S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸盐的合成工艺优化

郭丽媛，董志艳，吴远强，黄胜堂，姚 刚，吴 诗*

(1.湖北科技学院 糖尿病心脑血管病变湖北省重点实验室,湖北 咸宁 437100；2.黄石市实验高中，湖北 黄石 435000)



S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸盐的合成工艺优化

郭丽媛1，董志艳1，吴远强2，黄胜堂1，姚 刚1，吴 诗1*

(1.湖北科技学院 糖尿病心脑血管病变湖北省重点实验室,湖北 咸宁 437100；2.黄石市实验高中，湖北 黄石 435000)

以L-脯氨酸为原料，经二碳酸二叔丁酯保护、25%氨水溶液室温氨解、室温下脱水和脱保护得到DPP-4抑制剂重要中间体S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸盐，4步总收率可达到50.6%。该合成方法操作简便，试剂无需浓缩，设备简单，十分适合实验室研究及小试生产。

S-2-氰基吡咯烷；DPP-4抑制剂；合成

二肽基肽酶4(DPP-4)抑制剂是治疗2型糖尿病的新型降血糖药物，与传统的糖尿病治疗药物相比，DPP-4抑制剂具有降低低血糖症发生的风险、从根本上改善糖尿病病程的发展和长期使用不会影响体重等多方面的优势[1-2]。化合物NVP-DPP728(Ⅱ)是早期研发的DPP-4抑制剂[3]；维格列汀(Ⅲ)是最早上市的一种DPP-4抑制剂，2008年欧盟批准上市，2011年进入中国[4-6]；阿格列汀(Ⅳ)2012年在日本注册[7]；化合物Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ等正在进行临床研究或临床前研究[2,7-8]。这些研发的DPP-4抑制剂均含有S-2-氰基吡咯烷结构单元，其结构式见图1。研究表明，S-2-氰基吡咯烷结构是此类药物具有活性的必需基团，可以与DPP-4中的Ser630羟基形成可逆的共价键，从而提高DPP-4的抑制活性[9-10]。S-2-氰基吡咯烷结构同时还是脯氨酰寡肽酶(POP)类抑制剂的重要结构单元，如化合物Ⅷ(结构式见图1)等[11]。因此，S-2-氰基吡咯烷是多个药物的重要中间体，对于合成与开发新的DPP-4抑制剂和新药具有重要作用。

S-2-氰基吡咯烷的合成鲜有专门的文献报道，在合成其它化合物中作为中间产物有两个方法介绍。

图1 含S-2-氰基吡咯烷的活性化合物的结构式Fig.1 The structure formulas of active substances containing S-2-cyanopyrrolidine

方法一：以脯氨酸甲酯盐酸盐为原料，在无水二氯甲烷中加入Boc2O和DMAP，在0 ℃和氮气保护下反应18 h得N-叔丁氧羰基脯氨酸甲酯；在四氢呋喃(THF)溶液中以28%氨水为氨解试剂于60 ℃ 反应18 h，在氮气保护下反应得N-叔丁氧羰基脯氨酰胺；再用三氟乙酸酐(TFAA)脱水得N-叔丁氧羰基氰基吡咯烷；用三氟乙酸(TFA)脱去保护基得到S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸盐[11]。

方法二：以N-叔丁氧羰基脯氨酸为原料，在二氯甲烷溶液中于-30 ℃下加入异丙氧基甲酰氯，搅拌30 min后再加入高浓度的氨水溶液(11 mL,0.15 mol)，升至室温搅拌过夜得N-叔丁氧羰基脯氨酰胺；再用TFAA脱水得N-叔丁氧羰基氰基吡咯烷；用TFA脱去保护基得到S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸盐[12]。

方法一中由于氨水有强的挥发性，在60 ℃时大量挥发，因此反应需在耐压的反应釜中进行，且反应时间较长，在普通的圆底烧瓶中反应不能获得产物。方法二在-30 ℃下反应，采用高浓缩的氨水溶液，对实验设备和反应试剂有较高要求，未经浓缩的氨水作为氨解试剂反应，产物收率低。

