6-[(1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤的合成

劉 娥

(荊楚理工學(xué)院化工與藥學(xué)院，湖北 荊門 448000)

硫唑嘌呤(Azathioprine，6-AP)，別名依木蘭(Imuran)，化學(xué)名為6-[(1-甲基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤，為嘌呤類抗代謝型藥物，通過在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為6-巰基嘌呤而顯效[1]。目前主要用作免疫抑制劑，治療自身免疫性疾病(如風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、血小板減少性紫癜、全身性紅斑狼瘡等)和預(yù)防組織、器官移植后的免疫排斥反應(yīng)[2]。但對人體所致的肝毒性及白細(xì)胞減少等副作用影響了它的廣泛應(yīng)用[3]。

為了減輕藥物的副作用并提高藥效，作者基于硫唑嘌呤在體內(nèi)的代謝過程和作用機制，結(jié)合其合成路線中的一般性方法及引入不同取代基對分子性質(zhì)的影響，設(shè)計并合成了硫唑嘌呤的衍生物6-[(1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤，以期得到高效低毒的硫唑嘌呤替代藥物。

合成路線如下：

1 實驗

1.1 試劑與儀器

6-巰基嘌呤(純度98%)，國藥集團化學(xué)試劑有限公司;其它試劑均為市售化學(xué)純。

XT-4型雙目顯微熔點測定儀(溫度計未經(jīng)校正)；Nicolet NEXUS470型傅立葉變換紅外光譜儀；Varian Mercury 300 MHz型核磁共振儀。

1.2 方法

1.2.1N-芐基草酰胺乙酯的合成

冰浴冷卻下通過恒壓滴液漏斗向裝有81.5 mL(87.68 g，0.60 mol)草酸二乙酯的瓶中緩慢滴加54.6 mL(53.58 g，0.50 mol)芐胺，6 h滴完。抽濾，將濾液轉(zhuǎn)移至250 mL圓底燒瓶中。用水泵減壓依次蒸除反應(yīng)產(chǎn)生的乙醇、過量的草酸二乙酯和可能存在的芐胺，再改用油泵減壓蒸出產(chǎn)物，產(chǎn)物蒸汽溫度156～158 ℃，冷凝后得無色油狀液體57.4 g，然后凝固成白色塊狀晶體，即N-芐基草酰胺乙酯。

1.2.2N-乙基-N′-芐基草酰胺的合成

稱取20.7 g(0.1 mol)N-芐基草酰胺乙酯置于100 mL燒杯中，微熱使其熔化，加入100 mL無水乙醇，振搖并用超聲輔助使其完全溶解后，通過恒壓滴液漏斗將其緩慢滴入裝有磁子攪拌、回流冷凝管和31.3 mL(6.76 g，0.15 mol)乙胺溶液(30%)的250 mL二口燒瓶中，立即有白色固體產(chǎn)生。生成的大量固體使得反應(yīng)液非常粘稠，磁子攪拌效果不佳，需不時用玻璃棒輔助攪拌，3 h后抽濾，用蒸餾水洗滌濾餅，真空干燥，得白色固體粉末N-乙基-N′-芐基草酰胺19.0 g。

1.2.3 1-乙基-2-苯基-5-氯咪唑的合成

稱取10 g(0.05 mol)N-乙基-N′-芐基草酰胺和20 mL POCl3置于反應(yīng)瓶中，攪拌下緩慢地分批加入20.85 g(0.10 mol)PCl5，在80 ℃下反應(yīng)3 h后，在室溫下繼續(xù)攪拌12 h，蒸除POCl3，冷卻，將溶液倒入冷水中，用氯仿萃取，水相用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至有固體析出，得到1-乙基-2-苯基-5-氯咪唑6.17 g。

