匹莫苯丹的合成工藝研究進展

趙樂凱，郝江南，解龍霄，崔亮亮，王金泉，郝智慧

(1.新疆農業大學動物醫學院，新疆 烏魯木齊 830001；2.青島農業大學農用生物制藥工程技術研究中心，山東 青島266000；3.中國農業大學動物醫學院，北京 100086)

匹莫苯丹又名匹莫苯(Pimobendane，1)，商品名Acardi?和Vetmedin?，最先是由德國Boechringer Ingelhem公司研制開發。匹莫苯丹的作用機制主要是增加肌絲的鈣敏感性, 具有磷酸二酯酶(PDE)抑制劑的作用和延長動作電位時間的作用[1]。目前日本已將其用于人醫臨床治療心衰，并有報道稱在常規治療的基礎上長期添加匹莫苯丹對中到重度心衰患者的肺炎激素水平和生活質量有顯著的有益影響[2]。在美國，匹莫苯丹可用于減少因二尖瓣疾病(MVD)而導致的無癥狀(隱匿，臨床前)充血性心力衰竭的患者的心臟大小和延遲其臨床癥狀的發作[3]。而在獸醫臨床方面，匹莫苯丹已被FDA批準用于犬類，以治療繼發于慢性瓣膜性心臟病的充血性心力衰竭(CHF)和擴張型心肌病(DCM)[4]。然而該藥物合成工藝復雜，反應步驟多，成本極高，如何尋求到安全、高效、簡便可工業化的綠色反應工藝，是科研人員一直追求的目標。本文就近年來國內外關于匹莫苯丹的合成工藝研究方法進行了綜述，分析了合成工藝方法中存在的問題，為其合成研究提供了參考。

1 藥物性質

匹莫苯丹化學名稱是(5RS)-4,5-二氫-6-[2-(4-甲氧基苯基)-1H-苯并咪唑-5-基]-5-甲基-3(2H)-噠嗪酮，分子式為 C19H18N4O2，相對分子質量為334.37。其為一種強心藥；在二甲基甲酰胺中易溶，在甲醇中微溶，在水中幾乎不溶。熔點為241-243℃。其結構式見圖1。

圖1 匹莫苯丹結構式Fig 1 Structural formula of Pimobendane.

2 藥物合成概述

關于匹莫苯丹藥物有關的文獻報道尤其是關于此化合物的合成進展文獻報道較少。目前公開報道的制備匹莫苯丹的專利文獻較多，但是各有不同，為了減少對該藥物研究和產業化的彎路，找到最佳的反應條件和工藝方法，本文將重點對匹莫苯丹的合成研究進展進行介紹。

2.1 以氯苯為起始原料 早在1982年Austel等[5]第一次報道了以氯苯為起始原料的合成路線，經過付-克酰化反應得到4-氯苯丙酮(2)；與硝酸發生硝化反應得到3-硝基-4-氯苯丙酮(3)；與液溴發生溴代反應得到2-溴代-1-(4-氯-3-硝基苯基)丙酮(4)；與丙二酸二乙酯進行親核取代反應生成2-(1-(4-氯-3-硝基苯基)-1-氧代丙-2-基)丙二酸二乙酯(5)；加入KOH回流進行水解脫羧反應得到4-(4-氯-3-硝基苯基)-3-甲基-4-氧代丁酸(6)；產物與NH3經過高壓氨化反應得到4-(4-氨基-3-硝基苯基)-3-甲基-4-氧代丁酸(7)；7與甲醇發生酯化反應合成4-(4-氨基-3-硝基苯基)-3-甲基-4-氧代丁酸甲酯(8)；化合物8與對甲氧基苯甲酰氯發生酰胺化反應得到4-(4-(4-甲氧基苯甲酰胺)-3-硝基苯基)-3-甲基-4-氧代丁酸甲酯(9)；9加入水合肼進行環合反應得到4,5-二氫-5-甲基-6-(4′-(對甲氧基苯甲酰胺基)-3′-硝基苯基)-3(2H)噠嗪酮(10)；10在高壓反應釜中與氫氣發生氫化還原反應得到4,5-二氫-5-甲基-6-(4′-(對甲氧基苯甲酰胺基)-3′-氨基)-3(2H)噠嗪酮(11)；最后經過第二次環化反應合成制得匹莫苯丹。該工藝路線存在的不足之處為：該合成路線步驟多，使用液溴及高壓氨化，液溴劇毒具有腐蝕性，高壓氨化反應條件苛刻，不適合于工業化生產。這是首個公開報道的匹莫苯丹的合成工藝路線，雖有各種不足，仍然指導后來者進行匹莫苯丹的合成摸索。

