一锅法合成阿维巴坦关键原料

秦志忠,张欣芳,鲁 炜,刘贤龙,袁 军,贾丽慧

(武汉工程大学化学与环境工程学院，湖北 武汉 430205)

随着医学技术的发展，抗生素的种类越来越多，应用范围也越来越广。而抗生素的不合理使用会使细菌产生耐药性，进而使得抗生素药效大打折扣[1-2]。研究表明，β-内酰胺酶抑制剂可抑制β-内酰胺酶产生或降低其活性，有效解决细菌耐药性问题。阿维巴坦(Avibactam)，化学名为[(1R,2S,5R)-2-(氨基羰基)-7-氧代-1,6-二氮杂双环[3.2.1]辛-6-基]硫酸单酯，是一种新型的可逆性β-内酰胺酶抑制剂[3]，其药效更强，作用范围广，且不会诱导产生β-内酰胺酶[4-7]。

目前，阿维巴坦均以Boc-L-焦谷氨酸苄酯为原料，通过一系列反应得到。Boc-L-焦谷氨酸苄酯的合成工艺主要是以L-焦谷氨酸为原料，经苄酯化得到L-焦谷氨酸苄酯，再进行氨基保护得到Boc-L-焦谷氨酸苄酯[8-10]。该工艺存在成本较高、反应收率较低、反应条件严苛、操作复杂等问题，限制了其工业化应用。因此，优化关键原料 Boc-L-焦谷氨酸苄酯的合成工艺对于阿维巴坦工业化生产十分重要。鉴于此，作者以价廉易得且含单手性的L-焦谷氨酸为起始原料，采用一锅法合成阿维巴坦关键原料Boc-L-焦谷氨酸苄酯，通过1HNMR、MS对其结构进行表征，并对合成条件进行优化。其合成路线如图1所示。

图1 Boc-L-焦谷氨酸苄酯的合成路线

1 实验

1.1 试剂与仪器

L-焦谷氨酸、氯化苄、溴化苄、苄醇、二碳酸二叔丁酯、三乙胺、4-二甲氨基吡啶、丙酮、乙酸乙酯、甲醇、二氧六环、二异丙基乙胺、碳酸钾，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；蒸馏水，自制。

AV400MHz型核磁共振波谱仪，Bruker公司；6400型质谱仪，Agilent公司；RY-1型熔点仪。

1.2 一锅法合成Boc-L-焦谷氨酸苄酯

称取500 g L-焦谷氨酸加入反应瓶中，加入2 500 mL乙酸乙酯作为反应溶剂，再依次加入471 g三乙胺、589 g氯化苄；投料完毕后，开启机械搅拌，设定转速200 r·min-1，加热升温至60 ℃，搅拌30 h；TLC(展开剂为2 mL乙酸乙酯和 1 mL 石油醚，再加一滴醋酸)监测反应完毕后，将反应体系降温至0～5 ℃，依次加入471 g三乙胺、50 g 4-二甲氨基吡啶、930 g二碳酸二叔丁酯，于0～5 ℃下搅拌 8 h；TLC(展开剂为 1 mL 乙酸乙酯和1 mL石油醚，再加一滴醋酸)监测中间态反应完毕后，使用旋转蒸发仪对反应液进行减压蒸馏，回收溶剂乙酸乙酯，即得Boc-L-焦谷氨酸苄酯粗品。

将2 500 mL丙酮和2 500 mL水加入到粗品中，升温至60 ℃搅拌1 h；梯度降温析晶，2 h降温至20 ℃，继续3 h降温至0 ℃，搅拌1 h；抽滤，将产物于60 ℃鼓风干燥箱中干燥10 h，即得Boc-L-焦谷氨酸苄酯1 010 g，收率 81%。

2 结果与讨论

2.1 合成条件的优化

2.1.1 反应溶剂的选择

Boc-L-焦谷氨酸苄酯的合成关键步骤在于分别用苄基(-Bn)和叔丁氧羰基(-Boc)对羧酸位点和酰胺氮原子位点进行保护。反应过程中反应体系是否均相对反应影响较大，因此，反应溶剂的选择十分关键。固定氯化苄为苄酯化试剂、三乙胺和4-二甲氨基吡啶为碱、反应温度为60 ℃、反应时间为 36 h，考察反应溶剂对目标化合物收率的影响，结果如表1所示。