作者以L-脯氨酸为起始原料，经二碳酸二叔丁酯(BOC)保护，以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDCI)和1-羟基苯并三唑(HOBT)活化羧基，用25%氨水溶液在室温氨解、脱水和脱保护得到S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸盐(合成路线见图2)。重点考察了羧酸氨解步骤中反应溶剂、反应时间对反应的影响。

图2 改进的S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸盐的合成路线Fig.2 The improved synthetic route of S-2-cyanopyrrolidine trifluoroacetic acid salt

1 实验

1.1 试剂与仪器

所用试剂均为分析纯，市售。

X-4型数显熔点测定仪；BRUKER AVANCE Ⅲ HD 400 MHz型核磁共振仪(TMS内标)，Bruker公司；PolAAr 3005型高性能全自动旋光仪。

1.2 方法

1.2.1 Boc-L-脯氨酸(Ⅸ)的制备

在室温条件下，在装有机械搅拌器和恒压滴液漏斗的100 mL四口烧瓶中加入L-脯氨酸(2.00 g,17.4 mmol)、重蒸的无水二氯甲烷(24 mL)、(Boc)2O(4.93 g,22.6 mmol)，然后缓慢滴加重蒸的无水三乙胺(3.2 mL,22.6 mmol)，滴加完后继续搅拌过夜。反应结束后，减压蒸除二氯甲烷和三乙胺，得黄色黏稠状液体。加入15 mL水，搅拌，用10%盐酸调节pH值至2～3，产生白色沉淀。水层用乙酸乙酯(30 mL×2)萃取，合并有机层，无水硫酸钠干燥，过滤除去固体，减压浓缩滤液，在浓缩滤液中加入适量的正己烷，轻摇，析出大量白色晶体。溶液静置2 h，抽滤，洗涤。滤饼干燥，得白色沙状晶体化合物Ⅸ3.56 g，收率95.5%(文献值[3]88.1%)。

1.2.2 Boc-L-脯氨酰胺(Ⅹ)的制备

在装有机械搅拌器的100 mL四口烧瓶中加入化合物Ⅸ4.15 g(19.3 mmol)、重蒸的二氯甲烷50 mL，搅拌溶解。在冰浴中一次性加入HOBT(3.60 g，23.5 mmol)、EDCI(4.50 g，23.5 mmol)，然后自然升至室温，搅拌过夜。反应液再次冰浴冷却，缓慢滴加25%氨水(5 mL)，在冰浴下持续搅拌30 min，自然升至室温再继续搅拌。约6 h反应完全后，向反应液中加入二氯甲烷(50 mL)，过滤除去不溶物，滤液减压浓缩，得黄色黏稠状液体，经闪柱层析[V(乙酸乙酯)∶V(二氯甲烷)=2∶1]，正己烷重结晶得白色粉末化合物Ⅹ3.64 g，收率87.8%。

1.2.3S-2-氰基吡咯烷-1-甲酸叔丁酯(Ⅺ)的制备

在氮气保护下，在装有机械搅拌器和恒压滴液漏斗的100 mL四口烧瓶中加入化合物Ⅹ(6.50 g，30.3 mmol)、干燥的THF(50 mL)、重蒸的三乙胺(10.0 mL，72.8 mmol)，冰浴冷却至5 ℃以下，缓慢滴加TFAA(8.2 mL，60.5 mmol)，滴加完毕，温度控制在0～5 ℃之间继续搅拌反应6 h。反应结束后，向反应液中加入二氯甲烷(50 mL)，用饱和碳酸氢钠水溶液(20 mL×2)洗涤。有机层用无水硫酸钠干燥，过滤，减压浓缩，得棕色油状化合物Ⅺ4.78 g。获得的油状物不经纯化，其1HNMR图谱未见有杂质峰，直接用于下一步反应。

