西司他丁鈉的合成*

歐陽羅， 陳瑞業(yè)， 柏一慧， 李新生， 徐東成

(浙江師范大學化學與生命科學學院，浙江金華 321004)

西司他丁(Cilastatin)與亞胺培南的復方藥——泰能，是臨床上廣為應用的碳青霉烯抗菌藥［1］．西司他丁本身不具有殺菌作用，但是它可以抑制亞胺培南在腎臟被脫氫二肽酶分解，從而提高亞胺培南的活性，因而其合成方法引起了人們的重視．西司他丁分子可以由3部分組成:(S)-(+)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺，庚酮酸衍生物和L-半胱氨酸，目前已有的文獻都是從這3個片段著手合成西司他?。瓺onald等［2］于1987年報道了一條通過合成消旋二甲基環(huán)丙烷甲酸，拆分后得到手性的二甲基環(huán)丙烷甲酸，進而得到手性的環(huán)丙烷甲酰胺，再與酮酸酯、半胱氨酸反應，最終獲得西司他丁的路線，總收率為14．6%．其后，徐曉莉等［3］對其合成路線中的后處理過程進行了改進，硫醚化的產率由63%提高到79%;石曉華等［4］對其合成路線中的7-氯-2-氧代庚酸的合成進行了研究．到目前為止，在硫醚合成步驟中，所有的文獻(［2-4］)都采用酸和半胱氨酸或者胱氨酸在強堿的作用下進行合成，由于2個原料和產品都是水溶性的，不但反應難于檢測，而且產率低、產物復雜，對后面的提純造成了很大的困難．另外，在西司他丁的合成中還有一個難題有待解決，即手性2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺的合成，其主要通過拆分消旋的2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酸獲得．文獻報道的拆分劑有奎寧［2］、R-1-(3-甲氧基苯基)-乙 胺［5］、L-肉 堿 草 酸 鹽［6］、L-薄 荷 醇［7］、(S)-扁桃酸甲酯［8］、L-肉堿鹽酸鹽［9］和順式-2-芐胺基環(huán)己烷甲醇［10］等，這些拆分劑雖然能夠拆分二甲基環(huán)丙烷甲酸，但是收率均在20% ～30%，相對較低．加上由酸合成酰氯再得到酰胺的步驟，使得酰胺的收率較低．近年來也有研究者［11-14］用金屬絡合物為催化劑，以不對稱合成的方法合成二甲基環(huán)丙烷甲酸，但其所需的底物之一為重氮酯，很大程度上限制了其應用．鑒于合成中存在的問題，筆者嘗試了用新的拆分劑和溫和的反應條件對上述合成中的問題進行探討，期望得到高光學純度和合成收率的西司他丁鈉．

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

1H NMR，13C NMR在 Bruker AVANCE 400型核磁共振儀上測定，以CDCl3，D2O和氘代二甲基亞砜(DMSO-d6)為溶劑，四甲基硅烷(TMS)為內標;熔點由WRS-1B數字熔點儀測定，溫度計未校正;旋光度由WZZ-2B自動旋光儀測定;非對映體過量(de)值用高效液相色譜法(HPLC)測定，色譜柱型號為Chiralcel OD-H，流動相為異丙醇/正己烷，溶劑使用前經無水處理．

1．2 西司他丁鈉的合成

合成路線見圖1和圖2．

1．2．1 聯萘酚單酯的合成

氮氣氛圍下，在100 mL圓底燒瓶中加入(R)-Ⅰ (2 g，6．98 mmol)，Et3N(5．3 mL)和CH2Cl2(50 mL)，攪拌，冷至－20℃，快速攪拌下緩慢滴加 2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰氯(0．93 g，7．01 mmol)，滴加完畢后升溫至室溫，TLC(薄層色譜法)跟蹤反應．反應完畢，有機層分別用水洗、飽和食鹽水洗，有機層用無水Na2SO4干燥，減壓蒸除溶劑，得到粗產物．粗產物經硅膠柱色譜純化(洗脫劑V(乙酸乙酯)∶V(石油醚)=1∶8)，得到(1R，2S)-Ⅱ 1．15 g，產率為 43．1%，和(1R，2R)-Ⅲ 1．3 g，產率為 48．7%．

