2018, Vol. 35
2. 天津化学化工协同创新中心, 天津 300072;
3. 天津市功能精细化学品技术工程中心, 天津 300072
2. Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering, Tianjin 300072, China;
3. Tianjin Engineering Research Center of Functional Fine Chemicals, Tianjin 300072, China
非小细胞肺癌(ALK)是肺癌中最常见的组织学类型[1]，其患者数量百分比高达85%。间变性淋巴瘤激酶(ALK)基因重排是NSCLC中重要的肿瘤驱动基因[2-3]，针对ALK融合基因的小分子抑制剂TAE684、色瑞替尼(ceritinib)、克唑替尼(crizotinib)等可以有效抑制肿瘤细胞增殖、诱导肿瘤细胞凋亡，已经被广泛应用于临床治疗[4-9]。利用了分子靶向治疗特异性高，副反应少的优势[10-11]。
作为新药设计中的优势结构——嘧啶类化合物2, 5-二氯-N-[2-(异丙基磺酰基)苯]-4-胺具有抗肿瘤活性好、毒副作用小等优点，且受到药物化学工作者的高度重视，广泛应用于靶向ALK小分子抑制剂TAE684[12]、色瑞替尼(ceritinib)等药物分子的合成上，这使得2, 5-二氯-N-[2-(异丙基磺酰基)苯]-4-胺的合成工艺研究具备重要的应用价值和广阔的市场前景。
目前2, 5-二氯-N-[2-(异丙基磺酰基)苯]-4-胺的合成路线主要如下所示：
 |
以l-(异丙基磺酰基)-2-硝基苯为起始原料，经过还原、亲核取代反应生成目标产物2, 5-二氯-N-[2-(异丙基磺酰基)苯]-4-胺(化合物2)。其中通过还原反应得到的产物2-(异丙基磺酰基)苯胺(化合物1)，文献中主要用到的条件有：1)以钯为催化剂, 甲醇为溶剂，标准大气压的氢气还原反应6 h，产物的收率为88%[13]。2)以钯为催化剂，甲醇和四氢呋喃为溶剂，室温下还原反应4 h，产物的收率为91%[14]。文献中化合物2的合成主要是以N, N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，氢化钠为缚酸剂，经亲核取代反应制得，并没有对反应条件进行优化，产物的最高收率只有60%[15-17]。因此，目前公开报道的工艺总收率偏低。
本工作展开对化合物2的两步合成工艺研究，优化了第1步还原过程，反应收率达到94.9%；并对关键第2步亲核取代反应进行了反应条件的探究和优化，如溶剂的选择与配比、反应物的配比、缚酸剂的选择与配比、投料方式、后处理重结晶溶剂的选择，使得反应收率相对文献有所提高，达到72.2%，最终产物总收率提高至68.5%。反应后处理简单且产品纯度高，适合工业化生产。
1 实验部分 1.1 试剂与仪器氯化铵、锌粉、N, N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)，均为AR，天津市光复精细化工研究所；1-异丙基磺酰基-2-硝基苯、2, 4, 5-三氯嘧啶，北京百灵威科技有限公司；无水乙醇、石油醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、无水硫酸钠、氢化钠，均为AR，天津科威化工有限公司；溶剂经过干燥及重蒸后使用；柱层析用硅胶(200~300目)，烟台新诺化工有限公司。
