2型糖尿病治療藥物托格列凈的合成路線圖解

胡家棟，文雯，宋慧穎，李博，姚宇

（1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥物與化工學(xué)院，陜西楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）和美國(guó)糖尿病協(xié)會(huì)（ADA）報(bào)道，糖尿病被分為1型糖尿病（T1DM）、2型糖尿?。═2DM）、妊娠期糖尿病和其他糖尿病4種類型。其中，2型糖尿病臨床占比達(dá)90%以上，是最常見(jiàn)的類型[1?4]，其特征是胰島素分泌不足和胰島素抵抗導(dǎo)致的糖、脂肪和蛋白質(zhì)代謝失調(diào)。目前，按照藥物的作用機(jī)制和結(jié)構(gòu)類型將糖尿病臨床治療藥物分為以下7類[5]：①促胰島素分泌劑（磺脲類和格列奈類）；②雙胍類；③噻唑烷二酮類；④α葡萄糖苷酶抑制劑（AGI）；⑤胰島素及其類似物；⑥胰高血糖素樣肽1受體激動(dòng)劑（GLP?1 RA）和二肽基肽酶?4（DPP?4）抑制劑；⑦鈉?葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2抑制劑（SGLT?2）。

鈉?葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（SGLT）是一類在小腸黏膜和腎臟近曲小管中發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)運(yùn)基因家族，腎臟對(duì)葡萄糖的重吸收主要依賴于SGLT蛋白介導(dǎo)。其中，位于近端腎小管S1段的SGLT?2負(fù)責(zé)腎臟中約90%的葡萄糖重吸收。根皮苷衍生的SGLT?2抑制劑競(jìng)爭(zhēng)性地抑制了SGLT?2蛋白的活性[6]，減少了腎臟對(duì)葡萄糖的重吸收，增加尿糖的排出以降低血糖含量。該類藥物的優(yōu)點(diǎn)在于降糖機(jī)制不依賴胰島素[7]。

截至目前已上市的SGLT?2抑制劑有7種[8?11]，包括卡格列凈（強(qiáng)生）、達(dá)格列凈（百時(shí)美施貴寶&阿斯利康）、依帕列凈（勃林格殷格翰&禮來(lái)）、伊格列凈（安斯泰來(lái)）、托格列凈（中外制藥&賽諾菲）、魯格列凈（大正制藥）和埃格列凈（默克&輝瑞）。其中，口服托格列凈（Tofogliflozin，1）于2014年在日本獲批準(zhǔn)上市，用于治療成人2型糖尿病。

從結(jié)構(gòu)上看，托格列凈屬于C?芳基糖苷類化合物，其芳基苷元通過(guò)C?C鍵與葡萄糖相連，芳環(huán)糖苷鍵鄰位與糖基氧環(huán)合構(gòu)成呋喃環(huán)。截至目前，文獻(xiàn)報(bào)道的托格列凈的合成路線有5種[12?20]，從策略上看（圖1），可以分為兩類：一類是通過(guò)親核加成/直接環(huán)合法構(gòu)建螺縮酮結(jié)構(gòu)；另一類是通過(guò)分子內(nèi)[4+2]環(huán)加成反應(yīng)構(gòu)建螺縮酮結(jié)構(gòu)。

圖1 托格列凈（1）的合成策略Figure 1 Synthesis strategy of Tofogliflozin(1)

隨著格列凈類逐步被納入醫(yī)保[21]及其優(yōu)秀的臨床表現(xiàn)[22]，該類藥物市場(chǎng)前景廣闊。本文從2個(gè)不同合成策略的角度對(duì)報(bào)道的托格列凈合成路線進(jìn)行綜述，以期為其原料藥的工業(yè)生產(chǎn)提供參考。

1 直接環(huán)合法構(gòu)建螺縮酮結(jié)構(gòu)

