法匹拉韦的合成工艺优化

邓玉晓，张 宁，赵思太，张宗磊，刘文涛，段崇刚，孙晋瑞

（山东省药学科学院 山东省化学药物重点实验室，山东 济南 250101）

法匹拉韦（favipiravir，1），化学名称为6-氟-3-羟基吡嗪-2-甲酰胺，是日本富山化学工业公司研发的流感治疗药物[1]，2011年3月在日本完成Ⅲ期临床试验[2]，2014年3月被日本政府批准上市，商品名是Avigan[3]。法匹拉韦是一种病毒RNA聚合酶抑制剂，能阻断病毒RNA合成，从而起到抗病毒的作用；同时，法匹拉韦对哺乳动物细胞内的RNA合成不产生任何抑制作用，因此是一种安全有效的抗病毒药物。由于其特定的作用机制，除流感病毒外，法匹拉韦还可对抗其他多种RNA病毒，如HIV、黄热病、埃博拉等，有望应用于多种病毒感染的治疗，具有良好的市场前景[4]。

1的合成方法已有文献综述[5]，有报道以2-氨基丙二酸二乙酯盐酸盐（2）为起始原料，与碳酸氢钠反应得2-氨基丙二酸二乙酯（3），与氨气的乙醇溶液反应3 d，得2-氨基丙二酰胺（4），与40 %乙二醛反应生成3-羟基吡嗪-2-甲酰胺（5），吡啶催化下，与溴素反应生成6-溴-3-羟基吡嗪-2-甲酰胺（6），在三乙胺的催化下，与三氯氧磷反应生成3, 6-二氯吡嗪-2-甲腈（7），在氟化钾作用下生成3, 6-二氟吡嗪-2-甲腈（8），在乙酸和三乙胺作用下发生3位水解，成盐生成6-氟-3-羟基吡嗪-2-甲腈二环己胺盐（9），最后在双氧水和氢氧化钠作用下生成1，总收率约9 %（以2计）[6]。但化合物3的2位氨基易与酯基发生氨酯交换，易导致化合物3变质，存储不便；制备4时，反应时间过长；制备6时，采用吡啶为催化剂，溴素为溴代试剂，吡啶具有恶臭且毒性大，溴素具有刺激性气味和强腐蚀性，反应后处理困难；制备7时，采用硅胶柱层析的方式纯化，操作过程繁琐，制备9时，采用成二环己胺盐的方式进行纯化，二环己胺具有渗透性臭气且毒性大，同时成盐这种提纯方式不符合绿色化学的理念。本文在参考上述文献合成路线的基础上对工艺作了进一步优化，提高了产品质量和工艺可操作性。具体合成路线见图1。

图1 化合物1的合成路线

图2 化合物3和化合物9的结构

1 仪器与材料

1.1 仪器

Varian INOVA-300 核磁共振波谱仪（美国瓦里安公司）；4000 Q TRAP 质谱仪（美国AB SCIEX公司）；IKA HB 10 旋转蒸发仪（德国IKA）；循环水式多用真空泵（郑州长城）；DZF型真空干燥箱（北京市永光明医疗仪器厂）；Agilent 1100高效液相色谱仪（美国安捷伦）。

1.2 药品与试剂

2-氨基丙二酸二乙酯盐酸盐（南京康满林，纯度＞98.5 %）；N-溴代丁二酰亚胺（上海阿拉丁，纯度＞98.5 %）；无水氟化钾（上海阿拉丁，纯度＞98.5 %）；四丁基溴化铵（河南万象，纯度＞98.5 %）；其余试剂均为分析纯。

2 方法与结果

2.1 2-氨基丙二酰胺（化合物4）的合成

将化合物2（1.0 kg，4.73 mol）、饱和氨气甲醇溶液（15.0 L）加至高压釜中，保持25～35℃，搅拌1 h，升温至65～70 ℃，搅拌3 h，降温至50 ℃，抽滤，滤液蒸除溶剂，得浅黄色固体4（506.0 g，收率91.5 %），mp 194.1～195.2 ℃（文献[6]：收率69 %，mp 198～200 ℃）。MS（m/z）：118.0[M+H]+。

2.2 3-羟基吡嗪-2-甲酰胺（化合物5）的合成

将去离子水（3.0 L）加入反应瓶中，搅拌下加入氢氧化钠（70.2 g，1.8 mol），降温至40 ℃以内，依次加入85 %磷酸（99.9 g，0.9 mol）和4（506.0 g，4.3 mol），于20～30 ℃同时滴加8 mol/L氢氧化钠溶液（566.0 ml，4.5 mol）和40 %乙二醛水溶液（502.0 ml，4.5 mol），约1 h滴毕，保持20～30 ℃搅拌2 h，升温至85 ℃，滴入浓盐酸（474.2 ml，5.7 mol），逐渐降温冷却至10 ℃，搅拌反应1 h。抽滤，滤饼用去离子水（1.0 L）洗涤，60 ℃真空干燥，得褐色固体5（492.0 g，收率82.0 %），mp 261.2～263.3 ℃（文献[6]：收率64 %，mp 260～263 ℃）。MS（m/z）：140.0[M+H]+；1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：12.69（s，1H，NH），11.15（s，1H，NH），7.93（s，1H，OH），7.87（d，J=3.2 Hz，1H，H-5），7.49（d，J=3.2 Hz，1H，H-6）。

