S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽的合成工藝優(yōu)化

郭麗媛，董志艷，吳遠強，黃勝堂，姚 剛，吳 詩*

(1.湖北科技學院 糖尿病心腦血管病變湖北省重點實驗室,湖北 咸寧 437100；2.黃石市實驗高中，湖北 黃石 435000)

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S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽的合成工藝優(yōu)化

郭麗媛1，董志艷1，吳遠強2，黃勝堂1，姚 剛1，吳 詩1*

(1.湖北科技學院 糖尿病心腦血管病變湖北省重點實驗室,湖北 咸寧 437100；2.黃石市實驗高中，湖北 黃石 435000)

以L-脯氨酸為原料，經(jīng)二碳酸二叔丁酯保護、25%氨水溶液室溫氨解、室溫下脫水和脫保護得到DPP-4抑制劑重要中間體S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽，4步總收率可達到50.6%。該合成方法操作簡便，試劑無需濃縮，設備簡單，十分適合實驗室研究及小試生產(chǎn)。

S-2-氰基吡咯烷；DPP-4抑制劑；合成

二肽基肽酶4(DPP-4)抑制劑是治療2型糖尿病的新型降血糖藥物，與傳統(tǒng)的糖尿病治療藥物相比，DPP-4抑制劑具有降低低血糖癥發(fā)生的風險、從根本上改善糖尿病病程的發(fā)展和長期使用不會影響體重等多方面的優(yōu)勢[1-2]?；衔颪VP-DPP728(Ⅱ)是早期研發(fā)的DPP-4抑制劑[3]；維格列汀(Ⅲ)是最早上市的一種DPP-4抑制劑，2008年歐盟批準上市，2011年進入中國[4-6]；阿格列汀(Ⅳ)2012年在日本注冊[7]；化合物Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ等正在進行臨床研究或臨床前研究[2,7-8]。這些研發(fā)的DPP-4抑制劑均含有S-2-氰基吡咯烷結(jié)構(gòu)單元，其結(jié)構(gòu)式見圖1。研究表明，S-2-氰基吡咯烷結(jié)構(gòu)是此類藥物具有活性的必需基團，可以與DPP-4中的Ser630羥基形成可逆的共價鍵，從而提高DPP-4的抑制活性[9-10]。S-2-氰基吡咯烷結(jié)構(gòu)同時還是脯氨酰寡肽酶(POP)類抑制劑的重要結(jié)構(gòu)單元，如化合物Ⅷ(結(jié)構(gòu)式見圖1)等[11]。因此，S-2-氰基吡咯烷是多個藥物的重要中間體，對于合成與開發(fā)新的DPP-4抑制劑和新藥具有重要作用。

S-2-氰基吡咯烷的合成鮮有專門的文獻報道，在合成其它化合物中作為中間產(chǎn)物有兩個方法介紹。

圖1 含S-2-氰基吡咯烷的活性化合物的結(jié)構(gòu)式Fig.1 The structure formulas of active substances containing S-2-cyanopyrrolidine

方法一：以脯氨酸甲酯鹽酸鹽為原料，在無水二氯甲烷中加入Boc2O和DMAP，在0 ℃和氮氣保護下反應18 h得N-叔丁氧羰基脯氨酸甲酯；在四氫呋喃(THF)溶液中以28%氨水為氨解試劑于60 ℃ 反應18 h，在氮氣保護下反應得N-叔丁氧羰基脯氨酰胺；再用三氟乙酸酐(TFAA)脫水得N-叔丁氧羰基氰基吡咯烷；用三氟乙酸(TFA)脫去保護基得到S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽[11]。

方法二：以N-叔丁氧羰基脯氨酸為原料，在二氯甲烷溶液中于-30 ℃下加入異丙氧基甲酰氯，攪拌30 min后再加入高濃度的氨水溶液(11 mL,0.15 mol)，升至室溫攪拌過夜得N-叔丁氧羰基脯氨酰胺；再用TFAA脫水得N-叔丁氧羰基氰基吡咯烷；用TFA脫去保護基得到S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽[12]。

方法一中由于氨水有強的揮發(fā)性，在60 ℃時大量揮發(fā)，因此反應需在耐壓的反應釜中進行，且反應時間較長，在普通的圓底燒瓶中反應不能獲得產(chǎn)物。方法二在-30 ℃下反應，采用高濃縮的氨水溶液，對實驗設備和反應試劑有較高要求，未經(jīng)濃縮的氨水作為氨解試劑反應，產(chǎn)物收率低。

