维格列汀重要中间体合成工艺研究*

郭丽媛，董志艳，黄胜堂，吴 诗，2 **

(1.湖北科技学院药学院，湖北 咸宁 437100；2.湖北科技学院糖尿病心脑血管病变湖北省重点实验室)



维格列汀重要中间体合成工艺研究*

郭丽媛1，董志艳1，黄胜堂1，吴 诗1，2 **

(1.湖北科技学院药学院，湖北 咸宁 437100；2.湖北科技学院糖尿病心脑血管病变湖北省重点实验室)

目的 重点考察不同的反应条件对目标化学物收率的影响。方法 以L-脯氨酸为起始原料，用氯乙酰酰化、二碳酸二叔丁酯催化酰胺化、三氟乙酸酐(TFAA)脱水三步反应，得到目标化合物(S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲腈。结果 在氯酰化反应中当n(氯乙酰氯)∶n(L-脯氨酸)=1.8∶1、反应时间2.5h时为最适条件，反应收率87%；在酰胺化反应中n[(S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲酸]:n(NH4HCO3)=1∶4.5，且室温下反应为最适条件，反应收率76.5%；脱水反应时，n[(S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲酰胺]∶n(TFAA)=1∶2，反应时间为2h为最适条件，反应收率为89.2%。结论 优化后目标产物三步总收率为59.36%，效果较好。

维格列汀；(S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲腈；中间体；合成

维格列汀(vildagliptin，Galvus)是诺华公司研发的治疗Ⅱ型糖尿病的新型口服药，是一种高选择性的二肽基肽酶-Ⅳ(DPP-Ⅳ)抑制剂；阿格列汀(Anagliptin)则是日本开发的仿制药。它们可单用或与其他降糖药联合应用，控制血糖疗效好、不良反应低、安全且耐受性好[1-2]。(S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲腈为合成维格列汀和阿格列汀等DPP-IV类药物的重要中间体之一。因此，对其合成工艺进行研究有很大的市场价值。

目前，(S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲腈合成主要有四种：①以L-脯氨酸为原料，经N-保护，酰胺化，脱保护，N-氯乙酰化，酰胺脱水反应五步合成。此方法首先被Fucushima采用[3]，因路径长，保护后又脱保护比较复杂，成本较高，后续研究较少。②以L-脯氨酸为原料，先N-氯乙酰化，再用特殊的脱水试剂把羧基直接转化为氰基获得目标化合物[4-5]。此方法步骤简单，但一般需要特殊的试剂，或反应条件比较苛刻。③以L-脯氨酰胺为原料，经氯乙酰化和酰胺脱水二步反应合成。这种方法首先被Edwin采用[6]，诺华公司专利CN1329593A，印度专利WO2011101861也是采用了此方法，杨璐等对具体的反应条件进行了一些优化[7]。此方法的成本依赖于L-脯氨酰胺的工业化程度。④以L-脯氨酸为原料，经N-氯乙酰化，酰胺化，酰胺脱水反应三步合成目标产物。此方法经Singh首先报道[8]，国内也有一些改进的文献报道[9-10]。

方法四操作简单、反应条件要求不高、试剂常见，但该方法的合成工艺报道较简单[9-10]，有些反应条件对合成的影响没有考虑，仍有许多需要优化。本文参照文献[8]，采用方法四为基础，对反应条件进行了较全面的考察，获得了较为满意的结果。合成路线如图1。

图1 (S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲腈的合成路线

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器 L-脯氨酸(武汉格奥化学技术有限公司，纯度99%)、四氢呋喃(天津市博迪化工股份有限公司，AR，无水处理后，即用即蒸)、无水硫酸钠(天津市博迪化工股份有限公司，AR)、碳酸氢铵(同上)、三氟乙酸酐(武汉格奥化学技术有限公司，纯度98%)、乙腈(天津市巴斯夫化工有限公司，SP)、乙酸乙酯(天津市博迪化工股份有限公司，AR)、氯乙酰氯(西亚试剂，AR/99%)、二碳酸叔丁酯(武汉格奥化学技术有限公司，AR)、吡啶(天津市科密欧化学试剂有限公司，AR)。

X-4数字显示显微熔点测定仪(巩义市予华仪器有限公司)、 IR Affinity-1红外光谱仪、PolAAr 3005旋光测定仪(上海凯来实验设备有限公司)、BrukersolariX质谱仪、Bruker AV-400核磁共振仪。