圖2 Austel等開發的匹莫苯丹合成工藝路線Fig 2 Synthetic route of Pimobendan developed by Austel et al

2.2 以乙酰苯胺為起始原料 樸日陽等[6]開發的合成工藝路線在Austel開發的方法上進行了較大的改動，舍去了氯苯，以乙酰苯胺為起始原料，經過付-克酰化反應制備N-(4-丙酰基苯基)乙酰胺(12)；12和甲醛/二甲胺鹽酸鹽以及碘甲烷反應制備得到碘代2-((4-乙酰胺基苯甲酰基)-丙基)-三甲銨(13)；13和KCN發生親核取代反應制備得到3-(4′-乙酰胺基苯甲酰基)-丁腈(14)；后者進一步發生硝化反應得到3-(4′-乙酰胺基-3′-硝基-苯甲酰基)-丁腈(15)；濃鹽酸條件下對腈基進行水解同時脫除乙酰基保護基得到3-(4′-氨基-3′-硝基-苯甲酰基)-丁酸(7)；7進一步和水合肼反應得到4,5-二氫-5-甲基-6-(4′-氨基-3′-硝基苯基)-3(2H)噠嗪酮(16)；16與對甲氧基苯甲酰氯發生酰胺化反應得到10；接著在鈀碳催化作用下，在氫化釜內與氫氣發生氫化反應，得到化合物11；最后與冰醋酸回流進行第二次環合反應后加入氫氧化鈉中和得到匹莫苯丹。其總收率為3.51%。該工藝雖然克服了Austel工藝中的液溴問題和高壓胺化問題，步驟減少了兩步，但使用劇毒的氰化鉀，存在安全問題，而且收率較低，也不適合于工業化生產。但不可否認的是，在以后的多篇匹莫苯丹合成的專利和文獻中可以看出，樸同陽等開發的合成工藝路線對于匹莫苯丹的全合成起到了重要作用,而且后續多篇文獻專利以乙酰苯胺為起始原料。

圖3 樸日陽等開發的匹莫苯丹合成工藝路線Fig 3 Synthetic route of Pimobendan developed by Pu Riyang et al

圖4 王恩思等開發的匹莫苯丹合成工藝路線Fig 4 Synthetic route of Pimobendan developed by Wang Ensi et al

王恩思[7]等開發的合成工藝路線同樣從乙酰苯胺出發，首先通過付克酰基化反應制備得到12,然后在HOAc/Br2作用下對12進行溴代反應得到N-(4-(2-溴丙酰基)苯基)乙酰胺(17)；使用NaH作堿，丙二酸二乙酯和17進行親核取代反應制備得到2-(1-(4-乙酰氨基苯基)-1-氧代丙-2-基)丙二酸二乙酯(18)；隨后對18進行硝化反應得到2-(1-(4-乙酰氨基-3-硝基苯基)-1-氧代丙-2-基)丙二酸二乙酯(19)；在NaOH作堿條件下以及在HCl條件下19發生水解反應和脫除乙酰基保護基；隨后產物高溫脫羧得到4-(4-氨基-3-硝基苯基)-3-甲基-4-氧代丁酸(7)；7和水合肼發生環合反應得到4,5-二氫-5-甲基-6-(3-硝基-4-胺基苯基)-3(2H)噠嗪酮(16)；16在鈀碳催化劑作用下與水合肼發生氫化反應生成得到4,5-二氫-5-甲基-6-(3,4-二胺基苯基)-3(2H)噠嗪酮(21)；然后與對甲氧基苯甲醛在偏重亞硫酸鈉的作用下通過回流發生環化反應得到匹莫苯丹。其總收率為12.78%。該工藝較之前的路線收率有所提高，但該方法有四個不利因素導致不具有工業化生產前景：1.溴化一步，會產生溴直接接在苯環上的副產物；2.反應過程中涉及到劇毒、腐蝕性強的液溴和昂貴且易燃易爆的氫化鈉，存在成本高及安全隱患；3.硝化反應一步由于丙二酸二乙酯基團的影響而導致反應雜質較多；4.反應步驟較長。

