S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽的合成工藝優化

郭麗媛，董志艷，吳遠強，黃勝堂，姚 剛，吳 詩*

(1.湖北科技學院 糖尿病心腦血管病變湖北省重點實驗室,湖北 咸寧 437100；2.黃石市實驗高中，湖北 黃石 435000)

?

S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽的合成工藝優化

郭麗媛1，董志艷1，吳遠強2，黃勝堂1，姚 剛1，吳 詩1*

(1.湖北科技學院 糖尿病心腦血管病變湖北省重點實驗室,湖北 咸寧 437100；2.黃石市實驗高中，湖北 黃石 435000)

以L-脯氨酸為原料，經二碳酸二叔丁酯保護、25%氨水溶液室溫氨解、室溫下脫水和脫保護得到DPP-4抑制劑重要中間體S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽，4步總收率可達到50.6%。該合成方法操作簡便，試劑無需濃縮，設備簡單，十分適合實驗室研究及小試生產。

S-2-氰基吡咯烷；DPP-4抑制劑；合成

二肽基肽酶4(DPP-4)抑制劑是治療2型糖尿病的新型降血糖藥物，與傳統的糖尿病治療藥物相比，DPP-4抑制劑具有降低低血糖癥發生的風險、從根本上改善糖尿病病程的發展和長期使用不會影響體重等多方面的優勢[1-2]。化合物NVP-DPP728(Ⅱ)是早期研發的DPP-4抑制劑[3]；維格列汀(Ⅲ)是最早上市的一種DPP-4抑制劑，2008年歐盟批準上市，2011年進入中國[4-6]；阿格列汀(Ⅳ)2012年在日本注冊[7]；化合物Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ等正在進行臨床研究或臨床前研究[2,7-8]。這些研發的DPP-4抑制劑均含有S-2-氰基吡咯烷結構單元，其結構式見圖1。研究表明，S-2-氰基吡咯烷結構是此類藥物具有活性的必需基團，可以與DPP-4中的Ser630羥基形成可逆的共價鍵，從而提高DPP-4的抑制活性[9-10]。S-2-氰基吡咯烷結構同時還是脯氨酰寡肽酶(POP)類抑制劑的重要結構單元，如化合物Ⅷ(結構式見圖1)等[11]。因此，S-2-氰基吡咯烷是多個藥物的重要中間體，對于合成與開發新的DPP-4抑制劑和新藥具有重要作用。

S-2-氰基吡咯烷的合成鮮有專門的文獻報道，在合成其它化合物中作為中間產物有兩個方法介紹。

圖1 含S-2-氰基吡咯烷的活性化合物的結構式Fig.1 The structure formulas of active substances containing S-2-cyanopyrrolidine

方法一：以脯氨酸甲酯鹽酸鹽為原料，在無水二氯甲烷中加入Boc2O和DMAP，在0 ℃和氮氣保護下反應18 h得N-叔丁氧羰基脯氨酸甲酯；在四氫呋喃(THF)溶液中以28%氨水為氨解試劑于60 ℃ 反應18 h，在氮氣保護下反應得N-叔丁氧羰基脯氨酰胺；再用三氟乙酸酐(TFAA)脫水得N-叔丁氧羰基氰基吡咯烷；用三氟乙酸(TFA)脫去保護基得到S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽[11]。

方法二：以N-叔丁氧羰基脯氨酸為原料，在二氯甲烷溶液中于-30 ℃下加入異丙氧基甲酰氯，攪拌30 min后再加入高濃度的氨水溶液(11 mL,0.15 mol)，升至室溫攪拌過夜得N-叔丁氧羰基脯氨酰胺；再用TFAA脫水得N-叔丁氧羰基氰基吡咯烷；用TFA脫去保護基得到S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽[12]。

方法一中由于氨水有強的揮發性，在60 ℃時大量揮發，因此反應需在耐壓的反應釜中進行，且反應時間較長，在普通的圓底燒瓶中反應不能獲得產物。方法二在-30 ℃下反應，采用高濃縮的氨水溶液，對實驗設備和反應試劑有較高要求，未經濃縮的氨水作為氨解試劑反應，產物收率低。

