替卡格雷关键中间体的合成及工艺优化

郑乐贵, 赵　洋, 程　城, 赵金浩，夏　敏

(1.浙江理工大学理学院，杭州 310018；2.浙江工业大学药学院，杭州 310014；3.浙江大学农药与环境毒理研究所，杭州 310029)



替卡格雷关键中间体的合成及工艺优化

郑乐贵1, 赵洋2, 程城3, 赵金浩3，夏敏1

(1.浙江理工大学理学院，杭州 310018；2.浙江工业大学药学院，杭州 310014；3.浙江大学农药与环境毒理研究所，杭州 310029)

对新型抗凝血药替卡格雷的关键中间体((5S,6S)-5,6-二羟基-2-氧杂-3-氮杂双环[2.2.1]庚烷-3-羧酸苄酯，TG-4)进行了合成新工艺研究。首先以稳定的环己酮肟(TG-1)为起始原料，创新性地采用操作简便、节能降污的连续式反应方法合成TG-3，三步总收率为87%，比文献值高出33%。然后采用廉价的KMnO4替换了文献报道的OsO4进行双键氧化，并对反应温度、投料比和反应时间进行正交试验，确定了KMnO4氧化的最佳工艺条件。产品结构经1HNMR和MS确证。

替卡格雷；环己酮肟；连续式反应；双键氧化

0　引　言

替卡格雷(Ticagrelor)是英国阿斯利康(AstraZeneca)公司研发并于2011年在美国FDA成功上市的一种新型的、选择性的小分子抗凝血药[1-2]。该药是首个可逆结合作用于血管平滑肌细胞上P2Y12受体，对二磷酸腺苷(ADP)引起的血小板聚集有明显的抑制作用，且口服使用后起效迅速，能有效改善急性冠心病患者的症状[3]。与噻吩并吡啶类药物不同，替卡格雷对P2Y12受体是可逆抑制剂，所以对于需在先期进行抗凝治疗后再行手术的病人尤为适用[4-5]。

(5S,6S)-5,6-二羟基-2-氧杂-3-氮杂双环[2.2.1]庚烷-3-羧酸苄酯(TG-4)是合成替卡格雷(Ticagrelor)的关键中间体[6-9]。传统工艺(见图1)以1-氯-1-亚硝基环己烷(TG-2)为起始原料，经过Diels-Alder加成反应、Cbz氨基保护和双键氧化反应制得[6-9],但存在以下问题：a)TG-2极不稳定，易被氧化变质，不宜存放，故不能作为工业化生产的起始原料[9]；b)TG-2到TG-3,传统工艺采用了两步合成(见图1)，先是形成化合物2-氧杂-3-氮杂-双环[2.2.1]庚-5-烯(TG-2.3)，然后再和Cbz-Cl反应生成TG-3，总产率低、耗费原料，且大大增加了生产的成本[9]；c)双键氧化成双羟基这一步，大部分文献采用毒性较高、价格昂贵的OsO4，虽然产率较高，但是环境污染较重，不利于工业化生产[10-11]。

图1　TG-4的传统工艺合成路线

图2　TG-4的新工艺合成路线

1　实验部分

1.1实验材料与仪器

实验药品：环己酮肟，氯气，甲基叔丁基醚，环戊二烯，碳酸钠，氯甲酸苄酯，高锰酸钾，乙二醇，碳酸氢钠(以上均为AR)。

仪器：JJ600型电子分析天平(常熟双杰测试仪器厂)，DF-101Z型即热式恒温加热磁力搅拌器(杭州大卫科教仪器)，DZG-6020型真空干燥箱(上海森信实验仪器)，JEOL-ECX500型超导核磁共振仪(日本电子株式会社)，LCQ Advantage液质联用仪型( Thermo Finniga)等。

