俞 杰, 應(yīng)海兒, 陸 胤, 張玲玲, 王曉鐘, 陳英奇, ZHYLKO Viachaslau , 戴立言

(1. 浙江樹(shù)人大學(xué) 生物與環(huán)境工程學(xué)院, 浙江 杭州 310015; 2. 浙江大學(xué) 化學(xué)工程與生物工程學(xué)院,浙江 杭州 310027; 3. 白俄羅斯國(guó)立大學(xué) 國(guó)際薩哈羅夫環(huán)境研究所, 明斯克 220070)

1 前 言

瑞舒伐他汀(圖 1)的化學(xué)名稱為(+)-(3R,5S)-7-[4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-(N-甲基-N-甲磺酰氨基)嘧啶-5-基]-3,5-二羥基-6(E)-庚烯酸。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，瑞舒伐他汀鈣作為一種HMG-CoA 抑制劑，與其他的他汀類藥物相比具有更好的藥理學(xué)活性[1]，此外，還具有強(qiáng)效、安全性高、副作用少、耐受性良好的特點(diǎn)[2]，在降低心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)中發(fā)揮著重要作用。

圖1 瑞舒伐他汀分子結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Molecular structure of rosuvastatin

圖2 瑞舒伐他汀骨架結(jié)構(gòu)Fig.2 Backbone structure of rosuvastatin

瑞舒伐他汀的母體骨架結(jié)構(gòu)為 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-[甲基(甲磺?；?氨基]-嘧啶-5-取代基(圖 2)，嘧啶環(huán)第5 位取代基團(tuán)通常為酯基或氰基，可通過(guò)官能團(tuán)反應(yīng)再與側(cè)鏈進(jìn)行拼接制得瑞舒伐他汀。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，其合成主要有以下幾種方法，一是尿素法，該方法以對(duì)氟苯甲醛、異丁酰乙酸甲酯(或異丁酰乙腈)和尿素為主要原料，通過(guò)環(huán)合、氧化、取代等步驟，得到4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-[甲基(甲磺?；?氨基]-嘧啶-5-取代物[3-4]。以尿素為環(huán)合反應(yīng)的原料，收率較高，但是過(guò)程中產(chǎn)生的嘧啶2 位羥基難以脫去，必須經(jīng)歷?；蛊涑蔀橐纂x去基團(tuán)，再以N-甲基甲磺酰胺取代，成本較高。二是異硫脲法，如KUMAR等[5]以芐基異硫脲與對(duì)氟苯甲醛和異丁酰乙酸甲酯反應(yīng)產(chǎn)物 3-(4-氟苯基)-2-(2-甲基丙酰基)-丙-2-烯酸甲酯進(jìn)行反應(yīng)合成嘧啶骨架。該路線反應(yīng)路線很長(zhǎng)，收率不高。三是鹽酸胍法，胍的結(jié)構(gòu)與2 位含氮取代基嘧啶的結(jié)構(gòu)非常契合，由此考慮到以鹽酸胍作為成環(huán)的重要原料。該方法[6]減少了許多復(fù)雜反應(yīng)步驟，可較容易得到目標(biāo)化合物，但其中所用的 2，3-二氯-5，6-二氰基苯醌(DDQ)等試劑毒性比較大[7]。四是硫脲法，該方法的優(yōu)點(diǎn)在于多為室溫反應(yīng)，較尿素反應(yīng)而言減少了羥基脫去的步驟。如END 等[8]以對(duì)氟苯甲醛、異丁酰乙酸甲酯、硫脲為原料經(jīng)環(huán)合、甲基化、氧化、取代、?；炔襟E合成了嘧啶環(huán)第5 位取代基為酯基的瑞舒伐他汀母核，但在該方法中也使用了DDQ，且反應(yīng)步驟相對(duì)較長(zhǎng)。