1.1 先構(gòu)建C?芳基糖苷鍵再形成二芳基糖苷配基

在從根皮苷（Phlorizin）類似物中尋找具有降血糖活性的先導(dǎo)化合物過(guò)程中，研究人員發(fā)現(xiàn)O?芳基糖苷類化合物大多在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出代謝不穩(wěn)定性，易被相應(yīng)的糖苷酶水解。因此，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)（CADD）構(gòu)建了一系列C?芳基糖苷類化合物[13]。托格列凈1就是其中之一，其首條合成路線[12?13]模仿了抗真菌抗生素Papulacandins A?D的合成策略[23]構(gòu)建關(guān)鍵的C?芳基糖苷鍵及其螺縮酮結(jié)構(gòu)。

該路線由Kobayashi等[12?13]提出（圖2）。從商業(yè)可得的溴代對(duì)苯二甲酸2出發(fā)，經(jīng)硼烷還原羧基得溴代對(duì)苯二甲醇3，醇羥基用三苯甲基（Tr）保護(hù)得取代溴苯4。接著，仲丁基鋰與4在甲苯中發(fā)生鋰?鹵交換形成芳基鋰試劑對(duì)芐基保護(hù)的D?葡萄糖酸δ?內(nèi)酯5加成構(gòu)建C?芳基糖苷鍵形成中間體6。糖苷6在三氟化硼乙醚和三乙基硅氫條件下脫Tr保護(hù)并環(huán)合構(gòu)建螺縮酮結(jié)構(gòu)形成了中間體7。螺縮酮7中芐醇經(jīng)Dess?Martin氧化得苯甲醛8，用格氏試劑9或者鋰?鹵交換后的鋰試劑10對(duì)醛基加成構(gòu)建二芳基糖苷配基形成化合物11，二芳基碳橋上的仲醇被三乙基硅氫還原得芐基保護(hù)的目標(biāo)產(chǎn)物12。最后，由氫氣/Pd（OH）2?C的條件脫除Bn保護(hù)以8步6.5%的總收率獲得托格列凈1。

該路線是托格列凈實(shí)驗(yàn)室藥物開(kāi)發(fā)研究的第1條路線，尚存在以下幾個(gè)問(wèn)題：①總收率不高，不能大量合成而無(wú)法滿足進(jìn)一步的體內(nèi)活性評(píng)價(jià)；②合成過(guò)程中缺乏可結(jié)晶的中間體，在多步反應(yīng)中均需要利用費(fèi)時(shí)費(fèi)力的柱層析手段對(duì)中間體及終產(chǎn)物進(jìn)行純化。

基于路線一（圖2）的局限性，Murakata等[14?15]報(bào)道了第2條合成路線（圖3）。從2,4?二溴芐醇13出發(fā)，醇羥基經(jīng)2?甲氧基丙烯保護(hù)得中間體14。通過(guò)優(yōu)化的鋰?鹵交換條件[15]，在14的甲苯?甲基叔丁基醚溶液中加入0.8當(dāng)量正丁基鋰的正己烷溶液并在?10℃攪拌30 min后，繼續(xù)加入0.3當(dāng)量的正丁基鋰以驅(qū)動(dòng)反應(yīng)完成。14保護(hù)基上的甲氧基與鋰試劑的配位效應(yīng)控制了鋰?鹵交換的區(qū)域選擇性，以53∶1的鄰位選擇性（98%的轉(zhuǎn)化率）獲得鋰試劑15。接著，將芳基鋰鹽15加入到TMS保護(hù)的D?葡萄糖酸δ?內(nèi)酯16中形成C?芳基糖苷鍵；再加入TMSCl捕獲糖苷鍵位的游離羥基得芳基糖苷17。再進(jìn)行第二次鋰?鹵交換，并加入對(duì)乙基苯甲醛18構(gòu)建二芳基糖苷配基。之后，在19的四氫呋喃?水溶液中加入1 mol/L的鹽酸一鍋法[24]脫TMS和2?甲氧基丙烯保護(hù)并環(huán)合構(gòu)建螺縮酮結(jié)構(gòu)得到了羥基托格列凈20。在乙二醇二甲醚中催化氫解20得到托格列凈粗品1。

