馬來酸氟伏沙明-D3的合成

仇中選, 王 東, 黃龍江

(1. 青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生物與化工學(xué)院,山東 青島 266555； 2. 青島科技大學(xué) 化工學(xué)院,山東 青島 266042)

馬來酸氟伏沙明是由雅培制藥研發(fā)的一種治療抑郁癥和強(qiáng)迫癥藥物,是全球第一種選擇性5-羥色胺再攝取抑制劑(SSRIs)類型的抗抑郁藥物,也是唯一一種單環(huán)類SSRIs[1-4]。與傳統(tǒng)的抗抑郁藥物相比,馬來酸氟伏沙明具有擬腎上腺素效能低,不易引起興奮、多汗等癥狀；抗膽堿和抗組胺效能低,很少引發(fā)體重增加和嗜睡等現(xiàn)象；藥物間相互作用小,有利于聯(lián)合用藥等優(yōu)點。臨床統(tǒng)計表明,馬來酸氟伏沙明用藥時對胃腸道、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、性功能等方面具有一定副作用[5-7]。

氘代標(biāo)記化合物是利用氘的同位素效應(yīng),將化合物中的氫原子或部分氫原子用氘原子替換的化合物,在生物醫(yī)學(xué)、藥物代謝動力學(xué)中都發(fā)揮著重要作用[8-10]。美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)頒布的工業(yè)指南要求在新藥研究中,藥物代謝安全評價必須使用同位素標(biāo)記技術(shù)。將氘代技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)有藥物的合成中,不會影響分子構(gòu)象,有效性與安全性經(jīng)過驗證,可用于改善早期開發(fā)藥物的部分缺點及副作用。本研究將馬來酸氟伏沙明中的甲基進(jìn)行氘代化,合成穩(wěn)定同位素標(biāo)記的馬來酸氟伏沙明-D3,有助于進(jìn)一步分析馬來酸氟伏沙明在人體內(nèi)的代謝過程以及藥物動力學(xué),為改善其副作用奠定基礎(chǔ)。

目前,國內(nèi)穩(wěn)定同位素標(biāo)記藥物的研發(fā)和生產(chǎn)處于起步階段,市售的馬來酸氟伏沙明-D3為代理進(jìn)口產(chǎn)品,價格昂貴,關(guān)于其合成技術(shù)還未見文獻(xiàn)報道,嚴(yán)重限制了該標(biāo)準(zhǔn)品在我國的廣泛使用。已報道的馬來酸氟伏沙明的合成方法主要有兩種：(1)以對三氟甲基苯腈為原料,與格氏試劑反應(yīng)直接制備目標(biāo)化合物[11-14]。該路線是目前文獻(xiàn)報道較多的方法,但反應(yīng)周期長、重復(fù)性差,且使用高毒性氰類化合物為原料,使用時存在安全隱患。(2)以對三氟甲基苯甲酸為原料,在PCl3催化下,與甲氧基甲基胺反應(yīng)生成Weinreb酰胺,進(jìn)而與格氏試劑反應(yīng)得到馬來酸氟伏沙明[15]。該反應(yīng)過程用到PCl3,易造成環(huán)境污染,產(chǎn)生大量酸性廢液,增加了三廢處理成本,且不適合甲基氘代化。因此,探索一種穩(wěn)定性高、簡潔高效合成馬來酸氟伏沙明-D3的方法是一項具有現(xiàn)實意義的工作。

本文首次以市售的4-芐氧基-1-丁醇(2)為原料，與氘代碘甲烷反應(yīng),得到氘代甲基化中間體(3),后續(xù)經(jīng)過氫化脫芐、溴化、格氏反應(yīng)、戴斯-馬丁氧化、縮合、取代、成鹽等反應(yīng),合成高純度馬來酸氟伏沙明-D3(1, Scheme 1),具體合成路線如Scheme 1所示。該化合物的合成方法現(xiàn)已申請專利保護(hù),公開號為CN 113861066[16]。

Scheme 1

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Bruker AC-500 MHz型核磁共振波譜儀；Ultima Global spectrometer型高分辨質(zhì)譜儀(德國英?？倒?；WATERS-e2695型高效液相色譜儀(美國沃特斯)。

