韦瑞德合成工艺的优化

严 楠，芮培欣，熊 斌，刘德永，林春花*，廖维林

(1.江西师范大学江西省精细化工重点实验室，2.国家单糖化学合成工程技术研究中心，江西南昌330027)

0 引言

韦瑞德是一种新型核苷酸逆转录酶抑制剂，由美国Gilead公司开发研制，于2001年10月获得美国FDA批准上市，用于治疗艾滋病(HIV感染)［1］.2008年又批准其用于治疗慢性乙型肝炎(HBV感染).韦瑞德还具耐受性好、耐药性低，特别对野生型HBV、ADV耐药株、LAM耐药株均有很强的抑制作用［2］.在治疗艾滋病方面，它比齐多夫定(AZT)和司他夫定(D4T)产生的细胞毒性小，对患者具有良好的耐受性［3］.

韦瑞德是替诺福韦(PMPA)的前药，能提高口服利用率和利于细胞对其摄取［3］，韦瑞德及其复方制剂已成为目前销售额最大的抗艾滋病药物，引起了学术界和工业界的广泛研究兴趣.当前研究的焦点主要集中在改进TDF的合成方法、降低工业化生产成本，因此开展韦瑞德的工艺合成研究具有重要意义.

韦瑞德的合成路线主要有4条［4-6］，分别以R-碳酸丙烯酯、D-乳酸异丁酯、R-乳酸甲酯、甲基环氧乙烷为原料.本文结合课题组前期工作［7］并参考相关文献，以腺嘌呤为原料，与R-碳酸丙烯酯开环缩合生成(R)-9-(2-羟基丙基)腺嘌呤(3)，再与对甲苯磺酰氧甲基膦酸二乙酯烷基化反应化生成(R)-9-［2-(二乙氧基磷酰甲氧基)丙基］腺嘌呤(4)，在超声辅助三甲基氯硅烷作用下脱磷酸酯，水解析晶得替诺福韦(PMPA)，PMPA与碘甲基碳酸异丙酯(自制)酯化及成盐得到目标化合物，通过对工艺进行改进和优化，确定了一条适合工业化生产韦瑞德的合成路线，总收率达31%.合成路线如 Scheme 1所示.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

瑞士BuchiB-540型显微熔点仪(温度计未经校正);Bruker 400 MHz型核磁共振仪(CDCl3或DMSO-d6为溶剂，TMS为内标)，1H NMR的磁场频率为400 MHz，13C NMR的磁场频率为100 MHz;岛津FT-IR-8400型红外仪(KBr压片);HPLC测定含量，仪器为岛津 SPD-6AV液相色谱仪;GC测定含量，仪器为日本岛津 GC-2010气相色谱仪;KQ-400KDE型高功率超声波清洗器(昆山舒美仪器有限公司).

腺嘌呤、R-碳酸丙烯酯［7］、氢氧化钠、对甲苯磺酰氧甲基膦酸二乙酯、乙醇镁、三甲基氯硅烷、氯甲基碳酸异丙酯、碘化钠、富马酸、异丙醇、丙酮、乙腈、乙酸乙酯、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲苯、乙醇，以上试剂均为市售分析纯.

Scheme 1 韦瑞德的合成路线

1.2 实验方法

1.2.1 （R）-9-（2-羟基丙基）腺嘌呤的合成 向500mL三口烧瓶中加入腺嘌呤54.00 g(0.400mol)、R-碳酸丙烯酯 49.00 g(0.480mol)、N，N-二甲基甲酰胺250mL、氢氧化钠0.48 g(0.012mol)，氮气保护，加热至110℃，反应12 h，冷却至室温.冷却析晶，抽滤，滤饼真空干燥得白色固体，加入500mL甲苯-乙醇(体积比为1∶5)混合液重结晶，得白色固体352.00 g，收率67.0%，HPLC含量为99.5%.m.p.:193～194℃ ［文献值［6］m.p.:192～195℃］.1H NMR(400 MHz，DMSO-d6)，δ:1.10(d，J=2.68 Hz，3H)，4.04～4.16(m，3H)，5.15(bs，1H)，7.33(bs，2H)，8.10(s，1H)，8.20(s，1H);13C NMR(100 MHz，DMSO-d6)，δ:155.89，152.25，149.69，140.50，118.51，64.61，50.10，20.79.IR(KBr)，νmax:3411，3323，3182，2933，1662，1603，1576，1477，1419，1296，1181，941，720，647cm-1;ESI-MS(m/z):194［M+H］+;化合物3a:m.p.270～272 ℃，1H NMR(400 MHz，DMSOd6)，δ:1.54(d，J=6.00 Hz，3H)，2.50(s，2H)，2.92(s，1H)，4.45(q，J=8.40，12.80 Hz，1H)，4.53～4.55(m，1H)，4.76(dd，J=2.80，10.0 Hz，1H)，5.62(bs，1H)，8.16(s，1H)，8.60(s，1H);13C NMR(100 MHz，DMSO-d6)，δ:155.52，152.80，150.46，144.39，120.96，64.19，56.79，21.31.IR(KBr)，νmax:3390，3200，3112，2969，1705，1632，1560，1519，1451，1436，1418，1296，1181，1128，1084，1023，936，818，722，649cm-1;ESI-MS(m/z):194［M+H］+.