許佑君等[8]開發的合成工藝路線是在樸日陽開發的路線上進行優化，同樣以乙酰苯胺為起始原料，與3-氯-2-甲基丙酰氯經過付克酰化反應得到N-(4-丙酰基苯基)乙酰胺(22)。后續步驟類似于樸日陽開發的路線，22進行氰基化反應得到14；通過硝化反應和水解反應得到7；與水合肼發生環合反應得到16；與對甲氧基苯甲酰氯發生酰胺化反應得到10；加入鋅粉，氯化銨，DMF發生還原反應得到11；最后與冰乙酸回流發生環合反應加入氫氧化鈉溶液得到匹莫苯丹單水合物。總收率為：17.3%，純度為：95%。這是第一個涉及匹莫苯丹產物重結晶的路線，所用重結晶溶劑為DMF和H2O。該路線收率比樸同陽的工藝路線收率較高，優勢在于反應步驟較少，不再使用高壓催化加氫，而是用NH4Cl-Zn還原，操作較安全。但該合成路線仍然使用劇毒的氰化鉀，存在安全問題，并且使用鋅和氯化銨作為還原劑，也不適合于工業化生產。

圖5 許佑君等開發的匹莫苯丹合成工藝路線Fig 5 Synthetic route of Pimobendan developed by Xu Youjun et al

在王恩思等開發的工藝基礎上，喬紅運等[9]對路線中的付克酰化、溴代反應和氫化反應進行了摸索和優化，其開發的合成工藝路線為：該路線以乙酰苯胺為起始原料，與丙酰氯在無水三氯化鋁中經過付克酰化得到12；所得產物與液溴發生溴代反應得到17；以乙醇鈉作堿，與丙二酸二乙酯發生親核取代反應得到18；后者發生水解反應后進一步與水合肼發生環合反應得到4,5-二氫-5-甲基-6-(4-氨基苯基)-3(2H)-噠嗪酮(24)；在L-酒石酸作用下經成鹽手性拆分反應得到(-)4,5-二氫-5-甲基-6-(4-氨基苯基)-3(2H)噠嗪酮(25)對該產物進行硝化反應得到(-)4,5-二氫-5-甲基-6-(3-硝基-4-乙酰胺基苯基)-3(2H)噠嗪酮(26)；再次進行水解反應去掉乙酰基得到(-)16；在活性鎳作用下與水合肼發生氫化反應得到(-)21；最后經環合反應合成制得手性匹莫苯丹，總收率為：0.7%。其意義在于：通過手型拆分，確定了苯并咪唑-噠嗪酮為活性母核，其在此基礎上進行結構修飾，設計并合成了10個當時未見文獻報道的化合物。但是，就匹莫苯丹工藝生產而言，其步驟冗長，收率很低，同樣使用了劇毒、腐蝕性強的液溴，而且要對關鍵中間體進行手性拆分，不適合于工業化生產。

圖6 喬紅運等開發的匹莫苯丹合成工藝路線Fig 6 Synthetic route of Pimobendan developed by Qiao Hongyun et al

圖7 郝智慧等開發的匹莫苯丹合成工藝路線Fig 7 Synthetic route of Pimobendan developed by Hao Zhihui et al

在以乙酰苯胺為起始原料的工藝路線中，郝智慧等[10]在前面的專利文獻基礎上，進行了整合，所開發的合成工藝路線為：在二硫化碳中，在路易斯酸催化作用下，乙酰苯胺和2甲基3甲氧羰基丙酰氯(27)反應生成3對乙酰氨基苯甲酰基丁酸甲酯(28)；再與硝酸在混酸中進行硝化反應得到3(4乙酰氨基3硝基苯甲酰基)丁酸甲酯(29)；后者與堿回流進行水解反應得到3(4氨基3硝基苯甲酰基)丁酸(30)；然后與水合肼回流進行環合反應得到16；16在無水甲醇中與鋅粉還原硝基為氨基得到21；最后與對甲氧基苯甲醛進行二次環合反應得到匹莫苯丹，其總收率為43.8%。該工藝路線優勢在于步驟較短，工藝安全性高，去掉了劇毒危險的化學試劑，對環境污染小。

2.3 以對氯苯甲醛和巴豆腈為起始原料 1993年R Jonas等[11]開發的合成工藝路線為：以對氯苯甲醛和巴豆腈為起始原料，經過縮合反應得到4-(4-氯苯基)-3-甲基-4-氧代丁腈(31)；進而與鹽酸進行水解反應得到4-(4-氯苯基)-3-甲基-4-氧代丁酸(32)；32與硝酸發生硝化反應得到6；在乙酸中與水合肼發生環化反應得到4,5二氫5甲基6(3硝基4氯苯基)3(2H)噠嗪酮(33)；與BnNH2發生芐胺化反應得到4,5-二氫-5-甲基-6-(3-硝基-4-(苯甲胺基)苯基)-3(2H)-噠嗪酮(34)；在鈀碳催化下與氫氣發生氫化還原反應得到16；最后經過與對甲氧基苯甲醛的環合反應合成制備得匹莫苯丹。總收率為0.7%。雖然該路線步驟較短，但收率過低，而且同樣使用了劇毒的氰化鈉，起始原料巴豆腈價格昂貴不易獲得，因此，該合成路線也不適合于工業化生產匹莫苯丹。

