西他列汀側鏈哌嗪鹽酸鹽制備的工藝優化

唐 紅，賀銀翠，張義長

（銅仁學院材料與化學工程學院，貴州 銅仁 554300）

磷酸西他列汀是一種安全、有效、市場前景良好的治療Ⅱ型糖尿病的口服降糖藥物，屬二肽基肽酶-Ⅳ抑制劑。它既可以單獨用于治療糖尿病，也可與其他口服降糖藥一起組成復方藥物來治療Ⅱ型糖尿病。磷酸西他列汀主要由兩個關鍵中間體合成，3-（三氟甲基）-5,6,7,8-四氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]哌嗪鹽酸鹽是合成磷酸西他列汀的其中的一種重要中間體。現有文獻報道[1]，合成目標化合物3-（三氟甲基）-5,6,7,8-四氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]哌嗪鹽酸鹽的工藝路線主要有四條：①以氯代吡嗪為原料的合成路線；②以1-芐基-3-氧代哌嗪為原料的合成路線；③以甘氨酸甲酯為原料的合成路線；④以三氟乙酸乙酯為原料的合成路線。本研究在對比分析以上四種方法的基礎上，選擇一條合適的合成哌嗪鹽酸鹽的工藝路線并對該其進行改進優化，具有很廣闊的市場前景和較好的研究價值。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

三氟乙酸乙酯（AR）：上海麥克林生化科技有限公司；80%水合肼（AR）、氯乙酰氯（AR）：上海凌峰化學試劑有限公司；氧氯化磷（AR）：國藥集團化學試劑有限公司；二氯乙烷（工業）：德州潤昕試驗儀器有限公司；甲醇（工業）：杭州思達有機化工有限公司；無水乙醇（AR）：杭州青辰化學試劑廠；碳酸氫鈉（工業）：湖北鴻運隆生物科技有限公司；乙二胺（AR）：西隴科學化工有限公司；活性炭（工業）：洪昌環保科技有限公司。

D2010W 型電動攪拌棒、R201D 型旋轉蒸發儀、DLSB-H（25℃）型低溫冷卻液循環泵：卯氏（上海）試驗儀器有限公司；JCS-1000 型電子天平：凱豐集團有限公司；98-2 型磁力攪拌器：上海積坤試驗儀器設備有限公司；SHZ-D(Ⅲ)型循環水式真空泵：臺州市信力電子有限公司；LC3000Ⅰ型HPLC：鋼臣科技。

1.2 試驗方法

1）化合物N-(2,2,2-三氟乙酰基)氯乙酰肼（1）的制備。將80%水合肼24.75g，95%乙醇620g 加入到1000mL 的四口瓶中，攪拌，溫度降至0～5℃，控制溫度在0～5℃，滴加三氟乙酸乙酯56.8g，1.5～2h 滴加完畢，保溫2h；將反應液降溫至-5～0℃，雙滴加氯乙酰氯58.76g 和50%氫氧化鈉溶液41.6g，控制滴加速度，50%氫氧化鈉稍延后滴加完畢，滴加過程中有白色的固體析出，2～2.5h 滴加完畢，保溫2h，取樣檢測，如未反應完全，補加氯乙酰氯和50%氫氧化鈉，中控合格后，進行抽濾，用少量95%乙醇淋洗，濾餅重約28g，濾液40～42℃減壓旋蒸至干燥，剩90g左右，液相純度約90%，質量收率為98%左右，備用。

2）化合物2-氯甲基-5-三氟甲基-1,3,4-噁二唑（2）的制備。在500mL 三口瓶中加入上一步驟所得的全部產物，二氯乙烷400g，三氯氧磷86g，升高溫度至80～85℃，保溫反應20～24 h，取樣檢測，若未反應完全，延長保溫時間；待中控合格后，將反應液溫度降低至30℃，向反應液中滴加入300g 水，控制滴加速度，將溫度控制在30℃以下，30～60min 滴加完畢；滴加完畢后，繼續攪拌10min，靜置分層，用飽和碳酸氫鈉溶液將有機層的pH 調節至7～8，靜置分層；將所有水層合并，再用50g 二氯乙烷進行萃取，靜置，分層，合并所有有機層，減壓旋蒸帶出水分，剩約400g 左右，液相純度為85%左右，備用。

