5-氯代噁唑并[4,5-b]吡啶-2-胺的简便合成

徐小娜，张婧，王晓霞，仝红娟，朱周静

（1.咸阳职业技术学院医药化工学院，陕西 咸阳 712000；2.咸阳市分子影像与药物合成重点实验室/陕西国际商贸学院医药学院，陕西 咸阳 712046）

杂环结构普遍存在于自然界以及人工合成分子中，具有广泛的生物活性[1-3]。目前，已经上市的药物及农药分子结构中，很多都含有杂环结构[4-5]。其中，噁唑类及吡啶类杂环化合物是两大类具有代表性的杂环化合物，相关的合成及活性研究已有大量的文献报道[6-8]。该类化合物具有广泛的生物活性，如RSK2抑制活性[9]，腺苷A3受体激动活性[10]，抗锥虫病活性[11]，极光激酶抑制活性等[12]。

噁唑并[4，5-b]吡啶是一种特殊的杂环化合物母核，分子中同时含有噁唑环和吡啶环结构，其合成及活性研究已成为当前药物化学研究的热点课题之一。随着药物及合成化学的快速发展，噁唑并[4，5-b]吡啶化合物在药物化学中的作用将会日益重要[13-15]。目前，关于噁唑并[4，5-b]吡啶类化合物的合成，主要方法有2种：（1）2-氨基吡啶-3-醇衍生物与二硫化碳在乙醇中回流反应，得到的产物再与二氯亚砜反应制备得到2-氯噁唑并[4，5-b]吡啶，该方法需要2步反应，用到的二硫化碳和二氯亚砜对环境污染较大[10]；（2）2-氨基吡啶-3-醇衍生物与苯甲酸衍生物反应制备得到2-苯基噁唑并[4，5-b]吡啶，该方法缺点是以毒性较大的二甲苯为溶剂或者强酸PPA（多聚磷酸）等作为催化剂，对环境造成较大污染[11，16]。作为噁唑并[4，5-b]吡啶类化合物中的一种，5-氯代噁唑并[4，5-b]吡啶-2-胺母核的合成研究目前尚未见文献报道。因此，探索5-氯代噁唑并[4，5-b]吡啶-2-胺母核的合成方法，然后以此母核为基础，开发结构新颖的噁唑并[4，5-b]吡啶类化合物用于活性筛选，在药物化学领域中具有一定的研究意义。近年来，绿色合成的理念得到了广泛的重视，以水为反应溶剂是绿色合成的重点研究方向之一[17]。

为了能开发一种合成路线简单、低成本、条件温和的合成5-氯代噁唑并[4，5-b]吡啶-2-胺（1a）的方法，进而为研究噁唑并[4，5-b]吡啶类抗肿瘤活性药物分子中的开发提供母核结构。参考文献[10-11]以2-氨基吡啶-3-醇为原料合成噁唑并[4，5-b]吡啶母核的策略，本研究以2-氨基-6-氯吡啶-3-醇（2a）为原料，水为反应溶剂，与BrCN一步反应合成得到5-氯代噁唑并[4，5-b]吡啶-2-胺（1a）（合成路线见图1），并考察了影响1a收率的主要因素，确定适宜的反应条件。该工艺条件同样适用于5-溴代噁唑并[4，5-b]吡啶-2-胺（1b）的合成。应用研究发现，化合物1a或1b与苯硼酸频哪醇酯发生Suzuki偶联反应，可以用于制备5-苯基噁唑并[4，5-b]吡啶-2-胺（3）。该合成方法以水为反应溶剂，成本低、反应条件温和，具有一定的实际应用价值。

图1 5-氯/溴代噁唑并[4，5-b]吡啶-2-胺（1a，1b）的合成路线Figure 1 The synthetic route for 5-chloro/bromine oxazolo[4,5-b]pyridin-2-amine(1a,1b)

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

APEX II CCD型X线单晶衍射仪（德国Bruker公司）；AV400型核磁共振仪（DMSO-d6为溶剂，TMS为内标，德国Bruker公司）；Ultima Global Spectrometer型质谱仪（ESI源，美国Waters公司）；XT4型显微熔点测定仪（温度计未校正，北京科仪电光仪器厂）；RE-52AA旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）；SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵（郑州长城工贸有限公司）。

2-氨基-6-氯吡啶-3-醇、2-氨基-6-溴吡啶-3-醇、BrCN、苯硼酸频哪醇酯（阿达玛斯试剂有限公司）；柱层析硅胶（300～400目，青岛海洋化工厂）；其他试剂均为市售分析纯。