1.2 合成

1.2.1 (S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲酸(3)的制备 在配有机械搅拌器和恒压滴液漏斗的100mL的四口瓶中投入L-脯氨酸(5.00g，43.4mmol)、四氢呋喃(重蒸，50 mL)，N2保护下缓慢滴加氯乙酰氯(6.0mL，79.6mmol)。滴加完毕后，加热回流2.5h，反应结束，溶液变澄亮。降至室温后，反应液加入10mL水搅拌20min，再加入10mL饱和食盐水和100mL乙酸乙酯萃取，水层再用乙酸乙酯(20mL×2)萃取，合并有机层，加入无水硫酸钠干燥，过滤，减压浓缩，得浓稠油状物，加入无水异丙醚结晶(低温下效果更好)，得到白色固体粉末(重量7.24g，收率87.0%)，m.p.108℃～110℃(文献[9]值108℃～109℃)。1H NMR(400 MHz CDCl3)：δ1.95～2.28(m,4H)，3.63～3.73 (m,2H)，4.02(s,0.2H，CH2Cl)，4.07～4.14(m,1.8H,CH2Cl)，4.57～4.59(m,1H,CHCOOH)。

1.2.2 (S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲酰胺(4)的制备 室温条件下，在配有机械搅拌器的100 mL四口烧瓶中加入化合物3(4.00g， 20.9mmol)、乙腈(40mL)、二碳酸二叔丁酯(5.00g，22.9mmol)和碳酸氢铵(8.00g,101.3mmol)，搅拌均匀后再加入吡啶1.0mL (12.4mmol)，继续反应2.0h，TLC[v(三氯甲烷)∶v(甲醇)=7∶1]监控，反应结束后，过滤，滤液减压蒸馏得黄色油状物，柱层析[v(三氯甲烷)∶v(甲醇)=10∶1]，进一步纯化，异丙醚重结晶，得白色粉末(重量3.03g，收率76.5%)。m.p.137℃～139℃(文献[9]值133℃～137℃)。1H NMR(400 MHz CDCl3)：δ 1.62～2.19(m,4H),3.55～3.57(m,1H)，3.62～3.65(m,1H)，4.01(s,0.2H,CH2Cl),4.07～4.13(m,1.8H,CH2Cl)，4.60～4.62(m,1H,CHCONH2),5.39 (s,1H，NH2),6.78(s,1H,NH2)。

1.2.3 (S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲腈(1)的制备 在配备有温度计、氮气保护装置和恒压滴液漏斗的三口瓶中投入化合物4(0.50 g，2.6mmol)和重蒸的四氢呋喃(6mL)，磁力搅拌10min，冰浴条件下缓慢滴加三氟乙酸酐(0.6mL，5.2mmol)，控制温度在0℃～5℃，滴加完毕，慢慢升至室温搅拌2h，TLC 监测反应终点[v(三氯甲烷)∶v(甲醇)=10∶1]。反应结束后用饱和碳酸氢钠调反应液的pH至 8～9， 再继续搅拌20 min。反应液加入20mL乙酸乙酯，分离收集有机层，水层用乙酸乙酯萃取(10mL×2)，合并有机层,饱和氯化钠洗(10mL×2)，无水硫酸钠干燥，过滤，减压蒸馏除溶剂，浓缩物用正己烷重结晶，得棕色固体结晶(重量0.36g，产率79.2%)。m.p.53℃～55℃(文献[9]值53℃～57℃)。IR(KBr-,cm-1)∶3304,2991,2953,2888,2241,1654,1425。1H NMR(400 MHz CDCl3)∶δ 2.14～2.32(m,4H)，3.56～3.64(m,1H),3.73～3.76(m,1H),4.06～4.24(m,2H,CH2Cl)，4.76～4.87(m，1H,CHCN)。

2 结果与讨论

2.1 (S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲酸(3)合成的探讨 参照文献[9]，按照n(氯乙酰氯)∶n(L-脯氨酸)=1.5∶1的比例进行反应，产率为74.3%，不是很高。在加热回流过程中，发现仍有脯氨酸固体存在，分析认为氯乙酰氯的用量可能偏少了，于是重新考察了氯乙酰氯的用量和时间对反应的影响(结果见表1)。由表1可见，随着氯乙酰氯比例的增加，产率有一定的增加。当n(氯乙酰氯)∶n(L-脯氨酸)=1.8∶1、反应时间2.5 h时获得产率87.0%，为最适条件。

表1 氯乙酰氯用量和反应时间对3收率的影响

因为用到了氯乙酰氯，所以反应溶剂THF要进行干燥处理。(S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲酸在异丙醚中结晶时，需在低温放置1h以上，这样化合物3才能充分结晶。