如圖3 所示，本研究在上述硫脲法文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，以異丁酰乙腈取代異丁酰乙酸甲酯，合成嘧啶環(huán)第5 位取代基為氰基的瑞舒伐他汀關(guān)鍵中間體4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-(N-甲基-N-甲磺酰氨基)嘧啶-5-甲腈(圖3 中化合物1)，同時(shí)，在溫和條件下，將取代、酰化一鍋法進(jìn)行，并用MnO2取代DDQ，以廉價(jià)的雙氧水取代間氯過(guò)氧苯甲酸，以期為他汀類藥物中間體的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)和借鑒參考。

圖3 瑞舒伐他汀關(guān)鍵中間體4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-(N-甲基-N-甲磺酰氨基)嘧啶-5-甲腈合成新工藝路線圖Fig.3 Synthetic route for the key intermediate of rosuvastatin 4-(4-fluorophenyl)-6-isopropyl-2-(N-methyl-N-methylsulfonylamino) pyrimidine-5-formonitrile

2 實(shí)驗(yàn)(材料與方法)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

2.1.1 分析儀器

安捷倫6820 氣相色譜儀(GC)、安捷倫1200 高效液相色譜儀(HPLC)、AVNACE DM×500 型核磁共振儀。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)材料

異丁酸乙酯、乙腈、四氫呋喃(THF)、二氯甲烷(DCM)、濃鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.5 %)、乙酸乙酯、碳酸氫鈉、氫化鈉(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60 %，分散于石蠟油)、對(duì)氟苯甲醛、硫脲、乙醇、氯化亞銅、氯化鑭七水合物、氯化鐵六水合物、濃硫酸、碳酸鉀、碘甲烷、甲苯、二氧化錳、甲醇、鎢酸鈉、四丁基溴化銨(TBAB)、聚乙二醇(PEG400)、雙氧水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %)、N-甲基甲磺酰胺等分析純?cè)噭┵?gòu)自中國(guó)國(guó)藥集團(tuán)有限公司，去離子水為自制。

2.2 典型實(shí)驗(yàn)

2.2.1 異丁酰乙腈的制備

在60%氫化鈉 (8.93 g，0.22 mol) 中加入四氫呋喃 (150mL)，加熱至60 ℃，滴加異丁酸乙酯 (21.6 g，0.186 mol)和乙腈 (9.14 g，0.22 mol) 混合物，1 h 內(nèi)滴完，繼續(xù)反應(yīng)6 h。氣相色譜顯示原料反應(yīng)幾乎完全，停止，減壓蒸干，殘余物加水 (300 mL) 溶解，用二氯甲烷洗滌 (50 mL×2)，用濃鹽酸調(diào)節(jié)pH<3，用乙酸乙酯萃取 (100 mL×3)，水洗 (50 mL)，用飽和碳酸氫鈉溶液洗 (50 mL)，再水洗 (50 mL)，減壓蒸干后獲得紅色油狀物異丁酰乙腈 (19.17 g，收率88.4%)，經(jīng)氣相色譜分析，純度達(dá)到95.2%。

1HNMR (500MHz，CDCl3)：1.19(d，J=7.0Hz，6H)；2.81(m，1H)；3.55(s，2H)。

在傳統(tǒng)的診斷方法當(dāng)中，要對(duì)乳腺腫瘤結(jié)節(jié)的良惡性給出準(zhǔn)確的判斷通常是借助于穿刺活檢或者是手術(shù)之后實(shí)施病理診斷，雖然其診斷結(jié)果權(quán)威準(zhǔn)確，但是均是有創(chuàng)手段，不管是活檢穿刺還是手術(shù)的方式，患者都需要承受一定的痛苦。相對(duì)于前兩種診斷方法，超聲檢查在操作便捷性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，美國(guó)放射學(xué)院吸取乳腺X線攝影成功的經(jīng)驗(yàn)，并創(chuàng)立了超聲版BIRADS分類，即超聲版的乳腺影像報(bào)告及數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其參照乳腺腫塊微小鈣化、邊緣、形態(tài)等的分類來(lái)對(duì)乳腺腫塊的性質(zhì)進(jìn)行判斷，通過(guò)這種方式很好的解決了乳腺超聲描述及診斷規(guī)范化的問(wèn)題，其采用階梯式的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為乳腺疾病的臨床診斷及治療提供了非常重要的參考依據(jù)[5]。

