肺动脉高压药物Selexipag的合成工艺研究

邵俊兰 范文华 焦小雨 丁 蕾 项良华 唐春雷

(江南大学 生命科学与健康工程学院，江苏 无锡 214000)

肺动脉高压指的是在海平面、静息状态下，经右心导管测量的平均肺动脉压(mPAP)≥3.33 kPa(25 mm Hg)，最终可致患者右心功能衰退和死亡。我国肺动脉高压患者的3年生存率为39%，5年生存率仅为21%[1]。因此，抗肺动脉高压药物的研制与工艺改进仍是药物研发工作的热点。

Selexipag(化合物1，结构式见图1，商品名Uptravi，又称赛乐西帕、司来帕格)，其化学名称为2-[4-[N-(5,6-二苯基哌嗪-2-基)-N-异丙基氨基]丁氧基]-N-(甲磺酰基)乙酰胺，由瑞士爱可隆(Actelion)生物制药公司和日本新药株式会社联合研发，新药申请于2015年12月21日获美国FDA审评[2]。Selexipag是一种口服有效、高选择性和长效的前列环素(IP)受体激动剂，可松弛血管壁平滑肌，改善损伤的肺动脉内皮依赖性舒张。2015年《欧洲肺动脉高压诊治指南》[3]和2018年《中国肺高血压诊断和治疗指南》[4]皆建议，应使用Selexipag治疗心功能分级为Ⅱ或Ⅲ级的肺动脉高压患者。2021年7月30日，FDA批准Selexipag静脉注射剂(Uptravi IV)用于治疗目前已处于口服疗法阶段，但暂时无法接受口服疗法，WHO功能分级Ⅱ-Ⅲ的肺动脉高压成人患者[5]。2021年12月7日，Selexipag由国家药品监督管理局批准进口注册，用于成人肺动脉高压治疗。

图1 Selexipag的结构

原研公司文献报道了Selexipag的合成路线[6，7]，如图2所示。路线1包括以下步骤：(1)以4-氨基-1-丁醇(化合物2)为起始原料，在氧化铂催化下，进行高压还原缩合得到4-异丙基氨基-1-丁醇(化合物3)；(2)化合物3和2-氯-5,6-二苯基吡嗪(化合物4)在190 ℃下高温缩合，得到中间体4-(N-(5,6-二苯基吡嗪基)-N-异丙基氨基)-1-丁醇(化合物5)；(3)化合物5与溴乙酸叔丁酯发生缩合反应，得到2-(4-(N-(5,6-二苯基吡嗪基)-N-异丙基氨基)正丁氧基)乙酸叔丁酯(化合物6)；(4)化合物6水解脱去叔丁酯基，得到 2-(4-(N-(5,6-二苯基吡嗪基)-N-异丙基氨基)正丁氧基)乙酸(化合物7)；(5)化合物7先与N,N′-羰基二咪唑(CDI)反应，然后在 1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)存在下与甲基磺酰胺发生酰化反应,得到终产物Selexipag。

图2 Selexipag的合成路线1

原研专利的合成路线步骤为5步反应，该路线存在以下缺点：步骤(1)高压氢化,反应能耗大，工业化需要特殊设备，风险较高；步骤(2)需要190 ℃反应10 h，条件苛刻且存在安全隐患，同时2-氯-5,6-二苯基哌嗪较为昂贵且不易得到，增加了工艺成本，并且由于2-氯-5,6-二苯基哌嗪反应活性较低，此步收率仅有56%；步骤(3)中氢氧化钾固体在苯溶液中难溶，中间体5反应不完全；步骤(5)中缩合剂CDI对湿气非常敏感，遇水易分解，反应对溶剂水分要求高；步骤(1)、(2)、(4)、(5)都需要硅胶柱色谱纯化，成本高，效率低，三废严重。综上，整个合成路线成本高且收率低，总摩尔收率仅为26%，反应操作难度大,安全性上也不利于大规模工业化生产和产业化推广。

鉴于以上路线的缺陷，作者通过对起始原料、合成路线、后处理方法进行改造和优化，确定了较优的合成工艺(图3)。此工艺由4-氯-1-丁醇和异丙胺合成中间体3，以5,6-二苯基-2-羟基吡嗪(化合物8)为原料，通过取代反应得到中间体9。中间体9和中间体3通过缩合反应得到关键中间体5，再通过缩合、水解、酰化三步反应得到目标化合物1。改进后的工艺路线总收率由原来的26.00%提升至40.70%。

