常山酮的合成方法研究*

顧艷艷,劉世旭,王詩璽,萬升標(biāo),江 濤

(中國海洋大學(xué)醫(yī)藥學(xué)院教育部海洋藥物重點實驗室,山東青島266003)

常山酮的合成方法研究*

顧艷艷,劉世旭,王詩璽,萬升標(biāo),江 濤**

(中國海洋大學(xué)醫(yī)藥學(xué)院教育部海洋藥物重點實驗室,山東青島266003)

本文對常山酮(halofuginone)的合成方法進行了研究和改進,以2-甲基-3-羥基吡啶為起始原料,其甲基化產(chǎn)物與乙腈加成后經(jīng)Rh/A l2O3選擇性還原得(3-甲氧基-2-哌啶基)-丙酮,再經(jīng)溴代、N-保護后與6-氯-7-溴-4(3H)-喹唑啉酮偶聯(lián),產(chǎn)物經(jīng)水解脫保護得目標(biāo)化合物6-氯-7-溴-3-(3-(3-羥基-2-哌啶基)-丙酮基)-4(3H)-喹唑啉酮氫溴酸鹽,通過6步反應(yīng)制得了常山酮,總收率為11.6%,為常山酮的工業(yè)化生產(chǎn)提供了可能。目標(biāo)產(chǎn)物和各步中間體結(jié)構(gòu)經(jīng)MS、1HNMR和13CNMR確證。

常山酮;抗球蟲藥;合成方法

常山酮(halofuginone,1),化學(xué)名為6-氯-7-溴-3-[3-(3-羥基-2-哌啶基)-丙酮基]-4(3H)-喹唑啉酮氫溴酸鹽,是中藥常山提取物常山堿(febrifugine)的衍生物[1]。0.6%氫溴酸常山酮預(yù)混劑的商品名為速丹(Steno ro l),主要由德國Hoechst-Roussel Agri-Vet公司生產(chǎn)和經(jīng)營。常山酮目前主要用于馴養(yǎng)類動物如家禽、家畜抗球蟲病、抗瘧疾的預(yù)防和治療,具有廣譜高效、不可逆、停藥后無復(fù)發(fā)、無交叉抗藥性、毒性小、安全等優(yōu)點[2]。近年研究發(fā)現(xiàn),常山酮還可用于預(yù)防肝纖維化、肺纖維化、硬皮病等以Ⅰ型膠原合成過多為特征的疾病[3]及膀胱癌、前列腺癌、乳腺癌、皮膚癌、肺癌等惡性腫瘤及瘢痕的治療[4],市場前景廣闊。目前,常山酮為進口獸藥,由于合成工藝復(fù)雜,國內(nèi)還無法實現(xiàn)其工業(yè)化生產(chǎn),因此價格昂貴。本文以2-甲基-3-羥基吡啶為起始原料,按設(shè)計路線合成了目標(biāo)化合物,并對文獻方法進行了工藝改進和優(yōu)化。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

JEOL JNM-EPC 600 NM R核磁共振儀(內(nèi)標(biāo)TM S);WRS-1B型熔點儀;Agilent 1100 series高效液相色譜儀;Q-tof U ltima Global質(zhì)譜儀(ESI電噴霧檢測器);2-甲基-3-羥基吡啶(工業(yè)級,≥98%,山西金桃園化工有限公司);其余所用試劑均為市售化學(xué)純或分析純。

1.2 合成方法

1.2.1 2-甲基-3-甲氧基吡啶(2) 將2-甲基-3-羥基吡啶(50 g,0.46 mol)溶于KOH(32 g,0.57 mol)的200 m L甲醇溶液中,室溫攪拌0.5 h后減壓蒸干甲醇,剩余物溶于400 mL DM F中,冰浴下緩慢滴加碘甲烷(29 m L,0.46 mol),室溫下攪拌反應(yīng)過夜。將反應(yīng)液用稀鹽酸酸化到p H=1,減壓蒸干后,沉淀物加200 m L水溶解,用10%NaOH溶液堿化到p H=10,氯仿萃取3次,無水M gSO4干燥,蒸干氯仿,減壓蒸餾收集84～86℃(15 mm Hg)餾分35 g。收率62%。1HNMR(CDCl3)δ:8.02(m,1H,6-H),7.02～7.04(m,2H,4-H,5-H),3.77(s,3H,3-OCH3),2.42(s,3H,2-CH3);13CNMR(CDCl3)δ:153.8,148.7,140.2,121.7,116.2,55.1,19.4。

