基于科教融合的药物化学实验的设计与实践*

刘 蕾，周 莹，张 艳，范为正，唐春雷

(江南大学，江苏 无锡 214122)

药物化学是制药工程专业的一门重要的专业必修课，也是药物创新研究与制备的先导课程，为本专业药物分析、药剂学、药理学等其他专业课程的学习提供了知识储备以及理论基础。同时，药物化学也是一门综合性与实践性很强的学科，药物化学实验作为其在理论教学外的支撑与补充，是培养学生分析解决复杂问题能力以及实践创新能力的重要途径。现有药物化学实验内容多为经典药物的合成与鉴别，如阿司匹林、磺胺醋酰钠等，存在如下问题：实验项目内容陈旧，学生缺乏对于实验内容的兴趣与积极性；实验中运用到的操作技能种类少、难度低，无法满足日后进入科研实验室的需求；对于所合成的药物的鉴别手段多为熔点测定，缺乏对于化合物表征解析的能力锻炼[1-3]。为此，我们选取了抗凝血药沙格雷酯作为切入点，设计并优化了盐酸沙格雷酯的制备工艺，简化合成步骤，并探索将其应用于本科实验教学中。通过该综合实验，学生可以学习新的中间体以及药物分子的制备、分离提纯以及结构确认方法，特别是薄板层析、核磁共振法这类基础实验中很少涉及的合成分析技术手段，提高了实验操作技能，锻炼了波谱解析的能力，开阔了科学前沿视野，激发了自主探究的兴趣。

1 实验简介

1.1 实验背景

盐酸沙格雷酯(Sarpogrelate Hydrochloride)[4-5]是由日本三菱(Mitsubishi)化成株式会社开发的抗血小板凝聚药，可改善慢性动脉闭塞症引起的溃疡、疼痛及冷感等缺血性症状。在临床上用于治疗外周血管性疾病如慢性缺血性血管闭塞症、冠心病等心血管疾病。近年来该药在血管内皮保护、防止血管平滑肌增生、冠心病等方面的研究也被临床医生所关注，是一个非常有前景的抗凝血药物。

1.2 实验目的

(1)了解沙格雷酯的理化性质、化学结构特点。

(2)掌握通过Wittig-Horner反应获得烯烃衍生物的原理与方法。

(3)掌握萃取、减压蒸馏、常压催化氢化、重结晶等实验操作技能，熟悉通过薄板层析监测反应进度的方法。

1.3 实验设计与原理

综合国内外文献专利报道的合成方法[6-15]，我们设计了图1所示的合成路线：以间甲氧基苯甲醇(2)为原料，经三氯化磷氯代，与亚磷酸三乙酯反应制得Wittig-Horner试剂，与苄基保护的水杨醛在氢化钠碱性条件下发生Wittig-Horner反应，得二芳基乙烯衍生物(5)，再由常压催化氢化还原，氯代叔丁烷取代，二甲胺开环，最后与丁二酸酐成酯，与盐酸成盐，得到盐酸沙格雷酯。反应总收率较文献报道有所提升，且原料易得，反应条件温和，所用试剂均为常见试剂，且毒性较低，对环境危害小，后处理操作简单，采用重结晶或减压蒸馏等分离手段，避免柱层析分离纯化，适合本科实验教学。

图1 合成路线设计Fig.1 The synthetic route of sarpogrelate hydrochloride

1.4 实验教学计划

本综合实验项目适用于大三、大四等高年级的制药工程以及相关专业学生，在该阶段，学生已熟练掌握有机合成的基本技能，并且对于药物化学有了一定的认识，常规的、经典的实验项目在难度以及创新性上已经不足以提高学生的科研创新能力。

本实验的开展主要分为四个阶段：(1)教师发布项目课题，简要介绍项目背景，学生自行进行文献的调研查阅；(2)分组讨论实验方案设计，组织汇报，教师给予点评及指导，确定实验方案；(3)按照实验方案进行沙格雷酯的合成；(4)总结实验结果，撰写实验报告。

