6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲腈的合成研究

程偉，陳啟緒，張向龍，祁祺，王明君，劉圣瑋，袁文鵬*

(1.齊魯工業大學(山東省科學院)山東省科學院菏澤分院 山東省生物工程技術創新中心，山東 菏澤 274000;2.山東友幫生化科技有限公司 山東省小分子雜環化合物工程實驗室，山東 菏澤 274000)

咪唑并[1,2-b]噠嗪類化合物具有很高的生物活性[1-2]，廣泛應用于抗瘧原蟲藥物[2]、抗癌藥物[1,3-6]及抗感染藥物[7]的開發。6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲腈是抗癌新藥BMS-986260的關鍵中間體(圖1)。BMS-986260是由百時美施貴寶制藥(BMS)開發的一種新型TGF-β R1抑制劑，通過抑制T細胞內TGF-β蛋白的高表達來增加細胞與癌細胞的結合，從而實現對癌癥的控制。該藥物對肝癌、非小細胞肺癌和結直腸癌等癌癥有良好的治療效果，尤其是與癌癥免疫藥物PD-1抑制劑和PD-L1抑制劑聯合使用時，可以阻礙TGF-β信號通路，從而降低癌細胞的侵略性和擴散性，減少抗藥性的產生[8-9]。研究數據表明，兩者結合對結腸癌等癌癥的緩解率高達90%～100%[10-11]，具有重要的臨床應用價值，也為肺癌、結腸癌等眾多癌癥的治療帶來新的希望。

圖1 BMS-986260的結構式[9]

6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲腈的合成方法現有文獻報道較少。FAN等[5]、KINSELLA等[8]、FAN等[12]報道的方法,以3-氨基-6-氯噠嗪為原料，經過甲脒中間體，再通過環化得到目標產物6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲腈。上述合成方法成本昂貴，反應選擇性差，甲脒中間體和目標產物6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲腈的純化均為柱層析分離純化，操作復雜，且總收率不到60%，難以工業化放大生產。因此有必要開發一種原料廉價易得、收率高、操作簡便能放大生產的6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲腈合成新方法。

本文針對現有合成方法存在的不足，以水合肼和馬來酸酐為原料, 經縮合、氯化、氨解、亞胺化反應，最后再和溴乙腈進行關環縮合共5步反應，得到目標產物6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲腈(圖2)。與現有合成方法相比，該方法具有成本低廉、操作簡單的優點，中間反應過程采用結晶純化，避免柱層析分離，便于放大生產，且反應總收率得到明顯提高，達到69.4%。

圖2 目標化合物的合成路線

1 儀器與材料

1.1 實驗儀器

DF-101S型集熱式恒溫磁力攪拌器(鞏義市予華儀器有限責任公司)；100 L 玻璃反應釜-高低溫循環裝置(鞏義市予華儀器有限責任公司)；CJ-5 高壓反應釜(威海新元化工機械有限公司)；400 MHz 核磁共振譜儀(TMS 為內標，美國 Bruker 公司)；藥物熔點儀(上海易測儀器設備有限公司)；Vario EL 型元素分析儀(德國 Elementar 公司)；LC-20A 高效液相色譜儀(日本島津)。

1.2 實驗材料與試劑

氨水(質量分數25%)，山東萊陽經濟技術開發區精細化工廠)；水合肼(80%，濟南鈞源化工有限公司)；馬來酸酐(99%，東營市科德化工有限公司)；三氯氧磷(徐州銅山縣宏達精細化工廠)；N,N-二甲基甲酰胺二甲基縮醛(DMF-DMA，上海皓鴻生物醫藥科技有限公司)；DMF(南京化學試劑股份有限公司)；溴乙腈(阿拉丁試劑有限公司)；實驗所用試劑均為市售分析純或化學純。

1.3 純度檢測

2 實驗方法

2.1 3,6-二羥基噠嗪制備

2.2 3，6-二氯噠嗪制備

將4 250 g(37.94 mol)化合物3加到2 325 g(151.81 mol)三氯氧磷中，升溫至90 ℃反應5 h，減壓蒸出未反應完的三氯氧磷(回收套用)，緩慢倒入40 L冰水中充分攪拌，大量固體析出，抽濾，用飽和碳酸氫鈉溶液(250 mL×2)洗滌，得到粗品固體，正己烷重結晶得到5 100 g白色針狀化合物4，即3，6-二氯噠嗪，產率90.2%，純度98.5%。m.p.67～69 ℃(文獻[14]值為68～69 ℃)。1H NMR(CDCl3, 400 MHz),δ: 7.52(s, 2H, H-4, H-5)。13C NMR(CDCl3, 100 MHz),δ: 130.8, 156.3。