1.2.4 1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基-5-氯咪唑的合成

稱取2.07 g(0.01 mol)1-乙基-2-苯基-5-氯咪唑置于反應(yīng)瓶中，冰浴冷卻下緩慢滴加5 mL濃硫酸(98%)，固體逐漸溶解，再緩慢滴加5 mL濃硝酸(65%～68%)。于100 ℃反應(yīng)2 h，冷卻后倒入100 mL冰水中，有黃色固體析出，抽濾，用蒸餾水洗滌濾餅，真空干燥，得兩種同分異構(gòu)體相混合的黃色細(xì)針狀晶體粉末1.52 g，收率約67.04%。用乙酸乙酯∶石油醚(2∶3)作為洗脫劑過柱，得到1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基-5-氯咪唑0.456 g。

1.2.5 6-[(1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤的合成

稱取152 mg(0.89×10-3mol)一水合6-巰基嘌呤(6-MP·H2O)、2 mL DMF和267 mg(0.90×10-3mol)1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基-5-氯咪唑置于反應(yīng)瓶中，再加入無水K2CO3，攪拌，在100 ℃下反應(yīng)5 h后蒸出溶劑，將剩余物溶于丙酮中，濾出不溶物，通過柱層析得到6-[(1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)中間體及產(chǎn)物的收率和熔點(表1)

表1 反應(yīng)中間體及產(chǎn)物的收率和熔點

2.2 1HNMR、IR及MS分析

N-芐基草酰胺乙酯：1HNMR(CDCl3)，δ，ppm：7.27～7.39(m，5H，苯環(huán)CH)，4.54(d，2H，PhCH2)，4.37(q，2H，OCH2CH3)，1.42(t，3H，OCH2CH3)，NH信號被苯環(huán)CH的寬峰信號所掩蓋。IR(KBr)，ν，cm-1：3281.15(N-H st)，3035.95(苯環(huán)C-H)，2975.15(CH3C-H)，2931.72(CH2C-H)，1744.20(O-C=O)，1682.36(NH-C=O)，1534.20(N-C=O)，1216.44(C-O)，1019.28(C-O)，744.90、702.65(單取代苯環(huán)C-H)。

N-乙基-N′-芐基草酰胺：1HNMR(CD3COCD3)，δ，ppm：8.59(s，1H，CH3CH2NH)，8.16(s，1H，PhCH2NH)，7.23～7.35(m，5H，苯環(huán)CH)，4.47(d，2H，PhCH2NH)，3.30(m，2H，CH3CH2NH)，1.14(t，3H，CH3CH2NH)，2.05(CH3COCH3)。IR(KBr)，ν，cm-1：3292.92(N-H st)，1651.90(C=O st)，3063.63、3032.53(苯環(huán)C-H st)，2970.11(CH3C-H st)，2934.38(CH2C-H st)，1528.42(N-C=O st sy)，1228.99(C-N st)，1149.78(N-H ip)，714.63(N-H oop)，754.86、694.11(單取代苯環(huán)C-H oop)。

1-乙基-2-苯基-5-氯咪唑：1HNMR(DMSO)，δ，ppm：7.55 (m，5H，苯環(huán)CH )，4.03 ( q，2H，CH2CH3)，1.35 (t，3H，CH2CH3)。IR(KBr)，ν，cm-1：1620～1640(C=N)，3100、3030(咪唑環(huán)4位=C-H st和苯環(huán)C-H)，1503.08、1469.88(咪唑環(huán)4、5位C=C)，1106.71(咪唑環(huán)5位C-Cl)，923.39、767.79、696.80(單取代苯環(huán)C-H)。

1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基-5-氯咪唑：1HNMR(DMSO)，δ，ppm：8.40 (s，2H，苯環(huán)上H，靠近NO2)，7.99 (s，2H，苯環(huán)上H，靠近咪唑環(huán))，4.18 (q，2H，CH2CH3)，1.32 (t，3H，CH2CH3)。MS(EI)，m/z:296(M+)。

6-[(1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤：1HNMR(CD3COCD3)，δ，ppm：8.19( s，2H，苯環(huán)上H，靠近咪唑環(huán))，8.48 (s，2H，苯環(huán)上H，靠近NO2)，4.46 (q，2H，CH2CH3)，1.42(t，3H，CH2CH3)。MS(EI)，m/z:413(M+H)+。

