沙格列汀關(guān)鍵雜質(zhì)(1R，3S，5R)-3-(氨基羰基)-2-氮雜雙環(huán)[3.1.0]己烷-2-甲酸叔丁酯的合成

張佳佳，楊禹成，諸海濱

(東南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，江蘇 南京 211189)

近年來，我國糖尿病的發(fā)病率逐年攀升。2013年，我國18歲以上人群糖尿病患病率達(dá)11.6%，并且每年增加75萬患者。由病理學(xué)特征，糖尿病可大概分為兩鐘：Ⅰ型糖尿病，也稱胰島素依賴性糖尿??；Ⅱ型糖尿病，也稱非胰島素依賴性糖尿病，Ⅱ型糖尿病的發(fā)病率更高，超過90%。其中Ⅱ型糖尿病的主要有以下特點(diǎn)：胰腺β細(xì)胞的胰島素分泌減少，胰島素作用降低。臨床上治療Ⅱ型糖尿病的藥物主要以下四類：胰島素分泌促進(jìn)劑(氯茴苯酸類、磺酰脲類)、胰島素增敏劑(噻唑烷二酮類、雙胍類)、二肽基肽酶-4(DPP-4)抑制劑、胰島素及胰島素受體激動劑。

二肽基肽酶-4(DPP-4)抑制劑是一類治療Ⅱ型糖尿病的藥物，該抑制劑不僅可以抑制葡萄糖依賴性促胰島素分泌多肽(GIP)和胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)的滅活，而且還可以提高GIP和內(nèi)源性GLP-1的水平，促進(jìn)胰島β細(xì)胞釋放胰島素，同時抑制胰島α細(xì)胞分泌胰高血糖素，從而提高胰島素水平，降低血糖，并且有十分明顯的優(yōu)點(diǎn)：不容易誘發(fā)低血糖、而且不易增加體重。DPP-4 抑制劑，不僅單獨(dú)使用或者和其他藥物(如磺酰脲類、二甲雙胍等)組合使用都可以明顯降低Ⅱ型糖尿病患者血糖水平。目前，國內(nèi)發(fā)現(xiàn)了各種具有顯著降糖活性的DPP-4 抑制劑，其中，已上市的有利格列汀、沙格列汀、維格列汀，苯甲酸阿格列汀等。在整個降糖市場中，DPP-4 抑制劑占據(jù)降糖藥物極大的市場份額。

沙格列汀(saxagliptin)，化學(xué)名為(1S，3S，5S)-2-[(2S)-2-氨基-2-(3-羥基金剛烷-1-基)乙酰基]-2-氮雜雙環(huán)[3.1.0]己烷-3-腈，是美國百時美施貴寶公司和英國阿斯利康公司聯(lián)合開發(fā)的強(qiáng)效選擇性二肽基肽酶-4(DPP-4)抑制劑[1]，可特異性延長對DPP-4的抑制從而延長內(nèi)源性胰高血糖素樣肽-l(GLP-1)和葡萄糖依賴性促胰島素釋放多肽(GIP)持續(xù)作用時間，最終達(dá)到降低血糖的作用[2-3]。2011年5月5日在中國獲得上市批準(zhǔn)(商品名：安立澤)，臨床用于2型糖尿病的治療。

(1S，3S，5S)-3-(氨基羰基)-2-氮雜雙環(huán)[3.1.0]-己烷-2-甲酸叔丁酯(1)是合成沙格列汀的關(guān)鍵中間體[4]。該關(guān)鍵中間體1的分子中存在手性中心，其中包含有3個手性碳，分別是(1R，3S，5R)-3-(氨基羰基)-2-氮雜雙環(huán)[3.1.0]-己烷-2-甲酸叔丁酯(1a)、(1R，3R，5R)-3-(氨基羰基)-2-氮雜雙環(huán)[3.1.0]-己烷-2-甲酸叔丁酯(1b)以及(1S，3R，5S)-3-(氨基羰基)-2-氮雜雙環(huán)[3.1.0]-己烷-2-甲酸叔丁酯(1c)。對(1)進(jìn)行液相分析時，明顯可以檢出雜質(zhì)1a的存在。