由于该化合物的合成路线较长、步骤较多，根据教学需要，各个中间体的制备既可作为独立的实验开展，也可以连贯起来作为一个系统的综合实验。同时，该实验基于本院课题组科研项目，因此可以保证每一步的中间体都有一定量的储备，便于根据教学实际情况调整实验安排，以满足学生从不同的阶段开始合成的需求。此外，对于关键合成步骤的条件优化也可以作为该实验项目第三阶段的拓展，有兴趣的学生以小组为单位分别探索不同的反应条件，通过比较反应收率、产物表征等结果综合得出最优的反应条件，并且在教师的引导下从反应机理的角度分析原因，总结工艺优化的经验。

2 实验教学的实施

2.1 试剂与仪器

间甲氧基苯甲醇、乙酸乙酯、氯化锌、三氯化磷、氢氧化钠、氯化钠、无水硫酸钠、亚磷酸三乙酯、四氢呋喃、氢化钠、2-苄氧基苯甲醛、二氯甲烷、甲醇、乙醇、氢气、甲苯、二甲基亚砜、Pd/C、环氧氯丙烷、二甲胺、丁二酸酐、氯化氢、异丙醇。

实验所用试剂均从各商业公司购得，包括萨恩化学、阿拉丁、中国国药集团等试剂公司，试剂的纯度均在98%及以上。柱层析所用硅胶(规格为100～200和200～300目)和薄层色谱板从青岛海洋化工有限公司购得。所用无水干燥试剂均依照实验操作标准进行纯化及保存。

DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器，郑州长城科工贸有限公司；RE-52A旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；DZF-6050真空干燥箱，上海精宏实验设备有限；AVⅢ-400 MHz核磁共振仪，德国布鲁克公司；SHK-Ⅲ循环水式多用真空泵，郑州科泰实验仪器设备有限公司；BSA224S精密电子天平，赛多利斯科学仪器有限公司；WFH-203三用紫外分析仪，上海精科科技有限公司。

2.2 实验操作

2.2.1 间甲氧基苄氯(3)的制备

将16 g间甲氧基苯甲醇(2)、30 mL乙酸乙酯、0.15 g氯化锌投入100 mL圆底烧瓶中，冰浴降温，并在冰浴下滴加30 mL三氯化磷，反应24 h。将溶液倒入含冰的氢氧化钠溶液中，用乙酸乙酯萃取，用饱和食盐水洗至中性，合并有机层，用无水硫酸钠干燥，过夜。过滤除去硫酸钠，减压蒸馏除去乙酸乙酯。使用减压蒸馏，收集120～130 ℃/4 mm Hg组份，得到13.3 g无色液体，即化合物3，产率72.4%。

2.2.2 3-甲氧基苯甲基膦酸二乙酯(4)的制备

将15 g化合物3、25 mL亚磷酸三乙酯投入到100 mL圆底烧瓶中，150 ℃油浴下反应10 h。减压蒸馏除去过量的亚磷酸三乙酯，得到25 g无色液体，即化合物4，产率98.6%。

2.2.3 (E)-1-苄氧基-2-(2-(3-甲氧基苯)乙烯基)苯(5)的制备

将25 g化合物4、50 mL THF投入到250 mL圆底烧瓶中，加入7.5 g氢化钠，搅拌1 h，加入12.5 g 2-苄氧基苯甲醛，继续搅拌，反应12 h。减压蒸馏去除THF，加入水和二氯甲烷萃取，有机层用无水硫酸镁干燥。过滤除去硫酸镁，减压蒸馏除去二氯甲烷，得到类白色固体27 g，甲醇重结晶，得到17 g白色针状结晶，即化合物5，m.p. 81～83 ℃，产率92.1%。

2.2.4 2-(2-(3-甲氧基苯)乙基)苯酚(6)的制备

将15 g化合物5、6 g 5%Pd/C、180 mL乙醇投入到500 mL圆底烧瓶中，通入氢气，常温常压反应20 h。将反应液过滤除去催化剂，减压蒸馏除去乙醇及甲苯，得到10.5 g类白色固体，即化合物6，m.p. 43～44 ℃，产率97.0%。

2.2.5 2-二甲氨基-1-(邻-(间甲氧基苯乙基)苯氧甲基)乙醇(7)的制备

将10 g化合物6溶于100 mL DMSO中，搅拌溶清，加入2.1 g 60%氢化钠，搅拌20 min，滴加6 g环氧氯丙烷，滴毕于室温搅拌3 h，向反应液中滴加40 mL 40%二甲胺水溶液，升温至50 ℃，加热3 h。加入500 mL水，150 mL乙酸乙酯萃取三次，合并有机层，无水硫酸钠干燥，过滤，滤液旋干，所得12.1 g油状化合物7，产率84.0%。

