CXCR4拮抗劑普樂(lè)沙福的合成工藝改進(jìn)

劉愛(ài)芹,于勝海,孫敬勇,孫 捷,張平平,吳忠玉*

(1.山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院 藥物研究所，山東 濟(jì)南 250062; 2.濟(jì)南大學(xué) 山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250062; 3.國(guó)家衛(wèi)生部 生物技術(shù)藥物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 濟(jì)南 250062; 4.山東省罕少見(jiàn)病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 濟(jì)南 250062)

CXCR4拮抗劑普樂(lè)沙福的合成工藝改進(jìn)

劉愛(ài)芹1，2，3，4,于勝海1，2，3，4,孫敬勇1，2，3，4,孫 捷1，2，3，4,張平平1，2，3，4,吳忠玉1，2，3，4*

(1.山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院 藥物研究所，山東 濟(jì)南 250062; 2.濟(jì)南大學(xué) 山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250062; 3.國(guó)家衛(wèi)生部 生物技術(shù)藥物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 濟(jì)南 250062; 4.山東省罕少見(jiàn)病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 濟(jì)南 250062)

本文開(kāi)發(fā)了普樂(lè)沙福的一種新合成工藝,以乙二胺、丙二酸二乙酯等常見(jiàn)試劑為起始原料, 經(jīng)Michael加成、成環(huán)、與1, 4-二(鹵代甲基)苯親核取代,再利用I2-NaBH4還原體系替代文獻(xiàn)報(bào)道的昂貴還原試劑制備普樂(lè)沙福. 與原工藝相比,能顯著降低生產(chǎn)成本、副產(chǎn)物少、后處理操作簡(jiǎn)便、節(jié)能環(huán)保.

普樂(lè)沙福; CXCR4拮抗劑; 工藝改進(jìn); 還原反應(yīng)

非霍奇金淋巴瘤、多發(fā)性骨髓瘤等血液系統(tǒng)腫瘤患者通常采用自體造血干細(xì)胞移植等方法進(jìn)行造血系統(tǒng)的援救和再建. 最早用作自體移植的造血干細(xì)胞源自骨髓, 后因發(fā)現(xiàn)粒細(xì)胞集落刺激因子(G-CSF)具有動(dòng)員造血干細(xì)胞自骨髓進(jìn)入外周血循環(huán)的能力,故G-CSF單用或聯(lián)用化療藥物便逐漸發(fā)展成為自體移植用造血干細(xì)胞動(dòng)員的標(biāo)準(zhǔn)方案[1-2]. 趨化因子CXCL12又稱(chēng)基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1 (SDF-1), 是趨化因子受體CXCR4的配體,在造血干細(xì)胞運(yùn)輸和循靶至骨髓的過(guò)程中發(fā)揮重要作用. 一旦進(jìn)入骨髓, 干細(xì)胞CXCR4直接通過(guò)SDF-1, 或者誘導(dǎo)其他黏附分子幫助將這些細(xì)胞固定于骨髓基質(zhì), 由于SDF-1與CXCR4之間的相互作用使造血干細(xì)胞停留在骨髓內(nèi).影響或阻斷CXCR4趨化因子受體配體結(jié)合, 可使黏附于骨髓基質(zhì)的造血干細(xì)胞被釋放至循環(huán)中, 從而調(diào)節(jié)造血干細(xì)胞的遷徙. 這對(duì)骨髓造血干細(xì)胞移植十分有用[3-4].

普樂(lè)沙福(Plerixafor)是美國(guó)Genzyme 公司研發(fā)的CXCR4專(zhuān)一性拮抗劑[5-6],其注射液已于2008年12月被美國(guó)FDA批準(zhǔn)上市, 商品名為Mozobil.該藥是一種造血干細(xì)胞激活劑,同時(shí)具有刺激造血干細(xì)胞增殖、分化進(jìn)入血液循環(huán)的功能.由于非霍奇金淋巴瘤和多發(fā)性骨髓瘤大部分緩解病例和進(jìn)展病例需進(jìn)行末梢血自體造血干細(xì)胞移植, 而普樂(lè)沙福聯(lián)合G-CSF能明顯提高患者外周血中CD34+細(xì)胞的數(shù)量, 保證了非霍奇金淋巴瘤和多發(fā)性骨髓瘤患者自體造血干細(xì)胞移植的成功[7].臨床研究表明, 普樂(lè)沙福能大幅度提高患者的白細(xì)胞數(shù)量并促進(jìn)造血干細(xì)胞從骨髓向血液流動(dòng),與粒細(xì)胞集落刺激因子(G-CSF)有協(xié)同作用; 已用于多發(fā)性骨髓瘤與非霍奇金淋巴瘤患者干細(xì)胞移植的臨床治療.

