一種新型不對稱合成依非韋倫的方法

蔡玉磊，田磊，程俊

（安徽貝克生物制藥有限公司，安徽 合肥 230088）

眾所周知，感染艾滋病可使人體免疫功能部分或者全部喪失，CD4細(xì)胞減少，繼而發(fā)生機(jī)會性感染、腫瘤等嚴(yán)重疾病，最終使人死亡[1]。艾滋病自1981年被發(fā)現(xiàn)以來，已成為二十世紀(jì)對人類健康威脅最大的傳染病之一，聯(lián)合國艾滋病規(guī)劃署發(fā)布的《2020全球艾滋病防治進(jìn)展報(bào)告》顯示全球艾滋病患者已超過3 800萬人。2015年以來，全球比預(yù)定目標(biāo)額外增加了350萬人感染HIV和82萬人死于艾滋病相關(guān)疾病，而在2019年新發(fā)感染者約有170萬人，是全球目標(biāo)值的三倍多。若不能有效控制艾滋病，預(yù)計(jì)10年后HIV感染者將達(dá)2億人[2]。艾滋病已經(jīng)成為危害全人類生存與發(fā)展的社會問題，在世界范圍內(nèi)是重大的公共衛(wèi)生問題[3]。因此，尋求有效的艾滋病治療或者控制手段，是各國的重要研究課題。

人體免疫缺陷病毒（HIV）屬于RNA逆轉(zhuǎn)錄病毒，分為HIV-I型和HIV-II型，世界上大部分的艾滋病患者是被HIV-I型病毒感染，因此，目前國內(nèi)外上市的主要還是針對I型病毒的化學(xué)類抗病毒藥物。目前全球已上市的抗HIV病毒藥物種類繁多，類別包含核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑、非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑、蛋白酶抑制劑、融合抑制劑、整合酶抑制劑、CCR5拮抗劑、黏附抑制劑、其他治療性單克隆抗體和成熟抑制劑[4]。

依非韋倫（Efavirenz）作為一種抵抗艾滋病毒的特效藥物，由Merck公司研發(fā)，通過美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)于1999年2月在美國上市。2013年9月，澳大利亞默沙東生產(chǎn)的依非韋倫片在中國上市銷售，商品名為施多寧。該藥品對HIV-I病毒有良好的抑制作用，通過與HIV-I逆轉(zhuǎn)錄酶上的特定位點(diǎn)可逆性結(jié)合，終止DNA聚合酶的活性，從而阻止病毒的復(fù)制。研究顯示，依非韋倫具有對HIV-1特異的抗病毒活性，對HIV-II和其他核酸酶無活性，在患者對核苷類藥物出現(xiàn)耐藥后仍可使用。臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，依非韋倫用于HIV感染患者，有顯著的病毒抑制作用以及較好的耐受性和安全性，但其缺點(diǎn)是易產(chǎn)生耐藥性，通常是與其他抗HIV藥物聯(lián)用[5]?；谝婪琼f倫在艾滋病治療中的重大作用，現(xiàn)在其被認(rèn)定為艾滋病首選藥物，因此，對依非韋倫的合成研究一直是各國的重要研發(fā)課題。