2.2.2 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-硫代-1,2,3,4-四氫嘧啶-5-甲腈的制備

將異丁酰乙腈(1.00 g，9.00 mmol)、對(duì)氟苯甲醛 (1.12 g，9.00 mmol)、硫脲 (2.05 g，27.00 mmol)混合，加入乙醇 (10 mL)、氯化亞銅 (0.01 g，0.90 mmol)、濃硫酸 (0.09 g，0.90 mmol)，加熱回流反應(yīng)24 h，薄層色譜分析顯示反應(yīng)完全，加水(10 mL)，過(guò)濾，用水∶乙醇=1∶1 洗滌 (20mL)，獲得黃色黏稠狀物質(zhì)4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-硫代-1,2,3,4-四氫嘧啶-5-甲腈 (見(jiàn)圖3 中的化合物2) (2.00 g，收率81.0%)。

1HNMR (500MHz，d-DMSO)：1.22(m，6H)；2.90(m，1H)；5.14(d，J=2.5Hz，1H)；7.29(m，4H)；9.73(s，1H)；10.44(s，1H)。

2.2.3 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲硫基-1,4-二氫嘧啶-5-甲腈和 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲硫基嘧啶-5-甲腈的制備

將四氫嘧啶硫酮 (5.00 g，18.2 mmol)、碳酸鉀 (2.50 g，18.2 mmol) 混合，加入乙腈 (50 mL)，室溫下攪拌20 min，加入碘甲烷 (2.80 g，20.0 mmol)和乙腈 (10 mL)混合液，室溫反應(yīng)2 h，薄層色譜分析顯示反應(yīng)完全。過(guò)濾，減壓蒸干除去溶劑，殘余物中加入甲苯 (100 mL)，水洗 (50 mL×2)，減壓蒸干溶劑即可得4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲硫基-1,4-二氫嘧啶-5-甲腈 (見(jiàn)圖3 中的化合物3)，基本為定量反應(yīng)；所得的化合物3 中加入甲苯 (100 mL) 溶解，然后加入活性二氧化錳 (15.00 g)，加熱至100 ℃、反應(yīng)3 h至薄層色譜分析顯示化合物3 反應(yīng)完全，過(guò)濾，減壓蒸干后獲得黃色黏稠狀物質(zhì)4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲硫基嘧啶-5-甲腈 (見(jiàn)圖3 中的化合物4) (5.06 g，收率97.0%)。

化合物 3 核磁數(shù)據(jù)：1HNMR (500MHz，CDCl3)：1.17(d，J=6.5Hz，6H)；2.45(m，3H)；3.00 (m，1H)；7.06(m，2H)；7.29(m，2H)。

化合物4 核磁數(shù)據(jù)：1HNMR (500MHz，CDCl3)：1.37(d，J=6.5Hz，6H)；2.64(s，3H)；3.53(m，1H)；7.22(m，2H)；8.05(m，2H)。

2.2.4 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲磺?；奏?5-甲腈的制備

在化合物 4 (1.72 g，6 mmol) 中加入甲醇 (20mL)、鎢酸鈉 (0.12 g)、30%雙氧水 (1.36 g，12.0 mmol)、鹽酸1 滴，加熱至35 ℃攪拌24 h，薄層色譜分析顯示反應(yīng)完全，加水(50 mL)，用乙酸乙酯 (30 mL×3) 萃取，水洗 (30 mL)，減壓蒸干，用異丙醇重結(jié)晶后在低溫下獲得黃色固體 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲磺?；奏?5-甲腈 (見(jiàn)圖3 中的化合物5) (1.63 g，收率85.1%)。

1HNMR(500MHz，CDCl3)：1.45(d，J=6.5Hz，6H)；3.43(s，3H)；3.71(m，1H)；7.46(m，2H)；8.20(m，2H)。

2.2.5 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-(N-甲基-N-甲磺酰氨基)嘧啶-5-甲腈的制備