圖2 文獻(xiàn)[12?13]報(bào)道的合成路線一Figure 2 The first synthetic route described in literatures 12&13

圖3 文獻(xiàn)[14?15]報(bào)道的合成路線二Figure 3 The second synthetic route described in literatures 14&15

在制備了1的粗品之后，將糖基上的羥基用甲氧羰基保護(hù)得碳酸酯21。將中間體21在乙醇?甲基叔丁基醚?異丙醇體系中重結(jié)晶后得純化的碳酸酯21。最后，再用NaOH脫保護(hù)，在丙酮?水體系中重結(jié)晶后得到精制后的托格列凈1。該路線共8步反應(yīng)，總收率從路線一的6.5%提高至47%。

與合成路線一（圖2）相比，該路線顯著提高了API的總收率，但在精制方面，由于過(guò)程中沒(méi)有合適的固體產(chǎn)物可以結(jié)晶純化，因而需將粗產(chǎn)品進(jìn)一步碳酸酯化后再進(jìn)行結(jié)晶精制，增加了純化步驟，尚有繼續(xù)優(yōu)化的空間。

為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化工業(yè)流程，縮短操作步驟，Ohtake等[18]將路線二中重結(jié)晶純化的碳酸酯中間體21設(shè)計(jì)到了合成路線當(dāng)中，在合成終產(chǎn)物之前就可以完成重結(jié)晶精制過(guò)程。該路線簡(jiǎn)化了路線二中將粗產(chǎn)品碳酸酯化再結(jié)晶精制的過(guò)程，將步驟縮短至6步，以39%的總收率完成了托格列凈1的合成（圖4）。

圖4 文獻(xiàn)[18]報(bào)道的合成路線三Figure 4 The third synthetic route described in literature 18

從溴代對(duì)苯二甲醇3出發(fā)，經(jīng)2?甲氧基丙烯保護(hù)二醇羥基得取代溴苯22，在中間體22的甲苯溶液中加入正丁基鋰形成芳基鋰鹽中間體，以其對(duì)TMS保護(hù)的D?葡萄糖酸δ?內(nèi)酯16加成構(gòu)建C?芳基糖苷鍵得到中間體23。芳基糖苷23在對(duì)甲苯磺酸?四氫呋喃?甲醇的條件下，一鍋法脫TMS和2?甲氧基丙烯保護(hù)并環(huán)合構(gòu)建螺縮酮結(jié)構(gòu)得到多羥基化合物24。粗品在甲基叔丁基醚中研磨得到結(jié)晶的中間體24時(shí)進(jìn)行第1次純化。接著，在氯甲酸酯?DMAP條件下對(duì)化合物24的所有醇羥基用甲氧羰基保護(hù)得碳酸酯25。芐醇的羥基被甲氧羰基保護(hù)后可以利用Kuwano及其同事[25]的方法，與對(duì)乙基苯硼酸27發(fā)生Suzuki?Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)構(gòu)建二芳基糖苷配基形成可結(jié)晶的碳酸酯中間體21。該步反應(yīng)的Pd殘留可以通過(guò)加入N?乙酰?L?半胱氨酸（NAC）捕獲除去，經(jīng)過(guò)后處理可以獲得純度99%和小于10?6鈀殘留的21晶體。最后，21經(jīng)NaOH水解獲得托格列凈1。

