蘇沃雷生關鍵中間體的連續流微反應合成工藝研究*

金艷娟，張安林,，許 慧,2，馬 寧

(1 湖南華騰制藥有限公司，湖南 長沙 410006；2 長沙創新藥物工業技術研究院有限公司，湖南 長沙 410006；3 長沙醫學院藥學院，湖南 長沙 410219)

蘇沃雷生是以食欲素受體作為靶點的口服食欲素受體1與食欲素受體2雙活性的受體抗結劑安眠藥。該藥物通過阻斷食欲素的這兩種受體的方式來影響腦部的睡眠和覺醒系統，通過睡眠-覺醒系統所形成的自發影響來實現優化睡眠質量以及治療失眠病癥，同時緩解白天易疲勞、精力不足、神思憂郁以及有失眠癥的病人可能存在的注意力不集中、學習困難和記憶衰退[1-5]。該藥物已經于2014年被美國FDA批準用來改善睡眠質量和治療成人失眠癥，而日本等一些國家也對這款藥物完成了注冊和預注冊。由于副作用相對較輕，所以該藥有著十分廣闊的應用發展前景[6-10]。 但是，該藥物的實際制備工藝中存在很多挑戰，它們的合成路線繁瑣，總體收率較低，多個核心中間體的分離純化需要采用柱色譜或柱層析，而且生產制備工藝過程往往涉及到危險劇毒化學品和高危化學反應，同時還產生很多廢水以及副產物，非常容易造成環境污染。這些因素極大程度上制約了其大規模工業化生產和應用[11-14]。蘇沃雷生核心中間體5-氯-2-[(5R)-六氫-5-甲基-1H-1,4-二氮雜卓-1-基]苯并惡唑的化學結構式如圖 1 所示。

圖1 5-氯-2-[(5R)-六氫-5-甲基-1H-1,4-二氮雜卓-1-基]苯并惡唑的結構

該中間體含有一個手性碳中心，根據構造手性碳中心的途徑的不同，目前已經見諸報道的制備工藝主要分為兩類:手性源以及手性拆分合成法[15-18]。

圖2 路線一Fig.2 Synthetic route 1

如圖2所示，Mangion等研究人員[19]采取生物催化的氨基轉移技術獲得了對映選擇性過量(ee值)大于98%的R-5-氯-2-(5-甲基-[1,4]二氮雜環庚-1-基)苯并惡唑，該步反應的收率也可以超過70%。在提升收率的大前提下，相較于過渡態重金屬催化型路線而言，這條工藝路線的總體收率為43%，屬于環境友好型工藝。但是，當前生物催化劑的成本價格極其昂貴，同時還很難買到和量產，這嚴重阻礙了該工藝線路在工業規模化生產的應用前景。

圖3 路線二Fig.3 Synthetic route 2

而圖3所示的是Carl A Baxter等[20]于2011年公開的一個大量制備蘇沃雷生原料藥的生產工藝。該工藝中所采用的合成方法繞開了脫保護基的反應過程，雜質的生成量明顯減少了，從而規避了采取色譜柱法提純的步驟，減少了氨基脫CBZ保護基的反應步驟以及最終的偶聯反應，從而使得制備工藝線路短而精，效率更高。優化了原始工藝路線，采用傳統的手性拆分分離途徑，使用手性拆分劑從外消旋化合物5-氯-2-(5-甲基-[1,4]-二氮雜環庚-1-基)苯并惡唑中獲得R-5-氯-2-(5-甲基-[1,4]-二氮雜環庚-1-基)苯并惡唑，其與5-甲基-2-[1,2,3]噻唑-2-基-苯甲酸反應獲得最終產物蘇沃雷生原料藥。相對圖2所示方案而言，此解決方案將為制備手性化合物R-5-氯-2-(5-甲基-[l,4]-氮雜環庚-1-基)苯并惡唑的工業化規模生產提供了更大的可能性，也是第一次報道實現了千克級別生產的合成工藝路線。該路線用到硫光氣、光氣以及甲基乙烯基酮，這些都屬于劇毒品，對環境和生產設備帶來極大考驗和污染，工業化生產也存在諸多安全風險。