图3 Selexipag的合成路线2

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

LCMS-8080液相色谱质谱联用仪(日本岛津公司)；LC1260 色谱仪(安捷伦科技有限公司)；Bruker AVIII-400MHz核磁共振仪(TMS为内标)；WRS-1B数字熔点仪(上海仪电物理光学仪器有限公司，温度未经校正)；低温恒温搅拌反应浴(郑州科泰实验设备有限公司)；集热式恒温加热磁力搅拌器(郑州科泰实验设备有限公司)；紫外线分析仪(郑州科泰实验设备有限公司)。

实验所用试剂均为市售分析纯或化学纯，未进一步纯化。

1.2 合成部分

1.2.1 4-(异丙氨基)丁醇(3)的制备

在500 mL反应瓶中加入60.00 g(0.56 mol)4-氯-1-丁醇、131.23 g(2.22 mol)异丙胺，油浴加热至60 ℃反应6 h。高效液相色谱监测反应完全，冷却至室温，向反应液中缓慢加入150 mL浓度为2 mol·L-1的盐酸溶液，调至pH=2,用二氯甲烷(200 mL)洗涤，水相加150 mL浓度2 mol·L-1氢氧化钠溶液调至pH=11，用二氯甲烷(60 mL×3)萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，抽滤，滤液减压浓缩，得60.58 g黄色透明油状产物4-(异丙氨基)丁醇(3)，收率82.50%。ESI-MS m/z：132.1[M+H]+。1H NMR (400 MHz, Chloroform-d)δ：4.14(s,1H),3.43 (t,J=5.4 Hz, 2H), 3.32 (s, 1H),2.67 (p,J=6.3 Hz, 1H), 2.49 (t,J=5.8 Hz, 2H)，1.54～1.42 (m, 4H), 0.94 (d,J=6.4 Hz, 6H)。

1.2.2 2-溴-5,6-二苯基吡嗪(9)的制备

在500 mL反应瓶中加入50.00 g(0.20 mol)5,6-二苯基-2-羟基吡嗪(8)，溶于300 mL无水二氯甲烷中，室温搅拌下，向其中缓慢加入64.26 g(0.24 mol)三溴化磷，反应5 min后升温至回流，反应1.5 h，薄层色谱监测反应完全(展开剂为石油醚-乙酸乙酯，体积比10∶1,Rf=0.8)。冷却至室温，减压旋蒸除去二氯甲烷，再加入乙酸乙酯(100 mL)、冰水(40 mL)，用乙酸乙酯(100 mL×3)萃取，合并有机相，依次用冷却的碳酸氢钠溶液(100 mL)、水(100 mL)、饱和盐水(200 mL×2)洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，滤液减压浓缩，得到灰色固体即2-溴-5,6-二苯基吡嗪的粗品。然后用石油醚(30 mL)打浆0.5 h，抽滤，滤饼于40 ℃真空干燥箱干燥2 h，得到白色固体2-溴-5,6-二苯基吡嗪(9)59.06 g，收率为95.26%。熔点：138.1～140.7 ℃，ESI-MS m/z：311.0[M+H]+，1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)δ：8.91(s, 1H), 7.50～7.23 (m, 10H)。

1.2.3 4-(N-(5,6-二苯基吡嗪-2-基)-N-异丙基氨基)-1-丁醇(5)的制备

向250 mL反应瓶中依次加入58.00 g(0.19 mol)2-溴-5,6-二苯基吡嗪(9)、73.60 g(0.56 mol)4-异丙基氨基-1-丁醇(3)和8.29 g(0.05 mol)碘化钾，加热至120 ℃反应6 h，薄层色谱监测反应结束且副产物较少(展开剂为石油醚-乙酸乙酯，体积比10∶1,Rf=0.8)。将反应液降温至100 ℃，反应液由褐色变黄，加入水(200 mL)，用乙酸乙酯(200 mL×2)萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，抽滤，滤液经减压浓缩得N-(5,6-二苯基吡嗪-2-基)-N-异丙基氨基)-1-丁醇粗品。用石油醚/乙酸乙酯(30 mL，体积比15∶1)混合溶剂打浆，得44.70 g 淡黄色粉末状固体4-(N-(5,6-二苯基吡嗪-2-基)-N-异丙基氨基)-1-丁醇(5)，收率65.13%。熔点：101.8～103.2 ℃，ESI-MS m/z：362.2[M+H]+。1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)δ：8.14 (s, 1H), 7.38 (dd,J=7.3, 2.4 Hz, 2H), 7.31～7.19 (m, 8H), 4.79 (h,J=6.7 Hz, 1H), 4.49 (t,J=5.1 Hz, 1H), 3.52～3.39 (m, 4H), 1.67 (p,J=8.1, 7.4 Hz, 2H), 1.54 (p,J=6.7 Hz, 2H), 1.23 (d,J=6.7 Hz, 6H)。

