Ivacaftor关键中间体2,4-二叔丁基-5-氨基苯酚的合成工艺研究

门 靖，曹卫凯

西安万隆制药股份有限公司，西安710119

囊性纤维化(CF)是一种常染色体隐性遗传病，由染色体基因突变所导致的囊性纤维化跨膜电导调节(CFTR)蛋白缺陷或缺失引起[1-3]。CF会导致细胞稳态状态被破坏、并阻碍细胞水、电解质跨膜转运功能，使黏液腺分泌物中酸性糖蛋白含量增加，造成黏液分泌过多，引起肺部反复感染，每2 000～2 500个新生儿中有一个患此病，患者的中位寿命在20岁左右[4-5]。2012年1月31日，Vertex制药公司的Ivacaftor(商品名：Kalydeco)获得美国食品药品管理局(FDA)批准上市，用于治疗CFTR基因发生特定的G551D突变引起的、6岁以上的CF患者。Ivacaftor是CFTR蛋白的一种增效剂，通过增加离子流动来增强氯离子在细胞膜的跨膜运输能力[6-7]。

Ivacaftor(VX-770，Ⅰ)，化学名为N-(2，4-二叔丁基-5-羟基苯基)-1，4-二氢-4-氧代-3-喹啉甲酰胺，分子式C24H28N2O3，CAS号873054-44-5。其合成方法主要采用1，4-二氢-4-氧代-3-喹啉羧酸和2，4-二叔丁基-5-氨基苯酚两部分缩合反应制备。2，4-二叔丁基-5-氨基苯酚是制备原料药Ivacaftor的关键中间体，其合成方法文献报道较少，根据起始原料的不同有以下2种合成路线：1)以2，4-二叔丁基苯酚为原料，经酯化、硝化、水解、还原四步反应制备目标产品[8-9]。酯化反应时使用氯甲酸甲酯保护羟基，该物质为剧毒品、易燃、有腐蚀性。硝化过程中会产生异构体杂质，需采用柱层析分离纯化、且消耗大量的洗脱剂，收率低，限制其工业化放大生产。2)江锣斌等[10]以廉价易得的间氨基酚为起始原料，经乙酰化保护氨基、烷基化、水解三步反应制备目标产品。该路线反应步骤较少、操作方便。但烷基化反应时以甲苯做溶剂，且加入大量浓盐酸，对设备要求高，不符合医药合成EHS管理体系要求。再者水解反应时高温回流12 h，后处理需经减压蒸馏、调节pH、重结晶等多种工序处理，较为繁琐，收率低。

针对上述工艺不足，笔者提出了以下合成路线，以2，4-二叔丁基苯酚(Ⅱ)为原料，经亚硝化反应制得2，4-二叔丁基-5-亚硝基苯酚(Ⅲ)，再经还原反应制备目标产品Ⅰ，其结构经1H NMR和MS确证。实验重点研究了反应物配比、反应温度、反应时间等关键工艺参数，获得了最优的生产工艺。同时测试了目标产品粒径分布情况，为后续制备原料药Ivacaftor粒径控制提供参考。该合成方法规避了重金属杂质的沉积、有毒品氯甲酸甲酯的使用，工艺稳定，对2，4-二叔丁基-5-氨基苯酚的工业化生产及Ivacaftor原料药的研究提供借鉴。

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

2，4-二叔丁基苯酚，上海迈瑞尔化学技术有限公司，含量≥98.0%；乙醇、乙酸乙酯、异丙醇、硫酸、亚硝酸钠、硫代硫酸钠，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；氮气，西安欣祥电气有限责任公司。

AV-400 MHz型核磁共振仪，德国Bruker公司；3100 型质谱仪，美国Waters公司；JH-60全自动熔点仪，上海佳航仪器仪表有限公司；激光粒度仪，英国Malvern公司。

1.2 实验方法

1.2.1合成路线

目标产品的合成路线见图1。

图1 目标产品合成路线图

1.2.22，4-二叔丁基-5-亚硝基苯酚(Ⅲ)的合成原理

向2 L 三颈瓶中通入氮气，依次加入异丙醇 1.2 L和原料2，4-二叔丁基苯酚100.0 g(0.48 mol)，搅拌0.5 h，缓慢滴加浓硫酸，滴毕后于15～25 ℃加入亚硝酸钠水溶液0.2 L，室温反应3 h，反应结束后，减压蒸馏回收溶剂，用0.1 L水打浆0.5 h，过滤、干燥得98.6 g白色固体Ⅲ，收率87.3 %。1H NMR(400 MHz，DMSO-d6)，δ：1.32(s，18H，2C(CH3))，6.87(s，1H，Ar-H)，7.04(s，1H，Ar-H)，8.34(s，1H，OH)。ESI-MS(m/z)，236.3[M+H]+。