4-芐氧基-1-丁醇、三溴化磷、鹽酸羥胺、2-氯代乙基胺鹽酸鹽、馬來酸、碘、4-三氟甲基苯甲醛(99%,阿達(dá)瑪斯試劑有限公司)；氘代碘甲烷(D: 99.9%,阿達(dá)瑪斯試劑有限公司)；氫化鈉(60%,阿達(dá)瑪斯試劑有限公司)；無水四氫呋喃(Water≤50 ppm,99.5%,阿達(dá)瑪斯試劑有限公司)；Dess-Martin試劑(97%, Sigma-Aldrich)；鎂屑(99%, Sigma-Aldrich)；鈀碳催化劑(干基,10% Pd/C,阿拉丁試劑有限公司)；其余所用試劑均為分析純,青島華東化學(xué)試劑有限公司。

1.2 合成

(1) ((4-(甲氧基-D3)丁氧基)甲基)苯(3)

500 mL三口瓶中,將4-芐氧基-1-丁醇(1, 18.0 g, 100 mmol)溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF, 200 mL),體系降溫至0～5 ℃,攪拌下加入氫化鈉(60%,分散于液狀石蠟)(6.0 g, 150 mmol),加畢,攪拌10 min；滴加氘代碘甲烷(29.0 g, 200 mmol),滴畢,反應(yīng)體系自然升至室溫,攪拌反應(yīng)12 h。體系倒入冰水中,加入乙酸乙酯(200 mL),分液,有機(jī)相依次用水(200 mL)、飽和食鹽水(200 mL)洗滌,無水硫酸鈉干燥,抽濾,濾液減壓濃縮得無色液體319.3 g,收率98%,不作純化直接下一步投料。

(2) 4-(甲氧基-D3)丁-1-醇(4)

在500 mL三口瓶中,將((4-(甲氧基-D3)丁氧基)甲基)苯(3, 17.7 g, 90 mmol)溶于無水甲醇(180 mL),加入鈀碳催化劑(1.77 g,鈀碳催化劑中鈀含量為10 wt%),于氫氣氣氛中室溫下快速攪拌12 h。停止反應(yīng),過濾,濾餅用無水甲醇(10 mL)洗滌,濾液減壓濃縮至恒重得4-(甲氧基-D3)丁-1-醇(4)9.5 g,收率98%,無色液體,不作純化直接下一步投料。

(3) 1-溴-4-(甲氧基-D3)丁烷(5)

在500 mL三口瓶中,氬氣保護(hù),在大約0～5 ℃左右溫度下,將三溴化磷(24.6 g, 91 mmol)緩慢滴加至4-(甲氧基-D3)丁-1-醇(4, 7.5 g, 70 mmol)的四氫呋喃(140 mL)溶液中,加畢,自然升至室溫攪拌12 h。加入飽和碳酸氫鈉溶液調(diào)pH至7～8,乙酸乙酯(150 mL)萃取分液,有機(jī)相依次用水(100 mL)、飽和食鹽水(100 mL)洗滌,無水硫酸鈉干燥,抽濾,濾液減壓濃縮,柱層析分離得1-溴-4-(甲氧基-D3)丁烷(5)9.9 g,收率83%,無色液體。1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 3.53～3.41(m, 4H), 2.05～1.91(m, 2H), 1.81～1.68(m, 2H);13C NMR(125 MHz, CDCl3)δ: 72.7, 65.2, 34.1, 29.8, 28.3。

(4) (4-(甲氧基-D3)丁基)溴化鎂(6)

氬氣保護(hù)下,250 mL三口瓶中加入鎂屑(1.44 g, 60 mmol),一小粒碘、無水四氫呋喃(30 mL),加熱至微沸,體系棕色褪去,滴加1-溴-4-(甲氧基-D3)丁烷(5, 8.5 g, 50 mmol)的無水四氫呋喃(30 mL)溶液,保持微沸狀態(tài),加畢,攪拌1 h制得(4-(甲氧基-D3)丁基)溴化鎂(6)的四氫呋喃溶液。

(5) 5-(甲氧基-D3)-1-(4-(三氟甲基)苯基)-1-戊醇(8)

