6-溴咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲酸的合成

程 伟, 张向龙, 赵雷振, 范亚锋, 油天钰, 袁文鹏*

(1. 齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院菏泽分院 山东省生物工程技术创新中心，山东 菏泽 274000； 2. 山东友帮生化科技有限公司 山东省小分子杂环化合物工程实验室，山东 菏泽 274000)

哒嗪类化合物是一类重要的杂环化合物，在医药[1-3]、农药[4-5]、光电材料[6-7]等领域得到了大量使用，具有较高的应用价值。咪唑并[1,2-b]哒嗪衍生物是哒嗪类化合物中生物活性较强的一类，广泛应用于抗菌药物[8-9]、抗炎药物[10]、抗寄生虫药物[11-12]、抗癌药物[13-15]以及治疗帕金森疾病药物[16-17]的研发与生产。

6-卤代咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲酸是一种重要的抗癌新药中间体，在白细胞介素-1受体相关激酶4(IRAK4)抑制剂[13]、原肌球蛋白受体激酶(TRK)抑制剂[18-21]、异源二聚细胞因子(IL-2)抑制剂[22]、蛋白激酶(PRK)调节剂[23]、溴结构域蛋白(CBP/EP300)抑制剂[24]、间变性淋巴瘤激酶(ALK)抑制剂[25-26]等抗癌新药的开发工作中表现出优异的生物活性，已有多个相关药物进入临床二期、三期实验，肿瘤抑制效果显著，具有重要的临床应用价值[27]。

目前，文献报道的6-氯咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲酸的合成方法主要有两种：Bi等[13]以6-氯咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲醛为原料，经亚氯酸钠氧化过夜制备6-氯咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲酸。该方法原材料价格昂贵，需要柱层析纯化，且单步收率只有67%，不适合工业化放大。Liu等[28]先用甲酸乙酯和氯乙酸乙酯在乙醇钠催化下反应3 d合成2-氯-2-甲酰乙酯，再与3-氨基-6-氯哒嗪反应制备6-氯咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲酸乙酯，再经过氢氧化钠水解共3步制备6-氯咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲酸。该方法反应时间长，中间体2-氯-2-甲酰乙酯性质不稳定且收率低，反应过程操作复杂不易放大生产，且总收率不到40%，难以大规模推广。6-溴咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲酸的合成方法目前尚无文献报道，具有较高的研究价值。

本文提供了一种6-溴咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲酸的合成新方法，以水合肼和马来酸酐为起始原料,经缩合、溴化、氨解、亚胺化、关环缩合、水解反应共6步反应得到目标产物(Scheme 1)。该方法具有原料易得、成本低廉、操作简单和收率较高等优点。

Scheme 1

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

YRT-3型熔点仪；Bruker AV-III-400 MHz型核磁共振仪(DMSO-d6为溶剂，TMS 为内标)；Avatar 370型红外光谱仪(KBr压片)；Vario EL型元素分析仪；LC-16型液相色谱仪测定。

所用试剂均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 合成

(1) 3,6-二羟基哒嗪(2)的合成

将水合肼145 g(2.32 mol)和1 L水加入到反应瓶中，控温不高于10 ℃，滴加浓盐酸228 g(2.32 mol)，滴毕，分四批加入顺丁烯二酸酐(1)196 g(2.00 mol)，升温至回流，反应4 h。降温至室温，有大量固体析出，抽滤，滤饼用200 mL水洗涤，于55 ℃真空干燥得215 g化合物2，白色固体，收率95.9%，纯度99.2%[HPLC 归一化法：色谱柱为Agilent Eclipse Plus C18 柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)，流动相A为纯化水，流动相B为甲醇，梯度洗脱条件：0～2 min， A: 60%; 2～8 min， A: 50%; 8～20 min, A: 30%; 检测波长254 nm，柱温30 ℃，流速1.0 mL/min，进样量20 μL，下同]; m.p.298～300 ℃;1H NMR(DMSO-d6， 400 MHz)δ: 7.01(s, 2H, H-2， H-3), 11.56(s, 2H, -OH) ;13C NMR (DMSO-d6， 100 MHz)δ: 130.8, 156.8; IRν: 3086, 2963, 1660, 1552, 1411, 1275, 1011, 899, 845, 813 cm-1; Anal. calcd for C4H4N2O2: C 42.86, H 3.60, N 24.99, found C 42.82, H 3.69, N 24.93。