20 L旋转蒸发仪(巩义市予华仪器有限责任公司)；INOVA-500 MHz型核磁共振波谱仪(美国Varian公司)；LCQ advantage MAX型液相色谱-ESI质谱联用仪(美国Temrmo fisher公司)；LCQ advantage MAX型液相色谱-ESI质谱联用仪(美国Temrmo fisher公司)。
1.2 合成方法 1.2.1 化合物1的合成在250 mL三口瓶中依次加入l-(异丙基磺酰基)-2-硝基苯(5.00 g，22 mmol)，氯化铵(4.80 g，90 mmol)，无水乙醇和水的混合溶液[80 mL，m(无水乙醇)/m(水)=4]，锌粉(10.00 g，153 mmol)，机械搅拌下，缓慢升温至90 ℃，回流反应2 h，反应完毕后，冷却至室温，过滤，乙酸乙酯萃取、分液，用水多次洗涤有机相，干燥有机相并浓缩，以V(石油醚):V(二氯甲烷)=10:1对浓缩液进行重结晶，分离提纯得棕黄色固体4.16 g，收率为94.9%。1H-NMR(500 MHz, CDC13)，δ：7.66~7.62(m，1H)，7.40~7.30(m，1H)，6.85~6.78(t，J=10.0 Hz，15.0 Hz，1H)，6.73~6.70(d，J=10.0 Hz，1H)，5.08(s，2H)，3.40~3.30(m，1H)，1.30~1.31 (d，J=5.0 Hz，6H)；ESI-MS：m/Z=222.0[(M+Na)+](caled for C9H13NO2SNa+: m/Z=222.1)。
1.2.2 化合物2的合成在100 mL三口瓶中依次加入化合物1(1.20 g，6 mmol)，DMF和DMSO的混合溶液[11 mL，V(DMF):V(DMSO)=10:1]，磁力搅拌至完全溶解，溶液为浅棕色。在冰水浴条件下磁力搅拌，同时将氢化钠(0.10 g，4 mmol)缓慢加入DMF和DMSO混合溶液[3.7 mL，V(DMF):V(DMSO)=10:1]中制备成悬浊液，缓慢滴加至反应器中，搅拌15 min后，缓慢滴加溶解在DMF和DMSO[7.3 mL，V(DMF):V(DMSO)=10:1]中的2, 4, 5-三氯嘧啶(7.30 g，4 mmol)溶液，混合溶液搅拌15 min，然后将滴加氢化钠悬浊液与2, 4, 5-三氯嘧啶溶液的操作重复2次。室温搅拌2 h。反应完毕后，过滤，乙酸乙酯萃取、分液，用水多次洗涤有机相，无水硫酸钠干燥有机相并浓缩。以V(石油醚):V(二氯甲烷)=5:1对浓缩液进行重结晶，分离提纯得白色固体1.50 g，收率为72.2%。1H-NMR(500 MHz，CDCl3)，δ：10.06(s, 1H)，8.62~8.64(d，J=10.0 Hz，1H)，8.30(s，1H)，7.91~7.93(m，1H)，7.70~7.75(m，1H)，7.30~7.34(m，1H)，3.18~3.24(m，1H)，1.30~1.31(d，J=5.0 Hz，6H)；ESI-MS：m/Z=346.1 [(M+H)+](caled for C9H14NO2S+：m/Z=346.0)。
2 结果与讨论由l-(异丙基磺酰基)-2-硝基苯得到化合物1，是典型的还原反应。锌粉还原法相对于氢气还原法等的优势在于锌粉与氯化铵来源广、价格低，且反应条件温和。在反应过程中，还原剂与溶剂的选择等对反应的影响很大，本研究通过优化反应条件，以锌粉为还原剂，弱酸性的氯化铵活化锌粉，乙醇和水为溶剂，加热回流反应2 h的反应条件，最后产物的收率提高至94.9%。
