碘普羅胺的合成工藝優(yōu)化研究

趙長(zhǎng)闊，馬家會(huì)，王先恒,2，熊麥安

(1.遵義醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院藥物化學(xué)教研室，貴州 遵義 563099；2.遵義醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院臨床藥學(xué)教研室，貴州 遵義 563099)

碘普羅胺的合成工藝優(yōu)化研究

趙長(zhǎng)闊1，馬家會(huì)1，王先恒1,2，熊麥安1

(1.遵義醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院藥物化學(xué)教研室，貴州 遵義 563099；2.遵義醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院臨床藥學(xué)教研室，貴州 遵義 563099)

目的摸索一條符合工業(yè)生產(chǎn)的碘普羅胺的合成工藝。方法以價(jià)廉易得的5-硝基異酞酸為原料，通過(guò)還原、碘化以及與SOCl2反應(yīng)得到5-氨基-2,4,6-三碘異酞酰氯5，再與甲氧基乙酰氯發(fā)生?；詈笠来闻c3-氨基-1,2-丙二醇和3-甲胺基-1,2-丙二醇反應(yīng)得到碘普羅胺。結(jié)果對(duì)于合成路線中的關(guān)鍵步驟進(jìn)行了工藝優(yōu)化，6步反應(yīng)總收率最高達(dá)24.5%。中間體及目標(biāo)化合物均通過(guò)1H NMR和13C NMR確證了結(jié)構(gòu)。結(jié)論該方法具有原料易得、合成步驟短、避免了柱層析純化操作以及產(chǎn)物總收率較高等優(yōu)點(diǎn)。

5-硝基異酞酸；間苯雙酰氯；工藝優(yōu)化；碘普羅胺

碘普羅胺(Iopromide)，商品名為優(yōu)維顯(Ultravist)，是由德國(guó)先靈(Schering)公司開發(fā)，于1985年首次在德國(guó)上市，臨床用作X-射線造影劑[1-2]。化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包含2,4,6-三碘-5-酰氨基-1,3-間苯二酰胺的母體結(jié)構(gòu)，為中性、非離子型化合物。碘普羅胺具有水溶性大、造影增強(qiáng)效果好、毒性較低、耐受性也較好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于數(shù)字減影血管造影、尿路、腎動(dòng)脈、心室、胃腸等造影以及CT掃描等[3]。

圖1 碘普羅胺(1)的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

從國(guó)家食藥監(jiān)局公開的藥品注冊(cè)信息顯示，德國(guó)先靈最早于2003年獲得批準(zhǔn)向我國(guó)出口碘普羅胺，至今仍然沒(méi)有一家國(guó)內(nèi)制藥企業(yè)獲得該仿制藥的生產(chǎn)批件。臨床用碘普羅胺全部依賴進(jìn)口，該原料藥合成在國(guó)內(nèi)尚處于研發(fā)階段。

有關(guān)碘普羅胺的合成，文獻(xiàn)主要報(bào)道了兩種合成思路及路線[4-5]：(1)以間苯雙酰氯衍生物為關(guān)鍵中間體，依次與甲氧基乙酰氯、3-氨基-1,2-丙二醇以及3-甲胺基-1,2-丙二醇形成酰胺鍵得到目標(biāo)產(chǎn)物[1]。該路線簡(jiǎn)潔、操作相對(duì)簡(jiǎn)便易行，但制備中容易產(chǎn)生雙取代(Bismer)副產(chǎn)物，且不宜分離。(2)以5-硝基-1,3-間苯二甲酸的單酯衍生物為中間體，該路線可避免副產(chǎn)物Bismer的生成，后續(xù)合成研究大多圍繞第二種路線，但總體步驟太過(guò)冗長(zhǎng)、且操作繁瑣[6-8]。適合工業(yè)化碘普羅胺的合成工藝有待進(jìn)一步開發(fā)。