1.2 5-卤代噁唑并[4,5-b]吡啶-2-胺（1a,1b）的合成

在100 mL的三口瓶中，依次加入2-氨基-6-氯/溴吡啶-3-醇（2a，26.2 mmol）、4.16 g（39.3 mmol）BrCN和50 mL水，在70℃下搅拌3 h，TLC监测反应结束后，体系降至室温，加入饱和NaHCO3水溶液调节至碱性（pH=10），用乙酸乙酯萃取（3×40 mL），分离有机相，经无水Na2SO4干燥、减压浓缩，所得粗品经硅胶柱层析分离纯化（二氯甲烷-甲醇，体积比15∶1]，得到目标化合物（1a、1b）。

5-氯代噁唑并[4，5-b]吡啶-2-胺（1a）：淡黄色固体，收率86.5%。1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：8.21（brs，2H），7.64（d，J=8.0 Hz，1H），7.14（d，J=8.0 Hz，1H）；13C NMR（100 MHz，DMSO-d6）δ：166.1，159.4，140.5，134.3，118.5，118.0。ESIMS，m/z：170.01[M+H]+。

5-溴代噁唑并[4，5-b]吡啶-2-胺（1b）：黄色固体，收率 81.9%。1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：8.23（brs，2H），7.65（d，J=8.0 Hz，1H），7.15（d，J=8.0 Hz，1H）；13C NMR（100 MHz，DMSO-d6）δ：166.0，159.8，141.1，134.8，119.1，118.8。ESIMS，m/z：214.05[M+H]+。

1.3 5-苯基噁唑并[4，5-b]吡啶-2-胺（3）的合成

无氧条件下，将（2.3 mmol）化合物1a或1b溶于DMF（5 mL）中，再加入 636 mg（4.6 mmol）K2CO3、H2O（0.5 mL）、714 mg（3.5 mmol）苯硼酸频哪醇酯，搅拌均匀后再加入146 mg（0.2 mmol）Pd（dppf）Cl2，在100℃下反应3 h，TLC监测反应结束后，加入饱和食盐水（20 mL）稀释，乙酸乙酯萃取（3×20 mL），有机相经无水Na2SO4干燥后减压浓缩，粗品通过硅胶柱层析分离纯化（二氯甲烷-甲醇，体积比20∶1），得到黄色固体。当以1a为反应原料发生Suzuki偶联反应，产物3的收率为62.2%；当1b为反应原料发生Suzuki偶联反应，产物3的收率为78.6%。1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：8.05-7.96（m，4H），7.73（d，J=8.2 Hz，1H），7.53（d，J=8.2 Hz，1H），7.46（t，J=7.5 Hz，2H），7.38（t，J=7.3 Hz，1H）；13C NMR（100 MHz，DMSO-d6）δ：165.6，159.0，151.4，140.3，139.7，129.0，128.6，126.8，115.7，112.7。LC-MS[M+H]+m/z：211.11。

2 结果与讨论

2.1 化合物1a的合成

以2-氨基-6-氯吡啶-3-醇（2a）与BrCN反应合成5-氯代噁唑并[4，5-b]吡啶-2-胺（1a）的反应为模型，研究反应条件对产物（1a）收率的影响，筛选最佳反应工艺条件。

2.1.1 反应溶剂对化合物1a收率的影响 按“1.2”项下反应条件，考察反应溶剂（甲醇、乙醇、水、N，N-二甲基甲酰胺）对产物1a收率的影响，结果发现：反应在4种溶剂中均可进行，其中，在甲醇和乙醇中，产物1a收率较低，分别为23.7%和32.0%，而在水中和N，N-二甲基甲酰胺2种反应溶剂中收率较高，分别为86.5%和55.2%，以水作为反应溶剂时的产物收率最高。因此，确定反应溶剂为水。

2.1.2 物料比对产物1a收率的影响 按“1.2”项下反应条件，考察反应中物料比即n（BrCN）∶n（2a）对产物1a收率的影响，考虑原料成本因素，选择BrCN用量过量。研究发现：当物料摩尔比n（BrCN）∶n（2a）=1.1∶1时，收率仅为33.9%；提高BrCN用量，产物1a收率提高，当BrCN用量增加至摩尔比n（BrCN）∶n（2a）=1.5∶1时，收率最高达到86.5%，而继续增加BrCN用量分别为1.6∶1和1.7∶1时，收率基本保持不变。因此，确定适宜的物料摩尔比为n（BrCN）∶n（2a）=1.5∶1。