該路線在制備過(guò)程中不使用柱層析的純化手段，總收率較好，可以用于托格列凈的規(guī)模化制備。

1.2 先構(gòu)建二芳基糖苷配基再形成C?芳基糖苷鍵

前述3條路線都是先構(gòu)建C?芳基糖苷鍵并構(gòu)筑螺縮酮環(huán)之后再完成二芳基糖苷配基的連接，Yang及其同事[19]報(bào)道了一種先通過(guò)Friedel?Crafts?；磻?yīng)構(gòu)建二芳基糖苷配基，再形成C?芳基糖苷鍵的路線（圖5）。

圖5 文獻(xiàn)[19]報(bào)道的合成路線四Figure 5 The fourth synthetic route described in literature 19

從商業(yè)可得的4?羥甲基苯甲酸28出發(fā)，用乙酰基保護(hù)羥基得取代苯甲酸29。然后，在高碘酸鈉?碘單質(zhì)的條件下經(jīng)Lulinski優(yōu)化的條件[26]選擇性地在羧基間位引入碘原子。所得取代碘苯30在氯化亞砜和催化量DMF條件下制備苯甲酰氯31。化合物31在AlCl3催化下與乙基苯32發(fā)生Friedel?Crafts?；磻?yīng)構(gòu)建二芳基配基33。接著，優(yōu)化Kiuchi還原羰基的方法[27]，在AlCl3為酸、1,1,3,3?四甲基二硅氧烷為還原劑的條件下還原羰基為亞甲基。由于乙?；Ｗo(hù)基與后期形成C?芳基糖苷鍵所用到的有機(jī)金屬試劑不兼容，所以在這一步將Ac換成TMS保護(hù)基。先用NaOH脫乙?；Ｗo(hù)得二芳基碘苯34，再用TMS保護(hù)其醇羥基得二芳基糖苷配基35。用i?PrMgCl·LiCl在?20℃條件下處理碘苯35形成有機(jī)金屬試劑，再對(duì)TMS保護(hù)的D?葡萄糖酸δ?內(nèi)酯16加成構(gòu)建C?芳基糖苷鍵；用對(duì)甲苯磺酸脫TMS保護(hù)并環(huán)合構(gòu)建螺縮酮結(jié)構(gòu)得到托格列凈1的粗品。最后，采用和路線二相同的精制策略獲得精制的托格列凈1。

本條路線用12步的線性步驟，23%的總收率完成最終API的百克級(jí)合成。雖然路線較長(zhǎng)，但因全程不使用昂貴的過(guò)渡金屬催化劑，克服了重金屬殘留問(wèn)題且降低了生產(chǎn)成本，仍具有一定的優(yōu)勢(shì)。

2 環(huán)加成法構(gòu)建螺縮酮結(jié)構(gòu)

上述4條路線均是通過(guò)芳基金屬試劑對(duì)保護(hù)的D?葡萄糖酸δ?內(nèi)酯的親核加成，C?芳基糖苷鍵處生成的羥基再與芳基上的芐醇直接環(huán)合而構(gòu)建螺縮酮結(jié)構(gòu)的。Kawase等[20]報(bào)道了一種通過(guò)分子內(nèi)[4+2]環(huán)加成反應(yīng)一步構(gòu)建螺縮酮結(jié)構(gòu)的策略（圖6）。

圖6 文獻(xiàn)[20]報(bào)道的合成路線五Figure 6 The fifth synthetic route described in literature 20

