6-溴咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸的合成

程 偉, 張向龍, 趙雷振, 范亞鋒, 油天鈺, 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)

噠嗪類化合物是一類重要的雜環化合物，在醫藥[1-3]、農藥[4-5]、光電材料[6-7]等領域得到了大量使用，具有較高的應用價值。咪唑并[1,2-b]噠嗪衍生物是噠嗪類化合物中生物活性較強的一類，廣泛應用于抗菌藥物[8-9]、抗炎藥物[10]、抗寄生蟲藥物[11-12]、抗癌藥物[13-15]以及治療帕金森疾病藥物[16-17]的研發與生產。

6-鹵代咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸是一種重要的抗癌新藥中間體，在白細胞介素-1受體相關激酶4(IRAK4)抑制劑[13]、原肌球蛋白受體激酶(TRK)抑制劑[18-21]、異源二聚細胞因子(IL-2)抑制劑[22]、蛋白激酶(PRK)調節劑[23]、溴結構域蛋白(CBP/EP300)抑制劑[24]、間變性淋巴瘤激酶(ALK)抑制劑[25-26]等抗癌新藥的開發工作中表現出優異的生物活性，已有多個相關藥物進入臨床二期、三期實驗，腫瘤抑制效果顯著，具有重要的臨床應用價值[27]。

目前，文獻報道的6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸的合成方法主要有兩種：Bi等[13]以6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲醛為原料，經亞氯酸鈉氧化過夜制備6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸。該方法原材料價格昂貴，需要柱層析純化，且單步收率只有67%，不適合工業化放大。Liu等[28]先用甲酸乙酯和氯乙酸乙酯在乙醇鈉催化下反應3 d合成2-氯-2-甲酰乙酯，再與3-氨基-6-氯噠嗪反應制備6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸乙酯，再經過氫氧化鈉水解共3步制備6-氯咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸。該方法反應時間長，中間體2-氯-2-甲酰乙酯性質不穩定且收率低，反應過程操作復雜不易放大生產，且總收率不到40%，難以大規模推廣。6-溴咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸的合成方法目前尚無文獻報道，具有較高的研究價值。

本文提供了一種6-溴咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸的合成新方法，以水合肼和馬來酸酐為起始原料,經縮合、溴化、氨解、亞胺化、關環縮合、水解反應共6步反應得到目標產物(Scheme 1)。該方法具有原料易得、成本低廉、操作簡單和收率較高等優點。

Scheme 1

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

YRT-3型熔點儀；Bruker AV-III-400 MHz型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS 為內標)；Avatar 370型紅外光譜儀(KBr壓片)；Vario EL型元素分析儀；LC-16型液相色譜儀測定。

所用試劑均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 合成

(1) 3,6-二羥基噠嗪(2)的合成

將水合肼145 g(2.32 mol)和1 L水加入到反應瓶中，控溫不高于10 ℃，滴加濃鹽酸228 g(2.32 mol)，滴畢，分四批加入順丁烯二酸酐(1)196 g(2.00 mol)，升溫至回流，反應4 h。降溫至室溫，有大量固體析出，抽濾，濾餅用200 mL水洗滌，于55 ℃真空干燥得215 g化合物2，白色固體，收率95.9%，純度99.2%[HPLC 歸一化法：色譜柱為Agilent Eclipse Plus C18 柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)，流動相A為純化水，流動相B為甲醇，梯度洗脫條件：0～2 min， A: 60%; 2～8 min， A: 50%; 8～20 min, A: 30%; 檢測波長254 nm，柱溫30 ℃，流速1.0 mL/min，進樣量20 μL，下同]; m.p.298～300 ℃;1H NMR(DMSO-d6， 400 MHz)δ: 7.01(s, 2H, H-2， H-3), 11.56(s, 2H, -OH) ;13C NMR (DMSO-d6， 100 MHz)δ: 130.8, 156.8; IRν: 3086, 2963, 1660, 1552, 1411, 1275, 1011, 899, 845, 813 cm-1; Anal. calcd for C4H4N2O2: C 42.86, H 3.60, N 24.99, found C 42.82, H 3.69, N 24.93。

(2) 3,6-二溴噠嗪(3)的合成

稱取化合物2112 g(1.00 mol)加入1.5 L甲苯中，攪拌使其混合均勻；分三批加入三溴氧磷630 g(2.20 mol)，升溫至100 ℃，反應5 h。將反應液緩慢倒入3 L冰水中，充分攪拌，控溫不高于10 ℃，用碳酸氫鈉調節pH至中性，用二氯甲烷(2×500 mL)萃取，合并有機相，依次用水(2×300 mL)和飽和食鹽水(2×200 mL)洗滌，減壓蒸除溶劑得粗品，用正己烷重結晶得淡黃色固體3195 g，收率82.2%,純度98.7%; m.p.115～116 ℃;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 8.01(s, 2H, H-2, H-3);13C NMR(DMSO-d6, 100 MHz)δ: 134.9, 148.4; IRν: 3414, 3093, 1545, 1387, 1157, 1110, 852, 754 cm-1; Anal. calcd for C4H2N2Br2: C 20.20, H 0.85, N 11.78, found C 20.23, H 0.87, N 11.81。

