[[5-（3-氟苯基）-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯的合成研究

黄  薇

天津科技大学生物工程学院

工业发酵微生物教育部重点实验室

天津 300457

摘 要：通过对比文献合成路线，对用于合成硫酸沃拉帕沙的中间体之一——[[5-（3-氟苯基）-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯的合成路线进行了研究，从而找到了最优的合成路线，可有效缩短生产时间，降低生产成本，同时缩短硫酸沃拉帕沙原料药的生产周期。

关键词：硫酸沃拉帕沙；中间体；[[5-（3-氟苯基）-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯

 

0  引言

硫酸沃拉帕沙（vorapaxar sulfate）由Merck公司研发并在2014年5月8日经FDA批准上市。硫酸沃拉帕沙的分子式为C₂₉H₃₃FN₂O₄·H₂SO₄。硫酸沃拉帕沙主要适用于心脏病患者或腿部动脉堵塞患者，用以进一步降低心脏病发作、中风、心血管死亡的风险。硫酸沃拉帕沙是一种首创的蛋白酶激活受体1（PAR-1）拮抗剂，可抑制由凝血酶诱导的血小板聚集，从而抑制血凝块的形成。[[5-（3-氟苯基）-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯作为合成硫酸沃拉帕沙的中间体之一，其合成研究对硫酸沃拉帕沙的生产具有重要意义。

1  合成路线的确定

1.1  文献合成路线一

[[5-（3-氟苯基）-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯的文献合成路线一如图1所示。以5-溴-2-甲基吡啶为原料，与3-氟苯硼酸进行偶联反应，得到5-（3-氟苯基）-2-甲基砒啶，最后在二异丙基氨基锂作用下与二乙基磷酰氯反应制得[[5-（3-氟苯基）-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯，总收率可达29%^[1-2]。该合成路线中的溴代物活性较低，反应收率较低，且催化剂使用成本较高，导致原材料成本提高，不适用于放大生产。

图1  文献合成路线一

1—5-溴-2-甲基吡啶 2—3-氟苯硼酸  3—5-（3-氟苯基）-2-甲基砒啶 4—[[5-（3-氟苯基）-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯

1.2  文献合成路线二

[[5-（3-氟苯基）-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯的文献合成路线二如图2所示。以5-溴-2-甲基吡啶为原料，经间氯过氧苯甲酸（m-CPBA）制得5-溴-2-甲基吡啶-1-氧化物。5-溴-2-甲基吡啶-1-氧化物与三氟乙酸酐反应后制得5-溴-2-羟甲基吡啶三氟乙酸盐，再经游离、氯代、磷酸酯化得[（5-溴吡啶-2-基）甲基]磷酸二乙酯，再与3-氟苯硼酸进行偶联反应制得[[5-（3-氟苯基）-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯，总收率可达25.5%^[3-4]。该合成路线的原料价廉易得，反应条件温和，但由于反应步骤较多，生产成本相对较高。

图2  文献合成路线二

1—5-溴-2-甲基吡啶 5—5-溴-2-甲基吡啶-1-氧化物  6—5-溴吡啶-2-三氟乙酸乙酯 7—5-溴-2-羟甲基吡啶三氟乙酸盐 8—5-溴-2-羟甲基吡啶 9—5-溴-2-（氯甲基）吡啶 10—[（5-溴吡啶-2-基）甲基]磷酸二乙酯  2—3-氟苯硼酸 4—[[5-（3-氟苯基）-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯

1.3  文献合成路线三

[[5-（3-氟苯基）-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯的文献合成路线三如图3所示。以6-甲基-3-吡啶醇为原料，与三氟甲磺酸酐反应制得化合物2-甲基-5-（（三氟甲基）磺酸基）吡啶，再与3-氟苯硼酸进行偶联反应，最后在二异丙基氨基锂（LDA）作用下与氯磷酸二乙酯反应制得[[5-（3-氟苯基）-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯^[5]。该合成路线总收率可达47.36%。该合成路线需要在-70～-60 ℃条件下反应，但是相比其他合成路线，该合成路线的反应步骤比较少，且原料易得。故本文参照该合成路线进行研究。