圖8 R Jonas等開發的匹莫苯丹合成工藝路線Fig 8 Synthetic route of Pimobendan developed by R Jonas et al

2.4 以3-(4-乙酰胺基苯甲酰基) -丁腈為起始原料 宮平等[12]在樸同陽等開發的路線的基礎上，改用3-(4-乙酰胺基苯甲酰基)-丁腈(34)為起始原料，與鹽酸發生水解反應得到3-(4-氨基苯甲酰基)-丁酸(35)；通過與水合肼發生環合反應得到24；與對甲氧基苯甲酰氯發生酰化反應得到4,5-二氫-5-甲基-6-(4-對甲氧基苯甲酰胺基苯基)-3(2H)噠嗪酮(36)；與濃硫酸濃硝酸進行硝化反應得到10；在Ni的催化作用下，與NaBH4發生還原反應得到4,5-二氫-5-甲基-6-(4-(對甲氧基苯甲酰胺基)-3-氨基苯基)-3(2H)噠嗪酮(37)；與冰醋酸回流進行環合反應合成匹莫苯丹。該工藝在硝化反應中進行了優化，使用混酸代替發煙硝酸，簡化了操作。其反應路線的總收率達到28%，其優勢在于步驟較短，缺點在于3-(4-乙酰胺基苯甲酰基)-丁腈過于昂貴。

圖9 宮平等開發的匹莫苯丹合成工藝路線Fig 9 Synthetic route of Pimobendan developed by Gong Ping et al

2.5 以鄰苯二乙酸二銨為起始原料 李勝斌等[13]開發的合成工藝路線不涉及硝化反應，具體為：以鄰苯二乙酸二銨為起始原料，與2-氯丙酰氯在路易斯酸的作用下發生付克酰化反應，得到(S)-N,N'-(4-(2-氯丙基)-1,2-亞苯基)二乙酰胺(38)；與丙二酸取代酯在堿的作用下進行烷基化反應得到1-芐基-3-甲基 (S)-2-((S)-1-(3,4-二乙酰氨基苯基)-1-氧丙烷-2-基)丙二酸(39)；在鈀碳催化作用下與氫氣進行催化氫化反應得到4-(3,4-二乙酰氨基苯基)-3-甲基-4-氧代丁酸甲酯(40)；與水合肼反應環合得到16；16與對茴香醛發生二次環合反應合成制得匹莫苯丹。總收率為6.0%。該路線其優勢在于步驟短，不涉及硝化反應。但存在兩點不足：1.起始原料鄰苯二乙酸二胺不易購買；2.中間使用柱層析進行純化，不適用于工業化生產。

圖10 李勝斌等開發的匹莫苯丹合成工藝路線Fig 10 Synthetic route of Pimobendan developed by Li Shengbin et al

2.6 以5-(2-溴代丙酰基)-1,3-2H-苯丙[d]咪唑-2-酮(40)為起始原料 綜合已公開報道的合成匹莫苯丹的方法，如US4361563專利、樸日陽等報道的合成路線、王思思等報道的合成路線以及許佑君等報道的合成路線后，鄒平等[14]發現分別使用了工業上大量使用受到局限的Br2，KCN，NaH/Br2等，且都涉及到硝化反應的實施，因此開發出合成工藝路線避開了這些局限試劑以及硝化反應，具體為：以 40為起始原料，與丙二酸二乙酯進行親核取代反應生成2-(1-氧代-1-(2-氧代-2，3-二氫-1H-苯并[d]咪唑-5-基)-1-丙酰-2-基)丙二酸二酯(41)；然后在POCl3作用下通過氯代反應生成2-(1-(2-氯代-1H-苯并[d]咪唑-6-基)-1-丙酰-2-基)丙二酸二酯(42)；后者在Pd催化劑條件下和對甲氧基苯基硼酸發生Suzuki偶聯反應，實現2-(1-(2-(4-甲氧基苯基)-1H-苯并[d]咪唑-6-基)-1-丙酰-2-基)丙二酸二酯(43)的制備；產物在無機堿的作用下發生酯水解反應，得到2-(1-(2-(4-甲氧基苯基)-1H苯并[d]咪唑-6-基)-1-丙酰-2-基)丙二酸(44)；在加熱條件下進行脫羧反應，得到4-(2-(4-甲氧基苯基)-1H-苯并[d]咪唑- 6-基)-3-甲基-4-氧代丁酸(45)；最后和水合肼發生環合反應，得到匹莫苯丹化合物。總收率為15%。與2000年前開發的匹莫苯丹合成工藝路線相比，與該工藝優勢在于：路線短，不涉及劇毒危險試劑，不涉及硝化試劑，且收率高于同樣不涉及硝化反應的李勝斌等開發的匹莫苯丹合成工藝路線。其缺點為起始原料5-(2-溴代丙酰基)-1,3-2H-苯丙[d]咪唑-2-酮過于昂貴。