2.1.3 反应温度和时间对产物1a收率的影响 在确定了反应溶剂及适宜物料比后，按“1.2”项下反应条件，考察反应温度（20、50、70、90、100℃）对产物1a收率的影响。结果发现：在20℃条件下，产物1a收率为36.5%；继续升高反应温度，产物1a收率逐步升高，当反应温度升高到70℃，产物1a收率最高达到86.5%；继续升高反应温度至100℃，产物收率开始降低。因此，确定适宜反应温度为70℃。

按“1.2”项下反应条件，考察反应时间（1、2、3、4 h）对产物1a收率的影响。结果发现：当反应1 h时，产物1a收率较低，仅为43.3%；反应2 h时，产物1a收率增加至77.6%；当反应3 h时，产物1a收率最高，达到86.5%；继续延长反应时间，收率没有明显变化。因此，确定适宜的反应时间为3 h。

2.2 化合物1a的晶体结构

2.2.1 化合物1a晶体结构测定 将化合物1a溶解于乙醇溶剂中，室温自然挥发，大约3 d后得到淡黄色晶体，选取尺寸为0.12 mm×0.08 mm×0.05 mm的单晶，在APEX II CCD型X线单晶衍射仪于173 K条件下，收集数据采用石墨单色化的MoKα射线（λ=0.071 073 nm），用ω-2θ扫描方式，衍射指标范围为-23≤h≤23，-24≤k≤18，-19≤l≤19，在θ角的范围为2.658°＜θ＜26.384°，收集到衍射点14 031个，独立衍射点3 080个 [R（int）=0.057 5]，数据的处理采用SHELXL-97程序直接解出晶体结构，最终得到R1=0.041 4，ωR2=0.093 9，残余电子密度峰最大值435 e/nm3，最小值-357 e/nm3。化合物1a的晶体及精修参数如表1所示。

2.2.2 化合物1a晶体结构分析 化合物1a晶体（CCDC号：2006787）结构属于四方晶系，I41/a空间群，晶胞参数a=1.966 41（8）nm，b=1.966 41（8）nm，c=1.561 44（5）nm，α=β=γ=90.00°，V=6.037 7（5）nm，Z=16，Dc=1.572 g/cm3，μ=0.455 mm-1，F（000）=2912.0，见表1。通过X-ray单晶衍射可以看到化合物1a的立体结构，图2为分子结构图。表2和表3分别为化合物1a的键长和键角数据。

表1 化合物1a的晶体及精修参数Table 1 Crystal structure and refinement parameters for compound 1a

表2 化合物1a的键长Table 2 Bond lengths for compound 1a

表3 化合物1a的键角Table 3 Bond angles for compound 1a

图2 5-氯代噁唑并[4，5-b]吡啶-2-胺（1a）的晶胞结构图Figure 2 Crystal cell structure of 5-chlorooxazolo[4,5-b]pyridin-2-amine(1a)

2.3 5-苯基噁唑并[4，5-b]吡啶-2-胺（3）合成

为了进一步研究5-氯/溴代噁唑并[4，5-b]吡啶-2-胺（1a、1b）在有机合成方面的应用，1a或1b与苯硼酸频哪醇酯发生Suzuki偶联反应，可以制备5-苯基噁唑并[4，5-b]吡啶-2-胺（3），收率分别为 62.2%和78.6%。化合物3结构经1HNMR、13C NMR和ESI-MS表征，合成路线见图3。

图3 5-苯基噁唑并[4，5-b]吡啶-2-胺（3）的合成路线Figure 3 The synthetic route of 5-phenyloxazolo[4，5-b]pyridin-2-amine（3）

3 结论

本文首次报道5-氯代噁唑并[4，5-b]吡啶-2-胺（1a）的合成方法，该方法以2-氨基-6-氯吡啶-3-醇（2a）和BrCN为原料，在水溶剂中，一步反应得到目标产物。该合成方法以水为溶剂，不仅反应成本低、绿色环保，而且产物收率较高，具有一定的应用价值。本研究采用氨基吡啶来构建噁唑并[4，5-b]吡啶衍生物，为构建杂环化合物提供了一种新的选择。另外，产物1a、1b经过Suzuki偶联反应可以用于构建5-芳基取代的噁唑并[4，5-b]吡啶-2-胺衍生物。目前，关于该Suzuki偶联反应的条件优化、底物范围拓展及生物活性研究等工作正在进行中。