化合物1与2, 4, 5-三氯嘧啶的反应是典型的亲核取代反应，在反应过程中，反应溶剂及缚酸剂的选择十分关键，且反应物料的的配比及投料方式等对产物的收率也有很大影响。通过对比相关文献[15-17]，我们发现此步反应具有很大的提升空间，因此考察了反应溶剂的选择及其配比、缚酸剂的选择及其用量、反应物的配比及投料方式、重结晶溶剂的选择对反应过程及产物收率的影响。
2.1 溶剂对产物的影响溶剂能使反应物有效扩散，增大反应物的接触，促进反应的进行，提高产率。本研究在其它条件不变的情况下，考察了不同的溶剂对产物的影响，并且文中用到的溶剂均除水，结果见表 1。
| 序号 | 溶剂 | 产物 |
| 1 | 二氯苯 | 无 |
| 2 | 喹啉 | 无 |
| 3 | 苯甲醚 | 无 |
| 4 | 1, 4-二氧六环 | 无 |
| 5 | 四氢呋喃 | 无 |
| 6 | N, N-二甲基甲酰胺 | 有 |
| 7 | 二甲基亚砜 | 无 |
结果表明，只有在溶剂DMF中才有产物生成，其它溶剂中均没有产物生成。DMF作为极性溶剂能使离去基团—Cl溶剂化，有利于—Cl的离去，从而促进反应的进行；DMF作为非质子性溶剂，其分子中的偶极正端由于位于内部而受到屏蔽，偶极负端暴露于分子外部，容易和其它分子的正端形成偶极-偶极端, 这样在亲核试剂的负端周围很少有溶剂分子，其本身为裸露状态，活性较大，使反应容易进行[18]。
同时，不同的溶剂配比对产物收率也是有影响的，因此，我们在其它条件相同的情况下，考察了不同的溶剂配比对反应的影响，结果见表 2。
| 序号 |
V(N, N-二甲基甲酰胺): V(二甲基亚砜) |
产物收率/ % |
| 1 | 0:1 | 0 |
| 2 | 5:1 | 43.4 |
| 3 | 10:1 | 62.2 |
| 4 | 15:1 | 54.2 |
| 5 | 1:0 | 41.9 |
结果表明，当V(DMF):V(DMSO)为10:1时，产物的收率最高，且明显高于单独使用溶剂DMF，这是因为DMSO的极性比DMF大，极性溶剂能使离去基团溶剂化，更有利于离去基团的离去，从而促进反应的进行。纯DMSO作为反应溶剂无法得到产物是2, 4, 5-三氯嘧啶溶解性很差造成的。因此，本实验选用溶剂的配比为V(DMF):V(DMSO)=10:1。
2.2 反应物配比对产物收率的影响我们发现，反应的过程中，当反应物配比不同时，产物的收率也不同，因此，本论文在其它条件相同的情况下，考察了不同的反应物配比对产物收率的影响，结果如表 3。
| 序号 |
n(2, 4, 5-三氯嘧啶)/ n[2-(异丙基磺酰基)苯胺] |
产物收率/ % |
| 1 | 1.6 | 55.4 |
| 2 | 1.8 | 62.3 |
| 3 | 2.0 | 65.8 |
| 4 | 2.2 | 66.0 |
| 5 | 2.4 | 66.1 |
结果表明，当n(2, 4, 5-三氯嘧啶)/n[2-(异丙基磺酰基)苯胺]=2.0时，产物收率提高的比较明显，而当其配比再增大时，产物收率变化并不大，并且由于2, 4, 5-三氯嘧啶的过量使得后处理及产物分离难度增加。因此，反应物的配比选择n(2, 4, 5-三氯嘧啶)/n[2-(异丙基磺酰基)苯胺]=2.0。
2.3 缚酸剂对产物的影响反应中会释放出HCl，为使反应平衡向生成物方向进行，需加入一定量的缚酸剂，以除去反应生成的HCl。不同的缚酸剂对反应的影响也比较显著, 通过实验，我们发现碳酸钾、碳酸铯为缚酸剂时没有产物生成，只有用氢化钠时才有产物生成, 因此本反应使用了缚酸剂氢化钠，并考察了缚酸剂用量对产物收率的影响，结果见表 4。
| 序号 |
n(氢化钠)/ n[2-(异丙基磺酰基)苯胺] |