普樂(lè)沙福(化合物1，圖1), 化學(xué)名為1,1′-[1,4-亞苯基二(亞甲基)]-二-1,4,8,11-四氮雜環(huán)十四烷.關(guān)于普樂(lè)沙福的合成國(guó)內(nèi)外都有一些文獻(xiàn)報(bào)道[8-11], 通過(guò)對(duì)這些合成路線加以匯總分析,普樂(lè)沙福的合成主要包括以下幾種方法:

圖1 普樂(lè)沙福(化合物1)的結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structure of plerixafor (compound 1)

方法一: 以1, 4, 8, 11-四氮雜環(huán)十四烷為原料, 經(jīng)過(guò)N1,N4,N8三保護(hù), 與1,4-二(鹵代甲基)苯進(jìn)行橋連, 脫保護(hù)制得成品.反應(yīng)路線如下, 其中R為對(duì)甲苯磺?；?甲磺?；? 三氟乙?；?叔丁氧羰基等(圖2).

圖2 普樂(lè)沙福合成路線一Fig.2 Synthetic route 1 of plerixafor

方法二: 以1, 4, 8, 11-四氮雜環(huán)十四烷為原料, 在無(wú)水、無(wú)氧條件下,經(jīng)環(huán)內(nèi)保護(hù)后與1, 4-二(鹵代甲基)苯橋連,再經(jīng)脫保護(hù)得到普樂(lè)沙福. 合成路線如下, 其中R 為P,Ni等(圖3).

圖3 普樂(lè)沙福合成路線二Fig.3 Synthetic route 2 of plerixafor

方法三:以丙烯酸甲酯和乙二胺為原料, 先進(jìn)行Michael加成、環(huán)合, 再與1, 4-二(鹵代甲基)苯橋連,再經(jīng)還原反應(yīng)得到普樂(lè)沙福(圖4).

圖4 普樂(lè)沙福合成方法三Fig.4 Synthetic route 3 of plerixafor

目前采用的這幾種方法各有優(yōu)缺點(diǎn). 方法一雖然操作步驟少, 但使用三氟乙酸乙脂保護(hù)時(shí), 由于三氟乙酰基的強(qiáng)極性,導(dǎo)致第四個(gè)未保護(hù)-NH的活性降低,通常后續(xù)反應(yīng)不能完全反應(yīng), 從而進(jìn)一步脫保護(hù)后引入了很難去除的雜質(zhì)1, 4, 8, 11-四氮雜環(huán)十四烷.使用對(duì)甲苯磺基等其他保護(hù)劑進(jìn)行反應(yīng)時(shí)脫保護(hù)步驟為嚴(yán)格步驟,因?yàn)槊摫Ｗo(hù)試劑(如氫溴酸/冰醋酸,濃硫酸等)常常會(huì)誘發(fā)副反應(yīng). 方法二與方法一同樣以1, 4, 8, 11-四氮雜環(huán)十四烷為起始原料,該原料不易制備,若直接購(gòu)買(mǎi)價(jià)格昂貴;且反應(yīng)需要無(wú)水、無(wú)氧等操作, 不利于工業(yè)生產(chǎn).方法三以丙烯酸甲酯、乙二胺等常見(jiàn)的原料或試劑進(jìn)行制備, 成本低廉, 但最后一步還原反應(yīng)以硼烷-二甲硫醚絡(luò)合物作為還原劑,價(jià)格昂貴且容易產(chǎn)生危險(xiǎn), 反應(yīng)溶劑需要嚴(yán)格無(wú)水處理并需要?dú)鍤獗Ｗo(hù).