作者以L-脯氨酸為起始原料，經二碳酸二叔丁酯(BOC)保護，以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDCI)和1-羥基苯并三唑(HOBT)活化羧基，用25%氨水溶液在室溫氨解、脫水和脫保護得到S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽(合成路線見圖2)。重點考察了羧酸氨解步驟中反應溶劑、反應時間對反應的影響。

圖2 改進的S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽的合成路線Fig.2 The improved synthetic route of S-2-cyanopyrrolidine trifluoroacetic acid salt

1 實驗

1.1 試劑與儀器

所用試劑均為分析純，市售。

X-4型數顯熔點測定儀；BRUKER AVANCE Ⅲ HD 400 MHz型核磁共振儀(TMS內標)，Bruker公司；PolAAr 3005型高性能全自動旋光儀。

1.2 方法

1.2.1 Boc-L-脯氨酸(Ⅸ)的制備

在室溫條件下，在裝有機械攪拌器和恒壓滴液漏斗的100 mL四口燒瓶中加入L-脯氨酸(2.00 g,17.4 mmol)、重蒸的無水二氯甲烷(24 mL)、(Boc)2O(4.93 g,22.6 mmol)，然后緩慢滴加重蒸的無水三乙胺(3.2 mL,22.6 mmol)，滴加完后繼續攪拌過夜。反應結束后，減壓蒸除二氯甲烷和三乙胺，得黃色黏稠狀液體。加入15 mL水，攪拌，用10%鹽酸調節pH值至2～3，產生白色沉淀。水層用乙酸乙酯(30 mL×2)萃取，合并有機層，無水硫酸鈉干燥，過濾除去固體，減壓濃縮濾液，在濃縮濾液中加入適量的正己烷，輕搖，析出大量白色晶體。溶液靜置2 h，抽濾，洗滌。濾餅干燥，得白色沙狀晶體化合物Ⅸ3.56 g，收率95.5%(文獻值[3]88.1%)。

1.2.2 Boc-L-脯氨酰胺(Ⅹ)的制備

在裝有機械攪拌器的100 mL四口燒瓶中加入化合物Ⅸ4.15 g(19.3 mmol)、重蒸的二氯甲烷50 mL，攪拌溶解。在冰浴中一次性加入HOBT(3.60 g，23.5 mmol)、EDCI(4.50 g，23.5 mmol)，然后自然升至室溫，攪拌過夜。反應液再次冰浴冷卻，緩慢滴加25%氨水(5 mL)，在冰浴下持續攪拌30 min，自然升至室溫再繼續攪拌。約6 h反應完全后，向反應液中加入二氯甲烷(50 mL)，過濾除去不溶物，濾液減壓濃縮，得黃色黏稠狀液體，經閃柱層析[V(乙酸乙酯)∶V(二氯甲烷)=2∶1]，正己烷重結晶得白色粉末化合物Ⅹ3.64 g，收率87.8%。

1.2.3S-2-氰基吡咯烷-1-甲酸叔丁酯(Ⅺ)的制備

在氮氣保護下，在裝有機械攪拌器和恒壓滴液漏斗的100 mL四口燒瓶中加入化合物Ⅹ(6.50 g，30.3 mmol)、干燥的THF(50 mL)、重蒸的三乙胺(10.0 mL，72.8 mmol)，冰浴冷卻至5 ℃以下，緩慢滴加TFAA(8.2 mL，60.5 mmol)，滴加完畢，溫度控制在0～5 ℃之間繼續攪拌反應6 h。反應結束后，向反應液中加入二氯甲烷(50 mL)，用飽和碳酸氫鈉水溶液(20 mL×2)洗滌。有機層用無水硫酸鈉干燥，過濾，減壓濃縮，得棕色油狀化合物Ⅺ4.78 g。獲得的油狀物不經純化，其1HNMR圖譜未見有雜質峰，直接用于下一步反應。