2.3 6-溴-3-羟基吡嗪-2-甲酰胺（化合物6）的合成

将5（492.0 g，3.5 mol），DMF（1.0 L）加入反应瓶，加热至90 ℃，滴入NBS（640.8 g，3.58 mol）的DMF（1.0 L）溶液，控制滴加速度保持内温90～110 ℃。滴毕保温反应2 h，冷却至50～60℃，加入甲苯（1.0 L）和去离子水（3.0 L），冷却至15 ℃，抽滤，滤饼用水洗涤，60 ℃真空干燥，得土黄色固体6（587.0 g，收率76.0 %），mp 189.2～190.3 ℃（文献[6]：收率65 %，mp 189～191℃）。MS（m/z）：216.0[M-H]-，218.0[(M+2)-H]-（1：1）；1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：11.65（s，1H，OH），7.87（s，1H，H-5），6.31（s，2H，-CONH2）。

2.4 3, 6-二氯吡嗪-2-甲腈（化合物7）的合成

搅拌下向反应瓶中依次加入三氯氧磷（1652.0 g，10.8 mol）和6（587.0 g，3.4 mol），保持温度不高于80 ℃，滴加DIPEA（1044.0 g，8.1 mol），加毕升温至80～90 ℃反应2 h，升温至回流继续反应4 h，常压蒸馏直至没有馏分流出，将反应液降温至40 ℃，缓慢滴加 10 %碳酸钠水溶液，保持温度不高于60 ℃，调节体系pH 3～4，采用甲苯（500.0 ml×2）萃取，合并有机相，依次用水（500.0 ml）和饱和氯化钠溶液（500.0 ml）洗涤，回流分水3 h，直接投入下一步反应。

2.5 3, 6-二氟吡嗪-2-甲腈（化合物8）的合成

搅拌下向反应瓶中依次加入DMF（2.4 L），甲苯（2.6 L），无水氟化钾（392.0 g，6.7 mol），四丁基溴化铵（87.0 g，0.3 mol），加热至回流，保持回流分水2 h，降温至45 ℃，保持温度不高于55 ℃，滴加上一步制得的化合物7的甲苯溶液，滴毕，保持温度55～60 ℃反应3 h，加入去离子水（2.0 L），反应液采用甲苯（1.0 L×2）萃取，合并有机相，依次用水（500.0 ml）和饱和氯化钠水溶液（500.0 ml）洗涤，蒸除溶剂，得浅黄色固体8（236.0 g，62.0 %）。mp 58.1～58.5 ℃（文献：收率[7]63.6 %，mp[8]57.5～57.6 ℃）。MS（m/z）：140[M-H]-；1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：8.85（s，1H，H-5）。

2.6 6-氟-3-羟基吡嗪-2-甲腈（化合物10）的合成

搅拌下向四口瓶中依次加入DMF（1.0 L），醋酸钾（343.5 g，3.5 mol）和3, 6-二氟吡嗪-2-甲腈（236.0 g，1.7 mol），保持温度25～35 ℃之间反应3 h，向反应体系中加入去离子水（1.5 L），用乙酸乙酯（500.0 ml×2）洗涤，滴加4.0 mol/L的盐酸，调节pH 2～3，用乙酸乙酯（500.0 ml×3）萃取，合并有机相，依次用去离子水（500.0 ml）和饱和氯化钠水溶液（500.0 ml）洗涤，蒸干溶剂，得淡黄色油状物，直接用于下一步反应。

2.7 法匹拉韦（化合物1）的合成

搅拌下向四口瓶中依次加入去离子水（1.0 L）和氢氧化钠（53.0 g，1.3 mol），降温至30 ℃以下，加入如上所得的10（184.0 g，1.3 mol），15～25℃滴加30 %双氧水（45.0 g，1.3 mol），滴毕继续反应2 h，升温至40～50 ℃，滴加浓盐酸（117.0 ml，1.4 mol），冷却至5 ℃，抽滤，滤饼用去离子水（300.0 ml）洗涤，再用丙酮（2.0 L）重结晶，得白色结晶性固体1（135.0 g，收率65 %）。mp 189.0～192.0 ℃（文献：收率[9]89.0 %，mp 187.0～191.0 ℃）。纯度99.9 %[HPLC面积归一化法：色谱柱：Intersil ODS-3，流动相：甲醇-乙腈-1 %冰醋酸（30：20：50），流速：1 ml/min，柱温：30 ℃，检测波长：238 nm]MS（m/z）：156.0[M-H]-；1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：12..65（s，1H，OH），8.25（s，1H，H-5），7.58～7.62（s，2H，-CONH2）；13C NMR δ：126.5（C-5），139.5（C-2），141.0（C-6），157.5（C-3），169.7（-CONH2）。

3 讨论

3.1 制备4时，用甲醇代替乙醇为反应溶剂，梯度升温，先在25～35 ℃下搅拌1 h，使3游离出来，然后升温至65～70 ℃，在近乎均相的条件下反应，有效碰撞增多，反应时间由3 d缩短为3 h，收率由文献的69 %升高至91.5 %。

3.2 制备6时，本研究改用NBS和DMF，操作简单，反应收率由49 %提高至86 %。

3.3 化合物7具有强烈的致敏性，皮肤接触后会导致疱疹，痒痛难忍，一般持续3周以上才能痊愈，同时化合物7的熔点较低，容易升华，干燥过程中劳动保护困难。本研究采用甲苯共沸除水法干燥该化合物，体系中水分低于0.1 %时直接投入反应，有效避免合成人员的接触危害。

3.4 制备9时，采用成盐洗涤法，在调酸析晶前，采用甲苯洗涤反应液，能有效去除有机杂质，缩减成本，简化操作。

4 结论

以2-氨基丙二酸二乙酯盐酸盐为起始物料经过氨解、成环、溴代、氯代、脱水、氟代、取代、水解等步骤合成法匹拉韦，通过MS、1H NMR等方法进行结构确证，产品纯度达99.5 %以上，总收率23.8 %，合成工艺操作简单，收率高，具有工业化应用前景。