氯硝西泮及其代谢产物7-氨基氯硝西泮的化学合成

杜鸿雁, 杨 磊, 任昕昕, 栾玉静, 于忠山, 赵建强

(1. 公安部物证鉴定中心,北京 100038; 2. 中国科学院 成都有机化学研究所 手性药物国家工程研究中心,四川 成都 610041; 3. 成都大学 高等研究院,四川 成都 610106)

氯硝西泮(clonazepam)属于苯二氮卓类药物,是一种抗惊厥药,其抗惊厥作用较地西泮或硝西泮强5倍左右。氯硝西泮适用于控制和型癫痫,对失神小发作,婴儿痉挛、肌阵挛性和运动不能性发作疗效较好,是一种广谱抗癫痫药[1-2]。近年来,因该类药物引发的投毒、自杀、误服等刑事案件时有发生[3-5],且所涉药物具有单次用药、剂量小、作用强、体内含量低、代谢速度快等问题,同时国内缺少内标物,给法医毒物鉴定带来极大挑战。鉴于此,合成高纯度的氯硝西泮及其代谢产物7-氨基氯硝西泮作为内标物用于法庭毒物分析具有非常重要的实际意义。然而,目前涉及到氯硝西泮和7-氨基氯硝西泮的方法很少,且国内尚无专门生产此类涉案毒物厂家,因此开发针对该化合物的新合成方法迫在眉睫。

Scheme 1

1962年,Sternbach等报道了对位取代的苯胺,经过傅克酰基化反应成中间体M1,该方法如果对位取代基为卤原子取代时,能够正常发生反应,但如果对位为硝基取代时反应,首先中间体M1的合成进行困难,温度高达200 ℃,而且在后续关环成中间体M4时会伴随六元环副产物的出现[6]。Steiger等报道了对产物直接硝化然后再对其进行还原,但涉及选择性的问题,具体操作步骤较为复杂[7]。

通过文献调研可以发现,关于氯硝西泮的合成报道多见于年代较早的文献以及专利,而这些报道在具体的操作以及应用方面有较大的局限,因此设计开发新的合成路线具有重要的意义。

本文从起始原料2-氰基-4-硝基苯胺出发经氧化偶联得到中间体M1;M1经酰胺化得到中间体M2;M2经亲核取代反应得到M3;M3发生分子内Wittig反应得到关环产物氯硝西泮M4。最后M4经还原反应得到了合成其代谢产物7-氨基氯硝西泮M5(Scheme 1)。合成的中间体及产物的结构经1H NMR和13C NMR进行表征。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Büchi B-545型显微熔点仪;Bruker 300 MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂,TMS为内标);Bruker Daltonics型质谱仪。

所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1)M1的合成[8]

称取Pd(TFA)2,(276 mg, 1.5 mmol), L(276 mg,1.5 mmol)于封管中,N2保护下加入2-甲基四氢呋喃50 mL,搅拌30 min后,加入S1(1.63 g, 10 mmol)、S2(3.12 g, 20 mmol)、水(25 mL),冰水浴冷却,注入MsOH(9.6 g, 10 mL),加毕,吹N2封管加热至100 ℃,反应36 h。冷却至室温,加水50 mL,用乙酸乙酯(3×50 mL)萃取,合并有机相,依次用饱和NaHCO3溶液和饱和NaCl溶液洗涤,无水Na2SO4干燥,减压浓缩,残余物经硅胶柱层析(洗脱剂：PE/EA=8/1～5/1)纯化得淡黄色固体M11.7g,产率48%;1H NMR (300 MHz, DMSO-d6)δ: 8.56(d,J=58.3 Hz, 2H), 8.11(dd,J=9.4 Hz, 2.7 Hz, 1H), 7.90(d,J=2.7 Hz, 1H), 7.67～7.61(m, 1H), 7.61～7.56(m, 1H), 7.53(m, 2H), 7.00(d,J=9.4 Hz, 1H);13C NMR(75 MHz, DMSO-d6)δ: 195.3, 156.3, 138.1, 134.9, 131.7, 131.3, 129.9, 129.6, 129.4, 128.8, 127.6, 117.8, 114.0。

(2)M2的合成

称取中间体M1(4.15 g, 15 mmol),碳酸钠(3.18g, 30 mmol),加入二氯甲烷50 mL,冰水浴下逐滴滴加S3(3.63 g, 18 mmol)的10 mL 二氯甲烷溶液,加毕10 min后撤去冰水浴,反应完毕后,加水30 mL淬灭反应,分液,收集有机相,水相用二氯甲烷(2×30 mL)萃取,合并有机相,饱和NaCl溶液洗涤一次,无水Na2SO4干燥,减压浓缩,残余物经硅胶柱层析(洗脱剂：PE/EA=6/1)纯化得白色固体M25.57g,产率93%;1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 12.34(s, 1H), 8.98(d,J=9.3 Hz, 1H), 8.43(dd,J=9.3, 2.7 Hz, 1H), 8.27(d,J=2.7 Hz, 1H), 7.56～7.49(m, 2H), 7.45(m, 1H), 7.43～7.37(m, 1H), 4.10(s, 2H);13C NMR(75 MHz, DMSO-d6)δ: 196.3, 173.2, 145.1, 141.3, 137.1, 132.7, 130.9, 130.5, 130.4, 130.2, 129.7, 129.0, 127.8, 120.6, 30.0。