本文作者對(duì)已有的工藝路線進(jìn)行改進(jìn),采用乙二胺、丙二酸二乙酯等常見(jiàn)試劑為起始原料, 經(jīng)Michael加成、成環(huán)先制備關(guān)鍵中間體與1, 4-二(鹵代甲基)苯橋連, 再經(jīng)I2-NaBH4還原體系還原得到普樂(lè)沙福.(圖5)

a)乙二胺,60 ℃; b)丙二酸二乙酯,甲醇; c)α,α′-二溴對(duì)二甲苯,乙腈,回流; d)硼氫化鈉,碘,四氫呋喃,鹽酸.圖5 普樂(lè)沙福的合成Fig.5 Synthesis of plerixafor

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

WRR熔點(diǎn)儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司), 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器DF101S(鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司), 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海申升科技有限公司), 低溫恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)浴(鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司),Waters高效液相色譜儀(美國(guó)waters), 乙二胺、丙二酸二乙酯、N,N-二異丙基乙胺、α,α′-二溴對(duì)二甲苯、硼氫化鈉(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司), 叔丁醇鉀(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司).乙腈、甲醇、四氫呋喃、二氯甲烷等均為市售分析純?cè)噭?

1.2 合成步驟

1.2.1 化合物3的合成

7.1 mL丙烯酸甲酯(79 mmol, 1 eq)室溫?cái)嚢柘戮徛渭拥揭叶?85 mL, 1.3 mol, 16 eq)中. 反應(yīng)輕微放熱.室溫放置過(guò)夜, 并與60 ℃攪拌4 h. 減壓除去過(guò)量的乙二胺, 真空干燥過(guò)夜(室溫過(guò)夜,70 ℃ 1 h)得13.3 g無(wú)色油狀物(97%)MS(m/z): 478 [M+1]+.

1.2.2 化合物4的合成

11.6 mL丙二酸二乙酯(76 mmol)的甲醇溶液(40 mL)一次性加入到化合物2的甲醇溶液中(13.3 g, 76 mmol,溶于760 mL甲醇). 室溫?cái)嚢柘路磻?yīng)2 d, 回流反應(yīng)1 d. 溶液逐漸變?yōu)闇\紅色.反應(yīng)完畢減壓除去甲醇,柱層析分離得1.7 g白色固體(11.4%).

1.2.3 化合物5的合成

向化合物4(1.37 g,5.68 mmol, 1 eq)的乙腈混懸溶液(30 mL), 加入0.75 gα,α′-二溴對(duì)二甲苯(2.84 mmol, 0.5 eq), 6.5 mL N,N-二異丙基乙胺(DIEA, 39.3 mmol, 7 eq). 回流42 h(現(xiàn)象為升溫5 min后溶液變澄清,然后逐漸出現(xiàn)白色渾濁). 停止加熱后,冷卻到室溫,過(guò)濾,并用20 mL甲醇洗2次, 得1.30 g白色粉末(96%).

1.2.4 普樂(lè)沙福(化合物1)的合成

0.50 g化合物5,(0.85 mmol, 1 eq), 0.42 g硼氫化鈉(12.24 mmol, 14.4 eq)投入三頸瓶中,加入無(wú)水四氫呋喃20 mL.冰浴且通氮?dú)獗Ｗo(hù)下滴加1.30 g碘(5.1mmol, 6 eq)的四氫呋喃溶液(40 mL). 滴加完畢后回流42 h, 反應(yīng)液為白色渾濁.冰浴下滴加3 mol·L-1HCl 7 mL(有氣泡產(chǎn)生), 變?yōu)辄S色溶液(pH=1)并有少量白色絮狀沉淀. 反應(yīng)液回流2 h, 白色絮狀消失.減壓除去四氫呋喃得黃色水溶液(底部少量紅色油狀物), 用30 mL二氯甲烷萃取3次(水相無(wú)色,黃色二氯甲烷層), 冰浴下將水相用氫氧化鉀固體調(diào)節(jié)pH到12,出現(xiàn)少量白色渾濁,用二氯甲烷萃取(30 mL×4), 重結(jié)晶得0.18 g類(lèi)白色固體(42%). TLC顯示自制品Rf值與對(duì)照品一致,m.p. 239～240 ℃(文獻(xiàn)值:239～241 ℃),MS(m/z): 503 [M+1]+,1H-NMR (400 MHz,D2O)δ1.89 (br, 4H), 2.12 (br, 4H), 2.80～3.32 (br, m, 32H), 3.89 (s, 4H), 7.38 (s, 4H).

