肺動(dòng)脈高壓孤兒藥Selexipag合成工藝的優(yōu)化

周鵬飛，鄢 龍，王 剛，尹傳奇

武漢工程大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢 430205

Selexipag，化學(xué)名2-｛4-［N-（5，6-二苯基吡嗪-2-基）-N-異丙基氨基］丁氧基｝-N-（甲基磺?；┮阴０?，是一種高度選擇性的長(zhǎng)效非前列腺素類前列 環(huán) 素 受 體 激 動(dòng) 劑［1-4］，由Actelion Pharmaceuticals Ltd和Nippon Shinyaku公司合作開發(fā)，并于2014年在日本獲得了用于治療肺動(dòng)脈高壓（plumonary arterial hypertension，PAH）的孤兒藥稱號(hào)，2015年12月21日口服selexipag片劑在美國(guó)獲準(zhǔn)用于治療PAH，以延遲疾病進(jìn)展并降低PAH住院治療的風(fēng)險(xiǎn)［5］。2016年，肺動(dòng)脈高壓新藥Uptravi（Selexipag商品名）獲得歐盟委員會(huì)批準(zhǔn)，用于世界衛(wèi)生組織（world health organization，WHO）分級(jí)為Ⅱ-Ⅲ級(jí)的肺動(dòng)脈高壓患者的長(zhǎng)期治療。2020年10月，楊森制藥向美國(guó)FDA提交了Uptravi靜脈制劑的新藥上市申請(qǐng)，用于治療目前已處方口服療法但暫時(shí)無法接受口服療法、WHO功能分級(jí)Ⅱ-Ⅲ的肺動(dòng)脈高壓（PHA，WHO組I）成人患者。近期研究發(fā)現(xiàn)，selexipag與內(nèi)皮素受體拮抗劑和/或5型磷酸二酯酶抑制劑聯(lián)用，在治療艾森曼格綜合癥（成人先天性心臟病中最嚴(yán)重的肺動(dòng)脈高壓形式）中有很好的效果［6］。據(jù)報(bào)道，在肺動(dòng)脈高壓前列環(huán)素受體激動(dòng)劑肺動(dòng)脈高壓研究中，selexipag與其他以前列環(huán)素為途徑的靶向藥物相比較，具有更強(qiáng)的舒張血管效應(yīng)［7］。

盡管Selexipag已成為肺動(dòng)脈高壓的治療藥物，但其合成方法仍需進(jìn)一步優(yōu)化，以降低成本和符合環(huán)保要求。樊等［8］以5-氯-2，3-二苯基吡嗪為原料，與中間體2-（4-氯丁氧基）四氫-2H-吡喃和2-氯-N-（甲基磺酰基）乙酰胺合成目標(biāo)產(chǎn)物，該路線中有兩步反應(yīng)使用NaH，不適于放大生產(chǎn)。尚等［9］報(bào)道了4-（（5，6-二苯基-2-基）（異丙基）氨基）-1-丁醇與2-氯-N-（甲基磺?；┮阴０贩磻?yīng)合成Selexipag的工藝，收率為80%。李興民［10］以4-［（叔丁氧基羰基）（異丙基）氨基］-1-丁醇為原料合成2-［4-（異丙基氨基）丁氧基］-N-甲磺?；阴０罚倥c5-氯-2，3-二苯基吡嗪反應(yīng)合成目標(biāo)產(chǎn)物，總收率約為65%。淺木哲夫等［11］以5-氯-2，3-二苯基吡嗪為原料，經(jīng)氯原子的氨基取代、醚鍵的生成、酯基水解及酰胺化得到目標(biāo)產(chǎn)物，總收率為27%，相較于前者的合成方法，該路線雖然收率低，但工藝簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。本研究擬在淺木哲夫等合成方法基礎(chǔ)上，以二苯基乙二酮為起始原料合成Selexipag，旨在優(yōu)化反應(yīng)步驟和探討反應(yīng)的最佳工藝條件，提高收率，為工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。合成路線如圖1。