在氬氣保護(hù)下,0～5 ℃左右的溫度下,將4-三氟甲基苯甲醛(7, 8.7 g, 50 mmol)的無水四氫呋喃(20 mL)溶液滴加至上步制得的(4-(甲氧基-D3)丁基)溴化鎂(6)的四氫呋喃溶液中,加畢,自然升至升溫攪拌3 h,加入1 mol/L鹽酸(10 mL)淬滅反應(yīng),加入水(100 mL)、乙酸乙酯(100 mL)萃取分液,有機(jī)相用飽和食鹽水(100 mL)洗滌,無水硫酸鈉干燥,抽濾,濾液減壓濃縮,柱層析分離得5-(甲氧基-D3)-1-(4-(三氟甲基)苯基)-1-戊醇(8)11.1 g,兩步收率84%,白色固體;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.60(d,J=6.4 Hz, 2H), 7.46(d,J=6.4 Hz, 2H), 4.76(s, 1H), 3.36(t,J=5.1 Hz, 2H), 2.16(d,J=2.2 Hz, 1H), 1.81～1.71(m, 2H), 1.63(s, 1H), 1.62～1.58(m, 2H), 1.51～1.48(m, 1H), 1.41～1.36(m, 1H);13C NMR(125 MHz, CDCl3)δ: 147.8, 128.7, 125.1, 124.4, 124.3, 122.1, 72.7, 71,4, 37.9, 28.3, 21.3。

(6) 5-(甲氧基-D3)-1-(4-三氟甲基苯基)-1-戊酮(9)

500 mL反應(yīng)瓶中加入5-(甲氧基-D3)-1-(4-(三氟甲基)苯基)-1-戊醇(8, 10.6 g, 40 mmol)、Dess-Martin試劑(25.4 g, 60 mmol)和二氯甲烷(100 mL),室溫攪拌2 h,加入飽和碳酸氫鈉溶液(100 mL),攪拌10 min,萃取分液,水相用二氯甲烷(100 mL)萃取,合并有機(jī)相,用飽和食鹽水(100 mL)洗滌,無水硫酸鈉干燥,抽濾,濾液減壓濃縮、干燥得5-(甲氧基-D3)-1-(4-三氟甲基苯基)-1-戊酮(9)10.1 g,收率96%,白色固體。1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.05(d,J=6.5 Hz, 2H), 7.72(d,J=6.5 Hz, 2H), 3.42(t,J=5.1 Hz, 2H), 3.02(t,J=5.6 Hz, 2H), 1.85～1.80(m, 2H), 1.69～1.67(m, 2H);13C NMR(125 MHz, CDCl3)δ: 198.8, 139.4, 134.8, 128.1, 125.4, 125.3, 124.4, 72.1, 63.8, 38.3, 28.8, 20.6。

(7) (E)-5-(甲氧基-D3)-1-(4-(三氟甲基)苯基)-1-戊酮肟(10)

250 mL反應(yīng)瓶中加入鹽酸羥胺(3.1 g, 45 mmol)、氫氧化鉀(5.1 g, 90 mmol)和無水乙醇(100 mL),室溫攪拌30 min,加入5-(甲氧基-D3)-1-(4-三氟甲基苯基)-1-戊酮(9, 7.9 g, 30 mmol),回流3 h。停止反應(yīng),降至室溫,加入水(100 mL)、二氯甲烷(100 mL)萃取分液,水相用二氯甲烷(50 mL)萃取,合并有機(jī)相,用飽和食鹽水(100 mL)洗滌,無水硫酸鈉干燥,抽濾,濾液減壓濃縮、柱層析得(E)-5-(甲氧基-D3)-1-(4-(三氟甲基)苯基)-1-戊酮肟(10)7.8 g,收率91%,白色固體。1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.71(d,J=6.5 Hz, 2H), 7.53(d,J=6.5 Hz, 2H), 3.40(t,J=5.0 Hz, 2H), 2.68(t,J=5.6 Hz,2H), 1.75～1.67(m, 2H), 1.53～1.47(m, 2H);13C NMR(125 MHz, CDCl3)δ: 157.5, 134.1, 133.3, 127.6, 125.1, 124.9, 124.4, 72.3, 63.3, 36.9, 28.0, 19.9。

(8) (E)-5-(甲氧基-D3)-1-(4-三氟甲基苯基)-1-戊酮-O-(2-氨基乙基)肟(11)