图3  文献合成路线三

11—6-甲基-3-吡啶醇  12—2-甲基-5-（（三氟甲基）磺酸基）吡啶  2—3-氟苯硼酸 3—5-（3-氟苯基）-2-甲基砒啶 4—[[5-（3-氟苯基）-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯

2  实验部分

2.1  反应路线

本实验反应采用文献合成路线三的方法。

1. 2.2  仪器与试剂

BruckerAscend TM 400核磁共振波普仪；1100型安捷伦液相质谱联用仪；反应中采用的试剂均为化学纯试剂。

1. 2.3  工艺流程

整体合成路线的工艺流程如图4所示。

图4  整体合成路线工艺流程

1. 2.4  2-甲基-5-[（三氟甲基）磺酸基]吡啶的合成

2. 2.4.1  实验用原料

本步骤实验用原料如表1所示。

表1  实验用原料

1. 2.4.2  合成操作实例

在氮气保护下向反应瓶中加入425 mL二氯甲烷，然后再向体系中加入65 g的6-甲基-3-吡啶醇和75mL吡啶。将体系温度降到-5～0 ℃后，向体系内滴加200 g三氟甲磺酸酐。物料投加完毕后，使体系自然回温至室温。待反应完全后，将体系倒入350mL水中，用250 mL二氯甲烷萃取，后用2 mol/L的稀盐酸洗涤，经干燥浓缩后得到122.1 g棕色液体。

2.4.3  检测项目和质量标准

本步骤实验检测项目和质量标准如表2所示。

表2  检测项目和质量标准

2.4.4  实验结果

本步骤实验结果如表3所示。

表3 实验结果

2.4.5  实验小结

本步骤产品定性的检测结果为：

（1）¹H NMR（400 MHz，CDCl₃）：2.52（单重峰，3个H，甲基），7.17～7.19（双重峰，1个H，次甲基），7.42～7.45（多重峰，1个H，次甲基），8.38～8.39（双重峰，1个H，次甲基）。

（2）质谱（质子数/电荷数）：226。本步骤反应优化后的纯度和收率能够达到预期指标。

1. 2.5  5-（3-氟苯基）-2-甲基吡啶的合成

2. 2.5.1  实验用原料

本步骤实验用原料如表4所示。

表4  实验用原料

1. 2.5.2  合成操作实例

在反应瓶中依次加入500 mL甲苯、86 g的2-甲基-5-（（三氟甲基）磺酸基）吡啶、80 g的3-氟苯硼酸、147.7 g碳酸钾、250mL乙醇、5 g四三苯基膦钯，将体系温度升至90℃，保温反应5 h。反应完全后，将体系温度降至室温并将体系倒入500mL水中，用250 mL乙酸乙酯进行萃取，水洗，干燥浓缩得56.7g棕色液体。

2.5.3  检测项目和质量标准

本步骤检测项目和质量标准如表5所示。

表5  检测项目和质量标准

2.5.4  实验结果

本步骤实验结果如表6所示。

表6  实验结果

2.5.5  实验小结

本步骤产品定性的检测结果为：

（1）¹H NMR（400 MHz，CDCl₃）：2.53（单重峰，3个H，甲基），6.98（三重峰，1个H，次甲基），7.14（单重峰，1个H，次甲基），7.15（单重峰，1个H，次甲基），7.24～7.25（双重峰，1个H，次甲基），7.31～7.35（多重峰，1个H，次甲基），7.67～7.69（多重峰，1个H，次甲基），8.67（单重峰，1个H，次甲基）。 

