取代、?；炔襟E合成了嘧啶環(huán)第5 位取代基為酯基的瑞舒伐他汀母核，但在該方法中也使用了DDQ，且反應(yīng)步驟相對較長。

如圖3 所示，本研究在上述硫脲法文獻的基礎(chǔ)上，以異丁酰乙腈取代異丁酰乙酸甲酯，合成嘧啶環(huán)第5 位取代基為氰基的瑞舒伐他汀關(guān)鍵中間體4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-(N-甲基-N-甲磺酰氨基)嘧啶-5-甲腈(圖3 中化合物1)，同時，在溫和條件下，將取代、酰化一鍋法進行，并用MnO2取代DDQ，以廉價的雙氧水取代間氯過氧苯甲酸，以期為他汀類藥物中間體的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)和借鑒參考。

圖3 瑞舒伐他汀關(guān)鍵中間體4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-(N-甲基-N-甲磺酰氨基)嘧啶-5-甲腈合成新工藝路線圖Fig.3 Synthetic route for the key intermediate of rosuvastatin 4-(4-fluorophenyl)-6-isopropyl-2-(N-methyl-N-methylsulfonylamino) pyrimidine-5-formonitrile

2 實驗(材料與方法)

2.1 實驗材料與儀器

2.1.1 分析儀器

安捷倫6820 氣相色譜儀(GC)、安捷倫1200 高效液相色譜儀(HPLC)、AVNACE DM×500 型核磁共振儀。

2.1.2 實驗材料

異丁酸乙酯、乙腈、四氫呋喃(THF)、二氯甲烷(DCM)、濃鹽酸(質(zhì)量分數(shù)為36.5 %)、乙酸乙酯、碳酸氫鈉、氫化鈉(質(zhì)量分數(shù)為60 %，分散于石蠟油)、對氟苯甲醛、硫脲、乙醇、氯化亞銅、氯化鑭七水合物、氯化鐵六水合物、濃硫酸、碳酸鉀、碘甲烷、甲苯、二氧化錳、甲醇、鎢酸鈉、四丁基溴化銨(TBAB)、聚乙二醇(PEG400)、雙氧水(質(zhì)量分數(shù)為30 %)、N-甲基甲磺酰胺等分析純試劑購自中國國藥集團有限公司，去離子水為自制。

2.2 典型實驗

2.2.1 異丁酰乙腈的制備

在60%氫化鈉 (8.93 g，0.22 mol) 中加入四氫呋喃 (150mL)，加熱至60 ℃，滴加異丁酸乙酯 (21.6 g，0.186 mol)和乙腈 (9.14 g，0.22 mol) 混合物，1 h 內(nèi)滴完，繼續(xù)反應(yīng)6 h。氣相色譜顯示原料反應(yīng)幾乎完全，停止，減壓蒸干，殘余物加水 (300 mL) 溶解，用二氯甲烷洗滌 (50 mL×2)，用濃鹽酸調(diào)節(jié)pH<3，用乙酸乙酯萃取 (100 mL×3)，水洗 (50 mL)，用飽和碳酸氫鈉溶液洗 (50 mL)，再水洗 (50 mL)，減壓蒸干后獲得紅色油狀物異丁酰乙腈 (19.17 g，收率88.4%)，經(jīng)氣相色譜分析，純度達到95.2%。

1HNMR (500MHz，CDCl3)：1.19(d，J=7.0Hz，6H)；2.81(m，1H)；3.55(s，2H)。

在傳統(tǒng)的診斷方法當(dāng)中，要對乳腺腫瘤結(jié)節(jié)的良惡性給出準確的判斷通常是借助于穿刺活檢或者是手術(shù)之后實施病理診斷，雖然其診斷結(jié)果權(quán)威準確，但是均是有創(chuàng)手段，不管是活檢穿刺還是手術(shù)的方式，患者都需要承受一定的痛苦。相對于前兩種診斷方法，超聲檢查在操作便捷性、安全性、經(jīng)濟性等方面具有明顯的優(yōu)勢，美國放射學(xué)院吸取乳腺X線攝影成功的經(jīng)驗，并創(chuàng)立了超聲版BIRADS分類，即超聲版的乳腺影像報告及數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其參照乳腺腫塊微小鈣化、邊緣、形態(tài)等的分類來對乳腺腫塊的性質(zhì)進行判斷，通過這種方式很好的解決了乳腺超聲描述及診斷規(guī)范化的問題，其采用階梯式的評級標準為乳腺疾病的臨床診斷及治療提供了非常重要的參考依據(jù)[5]。

