法匹拉韋的合成工藝研究

魏天航，徐明杰，郭建超，甲宗青，苗雪鳳，王西龍*（.山東道箴醫(yī)藥科技有限公司，山東 濰坊6000；.山東道一醫(yī)藥科技有限公司，山東 東營 57000）

法匹拉韋（favipiravir，見圖1）是一種新型RNA 依賴的RNA 聚合酶（RdRp）抑制劑，屬于廣譜抗流感病毒藥物[1-3]，由富士膠片集團(tuán)富山化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社開發(fā)，于2014年3月在日本批準(zhǔn)上市[4]。除流感病毒外，其還對多種RNA病毒表現(xiàn)出良好的抗病毒作用，如埃博拉病毒、沙粒病毒、狂犬病毒等[5-7]。

圖1 法匹拉韋結(jié)構(gòu)式Fig 1 Structure of favipiravir

本文在查閱相關(guān)文獻(xiàn)后，對法匹拉韋的合成工藝進(jìn)行了研究與改進(jìn)，以期獲得更加適合工業(yè)化生產(chǎn)的合成工藝路線。文獻(xiàn)報(bào)道的法匹拉韋的合成路線主要有以下三種：

① 以3-羥基吡嗪-2-酰胺為起始原料，經(jīng)硝化、氯代、氟代、水解、氧化等五步反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物[8]，如圖2所示，該路線起始原料價(jià)格較貴不易得，路線中氯代試劑采用三氯氧磷，淬滅處理時(shí)與水劇烈反應(yīng)，極易發(fā)生安全事故；工藝采用雙氧水進(jìn)行氧化反應(yīng)，雙氧水遇鐵極易分解爆炸，對反應(yīng)設(shè)備及儲(chǔ)存設(shè)備要求較為苛刻；該路線中氯代及氟代中間體對人體皮膚具有極強(qiáng)的灼傷性，極大地限制了該工藝路線的放大生產(chǎn)。

圖2 法匹拉韋的合成路線1Fig 2 Synthetic route 1 of favipiravir

② 以2-氨基丙二酰胺為起始原料，如圖3所示，經(jīng)環(huán)合、溴代、氯代、氟代、水解、濃硫酸水解酰胺等六步反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物[9-10]，該路線起始原料廉價(jià)易得，但氯代試劑仍選用三氯氧磷，后處理存在安全隱患；該路線依然沒有避開具有灼傷性的氯代及氟代中間體，限制了工業(yè)化生產(chǎn)。

③ 以3-氨基吡嗪-2-羧酸為起始原料，如圖4所示，經(jīng)酯化、溴代、重氮化引入甲氧基、Buchwald-Hartwing 反應(yīng)、氨酯交換、重氮化、三甲基氯硅烷催化水解等七步反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物[11-12]，該工藝路線冗長，收率較低，且兩次用到重氮化反應(yīng)，在Buchwald-Hartwing 反應(yīng)時(shí)用到昂貴的有機(jī)鈀為催化劑且無法回收套用，成本較高。

圖4 法匹拉韋的合成路線3Fig 4 Synthetic route 3 of favipiravir

為克服上述路線中的缺點(diǎn)，本研究對法匹拉韋的合成工藝路線進(jìn)行了改進(jìn)。本文以廉價(jià)易得的丙二酸二乙酯（2）為起始原料，如圖5所示，經(jīng)溴代反應(yīng)得到2-溴丙二酸二乙酯（3），與氨氣進(jìn)行氨酯交換、取代反應(yīng)得到2-氨基丙二酰胺（4），堿性條件下與乙二醛扣環(huán)得到3-羥基吡嗪-2-酰胺的鈉鹽（5），再經(jīng)混酸硝化、Pd/C 催化氫化，最后經(jīng)重氮化引入氟等六步反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物法匹拉韋。

圖5 法匹拉韋的合成路線Fig 5 Synthetic route of favipiravir

1 材料

HPLC 譜采用U3000 高效液相色譜儀（美國賽默飛，Chromeleon 7 色譜工作站）測定；NMR譜采用AVANCE NEO 400 核磁共振分析儀（瑞士Bruker）測定；ESI-MS 譜采用 Q Exactive 質(zhì)譜儀（Q Exactive Plus LCMS，美國賽默飛）測定；JE1002 型電子天平（上海恒勤儀器設(shè)備有限公司）；薄層層析板用 GF-254 型熒光板（上海旭泊實(shí)業(yè)有限公司）；合成所用原料及試劑均為化學(xué)純或分析純，HPLC 所用試劑為色譜純，起始原料丙二酸二乙酯（純度：99%，上海潤泰醫(yī)藥科技有限公司）。