1.2.4S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸盐 (Ⅰ) 的制备

在装有机械搅拌器和恒压滴液漏斗的100 mL四口烧瓶中加入化合物Ⅺ(4.78 g，24.3 mmol)、干燥的二氯甲烷(50 mL)，冰浴冷却至5 ℃以下，恒压滴液漏斗缓慢滴加20 mL TFA，滴加完毕，继续搅拌2 h。反应液减压蒸除溶剂，加入无水乙醚，有白色沉淀产生，静置30 min，沉淀完全，过滤，得白色固体粉末化合物Ⅰ3.80 g，收率60.4%。4步反应总收率50.6%。

1.3 分析测试

分别测定中间体化合物和目标化合物的熔点、1HNMR、13CNMR、比旋光度。

2 结果与讨论

2.1 中间体化合物Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ和目标化合物Ⅰ的表征

化合物Ⅺ：[α]20589=-104.4(c= 0.010 g·mL-1in CH2Cl2)。1HNMR (400 MHz,CDCl3)，δ:1.51 (s,9H),2.03～2.25 (m,4H),3.36～3.53 (m,2H),4.44～4.56 (m,1H)。

化合物Ⅰ：[α]20589=-19.7(c= 0.010 g·mL-1in CH2Cl2)。1HNMR (400 MHz,CD3OD)，δ：2.12～2.30 (m,3H),2.46～2.47 (m,1H),3.47～3.35 (m,2H),4.68 (t,1H);13CNMR (100 MHz,CD3OD)，δ：25.0,32.1,47.9,48.7,117.3。

2.2 合成条件的优化

用本方法合成S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸盐的过程中，其中化合物Ⅹ的合成是最为关键的步骤。在化合物Ⅹ的合成中，文献[11-12]使用了两种溶剂：THF和二氯甲烷。考察了不同溶剂THF、乙腈和二氯甲烷对反应的影响。THF、乙腈作为溶剂，反应液后处理过滤时，滤液浑浊，浓缩物柱层析纯化后，收集的产物在紫外灯下显示出有色杂质点。二氯甲烷作为溶剂，收率最高，几乎反应完全，且产品中不会出现有色杂质点。原因可能是THF、乙腈溶剂的极性较大，生成的酰胺极性也较大，EDCI反应产生的副产物掺杂其中，难以分离。因此，确定二氯甲烷为最适溶剂。

同时考察了反应时间对反应的影响，反应6 h左右反应完全。具体时间与室温有一定的关系，反应时应用薄层色谱板跟踪。因为Boc-L-脯氨酸和Boc-L-脯氨酰胺的极性相差不是很大，如果Boc-L-脯氨酸没有反应完全，后处理则不能用闪柱层析纯化，极大地影响操作的简便性。该合成路线中的其它步骤反应均十分彻底，后处理可直接用旋转蒸发仪除去溶剂或者浓缩后结晶获得产物，十分方便。并且，合成的各个产物均经核磁共振氢谱与文献进行比对确定。

3 结论

探索了一种简单有效地合成S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸盐的方法。以L-脯氨酸为起始原料，经二碳酸二叔丁酯保护，以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑活化羧基，用25%氨水溶液在室温氨解、脱水和脱保护得到S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸盐。该方法操作简便，试剂无需浓缩，设备简单，并且有较高的总收率，适合实验室研究和小试生产。

[1] PRATLEY R E，SALSALI A.Inhibition of DPP-4:a new therapeutic approach for the treatment of type 2 diabetes[J].Current Medical Research and Opinion,2007,23(4):919.

[2] JUILLERAT-JEANNERET L.Dipeptidyl peptidase Ⅳ and its inhibitors:therapeutics for type 2 diabetes and what else?[J].Journal of Medicinal Chemistry,2014,57(6):2197-2212.

[3] VILLHAUER E B，BRINKMAN J A，NADERI G B，et al.1-[2-[(5-Cyanopyridin-2-yl)amino] ethylamino] acetyl-2-(S)-pyrrolidinecarbonitrile:a potent,selective,and orally bioavailable dipeptidyl peptidase Ⅳ inhibitor with antihyperglycemic properties[J].Journal of Medicinal Chemistry,2002,45(12):2362-2365.