路線從商業(yè)可得的4?戊炔?1?醇36出發(fā)，經(jīng)2?甲氧基丙烯保護(hù)醇羥基得中間體37，戊炔37在三苯基膦氯化鈀?碘化亞銅?三乙胺催化下和對(duì)乙基苯甲酰氯偶聯(lián)得炔酮38。中間體38在2,6?二甲基苯酚和三苯基膦條件下[28]異構(gòu)化為二烯酮39，進(jìn)一步在稀鹽酸條件下脫保護(hù)得雙烯體片段40。在完成了雙烯體片段的構(gòu)建后，再?gòu)腄?葡萄糖酸δ?內(nèi)酯41出發(fā)，經(jīng)特戊?；Ｗo(hù)所有羥基得42。經(jīng)Piv保護(hù)的葡萄糖酸內(nèi)酯42被TMS保護(hù)的乙炔鋰試劑加成后，形成的醇鋰鹽被醋酸酐捕獲得到中間體43，其在氟化鉀作用下脫去炔基的TMS保護(hù)得到含炔基的親雙烯體片段44。然后，雙烯體片段40和炔基片段44在三氟化硼乙醚條件下發(fā)生親核取代反應(yīng)生成環(huán)加成的前體45。關(guān)鍵中間體45在甲苯80℃加熱的條件下發(fā)生[4+2]環(huán)加成反應(yīng)，隨后在空氣中發(fā)生氧化芳構(gòu)化反應(yīng)形成二氫異苯并呋喃骨架而構(gòu)建了螺縮酮結(jié)構(gòu)，生成的是46的一對(duì)非對(duì)映異構(gòu)體的混合物。其中，46a可以在三氟化硼乙醚作用下異構(gòu)化為構(gòu)型正確的46b。中間體46二芳基橋的羰基在氫氣?Pd（OH）2條件下發(fā)生還原?氫解反應(yīng)生成亞甲基橋。最后，LiOH脫去特戊?；Ｗo(hù)得到終產(chǎn)物托格列凈1。

該策略以12步5%的總收率完成了目標(biāo)API的合成。盡管該路線與前4條路線相比，在步驟和收率上還有優(yōu)化的空間，但也為該類藥物的工業(yè)合成提供了新的思路。并且，這種方法還合成了托格列凈1在C?芳基糖苷鍵位置的差向異構(gòu)體，這對(duì)托格列凈雜質(zhì)分析方法的建立具有重要意義。

3 總結(jié)與展望

合成托格列凈1的關(guān)鍵在于含C?芳基糖苷鍵的螺縮酮結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，目前報(bào)道的5條合成路線主要通過(guò)2種策略來(lái)構(gòu)建該結(jié)構(gòu)：一種是芳基苷元的有機(jī)金屬試劑對(duì)保護(hù)的D?葡萄糖酸δ?內(nèi)酯親核加成，原位生成的羥基再與芳環(huán)上的芐醇部分發(fā)生環(huán)合構(gòu)建；一種是制備含雙烯體/親雙烯體的糖苷后發(fā)生分子內(nèi)[4+2]環(huán)加成再氧化芳構(gòu)化構(gòu)建。前4條路線屬于策略一的方案，路線一是托格列凈初期研發(fā)的藥物化學(xué)合成路線，過(guò)程中無(wú)可結(jié)晶的中間體且總收率較低，路線二將托格列凈粗品進(jìn)行碳酸酯化后得到可結(jié)晶中間體精制后以8步47%的總收率制備了API，路線三中有2步可以結(jié)晶的中間體且將路線二中的碳酸酯中間體提前至合成過(guò)程中而縮減了合成步驟，路線四先完成二芳基側(cè)鏈的構(gòu)建且過(guò)程中不使用昂貴的過(guò)渡金屬催化劑，降低了生產(chǎn)成本。路線五屬于策略二的方案，為托格列凈螺縮酮結(jié)構(gòu)的構(gòu)建提供了新的思路且完成了C?芳基糖苷鍵位置差向異構(gòu)體的合成，對(duì)質(zhì)量控制中的雜質(zhì)分析具有實(shí)踐意義。目前，托格列凈作為高選擇性SGLT?2抑制劑已經(jīng)在日本上市使用，隨著四期臨床數(shù)據(jù)的進(jìn)一步收集，托格列凈的市場(chǎng)有望持續(xù)增長(zhǎng)，未來(lái)可能在國(guó)內(nèi)上市。本文通過(guò)系統(tǒng)總結(jié)托格列凈的合成路線，期望為其后期的原料藥工業(yè)生產(chǎn)提供參考。