作者以L-脯氨酸為起始原料，經(jīng)二碳酸二叔丁酯(BOC)保護，以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDCI)和1-羥基苯并三唑(HOBT)活化羧基，用25%氨水溶液在室溫氨解、脫水和脫保護得到S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽(合成路線見圖2)。重點考察了羧酸氨解步驟中反應溶劑、反應時間對反應的影響。

圖2 改進的S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽的合成路線Fig.2 The improved synthetic route of S-2-cyanopyrrolidine trifluoroacetic acid salt

1 實驗

1.1 試劑與儀器

所用試劑均為分析純，市售。

X-4型數(shù)顯熔點測定儀；BRUKER AVANCE Ⅲ HD 400 MHz型核磁共振儀(TMS內(nèi)標)，Bruker公司；PolAAr 3005型高性能全自動旋光儀。

1.2 方法

1.2.1 Boc-L-脯氨酸(Ⅸ)的制備

在室溫條件下，在裝有機械攪拌器和恒壓滴液漏斗的100 mL四口燒瓶中加入L-脯氨酸(2.00 g,17.4 mmol)、重蒸的無水二氯甲烷(24 mL)、(Boc)2O(4.93 g,22.6 mmol)，然后緩慢滴加重蒸的無水三乙胺(3.2 mL,22.6 mmol)，滴加完后繼續(xù)攪拌過夜。反應結(jié)束后，減壓蒸除二氯甲烷和三乙胺，得黃色黏稠狀液體。加入15 mL水，攪拌，用10%鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2～3，產(chǎn)生白色沉淀。水層用乙酸乙酯(30 mL×2)萃取，合并有機層，無水硫酸鈉干燥，過濾除去固體，減壓濃縮濾液，在濃縮濾液中加入適量的正己烷，輕搖，析出大量白色晶體。溶液靜置2 h，抽濾，洗滌。濾餅干燥，得白色沙狀晶體化合物Ⅸ3.56 g，收率95.5%(文獻值[3]88.1%)。

1.2.2 Boc-L-脯氨酰胺(Ⅹ)的制備

在裝有機械攪拌器的100 mL四口燒瓶中加入化合物Ⅸ4.15 g(19.3 mmol)、重蒸的二氯甲烷50 mL，攪拌溶解。在冰浴中一次性加入HOBT(3.60 g，23.5 mmol)、EDCI(4.50 g，23.5 mmol)，然后自然升至室溫，攪拌過夜。反應液再次冰浴冷卻，緩慢滴加25%氨水(5 mL)，在冰浴下持續(xù)攪拌30 min，自然升至室溫再繼續(xù)攪拌。約6 h反應完全后，向反應液中加入二氯甲烷(50 mL)，過濾除去不溶物，濾液減壓濃縮，得黃色黏稠狀液體，經(jīng)閃柱層析[V(乙酸乙酯)∶V(二氯甲烷)=2∶1]，正己烷重結(jié)晶得白色粉末化合物Ⅹ3.64 g，收率87.8%。

1.2.3S-2-氰基吡咯烷-1-甲酸叔丁酯(Ⅺ)的制備

在氮氣保護下，在裝有機械攪拌器和恒壓滴液漏斗的100 mL四口燒瓶中加入化合物Ⅹ(6.50 g，30.3 mmol)、干燥的THF(50 mL)、重蒸的三乙胺(10.0 mL，72.8 mmol)，冰浴冷卻至5 ℃以下，緩慢滴加TFAA(8.2 mL，60.5 mmol)，滴加完畢，溫度控制在0～5 ℃之間繼續(xù)攪拌反應6 h。反應結(jié)束后，向反應液中加入二氯甲烷(50 mL)，用飽和碳酸氫鈉水溶液(20 mL×2)洗滌。有機層用無水硫酸鈉干燥，過濾，減壓濃縮，得棕色油狀化合物Ⅺ4.78 g。獲得的油狀物不經(jīng)純化，其1HNMR圖譜未見有雜質(zhì)峰，直接用于下一步反應。

1.2.4S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽 (Ⅰ) 的制備

在裝有機械攪拌器和恒壓滴液漏斗的100 mL四口燒瓶中加入化合物Ⅺ(4.78 g，24.3 mmol)、干燥的二氯甲烷(50 mL)，冰浴冷卻至5 ℃以下，恒壓滴液漏斗緩慢滴加20 mL TFA，滴加完畢，繼續(xù)攪拌2 h。反應液減壓蒸除溶劑，加入無水乙醚，有白色沉淀產(chǎn)生，靜置30 min，沉淀完全，過濾，得白色固體粉末化合物Ⅰ3.80 g，收率60.4%。4步反應總收率50.6%。

