托匹司他高效環保合成工藝的研究

＊鄧晨希 聶敏奎 尹璐 雷蕊蕊 尹自秋 朱杰

（成都大學 藥學院 四川抗菌素工業研究所 四川 610106）

引言

托匹司他（Topiroxostat，1），化學名為4-[5-(吡啶-4-基)-1H-[1,2,4]三唑-3-基]吡啶-2-甲腈，商品名也稱為TOPILORIC，是一種顯著抑制非嘌呤類黃嘌呤氧化還原酶選擇性抑制劑，用于治療痛風、高尿酸血癥[1-5]。托匹司他藥物最初是由日本富士藥品株式會社（Fuji Yakuhin）及三和化學研究所（Sanwa Kagaku）共同研發，2012年日本厚生勞動省提交上市申請，2013年獲得上市批準[6-9]。近年來，抗痛風、抗高尿血酸癥的研究報道越來越多，如常用治療重癥急性痛風患者的有效藥物秋水仙堿、口服黃嘌呤氧化酶抑制劑非布司他（Febuxostat）及非甾體抗炎藥抗炎藥等[10-12]。然而，在臨床上托匹司他作用于抗痛風、抗高尿血酸癥更具有效性、安全性、耐受性及低毒性，日益受到廣泛關注[13-14]。

根據現有文獻報道，總結有以下幾種方法合成托吡司他。

中村洋等報道的合成托匹司他路線是先將4-吡啶羧酸-N-氧化物與二氫喹啉類縮合劑在惰性氣體保護下反應1h，加入甲醇發生酯化反應，通過柱層析純化分離方法得到4-吡啶羧酸甲酯氮氧化物，進一步與氰基化試劑三甲基腈硅烷（TMSCN）反應得到2-氰基4-吡啶羧酸甲酯。2-氰基4-吡啶羧酸甲酯與水合肼縮合得到2-氰基異煙肼，最后，加入4-氰基吡啶反應37h得到目標化合物托匹司他[15]。該工藝路線反應時間長，產物純化使用柱層析，難以工業化，且氰基化反應用到了昂貴、劇毒的三甲基硅氰，操作危險系數高，環保壓力大。

隨后，日本富士藥品株式會社在上述路線基礎上，又公開報道了另外一條路線，該路線步驟較多，特別是合成三氮唑化合物后，利用芐基氯甲基醚進行保護，然后利用三甲基硅氰進行氰基化反應，再脫保護，碳酸氫鈉中和對甲苯磺酸得到托吡司他[16]。該工藝路線同樣用到昂貴、劇毒的三甲基硅烷腈，過程繁雜，不高效也不綠色環保。Huo Z等[17]報道的工藝路線是先執行保護步驟，后再進行脫保護，且工藝中也用到了劇毒、昂貴的三甲基硅氰，成本較高，操作難度大。為避免使用劇毒的氰基化合物，公開了一條新穎的工藝路線，但該工藝路線中甲酰化的收率較低，且在酰胺脫水生成氰基的工藝中脫水劑用量較大，極易對環境造成污染，同時對儀器設備的腐蝕性較強，工業化難度大[18]。

為了簡化合成步驟，避免使用劇毒氰基試劑，后又有改進的制備方法。孫濱等[19]選用綠色氰基化試劑亞鐵氰化鉀為氰基化試劑，雖極大地避免了劇毒氰基化合物的使用，但合成的起始原料昂貴，導致工業化成本增加。而且，合成工藝中采用易燃易爆腐蝕性強的三氯氧磷試劑，在工業生產過程對設備和人員要求高，生產過程中易產生事故，故工業化合成過程中采用此方法并不理想。另外，在最后一步氰基化反應中需要在氮氣保護下才能有較高的產率，然而氮氣保護反應對工業化生產過程中設備裝置有更高的要求，無形中增加了成本，提高了風險。

綜合以上合成路線報道，本文以2-溴-4-吡啶羧酸為起始原料，甲醇為溶劑的同時又為反應原料，在濃硫酸作為催化劑條件下進行酯化反應，得到2-溴-4-吡啶羧酸甲酯。此羧酸甲酯類化合物與水合肼在無水乙醇中低溫酰化反應得到2-溴-4-吡啶甲酰肼；在甲醇與甲醇鈉混合溶液中，2-溴-4-吡啶甲酰肼與4-氰基吡啶縮合關環得到2-溴-4-[(5-吡啶-4-基)-1H-[1,2,4]三唑-3-基]-吡啶中間產物，此化合物在KI,N,N二甲基乙二胺（DMEDA），碳酸鈉催化作用下，與綠色氰基化試劑亞鐵氰化鉀（K4[Fe(CN)6]）進行氰基取代反應得到托匹司他。優化后的合成工藝反應條件溫和，起始原料價廉易得，氰基化試劑環保且安全，產品收率高純度高，適合工業化大量生產。托匹司他（1）的合成路線如圖1所示。