1.2.2 (3-甲氧基-2-吡啶基)-丙酮(3) 氮氣保護下向100 m L無水乙醚中加入2.5 mol/L正丁基鋰的正己烷溶液(48.1 mL,0.12 mol),控溫<5℃,緩慢滴加2-甲基-3-甲氧基吡啶(10 g,0.081 mol),滴加完畢后繼續(xù)攪拌反應(yīng)1 h。冷卻至0℃,緩慢滴加新蒸的乙腈(6.26 m L,0.089 mol),控溫<5℃,滴加完畢后室溫反應(yīng)過夜。加入20 m L水稀釋,用3 mol/L硫酸酸化至p H<3,分去乙醚層,水相用10%NaOH溶液堿化至p H=10,氯仿萃取3次,萃取液用無水M gSO4干燥。蒸干溶劑后減壓蒸餾收集84～86℃(15 mm Hg)餾分,為未反應(yīng)的2-甲基-3-甲氧基吡啶,收集86～89℃(0.1 mm Hg)餾分9.1 g?；厥章?8%。1H NM R(CDCl3)δ:8.13(m,1H,6-H),7.14～7.17(m,2H,4-H,5-H),3.93(s,2H,2-CH2-CO-),3.80(s,3H,3-OCH3),2.17(s,3H,-CH3);13C NM R(CDCl3)δ:205.5,153.9,145.5,140.7,123.1,117.3,55.4,48.2,29.8。

1.2.3 (3-甲氧基-2-哌啶基)-丙酮(4) 高壓反應(yīng)釜中,加入(3-甲氧基-2-吡啶基)-丙酮(8 g,0.05 mol)和三氟乙酸(6.9 g,0.06 mol)的100 mL THF溶液,再加入催化劑Rh/A l2O3(8g)。通入氫氣,并保持壓力在2～3 atm范圍內(nèi),25℃反應(yīng)6 h。取出反應(yīng)液,過濾回收催化劑,蒸除溶劑。剩余物加50 m L水溶解,用10%NaOH溶液堿化后氯仿萃取3次,萃取液用無水M gSO4干燥。蒸干溶劑后減壓蒸餾收集65～75℃(0.2 mm Hg)餾分6.4 g。收率78%。

1HNMR(CDCl3)δ:3.31(s,3H,3-OCH3),3.23(m,1H,2-H),3.14(m,1H,3-H),2.91(d,1H,6-H),2.71(dd,1H,6-H),2.62(m,2H,2-CH2-CO-),2.17(s,3H,-CH3),2.06(m,1H,4-H),1.65(m,1H,4-H),1.48(m,1H,5-H),1.35(m,1H,5-H);13C NM R(CDCl3)δ:208.0,75.8,56.1,54.9,45.6,45.5,30.6,26.2,20.8。

1.2.4 2-溴丙酮基-3-甲氧基哌啶羧酸烯丙酯(5)

將(3-甲氧基-2-哌啶基)-丙酮(2.75 g,0.016 mol)溶于12 m L冰醋酸,加入33%的溴化氫乙酸溶液(12 m L),緩慢滴加溴(0.8 m L,0.016 mol)的3 m L乙酸溶液,控溫16～20℃,滴加完畢繼續(xù)反應(yīng)2 h。反應(yīng)液減壓蒸去乙酸,剩余物溶于60 m L氯仿,冷卻至0℃以下,加入60 m L飽和NaHCO3溶液,一次性加入氯甲酸烯丙酯(1.8 mL,0.017 mol),0℃下繼續(xù)反應(yīng)1.5 h。分出氯仿層,先后用1N鹽酸洗滌1次,水洗1次,再用無水M gSO4干燥,蒸干得油狀物3.4 g。收率64%。ESIM S:m/z=335.1[M+H]+;1H NM R(CDCl3)δ:5.89(m,1H,-CH=),5.26(m,2H,=CH2),5.08(m,1H,-O-CH2-),4.54(m,2H,Br-CH2-),3.90(m,3H,-O-CH2-,2-H,6-H),3.38(m,4H,6-H,3-OCH3),3.06(m,1H,3-H),2.79(m,1H,2-CH2-CO-),2.57(m,1H,2-CH2-CO-),1.87(m,1H,4-H),1.66(m,1H,4-H),1.43(m,2H,5-H);13CNMR(CDCl3)δ:200.1,155.1,132.8,117.6,76.8,66.4,56.7,50.9,50.4,38.7,35.9,25.4。