根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)，首先選取了大多數(shù)研究小組采用的第二種路線：以5-硝基-1,3-間苯二甲酸的單酯為關(guān)鍵中間體，合成制備化合物2[1]，但依照文獻(xiàn)，嘗試用鐵粉或者催化氫化等還原方法對(duì)硝基進(jìn)行還原，但是產(chǎn)物難以純化(見圖2)。因此，重新選取第一種路線(見圖3)，以間苯雙酰氯衍生物5為關(guān)鍵中間體，通過(guò)優(yōu)化工藝，成功合成了碘普羅胺，涉及的中間體及目標(biāo)化合物均通過(guò)1HNMR和13CNMR確證了結(jié)構(gòu)。

圖2 碘普羅胺的合成路線二

1 材料與方法

1.1 材料 5-硝基異酞酸、甲氧基乙酸、3-氨基-1,2-丙二醇、3-甲氨基-1,2-丙二醇、SOCl2(分析純，國(guó)藥集團(tuán))；KI、KIO3、KOH、Na2CO3、冰醋酸、DMF(成都市科龍化工試劑廠)；石油醚、乙醚、甲醇、氯仿、二氯甲烷、乙酸乙酯、四氫呋喃、1，4-二氧六環(huán)(重慶川東化工集團(tuán)有限公司)；柱層析用硅膠(粒度200～300目)、硅膠薄層板(青島海洋化工廠)。

儀器采用81-2型暗箱三用紫外分析儀(上海司樂(lè)儀器有限公司)；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海箐海儀器有限公司RE-200E型)；Varian 400MHz核磁共振波譜儀(TMS作內(nèi)標(biāo)，安捷倫科技有限公司)；LC-10ATVP 型高效液相色譜儀(日本島津公司)；液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀(AB SCIEXL distribution)。

1.2 方法

1.2.1 (N,N’-雙(2,3-二羥基丙基)-2,4,6-三碘-5-[(2-甲氧基)乙酰氨基]-N-甲基-1,3-苯二酰胺 (碘普羅胺1)的合成路線 參考文獻(xiàn)[1,9]，以市場(chǎng)易得的5-硝基異酞酸為原料，通過(guò)硝基還原、碘化、以及與SOCl2反應(yīng)得到間苯雙酰氯衍生物 5[9]，再與甲氧基乙酰氯發(fā)生酰化反應(yīng)，最后依次與3-氨基-1,2-丙二醇和3-甲胺基-1,2-丙二醇反應(yīng)得到碘普羅胺1[1]；反應(yīng)路線參考圖3。

圖3 碘普羅胺的合成路線一

1.2.2 5-氨基異酞酸(化合物3)的制備 取鐵粉2.4g 、蒸餾水15.0 mL 置于圓底燒瓶中，快速攪拌下滴加HCl (36%) 0.3 mL，升溫回流1 h將鐵粉活化后，分批加入5-硝基異酞酸(2.0 g，9.48 mmol) 20 min內(nèi)加完)，加完后100 ℃回流2 h，TLC薄層板跟蹤原料消失。反應(yīng)液冷卻至室溫，用40%的NaOH (2.0 mL)調(diào)節(jié)pH至12～14，重新加熱，趁熱抽濾，熱水洗滌濾餅3次，摒棄濾餅，濾液用36%的HCl (2.5 mL)調(diào)節(jié)至pH1～3，析出無(wú)色結(jié)晶，將固體產(chǎn)物濾出洗滌后烘干，稱重1.51 g，產(chǎn)率87.8%。1H NMR (300 MHz,DMSO-d6),δ (ppm):12.86 (s,2H),7.63 (s,1H),7.35 (s,2H),5.76 (br,2H)。