藥物雜質(zhì)和藥物質(zhì)量的控制對于藥物安全性有著非常重要的關(guān)系，雜質(zhì)對照品可幫助確定雜質(zhì)的合理限度，能極大的促進(jìn)藥品檢驗方法和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的建立，因此定向合成1a對于提高沙格列汀的質(zhì)量控制十分重要。對于人類來說藥物不僅是一種治療疾病的商品，而且還能預(yù)防疾病的發(fā)生，與人們的日常生活緊密聯(lián)系，藥物的質(zhì)量是否安全、是否有效、是否可控直接關(guān)系到患者的健康。藥物的有關(guān)物質(zhì)又稱為藥物雜質(zhì)，藥物中的雜質(zhì)研究作為評價一個藥物質(zhì)量好壞的重中之重，貫穿著整個藥物的研發(fā)過程，藥物中雜質(zhì)含量超過一定量雜質(zhì)限度后使用者服用后可能發(fā)生變質(zhì)變性，甚至?xí)锌赡艹霈F(xiàn)生命危險。

藥物的雜質(zhì)是指藥物中存在的沒有治療作用或者是能影響藥物的穩(wěn)定性、療效，甚至對人體的健康有害的物質(zhì)。藥物雜質(zhì)的存在大大的降低了藥物的純度，在整個藥物的制造過程中必須保證藥物的純度及質(zhì)量，降低藥物的雜質(zhì)含量，只有這樣，才能保證藥物質(zhì)量的安全性、有效性、可控性。因此，藥物雜質(zhì)的研究是我們控制藥物質(zhì)量的一個非常重要的環(huán)節(jié)。

2015年版中國藥典就藥物雜質(zhì)產(chǎn)生的來源分為：生產(chǎn)過程(副產(chǎn)物、未反應(yīng)完全的反應(yīng)物、殘余催化劑、中間體、溶劑、配位體等)和運(yùn)輸過程(貯存時引入的金屬鹽)中產(chǎn)生的雜質(zhì)，這一類為一般雜質(zhì)。

按照藥物中存在的雜質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)類型可以分為三類：殘留溶劑、有機(jī)雜質(zhì)、無機(jī)雜質(zhì)。無機(jī)雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)基本上都是已知或者已經(jīng)鑒定的，這一類雜質(zhì)多是生成過程中產(chǎn)生的；而有機(jī)雜質(zhì)一般處于半揮發(fā)狀態(tài)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般情況下都沒有明確的界定，在加工過程中，這一類的雜質(zhì)含量可能會有增加；殘留溶劑相對于其他兩類雜質(zhì)來說，這一類雜質(zhì)本身就帶有一定的毒性，這類殘留溶劑吸收到人體內(nèi)有很大的健康隱患，主要來源是制備溶液或者混懸液所用的有機(jī)試劑和無機(jī)試劑，所以在后續(xù)的處理過程中，比其他兩類雜質(zhì)更加容易提取除去。因此，對于藥物生產(chǎn)過程中引入的溶劑雜質(zhì)，在《中國藥典》中有明確的規(guī)定，需對生產(chǎn)過程中用到的每一種有機(jī)溶劑進(jìn)行殘留量的檢查，例如二氯甲烷、三氯甲烷和吡啶等。

按照藥物中存在雜質(zhì)的毒性，可以分為毒性雜質(zhì)和信號雜質(zhì)。其中毒性雜質(zhì)指含有毒性，對人體機(jī)體產(chǎn)生生物變化引起病變的有毒物質(zhì)，如砒霜(砷鹽)，重金屬鹽等，其中遺傳毒性雜質(zhì)(GTI)作為一種特殊的毒性雜質(zhì)，即使在低濃度條件下，也可能引起基因突變，引起染色體斷裂和重排，并增加患癌癥的風(fēng)險；信號雜質(zhì)一般指無毒性的雜質(zhì)，氯化鹽硫酸鹽等常見無機(jī)鹽作為信號雜質(zhì)，雖然無毒，但能從側(cè)面反應(yīng)藥品生產(chǎn)工藝中存在的問題。藥物耐受性差會發(fā)生降解產(chǎn)生雜質(zhì)，引發(fā)藥品發(fā)生降解的條件有很多，如溫度、濕度、光照等因素都會引發(fā)藥品發(fā)生氧化、分解、潮解、異構(gòu)化等的物化性質(zhì)的變化。