1.2.4 2-(4-(N-(5,6-二苯基吡嗪基)-N-异丙基氨基)丁氧基)乙酸叔丁酯(6)的制备

向500 mL反应瓶中依次加入44 g(0.12 mol)中间体5、200 mL甲苯、7.74 g(0.024 mol)四丁基溴化铵和150 mL 40%的氢氧化钾溶液，加毕，搅拌10 min, 继续滴加46.8 g(0.24 mol)溴乙酸叔丁酯，室温反应1 h。薄层色谱监测反应完全(展开剂为石油醚-乙酸乙酯，体积比3∶1，Rf=0.7)，旋蒸除去甲苯(可回收)，浓缩后的反应液用水(200 mL×2)洗涤，乙酸乙酯萃取(150 mL×3)，合并有机相，无水硫酸钠干燥，抽滤，减压浓缩得到52.86 g淡黄色油状产物 2-(4-((5,6-二苯基吡嗪基)(异丙基)氨基)丁氧基)乙酸叔丁酯)(6)粗品，收率91.3%。ESI-MS m/z：476.3[M+H]+。1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)δ：8.14 (s, 1H), 7.38～7.35 (m, 2H), 7.29 (d, J=3.3 Hz, 2H), 7.28～7.20 (m, 6H), 3.95 (s, 2H), 3.47 (dt, J=28.3, 7.3 Hz, 5H), 2.00 (d, J=7.8 Hz, 2H), 1.63 (d, J=8.9 Hz, 2H), 1.41 (s, 9H), 1.23 (s, 6H)。无需纯化直接用于下一步反应。

1.2.5 2-(4-((5,6-二苯基吡嗪-2-基)(异丙基)氨基)丁氧基)乙酸(7)的制备

向500 mL反应瓶中依次加入52 g(0.11 mol)中间体6，300 mL乙醇，升温至40℃，开始滴加浓度为2 mol·L-1的 NaOH溶液(200 mL)，滴毕，将反应体系升温至回流温度，反应45 min，薄层色谱检测反应完全(展开剂为二氯甲烷-甲醇，体积比15∶1，Rf=0.5)，浓缩至无液体滴出，得胶状物14.2 g，将此胶状物溶解在500 mL水中，滴加浓度为2 mol·L-1的稀盐酸至淡黄色固体全部析出，此时pH为5～6，过滤，滤饼于40 ℃真空干燥箱干燥2 h，用150 mL异丙醇重结晶，得42.43 g黄色粉末状产物2-(4-((5,6-二苯基吡嗪-2-基)(异丙基)氨基)丁氧基)乙酸(7)，收率92.5%。熔点：112.9～114.2 ℃，ESI-MS m/z：418.2[M-H]+。1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)δ：12.78 (s, 1H), 8.14 (d,J=6.4 Hz, 1H), 7.39～7.35 (m, 2H), 7.31～7.24 (m, 6H), 7.22 (d,J=5.3 Hz, 2H), 4.79 (qt,J=8.4, 5.7, 5.2 Hz, 1H), 4.06～4.00 (m, 2H), 3.51 (dt,J=11.8, 6.1 Hz, 2H), 3.44 (dd,J=9.7, 5.6 Hz, 2H), 1.70～1.51 (m, 4H), 1.23 (d,J=6.5 Hz, 6H)。无需纯化直接用于下一步反应。

1.2.6 Selexipag的制备

向500 mL反应瓶中依次加入41.90 g(0.10 mol)中间体7，300 mL N,N-二甲基甲酰胺、24.32 g(0.18 mol)1-羟基苯并三唑(HOBT)、34.51 g(0.18 mol)1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳化二亚胺盐酸盐(EDCI)和14.25 g(0.15 mol)甲基磺酰胺，开启搅拌，室温反应5 h，薄层色谱监测反应完全(展开剂为二氯甲烷-甲醇，体积比10∶1，Rf=0.8)，将反应液浓缩除去部分溶剂，剩余物缓慢加入冰水中，析出固体,过滤，收集滤饼，于40 ℃真空干燥箱干燥2 h，得到Selexipag粗品。用二氯甲烷-正庚烷(400 mL,体积比1∶5)重结晶，加热回流溶解固体，冷凝分出100 mL混合溶剂，溶液仍澄清，降温至10 ℃ 左右有晶体析出，抽滤，滤液重复以上精制步骤两次，合并滤饼得40.42 g白色粉末状固体产物Selexipag，收率81.5%，纯度99.44%[HPLC面积归一化法，色谱柱：Ultimate C18柱(4.6 mm×250 mm,5 μm)，流动相A:体积分数0.05%的甲酸水溶液；流动相 B：乙腈；梯度洗脱：0～1 min 90% A,10% B；1～5 min 90% A→50% A,10% B→50% B;5～15 min 50% A,50% B;15～20 min 50% A→10% A,50% B→90% B;20～25 min 10% A，90% B;25～40 min 10% A→90% A；90% B→10% B。检测波长:254 nm；流速:0.5 mL·min-1；柱温:25 ℃]。熔点：138.1～140.7 ℃，ESI-MSm/z：497.3[M+H]+。1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)δ：11.78 (s, 1H), 8.17 (s, 1H), 7.43～7.38 (m, 2H), 7.34～7.21 (m, 8H), 4.80 (p,J=6.7 Hz, 1H), 4.11 (s, 2H), 3.57 (t,J=5.9 Hz, 2H), 3.45 (d,J=8.4 Hz, 2H), 3.31 (s, 3H), 1.75～1.63 (m, 4H), 1.24 (d,J=6.7 Hz, 6H)。