1.2.2 （R）-9-［2-（二乙氧基磷酰甲氧基）丙基］腺嘌呤的合成 向1 L三口烧瓶加入化合物338.60 g(0.200mol)、N，N-二甲基甲酰胺400mL(干燥)、乙醇镁34.30 g(0.300mol)，氮气保护，温度控制65～70℃，反应3 h;缓慢滴加对甲苯磺酰氧甲基膦酸二乙酯70.80 g(0.220mol)，温度控制70～75℃，反应7 h，滴加醋酸淬灭反应，调节pH值至7.0;减压浓缩，加入400mL二氯甲烷-水(体积比为5∶1)混合液，搅拌析出大量镁盐，抽滤，滤液萃取，水相加入100mL二氯甲烷-水(体积比为9∶1)混合液萃取3次，合并有机相无水硫酸镁干燥3 h，减压浓缩得金黄色糖浆产物71.20 g，加入100mL丙酮重结晶得白色固体458.30 g，收率85%，HPLC含量98.0%.m.p.:107～109 ℃;1H NMR(400 MHz，CDCl3)，δ:1.24～1.32(m，9H)，3.60(dd，J=4.00，13.60 Hz，1H)，3.86(dd，J=9.20，13.60 Hz，1H)，3.91～3.95(m，1H)，4.03～4.17(m，5H)，4.38(dd，J=2.80，14.40 Hz，1H)，8.00(s，1H)，8.33(s，1H);13C NMR(100 MHz，CDCl3)，δ:155.69，152.87，149.94，141.69，118.94，76.31，63.55，62.48，62.17，48.11，16.40;IR(KBr)，νmax:3391，3301，3132，2980，1683，1605，1578，1490，1418，1296，1232，1144，1048，1021，974cm-1;ESI-MS(m/z):344［M+H］+.

1.2.3 替诺福韦（5）的合成 向250mL三口烧瓶中加入化合物417.20 g(0.050mol)、三甲基氯硅烷21.80 g(0.20mol)，60℃超声辐射下反应6 h.将反应容器冷却至0℃，用氢氧化钠溶液调节pH值至3.0，冷却析晶，抽滤，得白色固体.加水80mL重结晶，所得固体在真空干燥箱干燥12 h，得白色粉末12.20 g，收率85%，HPLC含量99.2%.m.p.:272～274℃;1H NMR(400 MHz，DMSO-d6)，δ:1.24～1.32(m，9H)，3.60(dd，J=4.00，13.60 Hz，1H)，3.86(dd，J=9.20，13.60 Hz，1H)，3.91～3.95(m，1H)，4.12～4.19(m，1H)，4.27(dd，J=2.84，14.60 Hz，1H)，7.25(s，1H)，8.13(s，1H);13C NMR(100 MHz，DMSO-d6)，δ:155.69，152.87，149.94，141.69，118.94，76.31，63.55，62.48，62.17，48.11，16.40;IR(KBr)，νmax:3392，3108，2967，1699，1413，1238，1105，1077，935，752，717，479cm-1;ESI-MS(m/z):288［M+H］+.

1.2.4 碘甲基碳酸异丙酯的合成 向250mL三口烧瓶中加入氯甲基碳酸异丙酯25.00 g(0.164mol)、碘化钠44.40 g(0.300mol)、乙腈100mL，氮气保护，铝箔覆盖避光，30℃反应22 h，抽滤分离固体，乙腈洗涤，滤液减压浓缩.向反应混合物加入二氯甲烷-水500mL(体积比为1∶1)混合液，搅拌15min，静置分层，硫代硫酸钠溶液洗涤有机相，真空下浓缩，得油状物37.20 g，收率92%，GC 含量 99%.1H NMR(400 MHz，CDCl3)，δ:1.33(s，6H)，4.95(m，1H)，5.95(s，2H);13C NMR(100 MHz，CDCl3)，δ:152.48，73.62，34.37，21.68;IR(KBr)，νmax:1759，1077cm-1.

