沙格列汀關鍵雜質(1R，3S，5R)-3-(氨基羰基)-2-氮雜雙環[3.1.0]己烷-2-甲酸叔丁酯的合成

2022-10-22 10:26:58張佳佳楊禹成諸海濱

廣州化工 2022年18期

張佳佳，楊禹成，諸海濱

(東南大學化學化工學院，江蘇南京 211189)

近年來，我國糖尿病的發病率逐年攀升。2013年，我國18歲以上人群糖尿病患病率達11.6%，并且每年增加75萬患者。由病理學特征，糖尿病可大概分為兩鐘：Ⅰ型糖尿病，也稱胰島素依賴性糖尿病；Ⅱ型糖尿病，也稱非胰島素依賴性糖尿病，Ⅱ型糖尿病的發病率更高，超過90%。其中Ⅱ型糖尿病的主要有以下特點：胰腺β細胞的胰島素分泌減少，胰島素作用降低。臨床上治療Ⅱ型糖尿病的藥物主要以下四類：胰島素分泌促進劑(氯茴苯酸類、磺酰脲類)、胰島素增敏劑(噻唑烷二酮類、雙胍類)、二肽基肽酶-4(DPP-4)抑制劑、胰島素及胰島素受體激動劑。

二肽基肽酶-4(DPP-4)抑制劑是一類治療Ⅱ型糖尿病的藥物，該抑制劑不僅可以抑制葡萄糖依賴性促胰島素分泌多肽(GIP)和胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)的滅活，而且還可以提高GIP和內源性GLP-1的水平，促進胰島β細胞釋放胰島素，同時抑制胰島α細胞分泌胰高血糖素，從而提高胰島素水平，降低血糖，并且有十分明顯的優點：不容易誘發低血糖、而且不易增加體重。DPP-4 抑制劑，不僅單獨使用或者和其他藥物(如磺酰脲類、二甲雙胍等)組合使用都可以明顯降低Ⅱ型糖尿病患者血糖水平。目前，國內發現了各種具有顯著降糖活性的DPP-4 抑制劑，其中，已上市的有利格列汀、沙格列汀、維格列汀，苯甲酸阿格列汀等。在整個降糖市場中，DPP-4 抑制劑占據降糖藥物極大的市場份額。

沙格列汀(saxagliptin)，化學名為(1S，3S，5S)-2-[(2S)-2-氨基-2-(3-羥基金剛烷-1-基)乙酰基]-2-氮雜雙環[3.1.0]己烷-3-腈，是美國百時美施貴寶公司和英國阿斯利康公司聯合開發的強效選擇性二肽基肽酶-4(DPP-4)抑制劑[1]，可特異性延長對DPP-4的抑制從而延長內源性胰高血糖素樣肽-l(GLP-1)和葡萄糖依賴性促胰島素釋放多肽(GIP)持續作用時間，最終達到降低血糖的作用[2-3]。2011年5月5日在中國獲得上市批準(商品名：安立澤)，臨床用于2型糖尿病的治療。

(1S，3S，5S)-3-(氨基羰基)-2-氮雜雙環[3.1.0]-己烷-2-甲酸叔丁酯(1)是合成沙格列汀的關鍵中間體[4]。該關鍵中間體1的分子中存在手性中心，其中包含有3個手性碳，分別是(1R，3S，5R)-3-(氨基羰基)-2-氮雜雙環[3.1.0]-己烷-2-甲酸叔丁酯(1a)、(1R，3R，5R)-3-(氨基羰基)-2-氮雜雙環[3.1.0]-己烷-2-甲酸叔丁酯(1b)以及(1S，3R，5S)-3-(氨基羰基)-2-氮雜雙環[3.1.0]-己烷-2-甲酸叔丁酯(1c)。對(1)進行液相分析時，明顯可以檢出雜質1a的存在。

藥物雜質和藥物質量的控制對于藥物安全性有著非常重要的關系，雜質對照品可幫助確定雜質的合理限度，能極大的促進藥品檢驗方法和質量標準的建立，因此定向合成1a對于提高沙格列汀的質量控制十分重要。對于人類來說藥物不僅是一種治療疾病的商品，而且還能預防疾病的發生，與人們的日常生活緊密聯系，藥物的質量是否安全、是否有效、是否可控直接關系到患者的健康。藥物的有關物質又稱為藥物雜質，藥物中的雜質研究作為評價一個藥物質量好壞的重中之重，貫穿著整個藥物的研發過程，藥物中雜質含量超過一定量雜質限度后使用者服用后可能發生變質變性，甚至會有可能出現生命危險。