1.2.3 5-氨基-2,4,6-三碘異酞酸(化合物4)的制備 將水5 mL、5-氨基異酞酸 (0.75 g，4.14 mmol)置于圓底燒瓶，攪拌后得到淡黃色微溶混合物，快速攪拌下加入2.7 mL 36.0%的HCl，再加入碘化鉀1.66 g (10 mmol)，控制油浴溫度在36～41℃，將碘酸鉀固體1.07 g (5 mmol) 溶解于水中并緩慢滴加至反應(yīng)瓶中，反應(yīng)液顏色變成棕褐色，滴加完成后浴溫升至80 ℃，繼續(xù)攪拌反應(yīng)過(guò)夜，TLC薄層板跟蹤原料消失。反應(yīng)液冷卻至室溫，析出固體產(chǎn)物，抽濾，濾餅用蒸餾水洗滌，烘干，得到化合物4，稱重1.53 g，產(chǎn)率66.2%。1H NMR (400 MHz,DMSO-d6),δ(ppm):13.78 (s,2H),5.56 (s,2H)。

1.2.4 5-氨基-2,4,6-三碘異酞酰氯(化合物5)的制備 取5-氨基-2,4,6-三碘異酞酸(17.21 g,30.8 mmol) 、乙酸乙酯100.0 mL置于干燥的圓底燒瓶中，攪拌下緩慢滴加氯化亞砜(15.0 mL)，油浴加熱攪拌升溫至90 ℃回流，1.5 h后反應(yīng)液變澄清，4 h后TLC跟蹤原料消失。停止反應(yīng)，減壓蒸餾去除乙酸乙酯及過(guò)量的氯化亞砜。殘留液加入乙酸乙酯(15.0 mL)重新溶解后，加入石油醚，析出固體產(chǎn)物。過(guò)濾，干燥，得到目標(biāo)產(chǎn)物16.0 g，為無(wú)色粉末，產(chǎn)率87.2%；Rf=0.91(甲醇/二氯甲烷= 10/1,添加0.5%的冰乙酸)；1H NMR (400 MHz,DMSO-d6),δ (ppm):6.06 (s,2H)。

1.2.5 5-甲氧基乙酰氨基-2,4,6-三碘異酞酰氯(化合物6)的制備 取甲氧基乙酸8.9g于干凈干燥的反應(yīng)燒瓶中，加入N,N-二甲基甲酰胺 29.0 mL，冰浴中攪拌。滴加8.4 mL氯化亞砜，然后加入5-氨基-2,4,6-三碘異酞酰氯(10.0 g，16.8 mmol)，升溫至25～30 ℃反應(yīng)15 h，將反應(yīng)液倒入700 mL水中攪拌，固體析出，過(guò)濾，50 ℃真空恒溫干燥，得到化合物6粗產(chǎn)品10.50 g，將此粗品溶于二氯甲烷中，依次用飽和Na2CO3、5%的氫氧化鈉水溶液洗滌，二氯甲烷層用無(wú)水Na2SO4干燥后，減壓蒸除溶劑后，得到白色固體，真空60 ℃干燥后得到化合物6的純品9.98 g，產(chǎn)率89.0%。Rf= 0.55 (石油醚：乙酸乙酯=5：3)；1H NMR (400 MHz,DMSO-d6),δ (ppm):5.50-6.50 (br,1 H),3.91 (s,2 H),3.33 (s,3 H)。

1.2.6 3-[(2-甲氧基)乙酰氨基]-5-(2,3-二羥基正丙氨基甲酰基)-2,4,6-三碘苯甲酰氯(化合物7)的制備 將5-甲氧基乙酰氨基-2,4,6-三碘異酞酰氯(0.5 g，0.75 mmol)、1,4-dioxane 20 mL置于干燥的圓底燒瓶中，攪拌成懸浮液，冰浴中攪拌下緩慢滴加3-氨基-1，2-丙二醇 (0.075g，0.84mmol)，加熱回流10 h。將反應(yīng)液緩慢加入50.0 mL二氯甲烷中，并快速攪拌，析出白色固體，抽濾，真空干燥后化合物7 (0.462g，85.3%)。Rf= 0.32 (展開劑為二氯甲烷：甲醇=10∶1)；1HNMR (400 MHz,DMSO-d6),δ (ppm):3.98-4.03(m,1 H),3.67(s,1 H),3.41(d,J=24 Hz,2 H),3.10(s,1H),1.07(s,1H)。