產物(1R，2S)-Ⅱ:淡黃色固體，熔點為160．8 ～161．0 ℃;［α］20D為 +140．89(c為 5．15 mol/L，四氫呋喃(THF));de值為 97．7%;1H NMR(CDCl3，400 MHz)δ:0．73(s，3H)，0．75(m，1H)，0．95 ～ 0．96(m，1H)，0．99(s，3H)，1．34 ～1．37(m，1H)，5．37(s，1H)，7．05(m，1H)，7．23～7．36(m，6H)，7．39～ 7．41(m，1H)，7．84 ～ 7．98(m，3H)，8．05 ～ 8．08(m，1H);13C NMR(CDCl3，100 MHz)δ:18．1，22．8，24．4，26．4，26．7，114．3，118．3，122．2，123．3，123．5，124．8，125．8，126．2，126．6，127．4，127．9，128．3，129．1，130．2，130．7，132．2，133．7，133．7，148．3，151．8，172．5．

圖1 手性二甲基環(huán)丙烷甲酰胺(Ⅳ)的合成

圖2 西司他丁鈉(Ⅷ)的合成

產物(1R，2R)-Ⅲ:淡黃色固體，熔點為116．5～124．1 ℃;［α］20D為 +74．36(c 為 5．14 mol/L，THF);de值為 94%．

1．2．2 手性2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺的合成

在 100 mL圓底燒瓶中，將(1R，2S)-Ⅱ(1．91 g，4．99 mmol)溶于無水乙醇(50 mL)中，在冰浴下通氨氣至飽和，室溫下密封反應，氣相色譜跟蹤檢測至(1R，2S)-Ⅱ反應完全．減壓蒸除溶劑，經硅膠柱色譜純化(洗脫劑V(乙酸乙酯)∶V(石油醚)=1 ∶4)，得到2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺(Ⅳ)0．56 g，產率99%，聯萘酚回收率99%．

產物(S)-Ⅳ:白色固體，熔點為 139．0～140．5 ℃(文獻值［2］:136．0 ～137．5 ℃);［α］20D為+97．2(c 為 1．5mol/L，CHCl3);1HNMR(DMSO-d6，400 MHz)δ:0．55 ～ 0．58(m，1H)，0．78～ 0．81(m，1H)，1．04 ～ 1．06(m，6H)，1．34 ～1．38(m，1H)，6．72(s，1H)，7．39(m，1H);13C NMR(DMSO-d6，100 MHz)δ:18．9，19．6，20．7，27．3，27．8，173．2．

1．2．3 化合物Ⅴ的合成

按文獻［15］合成 7-氯-2-((1S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺基)-2-庚烯酸乙酯(Ⅴ)．

1．2．4 西司他丁鈉的合成

在100 mL圓底燒瓶中加入化合物Ⅴ(0．5 g，1．66 mmol)，NaI(0．25 g，1．66 mmol)和丙酮(45 mL)，加熱回流12 h，反應完后過濾，濾液旋干，得7-碘-2-((S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺)-2-庚烯酸乙酯．

在氮氣氛圍下，在100 mL圓底燒瓶中加入上一步的碘代產物(0．22 g，0．56 mmol)和半胱氨酸甲酯鹽酸鹽 Ⅵ (0．14 g，0．84 mmol)，K3PO4(0．47 g，2．23 mmol)和 THF(40 mL)，在超聲波中反應15 min，將反應裝置置于已加熱到80℃的油浴中回流反應11 h，反應完后冷卻至室溫，減壓蒸除溶劑，將其溶于乙酸乙酯，有機相用水洗、飽和食鹽水洗，無水Na2SO4干燥，粗產物經硅膠柱色譜純化(洗脫劑V(乙酸乙酯)∶V(石油醚)=2 ∶1)，得到產物Ⅶ(西司他丁酯)，產率74．1%．

