Ivacaftor關(guān)鍵中間體2,4-二叔丁基-5-氨基苯酚的合成工藝研究

門 靖，曹衛(wèi)凱

西安萬隆制藥股份有限公司，西安710119

囊性纖維化(CF)是一種常染色體隱性遺傳病，由染色體基因突變所導(dǎo)致的囊性纖維化跨膜電導(dǎo)調(diào)節(jié)(CFTR)蛋白缺陷或缺失引起[1-3]。CF會導(dǎo)致細(xì)胞穩(wěn)態(tài)狀態(tài)被破壞、并阻礙細(xì)胞水、電解質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)功能，使黏液腺分泌物中酸性糖蛋白含量增加，造成黏液分泌過多，引起肺部反復(fù)感染，每2 000～2 500個新生兒中有一個患此病，患者的中位壽命在20歲左右[4-5]。2012年1月31日，Vertex制藥公司的Ivacaftor(商品名：Kalydeco)獲得美國食品藥品管理局(FDA)批準(zhǔn)上市，用于治療CFTR基因發(fā)生特定的G551D突變引起的、6歲以上的CF患者。Ivacaftor是CFTR蛋白的一種增效劑，通過增加離子流動來增強(qiáng)氯離子在細(xì)胞膜的跨膜運(yùn)輸能力[6-7]。

Ivacaftor(VX-770，Ⅰ)，化學(xué)名為N-(2，4-二叔丁基-5-羥基苯基)-1，4-二氫-4-氧代-3-喹啉甲酰胺，分子式C24H28N2O3，CAS號873054-44-5。其合成方法主要采用1，4-二氫-4-氧代-3-喹啉羧酸和2，4-二叔丁基-5-氨基苯酚兩部分縮合反應(yīng)制備。2，4-二叔丁基-5-氨基苯酚是制備原料藥Ivacaftor的關(guān)鍵中間體，其合成方法文獻(xiàn)報道較少，根據(jù)起始原料的不同有以下2種合成路線：1)以2，4-二叔丁基苯酚為原料，經(jīng)酯化、硝化、水解、還原四步反應(yīng)制備目標(biāo)產(chǎn)品[8-9]。酯化反應(yīng)時使用氯甲酸甲酯保護(hù)羥基，該物質(zhì)為劇毒品、易燃、有腐蝕性。硝化過程中會產(chǎn)生異構(gòu)體雜質(zhì)，需采用柱層析分離純化、且消耗大量的洗脫劑，收率低，限制其工業(yè)化放大生產(chǎn)。2)江鑼斌等[10]以廉價易得的間氨基酚為起始原料，經(jīng)乙?；Ｗo(hù)氨基、烷基化、水解三步反應(yīng)制備目標(biāo)產(chǎn)品。該路線反應(yīng)步驟較少、操作方便。但烷基化反應(yīng)時以甲苯做溶劑，且加入大量濃鹽酸，對設(shè)備要求高，不符合醫(yī)藥合成EHS管理體系要求。再者水解反應(yīng)時高溫回流12 h，后處理需經(jīng)減壓蒸餾、調(diào)節(jié)pH、重結(jié)晶等多種工序處理，較為繁瑣，收率低。

針對上述工藝不足，筆者提出了以下合成路線，以2，4-二叔丁基苯酚(Ⅱ)為原料，經(jīng)亞硝化反應(yīng)制得2，4-二叔丁基-5-亞硝基苯酚(Ⅲ)，再經(jīng)還原反應(yīng)制備目標(biāo)產(chǎn)品Ⅰ，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR和MS確證。實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)研究了反應(yīng)物配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等關(guān)鍵工藝參數(shù)，獲得了最優(yōu)的生產(chǎn)工藝。同時測試了目標(biāo)產(chǎn)品粒徑分布情況，為后續(xù)制備原料藥Ivacaftor粒徑控制提供參考。該合成方法規(guī)避了重金屬雜質(zhì)的沉積、有毒品氯甲酸甲酯的使用，工藝穩(wěn)定，對2，4-二叔丁基-5-氨基苯酚的工業(yè)化生產(chǎn)及Ivacaftor原料藥的研究提供借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑及儀器