1.2.7 碘普羅胺(化合物1)的制備 將(3-[(2-甲氧基)乙酰氨基]-5-[2,3-二羥基正丙基甲酰胺基])-2,4,6-三碘苯甲酰氯 (674 mg，0.93 mmol)、DMF 1.4 mL置于圓底燒瓶中，溶解攪拌后，冰浴中緩緩滴加3-甲胺基-1,2-丙二醇 (229 mg，2.18 mmol，溶解于0.6 mL DMF中) 滴加完畢后，繼續(xù)室溫?cái)嚢璺磻?yīng)，TLC跟蹤反應(yīng)，展開劑為CH2Cl2/CH3OH = 5/2，1.5h后TLC顯示原料點(diǎn)消失，停止反應(yīng)，將反應(yīng)液緩慢加入50.0 mL二氯甲烷中，并快速攪拌，析出白色固體，抽濾，得到白色固體產(chǎn)物，粗品通過(guò)乙醇重結(jié)晶后干燥稱重470 mg，產(chǎn)率：63.8%，Rf=0.57(展開劑為CH2Cl2/CH3OH=5/1)。1H NMR (400 MHz,DMSO-d6),δ (ppm):8.39(s,1H),7.24(s,1H),4.72(d,J= 28 Hz,2 H),4.48-4.60 (m,2H),3.65-3.88(m,3 H),3.34(s,3 H),3.14(s,4 H),2.95(s,3H),2.82-2.86(m,2H),2.48(s,1H)。13C NMR (100 MHz,DMSO-d6)：δ (ppm):170.70,170.26,156.13,156.05,149.94,148.10,91.91,70.54,70.49,70.39,64.38,64.34,60.96,50.56,42.95,37.63,34.53,19.02.MS:[M+1]+=792,HPLC 98.5%。測(cè)定條件：層析柱：Agela Venusil MPC-18 (5 μm，4.6×150 mm)；流動(dòng)相：梯度洗脫，65%CH3CN (0.05%TFA)、35%H2O (0.05%TFA)、100% CH3CN (0.05%TFA)。流速：1.0 mL / min；檢測(cè)波長(zhǎng)：254 nm。

2 結(jié)果

對(duì)于圖3的反應(yīng)路線的每一步驟，通過(guò)制備工藝中各項(xiàng)參數(shù)優(yōu)化，得到最佳實(shí)驗(yàn)制備條件。

2.1 化合物5的反應(yīng)條件優(yōu)化 對(duì)于化合物5的制備，專利文獻(xiàn)EP091583581采用SOCl2+喹啉+十二烷在80℃反應(yīng)，反應(yīng)液后處理時(shí)無(wú)法完全除去SOCl2，與甲氧基乙酰氯的反應(yīng)副產(chǎn)物增多，產(chǎn)物不易純化。研究嘗試使用SOCl2在乙酸乙酯中進(jìn)行回流反應(yīng)，旋蒸去除溶劑后，用再結(jié)晶辦法，先將粗品溶解于乙酸乙酯中，再加入不良溶劑石油醚，慢速析出純凈的白色固體產(chǎn)物，收率可達(dá)87%。

2.2 化合物6的反應(yīng)條件優(yōu)化 由表1得出化合物6的最佳合成條件是：5-氨基-2,4,6-三碘異酰氯、氯化亞砜、甲氧基乙酸的摩爾比為1∶6.88∶5.8；反應(yīng)時(shí)間為15～23 h，溫度為25 ℃，產(chǎn)率最佳可達(dá)89%。反應(yīng)時(shí)間通過(guò)TLC薄層板示蹤得出，原料點(diǎn)完全消失即達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)。