依非韋倫主要有兩種合成方式——化學(xué)拆分法和不對稱合成法。Merck公司最早報(bào)道的合成路線[6]由于沒有采用手性控制的不對稱技術(shù)，使得該路線需要化學(xué)拆分對映異構(gòu)體，原子經(jīng)濟(jì)性較差，產(chǎn)率較低，分離難度較大。Radesca[7]的路線同樣使用手性拆分制備依非韋倫，產(chǎn)率極低，而且多次使用丁基鋰試劑，較為危險(xiǎn)。Correia[8]采用硫酸銅-CyDMEDA催化下閉環(huán)得到消旋的依非韋倫經(jīng)拆分得到目標(biāo)分子，但是這類過渡金屬催化的反應(yīng)需要很高的溫度和很長的時(shí)間，且催化劑價(jià)格高昂，工業(yè)化生產(chǎn)成本過高。Thompson[9]開發(fā)了不對稱合成依非韋倫的方法，大大提高了立體選擇性，該路線同樣以2-三氟乙酰基-4-氯苯胺為原料，經(jīng)保護(hù)、炔基化、脫保護(hù)、環(huán)化4步反應(yīng)得到依非韋倫。該路線在收率和選擇性上都有極大的提高，但是采用光氣進(jìn)行環(huán)合，毒性大，不易存儲和運(yùn)輸，且使用硝酸鈰銨脫保護(hù)生成大量對甲氧基苯甲醛，不僅不易除去，還會產(chǎn)生大量的重金屬鈰鹽，對環(huán)境不友好。Pierce[10]在此基礎(chǔ)上做了優(yōu)化，對閉環(huán)反應(yīng)和脫保護(hù)進(jìn)行了研究，避免采用重金屬，采用的2，3-二氯-5，6-二氰基苯醌（DDQ）也可以回收套用，環(huán)合試劑采用光氣、甲基磺酰氯、對硝基苯氧基酰氯，綜合收率能達(dá)到60%，但是炔基化反應(yīng)需要在深冷（-60℃）下進(jìn)行，對設(shè)備的要求較高，且不利于日常維護(hù)。Tan[11]報(bào)道的合成路線省去了保護(hù)和脫保護(hù)的步驟，大大簡化了反應(yīng)流程，但是二乙基鋅做反應(yīng)配體活性較強(qiáng)，反應(yīng)進(jìn)程不易控制，重現(xiàn)性不高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。Kawai[12]報(bào)道的工藝首次實(shí)現(xiàn)了先引入環(huán)丙乙炔基后再引入三氟乙?；姆椒?gòu)建手型中心，但是采用辛可尼丁衍生物催化Ruppert-Prakash試劑發(fā)生不對稱合成，技術(shù)尚不成熟，無法應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

本研究參考了大量文獻(xiàn)、專利，考慮到工業(yè)化生產(chǎn)所需要的條件，設(shè)計(jì)出一條經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、可規(guī)?；a(chǎn)的合成路線，并對路線進(jìn)行了優(yōu)化，合成出了具有良好化學(xué)純、光學(xué)純和較高產(chǎn)率的依非韋倫。合成路線如圖1。

圖1 依非韋倫的合成路線

首先，以4-氯-2-三氟乙酰基苯胺鹽酸鹽水合物為原料，脫鹽得到CFA，同時(shí)用對氯甲苯制備環(huán)丙乙炔基氯化鎂格氏試劑；在氫化鈉作用下，吡咯烷基-L-苯丙醇胺、三氟乙醇和無水氯化鋅發(fā)生配位反應(yīng)后，先與格氏試劑形成配體交換，再與CFA反應(yīng)得到關(guān)鍵中間體EFZ-I，再用羰基二咪唑環(huán)合得依非韋倫粗品，并用正庚烷進(jìn)行精制得成品依非韋倫。該路線的優(yōu)點(diǎn)在于：反應(yīng)條件溫和，安全環(huán)保，反應(yīng)路線短，提純與生產(chǎn)操作較為簡便。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

4-氯-2-三氟乙酰基苯胺鹽酸鹽水合物，江蘇沙星化工有限公司；碳酸鈉、無水氯化鋅、氫化鈉、三氟乙醇、對氯甲苯、鎂條、1，2-二溴乙烷、環(huán)丙乙炔、吡咯烷基-L-苯丙醇胺、檸檬酸、羰基二咪唑，均為化學(xué)純，試劑均為分析純。

WZZ-2S自動旋光儀，上海精密科學(xué)儀器有限公司；V20S Volumetric KF Titrator水分測定儀，METTLER TOLEDO；6224 LC/MS液質(zhì)聯(lián)用儀，Agilent Technologies；1260 infinity II高效液相色譜儀，Agilent Technologies；JMM-ECZ600R超導(dǎo)核磁共振儀，JEOL。

1.2 實(shí)驗(yàn)部分

1.2.1 （S）-5-氯-α-環(huán)丙基-2-胺基-α-（三氟甲基）苯甲醇（EFZ-I）的制備

1.2.1.1 4-氯-2-三氟乙?；桨罚–FA）的制備

反應(yīng)瓶內(nèi)投入60 g的CFA鹽酸鹽水合物、288 g甲苯、42 g純水，攪拌均勻，25℃～30℃下滴加碳酸鈉溶液（13.2 g碳酸鈉和114 g純化水配制），滴畢，升溫至45℃～50℃，保溫反應(yīng)2.0～2.5 h。靜置分層，水層用75 g甲苯萃取，合并甲苯層，加入5 g無水硫酸鈉干燥，抽濾蒸干溶劑得固體49.5 g。

