韋瑞德合成工藝的優(yōu)化

嚴 楠，芮培欣，熊 斌，劉德永，林春花*，廖維林

(1.江西師范大學江西省精細化工重點實驗室，2.國家單糖化學合成工程技術研究中心，江西南昌330027)

0 引言

韋瑞德是一種新型核苷酸逆轉錄酶抑制劑，由美國Gilead公司開發(fā)研制，于2001年10月獲得美國FDA批準上市，用于治療艾滋病(HIV感染)［1］.2008年又批準其用于治療慢性乙型肝炎(HBV感染).韋瑞德還具耐受性好、耐藥性低，特別對野生型HBV、ADV耐藥株、LAM耐藥株均有很強的抑制作用［2］.在治療艾滋病方面，它比齊多夫定(AZT)和司他夫定(D4T)產(chǎn)生的細胞毒性小，對患者具有良好的耐受性［3］.

韋瑞德是替諾福韋(PMPA)的前藥，能提高口服利用率和利于細胞對其攝?。?］，韋瑞德及其復方制劑已成為目前銷售額最大的抗艾滋病藥物，引起了學術界和工業(yè)界的廣泛研究興趣.當前研究的焦點主要集中在改進TDF的合成方法、降低工業(yè)化生產(chǎn)成本，因此開展韋瑞德的工藝合成研究具有重要意義.

韋瑞德的合成路線主要有4條［4-6］，分別以R-碳酸丙烯酯、D-乳酸異丁酯、R-乳酸甲酯、甲基環(huán)氧乙烷為原料.本文結合課題組前期工作［7］并參考相關文獻，以腺嘌呤為原料，與R-碳酸丙烯酯開環(huán)縮合生成(R)-9-(2-羥基丙基)腺嘌呤(3)，再與對甲苯磺酰氧甲基膦酸二乙酯烷基化反應化生成(R)-9-［2-(二乙氧基磷酰甲氧基)丙基］腺嘌呤(4)，在超聲輔助三甲基氯硅烷作用下脫磷酸酯，水解析晶得替諾福韋(PMPA)，PMPA與碘甲基碳酸異丙酯(自制)酯化及成鹽得到目標化合物，通過對工藝進行改進和優(yōu)化，確定了一條適合工業(yè)化生產(chǎn)韋瑞德的合成路線，總收率達31%.合成路線如 Scheme 1所示.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

瑞士BuchiB-540型顯微熔點儀(溫度計未經(jīng)校正);Bruker 400 MHz型核磁共振儀(CDCl3或DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標)，1H NMR的磁場頻率為400 MHz，13C NMR的磁場頻率為100 MHz;島津FT-IR-8400型紅外儀(KBr壓片);HPLC測定含量，儀器為島津 SPD-6AV液相色譜儀;GC測定含量，儀器為日本島津 GC-2010氣相色譜儀;KQ-400KDE型高功率超聲波清洗器(昆山舒美儀器有限公司).

腺嘌呤、R-碳酸丙烯酯［7］、氫氧化鈉、對甲苯磺酰氧甲基膦酸二乙酯、乙醇鎂、三甲基氯硅烷、氯甲基碳酸異丙酯、碘化鈉、富馬酸、異丙醇、丙酮、乙腈、乙酸乙酯、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲苯、乙醇，以上試劑均為市售分析純.