圖1 Selexipage合成路線Fig.1 Synthetic process of Selexipage

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

三氯氧磷（化學(xué)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；二苯基乙二酮，氨基乙酰胺鹽酸鹽，4-異丙氨基丁醇，溴乙酸甲酯，甲基磺酰胺，氫氧化鈉（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；N，N-二甲基甲酰胺（N，N-Dimethylformamide，DMF），二氯甲烷，甲苯（分析純，武漢格奧化學(xué)技術(shù)有限公司）；叔丁醇鈉，甲醇（分析純，天津福晨化學(xué)試劑有限公司）。DPX 300核磁共振儀（德國(guó)Bruker公司），工作頻率為400 MHZ；5975C型GC-MS儀（美國(guó)安捷倫科技有限公司）；島津LC-20AT型高效液相色 譜（high performance liquid chromatography，HPLC）（日本島津公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1 5，6-二苯基吡嗪-2-醇（Ⅰ）和5-氯-2，3-二苯基吡嗪（Ⅱ）的合成化合物Ⅰ按文獻(xiàn)［12］方法合成：將210.0 g二苯基乙二酮（1.0 mol）和110.0 g氨基乙酰胺鹽酸鹽（1.0 mol）加入到0.167 L 12 mol/L NaOH（2.0 mol）和1.5 L CH3OH中反應(yīng)。處理后得235.0 g白色固體（HPLC測(cè)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)96.99%）。ESI-MSm/z：248.32。

將上述白色固體加入到1 L DMF中，攪拌，緩慢加入0.18 L POCl3（1.7 mol），反應(yīng)液由黃色逐漸變?yōu)樽睾稚?。滴加完畢后，加熱?20℃反應(yīng)4 h。冷卻，將反應(yīng)混合物倒入1.5 L水中，過濾，濾餅用水淋洗。將濾餅和0.5 L水混合，滴加飽和NaHCO3溶液至pH=7～8，過濾得到248.6.0 g淡黃色粉末（HPLC測(cè)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)：97.15%）。由原料到化合物Ⅱ的產(chǎn)率為93.2%。1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ8.60（s，1H），8.03（d，J=7.5 Hz，2H），7.59（m，2H），7.32（m，5H）。

1.2.2 4-（（5，6-二苯基-2-基）（異丙基）氨基）-1-丁醇（Ⅲ）的合成將212.0 g化合物Ⅱ（0.82 mol）和0.50 L 4-異丙氨基丁醇（3.28 mol）加入到1 L三口反應(yīng)瓶中，攪拌，升溫至170℃反應(yīng)68 h。反應(yīng)完畢，濃縮，將殘余的褐色油狀粘稠物投入到1 L的H2O/DCM（體積比1/1）混合液中，攪拌30 min，分液，水相用DCM萃取1次。合并有機(jī)相，無水硫酸鎂干燥，濃縮。將粗品用CH3OH/H2O（體積比3/1）溶液重結(jié)晶，水洗，干燥得黃褐色粉末260.0 g，收率89.4%（HPLC測(cè)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)97.79%）。ESI-MSm/z：362.25。

1.2.3 2-｛4-［N-（5，6-二苯基吡嗪-2-基）-N-異丙基氨基］丁氧基｝乙酸甲酯（Ⅳ）的合成將243.0 g化合物Ⅲ（0.67 mol）溶于2 L甲苯中，加入0.6 L質(zhì)量分?jǐn)?shù)45%NaOH溶液和23.0 g四丁基溴化銨（0.067 mol），攪拌。將反應(yīng)溫度維持在0～5℃，緩慢滴加0.063 L溴乙酸甲酯（0.67 mol）。滴加完畢，80℃下反應(yīng)5 h。分出水相，有機(jī)相用0.5 L水洗滌、無水MgSO4干燥，減壓濃縮得黃色液體289.0 g（HPLC測(cè)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)98.21%），可直接用于下一步反應(yīng)。1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ8.40（s，1H），7.94（d，J=7.5 Hz，2H），7.54（dd，J=7.5 Hz，2H），7.21（dd，J=7.1 Hz，6H），4.32（s，2H），3.72（s，3H），3.54（t，2H），3.40（t，2H），2.97（m，1H），1.49-1.50（m，4H），1.24（d，J=6.5 Hz，6H）。ESI-MSm/z：433.61。

