維格列汀重要中間體合成工藝研究*

郭麗媛，董志艷，黃勝堂，吳 詩，2 **

(1.湖北科技學(xué)院藥學(xué)院，湖北 咸寧 437100；2.湖北科技學(xué)院糖尿病心腦血管病變湖北省重點實驗室)

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維格列汀重要中間體合成工藝研究*

郭麗媛1，董志艷1，黃勝堂1，吳 詩1，2 **

(1.湖北科技學(xué)院藥學(xué)院，湖北 咸寧 437100；2.湖北科技學(xué)院糖尿病心腦血管病變湖北省重點實驗室)

目的 重點考察不同的反應(yīng)條件對目標化學(xué)物收率的影響。方法 以L-脯氨酸為起始原料，用氯乙酰酰化、二碳酸二叔丁酯催化酰胺化、三氟乙酸酐(TFAA)脫水三步反應(yīng)，得到目標化合物(S)-1-(2-氯乙?；?吡咯烷-2-甲腈。結(jié)果 在氯酰化反應(yīng)中當n(氯乙酰氯)∶n(L-脯氨酸)=1.8∶1、反應(yīng)時間2.5h時為最適條件，反應(yīng)收率87%；在酰胺化反應(yīng)中n[(S)-1-(2-氯乙?；?吡咯烷-2-甲酸]:n(NH4HCO3)=1∶4.5，且室溫下反應(yīng)為最適條件，反應(yīng)收率76.5%；脫水反應(yīng)時，n[(S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲酰胺]∶n(TFAA)=1∶2，反應(yīng)時間為2h為最適條件，反應(yīng)收率為89.2%。結(jié)論 優(yōu)化后目標產(chǎn)物三步總收率為59.36%，效果較好。

維格列汀；(S)-1-(2-氯乙?；?吡咯烷-2-甲腈；中間體；合成

維格列汀(vildagliptin，Galvus)是諾華公司研發(fā)的治療Ⅱ型糖尿病的新型口服藥，是一種高選擇性的二肽基肽酶-Ⅳ(DPP-Ⅳ)抑制劑；阿格列汀(Anagliptin)則是日本開發(fā)的仿制藥。它們可單用或與其他降糖藥聯(lián)合應(yīng)用，控制血糖療效好、不良反應(yīng)低、安全且耐受性好[1-2]。(S)-1-(2-氯乙?；?吡咯烷-2-甲腈為合成維格列汀和阿格列汀等DPP-IV類藥物的重要中間體之一。因此，對其合成工藝進行研究有很大的市場價值。

目前，(S)-1-(2-氯乙?；?吡咯烷-2-甲腈合成主要有四種：①以L-脯氨酸為原料，經(jīng)N-保護，酰胺化，脫保護，N-氯乙?；?，酰胺脫水反應(yīng)五步合成。此方法首先被Fucushima采用[3]，因路徑長，保護后又脫保護比較復(fù)雜，成本較高，后續(xù)研究較少。②以L-脯氨酸為原料，先N-氯乙?；?，再用特殊的脫水試劑把羧基直接轉(zhuǎn)化為氰基獲得目標化合物[4-5]。此方法步驟簡單，但一般需要特殊的試劑，或反應(yīng)條件比較苛刻。③以L-脯氨酰胺為原料，經(jīng)氯乙?；王０访撍椒磻?yīng)合成。這種方法首先被Edwin采用[6]，諾華公司專利CN1329593A，印度專利WO2011101861也是采用了此方法，楊璐等對具體的反應(yīng)條件進行了一些優(yōu)化[7]。此方法的成本依賴于L-脯氨酰胺的工業(yè)化程度。④以L-脯氨酸為原料，經(jīng)N-氯乙?；?，酰胺化，酰胺脫水反應(yīng)三步合成目標產(chǎn)物。此方法經(jīng)Singh首先報道[8]，國內(nèi)也有一些改進的文獻報道[9-10]。

方法四操作簡單、反應(yīng)條件要求不高、試劑常見，但該方法的合成工藝報道較簡單[9-10]，有些反應(yīng)條件對合成的影響沒有考慮，仍有許多需要優(yōu)化。本文參照文獻[8]，采用方法四為基礎(chǔ)，對反應(yīng)條件進行了較全面的考察，獲得了較為滿意的結(jié)果。合成路線如圖1。