(2) 3,6-二溴哒嗪(3)的合成

称取化合物2112 g(1.00 mol)加入1.5 L甲苯中，搅拌使其混合均匀；分三批加入三溴氧磷630 g(2.20 mol)，升温至100 ℃，反应5 h。将反应液缓慢倒入3 L冰水中，充分搅拌，控温不高于10 ℃，用碳酸氢钠调节pH至中性，用二氯甲烷(2×500 mL)萃取，合并有机相，依次用水(2×300 mL)和饱和食盐水(2×200 mL)洗涤，减压蒸除溶剂得粗品，用正己烷重结晶得淡黄色固体3195 g，收率82.2%,纯度98.7%; m.p.115～116 ℃;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 8.01(s, 2H, H-2, H-3);13C NMR(DMSO-d6, 100 MHz)δ: 134.9, 148.4; IRν: 3414, 3093, 1545, 1387, 1157, 1110, 852, 754 cm-1; Anal. calcd for C4H2N2Br2: C 20.20, H 0.85, N 11.78, found C 20.23, H 0.87, N 11.81。

(3) 3-氨基-6-溴哒嗪(4)的合成

将化合物3464 g(1.95 mol)加入装有氨水(25%)1.05 L(13.62 mol)的3 L高压釜中，通氮气置换空气两次，氮气充压1.0 MPa，搅拌并升温至100 ℃，反应7 h。于室温搅拌1 h，过滤，滤饼用水(2×200 mL)洗涤，于55 ℃真空干燥得淡黄色固体4290 g，收率85.7%,纯度98.2%; m.p.192～194 ℃;1HNMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 6.63(s, 2H, -NH2), 6.76(s, 1H, H-2), 7.42(s, 1H, H-3);13C NMR(DMSO-d6, 100 MHz)δ: 118.0, 132.4, 136.0, 160.8; IRν: 3152, 1641, 1593, 1452, 1146, 1051, 834, 647 cm-1; Anal. calcd for C4H4N3Br: C 27.61, H 2.32, N 24.15, found C 27.58, H 2.35, N 24.21。

(4)N′-(6-溴哒嗪-3-基)-N,N-二甲基甲脒(5)的合成

将化合物450 g(0.29 mol)分两次加入到N,N-二甲基甲酰胺二甲基缩醛350 g(2.89 mol)中，升温至90 ℃，反应5 h。减压浓缩至无液体流出，残余物加入150 mL甲醇，降温至-7 ℃搅拌2 h，有大量固体析出，抽滤，滤饼于-7 ℃用冻甲醇(2×50 mL)淋洗，烘干得白色固体560.2 g，收率91.3%，纯度98.4%; m.p.115～117 ℃;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 3.01(s, 3H, -CH3), 3.13(s, 3H, -CH3), 7.05(s, 1H, H-2), 7.66(s, 1H, H-3), 8.21(s, 1H, -N=CH-);13C NMR(DMSO-d6, 100 MHz)δ: 34.8, 40.7, 125.8, 132.9, 141.4, 155.9, 163.9; IRν: 3068, 2909, 1625, 1562, 1383, 1114, 1062, 983, 858 cm-1; Anal. calcd for C7H9N4Br: C 36.70, H 3.96, N 24.46, found C 36.77, H 3.92, N 24.51。

(5) 6-溴咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲酸乙酯(6)的合成

称取化合物550 g(0.22 mol)加入到装有500 mL DMF的1 L反应瓶中，滴加溴乙酸乙酯54.6 g(0.33 mol)，滴毕，加入碘化钾1.8 g(11 mmol)，升温至90 ℃，反应8 h，降温至室温，加入1.5 L水搅拌20 min，有大量固体析出，抽滤，滤饼用水(2×200 mL)洗涤，乙酸乙酯重结晶得淡黄色固体652.1 g，收率87.7%,纯度97.9%; m.p.74～76 ℃;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 1.28(t,J=7.1 Hz, 3H, -CH3), 4.31(q,J=7.2 Hz, 2H, -CH2-), 8.01(d,J=9.6 Hz, 1H, H-3), 8.10(d,J=9.6 Hz, 1H, H-2), 8.67(s, 1H, H-8);13CNMR(DMSO-d6, 100 MHz)δ: 13.5, 63.5, 125.8, 126.5, 136.2, 139.4, 158.1, 159.1, 168.0; IRν: 3105, 2978, 1723, 1514, 1435, 1343, 1265, 1188, 1048, 822, 760 cm-1; Anal. calcd for C9H8N3O2Br: C 40.02, H 2.99, N 15.56, found C 39.97, H 3.02, N 15.53。