产物收率/ % |
| 1 | 1.6 | 55.4 |
| 2 | 1.8 | 60.1 |
| 3 | 2.0 | 63.5 |
| 4 | 2.2 | 64.2 |
| 5 | 2.4 | 64.3 |
从表 4中可以看出，当n(氢化钠)/n[2-(异丙基磺酰基)苯胺]小于2.0时，产物收率较低，随着缚酸剂用量的增加，产物收率增大，当其物质的量之比为2:1时，收率最大，继续增加氢化钠的用量，反应收率并没有明显提高，因此我们选择n(氢化钠)/n[2-(异丙基磺酰基)苯胺]=2.0为缚酸剂较适宜的用量。
2.4 投料方式对产物收率的影响实验过程中，我们发现投料方式不同对产物的收率影响也比较大，因此我们在其他条件相同，保持投入的氢化钠与2, 4, 5-三氯嘧啶的总量一定的情况下, 考察了投料方式对产物收率的影响, 结果见表 5。
| 序号 | 氢化钠与2, 4, 5-三氯嘧啶分批次加入次数 | 产物收率/ % |
| 1 | 1 | 55.3 |
| 2 | 2 | 62.4 |
| 3 | 3 | 72.2 |
| 4 | 4 | 72.3 |
结果表明，随氢化钠与2, 4, 5-三氯嘧啶分批次加入的次数增加时，产物收率逐渐升高。当分3次加入时，产物的收率比较高，为72.2%，当分批次加入的次数再次提高时，对产物收率的影响不明显，因此，我们分3次加入氢化钠与2, 4, 5-三氯嘧啶。
2.5 后处理对产物收率的影响实验中，我们采取了3种混合溶剂进行重结晶操作，分别为V(石油醚):V(二氯甲烷)=5:1，V(环己烷):V(二氯甲烷)=5:1，V(正己烷):V(二氯甲烷)=5:1，在其它条件相同的情况下，考察了它们对产物收率的影响，结果见表 6。结果表明，当用V(石油醚):V(二氯甲烷)为5:1重结晶时，产物的收率最高。
| 序号 | 重结晶溶剂 | 产物收率/% |
| 1 | V(石油醚):V(二氯甲烷)=5:1 | 65.7 |
| 2 | V(环己烷):V(二氯甲烷)=5:1 | 62.1 |
| 3 | V(正己烷):V(二氯甲烷)=5:1 | 61.4 |
通过实验研究，本实验最后确定的条件如下：溶剂V(DMF)/V(DMSO)=10:1；反应物n(2, 4, 5-三氯嘧啶):n[2-(异丙基磺酰基)苯胺]=2:1；缚酸剂n(氢化钠):n[2-(异丙基磺酰基)苯胺]=2:1；并且，反应过程中分3次加入原料2, 4, 5-三氯嘧啶和缚酸剂氢化钠，重结晶溶剂选用V(石油醚):V(二氯甲烷)=5:1。
3 结论对重要的药物中间体2, 5-二氯-N-[2-(异丙基磺酰基)苯]嘧啶-4-胺的两步合成工艺进行了优化改进，通过确定第1步还原过程的条件：缚酸剂为氯化铵，还原剂为锌粉，溶剂为乙醇和水，使得反应收率达到94.9%；第2步亲核取代过程的条件：溶剂配比V(DMF):V(DMSO)=10:1，反应物配比n(2, 4, 5-三氯嘧啶):n[2-(异丙基磺酰基)苯胺]=2:1，缚酸剂用量n(氢化钠):n[2-(异丙基磺酰基)苯胺]=2:1，以及反应过程分3次加入原料2, 4, 5-三氯嘧啶和缚酸剂氢化钠的条件，使得反应收率提高到72.2%。最终产物总收率提高至68.5%。通过优化反应条件，使得药物中间体2, 5-二氯-N-[2-(异丙基磺酰基)苯]嘧啶-4-胺的合成适合工业化生产，从而用于靶向ALK小分子抑制剂TAE684、色瑞替尼等的合成研究，具有广阔的市场前景。
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