圖1 (S)-1-(2-氯乙?；?吡咯烷-2-甲腈的合成路線

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器 L-脯氨酸(武漢格奧化學(xué)技術(shù)有限公司，純度99%)、四氫呋喃(天津市博迪化工股份有限公司，AR，無水處理后，即用即蒸)、無水硫酸鈉(天津市博迪化工股份有限公司，AR)、碳酸氫銨(同上)、三氟乙酸酐(武漢格奧化學(xué)技術(shù)有限公司，純度98%)、乙腈(天津市巴斯夫化工有限公司，SP)、乙酸乙酯(天津市博迪化工股份有限公司，AR)、氯乙酰氯(西亞試劑，AR/99%)、二碳酸叔丁酯(武漢格奧化學(xué)技術(shù)有限公司，AR)、吡啶(天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司，AR)。

X-4數(shù)字顯示顯微熔點測定儀(鞏義市予華儀器有限公司)、 IR Affinity-1紅外光譜儀、PolAAr 3005旋光測定儀(上海凱來實驗設(shè)備有限公司)、BrukersolariX質(zhì)譜儀、Bruker AV-400核磁共振儀。

1.2 合成

1.2.1 (S)-1-(2-氯乙?；?吡咯烷-2-甲酸(3)的制備 在配有機械攪拌器和恒壓滴液漏斗的100mL的四口瓶中投入L-脯氨酸(5.00g，43.4mmol)、四氫呋喃(重蒸，50 mL)，N2保護下緩慢滴加氯乙酰氯(6.0mL，79.6mmol)。滴加完畢后，加熱回流2.5h，反應(yīng)結(jié)束，溶液變澄亮。降至室溫后，反應(yīng)液加入10mL水攪拌20min，再加入10mL飽和食鹽水和100mL乙酸乙酯萃取，水層再用乙酸乙酯(20mL×2)萃取，合并有機層，加入無水硫酸鈉干燥，過濾，減壓濃縮，得濃稠油狀物，加入無水異丙醚結(jié)晶(低溫下效果更好)，得到白色固體粉末(重量7.24g，收率87.0%)，m.p.108℃～110℃(文獻[9]值108℃～109℃)。1H NMR(400 MHz CDCl3)：δ1.95～2.28(m,4H)，3.63～3.73 (m,2H)，4.02(s,0.2H，CH2Cl)，4.07～4.14(m,1.8H,CH2Cl)，4.57～4.59(m,1H,CHCOOH)。

1.2.2 (S)-1-(2-氯乙?；?吡咯烷-2-甲酰胺(4)的制備 室溫條件下，在配有機械攪拌器的100 mL四口燒瓶中加入化合物3(4.00g， 20.9mmol)、乙腈(40mL)、二碳酸二叔丁酯(5.00g，22.9mmol)和碳酸氫銨(8.00g,101.3mmol)，攪拌均勻后再加入吡啶1.0mL (12.4mmol)，繼續(xù)反應(yīng)2.0h，TLC[v(三氯甲烷)∶v(甲醇)=7∶1]監(jiān)控，反應(yīng)結(jié)束后，過濾，濾液減壓蒸餾得黃色油狀物，柱層析[v(三氯甲烷)∶v(甲醇)=10∶1]，進一步純化，異丙醚重結(jié)晶，得白色粉末(重量3.03g，收率76.5%)。m.p.137℃～139℃(文獻[9]值133℃～137℃)。1H NMR(400 MHz CDCl3)：δ 1.62～2.19(m,4H),3.55～3.57(m,1H)，3.62～3.65(m,1H)，4.01(s,0.2H,CH2Cl),4.07～4.13(m,1.8H,CH2Cl)，4.60～4.62(m,1H,CHCONH2),5.39 (s,1H，NH2),6.78(s,1H,NH2)。

1.2.3 (S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲腈(1)的制備 在配備有溫度計、氮氣保護裝置和恒壓滴液漏斗的三口瓶中投入化合物4(0.50 g，2.6mmol)和重蒸的四氫呋喃(6mL)，磁力攪拌10min，冰浴條件下緩慢滴加三氟乙酸酐(0.6mL，5.2mmol)，控制溫度在0℃～5℃，滴加完畢，慢慢升至室溫攪拌2h，TLC 監(jiān)測反應(yīng)終點[v(三氯甲烷)∶v(甲醇)=10∶1]。反應(yīng)結(jié)束后用飽和碳酸氫鈉調(diào)反應(yīng)液的pH至 8～9， 再繼續(xù)攪拌20 min。反應(yīng)液加入20mL乙酸乙酯，分離收集有機層，水層用乙酸乙酯萃取(10mL×2)，合并有機層,飽和氯化鈉洗(10mL×2)，無水硫酸鈉干燥，過濾，減壓蒸餾除溶劑，濃縮物用正己烷重結(jié)晶，得棕色固體結(jié)晶(重量0.36g，產(chǎn)率79.2%)。m.p.53℃～55℃(文獻[9]值53℃～57℃)。IR(KBr-,cm-1)∶3304,2991,2953,2888,2241,1654,1425。1H NMR(400 MHz CDCl3)∶δ 2.14～2.32(m,4H)，3.56～3.64(m,1H),3.73～3.76(m,1H),4.06～4.24(m,2H,CH2Cl)，4.76～4.87(m，1H,CHCN)。