藥物的雜質是指藥物中存在的沒有治療作用或者是能影響藥物的穩定性、療效，甚至對人體的健康有害的物質。藥物雜質的存在大大的降低了藥物的純度，在整個藥物的制造過程中必須保證藥物的純度及質量，降低藥物的雜質含量，只有這樣，才能保證藥物質量的安全性、有效性、可控性。因此，藥物雜質的研究是我們控制藥物質量的一個非常重要的環節。

2015年版中國藥典就藥物雜質產生的來源分為：生產過程(副產物、未反應完全的反應物、殘余催化劑、中間體、溶劑、配位體等)和運輸過程(貯存時引入的金屬鹽)中產生的雜質，這一類為一般雜質。

按照藥物中存在的雜質的化學性質類型可以分為三類：殘留溶劑、有機雜質、無機雜質。無機雜質的結構基本上都是已知或者已經鑒定的，這一類雜質多是生成過程中產生的；而有機雜質一般處于半揮發狀態，其內部結構一般情況下都沒有明確的界定，在加工過程中，這一類的雜質含量可能會有增加；殘留溶劑相對于其他兩類雜質來說，這一類雜質本身就帶有一定的毒性，這類殘留溶劑吸收到人體內有很大的健康隱患，主要來源是制備溶液或者混懸液所用的有機試劑和無機試劑，所以在后續的處理過程中，比其他兩類雜質更加容易提取除去。因此，對于藥物生產過程中引入的溶劑雜質，在《中國藥典》中有明確的規定，需對生產過程中用到的每一種有機溶劑進行殘留量的檢查，例如二氯甲烷、三氯甲烷和吡啶等。

按照藥物中存在雜質的毒性，可以分為毒性雜質和信號雜質。其中毒性雜質指含有毒性，對人體機體產生生物變化引起病變的有毒物質，如砒霜(砷鹽)，重金屬鹽等，其中遺傳毒性雜質(GTI)作為一種特殊的毒性雜質，即使在低濃度條件下，也可能引起基因突變，引起染色體斷裂和重排，并增加患癌癥的風險；信號雜質一般指無毒性的雜質，氯化鹽硫酸鹽等常見無機鹽作為信號雜質，雖然無毒，但能從側面反應藥品生產工藝中存在的問題。藥物耐受性差會發生降解產生雜質，引發藥品發生降解的條件有很多，如溫度、濕度、光照等因素都會引發藥品發生氧化、分解、潮解、異構化等的物化性質的變化。

2015版《中國藥典》中明確指出，對照品是指用來檢測、鑒別、測定含量的一種標準物質，主要作用是用來藥物檢測的標準物質。雜質對照品，隸屬于對照品的范疇。

藥品標準物質作為判別待檢測藥品質量的參照物，除了能在臨床治療中發揮作用，在現階段的藥物研究中也具有卓越的作用。藥品標準物質可直接用于通過不同生產路線制得的藥品結構、純度的檢測，也可作為藥品質量控制(雜質限度控制)的唯一標準。同樣，雜質對照品也是作為藥品質量的參照物，與藥品標準物質在檢測分析上不同的功能是其作為藥品中雜質的標準物，用于檢測特定雜質的含量或對某一種特定的雜質定量分析。一種藥品中可能含有多種不同的雜質，因此通常對一個藥品進行質量評估時也不局限于一種雜質對照品。國內與國外的藥典對雜質對照品都進行了明確的定義，其中，中國藥典對雜質對照品的定義為用于藥物純度評估、鑒別藥品雜質種類的標準物。

目前1a的合成方法，普遍通過1的原有工藝專利中報道的方法來制備[5]。起始原料為D-焦谷氨酸，經過系列反應生成烯，然后與二碘甲烷反應生成順式產物1和反式產物1a，然后通過水解生成酰胺，最后經過柱色譜分離得到1a。該合成方法中，得到的反式產物1a含量極低，產率很低，其中需要大量的起始原料D-焦谷氨酸，而且順式產物和反式產物性質接近，分離有較大困難，制備成本高，反應復雜，工作量巨大。再就是于凈平等[6]報道的以(1R，3S，5R)-3-(羧酸乙酯)-2-氮雜雙環[3.1.0]-己烷-2-甲酸叔丁酯為起始原料，經氫氧化鋰水解得(1R，3S，5R)-3-(羧酸)-2-氮雜雙環[3.1.0]-己烷-2-甲酸叔丁酯(3)，與羰基二咪唑(CDI)反應后，通過在碳酸鉀作用下消旋化，最后經過氯甲酸異丁酯活化、氨化后即可制得1a. 此路線為不對稱合成，反應條件苛刻，最后分離困難。

