秦志忠,張欣芳,魯 煒,劉賢龍,袁 軍,賈麗慧

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

隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，抗生素的種類(lèi)越來(lái)越多，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣。而抗生素的不合理使用會(huì)使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性，進(jìn)而使得抗生素藥效大打折扣[1-2]。研究表明，β-內(nèi)酰胺酶抑制劑可抑制β-內(nèi)酰胺酶產(chǎn)生或降低其活性，有效解決細(xì)菌耐藥性問(wèn)題。阿維巴坦(Avibactam)，化學(xué)名為[(1R,2S,5R)-2-(氨基羰基)-7-氧代-1,6-二氮雜雙環(huán)[3.2.1]辛-6-基]硫酸單酯，是一種新型的可逆性β-內(nèi)酰胺酶抑制劑[3]，其藥效更強(qiáng)，作用范圍廣，且不會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)生β-內(nèi)酰胺酶[4-7]。

目前，阿維巴坦均以Boc-L-焦谷氨酸芐酯為原料，通過(guò)一系列反應(yīng)得到。Boc-L-焦谷氨酸芐酯的合成工藝主要是以L-焦谷氨酸為原料，經(jīng)芐酯化得到L-焦谷氨酸芐酯，再進(jìn)行氨基保護(hù)得到Boc-L-焦谷氨酸芐酯[8-10]。該工藝存在成本較高、反應(yīng)收率較低、反應(yīng)條件嚴(yán)苛、操作復(fù)雜等問(wèn)題，限制了其工業(yè)化應(yīng)用。因此，優(yōu)化關(guān)鍵原料 Boc-L-焦谷氨酸芐酯的合成工藝對(duì)于阿維巴坦工業(yè)化生產(chǎn)十分重要。鑒于此，作者以價(jià)廉易得且含單手性的L-焦谷氨酸為起始原料，采用一鍋法合成阿維巴坦關(guān)鍵原料Boc-L-焦谷氨酸芐酯，通過(guò)1HNMR、MS對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并對(duì)合成條件進(jìn)行優(yōu)化。其合成路線如圖1所示。

圖1 Boc-L-焦谷氨酸芐酯的合成路線

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

L-焦谷氨酸、氯化芐、溴化芐、芐醇、二碳酸二叔丁酯、三乙胺、4-二甲氨基吡啶、丙酮、乙酸乙酯、甲醇、二氧六環(huán)、二異丙基乙胺、碳酸鉀，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；蒸餾水，自制。

AV400MHz型核磁共振波譜儀，Bruker公司；6400型質(zhì)譜儀，Agilent公司；RY-1型熔點(diǎn)儀。

1.2 一鍋法合成Boc-L-焦谷氨酸芐酯

稱(chēng)取500 g L-焦谷氨酸加入反應(yīng)瓶中，加入2 500 mL乙酸乙酯作為反應(yīng)溶劑，再依次加入471 g三乙胺、589 g氯化芐；投料完畢后，開(kāi)啟機(jī)械攪拌，設(shè)定轉(zhuǎn)速200 r·min-1，加熱升溫至60 ℃，攪拌30 h；TLC(展開(kāi)劑為2 mL乙酸乙酯和 1 mL 石油醚，再加一滴醋酸)監(jiān)測(cè)反應(yīng)完畢后，將反應(yīng)體系降溫至0～5 ℃，依次加入471 g三乙胺、50 g 4-二甲氨基吡啶、930 g二碳酸二叔丁酯，于0～5 ℃下攪拌 8 h；TLC(展開(kāi)劑為 1 mL 乙酸乙酯和1 mL石油醚，再加一滴醋酸)監(jiān)測(cè)中間態(tài)反應(yīng)完畢后，使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行減壓蒸餾，回收溶劑乙酸乙酯，即得Boc-L-焦谷氨酸芐酯粗品。

將2 500 mL丙酮和2 500 mL水加入到粗品中，升溫至60 ℃攪拌1 h；梯度降溫析晶，2 h降溫至20 ℃，繼續(xù)3 h降溫至0 ℃，攪拌1 h；抽濾，將產(chǎn)物于60 ℃鼓風(fēng)干燥箱中干燥10 h，即得Boc-L-焦谷氨酸芐酯1 010 g，收率 81%。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成條件的優(yōu)化

2.1.1 反應(yīng)溶劑的選擇

Boc-L-焦谷氨酸芐酯的合成關(guān)鍵步驟在于分別用芐基(-Bn)和叔丁氧羰基(-Boc)對(duì)羧酸位點(diǎn)和酰胺氮原子位點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)。反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)體系是否均相對(duì)反應(yīng)影響較大，因此，反應(yīng)溶劑的選擇十分關(guān)鍵。固定氯化芐為芐酯化試劑、三乙胺和4-二甲氨基吡啶為堿、反應(yīng)溫度為60 ℃、反應(yīng)時(shí)間為 36 h，考察反應(yīng)溶劑對(duì)目標(biāo)化合物收率的影響，結(jié)果如表1所示。

表1 反應(yīng)溶劑對(duì)目標(biāo)化合物收率的影響

由表1可知，反應(yīng)溶劑對(duì)目標(biāo)化合物收率的影響較大，以丙酮、甲醇、二氧六環(huán)為溶劑時(shí)，反應(yīng)中有大量的中間態(tài)無(wú)法轉(zhuǎn)化完全，導(dǎo)致目標(biāo)化合物收率較低；而以乙酸乙酯為溶劑時(shí)，反應(yīng)可以順利進(jìn)行，中間態(tài)轉(zhuǎn)化完全。因此，確定反應(yīng)溶劑為乙酸乙酯。