(3) 3-氨基-6-溴噠嗪(4)的合成

將化合物3464 g(1.95 mol)加入裝有氨水(25%)1.05 L(13.62 mol)的3 L高壓釜中，通氮氣置換空氣兩次，氮氣充壓1.0 MPa，攪拌并升溫至100 ℃，反應7 h。于室溫攪拌1 h，過濾，濾餅用水(2×200 mL)洗滌，于55 ℃真空干燥得淡黃色固體4290 g，收率85.7%,純度98.2%; m.p.192～194 ℃;1HNMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 6.63(s, 2H, -NH2), 6.76(s, 1H, H-2), 7.42(s, 1H, H-3);13C NMR(DMSO-d6, 100 MHz)δ: 118.0, 132.4, 136.0, 160.8; IRν: 3152, 1641, 1593, 1452, 1146, 1051, 834, 647 cm-1; Anal. calcd for C4H4N3Br: C 27.61, H 2.32, N 24.15, found C 27.58, H 2.35, N 24.21。

(4)N′-(6-溴噠嗪-3-基)-N,N-二甲基甲脒(5)的合成

將化合物450 g(0.29 mol)分兩次加入到N,N-二甲基甲酰胺二甲基縮醛350 g(2.89 mol)中，升溫至90 ℃，反應5 h。減壓濃縮至無液體流出，殘余物加入150 mL甲醇，降溫至-7 ℃攪拌2 h，有大量固體析出，抽濾，濾餅于-7 ℃用凍甲醇(2×50 mL)淋洗，烘干得白色固體560.2 g，收率91.3%，純度98.4%; m.p.115～117 ℃;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 3.01(s, 3H, -CH3), 3.13(s, 3H, -CH3), 7.05(s, 1H, H-2), 7.66(s, 1H, H-3), 8.21(s, 1H, -N=CH-);13C NMR(DMSO-d6, 100 MHz)δ: 34.8, 40.7, 125.8, 132.9, 141.4, 155.9, 163.9; IRν: 3068, 2909, 1625, 1562, 1383, 1114, 1062, 983, 858 cm-1; Anal. calcd for C7H9N4Br: C 36.70, H 3.96, N 24.46, found C 36.77, H 3.92, N 24.51。

(5) 6-溴咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸乙酯(6)的合成

稱取化合物550 g(0.22 mol)加入到裝有500 mL DMF的1 L反應瓶中，滴加溴乙酸乙酯54.6 g(0.33 mol)，滴畢，加入碘化鉀1.8 g(11 mmol)，升溫至90 ℃，反應8 h，降溫至室溫，加入1.5 L水攪拌20 min，有大量固體析出，抽濾，濾餅用水(2×200 mL)洗滌，乙酸乙酯重結晶得淡黃色固體652.1 g，收率87.7%,純度97.9%; m.p.74～76 ℃;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 1.28(t,J=7.1 Hz, 3H, -CH3), 4.31(q,J=7.2 Hz, 2H, -CH2-), 8.01(d,J=9.6 Hz, 1H, H-3), 8.10(d,J=9.6 Hz, 1H, H-2), 8.67(s, 1H, H-8);13CNMR(DMSO-d6, 100 MHz)δ: 13.5, 63.5, 125.8, 126.5, 136.2, 139.4, 158.1, 159.1, 168.0; IRν: 3105, 2978, 1723, 1514, 1435, 1343, 1265, 1188, 1048, 822, 760 cm-1; Anal. calcd for C9H8N3O2Br: C 40.02, H 2.99, N 15.56, found C 39.97, H 3.02, N 15.53。

(6) 6-溴咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸(7)的合成

將化合物635 g(0.13 mol)加入到200 mL水中，攪拌使其混合均勻；加入氫氧化鈉13 g(0.33 mol)，反應8 h。用10 %稀鹽酸調pH至中性，有大量固體析出，抽濾，濾餅用水(2×200 mL)洗滌，于55 ℃真空干燥得類白色固體730.2 g，收率96.1%，純度99.1%; m.p.215～217 ℃;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 7.64(d,J=9.6 Hz, 1H, H-3)， 8.22(d,J=9.5 Hz, 1H, H-2)， 8.31(s, 1H, H-8)， 13.01(s, 1H, -COOH);13C NMR(DMSO-d6, 100 MHz)δ:120.7, 125.0, 128.2, 138.5, 140.8, 141.2, 159.5; IRν: 3433, 3097, 1705, 1528, 1438, 1358, 1274, 1161, 1105, 832, 764 cm-1; Anal. calcd for C7H4N3O2Br: C 34.74, H 1.67, N 17.36, found C 34.77, H 1.70, N 17.31。