1.2.5 6-氯-7-溴-3-(3-(3-甲氧基-2-(1-烯丙氧羰基)哌啶基)-丙酮基)-4(3H)-喹唑啉酮(6) 氮氣保護下,將甲醇鈉(0.43 g,6.3 mmol)溶于8 m L甲醇,加入6-氯-7-溴-4(3H)-喹唑啉酮(1.64 g,6.3 mmol),緩慢滴加2-溴丙酮基-3-甲氧基哌啶羧酸烯丙酯(2.1 g,6.3 mmol)的10 mL甲醇溶液,然后室溫攪拌反應(yīng)4 h?；旌弦簻p壓蒸去甲醇,殘留物加20 m L水?dāng)嚢杈鶆蚝笥寐确螺腿?次,萃取液經(jīng)無水M gSO4干燥,蒸干溶劑得淺黃色固體物1.91 g。收率59%。ESIM S:m/z=536.1[M+Na]+;HRESIM S:512.0581[M+H]+,cacl.for C21H24N3O5ClBr:512.0588;1HNMR(CDCl3)δ:8.31(s,1H,2-H),8.04(s,1H,5-H),7.95(s,1H,8-H),5.90(m,1H,-CH=),5.22(d,1H,=CH2),5.20(d,1H,=CH2),4.98(m,2H,-O-CH2-),4.58(m,2H,N-CH2-CO-),4.02(s,1H,2′-H),3.72(m,2H,6′-H),3.38(d,3H,3′-OCH3),2.85(m,3H,2′-CH2-CO-,3′-H),1.89(m,1H,4′-H),1.82(m,1H,4′-H),1.65(m,1H,5′-H),1.45(m,1H,5′-H);13CNMR(CDCl3)δ:199.6,159.7,148.2,147.3,138.2,133.8,132.8,129.6,127.7,121.9,117.6,76.9,66.8,58.6,56.6,40.9,39.4,23.6,19.3,18.5。

1.2.6 6-氯-7-溴-3-(3-(3-羥基-2-哌啶基)-丙酮基)-4(3H)-喹唑啉酮氫溴酸鹽(1) 將上述合成的6-氯-7-溴-3-(3-(3-甲氧基-2-(1-烯丙氧羰基)哌啶基)-丙酮基)-4(3H)-喹唑啉酮(0.86 g,1.67 mmol)溶于20 m L 6 mol/L鹽酸,加熱回流15 m in,減壓蒸干溶劑后加10 m L無水乙醇攪拌均勻,有白色沉淀生成,抽濾,所得白色固體干燥,加入20 m L 40%氫溴酸使之溶解,再加熱回流1 h,減壓蒸干溶劑后,加入10 mL無水乙醇加熱回流0.5 h,冷卻后過濾得白色固體,干燥得0.77 g。收率94%。ESIM S:m/z=414[M+H]+;HRESIM S:414.0213[M+H]+,cacl.for C16H18N3O3ClBr:414.0220。1HNMR(DM SO)δ:8.68(s,1H,-OH),8.29(s,1H,2-H),8.23(s,1H,5-H),8.18(s,1H,8-H),5.58(s,1H,-NH-),5.10(dd,2H,N-CH2-CO-),3.52(t,1H,3′-H),3.43(q,1H,2′-H),3.25(dd,1H,6′-H),3.15(d,1H,6′-H),2.91(m,2H,2′-CH2-CO-),1.82(m,1H,4′-H),1.79(m,1H,4′-H),1.64(m,1H,5′-H),1.48(m,1H,5′-H);13CNMR(DM SO)δ:201.3,159.3,150.2,147.8,133.0,132.4,129.1,127.4,122.3,67.3,56.7,54.9,40.3,39.7,20.7,19.1。

2 結(jié)果與討論

Baker小組于1952年首次完成了常山酮全合成研究[5]。設(shè)計了幾條不同的合成路線,其中的一種方法[6]是以2-乙酰呋喃為起始原料,與氨水在高溫高壓下發(fā)生擴環(huán)反應(yīng)生成2-甲基-3-羥基吡啶,甲基化后與乙醛加成,經(jīng)PtO2催化加氫、CrO3氧化、溴代、N-保護后,與喹唑啉酮環(huán)偶聯(lián)得常山酮,其合成路線共10步,總收率2.1%。該小組所用的原料易得,方法經(jīng)典,但由于其中多步反應(yīng)收率較低,影響了總收率,以后的研究小組對其加以了改進。本文在Baker小組路線的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一條操作簡單、收率較高的合成方法,并對該合成方法進行了優(yōu)化和改進。

本合成方法是以市售2-甲基-3-羥基吡啶為起始原料,甲基化產(chǎn)物2與乙腈的加成生成3,3經(jīng)Rh/A l2O3選擇性還原得重要中間體4(3-甲氧基-2-哌啶基丙酮),4經(jīng)溴代、N-保護后與6-氯-7-溴-4(3H)-喹唑啉酮對接,產(chǎn)物經(jīng)水解脫保護得6-氯-7-溴-3-(3-(3-羥基-2-哌啶基)-丙酮基)-4(3H)-喹唑啉酮氫溴酸鹽,總收率為11.6%。合成工藝路線如下:

2.1 2-甲基-3-甲氧基吡啶(2)