2015版《中國藥典》中明確指出，對照品是指用來檢測、鑒別、測定含量的一種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，主要作用是用來藥物檢測的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。雜質(zhì)對照品，隸屬于對照品的范疇。

藥品標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為判別待檢測藥品質(zhì)量的參照物，除了能在臨床治療中發(fā)揮作用，在現(xiàn)階段的藥物研究中也具有卓越的作用。藥品標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可直接用于通過不同生產(chǎn)路線制得的藥品結(jié)構(gòu)、純度的檢測，也可作為藥品質(zhì)量控制(雜質(zhì)限度控制)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。同樣，雜質(zhì)對照品也是作為藥品質(zhì)量的參照物，與藥品標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在檢測分析上不同的功能是其作為藥品中雜質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)物，用于檢測特定雜質(zhì)的含量或?qū)δ骋环N特定的雜質(zhì)定量分析。一種藥品中可能含有多種不同的雜質(zhì)，因此通常對一個藥品進(jìn)行質(zhì)量評估時也不局限于一種雜質(zhì)對照品。國內(nèi)與國外的藥典對雜質(zhì)對照品都進(jìn)行了明確的定義，其中，中國藥典對雜質(zhì)對照品的定義為用于藥物純度評估、鑒別藥品雜質(zhì)種類的標(biāo)準(zhǔn)物。

目前1a的合成方法，普遍通過1的原有工藝專利中報道的方法來制備[5]。起始原料為D-焦谷氨酸，經(jīng)過系列反應(yīng)生成烯，然后與二碘甲烷反應(yīng)生成順式產(chǎn)物1和反式產(chǎn)物1a，然后通過水解生成酰胺，最后經(jīng)過柱色譜分離得到1a。該合成方法中，得到的反式產(chǎn)物1a含量極低，產(chǎn)率很低，其中需要大量的起始原料D-焦谷氨酸，而且順式產(chǎn)物和反式產(chǎn)物性質(zhì)接近，分離有較大困難，制備成本高，反應(yīng)復(fù)雜，工作量巨大。再就是于凈平等[6]報道的以(1R，3S，5R)-3-(羧酸乙酯)-2-氮雜雙環(huán)[3.1.0]-己烷-2-甲酸叔丁酯為起始原料，經(jīng)氫氧化鋰水解得(1R，3S，5R)-3-(羧酸)-2-氮雜雙環(huán)[3.1.0]-己烷-2-甲酸叔丁酯(3)，與羰基二咪唑(CDI)反應(yīng)后，通過在碳酸鉀作用下消旋化，最后經(jīng)過氯甲酸異丁酯活化、氨化后即可制得1a. 此路線為不對稱合成，反應(yīng)條件苛刻，最后分離困難。

本研究對于凈平等[6]報道的方法進(jìn)行了改進(jìn)。如圖1所示。以(1R，3S，5R)-3-(醇)-2-氮雜雙環(huán)[3.1.0]-己烷-2-甲酸叔丁酯(2)為原料，在三氯化釕做催化劑的基礎(chǔ)上經(jīng)高碘酸鈉氧化為3，然后在乙酸乙酯中與羰基二咪唑(CDI)反應(yīng)后，加入氨水在室溫攪拌反應(yīng)3 h，得到目標(biāo)產(chǎn)物1c，經(jīng)過柱層析得到純凈物。異構(gòu)體1c經(jīng)檢驗在HPLC上的保留時間與按照原有工藝制備得到的1c保留時間一致[5]。

本試驗反應(yīng)條件簡單、溫和，大大減少了反應(yīng)過程中其他用料，降低了成本，減小了通過柱色譜分離使目標(biāo)物純化的難度，工作量小、反應(yīng)條件簡單、收率高，總收率達(dá)到了62.7%。