在過去的數十年時間里，許多實踐案例證明了微反應器的效率遠遠超越批處理工藝以及現有的大體量型連續反應器[21-23]。這些微反應設備主要提供條件可控以及高通量的制備方法且存在下列諸多優勢：①裝置占用空間小，物料能夠迅速混合以實現高效的傳質傳熱以及生產工藝參數的精確控制，幾乎不存在放大效應；過程本質安全，能夠實現連續不間斷操作，不僅時空效率高，而且還能節約勞動力成本。在化藥合成領域有近20%的生產工藝能夠通過連續流微通道反應技術實現在工藝安全性以及原子經濟性等諸多方面的提高和優化[24-29]。在美國，微通道反應技術研究應用領域已經從微加工逐漸拓展成為一門有獨立概念的新學科。與常規的釜式反應相比較，在微通道反應器中完成的合成過程總能夠在更加短的時間范圍內獲得純度更高的產品。微反應器的逐漸推廣應用使得化學物質的高效制備、細胞以及蛋白質的高通量篩選和反應動力學等的研究均獲得了明顯提升。所以，微反應器得到了廣大科研工作者以及生物醫藥行業巨頭的關注[30-31]。所以，本研究開發了一套連續流微反應器(構造如圖4所示)，同時將連續流微反應技術應用于惡唑衍生物 5-氯-2-[(5R)-六氫-5-甲基-1H-1,4-二氮雜卓-1-基]苯并惡唑的制備工藝中，以解決過程中的副反應和極易造成環境污染等問題。

圖4 連續流微通道反應器成套裝置Fig.4 Continuous flow microchannel reactor

圖5 改進后的路線Fig.5 Improved route

本文在現有路線二的基礎上對化合物5-氯-2-[(5R)-六氫-5-甲基-1H-1,4-二氮雜卓-1-基]苯并惡唑的合成工藝進行優化改進。以2-氨基-4-氯苯酚(SM1)作為起始物料，乙醇作為溶劑，與乙基黃原酸鉀(SM-2)環合得到化合物SM-2。SM-2與鹵代試劑在微通道反應器中反應得到化合物 SM-3，SM-3與N-Boc-乙二胺反應得到中間體SM-4。該惡唑化合物(SM-4)與甲基乙烯基酮和堿反應后得到SM-5的黃色固體。惡唑化合物(SM-5)經過甲磺酸(MSA)水溶液處理得到大量淡黃色固體SM-6。SM-6通過硼氫化鈉還原得到SM-7。SM-7通過二苯甲酰-D-酒石酸手性拆分后獲得高純度的5-氯-2-[(5R)-六氫-5-甲基-1H-1,4-二氮雜卓-1-基]苯并惡唑(SM-8)，合成路線如圖5所示。優化后的路線操作簡便，安全環保，收率相對較高，目標產物純度高，適合工業化生產。

1 實 驗

1.1 儀器與試劑

Waters E2695型高效液相色譜儀，Agilent6460質譜儀，Bruker AvanceⅡ400MHz核磁共振儀。康寧Advanced-FlowTM微反應器，SF1005A型Sanotac高壓四氟泵，SUNDI-755W無錫冠亞高低溫循環機。所用原料和試劑均為常規市售分析純。

1.2 5-氯-2-[(5R)-六氫-5-甲基-1H-1,4-二氮雜卓-1-基]苯并惡唑的合成

1.2.1 SM-2 的合成

在10 L四口燒瓶中加入2-氨基-4-氯苯酚 SM-1(800 g， 5.57 mol)，EtOH(5 L)和乙基黃原酸鉀(1.79 kg，11.1 mol)。80 ℃機械攪拌4 h。后處理：TLC檢測反應液，原料已反應完，顯示有一個新化合物生成。將反應液倒入8 L的冰水里，加乙酸調節pH到7。將懸濁液過濾，濾餅用水(6 L)洗滌。得到的固體減壓濃縮干燥，得到1.117 kg淺灰色固體產品。備注：反應液冰水淬滅后一定要調節pH到7以下。1H NMR (400 MHz, DMSO) δ: 7.31 (m, 2H), 7.53 (d,J=8.74 Hz, 1H);LC-MS：Calculated Mw=185.63 g/mol，found m/z[M+1]+=186.89。

1.2.2 SM-3 的合成

精確稱取化合物 SM-2(1.117 kg， 6.04 mol)，DMF(560 mL)和DCM(11 L)充分混合制備成均勻液體備用。微反應器設置并冷卻到5 ℃以下，將配置好的SM-2溶液、二氯亞砜SOCl2(1120 mL)以及縛酸劑以設定流量緩慢泵入微通道反應器。反應液流出后直接進倒入10 L的NaHCO3冰水溶液中并靜置分液。水相用DCM(3 L)萃取，合并有機相，用水洗滌一次，硫酸鈉干燥，減壓濃縮得到1.1 kg紅棕色液體產品。1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ: 7.67 (d,J=2.1 Hz, 1H), 7.44 (d,J=8.8 Hz, 1H), 7.34 (dd,J=8.8, 2.1 Hz, 1H);13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ:110.9, 120.2, 126.1, 131.0, 142.0, 149.9, 152.34. LC-MS：Calculated Mw=188.01 g/mol，found m/z[M+1]+=189.23。

