阿拉莫林中間體的合成及表征

陳楚珺，馮瑾瑾，張 勤，祁詩偉，黃齊茂*

1.武漢工程大學化學與環境工程學院，湖北 武漢 430205；

2.武漢工程大學化工與制藥學院，湖北 武漢430205

2014歐洲ESMO消息報道，考慮到有效的醫療需求［1］，新藥阿拉莫林有望是第一款可有效改善患有癌癥厭食癥和惡病質患者的治療方案［2］。癌癥惡病質（cancer cachexia，CC）是一組以脂肪、肌肉組織丟失和進行性營養狀況惡化為特征的癥候群［3］，50%～90%的惡性腫瘤患者死亡前會出現厭食與惡病質［4］。因此，癌癥惡病質輔助治療逐漸引起了關注［5-7］。阿拉莫林（Anamorelin其結構如圖1（a）是一種新穎的、模仿和促生長激素分泌并且口服有效的非肽類受體激動劑［8］。它與口服活性生長素結合［9］，刺激生長激素受體激動劑—胃饑餓素的釋放［10］，在下丘腦的弓形細胞核［11］中激活神經肽 Y 神經元［12］來增加食欲［13］，同時抑制與厭食有關的炎癥因子［14］以此阻斷了引起厭食癥的因素。基于這些特性，阿拉莫林［15］在臨床上服用后取得了較好的療效［16］和安全性［17］。阿拉莫林作為一種胃饑餓素受體激動藥物，最初由諾和諾德制藥有限公司研發并提交上市申請［18］，目前授權給日本小野株式會社和Helsinn公司合作開發階段，具有很好的應用前景［19］。

（R）-1-叔丁氧羰基-3-芐基-3-甲酸哌啶（其結構如圖1（b）是阿拉莫林的重要合成原料，是一種重要的手性物質［20］醫藥中間體。手性是自然界中最重要的屬性之一［21］，直接關系到藥物的藥理作用、臨床效果、毒副作用、藥效發揮及藥效時間等［22-23］。正是由于藥物和其受體之間的這種立體選擇性作用，尋找有效的分離手段，得到高光學純度的物質變得越來越重要［24］。大量手性藥物是以外消旋體的形式存在，所以對手性藥物的拆分、分離、提取成了研究的焦點［25］。本文選用了R-（+）-α-甲基芐胺替代了傳統的D-酒石酸，D-酒石酸雖有一定的拆分效果，但是達不到完全拆分開兩個異構體的目的，且拆分效果比較差，需經過多次拆分才能得到純度和光學性質都比較好的產品［26～27］。

圖1（a）阿拉莫林的結構式,（b）目標化合物的結構，（c）RBPA的合成方法Fig.1 Structure of（a）anamorelin and（b）target compound，（c）synthetic route of RBPA

目前，合成（R）-1-叔丁氧羰基-3-芐基-3-甲酸哌啶的工藝路線主要是以3-哌啶甲酸為原料，經氯化亞砜酯化后，再與二碳酸二叔丁酯發生加成反應，經二異丙基胺基鋰還原后再次與溴化芐發生加成反應，然后脫叔丁氧羰基與D-酒石酸制成共同體系被拆分得到的R型構體后再次與二碳酸二叔丁酯發生加成反應制得。此過程冗雜繁瑣、產率較低，經過了兩次二碳酸二叔丁酯加成反應，并且經拆分后的手性物質，參加后面的反應過程易發生外消旋化。另外，D-酒石酸有一定的拆分效果，但是達不到完全拆分開兩個異構體的目的，其拆分效果比較差，需經過多次拆分才能得到純度和光學性質都比較好的產品。本文提供一種（R）-1-叔 丁 氧 羰 基 -3-芐 基 -3-甲 酸 哌 啶［（R）-1-tert-butyl oxycarbonyl-3-benzyl-3-formate pi?peridine，RBPA］的合成及手性拆分方法［26～27］，合成路線如圖1（c），可克服現有技術存在的缺陷。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

