引用本文
夏然, 孙莉萍, 渠桂荣, 陈磊山. 抗白血病药物克拉屈滨的合成[J]. 应用化学, 33(11): 1274-1278
XIA Ran, SUN Liping, QU Guirong, et al. Synthesis of Anti-leukemia Drug Cladribine[J]. Chinese Journal of Applied Chemistry, 33(11): 1274-1278  
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抗白血病药物克拉屈滨的合成
夏然a,*, 孙莉萍b, 渠桂荣c, 陈磊山a
新乡学院a化学化工学院
b生命科学与技术学院 河南 新乡 453003
c河南师范大学化学化工学院 河南 新乡453007
通讯联系人:夏然,副教授; Tel:0373-3682674; E-mail:ranxia518@hotmail.com; 研究方向:核苷类药物的设计合成
收稿日期:2016-01-18 修回日期:2016-03-22 接受日期:2016-05-05
基金:国家自然科学基金(21172059)、河南省高等学校重点科研项目(16A150042)资助项目;
摘要

报道了抗白血病药物克拉屈滨的合成新方法:在NaH作用下,廉价易得的6-氯嘌呤高选择性地在 β位和1-氯-2-脱氧-3,5-二- O-对氯苯甲酰基- D-核糖缩合; β-缩合物的2位在三氟乙酸酐和四丁基硝酸铵作用下引入硝基;在NH4Cl/EtOH作用下,2-硝基转化为2-氯;最后在饱和NH3/CH3OH溶液中完成保护基脱除和6-氯氨解两步反应,以4步共43.5%的总收率得到抗白血病药物克拉屈滨。 该方法完全避免了 α异构体的生成,原料廉价易得,分离纯化不需柱层析,且反应扩大到100 g规模时,收率无下降,具有较好的应用前景。

关键词: 氯嘌呤; 克拉屈滨; 硝化反应; 规模合成
中图分类号:O622.1 文献标志码:A 文章编号:1000-0518(2016)11-1274-05
Synthesis of Anti-leukemia Drug Cladribine
XIA Rana, SUN Lipingb, QU Guirongc, CHEN Leishana
aCollege of Chemistry and Chemical Engineering
bSchool of Life Science and Technology,Xinxiang University,Xinxiang,He'nan 453003,China
cCollege of Chemistry and Chemical Engineering,He'nan Normal University,Xinxiang,He'nan 453007,China
Corresponding author:XIA Ran, associate professor; Tel:0373-3682674; E-mail:ranxia518@hotmail.com; Research interests:synthesis of nucleoside
Received:2016-01-18 Revised:2016-03-22 Accepted:2016-05-05
Fund:Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.21172059), the Key Scientific Research Projects in Universities of He'nan Province(No.16A150042)
Abstract

Cladribine, an anti-leukemia drug, was synthesized in 43.5% total yield by 4 steps. Readily available 6-chloropurine was glycosylated with 1-chloro-3,5-di- O-p-benzoyl- D-ribose with good selectivity for β anomer in the presence of NaH. The C2-H of β-glycosylated product was converted into C2-NO2 using 2,2,2-trifluoroacetic anhydride and tetrabutylammonium nitrate, followed by the transformation of C2-NO2 into C2-Cl in NH4Cl/EtOH solution. The deprotection step and ammonolysis of C6-Cl were accomplished in NH3/CH3OH. The separation of α-anomer, expensive starting materials and chromatography are not required. Moreover, cladribine could be produced on a 100 gram scale with maintained yield, indicating good potential in industrial applications.

Keyword: chloropurine; cladribine; nitration reaction; scalable synthesis

克拉屈滨(cladribine,化合物1),化学名2-氯-2'-脱氧腺嘌呤核苷,1993年首次在美国上市,商品名Leustatin,由Onho Biotech和Johnson&Johnson公司共同研发,用于治疗毛细胞白血病(HCL)和Walden-Strom氏巨球蛋白血病[1]。 作为2'-脱氧核苷类代表性药物[2],是一线的核苷类抗白血病药物,国内外需求量大。

文献报道的克拉屈滨的合成方法主要有以商品化核苷为原料的碱基[3,4,5]、糖基[6]修饰法,以及以嘌呤碱基和脱氧核糖衍生物为原料的缩合法[7,8,9],后者以其原料廉价易得更受到关注。 缩合法的不足之处是缩合时产生近一半的 α异构体,难以分离,收率降低。 如以2,6-二氯嘌呤和脱氧核糖为原料[7],收率仅8%。 Robins等[8]将咪唑基团引入嘌呤6位,然后再和1-氯-2-脱氧-3,5-二- O-对氯苯甲酰基- D-核糖缩合,因咪唑基团的位阻较大,会减少 α异构体生成,收率可以达到59%,但引入和脱除咪唑基增加了反应步骤。 岑均达等[9]将2-氯腺嘌呤和1-氯-2-脱氧-3,5-二- O-对氯苯甲酰基 -D-核糖缩合,收率可达69%,但2-氯腺嘌呤的量是1-氯-2-脱氧-3,5-二- O-对氯苯甲酰基 -D-核糖的2.3倍,成本较高。 故开发高效、 β选择性好的克拉屈滨的合成方法具有重要意义。