1.2实验操作

1.2.1(1S,4R)-苄基-2-氧杂-3-氮杂双环[2.2.1]庚-5-烯-3-羧酸乙酯(TG-3)合成

将环己酮肟25 g (220 mmol) TG-1和200 mL甲基叔丁基醚加入反应瓶中，冰盐浴至0℃，通入氯气约1 h，直至透明溶液变为深蓝色为止，反应结束后，施加真空抽去残留的氯气，将温度保持在0℃，慢慢滴加20%的碳酸钠水溶液100 mL约30 min滴加完，静止分层，分离各相。将有机相在0℃下转移到20%的碳酸钠水溶液中，慢慢加入31.5 g (452 mmol)环戊二烯约12 min，加入完毕后，43.2 g (242 mmol)氯甲酸苄酯滴加到反应瓶中约1 h，滴加完毕后继续反应2 h，直到反应液由蓝色变为无色为止。减压除去剩余的环戊二烯，静止分层，分离各相，水相用甲基叔丁基醚萃取(40 mL×3)，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，浓缩，得到无色液体TG-3 46.9 g，以TG-1计收率87%，纯度95.3%。室温下为无色液体，分子式: C13H13NO3; 分子量: 231.2;1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.36-7.41 (m, 5H), 6.40 (s, 2H), 5.27 (s, 1H), 5.22 (d, J = 12.3 Hz, 1H), 5.15 (d, J = 12.3 Hz, 1H), 5.07 (s, 1H), 2.03 (d, J = 10.5 Hz, 1H), 1.77 (d, J = 8.7 Hz, 1H).13C NMR (400 MHz, CDCl3) δ 158.49, 135.12, 133.88, 132.42, 127.97, 127.76, 127.62, 83.72, 67.84, 65.12, 48.38. ESI-MS (m/z): 254 [M+Na+].

1.2.2(5S,6S)-5,6-二羟基-2-氧杂-3-氮杂双环[2.2.1]庚烷-3-羧酸苄酯(TG-4)合成

将化合物25 g (105mmol) TG-3和18.3 g (290 mmol)乙二醇以及150 mL丙酮加入反应瓶中，降温至-35℃，慢慢加入18 g (210mmol)碳酸氢钠保持5 min。在-35℃条件下慢慢加入13 g (80 mmol)高锰酸钾固体，反应瓶中有大量黑色固体二氧化锰产生，继续反应30 min，TLC检测反应情况反应结束后，温度升至-10℃加入10 g亚硫酸钠水溶液，继续反应20 min，静置，过滤反应液，除去生成的二氧化锰。滤液旋蒸，除去丙酮，剩余的水相用乙酸乙酯萃取(40 mL×3)，合并有机相，无水硫酸钠干燥，浓缩，得到无色液体TG-4，16.7 g 产率59.6%，纯度96.7%。室温下无色液体，分子式: C13H15NO5; 分子量: 265.15; 1H NMR(500 MHz, CDCl3, δ ppm):1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.61 - 7.30 (m, 5H), 5.21 (q, J = 12.2 Hz, 2H), 4.50 (d, J = 7.8 Hz, 2H), 4.10 (s, 2H), 3.07 (brs, 2H), 2.16 (d, J = 11.4 Hz, 1H), 1.81 (s, 1H).13C NMR (400 MHz, CDCl3) δ156.70, 134.79, 130.37, 130.24, 128.12, 128.01, 127.69, 80.11, 71.49, 70.77, 68.36, 61.88, 35.30. ESI-MS (m/z): 288 [M+Na+].

2　结果与讨论

2.1化合物TG-3的工艺优化

通过TLC监控发现，该步反应相对彻底，大部分原料转化成目标产物，但仍有小部分转化为一个极性较小的杂质A，借助HPLC-MS和1H NMR得知该杂质A是苄氧基-羰基-环己酮肟，结构如图3所示。

图3　杂质A结构

该杂质A产生的原因主要是环己酮肟和氯气反应时间短，少量剩余的环己酮肟与氯甲酸苄酯反应，生产该杂质A，那么通入氯气时间对杂质产生和主产物收率至关重要，因此探究了通入氯气时间对TG-3收率和杂质A含量的影响，结果如表1所示。

表1　通入氯气时间对收率和杂质含量的影响

通过表1可以看出随着通入氯气时间的增加，TG-3收率先是显著增加，然后趋于平稳，在通入时间为 1 h，收率为87.2%。而杂质A的含量是随着通入氯气时间延长，含量是在减少，在通入氯气时间为1 h之后杂质含量变化不明显，故最佳时间为1 h。

