克里唑替尼及其中间产物的优化合成研究*

2022-12-01刘加艳任宇鹏

广州化工 2022年20期

刘加艳，任宇鹏

(河南应用技术职业学院，河南郑州 450042)

肺癌居我国恶性肿瘤发病首位，肺癌按细胞形态可分为小细胞肺癌和非小细胞肺癌(NSCLC)，其中小细胞肺癌约占15%，非小细胞肺癌约占85%。肺癌最常见的“驱动突变”基因有3个：KRAS(鼠类肉瘤病毒癌基因)、EGFR(表皮生长因子受体基因)和ALK(间变淋巴瘤激酶基因)，在我国的肺癌患者中，3%～8%为ALK突变[1]。

克里唑替尼为口服治疗NSCLC的靶向药物，结构式见图1，该药的靶点为EML4-ALK(棘皮动物微管结合蛋白4与间变淋巴瘤激酶融合基因)，在无其他药物治疗的新诊断肺癌患者中，克里唑替尼对74%的ALK突变患者有效，其中84%的患者存活时间超过1年，该药可作为一线药物用于治疗ALK突变的新肺癌患者，也可作为二线药物用于治疗已对传统化疗药产生耐受性的患者[2-3]。

图1 克里唑替尼结构式

1 实验

1.1 材料与试剂

试剂：3-羟基-5-溴-2-硝基吡啶，上海易恩化学公司；乙二醇二甲醚，上海世通化工；醋酸钯，上海荣立化工；1,1’-双(二苯基膦)二茂铁，上海谱振生物公司；碳酸钾，天津大茂化学公司，均为分析纯。

实验设备：LCMS-8050型液相质谱仪，岛津； 1100型液质联机(LC-MS),安捷伦； ELSD 2000型蒸发光散射检测仪，Alltech；MercurPlus400核磁共振氢谱仪，Varian公司。

1.2 克里唑替尼的合成现状及优化合成方法

克里唑替尼在结构上属于杂环化合物，其结构中包含有苯环?厲吡啶环、吡唑环及含氮六元饱和杂环。其结构基础为：苯环与吡啶环通过醚酯键连接,吡唑环与吡啶环直接相连,吡唑环上的H被含氮六元杂环取代。克里唑替尼的现有方法一般分两个阶段：首先用含苯环化合物与含吡啶的化合物发生酯化反应得到醚片段,再经钯系配合物催化与含吡唑的化合物经Suzuki偶联反应得到终产物。目前的合成方法主要存在以下问题：

(1)合成路线较长，导致收率低；(2)提纯方法多采用柱层析，成本高，操作难度大；(3)合成路线步骤较多，副反应多，产品纯度较低，导致收率低。例如公开号为CN105272966A的专利申请中提供的一种“ALK抑制剂克唑替尼及其类似物或盐的制备方法”，其步骤1和步骤2都采用了柱层析的分离提纯方法，操作复杂，不适于工业化生产。公开号为CN105924431A的专利申请中提供的一种“化合物克唑替尼的合成工艺”，其合成路线包括八个步骤，路线较长，造成后处理繁琐，同样不利于工业化生产[4]。

经优化的克里唑替尼合成路线以3-羟基-5-溴-2-硝基吡啶为起始原料，经Mitsunobu反应后，通过酯化引入吡啶环，再经氨基保护作用，发生Suzuki偶联反应得到终产物7，共四步反应，更适合工业生产，见图2。

图2 经优化的克里唑替尼合成路线

同时试验以单因素为基础，优化中间产物3，即[1-(1-特戊酰哌啶)-4-(2-硝基-3羟基吡啶-5-基)-1H-吡唑]的合成方法，为中间产物的制备提供参考。

1.3 中间产物3的合成方法

准确量取体积比为2:1的乙二醇二甲醚和水，均匀混合后置于密闭反应容器，加入一定量的醋酸钯和还原铁剂。尽快将一定量的化合物1(5-溴-2-硝基-3-羟基吡啶)和化合物2[1-(1-特戊酰哌啶)-4-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二噁硼烷-2-基)-1H-吡唑]加入反应容器，以碳酸钾调节反应pH值，加热到90～95 ℃，反应一定时间生成化合物3，即[1-(1-特戊酰哌啶)-4-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二噁硼烷-2-基)-1H-吡唑]。