本研究對于凈平等[6]報道的方法進行了改進。如圖1所示。以(1R，3S，5R)-3-(醇)-2-氮雜雙環[3.1.0]-己烷-2-甲酸叔丁酯(2)為原料，在三氯化釕做催化劑的基礎上經高碘酸鈉氧化為3，然后在乙酸乙酯中與羰基二咪唑(CDI)反應后，加入氨水在室溫攪拌反應3 h，得到目標產物1c，經過柱層析得到純凈物。異構體1c經檢驗在HPLC上的保留時間與按照原有工藝制備得到的1c保留時間一致[5]。

本試驗反應條件簡單、溫和，大大減少了反應過程中其他用料，降低了成本，減小了通過柱色譜分離使目標物純化的難度，工作量小、反應條件簡單、收率高，總收率達到了62.7%。

圖1 化合物1a異構體的合成路線Fig.1 Synthetic routes of isomers of compound 1a

1 實驗部分

1.1 (1R，3S，5R)-3-(羧酸)-2-氮雜雙環[3.1.0]-己烷-2-甲酸叔丁酯的制備

在2(1.82 g，99.5%，8.53 mmol)中加入乙腈(20 mL)，四氯化碳(20 mL)，攪拌溶清，將水(30 mL)溶解的高碘酸鈉(6 g，28 mmol)緩慢滴入體系中，迅速投入三氯化釕(0.04 g)，常溫下反應2 h。TLC(展開劑：二氯甲烷∶甲醇=40∶1)顯示反應完全后，加入二氯甲烷(50 mL)和水(50 mL)，分液，收集有機相，水相用二氯甲烷萃取三次，合并有機相。無水硫酸鈉干燥，加入甲醇(1 mL)靜置，硅藻土過濾，濾液旋干得到棕黑色固體(1.84 g)。不經純化直接用于下步反應。

1.2 (1R，3S，5R)-3-(氨基羰基)-2-氮雜雙環[3.1.0]-己烷-2-甲酸叔丁酯的制備

將上述所得的3(1.84 g，8.1 mmol)和CDI(3.47 g，16.2 mmol)溶于乙酸乙酯(100 mL)中，于-10 ℃攪拌0.5 h后，室溫下攪拌反應2 h，TLC(展開劑：甲醇∶二氯甲烷=1∶20)顯示反應完全，向反應體系中加入氨水(3 mL)，繼續反應3 h，TLC(展開劑：甲醇∶二氯甲烷=1∶20)顯示反應完全。飽和氯化銨溶液(100 mL×3)洗滌，飽和氯化鈉溶液(100mL)洗滌一次，室溫下加入活性炭攪拌0.5 h，硅藻土過濾，濾液減壓濃縮，所得濃縮物經過柱層析(洗脫劑：乙酸乙酯∶石油醚=1∶3)，最終得到白色固體(1.2 g)，產率：62.7%，純度：99.4%。mp 167.3～170.9 0.72，MeOH)；ESI-MS(m/z)：249[M+Na]+；1H NMR(400 MHz，DMSO=d6)6：3.77～3.78(m，1H)，3.29～3.32(m，1H)，2.49～2.50(m，1H)，1.99～2.03(m，1H)，1.51～1.52(m，1H)，1.34～1.35(m，9H)，0.69～0.71(m，1H)，0.33～0.34(m，1H)。

2 結果與分析

在起始原料(1R，3S，5R)-3-(醇)-2-氮雜雙環[3.1.0]己烷-2-甲酸叔丁酯，通過高碘酸鈉氧化為(1R，3S，5R)-3-(羧酸)-2-氮雜雙環[3.1.0]己烷-2-甲酸叔丁酯的過程中，三氯化釕作為催化劑，不能添加過多，三氯化釕的后續處理過于復雜，添加微量即可，便于后續除去，避免引入無關雜質。反應3到4的過程中,(1R，3S，5R)-3-(羧酸)-2-氮雜雙環[3.1.0]己烷-2-甲酸叔丁酯與CDI反應30 min后移出冷阱于室溫下反應，如果繼續在冷阱中反應，那么反應難以繼續進行，反應時間過長，降低最終產物產率。

3 結論