將產物Ⅶ(0．37 g，0．92 mmol)溶于甲醇(10 mL)中，加入氫氧化鈉(0．15 g，3．7 mmol)和水(5 mL)，室溫攪拌3 h，反應完后加入 1 mol/L HCl溶液中和至中性，真空旋干，溶于甲醇，快速過濾，旋干得產物Ⅷ(西司他丁鈉)．

產物Ⅶ:淡黃色油狀物;1H NMR(CDCl3，400 MHz)δ:0．77 ～ 0．80(m，1H)，1．13 ～ 1．17(m，7H)，1．27 ～1．30(m，3H)，1．41 ～1．42(m，1H)，1．54 ～1．59(m，4H)，1．78(s，2H)，2．12 ～ 2．14(m，2H)，2．52(t，J=8 Hz，2H)，2．73 ～ 2．76(m，1H)，2．86 ～2．91(m，1H)，3．61 ～3．64(m，1H)，3．72(s，3H)，4．18 ～ 4．23(m，2H)，6．59(t，J=8 Hz，1H)，7．08(s，1H);13C NMR(CDCl3，100 MHz)δ:14．2，18．7，20．6，22．5，27．1，27．3，28．7，29．3，32．2，37．2，52．2，54．1，61．4，125．3，136．7，164．9，169．7，174．5．

產物Ⅷ:淡黃色粉末;1H NMR(D2O，400 MHz)δ:0．75 ～ 0．77(m，1H)，0．88 ～ 0．90(m，1H)，0．95 ～1．00(s，6H)，1．41 ～1．48(m，4H)，1．55 ～ 1．57(m，1H)，2．08 ～ 2．10(m，2H)，2．46～ 2．49(m，2H)，2．88 ～ 2．90(m，1H)，2．96 ～2．97(m，1H)，3．76 ～ 3．79(m，1H)，6．42(t，J=8 Hz，1H)．

2 結果與討論

2．1 (S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺的制備

(S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺作為西司他丁合成的重要中間體，其產率的提高，對于合成西司他丁產率的增加有著至關重要的作用．2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰氯與(R)-聯萘酚通過酯化高產率地得到 2-(2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酸)-1，1'-聯萘酚酯，柱色譜分離非對映體，需要的非對映體直接氨解，即可得到(S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺．該方法得到的2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺光學純度較高，氨解產率可達到99%，而且拆分試劑也可定量地回收．

2．2 西司他丁酯的合成

在西司他丁酯的合成中，以7-氯-2-((1S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺)-2-庚烯酸乙酯(Ⅴ)和半胱氨酸甲酯鹽酸鹽(Ⅵ)為反應物，考察了該反應較佳的堿性條件和較佳的溶劑，探討了反應溫度、堿、原料摩爾比等因素對反應產率的影響．

2．2．1 堿強度的影響

堿的強弱對該反應有著很重要的作用．以四氫呋喃(THF)為溶劑，原料Ⅴ，Ⅵ和堿的摩爾比為1∶1∶3時，考察了不同的堿對西司他丁酯產率的影響．實驗結果證明，堿性過強或堿性過弱均對產物的生成有影響．從表1可以看出:以K3PO4作為反應用堿，西司他丁酯的產率較好，達到70．9%;強堿和弱堿都顯著地降低產物的產率．對于堿性比 K3PO4稍微弱的堿，如 K2HPO4和KHCO3，產物的產率顯著下降;對于堿性比K3PO4更弱的堿，如KH2PO4，則沒有產物生成;而用堿性比K3PO4強的堿，如NaH，也基本沒有產物生成．