1.2.1.2 環(huán)丙乙炔基氯化鎂的制備

反應(yīng)瓶中投入54 g四氫呋喃、21 g鎂屑，氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌15 min；將0.6 g 1，2-二溴乙烷、33 g對氯甲苯、54 g四氫呋喃混合均勻，滴加少許到格氏反應(yīng)瓶中，并加入0.2 g 1，2-二溴乙烷，升溫至55℃～65℃，觀察是否引發(fā)。引發(fā)后緩慢滴加對氯甲苯料液，滴畢，升溫至70℃～75℃保溫2 h，然后每小時(shí)取樣淬滅后GC檢測，當(dāng)對氯甲苯含量＜2.0%，視為反應(yīng)結(jié)束。降溫至25℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入30 g四氫呋喃攪拌稀釋，負(fù)壓引入另一密閉反應(yīng)瓶中，再使用30 g四氫呋喃稀釋并洗滌一次。保持25℃下將18 g環(huán)丙乙炔滴加進(jìn)體系內(nèi)，滴畢，升至35℃～40℃反應(yīng)4.0～6.0 h，降溫備用。

1.2.1.3 （S）-5-氯-α-環(huán)丙基-2-胺基-α-（三氟甲基）苯甲醇（EFZ-I）的制備

反應(yīng)瓶內(nèi)加入54 g四氫呋喃、21 g 60%氫化鈉，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，物料降溫至10℃～15℃。將129 g甲苯、19.8 g三氟乙醇、67.2 g吡咯烷基-L-苯丙醇胺混合后于室溫下滴加。滴畢，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，分批投入36 g無水氯化鋅，50℃～55℃反應(yīng)6.0 h。再降溫至室溫，滴加格氏反應(yīng)液。滴畢，反應(yīng)2.0 h，降至0℃，滴液漏斗中加入CFA和165 g甲苯的混合溶液，滴入反應(yīng)瓶內(nèi)。滴畢，升溫至20℃～25℃，并保溫反應(yīng)12.0～24.0 h，反應(yīng)12 h后取樣HPLC觀察。

反應(yīng)結(jié)束后，5℃～25℃保溫，滴入25%檸檬酸水溶液384 g，滴畢，檢測料液pH為5.0～6.0，分層，有機(jī)層減壓蒸出四氫呋喃，蒸畢，加入90 g甲苯，用120 g 25%檸檬酸水洗2次，60 g 15%氯化鈉溶液洗1次，有機(jī)層減壓蒸干，然后加入114 g甲醇溶解至澄清，分層，甲醇層再加入205 g水，降溫至10℃～15℃，攪拌析晶得到固體19.2 g。用76.8 mL甲苯和80.3 mL正己烷重結(jié)晶得44.7 g白色固體，產(chǎn)率為66.89%，純度＞99.0%[HPLC歸一化法，色譜柱：Phenomenex C18 250×4.6 mm，5 μm；流動相：20 mM磷酸二氫鉀∶乙腈（60∶40）；流速：1.0 mL/min；檢測波長：252 nm]，ee=99.9%[HPLC歸一化法，色譜柱：CHIRALPAK AD-H 250×4.6 mm，5 μm；流動相：正己烷∶異丙醇（80∶20）；流速：1.0 mL/min；檢測波長：252 nm]，1H NMR（600 MHz，Chloroform-d）δ 7.49（d，J=2.5 Hz，1H），7.08（dd，J=8.6，2.5 Hz，1H），6.57（d，J=8.5 Hz，1H），4.58（s，3H），1.37（tt，J=8.3，5.0 Hz，1H），0.93-0.86（m，2H），0.84-0.78（m，2H）.13C NMR（Chloroform-d）δ 143.80，131.03，130.63，125.61，124.55，123.71，121.77，121.42，94.13，71.20，9.17，9.12。

在制備關(guān)鍵氨基醇中間體時(shí)，主要考查了物料比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間對反應(yīng)的影響。