1.2.4 Selexipag的合成將289.0 g化合物Ⅳ（0.68 mol）、92.7 g叔丁醇鈉（0.85 mol，0.96 mol）和278.9 g甲基磺酰胺（0.65 mol）加入到反應(yīng)瓶中，攪拌，室溫反應(yīng)2 h。分批加入2 L水，繼續(xù)攪拌1 h。抽濾，水洗（300 mL×3），得黃褐色稠狀固體，用異丙醇重結(jié)晶得黃色粉末297.9 g，收率92.3%（HPLC測(cè)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)98.94%）。由化合物Ⅲ到Selexipag的收率為89.5%。1HNMR（400 MHz，CDCl3）δ7.94（s，1H），7.38（d，J=7.2 Hz，2H），7.29（d，J=6.3 Hz，2H），7.21（dd，J=7.1 Hz，6H），4.72（s，1H），3.93（s，2H），3.54（s，2H），3.40（s，2H），3.23（s，3H），1.68（s，4H），1.24（d，J=6.5 Hz，6H）。ESI-MSm/z：496.63。

2 結(jié)果與討論

2.1 2-羥基-5，6-二苯基吡嗪（Ⅰ）的合成

Kaftory［13］將氫氧化鈉固體加入到回流的含有1，2-二苯基乙二酮與甘氨酰胺鹽酸鹽的甲醇中，反應(yīng)1 h后中和得到二者的縮合產(chǎn)物Ⅰ，收率為60%。本研究將氫氧化鈉水溶液和1，2-二苯基乙二酮與甘氨酰胺鹽酸鹽的甲醇溶液混合，回流4 h后中和，降溫至10℃左右，析出化合物Ⅰ，收率達(dá)到95%。雖然后者反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，但操作簡(jiǎn)單安全，收率大大提高。

2.2 5-氯-2，3-二苯基吡嗪（Ⅱ）的合成

以吡啶、DIPEA或N，N-二甲氨基吡啶為縛酸劑，將POCl3作為溶劑回流可將吡嗪環(huán)上的羥基轉(zhuǎn)化為Cl原子［14-16］。這種方法不僅POCl3用量大，且易腐蝕設(shè)備。何等［17］在有機(jī)溶劑環(huán)境中加入縛酸劑，將化合物Ⅰ與POCl3反應(yīng)，得到化合物Ⅱ，減少了POCl3的使用量。本課題組前期工作發(fā)現(xiàn)［18］，由于化合物Ⅰ的吡嗪環(huán)上有2個(gè)呈堿性的氮原子，不需額外加入縛酸劑，以DMF為溶劑即可與POCl3反應(yīng)得到化合物Ⅱ。該方法大大減少了POCl3用量，省去了后處理時(shí)萃取和濃縮過程，使生產(chǎn)操作更簡(jiǎn)單。本研究通過三因子四水平（表1）正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步考察了化合物Ⅰ與POCl3的摩爾比、反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)羥基氯代反應(yīng)的影響，優(yōu)化了反應(yīng)條件，結(jié)果見表2。

表1 羥基氯代反應(yīng)的正交實(shí)驗(yàn)方案Tab.1 Orthogonal experimental scheme of hydroxyl chlorination reaction

表2 氯代反應(yīng)的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Orthogonal experimental results of chlorination reaction

從計(jì)算出的K值得出A3、B1、C3最佳。通過公式計(jì)算出本實(shí)驗(yàn)中各Rj的值得到：R1＞R3＞R2，表明各因子A、C、B對(duì)氯代反應(yīng)的影響逐漸減小。因此由化合物I與POCl3反應(yīng)合成化合物Ⅱ的最優(yōu)條件為：A3B1C3，即n（Ⅰ）∶n（POCl3）=1.0∶1.7，DMF溶劑中120℃反應(yīng)4 h。反應(yīng)完成后，直接加水析出固體，固體中和后即得化合物Ⅱ。

