6-氯咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲腈的合成研究

2021-02-03程伟陈启绪张向龙祁祺王明君刘圣玮袁文鹏

山东科学 2021年1期

程伟，陈启绪，张向龙，祁祺，王明君，刘圣玮，袁文鹏*

(1.齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省科学院菏泽分院山东省生物工程技术创新中心，山东菏泽 274000;2.山东友帮生化科技有限公司山东省小分子杂环化合物工程实验室，山东菏泽 274000)

咪唑并[1,2-b]哒嗪类化合物具有很高的生物活性[1-2]，广泛应用于抗疟原虫药物[2]、抗癌药物[1,3-6]及抗感染药物[7]的开发。6-氯咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲腈是抗癌新药BMS-986260的关键中间体(图1)。BMS-986260是由百时美施贵宝制药(BMS)开发的一种新型TGF-β R1抑制剂，通过抑制T细胞内TGF-β蛋白的高表达来增加细胞与癌细胞的结合，从而实现对癌症的控制。该药物对肝癌、非小细胞肺癌和结直肠癌等癌症有良好的治疗效果，尤其是与癌症免疫药物PD-1抑制剂和PD-L1抑制剂联合使用时，可以阻碍TGF-β信号通路，从而降低癌细胞的侵略性和扩散性，减少抗药性的产生[8-9]。研究数据表明，两者结合对结肠癌等癌症的缓解率高达90%～100%[10-11]，具有重要的临床应用价值，也为肺癌、结肠癌等众多癌症的治疗带来新的希望。

图1 BMS-986260的结构式[9]

6-氯咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲腈的合成方法现有文献报道较少。FAN等[5]、KINSELLA等[8]、FAN等[12]报道的方法,以3-氨基-6-氯哒嗪为原料，经过甲脒中间体，再通过环化得到目标产物6-氯咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲腈。上述合成方法成本昂贵，反应选择性差，甲脒中间体和目标产物6-氯咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲腈的纯化均为柱层析分离纯化，操作复杂，且总收率不到60%，难以工业化放大生产。因此有必要开发一种原料廉价易得、收率高、操作简便能放大生产的6-氯咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲腈合成新方法。

本文针对现有合成方法存在的不足，以水合肼和马来酸酐为原料, 经缩合、氯化、氨解、亚胺化反应，最后再和溴乙腈进行关环缩合共5步反应，得到目标产物6-氯咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲腈(图2)。与现有合成方法相比，该方法具有成本低廉、操作简单的优点，中间反应过程采用结晶纯化，避免柱层析分离，便于放大生产，且反应总收率得到明显提高，达到69.4%。

图2 目标化合物的合成路线

1 仪器与材料

1.1 实验仪器

DF-101S型集热式恒温磁力搅拌器(巩义市予华仪器有限责任公司)；100 L 玻璃反应釜-高低温循环装置(巩义市予华仪器有限责任公司)；CJ-5 高压反应釜(威海新元化工机械有限公司)；400 MHz 核磁共振谱仪(TMS 为内标，美国 Bruker 公司)；药物熔点仪(上海易测仪器设备有限公司)；Vario EL 型元素分析仪(德国 Elementar 公司)；LC-20A 高效液相色谱仪(日本岛津)。

1.2 实验材料与试剂

氨水(质量分数25%)，山东莱阳经济技术开发区精细化工厂)；水合肼(80%，济南钧源化工有限公司)；马来酸酐(99%，东营市科德化工有限公司)；三氯氧磷(徐州铜山县宏达精细化工厂)；N,N-二甲基甲酰胺二甲基缩醛(DMF-DMA，上海皓鸿生物医药科技有限公司)；DMF(南京化学试剂股份有限公司)；溴乙腈(阿拉丁试剂有限公司)；实验所用试剂均为市售分析纯或化学纯。

1.3 纯度检测

2 实验方法

2.1 3,6-二羟基哒嗪制备

2.2 3，6-二氯哒嗪制备

将4 250 g(37.94 mol)化合物3加到2 325 g(151.81 mol)三氯氧磷中，升温至90 ℃反应5 h，减压蒸出未反应完的三氯氧磷(回收套用)，缓慢倒入40 L冰水中充分搅拌，大量固体析出，抽滤，用饱和碳酸氢钠溶液(250 mL×2)洗涤，得到粗品固体，正己烷重结晶得到5 100 g白色针状化合物4，即3，6-二氯哒嗪，产率90.2%，纯度98.5%。m.p.67～69 ℃(文献[14]值为68～69 ℃)。1H NMR(CDCl3, 400 MHz),δ: 7.52(s, 2H, H-4, H-5)。13C NMR(CDCl3, 100 MHz),δ: 130.8, 156.3。