2.2.2 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-硫代-1,2,3,4-四氫嘧啶-5-甲腈的制備

將異丁酰乙腈(1.00 g，9.00 mmol)、對氟苯甲醛 (1.12 g，9.00 mmol)、硫脲 (2.05 g，27.00 mmol)混合，加入乙醇 (10 mL)、氯化亞銅 (0.01 g，0.90 mmol)、濃硫酸 (0.09 g，0.90 mmol)，加熱回流反應(yīng)24 h，薄層色譜分析顯示反應(yīng)完全，加水(10 mL)，過濾，用水∶乙醇=1∶1 洗滌 (20mL)，獲得黃色黏稠狀物質(zhì)4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-硫代-1,2,3,4-四氫嘧啶-5-甲腈 (見圖3 中的化合物2) (2.00 g，收率81.0%)。

1HNMR (500MHz，d-DMSO)：1.22(m，6H)；2.90(m，1H)；5.14(d，J=2.5Hz，1H)；7.29(m，4H)；9.73(s，1H)；10.44(s，1H)。

2.2.3 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲硫基-1,4-二氫嘧啶-5-甲腈和 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲硫基嘧啶-5-甲腈的制備

將四氫嘧啶硫酮 (5.00 g，18.2 mmol)、碳酸鉀 (2.50 g，18.2 mmol) 混合，加入乙腈 (50 mL)，室溫下攪拌20 min，加入碘甲烷 (2.80 g，20.0 mmol)和乙腈 (10 mL)混合液，室溫反應(yīng)2 h，薄層色譜分析顯示反應(yīng)完全。過濾，減壓蒸干除去溶劑，殘余物中加入甲苯 (100 mL)，水洗 (50 mL×2)，減壓蒸干溶劑即可得4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲硫基-1,4-二氫嘧啶-5-甲腈 (見圖3 中的化合物3)，基本為定量反應(yīng)；所得的化合物3 中加入甲苯 (100 mL) 溶解，然后加入活性二氧化錳 (15.00 g)，加熱至100 ℃、反應(yīng)3 h至薄層色譜分析顯示化合物3 反應(yīng)完全，過濾，減壓蒸干后獲得黃色黏稠狀物質(zhì)4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲硫基嘧啶-5-甲腈 (見圖3 中的化合物4) (5.06 g，收率97.0%)。

化合物 3 核磁數(shù)據(jù)：1HNMR (500MHz，CDCl3)：1.17(d，J=6.5Hz，6H)；2.45(m，3H)；3.00 (m，1H)；7.06(m，2H)；7.29(m，2H)。

化合物4 核磁數(shù)據(jù)：1HNMR (500MHz，CDCl3)：1.37(d，J=6.5Hz，6H)；2.64(s，3H)；3.53(m，1H)；7.22(m，2H)；8.05(m，2H)。

2.2.4 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲磺?；奏?5-甲腈的制備

在化合物 4 (1.72 g，6 mmol) 中加入甲醇 (20mL)、鎢酸鈉 (0.12 g)、30%雙氧水 (1.36 g，12.0 mmol)、鹽酸1 滴，加熱至35 ℃攪拌24 h，薄層色譜分析顯示反應(yīng)完全，加水(50 mL)，用乙酸乙酯 (30 mL×3) 萃取，水洗 (30 mL)，減壓蒸干，用異丙醇重結(jié)晶后在低溫下獲得黃色固體 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲磺?；奏?5-甲腈 (見圖3 中的化合物5) (1.63 g，收率85.1%)。