3-哌啶甲酸（3-piperidine ethyl formate，NPA）；乙醇（ethanol，EtOH）；二氯亞砜；二碳酸二叔丁酯［di-tert-butyl pyrocarbonate，（Boc）2O］；乙酸乙酯（Ethyl acetate，EA）；石油醚（petroleum ether，PE）；甲醇（methanol，MeOH）；二氯甲烷（methylene chlo?ride，DCM）；三乙胺（triethylamine，Et3N）；碳酸氫鈉（sodium bicarbonate，NaHCO3）；碳酸鈉（sodium bi?carbonate，Na2CO3）；氯化鈉（Sodium chloride，Na?Cl）；無 水 硫 酸 鈉 ；四氫 呋 喃（Tetrahydrofuran，THF）；正丁基鋰；二異丙胺；干冰；溴化芐（Benzyl bromide，BBD）；氯化銨；（R）-（+）-α-甲基芐胺；正己烷；硫酸氫鈉（Sodium bisulfate，NaHSO4）；氫氧化鋰水合物（Lithium hydroxide hydrate，LiOH·H2O）。所用溶劑及試劑均為化學純或分析純，其中THF經金屬鈉回流重蒸處理，DCM經無水硫酸鈉干燥處理。

RY-1熔點儀（天津市天分分析儀器廠）；旋轉蒸發儀（上海亞榮生儀器廠）；循環水式多用真空泵SHB-ⅢA（上海豫康科教儀器設備有限公司）；DF-102S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市予華儀器有限責任公司）；JJ-1精密增力電動攪拌器，（金壇市城西崢嶸實驗儀器廠）；85-2恒溫磁力攪拌器（金壇市盛藍儀器制造有限公司）；CGA-20低溫冷卻循環泵（鞏義市予華儀器有限責任公司）；101-3AB型電熱鼓風干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司）；2XZ（S）-4型旋片式真空泵（上海德英真空照明設備有限公司）；電子萬用爐（北京市永光明醫療儀器有限公司）；JA50038電子天平（上海越平科學儀器有限公司）；HK3300超聲波清洗器（上海科導超聲儀器有限公司）；ZF-20C暗箱式紫外分析儀（上海寶山顧村電光儀器廠）。

1.2 目標化合物的合成

1.2.1 3-哌啶甲酸乙酯的合成 向500 mL三口燒瓶中加入51.6 g（0.4 mol）NPA和 205 mL EtOH，控制溫度向其中緩慢滴入71.4 g（0.6 mol）氯化亞砜，待溫度不變后85℃回流反應3 h～5 h。薄層色譜檢測反應進程［展開劑以V（二氯甲烷）∶V（甲醇）=5∶1］至反應完成，脫溶，加入205 mL EtOH再次脫溶。最后將所得有機相置于室溫下冷卻結晶得3-哌啶甲酸乙酯（3-piperidine ethyl formate，ENT）白色固體71.8 g，產率為92.78%。

1.2.2 1-叔丁氧羰基-3-甲酸乙酯哌啶的合成 向2 L 三 口 燒 瓶 中 加 入 134.8 g（0.94 mol）ENT、298.9 g Na2CO3（2.82 mol）和600 mL EtOH，攪拌使其溶解并混合均勻。控制溶液溫度在30℃以下，向其中慢慢滴加 226.1 g（1.03 mol）的（Boc）2O，室溫下攪拌過夜，然后繼續反應5 h～7 h。薄層色譜檢測反應進程［展開劑：V（PE）∶V（EA）=10∶1）］至反應完成，向溶液中加入650 mL EA進行稀釋。將燒瓶置于冰鹽浴中控制溶液溫度在20℃以下，向溶液中加入適量濃鹽酸調節pH至6～7后，有機相用體積比為3∶2的飽和NaHCO3和NaCl混合溶液萃取兩次，得到的有機相用無水硫酸鈉干燥，然后脫溶，向其中加入15 mL～20 mL PE，自然晾干，得1-叔丁氧羰基-3-甲酸乙酯哌啶（1-tert-butoxicar?bonyl-3-ethyl formate piperidine，TPF）粗品 240 g，產率為95%。

1.2.3 1-叔丁氧羰基-3-芐基-3-甲酸乙酯哌啶的合成 向500 mL三口燒瓶中加入27.4 g（0.28 mmol）二異丙胺、16 g（0.25 mol）正丁基鋰、160 mL THF，攪拌使其溶解并混合均勻。采用干冰EtOH控制溶液的溫度在-60℃以下，以保持碳負離子的活性，溫度過高，碳負離子會有遷移，在攪拌反應30 min后，慢慢滴入 64 g（0.25 mol）TPF，再次攪拌反應 30 min后，慢慢滴加 42.75 g（0.25 mol）BBD，反應30 min后緩慢升至室溫，繼續攪拌反應過夜。薄層色譜檢測至反應完全［展開劑：V（PE）∶V（EA）=10∶1］，向溶液中加入 180 mL飽和 NH4Cl溶液淬滅，接著向燒瓶中加入200 mL EA進行萃取。薄層色譜檢測水相無產物后用DCM再萃取一次，合并有機相，用無水硫酸鈉干燥，然后濃縮至半干。按照體積比V（PE）∶V（EA）=10∶1的比例向所得濃縮物中加入PE和EA混合溶液25 mL進行重結晶，得白色1-叔丁氧羰基-3-芐基3-甲酸乙酯哌啶（1-tert-butyloxycarbonyl-3-benzyl-3-ethyl formate peridine，BPF）固體72.52 g，產率為83.6%。