蒋忠良等[10]曾报道以NaH为碱,乙腈为反应溶剂,6-氯嘌呤和1-氯-2-脱氧-3,5-二- O-对氯苯甲酰基 -D-核糖缩合,可以高选择性地得到 β-缩合物6-氯-2'-脱氧-3',5'-二- O-对氯苯甲酰基- β-D-呋喃基嘌呤核苷。 受此启发,我们在缩合物2位引入硝基,继而将2-硝基转化为2-氯[11],最后将6位氯原子氨解,以4步和43.5%的总收率得到克拉屈滨。 避免了 α异构体的生成,原料廉价易得,且反应规模扩大到100 g时,收率无下降,具有较好的应用前景(Scheme 1所示)。

Scheme 1 The synthetic route of cladribien(compoud 1)

1 实验部分
1.1 仪器和试剂

AC 400型核磁共振仪(德国Bruker公司),DMSO-d6或CDCl3为溶剂,TMS为内标;Q-TofMS/MS型高分辨质谱仪(美国Waters公司);XRC-1型显微熔点仪(四川大学科仪厂),温度计未校正;CJF-0.25型高压反应罐(巩义市予华仪器有限公司)。

6-氯嘌呤、1-氯-2-脱氧-3,5-二- O-对氯苯甲酰基 -D-核糖(纯度>99%,新乡拓新生化股份有限公司)。 所用试剂均为市售分析纯。 乙腈加入硫酸镁干燥后减压蒸馏处理,CH2Cl2用4Å分子筛干燥处理24 h。 其它试剂未经进一步处理。

1.2 实验方法

1.2.1 6-氯-2'-脱氧-3',5'-二- O-对氯苯甲酰基 -β-D-呋喃基嘌呤核苷的合成(化合物4) 根据文献[10]方法制备,收率72%,产物为淡黄色油状物,1H NMR数据与文献[10]报道相符。1H NMR(CDCl3,400 MHz), δ:8.57(s,1H),8.24(s,1H),8.16~8.13(m,4H),7.50~7.47(m,4H),6.60~6.56(m,1H),5.86(t, J=4.4 Hz,1H),4.80(ddd, J1=3.6 Hz, J2=12.4 Hz, J3=15.6 Hz,2H),4.68(q, J=3.6 Hz,1H),3.27~3.20(m,1H),2.87~2.58(m,1H);13C NMR(CDCl3,100 MHz), δ:166.2,165.9,155.8,153.2,149.6,138.6,133.7,129.8,129.6,128.6,84.8,82.9,75.3,37.8,18.4。

1.2.2 6-氯-2-硝基-2'-脱氧-3',5'-二- O-(对氯苯甲酰基)- β-D-呋喃基嘌呤核苷的合成(化合物5) 四丁基硝酸铵(10.1 g,33 mmol)溶解于无水CH2Cl2(50 mL)中,冷却至0 ℃,加入三氟乙酸酐(4.6 mL,33 mmol),搅拌20 min,加入新制备的化合物4(12.1 g,22 mmol),保持0 ℃反应5 h,加入饱和Na2CO3溶液(100 mL),搅拌,分出有机相,水相用CH2Cl2(20 mL)萃取两次,合并有机相,无水Na2SO4(1 g)干燥,减压(真空度≈0.011 MPa)除去溶剂,得到淡黄色油状物10.56 g,即化合物5,收率81%。1H NMR(CDCl3,400 MHz), δ:8.28(s,1H),8.01~7.97(m,4H),7.47~7.45(m,4H),6.45~6.41(m,1H),5.62~5.60(m,1H),4.72(ddd, J1=3.6 Hz, J2=12.4 Hz, J3=15.6 Hz,2H),4.52(q, J=3.6 Hz,1H),2.73~2.68(m,1H),2.36~2.28(m,1H);13C NMR(CDCl3,100 MHz), δ:165.32,163.3,156.2,151.9,149.0,139.9,131.2,130.9,129.2,129.0,119.3,85.0,82.4,75.1,64.4,37.8,12.4;HRMS计算值C24H17Cl3N5O7[M+H]+ 592.0188,实测值592.0184。

1.2.3 2,6-二氯-2'-脱氧-3',5'-二- O-(对氯苯甲酰基)- β-D-呋喃基嘌呤核苷的合成(化合物6) 化合物5(5.9 g,10 mmol)加入到无水乙醇(20 mL)中,加入NH4Cl(0.8 g,15 mmol),加热回流反应10 h,减压(真空度≈0.011 MPa)除去溶剂,无水乙醇重结晶,得到白色固体6,4.77 g,收率82%。 mp 210~212 ℃。1H NMR(DMSO-d6,400 MHz), δ:8.25(s,1H),8.00(t, J=4.4 Hz,4H),7.63~7.58(m,4H),6.28(t, J=6.8 Hz,1H),5.63~5.60(m,1H),4.60(ddd, J1=4.4 Hz, J2=12.0 Hz, J3=16 Hz,2H),4.49(t, J=4.0 Hz,1H),2.62~2.50(m,2H);13C NMR(DMSO-d6,100 MHz), δ:164.7,164.5,163.6,150.4,138.6,135.8,131.2,131.1,129.0,128.9,110.0,84.3,80.8,74.9,35.8,11.9;HRMS计算值C24H16Cl4N4NaO5[M+Na]+ 602.9767,实测值602.9765。