Scheme 1 韋瑞德的合成路線

1.2 實驗方法

1.2.1 （R）-9-（2-羥基丙基）腺嘌呤的合成 向500mL三口燒瓶中加入腺嘌呤54.00 g(0.400mol)、R-碳酸丙烯酯 49.00 g(0.480mol)、N，N-二甲基甲酰胺250mL、氫氧化鈉0.48 g(0.012mol)，氮氣保護，加熱至110℃，反應12 h，冷卻至室溫.冷卻析晶，抽濾，濾餅真空干燥得白色固體，加入500mL甲苯-乙醇(體積比為1∶5)混合液重結晶，得白色固體352.00 g，收率67.0%，HPLC含量為99.5%.m.p.:193～194℃ ［文獻值［6］m.p.:192～195℃］.1H NMR(400 MHz，DMSO-d6)，δ:1.10(d，J=2.68 Hz，3H)，4.04～4.16(m，3H)，5.15(bs，1H)，7.33(bs，2H)，8.10(s，1H)，8.20(s，1H);13C NMR(100 MHz，DMSO-d6)，δ:155.89，152.25，149.69，140.50，118.51，64.61，50.10，20.79.IR(KBr)，νmax:3411，3323，3182，2933，1662，1603，1576，1477，1419，1296，1181，941，720，647cm-1;ESI-MS(m/z):194［M+H］+;化合物3a:m.p.270～272 ℃，1H NMR(400 MHz，DMSOd6)，δ:1.54(d，J=6.00 Hz，3H)，2.50(s，2H)，2.92(s，1H)，4.45(q，J=8.40，12.80 Hz，1H)，4.53～4.55(m，1H)，4.76(dd，J=2.80，10.0 Hz，1H)，5.62(bs，1H)，8.16(s，1H)，8.60(s，1H);13C NMR(100 MHz，DMSO-d6)，δ:155.52，152.80，150.46，144.39，120.96，64.19，56.79，21.31.IR(KBr)，νmax:3390，3200，3112，2969，1705，1632，1560，1519，1451，1436，1418，1296，1181，1128，1084，1023，936，818，722，649cm-1;ESI-MS(m/z):194［M+H］+.

1.2.2 （R）-9-［2-（二乙氧基磷酰甲氧基）丙基］腺嘌呤的合成 向1 L三口燒瓶加入化合物338.60 g(0.200mol)、N，N-二甲基甲酰胺400mL(干燥)、乙醇鎂34.30 g(0.300mol)，氮氣保護，溫度控制65～70℃，反應3 h;緩慢滴加對甲苯磺酰氧甲基膦酸二乙酯70.80 g(0.220mol)，溫度控制70～75℃，反應7 h，滴加醋酸淬滅反應，調(diào)節(jié)pH值至7.0;減壓濃縮，加入400mL二氯甲烷-水(體積比為5∶1)混合液，攪拌析出大量鎂鹽，抽濾，濾液萃取，水相加入100mL二氯甲烷-水(體積比為9∶1)混合液萃取3次，合并有機相無水硫酸鎂干燥3 h，減壓濃縮得金黃色糖漿產(chǎn)物71.20 g，加入100mL丙酮重結晶得白色固體458.30 g，收率85%，HPLC含量98.0%.m.p.:107～109 ℃;1H NMR(400 MHz，CDCl3)，δ:1.24～1.32(m，9H)，3.60(dd，J=4.00，13.60 Hz，1H)，3.86(dd，J=9.20，13.60 Hz，1H)，3.91～3.95(m，1H)，4.03～4.17(m，5H)，4.38(dd，J=2.80，14.40 Hz，1H)，8.00(s，1H)，8.33(s，1H);13C NMR(100 MHz，CDCl3)，δ:155.69，152.87，149.94，141.69，118.94，76.31，63.55，62.48，62.17，48.11，16.40;IR(KBr)，νmax:3391，3301，3132，2980，1683，1605，1578，1490，1418，1296，1232，1144，1048，1021，974cm-1;ESI-MS(m/z):344［M+H］+.

1.2.3 替諾福韋（5）的合成 向250mL三口燒瓶中加入化合物417.20 g(0.050mol)、三甲基氯硅烷21.80 g(0.20mol)，60℃超聲輻射下反應6 h.將反應容器冷卻至0℃，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至3.0，冷卻析晶，抽濾，得白色固體.加水80mL重結晶，所得固體在真空干燥箱干燥12 h，得白色粉末12.20 g，收率85%，HPLC含量99.2%.m.p.:272～274℃;1H NMR(400 MHz，DMSO-d6)，δ:1.24～1.32(m，9H)，3.60(dd，J=4.00，13.60 Hz，1H)，3.86(dd，J=9.20，13.60 Hz，1H)，3.91～3.95(m，1H)，4.12～4.19(m，1H)，4.27(dd，J=2.84，14.60 Hz，1H)，7.25(s，1H)，8.13(s，1H);13C NMR(100 MHz，DMSO-d6)，δ:155.69，152.87，149.94，141.69，118.94，76.31，63.55，62.48，62.17，48.11，16.40;IR(KBr)，νmax:3392，3108，2967，1699，1413，1238，1105，1077，935，752，717，479cm-1;ESI-MS(m/z):288［M+H］+.