(6) 6-溴咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲酸(7)的合成

将化合物635 g(0.13 mol)加入到200 mL水中，搅拌使其混合均匀；加入氢氧化钠13 g(0.33 mol)，反应8 h。用10 %稀盐酸调pH至中性，有大量固体析出，抽滤，滤饼用水(2×200 mL)洗涤，于55 ℃真空干燥得类白色固体730.2 g，收率96.1%，纯度99.1%; m.p.215～217 ℃;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 7.64(d,J=9.6 Hz, 1H, H-3)， 8.22(d,J=9.5 Hz, 1H, H-2)， 8.31(s, 1H, H-8)， 13.01(s, 1H, -COOH);13C NMR(DMSO-d6, 100 MHz)δ:120.7, 125.0, 128.2, 138.5, 140.8, 141.2, 159.5; IRν: 3433, 3097, 1705, 1528, 1438, 1358, 1274, 1161, 1105, 832, 764 cm-1; Anal. calcd for C7H4N3O2Br: C 34.74, H 1.67, N 17.36, found C 34.77, H 1.70, N 17.31。

2 结果与讨论

2.1 化合物3的合成

化合物3的合成为溴化反应，选择三溴氧磷为溴化试剂，研究发现溴化试剂三溴氧磷的用量对实验结果影响较大。在确定反应温度100 ℃反应5 h的条件下，考察了三溴氧磷的用量对化合物3收率的影响，反应结果见表1。由表1中可以看出，三溴氧磷用量为化合物2的1.1倍时，收率达到最高。继续增加三溴氧磷的用量，会造成产物的分解，目标产物收率降低，所以选择n(POBr3)/n(化合物2)=1.1/1时为最优比例。

表1 三溴氧磷用量对收率和纯度的影响

2.2 化合物4的合成

化合物4的合成为氨解反应，本实验选取25%的氨水作为氨解试剂，该反应具有一定的选择性，氨水的用量和反应压力是该反应的主要影响因素。在确定氮气充压1.0 MPa，反应温度100 ℃反应7 h的条件下，考察氨水与原料的投料比对化合物4的收率影响，实验结果见表2。由表2可以看出，氨水量较少时反应不容易发生，表现为产品产率低；随着氨水的用量增加，产率不断提高。当氨水的用量为化合物3的3.5倍时，反应产率达到为85.7%，再增加氨水的用量，反应产率增长幅度不大，且容易造成物料浪费，因此选择原料摩尔配比为：n(氨水)/n(化合物3)=3.5/1。

表2 氨水用量对收率和纯度的影响

在实验研究中发现，加大压力有利于氨解反应的进行。在确定反应温度100 ℃反应7 h的条件下，考察了不同的反应压力对化合物4收率的影响，结果见表3。

表3 反应压力对收率影响

由表3可以看出，化合物4的收率随着压力的上升而不断增加。当压力为1.0 MPa时，反应收率最高，压力高于1.0 MPa时反应收率上升幅度不大，并随着反应压力增加对反应设备要求也会越高，反应操作难度加大，因此选择反应压力为1.0 MPa。

2.3 化合物6的合成

合成化合物6的反应为关环缩合反应，选用溴乙酸乙酯作为缩合试剂，碘化钾作为催化剂。反应过程通过结晶纯化高收率制得化合物6，避免了柱层析纯化，有利于工业化生产。本实验在确定反应温度和反应时间的情况下，考察了溴乙酸乙酯用量对化合物6反应收率的影响，结果见表4。

表4 溴乙酸乙酯用量对收率和纯度影响

由表4可以看出，溴乙酸乙酯的用量较少时反应不容易发生，表现为产品收率低；随着溴乙酸乙酯的用量增加，收率不断提高。当溴乙酸乙酯的用量为化合物5的1.5倍时，反应收率达到为87.7%；再增加溴乙酸乙酯的用量，反应收率增长幅度不大，且反应体系颜色变深，得到的产品结晶发粘，颜色较深，因此选择溴乙酸乙酯用量为：n(溴乙酸乙酯)/n(5)=1.5/1。

本实验还考察了结晶溶剂对反应收率的影响，实验结果见表5。由表5可以看出，以乙酸乙酯作为结晶溶剂，化合物6的收率最高，并且产品颜色为淡黄色固体。以二氯甲烷为结晶溶剂，产品母液损失较多，造成收率下降；用乙醇作溶剂时，析出固体发粘，颜色为褐色，收率也低。用正己烷作为结晶溶剂，需要溶剂量大，产品收率和纯度都较低。综上，选用乙酸乙酯为化合物6的结晶溶剂。

表5 结晶溶剂对收率和纯度影响

报道了一种6-溴咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲酸的合成新方法。以水合肼和马来酸酐为起始原料,在盐酸催化下发生缩合反应，再与三溴氧磷进行溴代，与氨水发生氨解反应，再与N,N-二甲基甲酰胺二甲基缩醛进行亚胺化反应，与溴乙酸乙酯缩合成环，最后发生碱水解共6步反应合成了目标产物6-溴咪唑并[1,2-b]哒嗪-3-甲酸，总收率52.0%。该合成方法路线新颖、成本低廉、操作简单、收率高、中间反应过程采用结晶纯化，更适合工业化放大生产。