劉 娥
(荊楚理工學(xué)院化工與藥學(xué)院,湖北 荊門(mén) 448000)
硫唑嘌呤(Azathioprine,6-AP),別名依木蘭(Imuran),化學(xué)名為6-[(1-甲基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤,為嘌呤類(lèi)抗代謝型藥物,通過(guò)在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為6-巰基嘌呤而顯效[1]。目前主要用作免疫抑制劑,治療自身免疫性疾病(如風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、血小板減少性紫癜、全身性紅斑狼瘡等)和預(yù)防組織、器官移植后的免疫排斥反應(yīng)[2]。但對(duì)人體所致的肝毒性及白細(xì)胞減少等副作用影響了它的廣泛應(yīng)用[3]。
為了減輕藥物的副作用并提高藥效,作者基于硫唑嘌呤在體內(nèi)的代謝過(guò)程和作用機(jī)制,結(jié)合其合成路線中的一般性方法及引入不同取代基對(duì)分子性質(zhì)的影響,設(shè)計(jì)并合成了硫唑嘌呤的衍生物6-[(1-乙基-2-對(duì)硝基苯基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤,以期得到高效低毒的硫唑嘌呤替代藥物。
合成路線如下:
6-巰基嘌呤(純度98%),國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;其它試劑均為市售化學(xué)純。
XT-4型雙目顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀(溫度計(jì)未經(jīng)校正);Nicolet NEXUS470型傅立葉變換紅外光譜儀;Varian Mercury 300 MHz型核磁共振儀。
1.2.1N-芐基草酰胺乙酯的合成
冰浴冷卻下通過(guò)恒壓滴液漏斗向裝有81.5 mL(87.68 g,0.60 mol)草酸二乙酯的瓶中緩慢滴加54.6 mL(53.58 g,0.50 mol)芐胺,6 h滴完。抽濾,將濾液轉(zhuǎn)移至250 mL圓底燒瓶中。用水泵減壓依次蒸除反應(yīng)產(chǎn)生的乙醇、過(guò)量的草酸二乙酯和可能存在的芐胺,再改用油泵減壓蒸出產(chǎn)物,產(chǎn)物蒸汽溫度156~158 ℃,冷凝后得無(wú)色油狀液體57.4 g,然后凝固成白色塊狀晶體,即N-芐基草酰胺乙酯。
1.2.2N-乙基-N′-芐基草酰胺的合成
稱(chēng)取20.7 g(0.1 mol)N-芐基草酰胺乙酯置于100 mL燒杯中,微熱使其熔化,加入100 mL無(wú)水乙醇,振搖并用超聲輔助使其完全溶解后,通過(guò)恒壓滴液漏斗將其緩慢滴入裝有磁子攪拌、回流冷凝管和31.3 mL(6.76 g,0.15 mol)乙胺溶液(30%)的250 mL二口燒瓶中,立即有白色固體產(chǎn)生。生成的大量固體使得反應(yīng)液非常粘稠,磁子攪拌效果不佳,需不時(shí)用玻璃棒輔助攪拌,3 h后抽濾,用蒸餾水洗滌濾餅,真空干燥,得白色固體粉末N-乙基-N′-芐基草酰胺19.0 g。
1.2.3 1-乙基-2-苯基-5-氯咪唑的合成
稱(chēng)取10 g(0.05 mol)N-乙基-N′-芐基草酰胺和20 mL POCl3置于反應(yīng)瓶中,攪拌下緩慢地分批加入20.85 g(0.10 mol)PCl5,在80 ℃下反應(yīng)3 h后,在室溫下繼續(xù)攪拌12 h,蒸除POCl3,冷卻,將溶液倒入冷水中,用氯仿萃取,水相用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至有固體析出,得到1-乙基-2-苯基-5-氯咪唑6.17 g。
1.2.4 1-乙基-2-對(duì)硝基苯基-4-硝基-5-氯咪唑的合成
稱(chēng)取2.07 g(0.01 mol)1-乙基-2-苯基-5-氯咪唑置于反應(yīng)瓶中,冰浴冷卻下緩慢滴加5 mL濃硫酸(98%),固體逐漸溶解,再緩慢滴加5 mL濃硝酸(65%~68%)。于100 ℃反應(yīng)2 h,冷卻后倒入100 mL冰水中,有黃色固體析出,抽濾,用蒸餾水洗滌濾餅,真空干燥,得兩種同分異構(gòu)體相混合的黃色細(xì)針狀晶體粉末1.52 g,收率約67.04%。用乙酸乙酯∶石油醚(2∶3)作為洗脫劑過(guò)柱,得到1-乙基-2-對(duì)硝基苯基-4-硝基-5-氯咪唑0.456 g。