1.2.3 SM-4 的合成

以DCM(2 L)為溶劑， 分別配制成一定濃度的SM-3(722 g， 3.87 mol)、N-Boc-乙二胺(650 g, 4.06 mol)和三乙胺(586 g，5.81 mol)溶液。反應溫度保持在5～10 ℃之間，將三種原料溶液以設定流量泵入微反應器系統中，TLC顯示原料已反應完，顯示有兩個新化合物生成。將反應液直接注入15 L冰水中，攪拌2 min后靜置分液。水相用DCM(3 L)萃取一次，合并有機相，用水(5 L)反洗一次，硫酸鈉干燥，減壓濃縮得到的黃色固體用EA:PE(400 mL:2000 mL)打漿(4 h)。抽濾，濾餅用石油醚(1 L)洗滌。減壓濃縮濾餅得到850 g淡黃色固體產品。1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ ppm 8.17 (brs, 1H), 7.37 (d,J=8.40 Hz, 1H), 7.3(s, 1H), 7.02(dd,J=8.4 Hz, 1.68 Hz, 1H), 6.94 (brs, 1H), 3.18 (q,J=6.05 Hz, 2H), 1.39(s, 9H);13C NMR (100 MHz, DMSO-d6) δ 155.7, 148.1, 118.2, 114.2, 110.2, 101.5. LC-MS：Calculated Mw=311.76 g/mol，found m/z [M+1]+=313.05。

1.2.4 SM-5 的合成

以DMF(2 L)為溶劑，分別配制成一定濃度的SM-4(558 g， 1.794 mol)、DBU(327.6 g，2.152 mol)和甲基乙烯基酮(150 g, 2.152 mol)溶液。微反應器冷卻到0～5 ℃，按照設定順序將三種原料溶液以設定流量泵入微反應器系統中。后處理：TLC顯示原料基本反應完，顯示有兩個新化合物生成。將反應液直接注入到4 L水中，有大量的固體生成，將懸浮液攪拌10 min后(冷卻到20 ℃)過濾，濾餅用水(4 L)洗滌，后75 ℃烘干得到507 g淡黃色固體產品。1H NMR (400 MHz, CDCl3) ppm: 1.42 (brs. 9H), 2.24 (s, 31), 2.98(t,J=6.72 Hz, 2H), 3.47(d,J=5.38 Hz, 2H), 3.73(t,J=5.88 Hz,2H), 3.83(t,J=6.55 Hz, 2H), 4.93(brs, 1 H), 7.02 (dd,J=8.40, 1.68 Hz, 1H), 7.19 (d,J=8.74 Hz, 1H), 7.35 (d,J=1.68 Hz, 1H);LC-MS：Calculated Mw=381.85 g/mol，found m/z [M+1]+= 383.04。

1.2.5 SM-6 的合成

在3 L三口燒瓶中加入化合物 SM-5(300 g， 0.79 mol)和THF(2.5 L)。冷卻到5 ℃左右，緩慢加入甲磺酸(MSA)(151.3 g, 1.58 mol)，后68 ℃攪拌6 h，TLC檢測沒有反應完，補加甲磺酸(75.7 g，0.79 mol)并繼續攪拌12 h。后處理：TLC顯示原料基本反應完，顯示有一個新化合物生成。將反應液冷卻過濾，濾餅用THF(200 mL)洗滌，減壓濃縮除去溶劑得到371 g淡黃色固體產品。1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) ppm: 2.16(s, 3H), 2.39(s, 6H), 2.95 (brs, 2H), 3.17(d,J=8.04 Hz, 2 H), 3.56～3.65 (m, 2H), 7.08 (d,J=7.73 Hz, 1H), 7.37(brs, 1 H),7.46(d,J=8.40 Hz, 1 H),7.87(brs, 3H);LC-MS：Calculated Mw=281.74g/mol，found m/z [M+1]+=283.15。

