利匹韋林中間體4-［（4-羥基-2-嘧啶基）氨基］苯腈的合成

劉 彤，陳 釩，冷彬爽，陳心慧，肖艷華

武漢工程大學化工與制藥學院，綠色化工過程教育部重點實驗室（武漢工程大學），新型反應器與綠色化學工藝湖北省重點實驗室（武漢工程大學），湖北 武漢 430205

利匹韋林是二芳基嘧啶（diaryl prrimidine，DAPY）衍生物，2011 年由FDA 批準上市的新的非核苷類HIV-1 NNRTI，由Tibotec Therapeutics 公司研發［1］。利匹韋林通過非競爭性抑制HIV-1 逆轉錄酶（RT）從而抑制HIV-1 病毒毒株復制，達到治療艾滋病的作用［2］。目前利匹韋林和其他藥物聯用，效果良好［3-4］，尤其在與Dolutegravir聯用時，治療艾滋病的效果顯著［5-7］。經過對利匹韋林中間體的合成調研［8］，本研究對其關鍵中間體4-［（4-羥基-2-嘧啶基）氨基］苯腈（1）的合成路線進行了優化［9］。以往的合成有如下幾種：以尿嘧啶作為起始的原料，經過氯代，親核取代，去甲基化，氯化過程得到1［10］。該反應路線步驟較多，反應時間較長，反應總收率很低，不適合工業化生產（圖1）；以對氨基苯胍為起始原料，與乙氧基甲叉丙二酸二乙酯環合反應，后經過酸化脫羧過程得到1［11］，該路線起始原料價格昂貴，不適合工業化（圖2）；對氨基苯氰與氰胺合成對氨基苯胍，同時甲酸甲酯和乙酸乙酯發生取代反應得到中間體：甲酰乙酸乙酯，兩者環合反應得到1［12］，但取代反應非定向得到甲酰乙酸乙酯，副產物難以分離，且甲酰乙酸乙酯不穩定（圖3）。本研究在參考已報導方法的基礎上［13-15］，以S-甲基異硫脲硫酸鹽（2）與乙氧基甲叉丙二酸二乙酯（3）為原料環合成嘧啶環，再經過堿水解，吡啶催化脫羧后，與對氨基苯氰縮合［16］得到目標產物4-［（4-羥基-2-嘧啶基）氨基］苯腈（1）（圖4）。此外考察了環合反應中堿濃度，溫度和配料比的影響，脫羧反應和取代反應中催化劑的影響。在最佳反應條件下，目標產物總收率為

圖1 報道的合成路線1Fig.1 Reported synthesis route 1

圖2 報道的合成路線2Fig.2 Reported synthesis route 2

圖3 報道的合成路線3Fig.3 Reported synthesis route 3

圖4 1 的合成路線Fig.4 Synthetic route of 1

61.52%。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

DF-101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市科華儀器設備有限公司）；ZF-20D 暗箱式紫外分析儀（上海寶山顧村電光儀器廠）；旋轉蒸發儀RE-52AA（上海亞榮生化儀器廠）；核磁共振波譜儀［Agilent 科技（中國）有限公司，400 MHz］；全自動熔點儀GM40（上海卓光儀器科技有限公司）。

S-甲基異硫脲硫酸鹽（純度≥98%）、對氨基苯氰（純度≥99%）、乙二醇二甲醚（純度≥99.5%）、三氟甲磺酸銅（II）（純度≥98%），以上試劑均購于武漢格奧公司。乙氧基甲叉丙二酸二乙酯（純度≥99.4%，上海鴻鵠生物醫藥公司）、氫氧化鈉（純度≥96%，天津進豐化工有限公司）、乙醇、吡啶、環己烷、苯醚，以上試劑購于國藥集團，均為化學純。

1.2 4-［（4-羥基-2-嘧啶基）氨基］苯腈（1）的合成

1.2.1 4-羥基-2-甲硫基嘧啶-5-甲酸乙酯（4）的合成 將2（9.41 g，0.05 mol）投至圓底燒瓶中，緩慢滴加冷卻至室溫的氫氧化鈉溶液（7.11 mol/L），在室溫下攪拌反應10~15 min，再緩慢滴加溶于乙醇的3（12.97 g，0.06 mol），持續反應8 h，反應完成后，將反應液轉移至燒杯中，用稀鹽酸酸化，使pH=2~3，濃縮反應液，減壓抽濾，用冰水洗滌3 次，得白色固體9.65 g，收率90.18%。mp136~144 ℃，1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：13.22（s，1H），8.42（s，1H），4.18（q，J=7.1Hz，2H），2.51（s，3H），1.23（t，J=7.1Hz，3H）。

1.2.2 4-羥基-2-（甲硫基）嘧啶-5-羧酸（5）的合成將4（9.65 g，0.045 mol）投至 圓底燒 瓶中，滴 加59.5 mL 的氫氧化鈉溶液（2.73 mol/L），回流反應6 h，反應完成后，將反應液轉移至燒杯，用稀鹽酸調節至中性，減壓濃縮反應液后減壓抽濾，干燥濾餅至無質量減少，得白色固體7.79 g，收率92.84%。mp234.8~205.7 ℃，1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：13.49~12.60（m，1H），8.52（s，1H），2.54（s，3H）。