1.2.4S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽 (Ⅰ) 的制備

在裝有機械攪拌器和恒壓滴液漏斗的100 mL四口燒瓶中加入化合物Ⅺ(4.78 g，24.3 mmol)、干燥的二氯甲烷(50 mL)，冰浴冷卻至5 ℃以下，恒壓滴液漏斗緩慢滴加20 mL TFA，滴加完畢，繼續攪拌2 h。反應液減壓蒸除溶劑，加入無水乙醚，有白色沉淀產生，靜置30 min，沉淀完全，過濾，得白色固體粉末化合物Ⅰ3.80 g，收率60.4%。4步反應總收率50.6%。

1.3 分析測試

分別測定中間體化合物和目標化合物的熔點、1HNMR、13CNMR、比旋光度。

2 結果與討論

2.1 中間體化合物Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ和目標化合物Ⅰ的表征

化合物Ⅺ：[α]20589=-104.4(c= 0.010 g·mL-1in CH2Cl2)。1HNMR (400 MHz,CDCl3)，δ:1.51 (s,9H),2.03～2.25 (m,4H),3.36～3.53 (m,2H),4.44～4.56 (m,1H)。

化合物Ⅰ：[α]20589=-19.7(c= 0.010 g·mL-1in CH2Cl2)。1HNMR (400 MHz,CD3OD)，δ：2.12～2.30 (m,3H),2.46～2.47 (m,1H),3.47～3.35 (m,2H),4.68 (t,1H);13CNMR (100 MHz,CD3OD)，δ：25.0,32.1,47.9,48.7,117.3。

2.2 合成條件的優化

用本方法合成S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽的過程中，其中化合物Ⅹ的合成是最為關鍵的步驟。在化合物Ⅹ的合成中，文獻[11-12]使用了兩種溶劑：THF和二氯甲烷?？疾炝瞬煌軇㏕HF、乙腈和二氯甲烷對反應的影響。THF、乙腈作為溶劑，反應液后處理過濾時，濾液渾濁，濃縮物柱層析純化后，收集的產物在紫外燈下顯示出有色雜質點。二氯甲烷作為溶劑，收率最高，幾乎反應完全，且產品中不會出現有色雜質點。原因可能是THF、乙腈溶劑的極性較大，生成的酰胺極性也較大，EDCI反應產生的副產物摻雜其中，難以分離。因此，確定二氯甲烷為最適溶劑。

同時考察了反應時間對反應的影響，反應6 h左右反應完全。具體時間與室溫有一定的關系，反應時應用薄層色譜板跟蹤。因為Boc-L-脯氨酸和Boc-L-脯氨酰胺的極性相差不是很大，如果Boc-L-脯氨酸沒有反應完全，后處理則不能用閃柱層析純化，極大地影響操作的簡便性。該合成路線中的其它步驟反應均十分徹底，后處理可直接用旋轉蒸發儀除去溶劑或者濃縮后結晶獲得產物，十分方便。并且，合成的各個產物均經核磁共振氫譜與文獻進行比對確定。

3 結論

探索了一種簡單有效地合成S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽的方法。以L-脯氨酸為起始原料，經二碳酸二叔丁酯保護，以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和1-羥基苯并三唑活化羧基，用25%氨水溶液在室溫氨解、脫水和脫保護得到S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽。該方法操作簡便，試劑無需濃縮，設備簡單，并且有較高的總收率，適合實驗室研究和小試生產。

[1] PRATLEY R E，SALSALI A.Inhibition of DPP-4:a new therapeutic approach for the treatment of type 2 diabetes[J].Current Medical Research and Opinion,2007,23(4):919.

[2] JUILLERAT-JEANNERET L.Dipeptidyl peptidase Ⅳ and its inhibitors:therapeutics for type 2 diabetes and what else?[J].Journal of Medicinal Chemistry,2014,57(6):2197-2212.

[3] VILLHAUER E B，BRINKMAN J A，NADERI G B，et al.1-[2-[(5-Cyanopyridin-2-yl)amino] ethylamino] acetyl-2-(S)-pyrrolidinecarbonitrile:a potent,selective,and orally bioavailable dipeptidyl peptidase Ⅳ inhibitor with antihyperglycemic properties[J].Journal of Medicinal Chemistry,2002,45(12):2362-2365.