1.2.5 韦瑞德的合成 向500mL三口烧瓶加入化合物557.40 g(0.200mol)、三乙胺80.80 g(0.800mol)、N-甲基吡咯烷酮200mL，氮气保护，温度控制45～50℃，反应1 h;缓慢滴加碘甲基碳酸异丙酯108.00 g(0.440mol)，温度控制55～60℃，反应5 h.反应体系加入石油醚200mL，抽滤去除三乙胺盐，滤饼加入石油醚50mL洗涤，合并萃取分液，取下层有机相;加入乙酸乙酯和水混合液200mL(体积比=3∶1)萃取，水相加入乙酸乙酯150mL萃取3次，合并有机相，加入硫酸镁干燥有机相，减压浓缩，得黄色糖浆.将其溶解于300mL异丙醇中，加热溶解，加入溶于100mL异丙醇中的富马酸18.80 g(0.180mol)，并在55℃搅拌1 h，冷却析晶，过滤，用冷异丙醇洗涤，真空干燥，得白色粉末81.30 g，收率64%，HPLC含量99.5%.m.p.:114～115 ℃;1H NMR(400 MHz，DMSO-d6)，δ:1.06(d，J=6.40 Hz，3H)，1.24(d，J=6.40 Hz，12H)，3.95～4.00(m，3H)，4.14～4.28(m，2H)，4.79～4.86(m，2H)，5.49～5.58(m，4H)，6.63(s，2H)，7.19(s，2H)，8.02(s，1H)，8.13(s，1H)，13.10(bs，2H);13C NMR(100 MHz，DMSO-d6)，δ:172.06，162.24，155.91，152.34，149.75，141.31，118.34，75.49，75.37，62.49，61.71，61.65，61.59，61.53，60.86，46.77，35.67，30.66，20.91，16.55，16.11，16.00;IR(KBr)，νmax:3429，3233，2986，2940，1757，1687，1508，1470，1423，1377，1271，1186，1160，1103，983，892，789，656cm-1;ESI-MS(m/z):520［M+H］+.

2 结果与讨论

以腺嘌呤为原料合成韦瑞德(1)的工艺路线主要包括4个主要部分:1)合成高纯(R)-9-(2-羟基丙基)腺嘌呤(3)，分离异构体(3a);2)制备关键中间体(R)-9-［2-(二乙氧基磷酰甲氧基)丙基］腺嘌呤(4);3)脱磷酸酯制备替诺福韦(5)工艺优化;4)酯化反应制备关键中间体替诺福韦二酯(6).

在合成化合物3时，一般都采用腺嘌呤与R-碳酸丙烯酯在碱催化条件下发生缩合反应制备.为了避免生成异构体(3a)，P.Garner小组［8］报道了二碳酸二叔丁基甲酯保护胺基方法，但是步骤冗长，工艺繁琐，不适合工业化生产.所以本课题组尝试了碱催化缩合反应工艺优化，确定最佳工艺条件:以N，N-二甲基甲酰胺为溶剂，n(腺嘌呤)∶n(R-碳酸丙烯酯)∶n(氢氧化钠)=1.00∶1.20∶0.03，110 ℃条件下反应12 h.为了提高化合物3纯度，重结晶工艺采用乙醇-甲苯代替甲醇-异丙醇结晶方法，纯度从97.8%提高至99.5%，产率67%，回收溶剂可以重复利用.

关键中间体4可由(R)-9-(2-羟基丙基)腺嘌呤与对甲苯磺酰氧甲基膦酸二乙酯烷基化反应制得，根据文献报道，筛选合适碱性催化剂很重要，最初研究者选用氢化钠［6］，但它不稳定，反应中会放出大量热，反应很难控制;改用叔丁醇锂［4］反应收率可提高至50%，为了进一步提高反应收率，文献［5］改用叔丁醇镁，收率提高至82%，但是由于叔丁醇镁价格昂贵，极易吸水，需要加入2当量，而且大量镁盐残留产物中，易出现“镁盐包裹产物，抽滤分离困难”现象.受到文献［5］的启发，本文对不同碱性催化剂进行筛选(表1)，确定最佳反应条件:以N，N-二甲基甲酰胺为溶剂，n(3)∶n(乙醇镁)∶n(对甲苯磺酰氧甲基膦酸二乙酯)=1.0∶1.5∶1.1，70℃条件下反应7 h.乙醇镁脱嘌呤中羟基中的质子效果最为理想，收率85%，初产物不需柱层析提纯，重结晶可得.