將化合物 5 (5.0 g，15.6 mmol)、N-甲基甲磺酰胺 (2.55 g，23.5 mmol)、碳酸鉀 (4.3 g，31.3 mmol) 混合，加入乙腈 (50 mL)，加熱至80 ℃反應(yīng)2 h，薄層色譜分析顯示反應(yīng)完全，過(guò)濾，減壓蒸干，用丙酮重結(jié)晶獲得黃色固體 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-(N-甲基-N-甲磺酰氨基)嘧啶-5-甲腈(見(jiàn)圖 3 中的化合物 1)(4.91 g，收率90.0%，HPLC 純度98.0%)。熔點(diǎn)：211～212 ℃。

1HNMR(500MHz，CDCl3)：1.38(d，J=7Hz，6H)；3.52(s，3H)；3.58(m，1H)；3.63(s，3H)；7.24(m，2H)；8.10(m，2H)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 不同溶劑對(duì)異丁酰乙腈制備的影響

不同溶劑對(duì)異丁酰乙腈制備的影響見(jiàn)表 1。由表可知，當(dāng)以甲苯或異丙醚為溶劑時(shí)，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率較低，這是因?yàn)檫@兩種溶劑的極性較弱，鈉氫拔氫作用后所形成的鈉鹽在溶劑中的溶解度較低，且在反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)隨著反應(yīng)的進(jìn)行體系變得黏稠，故反應(yīng)速率較慢。以乙腈為溶劑時(shí)，反應(yīng)的選擇性與其他三種溶劑相比較低，且大部分副產(chǎn)物為異丁酸。這可能是因?yàn)橐译鏋槿軇r(shí)，NaH 先與乙腈混合發(fā)生反應(yīng)生成乙腈鈉，乙腈鈉不僅作為親核試劑可與異丁酸乙酯反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物異丁酰乙腈，同時(shí)可作為堿，在其作用下，異丁酸乙酯去質(zhì)子后，經(jīng)酮式與烯醇式互變異構(gòu)[9]生成穩(wěn)定的鈉鹽，后經(jīng)水與酸處理后水解生成異丁酸。以不含活潑氫的極性 THF 為溶劑時(shí)[10-11]反應(yīng)結(jié)果最佳，異丁酰乙腈的收率高達(dá)95.2%。

3.2 不同過(guò)渡金屬鹽對(duì)4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-硫代-1,2,3,4-四氫嘧啶-5-甲腈制備的影響

在質(zhì)子酸的催化下，乙酰乙酸乙酯、芳香醛和脲的縮合反應(yīng)被稱為Biginelli 反應(yīng)[12]。該反應(yīng)通常反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)、收率低。在LaCl3·7H2O[13]、FeCl3·6H2O[14]、CuCl[15]等過(guò)渡金屬鹽的催化下，可有效提高反應(yīng)的效率和收率。本文以異丁酰乙腈取代乙酰乙酸乙酯，提出可能的過(guò)渡金屬鹽催化的衍生Biginelli 反應(yīng)制備4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-硫代-1,2,3,4-四氫嘧啶-5-甲腈(見(jiàn)圖3 中的化合物2) 機(jī)理 (圖4)：在質(zhì)子酸的作用下，對(duì)氟苯甲醛和硫脲縮合并脫水生成亞胺中間體7，由于 Mx+具有空軌道，亞胺中間體7 與Mx+可通過(guò)配位鍵形成較穩(wěn)定的配合物8, 然后與異丁酰乙腈的烯醇鹽6 發(fā)生縮合反應(yīng)得到酰基硫脲9，后者經(jīng)過(guò)環(huán)化脫水得到化合物2。

表1 不同溶劑對(duì)異丁酰乙腈制備的影響aTable 1 Effects of different solvents on the preparation of isobutyryl acetonitrile a

圖4 過(guò)渡金屬鹽催化衍生Biginelli 反應(yīng)制備化合物2 機(jī)理圖Fig.4 Mechanism for transition metal promoted derivative Biginelli reaction for preparation of compound 2

本文考察了 CuCl、LaCl3·7H2O、FeCl3·6H2O 等 3種不同過(guò)渡金屬鹽對(duì)化合物2 制備促進(jìn)的影響，結(jié)果見(jiàn)表 2。由表可知，在沒(méi)有鹽加入的情況下，反應(yīng)收率較低，只有 45.8%。當(dāng)加入金屬鹽后，反應(yīng)收率可顯著提高至80%以上，且不同金屬鹽催化下化合物2的收率相當(dāng)。