[4] VILLHAUER E B，BRINKMAN J A，NADERI G B，et al.1-[[(3-Hydroxy-1-adamantyl) amino]acetyl]- 2-cyano-(S)-pyrrolidine:a potent,selective,and orally bioavailable dipeptidyl peptidase Ⅳ inhibitor with antihyperglycemic properties[J].Journal of Medicinal Chemistry,2003,46(13):2774-2789.

[5] AHRéN B，GOMIS R，STANDL E，et al.Twelve- and 52-week efficacy of the dipeptidyl peptidase Ⅳ inhibitor LAF237 in metformin-treated patients with type 2 diabetes[J].Diabetes Care,2004,27(12):2874-2880.

[6] MARI A,SALLAS W M,HE Y L，et al.Vildagliptin,a dipeptidyl peptidase-Ⅳ inhibitor,improves model-assessed beta-cell function in patients with type 2 diabetes[J].Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism,2005,90(8):4888-4894.

[7] KATO N，OKA M，MURASE T，et al.Discovery and pharmacological characterization ofN-[2-({2-[(2S)-2-cyanopyrrolidin-1-yl]-2-oxoethyl}amino)-2-methylpropyl]-2-methylpyrazolo[1,5-a]pyrimidine-6-carboxamide hydrochloride (anagliptin hydrochloride salt) as a potent and selective DPP-Ⅳ inhibitor[J].Bioorganic & Medicinal Chemistry,2011,19(23):7221-7227.

[8] JADAV P，BAHEKAR R，SHAH S R，et al.Long-acting peptidomimetics based DPP-Ⅳ inhibitors[J].Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,2012,22(10):3516-3521.

[9] ENGEL M,HOFFMANN T,WAGNER L,et al.The crystal structure of dipeptidyl peptidase Ⅳ (CD26) reveals its functional regulation and enzymatic mechanism[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2003,100(9):5063-5068.

[10] KUHN B，HENNIG M，MATTEI P.Molecular recognition of ligands in dipeptidyl peptidase Ⅳ[J].Current Topics in Medicinal Chemistry,2007,7(6):609-619.

[11] LAWANDI J，TOUMIEUX S，SEYER V，et al.Constrained peptidomimetics reveal detailed geometric requirements of covalent prolyl oligopeptidase inhibitors[J].Journal of Medicinal Chemistry,2009,52(21):6672-6684.

[12] TANG F Y，QU L Q，XU Y，et al.Practical synthesis of structurally important spirodiamine templates[J].Synthetic Communications,2007,37(21):3793-3799.

節能減排 綠色發展

——《化學與生物工程》編輯部

Optimization in Synthesis Process ofS-2-Cyanopyrrolidine Trifluoroacetic Acid Salt

GUO Li-yuan1,DONG Zhi-yan1,WU Yuan-qiang2,HUANG Sheng-tang1,YAO Gang1,WU Shi1*

(1.HubeiKeyLaboratoryofCardiovascular,Cerebrovascular,andMetabolicDisorders,HubeiUniversityofScienceandTechnology,Xianning437100,China; 2.HuangshiExperimentalHighSchool,Huangshi435000,China)

Using L-proline as a raw material,which was protected by di-tert-butyl dicarbonate,ammoniated in 25% aqueous ammonia,dehydrated and deprotected at room temperature,we synthesized an important intermediate of DPP-4 inhibitor,S-2-cyanopyrrolidine trifluoroacetic acid salt.The total yield of four steps reached 50.6%.The synthetic method is simple in operation,the reagent need not to be concentrated,and the required equipment is simple.It is very suitable for laboratory research and small test production.

S-2-cyanopyrrolidine；DPP-4 inhibitor；synthesis

湖北科技學院糖尿病專項(ZX1016)，湖北科技學院藥學重點學科專項科研項目(2016-18XZY07)

2017-03-07

郭麗媛(1986-)，女，湖南常德人，碩士研究生，研究方向：藥物合成，E-mail：glyyuchen@163.com；通訊作者：吳詩，副教授，E-mail：wushi2544@163.com。

10.3969/j.issn.1672-5425.2017.07.006

R914.2

A

1672-5425(2017)07-0031-04

郭麗媛，董志艷，吳遠強，等.S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸鹽的合成工藝優化[J].化學與生物工程，2017，34(7)：31-34.