1.2.6 SM-7 的合成

在1 L三口燒瓶中加入化合物SM-6(80 g， 169.2 mol)，EtOH(800 mL)和NaOAc(13.84 g，169.2 mmol)。冷卻到10 ℃左右，攪拌10 min，后加入AcOH(117.2 mL)并攪拌20 min。后分批加入硼氫化鈉(7.68 g，101.5 mmol), 10～15 ℃反應2 h。后處理：1H NMR顯示原料反應完，有目標產物生成。將反應液倒入冰水中，用5M的NaOH水溶液調節pH到10～11。后DCM(1.5 L×2)萃取。合并有機相，用水(1 L)反洗一次，硫酸鈉干燥，有機相減壓濃縮得到40 g棕色固體產品。1H NMR (400 MHz, CDCl3) ppm: 1.13 (d,J=6.39 Hz, 3H), 1.50～1.66 (m, 1H), 1.77 (brs, 1H), 1.90～2.05 (m, 1H), 2.79 (ddd,J= 9.49, 6.30, 3.02 Hz, 1H), 2.88～3.06 (m, 1H), 3.22 (dt,J=14.03, 3.23 Hz, 1H), 3.55～3.72 (m, 2H), 3.77～3.97 (m, 2H), 6.92(dd,J=8.23, 1.51 Hz, 1H), 7.11(d,J=8.40 Hz, 1H), 7.28(d,J=1.34 Hz, 1H);LC-MS：Calculated Mw=265.74 g/mol，found m/z [M+1]+=267.02。

1.2.7 SM-8 的合成

在1 L單口燒瓶中加入手性化合物二苯甲酰-D-酒石酸(91.02 g，254.2 mmol)和THF(429.2 mL)用恒壓滴液漏斗滴加化合物SM-7(37 g，139.6 mmol)的DCM(42.9 mL)和THF(185 mL)的混合液。室溫攪拌14 h。后處理：將反應液過濾，用100 mL THF洗滌濾餅，干燥得到29 g白色固體鹽。用甲醇(200 mL)拆分得到15 g白色固體鹽(97%純度)，又用甲醇(100 mL)拆分得到9 g 白色固體鹽(98%純度)。與之前做的12.5 g白色固體鹽合并，加入到200 mL二氯甲烷和80 mL水中，用5 M的氫氧化鈉水溶液調pH到10。靜置分液，水相用DCM(100 mL)萃取一次，合并的有機相用硫酸鈉干燥，濃縮得到10.5 g白色固體產品。1H NMR (400 MHz, CDCl3) ppm: 1.19(d,J=6.39 Hz, 3H), 1.62～1.72 (m, 1H), 1.98～2.12(m, 1H), 2.85 (dd,J=9.83, 6.47, 3.19 Hz, 1H), 3.01(dd,J=13.95, 10.92, 3.36 Hz, 1H), 3.28(dt,J=14.12, 3.33 Hz, 1H), 3.61～3.77(m, 2H), 3.85～4.04(m,2H), 6.98(dd,J=8.40, 16.8 Hz, 1H), 7.17(d,J=8.40 Hz, 1 H), 7.33(d,J= .68 Hz, 1H);LC-MS：Calculated Mw=265.74 g/mol，found m/z [M+1]+=267.12。

2 結果與討論

2.1 鹵代試劑對化合物SM-3的影響

圖6 SM-3的連續流合成工藝流程圖Fig.6 Continuous flow synthesis process of SM-3

幾乎所有鹵代試劑都是對空氣敏感，易揮發以及環境極不友好的化學物質。在該反應中，二氯亞砜等是挑選作為SM-2中惡唑環的巰基鹵代試劑，而這一步鹵代反應是整個后續工藝流程中對產物收率和純度起決定性作用的步驟。由于該反應過程存在放熱現象，而且鹵代試劑與底物反應后會釋放出鹽酸氣體，所以鹵代物的種類以及反應條件的可控性等對產率和純度都會產生較大影響。因此，這一步以三乙胺作為鹽酸的縛酸劑，反應采用連續流微反應系統來完成，其工藝流程如圖6所示。與傳統釜式反應相比，幾乎沒有鹽酸氣泄露，反應條件溫和，反應速度也較快，收率也高于傳統釜式反應，具體的工藝流程如圖6所示。同時考察了二氯亞砜、草酰氯、光氣、三氯氧磷對化合物 SM-3 純度和收率的影響。從表1可看出，二氯亞砜用量至1.5 eq時，SM-2可以完全轉化。而其它三種鹵代試劑在同樣時間周期內需要2 eq才能反應完全。同時也可以發現，二氯亞砜參與的鹵代反應最終收率最高，達到了94.85%。