文獻[5-7]多采用苯基三甲基氯化銨作為甲基化試劑和鎘鹽分離法,回收率可達75%。但后處理比較繁雜,且氯化鎘毒性較大。本文參照沈昌茂小組的路線[8]對其進行了改進,采用CH3I為甲基化試劑,DM F為溶劑,簡化了后處理操作的同時以相似的收率得到了2。

2.2 3-甲氧基-2-吡啶基)-丙酮(3)

化合物4的合成中,Baker小組采用是在苯基鋰作用下,2與乙醛加成,經(jīng)吡啶環(huán)還原、醇羥基氧化為酮得到4。本文參照Barringer等人[9]的方法進行了改進,選用市售的正丁基鋰代替苯基鋰,2與乙腈進行加成后生成3,簡化了反應(yīng)操作的同時,降低了此步無水反應(yīng)的難度和試劑的成本,使之更容易工業(yè)化。

2.3 3-甲氧基-2-哌啶基)-丙酮(4)

吡啶環(huán)選擇性還原采用的催化劑一般為Rh/Al2O3或者Rh/C,反應(yīng)體系可以選用氫溴酸/水、乙酸、三氟乙酸/THF,其中氫溴酸體系和三氟乙酸體系選擇性比較好;乙酸體系選擇性稍差,需要將酮羰基保護后再還原吡啶環(huán)。由于實驗條件下,氫溴酸對反應(yīng)釜體的腐蝕性較大,本文選用三氟乙酸-THF體系。按照文獻中的1 atm的氫解條件操作,未達到文獻收率。將氫解壓力提高到2～3 atm,保持反應(yīng)高選擇性的同時提高了反應(yīng)的收率。

2.4 2-溴丙酮基-3-甲氧基哌啶羧酸烯丙酯(5)

N-保護基文獻中有多種選擇。綜合文獻,經(jīng)過嘗試,本文選用氯甲酸烯丙酯作為保護基,采用先溴代后N-保護的策略,使此步反應(yīng)達到了最佳收率。

2.5 6-氯-7-溴-3-(3-(3-羥基-2-哌啶基)-丙酮基)-4(3H)-喹唑啉酮氫溴酸鹽(1)

兩步法脫除保護基后,以11.6%的總收率得到了常山酮。終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)經(jīng)質(zhì)譜、高分辨質(zhì)譜、1HNMR和13C NM R數(shù)據(jù)驗證。

2.6 目標(biāo)化合物的純度檢測

色譜條件:色譜柱為Kromasil C18柱,250 mm×4.6 mm;流動相為乙腈-醋酸鹽緩沖液(0.25 mol/L,p H=4.3)-水(5∶3∶12);流速為1.0 m L/min;檢測波長為243 nm;進樣量10μL;柱溫25℃。該條件下樣品的保留時間12.8 min,純度>97.0%,雜質(zhì)含量<3.0%。

3 結(jié)語

本文綜合相關(guān)研究文獻,以2-甲基-3-羥基吡啶為起始原料,對常山酮的合成方法進行了研究和改進,為常山酮的工業(yè)化生產(chǎn)提供了可能。本文通過6步反應(yīng)制得了常山酮,總收率11.6%,并通過M S、1H NM R和13CNMR確證了各步中間體和終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。

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Study on the Synthetic Technique of Halofuginone

GU Yan-Yan,L IU Shi-Xu,WANG Shi-Xi,WAN Sheng-Biao,JIANG Tao
(The Key Labo ratory of Marine D rugs,M inistry of Education,College of Medicine and Pharmacy,Ocean University of China,Qingdao 266003,China)

The synthesis of Halofuginone w as researched and imp roved in this artical.Halofuginone was synthesized from 2-methylpyridin-3-ol by methylation addition and selective catalytic reduction to give 1-(3-methoxypiperidin-2-yl)p ropan-2-one,w hich w as subjected to brom ination,N-p rotection,substitution to afford allyl 2-(3-(7-bromo-6-chloro-4-oxo-quinazolin-3(4H)-yl)-2-oxop ropyl)-3-methoxypiperidine-1-carboxylate,and finally hydrolation with acid to give the product.The chemical structures of halofuginone and its intermediate w ere confirmed by1H NM R,13C NM R and M S.The total yield ratio of production was 11.7%.The new synthetic route p rovided the possibility for industrial production of Halofuginone.

halofuginone;anti-coccidiosis;synthetic method

O621.25

A

1672-5174(2011)09-067-04

青島市科技攻關(guān)計劃(08-2-4-4-nsh);科技部科技人員服務(wù)企業(yè)計劃(2009GJC60017)資助

2010-03-21;

2011-06-14

顧艷艷(1984-),女,碩士生。E-mail:gyy0620@yahoo.com.cn

**通訊作者:Tel:0532-82032712;E-mail:jiangtao@ouc.edu.cn

責(zé)任編輯 徐 環(huán)