圖1 化合物1a異構(gòu)體的合成路線Fig.1 Synthetic routes of isomers of compound 1a

1 實(shí)驗部分

1.1 (1R，3S，5R)-3-(羧酸)-2-氮雜雙環(huán)[3.1.0]-己烷-2-甲酸叔丁酯的制備

在2(1.82 g，99.5%，8.53 mmol)中加入乙腈(20 mL)，四氯化碳(20 mL)，攪拌溶清，將水(30 mL)溶解的高碘酸鈉(6 g，28 mmol)緩慢滴入體系中，迅速投入三氯化釕(0.04 g)，常溫下反應(yīng)2 h。TLC(展開劑：二氯甲烷∶甲醇=40∶1)顯示反應(yīng)完全后，加入二氯甲烷(50 mL)和水(50 mL)，分液，收集有機(jī)相，水相用二氯甲烷萃取三次，合并有機(jī)相。無水硫酸鈉干燥，加入甲醇(1 mL)靜置，硅藻土過濾，濾液旋干得到棕黑色固體(1.84 g)。不經(jīng)純化直接用于下步反應(yīng)。

1.2 (1R，3S，5R)-3-(氨基羰基)-2-氮雜雙環(huán)[3.1.0]-己烷-2-甲酸叔丁酯的制備

將上述所得的3(1.84 g，8.1 mmol)和CDI(3.47 g，16.2 mmol)溶于乙酸乙酯(100 mL)中，于-10 ℃攪拌0.5 h后，室溫下攪拌反應(yīng)2 h，TLC(展開劑：甲醇∶二氯甲烷=1∶20)顯示反應(yīng)完全，向反應(yīng)體系中加入氨水(3 mL)，繼續(xù)反應(yīng)3 h，TLC(展開劑：甲醇∶二氯甲烷=1∶20)顯示反應(yīng)完全。飽和氯化銨溶液(100 mL×3)洗滌，飽和氯化鈉溶液(100mL)洗滌一次，室溫下加入活性炭攪拌0.5 h，硅藻土過濾，濾液減壓濃縮，所得濃縮物經(jīng)過柱層析(洗脫劑：乙酸乙酯∶石油醚=1∶3)，最終得到白色固體(1.2 g)，產(chǎn)率：62.7%，純度：99.4%。mp 167.3～170.9 0.72，MeOH)；ESI-MS(m/z)：249[M+Na]+；1H NMR(400 MHz，DMSO=d6)6：3.77～3.78(m，1H)，3.29～3.32(m，1H)，2.49～2.50(m，1H)，1.99～2.03(m，1H)，1.51～1.52(m，1H)，1.34～1.35(m，9H)，0.69～0.71(m，1H)，0.33～0.34(m，1H)。

2 結(jié)果與分析

在起始原料(1R，3S，5R)-3-(醇)-2-氮雜雙環(huán)[3.1.0]己烷-2-甲酸叔丁酯，通過高碘酸鈉氧化為(1R，3S，5R)-3-(羧酸)-2-氮雜雙環(huán)[3.1.0]己烷-2-甲酸叔丁酯的過程中，三氯化釕作為催化劑，不能添加過多，三氯化釕的后續(xù)處理過于復(fù)雜，添加微量即可，便于后續(xù)除去，避免引入無關(guān)雜質(zhì)。反應(yīng)3到4的過程中,(1R，3S，5R)-3-(羧酸)-2-氮雜雙環(huán)[3.1.0]己烷-2-甲酸叔丁酯與CDI反應(yīng)30 min后移出冷阱于室溫下反應(yīng)，如果繼續(xù)在冷阱中反應(yīng)，那么反應(yīng)難以繼續(xù)進(jìn)行，反應(yīng)時間過長，降低最終產(chǎn)物產(chǎn)率。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗對沙格列汀關(guān)鍵雜質(zhì)(1R，3S，5R)-3-(氨基羰基)-2-氮雜雙環(huán)[3.1.0]己烷-2-甲酸叔丁酯的合成進(jìn)行了改進(jìn)與優(yōu)化。合成步驟如下：起始原料為(1R，3S，5R)-3-(醇)-2-氮雜雙環(huán)[3.1.0]己烷-2-甲酸叔丁酯，以三氯化釕為催化劑，通過高碘酸鈉氧化為(1R，3S，5R)-3-(羧酸)-2-氮雜雙環(huán)[3.1.0]己烷-2-甲酸叔丁酯，然后在乙酸乙酯中與羰基二咪唑反應(yīng)后，最后加入氨水在室溫攪拌反應(yīng)3 h，得到產(chǎn)物，所得目標(biāo)產(chǎn)物柱層析后純度>99.4%，總收率62.7%。優(yōu)化后的合成反應(yīng)條件溫和、操作簡便，值得推廣。