2 方法

2.1 2-溴丙二酸二乙酯的制備（3）

將400.0 g 丙二酸二乙酯和600 mL 四氯化碳加到5000 mL 四口燒瓶中，緩慢升溫至70 ～75℃，打開紫外燈，控制溫度在70 ～75℃，通過恒壓滴液漏斗緩慢滴加溴素的四氯化碳溶液（410.0 g溴素溶解在1600 mL 四氯化碳中），滴加速度根據(jù)反應(yīng)瓶中紅色褪去速度來確定，滴加結(jié)束后，在70 ～75℃下繼續(xù)攪拌5 h，取樣通過TLC 確認(rèn)反應(yīng)結(jié)束，降溫至20 ～25℃，加入1000 mL5%碳酸鈉水溶液，攪拌20 min，靜置分層，有機(jī)相減壓濃縮至無溶劑蒸出。

將上述殘留液體轉(zhuǎn)移至1000 mL 精餾塔中，減壓精餾，得到547.4 g 無色油狀產(chǎn)品，收率為92.0%。ESI-MSm/z：240.0 [M ＋H]＋。1H-NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：1.20 ～1.24（m，6H，-CH3），4.19 ～4.25（m，4H，-CH2-），5.55（s，1H，-CH-）。

2.2 2-氨基丙二酰胺的制備（4）

將700.0 g 無水乙醇加到2000 mL 四口燒瓶中，緩慢降溫并控制在0 ～10℃，將160 g 氨氣慢慢通至四口燒瓶中，配制成液氨的乙醇溶液，控制溫度在0 ～10℃下，通過恒壓滴液漏斗緩慢滴加中間體3 的乙醇溶液（226.5 g 中間體3 溶解在200 mL 無水乙醇中），滴加結(jié)束后，緩慢升溫至30 ～35℃，攪拌反應(yīng)20 h，取樣通過TLC 確認(rèn)反應(yīng)結(jié)束，緩慢降溫至0 ～5℃，攪拌1 ～2 h，過濾，得到黃色固體。

將上述黃色固體加到450 mL 工藝水中，在20 ～25℃下攪拌40 ～60 min，緩慢降溫至0 ～5℃，攪拌1 ～2 h，過濾，并用110 mL 工藝水淋洗濾餅，將濾餅置于鼓風(fēng)干燥箱中，于55℃下干燥，得到99.6 g 黃色固體，收率為90%。ESI-MSm/z：118.1 [M ＋H]＋。1H-NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：2.15（s，2H，-NH2），3.75（s，1H，-CH-），7.25（s，2H，-CONH2），7.43（s，2H，-CONH2）。

2.3 3-羥基吡嗪-2-酰胺鈉鹽的制備（5）

將380 mL 工藝水和84.5 g 氫氧化鈉加到2000 mL 四口燒瓶中，攪拌至固體全部溶解，降溫并控制在－5 ～5℃，加入200.0 g 中間體4，攪拌20 ～30 min，緩慢滴加300.0 g 40%的乙二醛水溶液，攪拌40 ～60 min，緩慢升溫至20 ～25℃，并攪拌反應(yīng)3 h，取樣通過TLC 確認(rèn)反應(yīng)結(jié)束，緩慢降溫至－5 ～5℃，攪拌1 ～2 h，過濾，將濾餅置于鼓風(fēng)干燥箱中，于55℃下干燥，得到298.0 g 產(chǎn)品，收率為92%。ESI-MSm/z：162.1 [M ＋H]＋。1H-NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：7.16 ～7.17（d，J＝4.0 Hz，1H，-CONH-），7.30（d，1H，Ar-H），7.85（d，1H，Ar-H），10.94 ～10.95（d，J＝4.0 Hz，1H，-CONH-）。

2.4 3-羥基-6-硝基吡嗪-2-酰胺的制備（6）

將53.0 g 濃硫酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%）加到100 mL 四口燒瓶中，降溫至－5 ～0 ℃，之后分批次加入10.0 g 中間體5，攪拌至全部溶解，控制溫度在－5 ～0℃下，緩慢滴加4.76 g 濃硝酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)68%），滴加結(jié)束后，緩慢升溫至20 ～25℃，攪拌2.0 ～3.0 h，取樣通過TLC 確認(rèn)反應(yīng)結(jié)束，將反應(yīng)液淬滅到70 mL 冰水中，在10 ～15℃下攪拌1.0 ～2.0 h，過濾，用20 mL水淋洗濾餅，得到濕固體濾餅，硫酸水溶液用于制備聚合硫酸鐵。