1HNMR(500MHz，CDCl3)：1.45(d，J=6.5Hz，6H)；3.43(s，3H)；3.71(m，1H)；7.46(m，2H)；8.20(m，2H)。

2.2.5 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-(N-甲基-N-甲磺酰氨基)嘧啶-5-甲腈的制備

將化合物 5 (5.0 g，15.6 mmol)、N-甲基甲磺酰胺 (2.55 g，23.5 mmol)、碳酸鉀 (4.3 g，31.3 mmol) 混合，加入乙腈 (50 mL)，加熱至80 ℃反應(yīng)2 h，薄層色譜分析顯示反應(yīng)完全，過濾，減壓蒸干，用丙酮重結(jié)晶獲得黃色固體 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-(N-甲基-N-甲磺酰氨基)嘧啶-5-甲腈(見圖 3 中的化合物 1)(4.91 g，收率90.0%，HPLC 純度98.0%)。熔點：211～212 ℃。

1HNMR(500MHz，CDCl3)：1.38(d，J=7Hz，6H)；3.52(s，3H)；3.58(m，1H)；3.63(s，3H)；7.24(m，2H)；8.10(m，2H)。

3 實驗結(jié)果與討論

3.1 不同溶劑對異丁酰乙腈制備的影響

不同溶劑對異丁酰乙腈制備的影響見表 1。由表可知，當(dāng)以甲苯或異丙醚為溶劑時，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率較低，這是因為這兩種溶劑的極性較弱，鈉氫拔氫作用后所形成的鈉鹽在溶劑中的溶解度較低，且在反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)隨著反應(yīng)的進行體系變得黏稠，故反應(yīng)速率較慢。以乙腈為溶劑時，反應(yīng)的選擇性與其他三種溶劑相比較低，且大部分副產(chǎn)物為異丁酸。這可能是因為乙腈為溶劑時，NaH 先與乙腈混合發(fā)生反應(yīng)生成乙腈鈉，乙腈鈉不僅作為親核試劑可與異丁酸乙酯反應(yīng)生成目標產(chǎn)物異丁酰乙腈，同時可作為堿，在其作用下，異丁酸乙酯去質(zhì)子后，經(jīng)酮式與烯醇式互變異構(gòu)[9]生成穩(wěn)定的鈉鹽，后經(jīng)水與酸處理后水解生成異丁酸。以不含活潑氫的極性 THF 為溶劑時[10-11]反應(yīng)結(jié)果最佳，異丁酰乙腈的收率高達95.2%。

3.2 不同過渡金屬鹽對4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-硫代-1,2,3,4-四氫嘧啶-5-甲腈制備的影響

在質(zhì)子酸的催化下，乙酰乙酸乙酯、芳香醛和脲的縮合反應(yīng)被稱為Biginelli 反應(yīng)[12]。該反應(yīng)通常反應(yīng)時間較長、收率低。在LaCl3·7H2O[13]、FeCl3·6H2O[14]、CuCl[15]等過渡金屬鹽的催化下，可有效提高反應(yīng)的效率和收率。本文以異丁酰乙腈取代乙酰乙酸乙酯，提出可能的過渡金屬鹽催化的衍生Biginelli 反應(yīng)制備4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-硫代-1,2,3,4-四氫嘧啶-5-甲腈(見圖3 中的化合物2) 機理 (圖4)：在質(zhì)子酸的作用下，對氟苯甲醛和硫脲縮合并脫水生成亞胺中間體7，由于 Mx+具有空軌道，亞胺中間體7 與Mx+可通過配位鍵形成較穩(wěn)定的配合物8, 然后與異丁酰乙腈的烯醇鹽6 發(fā)生縮合反應(yīng)得到?；螂?，后者經(jīng)過環(huán)化脫水得到化合物2。

表1 不同溶劑對異丁酰乙腈制備的影響aTable 1 Effects of different solvents on the preparation of isobutyryl acetonitrile a

圖4 過渡金屬鹽催化衍生Biginelli 反應(yīng)制備化合物2 機理圖Fig.4 Mechanism for transition metal promoted derivative Biginelli reaction for preparation of compound 2