2.2 (S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲酰胺(4)合成的探讨 此步反应是羧基的氨基化，参照文献[9]，用二环己基碳二亚胺(DCC)做缩合剂，最后与铵盐反应生成酰胺。DCC活化羧基在反应完成后有N,N-二环己基脲(DCU)生成。此方法用到的溶剂是二氯甲烷，DCU为强极性化合物，在极性溶剂中的溶解度大，很难除去，需要将产物溶解在乙酸乙酯(EA)中，冰箱静置冷冻过夜后过滤，重复两三次，因此后处理比较麻烦。

参照文献[10]，用化合物3与BOC在吡啶的催化下形成活性的酸酐，再与碳酸氢铵(原料比为1∶5.5)反应最终生成了酰胺，此方法是在室温下进行，操作简便，但文献报道未见有无机碱用量的讨论。本实验考察了无机碱碳酸氢铵用量对收率的影响，结果见表2。从表2可看出，减少碳酸氢铵的用量对反应影响不大，考虑到产物的形状和经济条件，因此，选择n(3)∶n(NH4HCO3)=1∶4.5为最适条件。

表2 碳酸氢铵用量对生成化合物4的影响

2.3 (S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲腈(1)合成的探讨 此反应为酰胺的脱水反应，脱水反应一般是用THF或二氯甲烷作溶剂，用三氟乙酸酐(TFAA)、三氯氧磷和三聚氯氰作为脱水剂，在室温或冰浴条件下进行的。

文献[8]报道以1.5倍摩尔比三氟乙酸酐(TFAA)作为脱水剂，反应2h，产率83%。在实验过程中发现，三氟乙酸的用量和反应时间对产率影响比较大。结果见表3。在摩尔比为1∶1.0时，产率非常低。随着三氟乙酸酐用量的增加，产率也不断升高。摩尔比为1∶2.5时开始下降。可能原因是此反应为脱水反应，随着反应的进行不断有三氟乙酸产生，具有抑制平衡进行的作用，降低了三氟乙酸酐的活性。因此需要增加三幅乙酸酐的用量。而三氟乙酸酐过高可能会与氯乙酰基官能团发生反应，降低产率。最后得出当反应物与TFAA的摩尔比为1∶2，反应时间为2h为最适条件，产率最高。

表3 TFAA用量和时间对生成目标产物1的影响

3 结 论

本实验优化了DPP-Ⅳ抑制剂维格列汀重要中间体(S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲腈的合成工艺，重点考察了不同的反应条件对目标化学物收率的影响，结果表明：当n(氯乙酰氯):n(L-脯氨酸)=1.8∶1、反应时间2.5 h时为最适条件，反应物收率87%；室温下，n[(S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲酸]:n(NH4HCO3)=1∶4.5时为最适条件，反应物收率76.5%；n[(S)-1-(2-氯乙酰基)吡咯烷-2-甲酰胺]:n(TFAA)=1∶2，反应时间为2h为最适条件，反应物收率为89.2%，三步总收率为59.36%，优于文献[9]报道的42.3%。

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Study on the Synthes of Vildagliptin Intermediate

GUO Li-yuan,DONG Zhi-yan,WU Shi，et al

(SchoolofPharmacy，HubeiUniversityofScienceandTechnology，XianningHubei437100,China)

Objective The effects of different reaction conditions on the yield of the target compound were investigated. Methods (S)-1-(2-chloroacetyl) pyrrolidine-2-carbonitrile was synthesized from L-proline via successive reactions with chloro-aeetyl chloride，ammoniated by di-tert-butyl dicarbonate with ammonium bicarbonate and dehydrated by trifluoroacetic anhydride (TFAA).Results Some factors were studied，which showed that the best yield of acylation reaction was obtained when the reaction time is 2.5 hours,with 1.8∶1 ratio of chloracetyl chloride to the L-proline，the yield was 87%；The best yield of amidation was obtained at room temperature，with 1∶4.5 ratio of (s)-1-(2-chloro acetyl) pyrrolidine-2-formic acid to NH4HCO3，the yield was 76.5%;And the best yield of dehydration reaction was obtained when the reaction time is 2 hours,with 1∶2 ratio of (S)-1-(2-chloroacetyl) pyrrolidine-2-carboxamide to TFAA，the yield was 89.2%.Conclusion Finally,the overall yield was 59.36%，the effect is well.

Vildagliptin；(S)-1-(2-chloroacetyl) pyrrolidine-2-carbonitrile；Intermediate；Synthesis

湖北科技学院药学重点学科专项科研项目(2016-18XZY07);湖北科技学院糖尿病专项(ZX1016)

R963

A

2095-4646(2017)03-0185-04

10.16751/j.cnki.2095-4646.2017.03.0185

2017-01-10)

**通讯作者，E-mail：wushi2544@163.com