3）化合物N-[(2Z)-哌嗪-2-亞基]三氟乙酰肼（3）的制備。在1000mL 的三口瓶中加入甲醇180g，乙二胺48g 和二氯乙烷180g，降溫至0-5℃，在0-5℃時滴加上一個步驟全部產物反應液，1.5-2h 滴加完畢，保溫2～3h，進行抽濾，過程中用少量二氯乙烷進行淋洗，抽干，濾餅用鼓風烘箱35℃干燥，得產物約45g，液相純度約98%，備用，mp157～159℃。

4）化合物3-（三氟甲基）-5,6,7,8-四氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]哌嗪鹽酸鹽（4）的制備。在1000mL 的三口瓶中加入上一步驟全部產物（3）、無水乙醇379.4g 和水22.2g。將溫度升高至60～65℃且控速滴加17%HCl-乙醇51.1g，30～40min 滴加完畢。而后將溫度升至65～70℃，保溫1h。加入0.5g 活性炭，繼續攪拌10min，趁熱過濾。將濾液溫度降至0～5℃，繼續攪拌1h，進行抽濾。最后用少量無水乙醇淋洗濾餅，抽干，濾餅用鼓風烘箱40℃干燥，得到最終產物41g 左右。液相純度約95%，質量收率為85%左右，產品總質量收率為44%左右。

2 結果與分析

2.1 合成N-[(2Z)-哌嗪-2-亞基]三氟乙酰肼工藝優化

1）溶劑篩選。在此步合成N-[(2Z)-哌嗪-2-亞基]三氟乙酰肼（3）反應中，使用的溶劑為甲醇和乙醇時，前三步總質量收率明顯要比使用甲醇和二氯乙烷作為溶劑時要低，且由于在第二步反應中使用的溶劑為二氯乙烷，故可不進行脫溶劑，直接使用，減少操作；此外，相對于甲醇乙醇混合溶劑，甲醇二氯乙烷混合溶劑更容易回收利用，降低成本，增加溶劑使用效率。

2）反應溫度優化。在此步反應過程中，反應溫度為重要的參數，對化合物（3）的質量收率有明顯影響，故對該步驟的反應溫度進行比較和篩選。見表1。

表1 反應溫度對化合物（3）的質量收率的影響

2.2 合成目標產物的工藝優化

1）反應溶劑和溶劑倍數的篩選。溶劑作為反應體系對于反應的過程以及產物的結晶均會產生影響，故本試驗對反應溶劑和溶劑倍數進行篩選。見表2。

表2 溶劑和溶劑倍數對目標產物質量收率的影響

在合成目標產物（4）反應過程中，直接使用鹽酸溶液，產物在水中的溶解度較好，鹽酸溶液帶入了較多的水分，有水進入，使得質量收率較低，使用甲叔醚進行析料，質量收率雖然較高，但混合溶劑回收較為困難，成本較高；故本試驗采用鹽酸氣體，使之溶于溶劑中使用，以此為基礎，篩選合適的溶劑[2]。

2）反應溫度優化。在此步反應中，反應溫度作為反應過程中的一個重要因素，影響反應的質量收率和雜質的生成，所以，在以95%乙醇為溶劑的基礎下，對反應溫度進行篩選優化。見表3。

3 結論

本研究對現有文獻報道的合成3-（三氟甲基）-5,6,7,8-四氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]哌嗪鹽酸鹽的合成路徑進行分析比較，優選以80%水合肼、三氟乙酸乙酯為合成原料，經肼解，氧氯化磷環合，乙二胺親核取代，閉環等反應制備3-（三氟甲基）-5,6,7,8-四氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]哌嗪鹽酸鹽的合成路徑；在乙二胺親核取代反應中，對反應溶劑及反應溫度進行篩選優化，選定甲醇+二氯乙烷作為溶劑，在溫度為0～5℃進行反應，效果最佳。在合成目標產物（閉環成鹽）的反應中，篩選出了合適溶劑和溶劑倍數，對反應溫度進行優化[3]。結果表明：以HCl氣體，95%乙醇作為溶劑，溶劑倍數為2 倍，反應溫度為65～70℃時，反應的質量收率最高，雜質較少。本工藝提高了產率，改善了以往合成方法中存在的問題，反應條件溫和，操作簡單，對反應環境要求不苛刻，溶劑回收簡單，既適合試驗室小批量制備，也適合工廠大批量生產。通過試驗顯示，本工藝的總質量收率為44%左右，產品純度為95%左右。

表3 反應溫度對目標產物質量收率的影響