1.2.5 6-[(1-乙基-2-對(duì)硝基苯基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤的合成
稱(chēng)取152 mg(0.89×10-3mol)一水合6-巰基嘌呤(6-MP·H2O)、2 mL DMF和267 mg(0.90×10-3mol)1-乙基-2-對(duì)硝基苯基-4-硝基-5-氯咪唑置于反應(yīng)瓶中,再加入無(wú)水K2CO3,攪拌,在100 ℃下反應(yīng)5 h后蒸出溶劑,將剩余物溶于丙酮中,濾出不溶物,通過(guò)柱層析得到6-[(1-乙基-2-對(duì)硝基苯基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤。
表1 反應(yīng)中間體及產(chǎn)物的收率和熔點(diǎn)
N-芐基草酰胺乙酯:1HNMR(CDCl3),δ,ppm:7.27~7.39(m,5H,苯環(huán)CH),4.54(d,2H,PhCH2),4.37(q,2H,OCH2CH3),1.42(t,3H,OCH2CH3),NH信號(hào)被苯環(huán)CH的寬峰信號(hào)所掩蓋。IR(KBr),ν,cm-1:3281.15(N-H st),3035.95(苯環(huán)C-H),2975.15(CH3C-H),2931.72(CH2C-H),1744.20(O-C=O),1682.36(NH-C=O),1534.20(N-C=O),1216.44(C-O),1019.28(C-O),744.90、702.65(單取代苯環(huán)C-H)。
N-乙基-N′-芐基草酰胺:1HNMR(CD3COCD3),δ,ppm:8.59(s,1H,CH3CH2NH),8.16(s,1H,PhCH2NH),7.23~7.35(m,5H,苯環(huán)CH),4.47(d,2H,PhCH2NH),3.30(m,2H,CH3CH2NH),1.14(t,3H,CH3CH2NH),2.05(CH3COCH3)。IR(KBr),ν,cm-1:3292.92(N-H st),1651.90(C=O st),3063.63、3032.53(苯環(huán)C-H st),2970.11(CH3C-H st),2934.38(CH2C-H st),1528.42(N-C=O st sy),1228.99(C-N st),1149.78(N-H ip),714.63(N-H oop),754.86、694.11(單取代苯環(huán)C-H oop)。
1-乙基-2-苯基-5-氯咪唑:1HNMR(DMSO),δ,ppm:7.55 (m,5H,苯環(huán)CH ),4.03 ( q,2H,CH2CH3),1.35 (t,3H,CH2CH3)。IR(KBr),ν,cm-1:1620~1640(C=N),3100、3030(咪唑環(huán)4位=C-H st和苯環(huán)C-H),1503.08、1469.88(咪唑環(huán)4、5位C=C),1106.71(咪唑環(huán)5位C-Cl),923.39、767.79、696.80(單取代苯環(huán)C-H)。
1-乙基-2-對(duì)硝基苯基-4-硝基-5-氯咪唑:1HNMR(DMSO),δ,ppm:8.40 (s,2H,苯環(huán)上H,靠近NO2),7.99 (s,2H,苯環(huán)上H,靠近咪唑環(huán)),4.18 (q,2H,CH2CH3),1.32 (t,3H,CH2CH3)。MS(EI),m/z:296(M+)。
6-[(1-乙基-2-對(duì)硝基苯基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤:1HNMR(CD3COCD3),δ,ppm:8.19( s,2H,苯環(huán)上H,靠近咪唑環(huán)),8.48 (s,2H,苯環(huán)上H,靠近NO2),4.46 (q,2H,CH2CH3),1.42(t,3H,CH2CH3)。MS(EI),m/z:413(M+H)+。
(1)制備N(xiāo),N′-二取代草酰胺主要有兩種方法:草酰氯與胺反應(yīng)、草酸二乙酯與胺反應(yīng)。草酸二乙酯與胺反應(yīng)溫和,放熱少,稍用冰浴冷卻或直接在室溫下進(jìn)行即可,而且反應(yīng)中沒(méi)有HCl酸氣放出。但是,由于酯的活性不及酰氯,因此其胺解反應(yīng)受胺上的烴基大小即空間位阻的影響較大。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),甲胺與草酸二乙酯反應(yīng)生成化合物的收率為96.5%,當(dāng)原料換作芐胺、乙胺分別生成相應(yīng)化合物時(shí),收率降低至55.4%、45.0%。相反,采用高反應(yīng)活性的酰氯與乙胺反應(yīng),收率提高至67.3%,但反應(yīng)非常劇烈,放熱量大,需在充分冷卻下緩慢進(jìn)行,加之酰氯易水解,反應(yīng)體系要保證干燥,還需要安裝尾氣吸收裝置處理反應(yīng)產(chǎn)生的HCl酸氣。