表1 (R)-9-［2-(二乙氧基磷酰甲氧基)丙基］腺嘌呤的最佳反应条件的筛选

文献［5］报道三甲基溴硅烷催化(R)-9-［2-(二乙氧基磷酰甲氧基)丙基］腺嘌呤水解合成替诺福韦(5)，需4当量三甲基溴硅烷，收率90%，成本较高;本文对文献方法进行改进，最初尝试使用三甲基氯硅烷/溴化钠代替三甲基溴硅烷催化水解，克级规模以下，反应效果较好，收率85%，放大反应时，化合物4反应不充分，收率仅为50%，需柱层析纯化，不利于规模生产.为了降低成本，合成过程中发现，借助超声辅助［9］三甲基氯硅烷可以缩短反应时间，提高产物收率，并对工艺条件进行优化(见表2).

表2 (R)-9-［2-(磷酸甲氧)丙基］腺嘌呤的工艺条件优化

文献［5］和文献［10］报道关键中间体6可由替诺福韦与氯甲基碳酸异丙酯在三乙胺催化作用下发生酯化反应制得，反应需加入1当量四丁基溴化胺相转移催化剂，5当量氯甲基碳酸异丙酯，化合物5转化率约为85%.首先严格按照文献反应条件，回收相转移催化剂和氯甲基碳酸异丙酯需要大量溶剂，另外过量氯甲基碳酸异丙酯易发生副反应［5］，化合物6纯度约72%～78%，直接成盐得到富马酸替诺福韦酯1粗产物，产物粘稠，抽滤困难，需重结晶3～4次，不利于工业化生产.为了克服以上缺点，参考文献［11］，首先制备碘基碳酸异丙酯，在三乙胺催化条件下，化合物5与碘基碳酸异丙酯直接酯化，化合物5转化率92%，对反应条件进行了优化，确定了最佳反应条件:以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，n(5)∶n(碘基碳酸异丙酯)∶n(三乙胺)=1.0∶2.2∶4.0，55 ℃条件下反应5 h.

3 结论

本文从腺嘌呤出发经4步反应合成韦瑞德，总收率从14%提高至31%，光学纯度达99.5%，实验室可以实现百克级规模制备，类似工艺路线未见文献报道.该合成工艺具有如下优点:1)以乙醇镁代替传统烷基化反应催化剂(氢化钠、叔丁醇钠、叔丁醇锂、叔丁醇镁等)，大大节约成本，安全性更高，收率达85%;2)超声辅助三甲基氯硅烷作用下脱膦酸酯，收率85%，成本明显低于三甲基溴硅烷脱膦酸酯工艺;3)碘甲基碳酸异丙酯与替诺福韦酯化反应，摩尔比为2.2∶1.0，转化率92%，优于氯甲基碳酸异丙酯(摩尔比为5∶1)酯化效果.

［1］崔岚，安富荣，王晓珉.核苷酸逆转录酶抑制剂替诺福韦［J］.中国新药杂志，2004，13(11):1054-1058.

［2］Snow LA，Chappell B，Curtis M.，et al.No resistance to tenofovir disoproxil fumarate detected after up to 144 weeks of therapy in patientsmonoinfected with chronic hepatitis B virus［J］.Hepatology，2011，53(3):763-773.

［3］吴剑涓.抗乙型肝炎病毒药物研究进展［J］.天津药学，2006，18(2):49-52.

［4］Schultze L M，Chapman H H，Dubree N J P，et al.Practical synthesis of the anti-HIV drug，PMPA ［J］.Tetrahedron Lett，1998，39(14):1853-1856.

［5］Ripin D H B，Teager D，Fortunak J，et al.Process improvements for themanufacture of tenofovir disoproxil fumarate at commercial scale ［J］.Org Process Res Dev，2010，14(5):1194-1201.

［6］ Larrow Jay F，Schaus Scott E，Jacobsen Eric N.Kinetic resolution of terminal epoxides via highly regioselective and enantioselective ring opening with TMSN3.An efficient，catalytic route to 1，2-amino alcohols ［J］.JAm Chem Soc，1996，118(31):7420-7421.

［7］夏剑辉，许招会，严楠.甲醇钠催化合成(R)-碳酸丙烯酯 ［J］.化学世界，2013，54(2):107-109.

［8］Dey S，Garner P.Synthesis of tert-butoxycarbonyl(boc)-protected purines［J］.J Org Chem，2000，65(22):7697-7699.

［9］崔汉峰，袁金斌，王星，等.异丁基硼酸的超声辐射合成［J］.江西师范大学学报:自然科学版，2012，36(4):415-416.

［10］ Houghton S R，Melton J，Fortunak J，et al.Rapid，mildmethod for phosphonate diester hydrolysis:development of a one-pot synthesis of tenofovir disoproxil fumarate from tenofovirdiethyl ester［J］.Tetrahedron，2010，66(41):8137-8144.

［11］Bandgar B P，Sarangdhar R J，Ahamed FA，et al.Synthesis，characterization，and biological evaluation of novel diclofenac prodrugs［J］.J Med Chem，2011，54(5):1202-1210.