[4] VILLHAUER E B，BRINKMAN J A，NADERI G B，et al.1-[[(3-Hydroxy-1-adamantyl) amino]acetyl]- 2-cyano-(S)-pyrrolidine:a potent,selective,and orally bioavailable dipeptidyl peptidase Ⅳ inhibitor with antihyperglycemic properties[J].Journal of Medicinal Chemistry,2003,46(13):2774-2789.

[5] AHRÉN B，GOMIS R，STANDL E，et al.Twelve- and 52-week efficacy of the dipeptidyl peptidase Ⅳ inhibitor LAF237 in metformin-treated patients with type 2 diabetes[J].Diabetes Care,2004,27(12):2874-2880.

[6] MARI A,SALLAS W M,HE Y L，et al.Vildagliptin,a dipeptidyl peptidase-Ⅳ inhibitor,improves model-assessed beta-cell function in patients with type 2 diabetes[J].Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism,2005,90(8):4888-4894.

[7] KATO N，OKA M，MURASE T，et al.Discovery and pharmacological characterization ofN-[2-({2-[(2S)-2-cyanopyrrolidin-1-yl]-2-oxoethyl}amino)-2-methylpropyl]-2-methylpyrazolo[1,5-a]pyrimidine-6-carboxamide hydrochloride (anagliptin hydrochloride salt) as a potent and selective DPP-Ⅳ inhibitor[J].Bioorganic & Medicinal Chemistry,2011,19(23):7221-7227.

[8] JADAV P，BAHEKAR R，SHAH S R，et al.Long-acting peptidomimetics based DPP-Ⅳ inhibitors[J].Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,2012,22(10):3516-3521.

[9] ENGEL M,HOFFMANN T,WAGNER L,et al.The crystal structure of dipeptidyl peptidase Ⅳ (CD26) reveals its functional regulation and enzymatic mechanism[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2003,100(9):5063-5068.

[10] KUHN B，HENNIG M，MATTEI P.Molecular recognition of ligands in dipeptidyl peptidase Ⅳ[J].Current Topics in Medicinal Chemistry,2007,7(6):609-619.

[11] LAWANDI J，TOUMIEUX S，SEYER V，et al.Constrained peptidomimetics reveal detailed geometric requirements of covalent prolyl oligopeptidase inhibitors[J].Journal of Medicinal Chemistry,2009,52(21):6672-6684.

[12] TANG F Y，QU L Q，XU Y，et al.Practical synthesis of structurally important spirodiamine templates[J].Synthetic Communications,2007,37(21):3793-3799.

节能减排 绿色发展

——《化学与生物工程》编辑部

Optimization in Synthesis Process ofS-2-Cyanopyrrolidine Trifluoroacetic Acid Salt

GUO Li-yuan1,DONG Zhi-yan1,WU Yuan-qiang2,HUANG Sheng-tang1,YAO Gang1,WU Shi1*

(1.HubeiKeyLaboratoryofCardiovascular,Cerebrovascular,andMetabolicDisorders,HubeiUniversityofScienceandTechnology,Xianning437100,China; 2.HuangshiExperimentalHighSchool,Huangshi435000,China)

Using L-proline as a raw material,which was protected by di-tert-butyl dicarbonate,ammoniated in 25% aqueous ammonia,dehydrated and deprotected at room temperature,we synthesized an important intermediate of DPP-4 inhibitor,S-2-cyanopyrrolidine trifluoroacetic acid salt.The total yield of four steps reached 50.6%.The synthetic method is simple in operation,the reagent need not to be concentrated,and the required equipment is simple.It is very suitable for laboratory research and small test production.

S-2-cyanopyrrolidine；DPP-4 inhibitor；synthesis

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

2017-03-07

郭丽媛(1986-)，女，湖南常德人，硕士研究生，研究方向：药物合成，E-mail：glyyuchen@163.com；通讯作者：吴诗，副教授，E-mail：wushi2544@163.com。

10.3969/j.issn.1672-5425.2017.07.006

R914.2

A

1672-5425(2017)07-0031-04

郭丽媛，董志艳，吴远强，等.S-2-氰基吡咯烷三氟乙酸盐的合成工艺优化[J].化学与生物工程，2017，34(7)：31-34.