(2)本研究?jī)H合成了一種硫唑嘌呤的衍生物。通過(guò)查閱文獻(xiàn),發(fā)現(xiàn)引入丙基、丁基或者碳鏈更長(zhǎng)的烷基時(shí),也可以環(huán)化得到咪唑環(huán)化合物,進(jìn)一步得到硫唑嘌呤的衍生物。
(3)合成1-乙基-2-對(duì)硝基苯基-4-硝基-5-氯咪唑的過(guò)程中,若一端為芳環(huán)、另一端為烷基時(shí)硝化,得到的是兩種同分異構(gòu)體的混合物,通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)南疵搫┲鶎游?,可以得到各自的純物質(zhì)。但由此造成產(chǎn)物損失較大。如何使得兩種物質(zhì)得到較好的分離且損失較小,有待進(jìn)一步的研究。
(4)合成路線中最后一步反應(yīng)為SN2親核取代反應(yīng),6-巰基嘌呤中的6位-SH作為親核基團(tuán)進(jìn)攻咪唑環(huán)上的5位C原子,同時(shí)Cl原子以Cl-形式離去,之后在堿催化下S原子上的質(zhì)子脫去,形成產(chǎn)物。SN2反應(yīng)的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是受反應(yīng)中心鄰近基團(tuán)的空間位阻影響較大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在反應(yīng)中心(咪唑環(huán)5位)鄰近的1、2位上基團(tuán)最小的化合物進(jìn)行反應(yīng)的產(chǎn)率最高(40.2%);當(dāng)稍遠(yuǎn)的2位變?yōu)轶w積較大的對(duì)硝基苯基時(shí),收率明顯下降(12.1%)。相對(duì)而言,乙基較甲基的空間體積并未增大很多,但由于其與反應(yīng)中心的空間距離最近,加之親核基團(tuán)-SH自身也帶有一個(gè)體積龐大的嘌呤基團(tuán),因此該反應(yīng)表現(xiàn)出對(duì)咪唑5位鄰近的1、2位,特別是1位基團(tuán)的空間位阻非常敏感。
通過(guò)分析硫唑嘌呤在體內(nèi)的代謝過(guò)程和作用機(jī)制,結(jié)合其合成路線中的一般性方法及引入不同取代基對(duì)分子性質(zhì)的影響,設(shè)計(jì)并合成了嘌呤類(lèi)化合物6-[(1-乙基-2-對(duì)硝基苯基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤。產(chǎn)物及中間體均采用1HNMR和IR進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和確證,部分化合物用質(zhì)譜表征。結(jié)果表明,對(duì)硫唑嘌呤進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造具有一定的可行性,得到的改造產(chǎn)物為其與先導(dǎo)化合物(硫唑嘌呤)作藥理學(xué)、藥代動(dòng)力學(xué)等研究提供了基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
[1] 仉文升,李安良.藥物化學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1999:494-495.
[2] 鄭虎.藥物化學(xué)(第五版)[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,2005:224-225.
[3] Hoffmann M,Rychlewski J,Chrzanowska M,et al.Mechanism of activation of an immunosuppressive drug:Azathioprine.Quantum chemical study on the reaction of azathioprine with cysteine[J].J Am Chem Soc,2001,123(26):6404-6409.