表1 反应溶剂对目标化合物收率的影响

由表1可知，反应溶剂对目标化合物收率的影响较大，以丙酮、甲醇、二氧六环为溶剂时，反应中有大量的中间态无法转化完全，导致目标化合物收率较低；而以乙酸乙酯为溶剂时，反应可以顺利进行，中间态转化完全。因此，确定反应溶剂为乙酸乙酯。

2.1.2 苄酯化试剂的选择

固定乙酸乙酯为反应溶剂、三乙胺和4-二甲氨基吡啶为碱、反应温度为60 ℃、反应时间为36 h，考察苄酯化试剂对目标化合物收率的影响，结果如表2所示。

表2 苄酯化试剂对目标化合物收率的影响

由表 2可知，以溴化苄为苄酯化试剂时，目标化合物收率达到 83%，且反应速度较快；以氯化苄为苄酯化试剂时，收率为 81%，略低于溴化苄，反应速度较慢；以苄醇为苄酯化试剂时，不发生反应。但是氯化苄的成本远低于溴化苄。综合考虑，确定苄酯化试剂为氯化苄。

2.1.3 碱的选择

固定乙酸乙酯为反应溶剂、氯化苄为苄酯化试剂、反应温度为 60 ℃、反应时间为 36 h，考察碱对目标化合物收率的影响，结果如表 3所示。

表3 碱对目标化合物收率的影响

由表3可知，以二异丙基乙胺为碱时，反应不进行；以三乙胺为碱时，反应进行不彻底，无法得到较高的收率；以4-二甲氨基吡啶为碱时，反应基本不进行；以三乙胺和4-二甲氨基吡啶为碱时，反应能够顺利进行，目标化合物收率较高，达到81%；以碳酸钾为碱时，由于碳酸钾在反应体系中溶解性较差，不利于反应进行。因此，确定碱为三乙胺和4-二甲氨基吡啶。

2.1.4 反应温度的选择

固定乙酸乙酯为反应溶剂、氯化苄为苄酯化试剂、三乙胺和4-二甲氨基吡啶为碱、反应时间为36 h，考察反应温度对目标化合物收率的影响，结果如表4所示。

表4 反应温度对目标化合物收率的影响

由表4可知，随着反应温度的升高，目标化合物收率先逐渐升高而后降低，当反应温度为60 ℃时，目标化合物收率最高，达到81%。因此，确定反应温度为60 ℃。

2.1.5 反应时间的选择

固定乙酸乙酯为反应溶剂、氯化苄为苄酯化试剂、三乙胺和4-二甲氨基吡啶为碱、反应温度为60 ℃，考察反应时间对目标化合物收率的影响，结果如表5所示。

由表5可知，随着反应时间的延长，目标化合物收率逐渐升高，当反应时间为30 h时，目标化合物收率达到81%；继续延长反应时间，收率无变化。因此，确定反应时间为30 h。

表5 反应时间对目标化合物收率的影响

2.2 目标化合物的结构表征

目标化合物Boc-L-焦谷氨酸苄酯的核磁共振氢谱、质谱分别如图2、图3所示。

图2 Boc-L-焦谷氨酸苄酯的核磁共振氢谱

图3 Boc-L-焦谷氨酸苄酯的质谱图

由图2、图3可知，Boc-L-焦谷氨酸苄酯的测试数据如下：1HNMR(400 MHz,CDCl3),δ:7.35(s,5H),5.20(d,J=3.4 Hz,2H),4.64(dd,J=9.5 Hz、2.8 Hz,1H),2.60(dt,J=17.5 Hz、9.9 Hz,1H),2.49(ddd,J=17.4 Hz、9.3 Hz、3.4 Hz,1H),2.42(ddd,J=19.5 Hz、13.3 Hz、9.6 Hz,1H),2.27(ddt,J=12.9 Hz、9.5 Hz、3.1 Hz,1H),1.40(s,9H);MS,m/z:358.1[M+K]+。综上，确定合成产物为目标化合物。

3 结论

以价廉易得且含单手性的L-焦谷氨酸为起始原料，分别用苄基(-Bn)和叔丁氧羰基(-Boc)对羧酸位点和酰胺氮原子位点进行保护，采用一锅法合成阿维巴坦关键原料 Boc-L-焦谷氨酸苄酯。在乙酸乙酯为反应溶剂、氯化苄为苄酯化试剂、三乙胺和 4-二甲氨基吡啶为碱、反应温度为 60 ℃、反应时间为 30 h的最佳条件下，Boc-L-焦谷氨酸苄酯收率为 81%。该方法反应条件较温和、操作方便、收率较高，适合工业化生产。