2.2.6 盐酸沙格雷酯(1)的制备

将12 g化合物7溶于100 mL丙酮，加入4.5 g丁二酸酐，加热回流3 h，冷至室温，通入氯化氢气体，产生大量白色固体，过滤，得盐酸沙格雷酯粗品14.5 g，异丙醇重结晶得盐酸沙格雷酯成品14 g，产率82.8%。1HNMR，400 MHz1H-NMR(CD3OD，ppm)7.18～7.12 (m，2H)7.09 (dd，J=7.4，1.6 Hz，1H)6.90～6.85 (m，2H)6.76-6.70 (m，3H)5.67～5.60 (m，1H)4.15 (dd，J=10.6，4.1 Hz，1H)4.13 (dd，J=10.6，4.7 Hz，1H)3.73 (s，3H)3.68 (dd，J=13.8，10.1 Hz，1H)3.51 (dd，J=13.8，2.3 Hz，1H)2.96 (s，6H)2.94～2.75 (m，4H)2.74～2.52 (m，4H)。

3 实验结果与讨论

3.1 间甲氧基苄氯(3)合成的条件优化

在间甲氧基苄氯(3)的合成中，曾用二氯亚砜作为氯化试剂，DMF作为催化剂。该反应收率只有38.6%，且反应中副产物多，反应不完全。为使反应完全，我们设计实验考察了回氯化试剂、催化剂、氯化剂当量、反应温度、反应时间等因素对收率的影响，结果如表1所示。

表1 多因素对化合物3收率的影响Table 1 Effect of several factors on the yield of compound 3

首先，以氯化亚砜为氯化试剂，DMF为催化剂，增加氯化剂当量、升高反应温度、延长反应时间，对于反应收率均没有显著提高，且收率不甚理想。换用三氯化磷作为氯化试剂，收率显著提高，考察DMF、吡啶、氯化锌作为催化剂对反应的影响，发现氯化锌的催化效率最高，最终确定以三氯化磷作为氯化试剂、氯化锌作为催化剂的反应条件，收率由最初的38.6%提升至72.4%。

3.2 (E)-1-苄氧基-2-(2-(3-甲氧基苯)乙烯基)苯(5)合成的优化

(E)-1-苄氧基-2-(2-(3-甲氧基苯)乙烯基)苯(5)的制备中，采用3-甲氧基苯甲基膦酸二乙酯(4)在氢化钠强碱性条件下与2-苄氧基苯甲醛发生Wittig-Horner反应，为简化后处理操作，避免较为繁琐的柱色谱分离过程，尝试改变投料比、反应溶剂、反应时间、反应温度，最终采用摩尔比1∶0.6(3-甲氧基苯甲基膦酸二乙酯：2-苄氧基苯甲醛)，四氢呋喃作溶剂，常温反应12 h，以甲醇重结晶，除去过量的3-甲氧基苯甲基膦酸二乙酯，最终收率达到92%。

若改变投料比使2-苄氧基苯甲醛过量，反应仍可完全，但过量的2-苄氧基苯甲醛无法通过甲醇重结晶的方法去除，所以选择3-甲氧基苯甲基膦酸二乙酯(4)过量，保证反应完全的同时，可通过重结晶方法除去过量的原料。

4 结 语

本实验项目选取了一个比较新颖且发展前景良好的药物盐酸沙格雷酯作为目标化合物，通过氯代反应、Wittig-Horner反应、催化氢化反应等反应类型进行多步合成，使用薄层色谱进行反应监测，通过萃取、重结晶等方法分离提纯产品，最后利用核磁共振手段对中间体及终产物结构进行表征。实验过程要求学生综合运用有机化学、药物化学、分析化学、仪器分析、波普解析等多门课程的知识，在一个系统的实验过程中，实现学科之间的交叉与融合，拓展了学生对当今药物合成化学前沿认知，激发了学生的科研兴趣，锻炼了在实践中分析问题解决问题的能力，逐步提高了学生的科研素养与创新能力。通过该实验项目的实施，提高了学生的实践动手能力，加强学生的团队合作意识，培养学生全面的药学综合实验素质，为即将到来的本科毕业论文设计以及今后从事相关研究工作打下坚实基础。