表1 堿強度對西司他丁酯產率的影響

2．2．2 溶劑的影響

溶劑的性質對反應有著重要的影響．在原料7-氯-2-((1S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺)-2-庚烯酸乙酯(Ⅴ)，半胱氨酸甲酯鹽酸鹽(Ⅵ)和堿的摩爾比為1∶1∶3，K3PO4為堿時，考察了不同的溶劑對西司他丁酯產率的影響．從表2可以看出:以四氫呋喃(THF)為溶劑時產物的產率較高，達到70．9%;當溶劑為1，4-二氧雜環(huán)乙烷(dioxane)或甲苯(toluene)時，產物的產率降低;而當考慮用(C2H5)2O或CH2Cl2時，產率也降低較多;選擇AcOEt或CHCl3為溶劑時，也給出了比THF稍低的產率．

表2 溶劑對西司他丁酯產率的影響

2．2．3 溫度的影響

反應溫度對西司他丁酯的產率有著比較大的影響．以 THF 為溶劑，原料 7-氯-2-((1S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺)-2-庚烯酸乙酯(Ⅴ)，半胱氨酸甲酯鹽酸鹽(Ⅵ)和堿的摩爾比為1∶1．5∶4，K3PO4為堿，考察了反應溫度對產物產率的影響，結果見表3．從表3可以看出:當溫度升高時，產物的產率有所提高;但過高的溫度下，產物的產率反而下降．從表3得出，在80℃時產物的產率最高，為 74．1%．

表3 溫度對西司他丁酯產率的影響

2．2．4 堿用量的影響

堿的用量對西司他丁酯產率的影響較大．以THF 為溶劑，原料 7-氯-2-((1S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺)-2-庚烯酸乙酯(Ⅴ)和半胱氨酸甲酯鹽酸鹽(Ⅵ)的摩爾比為1 ∶1．5，K3PO4為堿，80℃反應時，考察了堿的用量對西司他丁酯產率的影響．從表4可以看出:堿的用量多少影響著產物產率的高低．堿用量增加，反應體系的堿性增加，使得產物的產率下降;堿用量減少，使得反應體系的堿性變弱，產物的產率也降低;原料Ⅴ與堿的摩爾比為1∶4時，產物的產率較高，為74．1%．

表4 堿的用量對西司他丁酯產率的影響

2．2．5 原料Ⅵ和Ⅴ摩爾比的影響

以THF為溶劑，K3PO4為堿，原料Ⅴ與堿的摩爾比為1∶4時，考察了原料半胱氨酸甲酯鹽酸鹽(Ⅵ)和 7-氯-2-((1S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺)-2-庚烯酸乙酯(Ⅴ)的摩爾比對西司他丁酯產率的影響．從表5可以看出:在保持堿的用量不變的情況下，當原料半胱氨酸甲酯鹽酸鹽(Ⅵ)和7-氯-2-((1S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺)-2-庚烯酸乙酯(Ⅴ)的摩爾比增加時，產物的產率明顯降低;當原料Ⅵ和Ⅴ的摩爾比減少時，產物的產率亦明顯降低;當原料Ⅵ和Ⅴ的摩爾比增加時，相應地增加堿的用量，產物的產率才能增加．因此，原料Ⅵ，Ⅴ和堿的摩爾比為1．5∶1∶4時，產物的產率較高，達到74．1%．

表5 原料Ⅵ與Ⅴ的摩爾比對西司他丁酯產率的影響

3 結論

本實驗以(R)-1，1'-聯萘酚為拆分試劑，經過酯化、氨解，能夠有效地拆分2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酸，高產率地得到光學純S構型的2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺，并幾乎定量地回收得到聯萘酚;以半胱氨酸甲酯鹽酸鹽(Ⅵ)與7-氯-2-((1S)-2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酰胺)-2-庚烯酸乙酯(Ⅴ)反應，得到了合成西司他丁酯的較佳條件，即以四氫呋喃為溶劑，K3PO4作為堿，溫度為80℃，原料Ⅵ，Ⅴ和堿的摩爾比為1．5∶1∶4時，西司他丁酯的產率較高，達到74．1%．該合成方法不但可以高產率地得到手性的環(huán)丙烷甲酰胺，拆分劑定量地回收，并且在硫醚化的合成步驟中以K3PO4作為堿，避免了使用強堿和無水反應體系，反應條件溫和，操作簡便．