生成物为粗产物，提纯处理为：蒸馏溶剂后，向蒸馏残余物加入一定量的水进行抽滤，收集滤液；在滤液中加入乙酸乙酯萃取杂质，收集下层水相；以HCl调节pH至5.5～6.5，即有中间产物3析出，真空干燥后得到化合物3。

中间产物3得率按下式计算：

2 结果与讨论

以化合物3得率为评价指标，合成试验初始条件为：分别准确称量10.0 g化合物1、19.0 g化合物2及19.0 g K2CO3，迅速加入三口具塞反应瓶中，反应溶剂为乙二醇二甲醚和水的混合液，体积分别比为10 mL和5 mL，在醋酸钯和1,1’-双(二苯基膦)二茂铁催化下进行反应，后续提纯步骤同3所示。采用单因素试验，研究反应时间、反应温度及结晶pH对中间产物3得率的影响。

2.1 反应温度对中间产物3得率的影响

准确称量反应物、溶剂和催化剂后，准确控制反应温度为：75 ℃、80 ℃、85 ℃、90 ℃、95 ℃、100 ℃，其他条件为：控制反应时间13 h，萃取后的水相用0.1 mol/L的稀盐酸调节pH到6.0，按3所示步骤制备化合物3并测定得率，重复试验3次，取平均值，结果见图3。

图3 反应温度对中间产物3得率的影响

由图3可知，化合物3得率随着反应温度的增加呈升高趋势，但升高的趋势呈逐渐平缓的趋势，90 ℃以后增速逐渐放缓。温度升高，布朗运动加快，反应速率增加，但温度达90 ℃以上时，副反应也增多，且在后续提纯步骤中，产物3的结晶pH为6.0左右，副产物不在此范围内，因此产率增速逐渐平缓[5]。综合考虑能耗及产物得率，试验设定反应温度为90 ℃。

2.2 反应时间对中间产物3得率的影响

准确称量反应物、溶剂和催化剂后，准确控制反应时间为：10 h、11 h、12 h、13 h、14 h、15 h、16 h，其它条件为控制反应温度为90 ℃，且萃取后的水相用0.1 mol/L的稀盐酸调节pH到6.0，按3所示步骤制备化合物3并测定得率，重复试验3次，取平均值，结果见图4。

图4 反应时间对中间产物3得率的影响

由图4可知，控制其他条件，随着反应时间的延长，化合物3得率呈现先增加后降低的趋势。其中12～13 h时得率增速最显著，13 h时得率为最大值，13～16 h时得率呈下降趋势。此反应为吡啶衍生物对氢原子的取代反应，为可逆反应，吡啶的化学性质较活泼，随着反应时间的延长，吡啶发生取代或加氢还原，且其他副产物也增加，造成产物得率下降[6],且反应时间长，增加了设备使用周期及热量使用，因此反应时间控制在13 h左右。

2.3 结晶pH对中间产物3得率的影响

按1.3所示步骤制备化合物3，控制反应温度90 ℃，反应时间13 h，反应完毕后经减压蒸馏，萃取抽滤，其中水相滤液用0.1 mol/L的稀盐酸分别调节pH到4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5，并测定得率，重复试验3次，取平均值，结果见图5。

图5 结晶pH对中间产物3得率的影响

由图5可知，随着结晶pH升高，化合物3得率呈先增大后减小的趋势，pH 4.5～5.0产物得率增速最快，pH 5.0～6.5得率趋于稳定在76.34%～80.32%，pH 6.5以上，得率下降。由于产物3具有酸性的酚结构，碱性条件下发生反应，导致副反应增多，得率下降；化合物3又有Boc(叔丁氧羰基)基团，用来脱氨基保护，胺与Boc在弱酸和弱碱(如碳酸钾、三乙胺等)作用才起作用，引起pH过低，副产物也会增多[7-8]。综上，试验中结晶pH控制在5.5左右。

中间产物3的核磁数据及LC-MS检测结果如下：

HNMR(CDCl3,400 MHz) δ=8.51(s,1H)，8.26(s,1H)，8.18～8.10(m,2H)，6.02(s,1H)，3.59～3.51(m,1H)，3.21～3.19(m,4H)，2.15～2.10(m,2H)，1.96～1.89(m,2H)，1.31(s,9H)；LC-MS(M+1)：390.2。