2.1.2 芐酯化試劑的選擇

固定乙酸乙酯為反應(yīng)溶劑、三乙胺和4-二甲氨基吡啶為堿、反應(yīng)溫度為60 ℃、反應(yīng)時(shí)間為36 h，考察芐酯化試劑對(duì)目標(biāo)化合物收率的影響，結(jié)果如表2所示。

表2 芐酯化試劑對(duì)目標(biāo)化合物收率的影響

由表 2可知，以溴化芐為芐酯化試劑時(shí)，目標(biāo)化合物收率達(dá)到 83%，且反應(yīng)速度較快；以氯化芐為芐酯化試劑時(shí)，收率為 81%，略低于溴化芐，反應(yīng)速度較慢；以芐醇為芐酯化試劑時(shí)，不發(fā)生反應(yīng)。但是氯化芐的成本遠(yuǎn)低于溴化芐。綜合考慮，確定芐酯化試劑為氯化芐。

2.1.3 堿的選擇

固定乙酸乙酯為反應(yīng)溶劑、氯化芐為芐酯化試劑、反應(yīng)溫度為 60 ℃、反應(yīng)時(shí)間為 36 h，考察堿對(duì)目標(biāo)化合物收率的影響，結(jié)果如表 3所示。

表3 堿對(duì)目標(biāo)化合物收率的影響

由表3可知，以二異丙基乙胺為堿時(shí)，反應(yīng)不進(jìn)行；以三乙胺為堿時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行不徹底，無(wú)法得到較高的收率；以4-二甲氨基吡啶為堿時(shí)，反應(yīng)基本不進(jìn)行；以三乙胺和4-二甲氨基吡啶為堿時(shí)，反應(yīng)能夠順利進(jìn)行，目標(biāo)化合物收率較高，達(dá)到81%；以碳酸鉀為堿時(shí)，由于碳酸鉀在反應(yīng)體系中溶解性較差，不利于反應(yīng)進(jìn)行。因此，確定堿為三乙胺和4-二甲氨基吡啶。

2.1.4 反應(yīng)溫度的選擇

固定乙酸乙酯為反應(yīng)溶劑、氯化芐為芐酯化試劑、三乙胺和4-二甲氨基吡啶為堿、反應(yīng)時(shí)間為36 h，考察反應(yīng)溫度對(duì)目標(biāo)化合物收率的影響，結(jié)果如表4所示。

表4 反應(yīng)溫度對(duì)目標(biāo)化合物收率的影響

由表4可知，隨著反應(yīng)溫度的升高，目標(biāo)化合物收率先逐漸升高而后降低，當(dāng)反應(yīng)溫度為60 ℃時(shí)，目標(biāo)化合物收率最高，達(dá)到81%。因此，確定反應(yīng)溫度為60 ℃。

2.1.5 反應(yīng)時(shí)間的選擇

固定乙酸乙酯為反應(yīng)溶劑、氯化芐為芐酯化試劑、三乙胺和4-二甲氨基吡啶為堿、反應(yīng)溫度為60 ℃，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)目標(biāo)化合物收率的影響，結(jié)果如表5所示。

由表5可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，目標(biāo)化合物收率逐漸升高，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為30 h時(shí)，目標(biāo)化合物收率達(dá)到81%；繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，收率無(wú)變化。因此，確定反應(yīng)時(shí)間為30 h。

表5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)目標(biāo)化合物收率的影響

2.2 目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)表征

目標(biāo)化合物Boc-L-焦谷氨酸芐酯的核磁共振氫譜、質(zhì)譜分別如圖2、圖3所示。

圖2 Boc-L-焦谷氨酸芐酯的核磁共振氫譜

圖3 Boc-L-焦谷氨酸芐酯的質(zhì)譜圖

由圖2、圖3可知，Boc-L-焦谷氨酸芐酯的測(cè)試數(shù)據(jù)如下：1HNMR(400 MHz,CDCl3),δ:7.35(s,5H),5.20(d,J=3.4 Hz,2H),4.64(dd,J=9.5 Hz、2.8 Hz,1H),2.60(dt,J=17.5 Hz、9.9 Hz,1H),2.49(ddd,J=17.4 Hz、9.3 Hz、3.4 Hz,1H),2.42(ddd,J=19.5 Hz、13.3 Hz、9.6 Hz,1H),2.27(ddt,J=12.9 Hz、9.5 Hz、3.1 Hz,1H),1.40(s,9H);MS,m/z:358.1[M+K]+。綜上，確定合成產(chǎn)物為目標(biāo)化合物。

3 結(jié)論

以價(jià)廉易得且含單手性的L-焦谷氨酸為起始原料，分別用芐基(-Bn)和叔丁氧羰基(-Boc)對(duì)羧酸位點(diǎn)和酰胺氮原子位點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，采用一鍋法合成阿維巴坦關(guān)鍵原料 Boc-L-焦谷氨酸芐酯。在乙酸乙酯為反應(yīng)溶劑、氯化芐為芐酯化試劑、三乙胺和 4-二甲氨基吡啶為堿、反應(yīng)溫度為 60 ℃、反應(yīng)時(shí)間為 30 h的最佳條件下，Boc-L-焦谷氨酸芐酯收率為 81%。該方法反應(yīng)條件較溫和、操作方便、收率較高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。