表1不同摩爾配比對(duì)化合物6收率的影響

序號(hào)5-氨基-2,4,6-三碘異酞酰氯(摩爾比)氯化亞砜(摩爾比)甲氧基乙酸(摩爾比)時(shí)間(h)產(chǎn)率(%)115.486.892487.2215.486.892380.0318.2510.291080.4418.2510.292467.2516.885.81589.0617.065.882388.8

2.3 化合物7的反應(yīng)條件優(yōu)化 從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，化合物6由于含有兩個(gè)酰氯基團(tuán)，與3-氨基-1,2-丙二醇進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，如果條件控制不好，理論上會(huì)產(chǎn)生較多的雙?；碑a(chǎn)物 (bismer)，且由于副產(chǎn)物與產(chǎn)物結(jié)構(gòu)較為類似，且極性均較大，產(chǎn)物難以提純。對(duì)于此步反應(yīng)，我們重點(diǎn)針對(duì)3-氨基-1,2-丙二醇與底物的摩爾比，以及反應(yīng)溶劑的選擇進(jìn)行了多次工藝改進(jìn)，結(jié)果見表2。

表2化合物7的工藝優(yōu)化

序號(hào)摩爾比(3-氨基-1,2-丙二醇/化合物6)溶劑堿時(shí)間(h)產(chǎn)率(%)10.79DMF2425.221.0DMF2460.131.1DMF2465.231.5DMF2464.641.1DMF三丁胺2474.151.11,4-二氧六環(huán)三丁胺2474.461.11,4-二氧六環(huán)幾滴DMF1079.171.11,4-二氧六環(huán)1085.3

由表中可知，當(dāng)3-氨基-1,2-丙二醇與底物的摩爾比為1.1，采用1,4-二氧六環(huán)為溶劑，不僅收率最高達(dá)85%，雙?；碑a(chǎn)物 (bismer)含量較少。同時(shí)避免了采用高沸點(diǎn)DMF，便于反應(yīng)后處理。

2.4 步驟六的反應(yīng)條件優(yōu)化 選取DMF作為反應(yīng)溶劑，由表3可知反應(yīng)條件都相同時(shí)，收率不夠穩(wěn)定，其原因與上一步產(chǎn)物純度有關(guān)，反應(yīng)時(shí)間根據(jù)TLC現(xiàn)實(shí)原料點(diǎn)消失為準(zhǔn)。

表3碘普羅胺的工藝優(yōu)化

序號(hào)化合物7投料量(化合物7,g)3-甲氨基-1,2-丙二醇/化合物7(摩爾比)時(shí)間(h)收率(%)110.122.34162.1210.32.34142.8310.672.341.563.8410.542.34441.1511.62.30257.5

文獻(xiàn)中[1]，對(duì)碘普羅胺的最后一步制備中，采用離子樹脂Amberlite XAD-4來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的純化，實(shí)際上，經(jīng)該方法純化得到的碘普羅胺，雖然文獻(xiàn)報(bào)道收率有69%，但是純度較低，約60%左右。同時(shí)用樹脂純化也不符合工業(yè)化生成需求。因此，我們采用簡(jiǎn)單的重結(jié)晶辦法處理后，得到了不僅高純度的碘普羅胺，同時(shí)也符合工業(yè)生產(chǎn)的需求。

3 討論

方法[10]，以廉價(jià)易得的5-硝基異酞酸為原料，通過(guò)硝基還原、碘化、以及與SOCl2反應(yīng)得到間苯雙酰氯衍生物5為關(guān)鍵合成中間體，先后與甲氧基乙酰氯、3-氨基-1,2-丙二醇和3-甲胺基-1,2-丙二醇形成酰胺鍵；成功合成了碘普羅胺，產(chǎn)品色澤好，純度高；合成的中間體及目標(biāo)產(chǎn)物均通過(guò)1HNMR和13CNMR確證了結(jié)構(gòu)。