1.2.4 碘甲基碳酸異丙酯的合成 向250mL三口燒瓶中加入氯甲基碳酸異丙酯25.00 g(0.164mol)、碘化鈉44.40 g(0.300mol)、乙腈100mL，氮氣保護，鋁箔覆蓋避光，30℃反應22 h，抽濾分離固體，乙腈洗滌，濾液減壓濃縮.向反應混合物加入二氯甲烷-水500mL(體積比為1∶1)混合液，攪拌15min，靜置分層，硫代硫酸鈉溶液洗滌有機相，真空下濃縮，得油狀物37.20 g，收率92%，GC 含量 99%.1H NMR(400 MHz，CDCl3)，δ:1.33(s，6H)，4.95(m，1H)，5.95(s，2H);13C NMR(100 MHz，CDCl3)，δ:152.48，73.62，34.37，21.68;IR(KBr)，νmax:1759，1077cm-1.

1.2.5 韋瑞德的合成 向500mL三口燒瓶加入化合物557.40 g(0.200mol)、三乙胺80.80 g(0.800mol)、N-甲基吡咯烷酮200mL，氮氣保護，溫度控制45～50℃，反應1 h;緩慢滴加碘甲基碳酸異丙酯108.00 g(0.440mol)，溫度控制55～60℃，反應5 h.反應體系加入石油醚200mL，抽濾去除三乙胺鹽，濾餅加入石油醚50mL洗滌，合并萃取分液，取下層有機相;加入乙酸乙酯和水混合液200mL(體積比=3∶1)萃取，水相加入乙酸乙酯150mL萃取3次，合并有機相，加入硫酸鎂干燥有機相，減壓濃縮，得黃色糖漿.將其溶解于300mL異丙醇中，加熱溶解，加入溶于100mL異丙醇中的富馬酸18.80 g(0.180mol)，并在55℃攪拌1 h，冷卻析晶，過濾，用冷異丙醇洗滌，真空干燥，得白色粉末81.30 g，收率64%，HPLC含量99.5%.m.p.:114～115 ℃;1H NMR(400 MHz，DMSO-d6)，δ:1.06(d，J=6.40 Hz，3H)，1.24(d，J=6.40 Hz，12H)，3.95～4.00(m，3H)，4.14～4.28(m，2H)，4.79～4.86(m，2H)，5.49～5.58(m，4H)，6.63(s，2H)，7.19(s，2H)，8.02(s，1H)，8.13(s，1H)，13.10(bs，2H);13C NMR(100 MHz，DMSO-d6)，δ:172.06，162.24，155.91，152.34，149.75，141.31，118.34，75.49，75.37，62.49，61.71，61.65，61.59，61.53，60.86，46.77，35.67，30.66，20.91，16.55，16.11，16.00;IR(KBr)，νmax:3429，3233，2986，2940，1757，1687，1508，1470，1423，1377，1271，1186，1160，1103，983，892，789，656cm-1;ESI-MS(m/z):520［M+H］+.

2 結果與討論

以腺嘌呤為原料合成韋瑞德(1)的工藝路線主要包括4個主要部分:1)合成高純(R)-9-(2-羥基丙基)腺嘌呤(3)，分離異構體(3a);2)制備關鍵中間體(R)-9-［2-(二乙氧基磷酰甲氧基)丙基］腺嘌呤(4);3)脫磷酸酯制備替諾福韋(5)工藝優(yōu)化;4)酯化反應制備關鍵中間體替諾福韋二酯(6).

在合成化合物3時，一般都采用腺嘌呤與R-碳酸丙烯酯在堿催化條件下發(fā)生縮合反應制備.為了避免生成異構體(3a)，P.Garner小組［8］報道了二碳酸二叔丁基甲酯保護胺基方法，但是步驟冗長，工藝繁瑣，不適合工業(yè)化生產(chǎn).所以本課題組嘗試了堿催化縮合反應工藝優(yōu)化，確定最佳工藝條件:以N，N-二甲基甲酰胺為溶劑，n(腺嘌呤)∶n(R-碳酸丙烯酯)∶n(氫氧化鈉)=1.00∶1.20∶0.03，110 ℃條件下反應12 h.為了提高化合物3純度，重結晶工藝采用乙醇-甲苯代替甲醇-異丙醇結晶方法，純度從97.8%提高至99.5%，產(chǎn)率67%，回收溶劑可以重復利用.