（2）质谱（质子数/电荷数）：188。本步骤反应优化后的纯度和收率能够达到预期指标，操作相对较为简单。

2.6  [[5-（3-氟苯基）-2-吡啶基]甲基]膦酸二乙酯的合成

2.6.1  实验用原料

本步骤实验用原料如表7所示。

表7  实验用原料

2.6.2  合成操作实例

在氮气保护下，将70.7 g二异丙基胺加入到350 mL四氢呋喃中，在氮气保护下将体系温度降温至在-60～-40 ℃，再将280 mL正丁基锂滴加到二异丙基胺的四氢呋喃溶液中，滴加结束后，在-50～-40 ℃条件下保温反应1 h，备用。将42 g的5-（3-氟苯基）-2-甲基吡啶溶于650 mL四氢呋喃溶液中，待温度降至-60 ℃，控温将新制的二异丙基氨基锂溶液滴加到体系中。滴加完毕，维持-70～-60 ℃保温反应1.5 h，将65 g氯磷酸二乙酯控温在-70 ～-60 ℃条件下滴加到体系中，投加完毕后在-40 ℃条件下保温2.5 h。反应完全后，将体系倒入1.85 L饱和氯化铵溶液中，用1.5 L乙酸乙酯萃取，水洗，干燥，浓缩得粗品，使用石油醚/乙酸乙酯与二氯甲烷/甲醇作为淋洗液，分阶段过硅胶垫得到52.74 g红棕色液体，收率为76.0%。

2.6.3  检测项目和质量标准

本步骤检测项目和质量标准如表8所示。

表8  检测项目和质量标准 

2.6.4  实验结果

本步骤实验结果如表9所示。

表9  实验结果

2.6.5  实验小结

本步骤产品定性的检测结果为：

（1）¹H NMR（400 MHz，CDCl₃）：1.18（单重峰，6个H，乙烷），3.08～3.16（多重峰，2个H，亚甲基），3.93～3.98（三重峰，4个H，乙烯），7.13～7.16（多重峰，2个H，乙炔），7.28～7.35（双重峰，1个H，次甲基），7.45～7.47（双重峰，1个H，次甲基），7.63～7.69（多重峰，1个H，次甲基），7.87～7.89（双重峰，1个H，次甲基），8.60～8.62（双重峰，1个H，次甲基）。

（2）质谱（质子数/电荷数）：324。本步骤反应优化后的纯度和收率能够达到预期指标，使用新制的二异丙基氨基锂溶液反应效果会更好，可以制备出合格的产品供后续反应使用。

3  研究结果

本实验结果显示，该合成路线反应总收率为54.9%，上述三个步骤的反应收率和纯度相对比较稳定。通过对比研究文献发现，该工艺合成路线是收率较高的一条路线。通过优化该路线每一个步骤的处理过程，简化了各步骤操作，提高了操作简便性和反应总收率。

4  结语

本实验合成路线需要注意以下问题：

（1）滴加三氟甲磺酸酐过程中，注意控制温度，滴加过快，温度上升明显，有可能导致副产物产生，滴加过程中需要控温；

（2）正丁基锂使用过程中要保证无水无氧，滴加时需控制好温度，必要时在投料前准备好砂土；

（3）5-（3-氟苯基）-2-甲基吡啶的合成中，反应结束淬灭时，乙酸乙酯萃取出现乳化现象，可尝试过滤后再萃取；

（4）最终产品可尝试用硅胶过柱，纯度可达到98%以上。

本文所选路线摒除了其他路线中使用过氧化物的弊端，提高了收率。该反应路线中的磷酯化需要在-70～-60 ℃条件下反应，尽管反应条件相对苛刻，但反应时间较短，商业化生产过程中能显著提高生产效率，有效缩短生产时间，降低生产成本，同时缩短硫酸沃拉帕沙原料药的生产周期。

 

[参考文献]

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作者简介：

黄薇（1986—），女，河北邯郸人，助理工程师

研究方向：

制药工程