2，4-二叔丁基苯酚，上海邁瑞爾化學(xué)技術(shù)有限公司，含量≥98.0%；乙醇、乙酸乙酯、異丙醇、硫酸、亞硝酸鈉、硫代硫酸鈉，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氮?dú)?，西安欣祥電氣有限?zé)任公司。

AV-400 MHz型核磁共振儀，德國Bruker公司；3100 型質(zhì)譜儀，美國Waters公司；JH-60全自動熔點(diǎn)儀，上海佳航儀器儀表有限公司；激光粒度儀，英國Malvern公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1合成路線

目標(biāo)產(chǎn)品的合成路線見圖1。

圖1 目標(biāo)產(chǎn)品合成路線圖

1.2.22，4-二叔丁基-5-亞硝基苯酚(Ⅲ)的合成原理

向2 L 三頸瓶中通入氮?dú)?，依次加入異丙?1.2 L和原料2，4-二叔丁基苯酚100.0 g(0.48 mol)，攪拌0.5 h，緩慢滴加濃硫酸，滴畢后于15～25 ℃加入亞硝酸鈉水溶液0.2 L，室溫反應(yīng)3 h，反應(yīng)結(jié)束后，減壓蒸餾回收溶劑，用0.1 L水打漿0.5 h，過濾、干燥得98.6 g白色固體Ⅲ，收率87.3 %。1H NMR(400 MHz，DMSO-d6)，δ：1.32(s，18H，2C(CH3))，6.87(s，1H，Ar-H)，7.04(s，1H，Ar-H)，8.34(s，1H，OH)。ESI-MS(m/z)，236.3[M+H]+。

1.2.32,4-二叔丁基-5-氨基苯酚(Ⅰ)的合成原理

向2 L 三頸瓶中通氮?dú)?，依次加入乙?1.4 L和Ⅲ 90.0 g(0.38 mol)，攪拌0.5 h，分批加入硫代硫酸鈉156.2 g(0.38 mol)，于55 ℃反應(yīng)2 h，減壓蒸餾得到粗品，再經(jīng)乙酸乙酯/水混合溶劑1.0 L重結(jié)晶純化、干燥獲得白色固體72.5 g，即為目標(biāo)產(chǎn)物Ⅰ，收率86.2 %，熔點(diǎn)166.2 ～168.2 ℃(文獻(xiàn)值[8]：熔點(diǎn)167.4 ～168.6 ℃)?？偸章?5.3 %。產(chǎn)品純度為99.2%(HPLC法，按面積歸一化計算，含C14H23NO不得低于98.5%)。干燥失重為0.2%。水分為0.1%。

1.2.4結(jié)構(gòu)測試

采用AV-400 MHz型核磁共振儀、Waters 3100 型質(zhì)譜儀對目標(biāo)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行確認(rèn)。采用激光粒度儀對目標(biāo)產(chǎn)品的粒徑分布在環(huán)境溫度(25～30 ℃)下測量。

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)構(gòu)表征

2.1.1核磁、紅外

對目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，氫譜數(shù)據(jù)歸屬如下：1H NMR(400 MHz，DMSO-d6)δ：1.32(s，18H，2C(CH3))，6.80(s，1H，Ar-H)，6.02(s，1H，Ar-H)，8.59(s，1H，OH)，4.29(s，2H，NH2)。ESI-MS(m/z)，222.3[M+H]+。

2.1.2粒徑分析

將實(shí)驗(yàn)步驟1.3.2中所得白色固體通過搖擺顆粒機(jī)過篩處理、再裝入三維混合機(jī)中，混合25 min，將物料放入雙層低密度聚乙烯袋中，取樣檢測粒徑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，目標(biāo)產(chǎn)品的粒徑成單峰分布，說明目標(biāo)產(chǎn)品的粒徑較為均勻、無靜電團(tuán)聚現(xiàn)象。粒徑主要分布于20～40 μm。

