托匹司他高效环保合成工艺的研究

＊邓晨希 聂敏奎 尹璐 雷蕊蕊 尹自秋 朱杰

（成都大学 药学院 四川抗菌素工业研究所 四川 610106）

引言

托匹司他（Topiroxostat，1），化学名为4-[5-(吡啶-4-基)-1H-[1,2,4]三唑-3-基]吡啶-2-甲腈，商品名也称为TOPILORIC，是一种显著抑制非嘌呤类黄嘌呤氧化还原酶选择性抑制剂，用于治疗痛风、高尿酸血症[1-5]。托匹司他药物最初是由日本富士药品株式会社（Fuji Yakuhin）及三和化学研究所（Sanwa Kagaku）共同研发，2012年日本厚生劳动省提交上市申请，2013年获得上市批准[6-9]。近年来，抗痛风、抗高尿血酸症的研究报道越来越多，如常用治疗重症急性痛风患者的有效药物秋水仙碱、口服黄嘌呤氧化酶抑制剂非布司他（Febuxostat）及非甾体抗炎药抗炎药等[10-12]。然而，在临床上托匹司他作用于抗痛风、抗高尿血酸症更具有效性、安全性、耐受性及低毒性，日益受到广泛关注[13-14]。

根据现有文献报道，总结有以下几种方法合成托吡司他。

中村洋等报道的合成托匹司他路线是先将4-吡啶羧酸-N-氧化物与二氢喹啉类缩合剂在惰性气体保护下反应1h，加入甲醇发生酯化反应，通过柱层析纯化分离方法得到4-吡啶羧酸甲酯氮氧化物，进一步与氰基化试剂三甲基腈硅烷（TMSCN）反应得到2-氰基4-吡啶羧酸甲酯。2-氰基4-吡啶羧酸甲酯与水合肼缩合得到2-氰基异烟肼，最后，加入4-氰基吡啶反应37h得到目标化合物托匹司他[15]。该工艺路线反应时间长，产物纯化使用柱层析，难以工业化，且氰基化反应用到了昂贵、剧毒的三甲基硅氰，操作危险系数高，环保压力大。

随后，日本富士药品株式会社在上述路线基础上，又公开报道了另外一条路线，该路线步骤较多，特别是合成三氮唑化合物后，利用苄基氯甲基醚进行保护，然后利用三甲基硅氰进行氰基化反应，再脱保护，碳酸氢钠中和对甲苯磺酸得到托吡司他[16]。该工艺路线同样用到昂贵、剧毒的三甲基硅烷腈，过程繁杂，不高效也不绿色环保。Huo Z等[17]报道的工艺路线是先执行保护步骤，后再进行脱保护，且工艺中也用到了剧毒、昂贵的三甲基硅氰，成本较高，操作难度大。为避免使用剧毒的氰基化合物，公开了一条新颖的工艺路线，但该工艺路线中甲酰化的收率较低，且在酰胺脱水生成氰基的工艺中脱水剂用量较大，极易对环境造成污染，同时对仪器设备的腐蚀性较强，工业化难度大[18]。

为了简化合成步骤，避免使用剧毒氰基试剂，后又有改进的制备方法。孙滨等[19]选用绿色氰基化试剂亚铁氰化钾为氰基化试剂，虽极大地避免了剧毒氰基化合物的使用，但合成的起始原料昂贵，导致工业化成本增加。而且，合成工艺中采用易燃易爆腐蚀性强的三氯氧磷试剂，在工业生产过程对设备和人员要求高，生产过程中易产生事故，故工业化合成过程中采用此方法并不理想。另外，在最后一步氰基化反应中需要在氮气保护下才能有较高的产率，然而氮气保护反应对工业化生产过程中设备装置有更高的要求，无形中增加了成本，提高了风险。

综合以上合成路线报道，本文以2-溴-4-吡啶羧酸为起始原料，甲醇为溶剂的同时又为反应原料，在浓硫酸作为催化剂条件下进行酯化反应，得到2-溴-4-吡啶羧酸甲酯。此羧酸甲酯类化合物与水合肼在无水乙醇中低温酰化反应得到2-溴-4-吡啶甲酰肼；在甲醇与甲醇钠混合溶液中，2-溴-4-吡啶甲酰肼与4-氰基吡啶缩合关环得到2-溴-4-[(5-吡啶-4-基)-1H-[1,2,4]三唑-3-基]-吡啶中间产物，此化合物在KI,N,N二甲基乙二胺（DMEDA），碳酸钠催化作用下，与绿色氰基化试剂亚铁氰化钾（K4[Fe(CN)6]）进行氰基取代反应得到托匹司他。优化后的合成工艺反应条件温和，起始原料价廉易得，氰基化试剂环保且安全，产品收率高纯度高，适合工业化大量生产。托匹司他（1）的合成路线如图1所示。