圖1 托匹司他（1）的合成路線

1.實驗部分

(1)中間體2-溴-4-[(5-吡啶-4-基)-1H-[1,2,4]三唑-3-基](2-溴異煙酸甲酯，2)吡啶的合成

將2-溴-4-吡啶羧酸（成都潤澤本土化工有限公司，純度98%，202g，1mol）加入到甲醇（成都金山化學試劑有限公司，純度99%，1500ml），混合物于60℃攪拌下緩慢滴加濃硫酸（成都金山化學試劑有限公司，純度99%，100ml），1h滴加完畢后，再反應3h，TLC跟蹤反應[展開劑:石油醚:乙酸乙酯（1:1）]。反應完成后，將反應液冷卻至室溫，濃縮反應液至不再有餾分流出。加入600ml純化水攪拌溶解0.5h，倒出有機相，水相加乙酸乙酯（200ml×3）萃取三次，合并有機相，無水硫酸鈉干燥，過濾后減壓去除濾液，得到類白色固體2，即2-溴-4-吡啶羧酸甲酯。(192g，95%)，mp35℃～36℃。ESI-MS(m/z):216[M+H]+;1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:8.58(d,J=5.0Hz,1H),7.9(s,1H),7.95(dd,J=5.0、1.3Hz,1H),3.89(s,3H)。

(2)中間體2溴4吡啶甲酰肼(2-溴-異煙酸甲酰肼，3)的合成

將2（192g，0.89mol）溶于乙醇（1000ml），室溫攪拌溶解，緩慢滴加入水合肼（160g，1.3mol），-10℃恒溫槽中攪拌2h，保溫5h，TLC跟蹤反應[展開劑：石油醚:乙酸乙酯（1:2）]。將反應液抽濾，濾餅用水淋洗，無水乙醇重結晶，烘干，得類白色固體3（190g，轉化率97%）。ESI-MS(m/z):215.9[M+H]+;1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:9.71(s,1H),8.58(dd,J=8.1、3.1Hz,1H),7.95(dd,J=17.4、16.5Hz,1H),7.83(dd,J=5.1、1.7Hz,1H),4.49(s,2H)。

(3)中間體2?溴?4?[(5?吡啶?4?基)?1H?[1,2,4]三唑?3?基]?吡啶(4)的合成

將化合物3（108g，0.5mol）溶解在甲醇（1000 ml），加入甲醇鈉（成都科隆化工試劑有限公司，純度99%，15g）。升溫至80℃，攪拌1.5h，再加入4-氰基吡啶（成都科隆化工試劑有限公司，純度99%，50g），繼續在80℃下攪拌6h，TLC跟蹤反應[展開劑:石油醚:乙酸乙酯（1:4）]。冷卻至室溫，抽濾，濾餅水洗數次，得淺黃色固體4，（138g，92%）。ESI-MS(m/z):303[M+H]+；1H NMR(400MHz,DMSO-d6):11.3(s,1H),9.42(d,J=5.1Hz,1H),8.78(d,J=5.9Hz,2H),8.63(s,1H),8.52(dd,J=5.1、1.6Hz,1H),7.99(dd,J=4.5、1.5Hz,2H)。

(4)托匹司他的合成(1)

將化合物4（120g，0.4mol）和催化劑CuI（成都科隆化工試劑有限公司，純度99%，15g），配體N,N二甲基乙二胺（DMEDA，成都潤澤本土化工有限公司，純度98%，20.8g），碘化鉀（成都潤澤本土化工有限公司，純度98%，80g），亞鐵氰化鉀（K4[Fe(CN)6]，成都科隆化工試劑有限公司，純度99%，149g，0.4mol），Na2CO3（成都科隆化工試劑有限公司，純度99%，100g）加入到N,N-二甲基甲酰胺（1500ml），無需氮氣保護，升溫至140℃，攪拌加熱反應15h，TLC跟蹤反應[展開劑:石油醚:二氯甲烷:丙酮:乙酸乙酯（1:1:2:1:1）]。反應結束后冷卻至室溫，抽濾，濾餅用水淋洗，活性炭脫色，烘干，得到托匹司他粗品。再用環己烷加熱溶解，過濾后重結晶，減壓干燥后得到白色至淡黃色針狀晶體，即化合物1（85g，85%），[HPLC歸一化法：色譜柱島津InertSustain C18柱（4.6mm×250mm，5μm）；流動相A：0.002mol/L磷酸氫二鈉/鹽酸緩沖溶液（pH為3.5），B:乙腈，梯度洗脫(0-45min，A10%→70%)；檢測波長280nm；流速1ml/min；柱溫40℃；進樣量10μl]。mp326℃～329℃(文獻[20]：327℃)。純度99.5%。ESI-MS(m/z):249[M+H]+；1H NMR(400MHz,DMSO-d6):11.12(s,1H),8.98(d,J=5.1Hz,1H),8.78(d,J=5.9Hz,2H),8.6(s,1H),8.95(dd,J=5.1、1.6Hz,1H),8.01(dd,J=4.5、1.5Hz,2H)。

2.結語

托匹司他是一類新型抗痛風、抗高尿酸血癥的有效藥物，其合成工藝備受廣泛關注。本文提出改進后的工藝原料易得，價格低廉且市場供應充足，反應步驟簡單、條件溫和無需惰性氣體保護，也無需使用基團保護劑。優化后的合成工藝參數反應物料比合理、催化劑廉價易得、反應溫度較為溫和、pH條件簡單，獲得最優中間體的精制工藝。同時，選用安全價廉的氰基來源，避免使用劇毒的氰基化試劑，減少環境危害。產品收率高（≥65%）純度好（≥98%），總雜質不超過1%，不溶于水，且對高溫光照穩定性高，達到或高于現有標準，且符合仿制藥質量要求，適合工業化大量生產。