（1）物料比對反應(yīng)的影響（表1）

表1 物料配比對反應(yīng)的影響

（2）反應(yīng)溫度對反應(yīng)的影響（表2）

表2 溫度對反應(yīng)的影響

（3）反應(yīng)時(shí)間對反應(yīng)的影響（表3）

表3 反應(yīng)時(shí)間對反應(yīng)的影響

1.2.2 （S）-6-氯-4-（環(huán)丙乙炔基）-1.4-二氫-4-（三氟甲基）-2H-3，1-氧氮雜萘-2-酮（依非韋倫）的制備

反應(yīng)瓶內(nèi)投入40 g EFZ-I、23.5 g羰基二咪唑、26.1 g甲苯，保溫25℃～30℃攪拌2.0 h，反應(yīng)2.0 h后HPLC跟蹤反應(yīng)進(jìn)程，當(dāng)料液中EFZ-I≤0.2%視為反應(yīng)結(jié)束。

反應(yīng)結(jié)束，產(chǎn)物用160 mL 10%的檸檬酸，160 mL 5.0%碳酸氫鈉，160 g飽和食鹽水各洗滌一次，有機(jī)層減壓濃縮。蒸畢，加入320 mL正庚烷，升溫至90℃～95℃溶解至澄清，加入1.9 g活性炭回流脫色，熱濾后降至室溫析晶得白色固體28.12 g，產(chǎn)率65.07%，純度＞99.9%[HPLC歸一化法，色譜柱：Zorbax SB-CN，150×4.6 mm，5 μm；流動相：甲醇∶三氟乙酸∶水（20∶0.05∶80）；流速：1.0 mL/min；檢測波長：252 nm]，ee＞99.9%[HPLC歸一化法，色譜柱：CHIRALPAK AD-H 250×4.6 mm，5 μm；流動相：正己烷∶異丙醇（98∶2）；流速：1.0 mL/min；檢測波 長：252 nm]，[α]D25=-95.4°（規(guī) 定 值[13]：-89.0°～-100°）1H NMR（600 MHz，Chloroform-d）δ 8.91（s，1H），7.50（d，J=2.2 Hz，1H），7.36（dd，J=8.5，2.3 Hz，1H），6.82（d，J=8.5 Hz，1H），1.40（tt，J=8.3，5.0 Hz，1H），0.95-0.91（m，2H），0.87-0.84（m，2H）.13C NMR（Chloroform-d）δ 149.50，133.32，131.79，129.21，127.75，125.04，123.13，121.23，119.32，116.46，115.15，96.00，79.54，79.31，79.08，78.84，66.22，8.85，8.83。

在制備依非韋倫粗品時(shí)，我們主要對環(huán)合試劑當(dāng)量與反應(yīng)時(shí)間做考查，如表4所示。

表4 考查因素

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過單因素考查，確定了關(guān)鍵中間體氨基醇的最佳條件：吡咯烷基-L-苯丙醇胺、三氟乙醇、氫化鈉、氯化鋅比例為1.42∶0.86∶2.28∶1.15；加入氯化鋅、格氏試劑和CFA料液后的溫度分別為50℃～55℃，25℃～30℃，20℃～25℃；以反應(yīng)進(jìn)行10 h后開始檢測。環(huán)合反應(yīng)羰基二咪唑選擇1.05當(dāng)量，反應(yīng)2 h即可得到粗產(chǎn)物，精制后得到目標(biāo)分子。最優(yōu)條件下反應(yīng)總收率43.52%，純度＞99.9%，ee＞99.9%。

3 結(jié)論

本文提供了一條新的手性不對稱合成依非韋倫的路線，已用于百公斤級工業(yè)化生產(chǎn)。相比前人的路線，首先避免了苯環(huán)氨基的保護(hù)與脫保護(hù)步驟，縮短了反應(yīng)路線，工業(yè)化生產(chǎn)則節(jié)約大量物料損耗、能源損耗，縮短生產(chǎn)周期；其次，采用無水氯化鋅替代活性強(qiáng)的二乙基鋅，能夠穩(wěn)定生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，反應(yīng)條件也由之前的-60℃變成0℃，更加方便可行。雖然采用較為昂貴的縮合劑羰基二咪唑，但是避免了光氣、三光氣、酰氯類等有毒物質(zhì)，對環(huán)境更加友好，另開發(fā)出一條可回收咪唑副產(chǎn)物的工藝流程，可以降低物料成本。我們采用對氯苯胺制備環(huán)丙乙炔基氯化鎂格氏試劑，有一定的風(fēng)險(xiǎn)，后期的研究方向是尋找可替代格氏試劑參與配位加成的新試劑，更加適合工業(yè)化生產(chǎn)的需求。