1.2.32,4-二叔丁基-5-氨基苯酚(Ⅰ)的合成原理

向2 L 三颈瓶中通氮气，依次加入乙醇 1.4 L和Ⅲ 90.0 g(0.38 mol)，搅拌0.5 h，分批加入硫代硫酸钠156.2 g(0.38 mol)，于55 ℃反应2 h，减压蒸馏得到粗品，再经乙酸乙酯/水混合溶剂1.0 L重结晶纯化、干燥获得白色固体72.5 g，即为目标产物Ⅰ，收率86.2 %，熔点166.2 ～168.2 ℃(文献值[8]：熔点167.4 ～168.6 ℃)。总收率75.3 %。产品纯度为99.2%(HPLC法，按面积归一化计算，含C14H23NO不得低于98.5%)。干燥失重为0.2%。水分为0.1%。

1.2.4结构测试

采用AV-400 MHz型核磁共振仪、Waters 3100 型质谱仪对目标产品的结构进行确认。采用激光粒度仪对目标产品的粒径分布在环境温度(25～30 ℃)下测量。

2 结果与讨论

2.1 结构表征

2.1.1核磁、红外

对目标产物进行了结构表征，氢谱数据归属如下：1H NMR(400 MHz，DMSO-d6)δ：1.32(s，18H，2C(CH3))，6.80(s，1H，Ar-H)，6.02(s，1H，Ar-H)，8.59(s，1H，OH)，4.29(s，2H，NH2)。ESI-MS(m/z)，222.3[M+H]+。

2.1.2粒径分析

将实验步骤1.3.2中所得白色固体通过摇摆颗粒机过筛处理、再装入三维混合机中，混合25 min，将物料放入双层低密度聚乙烯袋中，取样检测粒径。实验结果表明，目标产品的粒径成单峰分布，说明目标产品的粒径较为均匀、无静电团聚现象。粒径主要分布于20～40 μm。

2.2 合成工艺优化

2.2.1化合物Ⅲ的工艺优化

表1为起始原料Ⅱ和亚硝酸钠的物质的量比对Ⅲ的影响。由表1可见，n(Ⅱ)∶n(NaNO2)为1.0∶1.0时，产品外观为淡黄色固体，收率最低，这是因为此时亚硝酸根进攻苯环的浓度不高，反应速率较慢。当n(Ⅱ)∶n(NaNO2)为1.0∶1.6时，收率最高为87.3%。继续增加亚硝酸钠用量，收率呈下降趋势。故最佳配比为1.0∶1.6。

表1 反应物配比对Ⅲ外观和收率的影响

考察反应时间对目标产品外观和收率的影响，结果如表2所示。反应时间2～5 h时，目标产品外观均为白色固体，收率均高于85.0%。当反应时间为2～3 h时，收率最高87.2 %。再增加反应时间，收率略有降低，这可能与体系降解产物生成有关。故最佳反应时间为2～3 h。

表2 反应时间对Ⅲ外观和收率的影响

2.2.2目标产品Ⅰ的工艺优化

表3为Ⅲ和硫代硫酸钠的物质的量比对Ⅰ的影响。由表3可见，n(Ⅲ)∶n(Na2S2O3)=1.0∶1.3时，收率最低，反应速率较慢。随着硫代硫酸钠用量的增加，反应收率逐渐增大，当n(Ⅲ)∶n(Na2S2O3)=1.0∶2.6时，收率最高为86.2%。继续增加用量，收率保持平稳。故最佳配比为1.0∶2.6。

表3 反应时间对Ⅰ外观和收率的影响

考察了反应温度对目标产品外观和收率的影响，结果如表4所示。反应温度在30～60 ℃时，目标产品外观均为白色固体，且收率逐步增大，温度高于60 ℃后反应收率先升高后下降，外观变差为淡黄色固体，故选择最佳反应温度为50～60 ℃。

表4 反应温度对Ⅰ外观和收率的影响

3 结论

1)以2，4-二叔丁基苯酚为起始原料，经亚硝化、还原两步反应成功制备了2，4-二叔丁基-5-氨基苯酚，经1H NMR和MS确证与目标产品结构相符合。

2)对两步反应合成工艺进行优化，获得了最优工艺参数，亚硝化反应：n(Ⅱ)∶n(亚硝酸钠)=1.0∶1.6，反应时间2～3 h；还原反应：n(Ⅲ)∶n(硫代硫酸钠)=1.0∶2.6，反应温度为50～60 ℃。

3)该工艺原料廉价易得，反应条件温和、操作简单。不使用重金属催化剂，同时降低了生产成本。目标产品性状良好，总收率75.3%，粒径主要分布于20～40 μm。