图1 托匹司他（1）的合成路线

1.实验部分

(1)中间体2-溴-4-[(5-吡啶-4-基)-1H-[1,2,4]三唑-3-基](2-溴异烟酸甲酯，2)吡啶的合成

将2-溴-4-吡啶羧酸（成都润泽本土化工有限公司，纯度98%，202g，1mol）加入到甲醇（成都金山化学试剂有限公司，纯度99%，1500ml），混合物于60℃搅拌下缓慢滴加浓硫酸（成都金山化学试剂有限公司，纯度99%，100ml），1h滴加完毕后，再反应3h，TLC跟踪反应[展开剂:石油醚:乙酸乙酯（1:1）]。反应完成后，将反应液冷却至室温，浓缩反应液至不再有馏分流出。加入600ml纯化水搅拌溶解0.5h，倒出有机相，水相加乙酸乙酯（200ml×3）萃取三次，合并有机相，无水硫酸钠干燥，过滤后减压去除滤液，得到类白色固体2，即2-溴-4-吡啶羧酸甲酯。(192g，95%)，mp35℃～36℃。ESI-MS(m/z):216[M+H]+;1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:8.58(d,J=5.0Hz,1H),7.9(s,1H),7.95(dd,J=5.0、1.3Hz,1H),3.89(s,3H)。

(2)中间体2溴4吡啶甲酰肼(2-溴-异烟酸甲酰肼，3)的合成

将2（192g，0.89mol）溶于乙醇（1000ml），室温搅拌溶解，缓慢滴加入水合肼（160g，1.3mol），-10℃恒温槽中搅拌2h，保温5h，TLC跟踪反应[展开剂：石油醚:乙酸乙酯（1:2）]。将反应液抽滤，滤饼用水淋洗，无水乙醇重结晶，烘干，得类白色固体3（190g，转化率97%）。ESI-MS(m/z):215.9[M+H]+;1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:9.71(s,1H),8.58(dd,J=8.1、3.1Hz,1H),7.95(dd,J=17.4、16.5Hz,1H),7.83(dd,J=5.1、1.7Hz,1H),4.49(s,2H)。

(3)中间体2‑溴‑4‑[(5‑吡啶‑4‑基)‑1H‑[1,2,4]三唑‑3‑基]‑吡啶(4)的合成

将化合物3（108g，0.5mol）溶解在甲醇（1000 ml），加入甲醇钠（成都科隆化工试剂有限公司，纯度99%，15g）。升温至80℃，搅拌1.5h，再加入4-氰基吡啶（成都科隆化工试剂有限公司，纯度99%，50g），继续在80℃下搅拌6h，TLC跟踪反应[展开剂:石油醚:乙酸乙酯（1:4）]。冷却至室温，抽滤，滤饼水洗数次，得浅黄色固体4，（138g，92%）。ESI-MS(m/z):303[M+H]+；1H NMR(400MHz,DMSO-d6):11.3(s,1H),9.42(d,J=5.1Hz,1H),8.78(d,J=5.9Hz,2H),8.63(s,1H),8.52(dd,J=5.1、1.6Hz,1H),7.99(dd,J=4.5、1.5Hz,2H)。

(4)托匹司他的合成(1)

将化合物4（120g，0.4mol）和催化剂CuI（成都科隆化工试剂有限公司，纯度99%，15g），配体N,N二甲基乙二胺（DMEDA，成都润泽本土化工有限公司，纯度98%，20.8g），碘化钾（成都润泽本土化工有限公司，纯度98%，80g），亚铁氰化钾（K4[Fe(CN)6]，成都科隆化工试剂有限公司，纯度99%，149g，0.4mol），Na2CO3（成都科隆化工试剂有限公司，纯度99%，100g）加入到N,N-二甲基甲酰胺（1500ml），无需氮气保护，升温至140℃，搅拌加热反应15h，TLC跟踪反应[展开剂:石油醚:二氯甲烷:丙酮:乙酸乙酯（1:1:2:1:1）]。反应结束后冷却至室温，抽滤，滤饼用水淋洗，活性炭脱色，烘干，得到托匹司他粗品。再用环己烷加热溶解，过滤后重结晶，减压干燥后得到白色至淡黄色针状晶体，即化合物1（85g，85%），[HPLC归一化法：色谱柱岛津InertSustain C18柱（4.6mm×250mm，5μm）；流动相A：0.002mol/L磷酸氢二钠/盐酸缓冲溶液（pH为3.5），B:乙腈，梯度洗脱(0-45min，A10%→70%)；检测波长280nm；流速1ml/min；柱温40℃；进样量10μl]。mp326℃～329℃(文献[20]：327℃)。纯度99.5%。ESI-MS(m/z):249[M+H]+；1H NMR(400MHz,DMSO-d6):11.12(s,1H),8.98(d,J=5.1Hz,1H),8.78(d,J=5.9Hz,2H),8.6(s,1H),8.95(dd,J=5.1、1.6Hz,1H),8.01(dd,J=4.5、1.5Hz,2H)。

2.结语

托匹司他是一类新型抗痛风、抗高尿酸血症的有效药物，其合成工艺备受广泛关注。本文提出改进后的工艺原料易得，价格低廉且市场供应充足，反应步骤简单、条件温和无需惰性气体保护，也无需使用基团保护剂。优化后的合成工艺参数反应物料比合理、催化剂廉价易得、反应温度较为温和、pH条件简单，获得最优中间体的精制工艺。同时，选用安全价廉的氰基来源，避免使用剧毒的氰基化试剂，减少环境危害。产品收率高（≥65%）纯度好（≥98%），总杂质不超过1%，不溶于水，且对高温光照稳定性高，达到或高于现有标准，且符合仿制药质量要求，适合工业化大量生产。