2 结果与讨论

2.1 中间体5的工艺条件考察

2.1.1 温度和时间的考察

4-(N-(5,6-二苯基吡嗪-2-基)-N-异丙基氨基)-1-丁醇(5)作为制备Selexipag的重要中间体，其收率和纯度很大程度上影响了终产物的收率和纯度。作者考察了30、 60、90、120、150、180 ℃等温度下的反应情况，结果显示，在低温下反应很慢，通常要反应15 h以上，高温下会生成杂质S，结构见图4，最终确定以120 ℃为最佳反应温度。

图4 杂质S的结构

作者考察了不同反应时间对收率的影响(图5)。采用HPLC跟踪反应，结果显示，6 h左右反应基本结束，转化率不再随时间延长而增加，经HPLC面积归一法分析其含量也没有太大的变化，优选反应时间6 h 为宜。

图5 反应时间对转化率的影响

2.1.2 对不同缚酸剂的考察

作者考察了缚酸剂对反应收率的影响，结果如表1所示，表明使用碘化钾做缚酸剂收率最高。

表1 不同的缚酸剂对中间体5收率的影响

2.1.3 后处理方法的考察

在对中间体5的后处理过程中发现，中间体5在石油醚-乙酸乙酯(PE-EA)的溶液体系中溶解性不佳，寻找最佳的二元溶剂配比使纯度与收率达到平衡，从而避免繁琐的柱层析操作，不同比例的二元溶剂打浆对中间体5纯度与收率影响如表2所示。

由表2可以看出，当打浆溶剂比例控制在PE∶EA为15∶1时，中间体5经HPLC检测纯度达到99.4%，并且打浆之后的收率也相对其他比例的溶剂更高，因此选择PE∶EA=15∶1作为纯化化合物5的打浆溶剂。

表2 不同比例的二元溶剂打浆对中间体5纯度与收率的影响

2.2 中间体6的制备条件考察

该步反应考察相转移催化剂(实验对照组1～4)和碱(实验对照组1，5～9)对反应收率的影响，相关数据见表3。结果表明，以四丁基溴化铵(TBAB)作相转移催化剂，氢氧化钾(KOH)溶液作碱时，反应收率最高，为91.3%。

表3 合成中间体6的影响因素数据

2.3 化合物1的制备条件考察

考察了影响反应的溶剂(实验对照组1～4)、化合物7与甲基磺酰胺的投料比(实验对照组1，5～11)、缩合剂(实验对照组1，9～11)等因素。控制单一变量进行多次平行实验，实验数据见表4。

表4 合成化合物1的影响因素数据

确定最优条件为：投料比n化合物7∶n甲基磺酰胺为1∶1.5，缩合剂采用EDCI/HOBt体系，室温反应5 h，收率为81.5%。

3 结论

本研究对Selexipag的各步反应条件进行初步探索，优化了合成方法。第一步中4-(异丙氨基)丁醇(3)的合成与文献报道的高压氢化不同，实验采用无溶剂法反应，后处理简便，反应相对温和，降低反应能耗。中间体5采用价廉易得的5,6-二苯基-2-羟基吡嗪为起始原料经过两步反应得到，收率由原文献的56%提升至67%。中间体6的缩合反应中，引入相转移催化剂TBAB提高反应收率。目标产物Selexipag的后处理无需萃取，加水降温即可析出。作者对关键中间体5、6和目标终产物的制备条件进行了研究，具体包括反应溶剂、时间、温度、投料比、催化剂、缩合剂等因素，反应产物均采用打浆或重结晶的方式纯化，避免柱层析分离，节约成本，便于放大生产，总收率提升至40.70%(以5,6-二苯基-2-羟基吡嗪为基准计算)。研究路线安全环保，简单温和，操作简便，成本低廉，产物收率高，纯度高，具有一定的工业化应用前景，可为Selexipag的生产及其衍生物的合成提供参考。