(3)M3的合成

称取中间体M2(5.57 g, 14 mmol),加入二甲亚砜50 mL,搅拌状态下缓慢分批加入NaN3(2.28 g, 35 mmol),加毕体系为黄透明溶液,TLC检测反应完毕(5～10 min),加水50 mL淬灭反应,乙酸乙酯(3×50 mL)萃取合并有机相,水(3×50 mL)洗涤有机相,最后用饱和NaCl溶液洗涤一次,无水Na2SO4干燥,减压浓缩,残余物经硅胶柱层析(洗脱剂：PE/EA=3/1)纯化得淡黄色固体M33.65g,产率96%;1H NMR(300 MHz, DMSO-d6)δ: 11.25(s, 1H), 8.59～8.49(m, 2H), 8.11(d,J=1.6 Hz, 1H), 7.65(d,J=4.6 Hz, 3H), 7.58～7.51(m, 1H), 4.26(s, 2H);13C NMR(75 MHz, DMSO-d6)δ: 195.0, 167.7, 143.8, 142.2, 136.4, 133.0, 130.5, 130.4 130.3, 129.7, 127.9, 127.6, 124.8, 122.1, 52.1。

(4) 氯硝西泮M4的合成

称取中间体M3(3.6 g, 10 mmol),加入无水甲苯60 mL,搅拌状态下缓慢分批加入PPh3(3.15g, 12 mmol),此时有大量气泡冒出,待气体放出完毕,封管加热至100 ℃,反应5 h,冷却至室温,有固体析出,过滤洗涤得淡黄色固体M42.79 g,产率93%;1H NMR(300 MHz, DMSO-d6)δ: 11.32(s, 1H), 8.37(dd,J=9.0, 2.6 Hz, 1H), 7.74(d,J=2.6 Hz, 1H), 7.69～7.60(m, 1H), 7.52(m, 3H), 7.43(d,J=9.0 Hz, 1H), 4.31(s, 2H);13C NMR(75 MHz, DMSO-d6)δ: 169.4, 168.0, 144.4, 141.6, 138.0, 131.8, 131.6, 131.5, 129.9, 127.6, 127.0, 126.5, 125.0, 122.2, 57.1。

(5) 7-氨基氯硝西泮M5的合成

称取还原铁粉(10 g, 过量),加入乙酸60 mL加热至50 ℃,逐滴滴加中间体氯硝西泮M4(1.2 g, 3.8 mmol)的20 mL乙酸溶液,体系变为褐色继而变为黄色浑浊,20 min左右TLC检测反应完毕,加水50 mL淬灭反应,体系由黄色浑浊转为红棕色,此时铁粉被磁子吸附,将反应液倾倒入烧杯中二氯甲烷(5×50 mL)萃取,合并有机相,有机相用饱和NaHCO3溶液洗涤至无气泡冒出,无水Na2SO4干燥,减压浓缩,残余物经硅胶柱层析(洗脱剂：PE/EA=5/1)纯化得黄色固体M51.02 g,产率94%;1H NMR(300 MHz, DMSO-d6)δ: 10.14(s, 1H), 7.46(s, 4H), 6.91(d,J=8.6 Hz, 1H), 6.74(dd,J=8.6, 2.6 Hz, 1H), 6.16(d,J=2.5 Hz, 1H), 5.11(s, 2H), 4.09(s, 2H);13C NMR(75 MHz, DMSO-d6)δ: 169.3, 169.2, 144.3, 139.4, 131.9, 131.1, 130.5, 129.6, 128.6, 128.0, 127.1, 122.0, 118.1, 112.0, 56.9。

合成M1时采用了氧化偶联的方法,避免了傅克酰基化反应涉及的过高温度。合成氯硝西泮M4时,硝基的强吸电子作用导致关环时会得到六元环的副产物,因此采用分子内的Wittig反应,反应完毕后直接过滤得产物,分离过程较简单。最后采用乙酸为溶剂,使用铁粉还原M4即可得氯硝西泮的代谢产物7-氨基氯硝西泮M5。

以2-氰基-4-硝基苯胺为起始原料,经氧化偶联、酰胺化、亲和取代反应、分子内Wittig反应、还原反应等反应完成了氯硝西泮的合成。该方法不仅为氯硝西泮提供了一条全新的合成路线,还仅需一步简单的还原反应即可得到代谢产物7-氨基氯硝西泮,合成方法步骤短,操作安全,后处理简便,在整个反应过程中仅用到常规的酸碱和溶剂,成本低廉。