2.3 4-（（5，6-二苯基-2-基）（異丙基）氨基）-1-丁醇（Ⅲ）的合成

4-異丙氨基丁醇同時(shí)具有-NH2和-OH基團(tuán)，它與化合物Ⅱ發(fā)生氨基化反應(yīng)時(shí)，應(yīng)避免-OH的競(jìng)爭(zhēng)性反應(yīng)。前期研究發(fā)現(xiàn)，在4-異丙氨基丁醇作為氨基化試劑與化合物Ⅱ發(fā)生反應(yīng)時(shí)，還可作為溶劑和縛酸劑，過量的4-異丙氨基丁醇減壓濃縮回收，避免了其它合成方法后處理時(shí)大量廢水的產(chǎn)生［18］。本研究進(jìn)一步考察了化合物Ⅱ與4-異丙氨基丁醇的摩爾比、反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)氨基化反應(yīng)的影響，通過三因子四水平（表3）正交試驗(yàn)優(yōu)化了反應(yīng)條件，結(jié)果見表4。

表3 氨基化反應(yīng)正交實(shí)驗(yàn)方案Tab.3 Orthogonal experimental scheme for amination reaction

表4 氨基化反應(yīng)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Orthogonal experimental results of amination reaction

從計(jì)算出的K值得出A2、B4、C3最佳。通過公式計(jì)算出本實(shí)驗(yàn)中各Rj的值得到：R1＞R3＞R2，表明各因子A、C、B對(duì)氨基化實(shí)驗(yàn)的影響逐漸減小。因此合成化合物Ⅲ的最優(yōu)工藝條件為：A2B4C3，即n（Ⅱ）∶n（4-異丙氨基丁醇）=1.0∶4.0，反應(yīng)在170℃進(jìn)行68 h。過量的4-異丙氨基丁醇減壓濃縮回收，避免了其它合成方法后處理時(shí)大量廢水的產(chǎn)生。

2.4 2-｛（4-［N-（5，6-二苯基吡嗪-2-基）-N-異丙基氨基］丁氧基｝乙酸甲酯（Ⅳ）的合成

化合物Ⅲ與溴乙酸甲酯在氫氧化鈉為縛酸劑、四丁基溴化銨為相轉(zhuǎn)移催化劑條件下，發(fā)生Williamson反應(yīng)生成化合物Ⅳ。物料比、溶劑、反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)反應(yīng)的影響見表5。當(dāng)n（Ⅲ）∶n（溴乙酸甲酯）∶n（氫氧化鈉）∶n（四丁基溴化銨）=1.0∶1.0∶15.0∶0.1時(shí)，以二氯甲烷為溶劑，由于回流溫度低，化合物Ⅲ未完全轉(zhuǎn)化為Ⅳ，化合物Ⅳ的收率約為75%（entry 1，2）；以環(huán)己烷為溶劑回流，化合物Ⅲ也未完全轉(zhuǎn)化為Ⅳ；以甲苯為溶劑80℃反應(yīng)5 h，化合物Ⅲ完全轉(zhuǎn)化，Ⅳ的收率達(dá)到96.2%（entry 6）。升高甲苯為溶劑時(shí)的反應(yīng)溫度至90℃以上，雖然化合物Ⅲ完全轉(zhuǎn)化，但Ⅳ的收率卻降低，原因是高溫會(huì)發(fā)生酯基水解。降低物料比中氫氧化鈉的量，即使延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，化合物Ⅲ也未完全轉(zhuǎn)化，且Ⅳ的收率卻降低。因此，化合物Ⅲ與溴乙酸甲酯在堿性條件下反應(yīng)生成Ⅳ的最佳條件為：n（Ⅲ）∶n（溴乙酸甲酯）∶n（氫氧化鈉）∶n（四丁基溴化銨）=1.0∶1.0∶15.0∶0.1，甲苯為溶劑，80℃反應(yīng)5 h。

表5 不同反應(yīng)條件對(duì)合成化合物Ⅳ的影響aTab.5 Effect of different reaction conditions on formation of compoundⅣa