1.2.4 克拉屈滨的合成(化合物1) 化合物6(5.82 g,10 mmol)加入到预先装有饱和NH3/CH3OH溶液(200 mL)的高压反应釜中,加热到50 ℃(压力约1.2 MPa),反应10 h,降温,释放压力,反应液减压(真空度≈0.011 MPa)除去溶剂,用水重结晶,得到白色固体克拉屈滨2.60 g,收率91%。 白色固体,mp 306 ~ 310 ℃(dec.)(文献[9]mp >300 ℃)。1H NMR(DMSO-d6,400 MHz), δ:8.34(s,1H),7.34(brs,2H),6.34(dd, J1=6.0 Hz, J2=10.6 Hz,1H),5.34(d, J=18.8 Hz,1H),4.11(t, J=2.4 Hz,1H),3.88(q, J=4.0 Hz,1H),3.57(dd, J1=11.2 Hz, J2=3.6 Hz,2H),3.76~3.69(m,1H),2.28~2.23(m,1H);13C NMR(DMSO-d6,100 MHz), δ:155.9,152.2,148.7,139.4,119.0,87.8,83.8,70.8,61.7,28.4;HRMS计算值C10H13ClN5O3[M+H]+286.0701,实测值286.0703。

2 结果与讨论
2.1 碱基对缩合反应的影响

如果提前引入氯原子,即使用2,6-二氯嘌呤而不是6-氯嘌呤,在和1-氯-2-脱氧-3,5-二- O-对氯苯甲酰基- D-核糖缩合时, β选择性差,不能高收率地得到带保护基的 β-缩合物;而6-氯嘌呤和1-氯-2-脱氧-3,5-二- O-对氯苯甲酰基- D-核糖缩合时, β异构体的收率可以达到72%,所以6-氯嘌呤是最佳选择。

Scheme 2 The condensation of 2,6-dichloropurine(compound 7) with 2-deoxy-3,5-di- O-( p-chlorobenzoyl)- D-ribofuranosyl chloride(compound 2)

2.2 氨解温度对反应的影响

在室温条件下,化合物6和饱和NH3/CH3OH溶液反应,得到2'-脱氧-2,6-二氯嘌呤核苷(化合物9,收率65%)。 随着反应温度的提高,化合物9的比例逐渐下降,化合物1的比例逐渐增加。 经过优化,在50 ℃反应10 h,化合物1的收率最高,无化合物9的生成(Scheme 3,表1)。 继续升高温度,收率稍有提高,但是较高的温度使反应釜压力增大,操作不安全。 综合考虑,以50 ℃反应10 h为宜。反应结果也显示,反应顺序为:脱酰基>6-氯氨解,可以通过控制反应温度和反应时间,得到相应的产物。 这与文献[4]报道的结果一致。 本路线也为目标产物的类似物的合成提供了一个便捷的方法。

Scheme 3 The effects of temperature on the ammonolysis of compound 6

表1 氨解反应条件的优化 a Table 1 The optimization of ammonolysis a
2.3 反应规模对反应的影响

为了增加该反应的实用性,我们还考察了关键步骤硝化和氯代的反应规模对收率的影响(表2)。 结果显示,在适当延长反应时间后,硝化步骤可以扩大到100 g,氯代步骤可以扩大到200 g,收率没有下降,分离纯化不需柱层析,操作及后处理均非常简便。

表2 不同反应规模对收率的影响 a Table 2 The effects of reaction scales on the yield a

由表2可知,将反应规模从10 g级扩大到100 g级,经过常规的分离提纯后,硝化收率可以达到80%。 在反应规模达到200 g时,氟代步骤的收率可以达到83%。 对母液回收利用,收率还会有所增加,所以,总体上整条路线的收率高,分离纯化简便,应用性强。

3 结 论

以廉价的6-氯嘌呤和1-氯-2-脱氧-3,5-二- O-对氯苯甲酰基 -D-核糖为原料,高选择性地缩合得到 β异构体后,通过硝化/氯代反应,在嘌呤碱基的2位引入氯原子,6位氯原子在饱和的NH3/CH3OH溶液氨解,以4步和43.5%的总收率得到抗白血病药物克拉屈滨。 该方法完全避免了 α异构体的生成,原料廉价易得,分离纯化不需柱层析,操作简便,且反应规模扩大到100 g规模时,收率无下降。 为克拉屈滨的合成提供了一条新的合成途径,具有潜在的应用前景。

辅助材料(Supporting Information)[中间体及产物1H NMR和13C NMR图谱]可以免费从本刊网站(http://yyhx.ciac.jl.cn/)下载。

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