2 結(jié)果與討論

2.1 (S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲酸(3)合成的探討 參照文獻[9]，按照n(氯乙酰氯)∶n(L-脯氨酸)=1.5∶1的比例進行反應(yīng)，產(chǎn)率為74.3%，不是很高。在加熱回流過程中，發(fā)現(xiàn)仍有脯氨酸固體存在，分析認為氯乙酰氯的用量可能偏少了，于是重新考察了氯乙酰氯的用量和時間對反應(yīng)的影響(結(jié)果見表1)。由表1可見，隨著氯乙酰氯比例的增加，產(chǎn)率有一定的增加。當n(氯乙酰氯)∶n(L-脯氨酸)=1.8∶1、反應(yīng)時間2.5 h時獲得產(chǎn)率87.0%，為最適條件。

表1 氯乙酰氯用量和反應(yīng)時間對3收率的影響

因為用到了氯乙酰氯，所以反應(yīng)溶劑THF要進行干燥處理。(S)-1-(2-氯乙?；?吡咯烷-2-甲酸在異丙醚中結(jié)晶時，需在低溫放置1h以上，這樣化合物3才能充分結(jié)晶。

2.2 (S)-1-(2-氯乙?；?吡咯烷-2-甲酰胺(4)合成的探討 此步反應(yīng)是羧基的氨基化，參照文獻[9]，用二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)做縮合劑，最后與銨鹽反應(yīng)生成酰胺。DCC活化羧基在反應(yīng)完成后有N,N-二環(huán)己基脲(DCU)生成。此方法用到的溶劑是二氯甲烷，DCU為強極性化合物，在極性溶劑中的溶解度大，很難除去，需要將產(chǎn)物溶解在乙酸乙酯(EA)中，冰箱靜置冷凍過夜后過濾，重復(fù)兩三次，因此后處理比較麻煩。

參照文獻[10]，用化合物3與BOC在吡啶的催化下形成活性的酸酐，再與碳酸氫銨(原料比為1∶5.5)反應(yīng)最終生成了酰胺，此方法是在室溫下進行，操作簡便，但文獻報道未見有無機堿用量的討論。本實驗考察了無機堿碳酸氫銨用量對收率的影響，結(jié)果見表2。從表2可看出，減少碳酸氫銨的用量對反應(yīng)影響不大，考慮到產(chǎn)物的形狀和經(jīng)濟條件，因此，選擇n(3)∶n(NH4HCO3)=1∶4.5為最適條件。

表2 碳酸氫銨用量對生成化合物4的影響

2.3 (S)-1-(2-氯乙?；?吡咯烷-2-甲腈(1)合成的探討 此反應(yīng)為酰胺的脫水反應(yīng)，脫水反應(yīng)一般是用THF或二氯甲烷作溶劑，用三氟乙酸酐(TFAA)、三氯氧磷和三聚氯氰作為脫水劑，在室溫或冰浴條件下進行的。

文獻[8]報道以1.5倍摩爾比三氟乙酸酐(TFAA)作為脫水劑，反應(yīng)2h，產(chǎn)率83%。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，三氟乙酸的用量和反應(yīng)時間對產(chǎn)率影響比較大。結(jié)果見表3。在摩爾比為1∶1.0時，產(chǎn)率非常低。隨著三氟乙酸酐用量的增加，產(chǎn)率也不斷升高。摩爾比為1∶2.5時開始下降?？赡茉蚴谴朔磻?yīng)為脫水反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進行不斷有三氟乙酸產(chǎn)生，具有抑制平衡進行的作用，降低了三氟乙酸酐的活性。因此需要增加三幅乙酸酐的用量。而三氟乙酸酐過高可能會與氯乙酰基官能團發(fā)生反應(yīng)，降低產(chǎn)率。最后得出當反應(yīng)物與TFAA的摩爾比為1∶2，反應(yīng)時間為2h為最適條件，產(chǎn)率最高。