2.5 Selexipag的合成

為了將化合物Ⅳ轉(zhuǎn)化為酰胺化產(chǎn)物，淺木哲夫等［11］先將化合物Ⅳ水解成酸，再在CDI、TBTU和DCC存在下與甲基磺酰胺反應(yīng)得到Selexipag，操作繁瑣，雜質(zhì)多。最近，Zhang等［19］將不活潑酯、胺和叔丁醇鈉混合，在不加溶劑條件下室溫反應(yīng)直接得到系列酰胺化產(chǎn)物，為酯的酰胺化反應(yīng)開辟了一條綠色合成路線。本研究將化合物Ⅳ與甲基磺酰胺在叔丁醇鈉存在下室溫反應(yīng)同樣得到了酰胺化產(chǎn)物Selexipag?；衔铫簟⒓谆酋０泛褪宥〈尖c摩爾比以及反應(yīng)時(shí)間對(duì)酰胺化反應(yīng)的影響見表6。當(dāng)n（甲基磺酰胺）∶n（Ⅳ）∶n（叔丁醇鈉）為1.0∶2.0∶1.5時(shí)，室溫下反應(yīng)1 h，Selexipag的收率為85.8%（entry 1）。減少n（Ⅳ）的投料，Selexipag的收率逐漸下降，其中n（甲基磺酰胺）∶n（Ⅳ）∶n（叔丁醇鈉）為1.0∶1.05∶1.5時(shí)，Selexipag的收率為80.1%（entry 5），將反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)到2 h，Selexipag的收率達(dá)到最高值92.3%（entry 9），進(jìn)一步延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，收率基本不變；減少叔丁醇鈉的用量，Selexipag的收率降低（entry 11，12）。當(dāng)甲基磺酰胺相對(duì)化合物Ⅳ過量時(shí)，Selexipag的收率降低至57.2%（entry 7）。因此，化合物Ⅳ與甲基磺酰胺發(fā)生酰胺化反應(yīng)的最佳條件為n（甲基磺酰胺）∶n（Ⅳ）∶n（叔丁醇鈉）為1.0∶1.05∶1.5，室溫下反應(yīng)2 h。反應(yīng)后處理階段，未反應(yīng)完的酯皂化溶于水中除掉，操作簡(jiǎn)單。

表6 化合物Ⅳ酰胺化條件的優(yōu)化Tab.6 Optimization of amidation conditions of compoundⅣ

3 結(jié) 論

以二苯基乙二酮和氨基乙酰胺為起始物料，通過環(huán)合反應(yīng)合成了5，6-二苯基吡嗪-2-醇。在無縛酸劑和減少三氯氧磷用量條件下，以DMF為溶劑，將5，6-二苯基吡嗪-2-醇的羥基氯代得到2-氯-5，6-二苯基吡嗪。2-氯-5，6-二苯基吡嗪與適量4-異丙氨基丁醇反應(yīng)，得到4-［N-（5，6-二苯基-2-基）（N-異丙基）氨基］-1-丁醇，4-異丙氨基丁醇既是反應(yīng)試劑，又是溶劑和縛酸劑，過量的4-異丙氨基丁醇回收利用，避免了加入其它加縛酸劑和溶劑后處理時(shí)大量廢物的產(chǎn)生。以氫氧化鈉為堿、四丁基溴化銨為相轉(zhuǎn)移催化劑，4-［N-（5，6-二苯基-2-基）（N-異丙基）氨基］-1-丁醇與溴乙酸甲酯在甲苯中反應(yīng)，生成2-｛4-［N-（5，6-二苯基吡嗪-2-基）-N-異丙基氨基］丁氧基｝乙酸甲酯。后者和甲基磺酰胺在叔丁醇鈉作用下直接發(fā)生酰胺化反應(yīng)生成Selexipag，該反應(yīng)無需溶劑，室溫反應(yīng)，后處理簡(jiǎn)單。優(yōu)化后的合成路線Selexipag的收率達(dá)到74.5%，合成步驟少，反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)物易于分離純化，無需特殊設(shè)備，適合工業(yè)化生產(chǎn)。