1.2.3 2-甲硫基-4-嘧啶酮（6）的合成 將5（4.65 g，0.025 mol）投至圓底燒瓶中，滴加10 mL 苯醚后再滴加8 mL 吡啶，回流反應1.5 h，反應完成后減壓回收吡啶，加入石油醚，用水分3 次洗滌石油醚溶液，合并水層后濃縮至干，得白色固體3.00 g，收率84.33%。mp202.8~203.7 ℃，1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：12.66（s，1H），7.84（d，J=5.7 Hz，1H），6.07（d，J=6.2 Hz，1H），2.45（s，3H），熔點以及1H NMR 與文獻［15］報道數據一致。

1.2.4 4-［（4-羥基-2-嘧啶基）氨基］苯腈（1）的合成 將6（3.00 g，0.21 mol）投至圓底燒瓶中，加入對氨基苯氰（2.71 g，0.02 mol）、三氟甲磺酸銅（1.38 g，0.004 mol）和20 mL 乙二醇二甲醚，回流反應36 h，尾氣用次氯酸鈉溶液吸收，反應完成后減壓回收溶劑，剩余物加水攪拌冷卻后，減壓抽濾，將濾餅干燥至無減重，得白色固體3.90 g，收率87.14%。mp307.6~308.4 ℃，1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：11.25（s，1H），9.58（s，1H），7.92（s，1H），7.86（d，J=8.7 Hz，2H），7.71（d，J=8.9 Hz，2H），6.00（s，1H），熔點和1H NMR 與文獻［15］報道數據一致。

2 結果與討論

2.1 4-羥基-2-甲硫基嘧啶-5-甲酸乙酯（4）的工藝優化

2.1.1 4-羥基-2-甲硫基嘧啶-5-甲酸乙酯（4）的正交實驗設計 經研究發現2和3的物質的量之比（A）（n2∶n3）、堿的用量比（B）（對比n2）、反應溫度（C）、乙醇-水溶液體積比（D）（mL/mL）對反應影響較大，對上述條件進行正交優化，設計正交表L9（34），以收率（Y）作為參考指標。正交實驗設計的因素與水平見表1。

表1 正交實驗設計的因素與水平Tab.1 Factors and levels of orthogonal experimental design

2.1.2 4-羥基-2-甲硫基嘧啶-5-甲酸乙酯（4）的優化分析 此步所有條件和操作不變。實驗結果見表2，對極差分析可知，極差R大小排序為：C＞D＞B＞A，最小因素影響為A，因此A不列入變量范圍，以B、C、D為變量，進行方差分析，結果見表3。

表2 正交實驗結果Tab.2 Orthogonal experimental results

表3 方差分析結果Tab.3 Analysis of variance

極差分析結果表明：反應溫度＞乙醇-水溶液體積量比＞堿的用量比＞物質的量之比，方差分析中B、C、D的顯著性值分別為0.377、0.22、0.333，表明其顯著性非必定相關，從極差角度分析設計最優實驗方案：A3B3C1D1，即S-甲基異硫脲硫酸鹽與乙氧基甲叉丙二酸二乙酯的物質的量之比為1.0∶1.2，氫氧化鈉用量比為3.2，反應溫度20 ℃，乙醇-水溶液體積量比為1.2，此時最高收率為66.78%，高于實驗結果。因正交實驗投入反應物質的量較少，后處理時產物的轉移及過濾過程損失的百分比質量相對大量實驗時高，所以在最優條件下進行放大實驗以減少后處理損失，最終得到收率90.18%。

2.2 2-甲硫基-4-嘧啶酮（6）的合成條件優化

一般而言，不同物質脫羧條件不同，常通過酸性、堿性、高溫、加催化劑等條件實現，本研究考察了5脫羧最適條件，如表4 所示，根據TLC 跟蹤實驗過程，結果表明在吡啶作催化劑時，副產物數量最少，所以使用吡啶作催化劑，苯醚做溶劑。

表4 脫羧反應條件的研究Tab.4 Study on conditions of decarboxylation reaction

由于脫羧反應無物料比問題，以吡啶作溶劑和催化劑，在以上研究基礎上設計了脫羧溫度的單因素實驗，由表5 可知：在215 ℃下，產物收率最高，達到55.17%；在230 ℃下，產物和副產物收率都下降，不在最適溫度范圍內。副產物經過鑒定為2-硫基-4-羥基嘧啶。后續用環己烷去除殘留吡啶、萃取等優化后處理方式，將反應放大數倍后收率達到84.33%。

表5 吡啶催化脫羧過程中溫度的影響Tab.5 Effect of temperature on catalytic decarboxylation of pyridine

3 結 論

設計出以S-甲基異硫脲硫酸鹽、乙氧基甲叉丙二酸二乙酯和對氨基苯腈為原料合成利匹韋林中間體4-［（4-羥基-2-嘧啶基）氨基］苯腈的新工藝。該工藝中，縮合反應的最佳工藝條件為S-甲基異硫脲硫酸鹽、乙氧基甲叉丙二酸二乙酯和氫氧化鈉物質的量之比為1.0∶1.2∶3.2、反應溫度為20 ℃、混合溶劑中乙醇與水的體積比為1.2∶1；脫羧反應的高效催化劑為吡啶，最佳溫度為215 ℃。經優化后合成4-［（4-羥基-2-嘧啶基）氨基］苯腈的總收率達到61.52%。