圖11 鄒平等開發的匹莫苯丹合成工藝路線Fig 11 Synthetic route of Pimobendan developed by Zou Ping et al

2.7 以匹莫苯丹副產物為起始原料 經研究發現，以乙酰苯胺、對氯苯甲醛和鄰苯二乙酸二胺分別為起始原料合成匹莫苯丹，最后一步都經過相同的縮合反應合成匹莫苯丹，反應式如下：

圖12 匹莫苯丹合成反應式Fig 12 synthesis equation of pimobendan

因此，確定21在此類工藝中為關鍵中間體。而事實上，在這最后一步反應中21和對甲氧基苯甲醛縮合不僅產生匹莫苯丹產品，而且不可避免地生成一種副產物，其反應式如下：

因此，提出解決將產生的副產物轉化為匹莫苯丹[15]。其技術路線為將合成匹莫苯丹得到的副產物(化學名稱為(5RS)-6-[1- (4-甲氧基芐基)-2-(4-甲氧基苯基)-1H-苯并咪唑-6-基]-5-甲基-4,5-二氫-3(2H)-噠嗪酮,46)溶于混合溶劑中，20～25℃下與硝酸鈰銨(CAN)反應2～3 h，得到匹莫苯丹粗品；將得到的匹莫苯丹粗品于有機溶劑中加熱回流，冷卻，過濾，干燥得到匹莫苯丹。該工藝可以減少以乙酰苯胺、對氯苯甲醛和鄰苯二乙酸二胺為起始原料合成匹莫苯丹的工藝的成本，但如何得到純品的匹莫苯丹副產物是一個需要考慮的問題，如果可以解決，應該可以應用于工業化生產。

圖13 匹莫苯丹副產物合成反應式Fig 13 Synthesis reaction formula of by-product of Pimobendan

圖14 匹莫苯丹副產物轉化反應式Fig 14 Pimobendan by-product conversion reaction formula

3 結 論

目前，匹莫苯丹原料及片劑已被農業部批準為國家二類新獸藥，且市場上已有多家研究機構、公司等宣稱成功研發出匹莫苯丹的合成方法及工藝，但未見有工業化生產的報道。盡管匹莫苯丹的合成已發展出了許多的方法，但就應用于工業化生產來說仍有許多問題需解決。例如，以乙酰苯胺、氯苯、對氯苯甲醛和3-(4-乙酰胺基苯甲酰基)-丁腈為起始原料合成匹莫苯丹的工藝中，其中大多涉及劇毒危險試劑和硝化反應，而在工業生產中，硝化反應是不被推薦的、較危險的反應；以5-(2-溴代丙酰基)-1,3-2H-苯丙[d]咪唑-2-酮和鄰苯二乙酸二銨為起始原料合成匹莫苯丹的工藝中，存在起始原料昂貴等缺陷；而以匹莫苯丹副產物為起始原料合成匹莫苯丹的工藝，盡管能夠回收匹莫苯丹副產物以降低成本，但原料匹莫苯丹副產物的來源和純度同樣阻礙了其應用于工業化生產。對于匹莫苯丹的合成工藝而言，下一步的發展方向應當為：降低匹莫苯丹的原料成本，減少匹莫苯丹的合成步驟，少用或不用危險的化學原料，盡可能不采用條件苛刻的反應，合成工藝中采用的試劑(溶劑)可回收利用，在工藝化生產中盡量不脫釜。相信在不久的將來，匹莫苯丹合成方法研究會日益深入，合成步驟縮短，收率不斷提高，低成本、高效、高純度的匹莫苯丹在國內實現產業化生產指日可待。