表2 不同過(guò)渡金屬鹽對(duì)化合物2 制備的影響aTable 2 Effects of different transition metal salts on the preparation of compound 2a

3.3 不同條件對(duì)4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲磺?；奏?5-甲腈制備的影響

雙氧水為硫醚氧化制備砜化合物常用的氧化試劑[16]，鎢酸鈉為常用的金屬鹽催化劑[17]。本文以雙氧水為氧化劑，以鎢酸鈉為催化劑，考察了不同反應(yīng)條件對(duì)4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲硫基嘧啶-5-甲腈 (化合物4) 氧化制備4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲磺?；奏?5-甲腈 (見(jiàn)圖3 中的化合物5)的影響，結(jié)果見(jiàn)表3。由表可知，以甲醇為溶劑時(shí)，因雙氧水可溶于甲醇，無(wú)需加入相轉(zhuǎn)移催化劑，且當(dāng)反應(yīng)溫度為35 ℃時(shí)，收率最高；當(dāng)反應(yīng)溫度降為25 ℃時(shí)，在相同反應(yīng)時(shí)間內(nèi)薄層色譜分析反應(yīng)不完全，導(dǎo)致收率降低；當(dāng)反應(yīng)溫度升為45 ℃時(shí)，因甲氧基與甲硫基交換發(fā)生副反應(yīng)生成甲氧基嘧啶化合物 (圖5)，同樣導(dǎo)致收率降低。當(dāng)以二氯甲烷或甲苯為溶劑時(shí)，因雙氧水不溶，故需添加相轉(zhuǎn)移催化劑。然而，由于硫醚更易被雙氧水氧化至亞砜階段[18]，故以TBAB 或PEG400 為相轉(zhuǎn)移催化劑時(shí)，均有亞砜副產(chǎn)物 (圖6) 生成，從而導(dǎo)致收率降低。以甲醇為溶劑，在35 ℃下反應(yīng)，化合物5 的收率最高，可達(dá)85.2%。

表3 不同條件對(duì)化合物5 制備的影響 aTable 3 Effects of different conditions on the preparation of compound 5 a

圖5 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲氧基嘧啶-5-甲腈的結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of 4-(fluorophenyl)-6-isopropyl-2-methoxypyrimidine-5-formonitrile

圖6 4-(4-氟苯基)- 6-異丙基-2-甲基亞磺?；奏?5-甲腈的結(jié)構(gòu)Fig.6 Structure of 4-(fluorophenyl)-6-isopropyl-2-methylsulfinylpyrimidine-5-formonitrile

4 結(jié) 論

以硫脲法，經(jīng)環(huán)合、甲基化、氧化、取代等步驟制備了瑞舒伐他汀關(guān)鍵中間體 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-(N-甲基-N-甲磺酰氨基)嘧啶-5-甲腈，該方法成本低、反應(yīng)簡(jiǎn)單、收率高、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

本文對(duì)路線中關(guān)鍵步驟進(jìn)行了工藝探討和優(yōu)化：

(1) 溶劑的性質(zhì)對(duì)異丁酰乙腈的制備具有較大影響，以不含活潑氫的極性THF 為溶劑時(shí)反應(yīng)結(jié)果最佳，異丁酰乙腈的收率高達(dá)95.2%。

(2) 在質(zhì)子酸和過(guò)渡金屬鹽催化下，對(duì)氟苯甲醛、硫脲和異丁酰乙腈經(jīng)縮合制備了 4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-硫代-1,2,3,4-四氫嘧啶-5-甲腈，并提出了可能的金屬配位機(jī)理。該步反應(yīng)的收率可達(dá)80%以上。

(3) 在 35℃下，以雙氧水為氧化劑，以鎢酸鈉為催化劑，以甲醇為溶劑，4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲硫基嘧啶-5-甲腈氧化制備4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-甲磺?；奏?5-甲腈的收率最高，為85.2%。