在上述固體濾餅加到40 mL 甲醇中，升溫至回流，在回流狀態(tài)下攪拌2.0 ～3.0 h，緩慢降溫至20 ～25℃，在攪拌1 ～2 h，過濾，將濾餅置于鼓風(fēng)干燥箱中，于55 ℃下干燥，得到9.4 g黃色固體，收率為71%。ESI-MSm/z：183.1 [MH]－。1H-NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：8.06（s，1H，-CONH-），8.32（s，1H，-CONH-），8.97（s，1H，Ar-H）

2.5 6-氨基-3-羥基吡嗪-2-酰胺的制備（7）

將3.0 g 中間體6 和192 g 甲醇加到500 mL高壓反應(yīng)釜中，用氮?dú)庵脫Q3 次，加入0.3 g 5%濕鈀碳催化劑，依次用氮?dú)庵脫Q3 次、用氫氣置換3 次，調(diào)整溫度至45 ～50℃、壓力至30 ～40 psi，并在此溫度和壓力攪拌反應(yīng)10 h，取樣通過TLC 確認(rèn)反應(yīng)結(jié)束，過濾除去鈀碳催化劑，濃縮濾液，得到黑色固體，鈀碳催化劑可以回收套用。

將上述黑色固體加到30 mL 丙酮中，緩慢升溫至回流，并在回流狀態(tài)下攪拌1 ～2 h，緩慢降溫至20 ～25℃，攪拌30 ～50 min，過濾，將濾餅置于真空干燥箱中，于45 ℃下干燥，得到1.96 g 棕褐色固體，收率為78%。ESI-MSm/z：153.1[M-H]－。1H-NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：6.00（s，2H，Ar-NH2），7.55（s，1H，-CONH-），7.82（s，1H，-CONH-），8.48（s，1H，Ar-H）

2.6 法匹拉韋的制備（1）

在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將8.0 g 中間體7 和60 mL 70%氫氟酸吡啶溶液加到100 mL 四口燒瓶中，緩慢降溫至－20 ～－15℃，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加入7.5 g 亞硝酸鈉，攪拌反應(yīng)1 h；緩慢升溫至20 ～25 ℃，攪拌2 ～3 h。反應(yīng)結(jié)束后，緩慢加入24 mL 去離子水，用40 mL 醋酸異丙酯萃取，分層，有機(jī)相用16 mL 飽和食鹽水洗滌，濃縮有機(jī)相，得到黃色固體。

將上述黃色固體加到30 mL 乙醇中，緩慢升溫至回流，并在回流狀態(tài)下攪拌1 ～2 h，緩慢降溫至20 ～25℃，攪拌30 ～50 min，過濾，將濾餅置于真空干燥箱中，于55℃下干燥，得到5.3 g 白色固體，收率為65%，經(jīng)HPLC 檢測純度99.96%， 單雜小于0.05%。ESI-MSm/z：156.0 [M-H]－；1H-NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：8.50～8.52（d，J＝8.0 Hz，2H，-CONH2），8.75（s，1H，Ar-H），13.41（s，1H，Ar-OH）

3 結(jié)果與討論

本文的起始原料廉價(jià)易得，第一步溴代反應(yīng)生成的溴化氫經(jīng)堿液吸收后生成溴化鈉，處理后可額外獲得經(jīng)濟(jì)效益；第二步氨氣與酯發(fā)生氨酯交換，同時(shí)取代溴原子得到中間體4，反應(yīng)結(jié)束后直接降溫抽濾，操作簡單，母液回收后固體殘?jiān)蛇M(jìn)一步提取溴素，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)；第三步堿性條件下與乙二醛扣環(huán)，得到中間體5，反應(yīng)完畢降溫后直接抽濾即可，操作簡便；第四步經(jīng)混酸硝化，得到中間體6，淬滅打漿抽濾即可，母液經(jīng)脫色后用于制備聚合硫酸鐵；第五步氫化還原，催化劑采用Pd/C，反應(yīng)清潔且后處理簡單，回收后的Pd/C 可直接套用至下批反應(yīng)，解決了貴金屬鈀成本高的問題；最后一步經(jīng)重氮化引入氟，經(jīng)純化后HPLC 檢測純度可達(dá)99.96%，單個(gè)雜質(zhì)均在0.05%以下。

本文工藝路線與現(xiàn)有報(bào)道合成路線相比，避免了三氯氧磷、雙氧水等危險(xiǎn)試劑的使用，反應(yīng)條件溫和、后處理簡單，規(guī)避了強(qiáng)灼傷性氯代中間體的產(chǎn)生，工藝過程中產(chǎn)生的相關(guān)產(chǎn)物能夠充分利用，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益，工藝總收率為27.5%，所得法匹拉韋純度高、工藝經(jīng)濟(jì)、安全可行，工業(yè)化生產(chǎn)與現(xiàn)有工藝相比具有較大優(yōu)勢。