本文考察了 CuCl、LaCl3·7H2O、FeCl3·6H2O 等 3種不同過渡金屬鹽對化合物2 制備促進的影響，結(jié)果見表 2。由表可知，在沒有鹽加入的情況下，反應(yīng)收率較低，只有 45.8%。當(dāng)加入金屬鹽后，反應(yīng)收率可顯著提高至80%以上，且不同金屬鹽催化下化合物2的收率相當(dāng)。

表2 不同過渡金屬鹽對化合物2 制備的影響aTable 2 Effects of different transition metal salts on the preparation of compound 2a

3.3 不同條件對4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲磺酰基嘧啶-5-甲腈制備的影響

雙氧水為硫醚氧化制備砜化合物常用的氧化試劑[16]，鎢酸鈉為常用的金屬鹽催化劑[17]。本文以雙氧水為氧化劑，以鎢酸鈉為催化劑，考察了不同反應(yīng)條件對4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲硫基嘧啶-5-甲腈 (化合物4) 氧化制備4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲磺?；奏?5-甲腈 (見圖3 中的化合物5)的影響，結(jié)果見表3。由表可知，以甲醇為溶劑時，因雙氧水可溶于甲醇，無需加入相轉(zhuǎn)移催化劑，且當(dāng)反應(yīng)溫度為35 ℃時，收率最高；當(dāng)反應(yīng)溫度降為25 ℃時，在相同反應(yīng)時間內(nèi)薄層色譜分析反應(yīng)不完全，導(dǎo)致收率降低；當(dāng)反應(yīng)溫度升為45 ℃時，因甲氧基與甲硫基交換發(fā)生副反應(yīng)生成甲氧基嘧啶化合物 (圖5)，同樣導(dǎo)致收率降低。當(dāng)以二氯甲烷或甲苯為溶劑時，因雙氧水不溶，故需添加相轉(zhuǎn)移催化劑。然而，由于硫醚更易被雙氧水氧化至亞砜階段[18]，故以TBAB 或PEG400 為相轉(zhuǎn)移催化劑時，均有亞砜副產(chǎn)物 (圖6) 生成，從而導(dǎo)致收率降低。以甲醇為溶劑，在35 ℃下反應(yīng)，化合物5 的收率最高，可達85.2%。

表3 不同條件對化合物5 制備的影響 aTable 3 Effects of different conditions on the preparation of compound 5 a

圖5 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲氧基嘧啶-5-甲腈的結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of 4-(fluorophenyl)-6-isopropyl-2-methoxypyrimidine-5-formonitrile

圖6 4-(4-氟苯基)- 6-異丙基-2-甲基亞磺?；奏?5-甲腈的結(jié)構(gòu)Fig.6 Structure of 4-(fluorophenyl)-6-isopropyl-2-methylsulfinylpyrimidine-5-formonitrile

4 結(jié) 論

以硫脲法，經(jīng)環(huán)合、甲基化、氧化、取代等步驟制備了瑞舒伐他汀關(guān)鍵中間體 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-(N-甲基-N-甲磺酰氨基)嘧啶-5-甲腈，該方法成本低、反應(yīng)簡單、收率高、易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

本文對路線中關(guān)鍵步驟進行了工藝探討和優(yōu)化：

(1) 溶劑的性質(zhì)對異丁酰乙腈的制備具有較大影響，以不含活潑氫的極性THF 為溶劑時反應(yīng)結(jié)果最佳，異丁酰乙腈的收率高達95.2%。

(2) 在質(zhì)子酸和過渡金屬鹽催化下，對氟苯甲醛、硫脲和異丁酰乙腈經(jīng)縮合制備了 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-硫代-1,2,3,4-四氫嘧啶-5-甲腈，并提出了可能的金屬配位機理。該步反應(yīng)的收率可達80%以上。

(3) 在 35℃下，以雙氧水為氧化劑，以鎢酸鈉為催化劑，以甲醇為溶劑，4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲硫基嘧啶-5-甲腈氧化制備4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲磺?；奏?5-甲腈的收率最高，為85.2%。