2.2化合物TG-4的工艺优化条件

在双键被高锰酸钾氧化这步反应中，温度、时间、高锰酸钾的量对反应收率都有较大的影响。反应的温度高，会使高锰酸钾氧化能力增强，容易把双键氧化成羧基或醛基；高锰酸钾的量过多和反应时间过长，都会使生成的产物TG-4的双羟基继续氧化变为杂质。因此，对温度、时间、高锰酸钾量进行了正交优化实验研究以提高产物收率、降低能耗。本研究选择了三因素三水平进行正交试验，首先作因素水平表2,结果见表3。

表2　影响因素水平

表3　正交试验结果及数据分析

表3，K1、K2、K3是3种影响因素在不同水平下收率的平均值，可见本试验各因素的较优组合是A3B1C2。R是同一因素最大平均值和最小平均值之差，从极差数据中可看出影响该试验的主要因素是温度，其次是高锰酸钾的量，第三是反应时间，在较优组合A3B1C2条件下，即选择温度选为-35℃，反应时间为30 min，原料与高锰酸钾的摩尔比为1.0∶0.8时，进行3次重复试验，收率稳定，表明通过本次正交试验筛选得到的较优反应条件稳定性好。

综上所述，高锰酸钾氧化的最佳工艺条件为：温度-35℃，KMnO4为0.8倍，反应时间为0.5 h，收率平均接近60%。虽然四氧化锇作为氧化剂的产率比高锰酸钾高，但是四氧化锇的成本是高锰酸钾的10倍有余，通过产率和成本的核算，高锰酸钾作为氧化剂最为合适，而且四氧化锇作为一种高毒、高污染的化合物，更不利于国家环境友好型可持续发展战略。

3　结　论

a) 探究出了一条以环己酮肟为原料合成(1S,4R)-苄基-2-氧杂-3-氮杂双环[2.2.1]庚-5-烯-3-羧酸乙酯(TG-4)的新路线，两步总收率51.8%，本方法操作简单，原料易得，路线较短，且避免了其他很多方法中所使用的高毒物四氧化锇，为进一步工业化制备替卡格雷打下了良好的基础。

b) TG-1到TG-3采用连续式反应，产率达87%，比文献值高出33%，对杂质分析得出杂质结构和来源，并探究出了最佳通氯时间；TG-4的合成中通过正交试验确定最佳工艺条件为：温度-35℃，原料与高锰酸钾的摩尔比为1.0∶0.8时，反应时间为0.5 h时最佳。

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(责任编辑： 许惠儿)

Synthesis of the Key Intermediate of Ticagrelor and Its Preparation Process Optimization

ZHENGLegui1,ZHAOYang2，CHENGCheng3,ZHAOJinhao2，XIAMin1

(1.School of Science, Zhejang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China; 2.College of Pharmaceutical Science, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China; 3.Institute of Pesticide and Environmental Toxicology, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China)

As a key intermediate of new anticoagulant Ticagrelor, (5S,6S)-benzyl-5, 6-dihydroxy-2-oxa-3-azabicyclo[2.2.1]heptane-3-carboxylate(TG-4), was synthesized by a new technology. First of all, more stable Cyclohexanone oxime (TG-1) was used as starting material, and TG-3 was synthesized through the innovative, simple and energy-saving method of continuous reaction. The overall yield of three steps was 87%, 33% higher than other reports. Then, cheap KMnO4was used to replace the OsO4reported in literatures for oxidation of double bond, and the orthogonal test was done for the reaction temperature, time and molar ratio. Thus, the optimum process was acquired for potassium permanganate oxidation. The structure of product is confirmed by1HNMR and MS.

Ticagrelor; Cyclohexanone oxime; continuous reaction; double-bond oxidation

10.3969/j.issn.1673-3851.2016.09.022

2015-10-21

郑乐贵(1986-)，男，安徽阜阳人，硕士研究生，主要从事精细化学方面的研究。

夏敏，E-mail：xiamin@zstu.edu.cn

R972+.9

A

1673- 3851 (2016) 05- 0765- 04 引用页码： 091001