［1］Frederick M K，Helmut K，Jon G S，et al．Thienamycin:development of imipenem-cilastatin［J］．J Anitimicrob Agents Chemother，1983，12(Suppl D):1-35．

［2］Donald W G，Wallace T A，Louis B，et al．Inhibition of the mammalian beta-lactamase renal dipeptidase(dehydropeptidase-I)by(Z)-2-(acylamino)-3-substituted-propenoic acids［J］．J Med Chem，1987，30(6):1074-1090．

［3］徐曉莉，王海山，吳劍波，等．西司他丁的合成［J］．中國醫(yī)藥工業(yè)雜志，1994，25(2):51-54．

［4］石曉華，王海峰，陳新志，等．西司他丁合成新工藝［J］．河北化工，2007，30(12):44-46．

［5］Meul T．Verfahren zur racematspaltung von 2，2-dimethylcyclopropancarbons?ure:EP，0474200A2［P/OL］．1992-03-11．http://v3．espacenet．com/searchResults?NUM=EP0474200＆DB=EPODOC＆submitted=true＆locale=en_EP＆ST=number＆compact=false．

［6］石曉華，周舞闐，陳新志．2，2-二甲基環(huán)丙烷甲酸的合成與拆分［J］．高等學校工程學報，2005，3(19):384-387．

［7］金潔，楊細文，武燕彬，等．西司他丁中間體(+)-(S)-2，2-二甲基環(huán)丙羧酸的合成［J］．中國新藥雜志，2004，13(5):419-420．

［8］Meul T．Process for the resolution of 2，2-dimethylcyclopropane carboxylic acid racemate:EP，0461541［P/OL］．1994-12-14．http://v3．espacenet．com/searchResults?NUM=EP0461541＆DB=EPODOC＆submitted=true＆locale=en_EP＆ST=number＆compact=false．

［9］Meul T．Verfahren zur herstellung optisch aktiver carbons?uren durch racematspaltung:CH，682485［P/OL］．1993-09-30．http://v3．espacenet．com/searchResults?NUM=CH682485＆DB=EPODOC＆submitted=true＆locale=en_EP＆ST=number＆compact=false．

［10］Fujita K，Minomura M，Koizumi J．Process for preparing optically active carboxylic acid derivative:JP，WO02022543A1［P/OL］．2002-03-21．http://v3．espacenet．com/searchResults?NUM= WO2002022543＆DB=EPODOC＆submitted=true＆locale=en_EP＆ST=number＆compact=false．

［11］Lee S S，Hadinoto S，Ying J Y．Improved enantioselectivity of immobilized chiral bisoxazolines by partial precapping of the siliceous mesocellular foam support with trimethylsilyl groups［J］．Adv Synth Catal，2006，348，1248-1254．

［12］Lee S S，Ying J Y．Siliceous mesocellular foam-supported chiral bisoxazoline:Application to asymmetric cyclopropanation［J］．J Mol Catal A，2006，256:219-224．

［13］Wang Meixiang，Feng Guoqiang，Zheng Qiyu．Nitrile and amide biotransformations for efficient synthesis of enantiopure gem-dihalocyclopropane derivatives［J］．Adv Synth Catal，2003，345:695-698．

［14］Wang Meixiang，Feng Guoqiang，Zheng Qiyu．Synthesis of high enantiomeric purity gem-dihalocyclopropane derivatives from biotransformations of nitriles and amides［J］．Tetrahedron:Asymmetry，2004，15:347-354．

［15］Kumar Y，Tyagi O D，Strvastava T K，et al．Process for the preparation of cilastatin:JP，WO03018544［P/OL］．2003-03-06．http://v3．espacenet．com/searchResults?NUM=WO03018544＆D B=EPODOC＆submitted=true＆locale=en_EP＆ST=number＆compact=false．