在制備碘普羅胺的六步反應(yīng)中，通過(guò)還原、碘化得到化合物4的反應(yīng)操作簡(jiǎn)單，且各步收率均較高。本項(xiàng)研究中，重點(diǎn)針對(duì)化合物5至目標(biāo)產(chǎn)物1的合成進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)參數(shù)優(yōu)化，主要考察了反應(yīng)關(guān)鍵底物的投料比、溫度、溶劑以及時(shí)間等因素對(duì)于產(chǎn)物收率的影響(見表1～3)；最終得到優(yōu)化的合成制備條件。合成路線簡(jiǎn)潔，整體步驟少，終產(chǎn)品收率較高，總收率最高達(dá)24.5%。期望能通過(guò)后續(xù)的放大研究，推動(dòng)碘普羅胺國(guó)產(chǎn)工業(yè)化生產(chǎn)，減少進(jìn)口，從而降低患者用藥成本。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Speck U,Blaszkiewicz P,Seidelmann D,et al.Novel triiodinatedisophthalic acid diamidesasnonionic X-ray contrast media [P].US:4364921A,1982-12-21.

[2] Chao S H,Kim H S,Lee J Y,et a1.Fixed drug eruption due to iopromide (Ultravist) [J].Annals of Dermatology,2011,23(suppl 1):33-35.

[3] 蔡德山.造影劑藥物進(jìn)展與市場(chǎng)透視[J].中國(guó)醫(yī)藥技術(shù)經(jīng)濟(jì)與管理,2008,2(9):16-21.

[4] 趙文龍.碘普羅胺合成路線圖解[J].淮海工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2013,22(3):50-52.

[5] 陸悠玲.碘普羅胺的專利合成路線淺談[J].廣東化工,2015,42(6):1-3.

[6] Hwang K S,Chung S M,Kim C K,et al.Process for preparation of iopromide[P].US:8420858.2013-04-16.

[7] 王哲，陳仕洪，張婷婷，等.碘普羅胺的合成[J].中國(guó)醫(yī)藥工業(yè)雜志，2012，43(7):527-529.

[8] 張懷義,劉穎平,許志杰，等.碘普羅胺的新制備方法[P].中國(guó)：102964269A.2013-03-13.

[9] 謝敏浩,羅世能,何擁軍，等.5-甲氧基乙酰胺基-2,4,6-三碘異酞酰氯的合成[J].中國(guó)醫(yī)藥雜志,2001,32(3):134-135.

[收稿2017-07-11;修回2017-09-10]

(編輯：王福軍)

技術(shù)與方法

Researchonthesynthesisprocessoptimizationofiopromide

ZhaoChangkuo1,MaJiahui1,WangXianheng1,2,XiongMaian1

(1.Department of Medicinal Chemistry,School of Pharmacy,Zunyi Medical University,Zunyi Guizhou 563099,China; 2.Department of Clinical Pharmacy,School of Pharmacy,Zunyi Medical University,Zunyi Guizhou 563099,China)

ObjectiveToexplore an industrial manufacture procedure for the active pharmaceutical ingredient (API) Iopromide.MethodsStarting from 5-nitro-isophthalic acid,the key synthetic intermediate of m-benzoyl dichloride 5 was prepared by reduction,iodination and reaction with SOCl2,which reacted in turn with methoxyacetyl chloride,3-amino-1,2-propanediol and 3-methylamino-1,2-propanediol to give iopromide.ResultsThe API iopromide was obtained in total 24.5% of yield with 6 steps.Intermediates and the target compounds were confirmed by1HNMR and13CNMR.ConclusionThe method has the advantages of easy availability of raw materials,involving short synthesis steps,avoiding column chromatography for purification with high total yield of the final product.

5-nitroisophthalic acid; m-benzoyl dichloride; process optimization; Iopromide

遵義醫(yī)學(xué)院自然科學(xué)類招標(biāo)課題([2013]F-680)；遵義醫(yī)學(xué)院博士啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目(NO：[2014]F697)。

王先恒，女，博士，副教授，研究方向:藥物合成及臨床藥學(xué)，E-mail:wangxianheng01@163.com。

R914

A

1000-2715(2017)05-0564-04