1.2.4 1-叔丁氧羰基-3-芐基-3-甲酸哌啶的合成向 500 mL 三口瓶中加入 30 g（0.086 mol）BPF、14.52 g（0.346 mol）LiOH·H2O、120 mL 的 EtOH 和120 mL蒸餾水，攪拌使其溶解并混合均勻。將溶液升溫至105℃回流反應5 h～7 h，薄層色譜檢測［展開劑：V（PE）∶V（EA）=5∶1］至反應完成后冷卻，加入30 mL EA萃取兩次，采用冰鹽浴控制溶液溫度在20℃以下，向其中加入鹽酸調節pH至3，過濾得白色固體，后經硅膠柱層析［洗脫劑A：V（PE）∶V（EA）=10∶1］，［洗脫劑 A：V（PE）∶V（EA）=5∶1］和［洗脫劑 A：V（PE）∶V（EA）=1∶1］各洗脫 1次，過柱提純得乳白色1-叔丁氧羰基-3-芐基-3-甲酸哌啶（1-tert-butyl oxycarbonyl-3-benzyl-3-formate piperi?dine，BPA）固體22.68 g，產率為82.2%。

1.2.5 （R）-1-叔丁氧羰基-3-芐基-3-甲酸哌啶的合成向 500 mL 三口瓶中加入 5 g（0.016 mol）BPA、198 mL EA、2 mL（0.094 mol）R-（+）-α-甲基芐胺、1.62 g Et3N（0.016 mol）和2 mL H2O，室溫下攪拌反應過夜。薄層色譜檢測反應進程（展開劑：V（PE）∶V（EA）=10∶1）至反應完成后過濾，過濾所得沉淀用體積比為1∶2的NaHSO4溶液（質量分數為10%）與EA的混合溶液溶解。水層用3 mL EA萃取，合并得到的有機相用鹽水洗滌，接著用無水硫酸鈉干燥，真空下脫溶，之后用3 mL體積比為1∶10的EA和正己烷溶液重結晶，得目標產物（R）-1-叔丁氧羰基-3-芐基-3-甲酸哌啶［（R）-1-tert-butyl oxycar?bonyl-3-benzyl-3-formate piperidine，RBPA］白色晶狀固體1.9 g，產率為48.6%，終產物的總收率為29.4%。

2 結果與討論

2.1 化合物表征

化合物 TPF：白色固體，H1NMR 如圖 2（a）（400 MHz，CDCl3）δ：1.214（s，3H，CH3），1.418（m，9H，3*CH3） ，1.677-1.644 （t，2H，CH2CH3） ，2.018-2.008（t，2H，CH2N），2.931-2.764（t，2H，CH2CH2N），4.013-3.856（t，4H，CH2CCOCH2）7.246（s，1H，CH2CHCOCH2）

化合物RBPA：白色晶體，H1NMR如附圖2（b）（400 MHz，CDCl3）δ：1.527-1.348（s，9H，3*CH3），1.534（m，1H，CH），1.764-1.748（s，1H，CH），2.475（s，2H，CH2），2.650（m，1H，CHCH），2.796（m，1H，CHCH），2.806（m，2H，CH2），3.382（m，2H，CH2），3.751（m，1H，CH），3.878（m，2H，CH2），7.111（m，1H，OH），7.225-7.208（s，2H，NHCH2C）；LC-MS 如附圖 2（c），m/s：321.18｛［M+2H］+，100｝。

2.2 化合物BPF的合成反應中的立體選擇性及反應機理

TPF生成BPF的反應是親電取代反應，影響其立體選擇性的因素主要由于受到C-3上乙氧基羰基的空間位阻影響，體積較大的芐基碳負離子很難于進攻哌啶C-3位上的H形成γ取代。為了能降低整個分子體系的勢能，使體系更穩定，化合物BPF的合成需要強還原劑才能把C-3上H取代，而且控制溶液的溫度在-60℃以下，可以更好的以保持碳負離子的活性，溫度過高，碳負離子會有遷移，就會有大量的副產物生成。因此，常用二異丙胺和正丁基鋰合成LDA，一方面，LDA有很強的還原性；另一方面，二異丙胺基的弱堿性，使溴化芐很容易失去1個質子形成碳負離子，然后碳負離子的負電荷進攻哌啶環C-3位上的氫質子，經電子轉移，C-H鍵斷裂形成溴化氫小分子，芐基加在3位得到化合物BPF。