2.3 3-氨基-6-氯哒嗪制备

2.4 N′-(6-氯哒嗪-3-基)-N,N-二甲基甲脒制备

2.5 6-氯咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲腈

将50 g(0.27 mol)化合物6加入到装有400 mL DMF的1 L三口瓶中，常温滴加42.2 g(0.35 mol)溴乙腈，滴毕，升温至80 ℃反应5 h，降温至室温，加入1 L水搅拌15 min，有大量固体析出，抽滤，水洗(100 mL×2)，乙酸乙酯重结晶得到43 g淡黄色固体化合物1，即6-氯咪唑并[1-2-b]哒嗪-3-甲腈，产率89.5%，纯度98.3%。m.p.142～143 ℃。1H NMR(CDCl3,400 MHz),δ:7.28(d,1H,J=9.6 Hz,H-8)；8.11(d,1H,J=9.6 Hz, H-7)；8.29(s, 1H, H-3)。13C NMR(CDCl3, 100 MHz),δ:108.1,119.2,127.6,138.8,140.6,148.9,159.3。元素分析，(C7H3ClN4), 实测值(计算值)，%: C 46.92(47.08)；H 1.71(1.69)；N 32.08(31.37)。

3 结果与讨论

3.1 化合物5的合成

3.1.1 原料配比的影响

化合物5的合成为氨解反应，本实验选取25%的氨水作为氨解试剂。在前期实验中发现该反应具有一定的选择性，氨水的用量和反应压力是该反应的主要影响因素。因此，在确定氮气充压0.5 MPa，反应温度100 ℃，反应时间5 h的条件下，考察氨水与原料的投料比对化合物5产率的影响，实验结果见图3。

图3 原料配比对化合物5产率影响

3.1.2 起始反应压力的影响

由图4可以看出，化合物5的产率随着起始压力的上升而不断增加。使用普通常压设备反应时，氨水挥发剧烈，造成反应产率较低。使用耐压反应釜进行反应，氨水几乎没有挥发损失，在加压条件下，压力为0.5 Mpa时，反应产率就已达到94.6%。压力高于0.5 Mpa时产率上升幅度不大，而反应压力增加对设备要求也会越高，操作难度加大。因此选择反应压力为0.5 MPa。

图4 起始反应压力对化合物5产率影响

3.2 化合物6的合成

化合物6的合成反应是亚胺化反应，在实验过程中发现反应温度对化合物6的合成影响最大，故在确定反应物投料比、反应时间、反应溶剂的条件下，研究反应温度对化合物6产率的影响，实验结果见图5。

图5 反应温度对化合物6 产率的影响

在图5中可以看出，随着反应温度的升高，化合物6的产率不断提高，在90 ℃反应条件下，产率达到最高。通过HPLC监控反应发现，在反应温度较低时，相同时间内有少量原料化合物5反应不完全，导致产率较低。超过90 ℃情况下，产物随着时间的增加开始出现降解，杂质开始增加。综合以上因素考虑，最终选定化合物6的反应温度90 ℃为最佳条件。

3.3 化合物1的合成

3.3.1 原料配比的影响

化合物1的合成为关环缩合反应，原料溴乙腈的成本较高，其用量将直接影响化合物1的生产成本，从而对化合物1的工业化生产产生影响。另外，在实验探索中发现溴乙腈的用量对反应产率的影响也是最大的，故本实验着重考察了溴乙腈与化合物6的摩尔配比对化合物1反应产率的影响，实验结果见图6。

图6 原料配比对化合物1产率影响

3.3.2 结晶溶剂的影响

现有文献[5,8,12]报道的化合物1的制备都需要用到柱层析纯化，不适合大量生产。本实验通过结晶方式高产率制得化合物1，避免了柱层析纯化，有利于工业化生产。本实验还考察了结晶溶剂对反应产率的影响，实验结果见表1。

表1 结晶溶剂对化合物1产率影响

由表1可以看出，以乙酸乙酯作为结晶溶剂，化合物1的产率最高，并且产品颜色为淡黄色固体。以二氯甲烷为结晶溶剂，结晶母液中产品损失较多，造成产率下降；用乙醇作结晶溶剂时，产品析出固体颜色较深，杂质较多，收率也低；用正己烷作为结晶溶剂，产品溶解度小，需要溶剂量大，产品的纯度也最低。因此，选用乙酸乙酯为化合物1的结晶溶剂。