關鍵中間體4可由(R)-9-(2-羥基丙基)腺嘌呤與對甲苯磺酰氧甲基膦酸二乙酯烷基化反應制得，根據(jù)文獻報道，篩選合適堿性催化劑很重要，最初研究者選用氫化鈉［6］，但它不穩(wěn)定，反應中會放出大量熱，反應很難控制;改用叔丁醇鋰［4］反應收率可提高至50%，為了進一步提高反應收率，文獻［5］改用叔丁醇鎂，收率提高至82%，但是由于叔丁醇鎂價格昂貴，極易吸水，需要加入2當量，而且大量鎂鹽殘留產(chǎn)物中，易出現(xiàn)“鎂鹽包裹產(chǎn)物，抽濾分離困難”現(xiàn)象.受到文獻［5］的啟發(fā)，本文對不同堿性催化劑進行篩選(表1)，確定最佳反應條件:以N，N-二甲基甲酰胺為溶劑，n(3)∶n(乙醇鎂)∶n(對甲苯磺酰氧甲基膦酸二乙酯)=1.0∶1.5∶1.1，70℃條件下反應7 h.乙醇鎂脫嘌呤中羥基中的質(zhì)子效果最為理想，收率85%，初產(chǎn)物不需柱層析提純，重結晶可得.

表1 (R)-9-［2-(二乙氧基磷酰甲氧基)丙基］腺嘌呤的最佳反應條件的篩選

文獻［5］報道三甲基溴硅烷催化(R)-9-［2-(二乙氧基磷酰甲氧基)丙基］腺嘌呤水解合成替諾福韋(5)，需4當量三甲基溴硅烷，收率90%，成本較高;本文對文獻方法進行改進，最初嘗試使用三甲基氯硅烷/溴化鈉代替三甲基溴硅烷催化水解，克級規(guī)模以下，反應效果較好，收率85%，放大反應時，化合物4反應不充分，收率僅為50%，需柱層析純化，不利于規(guī)模生產(chǎn).為了降低成本，合成過程中發(fā)現(xiàn)，借助超聲輔助［9］三甲基氯硅烷可以縮短反應時間，提高產(chǎn)物收率，并對工藝條件進行優(yōu)化(見表2).

表2 (R)-9-［2-(磷酸甲氧)丙基］腺嘌呤的工藝條件優(yōu)化

文獻［5］和文獻［10］報道關鍵中間體6可由替諾福韋與氯甲基碳酸異丙酯在三乙胺催化作用下發(fā)生酯化反應制得，反應需加入1當量四丁基溴化胺相轉移催化劑，5當量氯甲基碳酸異丙酯，化合物5轉化率約為85%.首先嚴格按照文獻反應條件，回收相轉移催化劑和氯甲基碳酸異丙酯需要大量溶劑，另外過量氯甲基碳酸異丙酯易發(fā)生副反應［5］，化合物6純度約72%～78%，直接成鹽得到富馬酸替諾福韋酯1粗產(chǎn)物，產(chǎn)物粘稠，抽濾困難，需重結晶3～4次，不利于工業(yè)化生產(chǎn).為了克服以上缺點，參考文獻［11］，首先制備碘基碳酸異丙酯，在三乙胺催化條件下，化合物5與碘基碳酸異丙酯直接酯化，化合物5轉化率92%，對反應條件進行了優(yōu)化，確定了最佳反應條件:以N-甲基吡咯烷酮為溶劑，n(5)∶n(碘基碳酸異丙酯)∶n(三乙胺)=1.0∶2.2∶4.0，55 ℃條件下反應5 h.

3 結論

本文從腺嘌呤出發(fā)經(jīng)4步反應合成韋瑞德，總收率從14%提高至31%，光學純度達99.5%，實驗室可以實現(xiàn)百克級規(guī)模制備，類似工藝路線未見文獻報道.該合成工藝具有如下優(yōu)點:1)以乙醇鎂代替?zhèn)鹘y(tǒng)烷基化反應催化劑(氫化鈉、叔丁醇鈉、叔丁醇鋰、叔丁醇鎂等)，大大節(jié)約成本，安全性更高，收率達85%;2)超聲輔助三甲基氯硅烷作用下脫膦酸酯，收率85%，成本明顯低于三甲基溴硅烷脫膦酸酯工藝;3)碘甲基碳酸異丙酯與替諾福韋酯化反應，摩爾比為2.2∶1.0，轉化率92%，優(yōu)于氯甲基碳酸異丙酯(摩爾比為5∶1)酯化效果.

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