表3 TFAA用量和時間對生成目標產(chǎn)物1的影響

3 結(jié) 論

本實驗優(yōu)化了DPP-Ⅳ抑制劑維格列汀重要中間體(S)-1-(2-氯乙?；?吡咯烷-2-甲腈的合成工藝，重點考察了不同的反應(yīng)條件對目標化學(xué)物收率的影響，結(jié)果表明：當n(氯乙酰氯):n(L-脯氨酸)=1.8∶1、反應(yīng)時間2.5 h時為最適條件，反應(yīng)物收率87%；室溫下，n[(S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲酸]:n(NH4HCO3)=1∶4.5時為最適條件，反應(yīng)物收率76.5%；n[(S)-1-(2-氯乙?；?吡咯烷-2-甲酰胺]:n(TFAA)=1∶2，反應(yīng)時間為2h為最適條件，反應(yīng)物收率為89.2%，三步總收率為59.36%，優(yōu)于文獻[9]報道的42.3%。

[1]KEATING G M.Vildagliptin：a review of its use in type 2 diabetes mellitus[J].Drugs，2014，74(5):2089

[2]NISHIO S，ABE M，ITO H.Anagliptin in the treatment of type 2 diabetes：safety，efficacy，and patient acceptability[J].Diabetes Metabolic Syndrome & Obesity Targets & Therapy，2014，8(default):163

[3]FUKUSHIMA H，HIRATATE A，TAKAHASHI M，et al.Synthesis and structure-activity relationships of potent 3-or 4-substituted-2-cyanopyrrolidine dipeptidyl peptidase IV inhibitors[J].Bioorganic & Medicinal Chemistry，2004，12(23):6053

[4]朱瑩，李玲，趙世明,等.兩步法合成(S)-1-(2-氯乙?；?-2-腈基吡咯烷的工藝研究[J].現(xiàn)代藥物與臨床，2013，28(4):491

[5]陶鑄，彭俊，鐘靜宇,等.(S)-1-氯乙?；?2-氰基吡咯烷的合成[J].中國醫(yī)藥工業(yè)雜志，2013，44(9):856

[6]VILLHAUER E B，BRINKMAN J A，NADERI G B， et al.1-[(3-Hydroxy-1-adamantyl)amino]acetyl]-2-cyano-(S)-pyrrolidine:A potent，selective，and orally bioavailable dipeptidyl peptidase IV inhibitor with antihyperglycemic properties[J].Journal of Medicinal Chemistry，2003，46(13):2774

[7]楊璐，皮昌橋，張莉,等.一種制備維格列汀關(guān)鍵中間體(S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲腈的新方法[J].遼寧化工，2016,44(2):145

[8]SINGH S K，MANNE N，PAL M.Synthesis of(S)-1-(2-chloroacetyl)pyrrolidine-2-carbonitrile：a key intermediate for dipeptidyl peptidase IV inhibitors[J].Beilstein Journal of Organic Chemistry，2008，4(1):20

[9]王延安，馬玉卓.(S)-1-(2-氯乙?；?吡咯烷-2-甲腈的合成與表征[J].精細化工中間體，2010，40(1):27

[10]陶鑄，鄧瑜，彭俊,等.維格列汀中間體(S)-1-(2-氯乙?；?吡咯烷-2-甲腈的合成[J].化學(xué)研究與應(yīng)用，2013，25(10):1422

Study on the Synthes of Vildagliptin Intermediate

GUO Li-yuan,DONG Zhi-yan,WU Shi，et al

(SchoolofPharmacy，HubeiUniversityofScienceandTechnology，XianningHubei437100,China)

Objective The effects of different reaction conditions on the yield of the target compound were investigated. Methods (S)-1-(2-chloroacetyl) pyrrolidine-2-carbonitrile was synthesized from L-proline via successive reactions with chloro-aeetyl chloride，ammoniated by di-tert-butyl dicarbonate with ammonium bicarbonate and dehydrated by trifluoroacetic anhydride (TFAA).Results Some factors were studied，which showed that the best yield of acylation reaction was obtained when the reaction time is 2.5 hours,with 1.8∶1 ratio of chloracetyl chloride to the L-proline，the yield was 87%；The best yield of amidation was obtained at room temperature，with 1∶4.5 ratio of (s)-1-(2-chloro acetyl) pyrrolidine-2-formic acid to NH4HCO3，the yield was 76.5%;And the best yield of dehydration reaction was obtained when the reaction time is 2 hours,with 1∶2 ratio of (S)-1-(2-chloroacetyl) pyrrolidine-2-carboxamide to TFAA，the yield was 89.2%.Conclusion Finally,the overall yield was 59.36%，the effect is well.

Vildagliptin；(S)-1-(2-chloroacetyl) pyrrolidine-2-carbonitrile；Intermediate；Synthesis

湖北科技學(xué)院藥學(xué)重點學(xué)科專項科研項目(2016-18XZY07);湖北科技學(xué)院糖尿病專項(ZX1016)

R963

A

2095-4646(2017)03-0185-04

10.16751/j.cnki.2095-4646.2017.03.0185

2017-01-10)

**通訊作者，E-mail：wushi2544@163.com