2.3 3-氨基-6-氯噠嗪制備

2.4 N′-(6-氯噠嗪-3-基)-N,N-二甲基甲脒制備

2.5 6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲腈

將50 g(0.27 mol)化合物6加入到裝有400 mL DMF的1 L三口瓶中，常溫滴加42.2 g(0.35 mol)溴乙腈，滴畢，升溫至80 ℃反應5 h，降溫至室溫，加入1 L水攪拌15 min，有大量固體析出，抽濾，水洗(100 mL×2)，乙酸乙酯重結晶得到43 g淡黃色固體化合物1，即6-氯咪唑并[1-2-b]噠嗪-3-甲腈，產率89.5%，純度98.3%。m.p.142～143 ℃。1H NMR(CDCl3,400 MHz),δ:7.28(d,1H,J=9.6 Hz,H-8)；8.11(d,1H,J=9.6 Hz, H-7)；8.29(s, 1H, H-3)。13C NMR(CDCl3, 100 MHz),δ:108.1,119.2,127.6,138.8,140.6,148.9,159.3。元素分析，(C7H3ClN4), 實測值(計算值)，%: C 46.92(47.08)；H 1.71(1.69)；N 32.08(31.37)。

3 結果與討論

3.1 化合物5的合成

3.1.1 原料配比的影響

化合物5的合成為氨解反應，本實驗選取25%的氨水作為氨解試劑。在前期實驗中發現該反應具有一定的選擇性，氨水的用量和反應壓力是該反應的主要影響因素。因此，在確定氮氣充壓0.5 MPa，反應溫度100 ℃，反應時間5 h的條件下，考察氨水與原料的投料比對化合物5產率的影響，實驗結果見圖3。

圖3 原料配比對化合物5產率影響

3.1.2 起始反應壓力的影響

由圖4可以看出，化合物5的產率隨著起始壓力的上升而不斷增加。使用普通常壓設備反應時，氨水揮發劇烈，造成反應產率較低。使用耐壓反應釜進行反應，氨水幾乎沒有揮發損失，在加壓條件下，壓力為0.5 Mpa時，反應產率就已達到94.6%。壓力高于0.5 Mpa時產率上升幅度不大，而反應壓力增加對設備要求也會越高，操作難度加大。因此選擇反應壓力為0.5 MPa。

圖4 起始反應壓力對化合物5產率影響

3.2 化合物6的合成

化合物6的合成反應是亞胺化反應，在實驗過程中發現反應溫度對化合物6的合成影響最大，故在確定反應物投料比、反應時間、反應溶劑的條件下，研究反應溫度對化合物6產率的影響，實驗結果見圖5。

圖5 反應溫度對化合物6 產率的影響

在圖5中可以看出，隨著反應溫度的升高，化合物6的產率不斷提高，在90 ℃反應條件下，產率達到最高。通過HPLC監控反應發現，在反應溫度較低時，相同時間內有少量原料化合物5反應不完全，導致產率較低。超過90 ℃情況下，產物隨著時間的增加開始出現降解，雜質開始增加。綜合以上因素考慮，最終選定化合物6的反應溫度90 ℃為最佳條件。

3.3 化合物1的合成

3.3.1 原料配比的影響

化合物1的合成為關環縮合反應，原料溴乙腈的成本較高，其用量將直接影響化合物1的生產成本，從而對化合物1的工業化生產產生影響。另外，在實驗探索中發現溴乙腈的用量對反應產率的影響也是最大的，故本實驗著重考察了溴乙腈與化合物6的摩爾配比對化合物1反應產率的影響，實驗結果見圖6。

圖6 原料配比對化合物1產率影響

3.3.2 結晶溶劑的影響

現有文獻[5,8,12]報道的化合物1的制備都需要用到柱層析純化，不適合大量生產。本實驗通過結晶方式高產率制得化合物1，避免了柱層析純化，有利于工業化生產。本實驗還考察了結晶溶劑對反應產率的影響，實驗結果見表1。

表1 結晶溶劑對化合物1產率影響

由表1可以看出，以乙酸乙酯作為結晶溶劑，化合物1的產率最高，并且產品顏色為淡黃色固體。以二氯甲烷為結晶溶劑，結晶母液中產品損失較多，造成產率下降；用乙醇作結晶溶劑時，產品析出固體顏色較深，雜質較多，收率也低；用正己烷作為結晶溶劑，產品溶解度小，需要溶劑量大，產品的純度也最低。因此，選用乙酸乙酯為化合物1的結晶溶劑。

3.4 化合物純度檢測結果

本實驗中間反應過程全部采用結晶純化，避免柱層析分離，化合物的純度經HPLC檢測，全部符合使用標準，每一步反應化合物HPLC檢測純度結果見表2。化合物6的HPLC色譜圖如圖7所示。

表2 化合物檢測純度

圖7 化合物6的HPLC色譜圖

4 結論

本實驗開發的6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲腈合成路線與現有合成方法相比，具有成本低廉、化學選擇性好、操作簡便、產率高、避免柱層析分離、適合放大生產等優點，更有利于促進抗癌新藥BMS-986260的臨床應用。