2 結果與討論

2.1 化合物3的合成

化合物3的合成為溴化反應，選擇三溴氧磷為溴化試劑，研究發現溴化試劑三溴氧磷的用量對實驗結果影響較大。在確定反應溫度100 ℃反應5 h的條件下，考察了三溴氧磷的用量對化合物3收率的影響，反應結果見表1。由表1中可以看出，三溴氧磷用量為化合物2的1.1倍時，收率達到最高。繼續增加三溴氧磷的用量，會造成產物的分解，目標產物收率降低，所以選擇n(POBr3)/n(化合物2)=1.1/1時為最優比例。

表1 三溴氧磷用量對收率和純度的影響

2.2 化合物4的合成

化合物4的合成為氨解反應，本實驗選取25%的氨水作為氨解試劑，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。在確定氮氣充壓1.0 MPa，反應溫度100 ℃反應7 h的條件下，考察氨水與原料的投料比對化合物4的收率影響，實驗結果見表2。由表2可以看出，氨水量較少時反應不容易發生，表現為產品產率低；隨著氨水的用量增加，產率不斷提高。當氨水的用量為化合物3的3.5倍時，反應產率達到為85.7%，再增加氨水的用量，反應產率增長幅度不大，且容易造成物料浪費，因此選擇原料摩爾配比為：n(氨水)/n(化合物3)=3.5/1。

表2 氨水用量對收率和純度的影響

在實驗研究中發現，加大壓力有利于氨解反應的進行。在確定反應溫度100 ℃反應7 h的條件下，考察了不同的反應壓力對化合物4收率的影響，結果見表3。

表3 反應壓力對收率影響

由表3可以看出，化合物4的收率隨著壓力的上升而不斷增加。當壓力為1.0 MPa時，反應收率最高，壓力高于1.0 MPa時反應收率上升幅度不大，并隨著反應壓力增加對反應設備要求也會越高，反應操作難度加大，因此選擇反應壓力為1.0 MPa。

2.3 化合物6的合成

合成化合物6的反應為關環縮合反應，選用溴乙酸乙酯作為縮合試劑，碘化鉀作為催化劑。反應過程通過結晶純化高收率制得化合物6，避免了柱層析純化，有利于工業化生產。本實驗在確定反應溫度和反應時間的情況下，考察了溴乙酸乙酯用量對化合物6反應收率的影響，結果見表4。

表4 溴乙酸乙酯用量對收率和純度影響

由表4可以看出，溴乙酸乙酯的用量較少時反應不容易發生，表現為產品收率低；隨著溴乙酸乙酯的用量增加，收率不斷提高。當溴乙酸乙酯的用量為化合物5的1.5倍時，反應收率達到為87.7%；再增加溴乙酸乙酯的用量，反應收率增長幅度不大，且反應體系顏色變深，得到的產品結晶發粘，顏色較深，因此選擇溴乙酸乙酯用量為：n(溴乙酸乙酯)/n(5)=1.5/1。

本實驗還考察了結晶溶劑對反應收率的影響，實驗結果見表5。由表5可以看出，以乙酸乙酯作為結晶溶劑，化合物6的收率最高，并且產品顏色為淡黃色固體。以二氯甲烷為結晶溶劑，產品母液損失較多，造成收率下降；用乙醇作溶劑時，析出固體發粘，顏色為褐色，收率也低。用正己烷作為結晶溶劑，需要溶劑量大，產品收率和純度都較低。綜上，選用乙酸乙酯為化合物6的結晶溶劑。

表5 結晶溶劑對收率和純度影響

報道了一種6-溴咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸的合成新方法。以水合肼和馬來酸酐為起始原料,在鹽酸催化下發生縮合反應，再與三溴氧磷進行溴代，與氨水發生氨解反應，再與N,N-二甲基甲酰胺二甲基縮醛進行亞胺化反應，與溴乙酸乙酯縮合成環，最后發生堿水解共6步反應合成了目標產物6-溴咪唑并[1,2-b]噠嗪-3-甲酸，總收率52.0%。該合成方法路線新穎、成本低廉、操作簡單、收率高、中間反應過程采用結晶純化，更適合工業化放大生產。