250 mL反應(yīng)瓶中加入(E)-5-(甲氧基-D3)-1-(4-(三氟甲基)苯基)-1-戊酮肟(10, 7.0 g, 25 mmol)、2-氯代乙基胺鹽酸鹽(2.9 g, 25 mmol)、氫氧化鉀(3.1 g, 55 mmol)和N,N-二甲基甲酰胺(80 mL),室溫攪拌6 h。停止反應(yīng),減壓濃縮,殘渣加入2 mol/L鹽酸調(diào)pH大約至1～2,加入水(100 mL)、二氯甲烷(100 mL)萃取分液,水相用10%氫氧化鈉水溶液調(diào)pH大約至11～13,用二氯甲烷(100 mL)萃取,有機(jī)相用無水硫酸鈉干燥,抽濾,濾液減壓濃縮至恒重得(E)-5-(甲氧基-D3)-1-(4-三氟甲基苯基)-1-戊酮-O-(2-氨基乙基)肟(11)7.8 g,收率92%,無色液體,不作純化直接下一步投料。

(9) 馬來酸氟伏沙明-D3(1)

250 mL反應(yīng)瓶中加入(E)-5-(甲氧基-D3)-1-(4-三氟甲基苯基)-1-戊酮-O-(2-氨基乙基)肟(11, 6.4 g, 20 mmol)、馬來酸(2.3 g, 20 mmol)和無水乙醇(60 mL),室溫攪拌2 h,濾液減壓濃縮得馬來酸氟伏沙明-D3粗品,加入乙酸乙酯和正己烷的混合液(40 mL,其中乙酸乙酯和正己烷的體積比為1 ∶9),打漿1 h,抽濾,濾餅用正己烷(20 mL)洗滌,干燥得馬來酸氟伏沙明-D3(1) 8.4 g,收率96%,純度99.3%,白色固體。1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.22(brs, 2H), 7.66(d,J=6.6 Hz, 2H), 7.56(d,J=6.6 Hz, 2H), 6.14(s, 2H), 4.39(t,J=3.5 Hz, 2H), 3.38～3.32(m, 4H), 2.73(t,J=5.7 Hz, 2H), 1.53(t,J=2.6 Hz, 4H);13C NMR(125 MHz, CDCl3)δ: 169.0, 158.7, 137.4, 134.8, 130.5, 130.2, 125.8, 124.5, 124.4, 124.0, 121.8, 70.9, 68.9, 38.9, 28.0, 25.2, 21.9; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C15H19D3F3N2O2{[M+H]+}322.1822, found 322.1819。

1.3 結(jié)構(gòu)表征

馬來酸氟伏沙明-D3的1H NMR譜圖如圖1所示。譜圖積分為18個氫(胺基上的兩個活潑氫未出峰),與天然豐度的馬來酸氟伏沙明相比,甲氧基上3個氫原子被氘取代,在高場區(qū)域未出現(xiàn)甲基峰,與馬來酸氟伏沙明-D3的結(jié)構(gòu)吻合。

δ

馬來酸氟伏沙明-D3的高分辨質(zhì)譜(圖2)中最高峰m/z322.1819為氟伏沙明-D3的加氫峰,即[M+H]+,其誤差為0.93 ppm,結(jié)合其氫譜數(shù)、據(jù)可以確定合成的產(chǎn)品為馬來酸氟伏沙明-D3。

m/z

5-(甲氧基-D3)-1-(4-三氟甲基苯基)-1-戊酮(9)是合成馬來酸氟伏沙明-D3的關(guān)鍵中間體,由4-三氟甲基苯甲醛與格氏試劑(6)經(jīng)親核加成、氧化反應(yīng)制得。本文對反應(yīng)過程中所涉及的溶劑溫度、投料量等因素進(jìn)行了考察,以確定最優(yōu)反應(yīng)條件。

2.1 親核加成反應(yīng)過程的優(yōu)化

(1) 反應(yīng)溶劑對格氏試劑制備的影響

格氏試劑的制備通常在非質(zhì)子性溶劑中進(jìn)行,以乙醚、四氫呋喃為反應(yīng)溶劑進(jìn)行考察,發(fā)現(xiàn)溶劑的不同對格氏試劑的生成具有直接影響。乙醚引發(fā)時間較長,如果體系無水環(huán)境控制不嚴(yán)格,會導(dǎo)致引發(fā)失敗。而四氫呋喃引發(fā)速度快,加入引發(fā)劑后,保持微沸狀態(tài)即可引發(fā)反應(yīng)。同時,四氫呋喃的安全性更高,在工業(yè)化應(yīng)用中比乙醚更具優(yōu)勢,因此,將四氫呋喃作為該步反應(yīng)的最佳溶劑。