2.3 合成條件的選擇

2.3.1 TPF的合成條件 TPF是在堿性條件下，由ENT和（Boc）2O加成合成TPF。選擇（Boc）2O作為氨基保護劑，是因為Boc基團是一種比較好的離去基團，其產物的分離提純較之使用其他類型的氨基酸保護劑容易，而堿的選擇對產物的收率有較大影響，在保證其他條件不變的情況下，我們做了單因素變量實驗，考察了分別投堿性強度不同的三種物質NaOH，Na2CO3，Et3N來研究其對加成反應收率以及產物性狀的影響，其操作步驟如下：稱取112.8 g NaOH，向2 L三口燒瓶中加入134.8 g（0.94 mol）ENT和600 mL EtOH，攪拌使其溶解并混合均勻。控制溶液溫度在30℃以下，向其中慢慢滴加 226.1 g（1.03 mol）的（Boc）2O，室溫下攪拌過夜，然后繼續反應5～7 h。TLC檢測反應進程（展開劑：V（PE）∶V（EA）=10∶1）至反應完成，向溶液中加入650 mL EA進行稀釋。將燒瓶置于冰鹽浴中控制溶液溫度在20℃以下，向溶液中加入適量濃鹽酸調節pH至6～7后，有機相用體積比為3∶2的飽和NaHCO3∶NaCl混合溶液萃取兩次，得到的有機相用無水硫酸鈉干燥，然后脫溶，向其中加入15 mL～20 mL PE，自然晾干，得TPF粗品。因僅是單因素變量實驗，只考察堿性條件下不同TPF的產率。其余操作不變，僅將堿的種類改變，投入堿性不同的420.18 g Et3N、298.9 g Na2CO3（2.82 mol）分別反應并與投入NaOH的收率對照，結果見表1。

表1 堿對（Boc）2O加成反應的影響Tab.1 Effect of alkali on yield in addition reaction of（Boc）2O

由表1可知，選擇Na2CO3參與加成反應，TPF的收率最高，而且可以得到性狀優良的產物。因此，選擇Na2CO3參與（Boc）2O加成反應，更加利于下一步反應的進行。

2.3.2 酯的水解 一般水解反應是在酸或者堿性條件下催化進行，選擇出一個合適的水解條件對得到高收率酸BPA的結晶至關重要。經過大量的實驗，筆者找到了一種可替代的物質，以LiOH·H2O作為BPF的水解催化劑。LiOH·H2O投料量比例大小對產物的收率有較大影響，在保證其他條件不變的情況下，做了單因素變量實驗，考察了改變LiOH·H2O和EtOH的投料量來研究其對BPF的水解反應的影響，結果見表2。

由表2可知，水解反應的收率隨著LiOH·H2O的投料量的適量增加而逐漸增加。因此，化合物n（BPF）∶n（LiOH·H2O）∶n（EtOH）投料比為 1∶4∶4時，目標產物收率最高，投料比例最適合。

圖2 （a）TPF的H1NMR，（b）RBPA的H1NMR，（c）RBPA的LC-MSFig.2 H1NMR spectra of（a）TPF and（b）RBPA，and（c）LC-MS spectrum of RBPA

表2 LiOH·H2O投料量對BPF水解反應的影響Tab.2 Effect of LiOH·H2O feeding dosage on hydrolysis reaction of BPF

3 結 語

反應以NPA為原料，經過C-3位羧基酯化得到ENT，通過（Boc）2O堿性加成生成TPF，使其還原后，與BBD再次加成得到BPF，經LiOH·H2O水解，使生成的BPA通過R-（+）-α-甲基芐胺的手性拆分得RBPA。本文改進了目標產物RBPA的合成方法，初步探討了中間體TPF轉變成BPF的可能反應機制。反應創新優化的工藝條件為：反應中，（Boc）2O加成的堿性條件為Na2CO3，并且找到了一種新的BPF水解原料LiOH·H2O，和手性拆分藥劑R-（+）-α-甲基芐胺，得到了性狀優良，純度較高的目標產物。所得產品經核磁共振氫譜和質譜表征。本實驗所述方法具有合成工藝簡單，路線簡潔，原料易得，操作步驟簡便，成本低、產率高等優點，具有廣大的工業化應用前景。

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