2.2 合成工藝優(yōu)化

2.2.1化合物Ⅲ的工藝優(yōu)化

表1為起始原料Ⅱ和亞硝酸鈉的物質(zhì)的量比對Ⅲ的影響。由表1可見，n(Ⅱ)∶n(NaNO2)為1.0∶1.0時，產(chǎn)品外觀為淡黃色固體，收率最低，這是因?yàn)榇藭r亞硝酸根進(jìn)攻苯環(huán)的濃度不高，反應(yīng)速率較慢。當(dāng)n(Ⅱ)∶n(NaNO2)為1.0∶1.6時，收率最高為87.3%。繼續(xù)增加亞硝酸鈉用量，收率呈下降趨勢。故最佳配比為1.0∶1.6。

表1 反應(yīng)物配比對Ⅲ外觀和收率的影響

考察反應(yīng)時間對目標(biāo)產(chǎn)品外觀和收率的影響，結(jié)果如表2所示。反應(yīng)時間2～5 h時，目標(biāo)產(chǎn)品外觀均為白色固體，收率均高于85.0%。當(dāng)反應(yīng)時間為2～3 h時，收率最高87.2 %。再增加反應(yīng)時間，收率略有降低，這可能與體系降解產(chǎn)物生成有關(guān)。故最佳反應(yīng)時間為2～3 h。

表2 反應(yīng)時間對Ⅲ外觀和收率的影響

2.2.2目標(biāo)產(chǎn)品Ⅰ的工藝優(yōu)化

表3為Ⅲ和硫代硫酸鈉的物質(zhì)的量比對Ⅰ的影響。由表3可見，n(Ⅲ)∶n(Na2S2O3)=1.0∶1.3時，收率最低，反應(yīng)速率較慢。隨著硫代硫酸鈉用量的增加，反應(yīng)收率逐漸增大，當(dāng)n(Ⅲ)∶n(Na2S2O3)=1.0∶2.6時，收率最高為86.2%。繼續(xù)增加用量，收率保持平穩(wěn)。故最佳配比為1.0∶2.6。

表3 反應(yīng)時間對Ⅰ外觀和收率的影響

考察了反應(yīng)溫度對目標(biāo)產(chǎn)品外觀和收率的影響，結(jié)果如表4所示。反應(yīng)溫度在30～60 ℃時，目標(biāo)產(chǎn)品外觀均為白色固體，且收率逐步增大，溫度高于60 ℃后反應(yīng)收率先升高后下降，外觀變差為淡黃色固體，故選擇最佳反應(yīng)溫度為50～60 ℃。

表4 反應(yīng)溫度對Ⅰ外觀和收率的影響

3 結(jié)論

1)以2，4-二叔丁基苯酚為起始原料，經(jīng)亞硝化、還原兩步反應(yīng)成功制備了2，4-二叔丁基-5-氨基苯酚，經(jīng)1H NMR和MS確證與目標(biāo)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相符合。

2)對兩步反應(yīng)合成工藝進(jìn)行優(yōu)化，獲得了最優(yōu)工藝參數(shù)，亞硝化反應(yīng)：n(Ⅱ)∶n(亞硝酸鈉)=1.0∶1.6，反應(yīng)時間2～3 h；還原反應(yīng)：n(Ⅲ)∶n(硫代硫酸鈉)=1.0∶2.6，反應(yīng)溫度為50～60 ℃。

3)該工藝原料廉價易得，反應(yīng)條件溫和、操作簡單。不使用重金屬催化劑，同時降低了生產(chǎn)成本。目標(biāo)產(chǎn)品性狀良好，總收率75.3%，粒徑主要分布于20～40 μm。