表 1 鹵代試劑種類對化合物SM-3 純度和收率的影響

2.2 縛酸劑對化合物SM-4純度和收率的影響

圖7 SM-4的連續流合成工藝流程圖Fig.7 Continuous flow synthesis process of SM-4

由于SM-3與N-Boc-乙二胺反應會生成鹽酸，所以適當的縛酸劑是一方面保護原料N-Boc-乙二胺和產物SM-4中的Boc基團不被脫去，另一方面也能夠催化加速SM-3與N-Boc-乙二胺的反應進程，具體的工藝流程如圖7所示。考察了哌啶、N,N-二異丙基乙胺、對二甲氨基吡啶、三乙胺以及吡啶對化合物SM-4 純度和收率的影響。

表2 縛酸劑對化合物SM-4純度和收率的影響

從表2可以看出，縛酸劑最優的選擇是三乙胺，而總體看來所列幾種有機堿的效果都還不錯。雜環類堿的催化收率要普遍低于普通堿，優先選擇的非雜環類有機堿的優勢在于它們及其鹽酸鹽更容易通過水洗除去，而上述幾種雜環類堿及其鹽酸鹽相對來說不太好除盡，所以粗品從微反應器中出來后的后處理過程洗滌純化次數會增加，這是導致收率下降的主要原因。

2.3 堿當量對化合物SM-5純度和收率的影響

圖8 SM-5的連續流合成工藝流程圖Fig.8 Continuous flow synthesis process of SM-5

表3 堿當量對化合物SM-5收率的影響Table 3 Effect of base equivalent on the purity and yield of compound SM-5

SM-4與甲基乙烯基酮反應需要加入催化劑1,8-二氮雜二環[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)，DBU催化劑也是反應成功的關鍵。該反應步驟之所以在連續流微反應器中進行主要是因為一方面：甲基乙烯基酮具有易揮發和劇毒性質，常規釜式反應器易造成污染和安全風險。另一方面該反應需要催化劑在穩定溫度下才能夠順利進行。而連續流微反應器由于相對密閉的反應系統以及高效的傳質傳熱交換性能，能夠滿足該步驟基于環保安全和工藝參數穩定的較高要求，具體的工藝流程如圖8所示。分別以0.6、1.2、1.8、2.4當量的DBU作為合成惡唑衍生物SM-5的催化劑。從表3可看出，五種比例的DBU均可催化反應進行。0.6當量的DBU催化反應經歷16 h的時間卻仍然還有部分SM-4沒有反應完。1.8和2.4當量的DBU雖然反應時間較短，僅需5小時，產物收率也較高，但是純度相對1.2當量DBU的反應有明顯下降。綜合比較看來，1.2當量DBU催化反應溫度低、時間短，產物SM-5純度和收率均較高。

與此同時，通過對粗純化之后的SM-5粗品核磁和質譜分析發現，如圖9所示，當使用DBU量為0.6當量時，在化學位移7.02 ppm和7.37 ppm處存在SM-4的特征峰。這說明由于DBU不足會導致SM-4轉化不完全，也導致后續純化難度增加，SM-5收率降低。而通過圖9發現，使用1.8 eq和2.4 eq的DBU時，由于DBU過量太多，會導致明顯的雜質生成。經核磁表征并結合質譜分析，發現存在兩組質荷比M/Z分別為283.2和383.1的主要雜質，推測該雜質很有可能是過量的 DBU導致反應體系堿度過高，部分SM-5中的Boc基團會被脫除直接得到了SM-6(Impurity 2)，并且 Impurity 2裸露的氨基與甲基乙烯基酮繼續反應得到新雜質Impurity 1。尤其是雜質Impurity 1與SM-5性質比較相近，很難通過現有的非柱層析的方法除去，這也是導致過量DBU參與的反應會引起SM-5產物收率降低的主要原因。

圖9 使用不同當量的DBU反應獲得的中間體 SM-5的核磁圖譜和質譜圖Fig.9 1HNMR and MS spectra of SM-5 intermediates obtained using different equivalent DBU

3 結 論

引入連續流微反應器并采用改進方法合成蘇沃雷生核心中間體5-氯-2-[(5R)-六氫-5-甲基-1H-1,4-二氮雜卓-1-基]苯并惡唑，通過考察鹵代試劑類型、縛酸劑類型、堿當量等因素對收率和純度的影響，確定了最佳工藝條件，優化后的工藝制得的 5-氯-2-[(5R)-六氫-5-甲基-1H-1,4-二氮雜卓-1基]苯并惡唑純度高，滿足注冊和市場銷售的要求。該關鍵中間體的制備工藝方法具有原料易得、反應條件溫和、操作簡便、成本低廉、環境友好等優點，適合工業化生產。