2 結(jié)果與討論

酰胺類(lèi)化合物相對(duì)穩(wěn)定, 其還原反應(yīng)不易發(fā)生,目前已有文獻(xiàn)報(bào)道可采用LiBH4-Me3SiCl, NaBH4-TiCl4,NaBH4-MeSO2OH, 硼烷-二甲硫醚絡(luò)合物等還原體系進(jìn)行還原, 且存在反應(yīng)不完全、副產(chǎn)物多、操作要求嚴(yán)格等缺點(diǎn). 普樂(lè)沙福前體存在6個(gè)酰胺鍵需要被同時(shí)還原為氨基,原工藝文獻(xiàn)使用硼烷-二甲硫醚絡(luò)合物進(jìn)行該步驟的還原反應(yīng). 硼烷[12-13]還原性較強(qiáng), 但價(jià)格昂貴, 且本身毒性較大, 對(duì)操作要求嚴(yán)苛,具有一定危險(xiǎn)性. 文獻(xiàn)報(bào)道可利用I2-NaBH4體系還原酰胺用于胺的制備[14], 但使用I2-NaBH4體系同時(shí)還原6個(gè)酰胺鍵制備普樂(lè)沙福的新方法尚未見(jiàn)報(bào)道.

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)摸索,確定6倍當(dāng)量 I2和14.4當(dāng)量的硼氫化鈉作為還原劑還原效果與硼烷-二甲硫醚絡(luò)合物接近. 產(chǎn)物雜質(zhì)少, 重結(jié)晶可得純品, 初次重結(jié)晶收率為42%, 后期利用母液回收套用、母液再次析晶等操作, 收率能進(jìn)一步提高.本工藝能有效節(jié)約還原劑成本,且操作簡(jiǎn)便, 利于后期放大在車(chē)間進(jìn)行生產(chǎn).

3 結(jié)論

本文報(bào)道了利用I2-NaBH4還原體系制備普樂(lè)沙福的一種新工藝. 該工藝替代文獻(xiàn)報(bào)道的昂貴還原試劑, 能顯著降低生產(chǎn)成本,還原效果較好, 且副產(chǎn)物少、后處理操作簡(jiǎn)便、安全性好. 在工業(yè)化制備普樂(lè)沙福過(guò)程中有較好的應(yīng)用價(jià)值.

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ProcessimprovementonsynthesisofCXCR4antagonistplerixafor

LIU Aiqin1，2，3，4, YU Shenghai1，2，3，4, SUN Jingyong1，2，3，4, SUN Jie1，2，3，4, ZHANG Pingping1，2，3，4, WU Zhongyu1，2，3，4*

(1.InstituteofMateriaMedica,ShandongAcademyofMedicalSciences,Jinan250062,Shandong,China;2.SchoolofMedicineandLifeSciences,ShandongAcademyofMedicalSciences,UniversityofJinan,Jinan250062,Shandong,China; 3.KeyLab.ofRareandUncommonDiseasesofShandongProvince,Jinan250062,Shandong,China;4.KeyLaboratoryforRare&UncommonDiseasesofShandongProvince,Jinan250062,Shandong,China)

Using ethylenediamine and diethyl malonate as starting materials, a new synthetic process of Plerixafor was developed. With Michael addition, cyclization, nucleophilic substitution by 1, 4-bis(bromomethyl) benzene, and last redution using the I2-NaBH4instead of expensive reductant reported in literatures, plerixafor was successful prepared. Comparing with reported method, this new synthetic route can significantly reduce the production cost, has less by-products, is simple and energy-efficient.

plerixafor; CXCR4 antagonist; technological improvement; reduction reaction

O627

A

1008-1011(2017)05-0584-05

2017-01-17.

山東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(ZR2014YL035); 2014年度留學(xué)人員科技活動(dòng)項(xiàng)目擇優(yōu)資助項(xiàng)目; 濟(jì)南大學(xué)教研項(xiàng)目(J1447); 山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院院級(jí)科技計(jì)劃面上項(xiàng)目(2016-5); 山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)藥衛(wèi)生科技創(chuàng)新工程.

劉愛(ài)芹(1969-), 女, 副研究員, 研究方向?yàn)樗幬锘瘜W(xué).*

, E-mail: wu_med@foxmail.com.

[責(zé)任編輯：張普玉]