2.3 討論

(1)制備N，N′-二取代草酰胺主要有兩種方法：草酰氯與胺反應(yīng)、草酸二乙酯與胺反應(yīng)。草酸二乙酯與胺反應(yīng)溫和，放熱少，稍用冰浴冷卻或直接在室溫下進行即可，而且反應(yīng)中沒有HCl酸氣放出。但是，由于酯的活性不及酰氯，因此其胺解反應(yīng)受胺上的烴基大小即空間位阻的影響較大。實驗發(fā)現(xiàn)，甲胺與草酸二乙酯反應(yīng)生成化合物的收率為96.5%，當(dāng)原料換作芐胺、乙胺分別生成相應(yīng)化合物時，收率降低至55.4%、45.0%。相反，采用高反應(yīng)活性的酰氯與乙胺反應(yīng)，收率提高至67.3%，但反應(yīng)非常劇烈，放熱量大，需在充分冷卻下緩慢進行，加之酰氯易水解，反應(yīng)體系要保證干燥，還需要安裝尾氣吸收裝置處理反應(yīng)產(chǎn)生的HCl酸氣。

(2)本研究僅合成了一種硫唑嘌呤的衍生物。通過查閱文獻，發(fā)現(xiàn)引入丙基、丁基或者碳鏈更長的烷基時，也可以環(huán)化得到咪唑環(huán)化合物，進一步得到硫唑嘌呤的衍生物。

(3)合成1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基-5-氯咪唑的過程中，若一端為芳環(huán)、另一端為烷基時硝化，得到的是兩種同分異構(gòu)體的混合物，通過選擇適當(dāng)?shù)南疵搫┲鶎游觯梢缘玫礁髯缘募兾镔|(zhì)。但由此造成產(chǎn)物損失較大。如何使得兩種物質(zhì)得到較好的分離且損失較小，有待進一步的研究。

(4)合成路線中最后一步反應(yīng)為SN2親核取代反應(yīng)，6-巰基嘌呤中的6位-SH作為親核基團進攻咪唑環(huán)上的5位C原子，同時Cl原子以Cl-形式離去，之后在堿催化下S原子上的質(zhì)子脫去，形成產(chǎn)物。SN2反應(yīng)的一個顯著特點就是受反應(yīng)中心鄰近基團的空間位阻影響較大。實驗結(jié)果顯示，在反應(yīng)中心(咪唑環(huán)5位)鄰近的1、2位上基團最小的化合物進行反應(yīng)的產(chǎn)率最高(40.2%)；當(dāng)稍遠(yuǎn)的2位變?yōu)轶w積較大的對硝基苯基時，收率明顯下降(12.1%)。相對而言，乙基較甲基的空間體積并未增大很多，但由于其與反應(yīng)中心的空間距離最近，加之親核基團-SH自身也帶有一個體積龐大的嘌呤基團，因此該反應(yīng)表現(xiàn)出對咪唑5位鄰近的1、2位，特別是1位基團的空間位阻非常敏感。

3 結(jié)論

通過分析硫唑嘌呤在體內(nèi)的代謝過程和作用機制，結(jié)合其合成路線中的一般性方法及引入不同取代基對分子性質(zhì)的影響，設(shè)計并合成了嘌呤類化合物6-[(1-乙基-2-對硝基苯基-4-硝基咪唑基-5-)硫基]嘌呤。產(chǎn)物及中間體均采用1HNMR和IR進行結(jié)構(gòu)表征和確證，部分化合物用質(zhì)譜表征。結(jié)果表明，對硫唑嘌呤進行結(jié)構(gòu)改造具有一定的可行性，得到的改造產(chǎn)物為其與先導(dǎo)化合物(硫唑嘌呤)作藥理學(xué)、藥代動力學(xué)等研究提供了基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1] 仉文升，李安良.藥物化學(xué)[M].北京:高等教育出版社，1999：494-495.

[2] 鄭虎.藥物化學(xué)(第五版)[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2005：224-225.

[3] Hoffmann M，Rychlewski J，Chrzanowska M，et al.Mechanism of activation of an immunosuppressive drug：Azathioprine.Quantum chemical study on the reaction of azathioprine with cysteine[J].J Am Chem Soc，2001，123(26)：6404-6409.