(2) 反應(yīng)溫度對親核加成反應(yīng)的影響

在格氏試劑制備完成后,考察了反應(yīng)溫度對親核加成反應(yīng)的影響,結(jié)果見表1。由表1可知,當(dāng)反應(yīng)在回流狀態(tài)下進(jìn)行時,收率僅有10%,說明溫度過高會導(dǎo)致副反應(yīng)增加。隨著溫度的降低,收率相應(yīng)提高,在0 ℃下反應(yīng)收率可達(dá)87%,進(jìn)一步降低溫度至-10 ℃,反應(yīng)12 h收率出現(xiàn)一定下降,說明溫度過低會導(dǎo)致反應(yīng)活性的下降。最終,確定0 ℃為反應(yīng)的最佳溫度。

表1 溫度對反應(yīng)的影響

2.2 氧化過程的優(yōu)化

Dess-Martin氧化反應(yīng)具有反應(yīng)速率快、條件溫和、氧化劑用量少等特點,是現(xiàn)代有機(jī)合成中常用的氧化反應(yīng)[17-18]。本研究首次將Dess-Martin氧化反應(yīng)用于馬來酸氟伏沙明-D3關(guān)鍵中間體9的合成中,重點從氧化劑的用量、反應(yīng)溶劑等工藝參數(shù)進(jìn)行了條件優(yōu)化。

(1) 氧化劑用量對反應(yīng)的影響

在Dess-Martin氧化反應(yīng)中,氧化劑用量對氧化性能有著至關(guān)重要的作用,如表2所示,以底物5-(甲氧基-D3)-1-(4-(三氟甲基)苯基)-1-戊醇(8)為基準(zhǔn),當(dāng)使用Dess-Martin試劑為1.0當(dāng)量時,反應(yīng)活性較差,反應(yīng)延長至12 h,收率也僅為76%。隨著氧化劑用量的增加,反應(yīng)活性有明顯提高,當(dāng)使用1.2當(dāng)量氧化劑時,收率達(dá)到了最佳值。進(jìn)一步增加用量,收率再無提高。因而,最終確定Dess-Martin試劑的最佳投料量為1.2當(dāng)量。

表2 氧化劑用量對反應(yīng)的影響

(2) 反應(yīng)溶劑對氧化反應(yīng)的影響

在確定了Dess-Martin試劑的用量后,研究了溶劑對氧化反應(yīng)的影響(表3)。從表3可以看出,該反應(yīng)在非極性溶劑中能夠得到非常好的收率,其中鹵代類溶劑二氯甲烷效果最好,其次是四氫呋喃和甲苯；在極性溶劑乙酸乙酯和乙腈中反應(yīng)也可以發(fā)生,但反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較差。最終將二氯甲烷作為該反應(yīng)的優(yōu)選溶劑。

表3 溶劑對氧化反應(yīng)的影響

以氘代碘甲烷為氘源,以4-芐氧基-1-丁醇(2)為起始原料,經(jīng)甲基化、氫化脫芐、溴化、格氏反應(yīng)、戴斯-馬丁氧化、縮合、取代、成鹽等反應(yīng),以51.7%總收率制備得到穩(wěn)定的同位素標(biāo)記的馬來酸氟伏沙明-D3。其中,5-(甲氧基-D3)-1-(4-三氟甲基苯基)-1-戊酮(9)的制備是合成馬來酸氟伏沙明-D3的關(guān)鍵步驟,本發(fā)明首次使用4-三氟甲基苯甲醛為原料與格氏試劑反應(yīng)簡潔高效制備出5-(甲氧基-D3)-1-(4-(三氟甲基)苯基)-1-戊醇(8),經(jīng)Dess-Martin氧化得到中間體9。相對于傳統(tǒng)方法,避免了反應(yīng)周期長、重復(fù)性差及使用高毒性氰類化合物等問題。馬來酸氟伏沙明-D3作為內(nèi)標(biāo)藥物使用,可應(yīng)用于臨床藥代動力學(xué)方面研究,從而更準(zhǔn)確和方便地了解馬來酸氟伏沙明在人體內(nèi)的代謝過程和作用機(jī)制。