1.3 分析測試

分別測定中間體化合物和目標化合物的熔點、1HNMR、13CNMR、比旋光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 中間體化合物Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ和目標化合物Ⅰ的表征

化合物Ⅺ：[α]20589=-104.4(c= 0.010 g·mL-1in CH2Cl2)。1HNMR (400 MHz,CDCl3)，δ:1.51 (s,9H),2.03～2.25 (m,4H),3.36～3.53 (m,2H),4.44～4.56 (m,1H)。

化合物Ⅰ：[α]20589=-19.7(c= 0.010 g·mL-1in CH2Cl2)。1HNMR (400 MHz,CD3OD)，δ：2.12～2.30 (m,3H),2.46～2.47 (m,1H),3.47～3.35 (m,2H),4.68 (t,1H);13CNMR (100 MHz,CD3OD)，δ：25.0,32.1,47.9,48.7,117.3。

2.2 合成條件的優(yōu)化

用本方法合成S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽的過程中，其中化合物Ⅹ的合成是最為關(guān)鍵的步驟。在化合物Ⅹ的合成中，文獻[11-12]使用了兩種溶劑：THF和二氯甲烷。考察了不同溶劑THF、乙腈和二氯甲烷對反應的影響。THF、乙腈作為溶劑，反應液后處理過濾時，濾液渾濁，濃縮物柱層析純化后，收集的產(chǎn)物在紫外燈下顯示出有色雜質(zhì)點。二氯甲烷作為溶劑，收率最高，幾乎反應完全，且產(chǎn)品中不會出現(xiàn)有色雜質(zhì)點。原因可能是THF、乙腈溶劑的極性較大，生成的酰胺極性也較大，EDCI反應產(chǎn)生的副產(chǎn)物摻雜其中，難以分離。因此，確定二氯甲烷為最適溶劑。

同時考察了反應時間對反應的影響，反應6 h左右反應完全。具體時間與室溫有一定的關(guān)系，反應時應用薄層色譜板跟蹤。因為Boc-L-脯氨酸和Boc-L-脯氨酰胺的極性相差不是很大，如果Boc-L-脯氨酸沒有反應完全，后處理則不能用閃柱層析純化，極大地影響操作的簡便性。該合成路線中的其它步驟反應均十分徹底，后處理可直接用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去溶劑或者濃縮后結(jié)晶獲得產(chǎn)物，十分方便。并且，合成的各個產(chǎn)物均經(jīng)核磁共振氫譜與文獻進行比對確定。

3 結(jié)論

探索了一種簡單有效地合成S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽的方法。以L-脯氨酸為起始原料，經(jīng)二碳酸二叔丁酯保護，以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和1-羥基苯并三唑活化羧基，用25%氨水溶液在室溫氨解、脫水和脫保護得到S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽。該方法操作簡便，試劑無需濃縮，設備簡單，并且有較高的總收率，適合實驗室研究和小試生產(chǎn)。

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節(jié)能減排 綠色發(fā)展

——《化學與生物工程》編輯部

Optimization in Synthesis Process ofS-2-Cyanopyrrolidine Trifluoroacetic Acid Salt

GUO Li-yuan1,DONG Zhi-yan1,WU Yuan-qiang2,HUANG Sheng-tang1,YAO Gang1,WU Shi1*

(1.HubeiKeyLaboratoryofCardiovascular,Cerebrovascular,andMetabolicDisorders,HubeiUniversityofScienceandTechnology,Xianning437100,China; 2.HuangshiExperimentalHighSchool,Huangshi435000,China)

Using L-proline as a raw material,which was protected by di-tert-butyl dicarbonate,ammoniated in 25% aqueous ammonia,dehydrated and deprotected at room temperature,we synthesized an important intermediate of DPP-4 inhibitor,S-2-cyanopyrrolidine trifluoroacetic acid salt.The total yield of four steps reached 50.6%.The synthetic method is simple in operation,the reagent need not to be concentrated,and the required equipment is simple.It is very suitable for laboratory research and small test production.

S-2-cyanopyrrolidine；DPP-4 inhibitor；synthesis

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

2017-03-07

郭麗媛(1986-)，女，湖南常德人，碩士研究生，研究方向：藥物合成，E-mail：glyyuchen@163.com；通訊作者：吳詩，副教授，E-mail：wushi2544@163.com。

10.3969/j.issn.1672-5425.2017.07.006

R914.2

A

1672-5425(2017)07-0031-04

郭麗媛，董志艷，吳遠強，等.S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽的合成工藝優(yōu)化[J].化學與生物工程，2017，34(7)：31-34.