2,5-二氨基-4,6-二羟基嘧啶盐酸盐的合成研究 (2)

2,5-二氨基-4,6-二羟基嘧啶盐酸盐的合成研究一、研究背景艾滋病是由人类免疫缺陷病毒感染所致的传染性疾病，1981年在美国首次报道发现艾滋病以来，艾滋病迅速在全球范围内蔓延和扩散，因其缺乏治愈艾滋病的方法，致使感染者将在恐惧的等待中，渐渐走向死亡，因此人们将艾滋病称为“超级癌症”和“世纪瘟疫”。艾滋病并不是简单的医学问题，因其治疗费用昂贵，给个人、家庭和社会带来了沉重的负担以及严重的社会问题。目前，对于艾滋病的治疗采用“鸡尾酒疗法”效果较好，可以使受到艾滋病的发病率和死亡率都有了相当的控制。阿巴卡韦是“鸡尾酒疗法”的主要药物，它具有口服生物利用率高，并可进入中枢神经系统，而且耐药性慢等特点。因此，研究阿巴卡韦的合成对于艾滋病的治疗有着重要的意义。1．阿巴卡韦简介阿巴卡韦（abacavir，ABC）是一种抗艾滋病新药，为新的碳环2'-脱氧鸟苷核苷类药物，其口服生物利用度高，易渗入中枢神经系统。与其他核苷类逆转录酶抑制剂一样，它是一个无活性的前药，在体内经4个步骤代谢成为具活性的三磷酸酯，并通过以下2条途径发挥抑制人免疫缺陷病毒(HIV)逆转录酶的作用：①竞争性地抑制2'-脱氧鸟苷三磷酸酯(dGTP)(DNA合成片段之一)结合进入核酸链。②通过阻止新碱基的加入而有效地终止DNA链的合成。2．阿巴卡韦的性状阿巴卡韦（abacavir）是一种羧基环化脱氧鸟苷类似物[42]，属于新一代逆转录酶抑制剂。阿巴卡韦为白色或类白色粉末，密度：1.7g/m3，沸点：636℃，闪点：338.4℃，分子式为C14H18N6O。其化学名为：(1S,4R)-4-[2-氨基-6-(环丙氨基)-9H-嘌呤-9-基]-2-环戊烯-1-甲醇、阿波卡韦和赛进，它的化学结构式见图1-4。具有良好的抗人类免疫缺陷病毒活性，交叉耐药性较小，与拉米夫定、齐多夫定联用可发挥协同作用，是当今抗艾滋病“鸡尾酒疗法”的重要成分之一。3．国内外发展现状阿巴卡韦最早由英国的葛兰素韦康公司生产，是葛兰素史克公司推出的全球唯一的抗逆转录病毒治疗三联复方药物是的一种，与齐多夫定、拉米夫定共同组成“三协唯”药物。1998年美国FDA批准硫酸阿巴卡韦的片剂和口服液上市，已在世界28个国家和地区销售，2000年就有3.5亿美元的销售额，2005年达到7.5亿美元，大有取代AZT的趋势，其市场前景普遍看好。硫酸阿波卡韦硫酸阿巴卡韦片剂及其口服液2000年在中国授权，2002年上市，原有药品行政保护，但已于2007年10月28日到期。由于该品种工艺技术难度很大，目前国内尚未有生产厂家。4．市场情况现阶段，抗艾滋病病毒药物中的核苷类逆转录酶抑制剂、非核苷类逆转录酶抑制剂以及蛋白酶抑制剂，这三类药物的发展相对成熟。随着对艾滋病药物耐药性的研究，推出了效果较好的“鸡尾酒疗法”，从而使因艾滋病病毒所致的艾滋病的发病率以及死亡率都得到了一定的控制。特别是在“鸡尾酒疗法”中使用HIV抑制剂，可以使进展期和晚期的患者获得显著地临床改善以及生存期延长。由文献[41]可知，当今构成高度活性抗逆转录酶病毒治疗法基础的核苷类逆转录酶抑制剂在世界七大主要抗艾滋病药物市场销售额中占有很大的份额（世界七大主要市场指美国、英国、法国、德国、西班牙、意大利和日本），2007年销售额达到33.6亿美元预计在2012年销售额可达到37.3亿美元。5．阿巴卡韦的临床应用评价英国的葛兰素韦康公司开发的阿巴卡韦是新一代抗艾滋病药物，具有口服生物利用率高，并且可进入中枢神经系统，同时，耐药性慢等特点。阿巴卡韦对抑制临床分离的HIV-1的效价作用和齐多夫定的作用相当，比去羟基苷的作用强，但比扎西他滨的作用要弱。在MT4细胞中，阿巴卡韦与奈韦拉平、安普那韦和齐多夫定联合用药，可以产生有很强的协同抗HIV-1B作用，并且阿巴卡韦与去羟基苷、扎西他滨和拉米夫定的药物联合应用时也可以产生相加和协同作用，并且合用时不受到饮食的影响。阿巴卡韦有良好的水溶性和脂溶性，它在人体细胞内经过一系列酶的催化，转化为活性分子卡波韦三磷酸，通过各种动物实验表明阿巴卡韦的生物利用度高，可以达到76%～100%，脑脊液药浓度可达血浆浓度的18%，在渗透入脑方面要比大多数的蛋白酶抑制剂要强。同时，阿巴卡韦的转化率高，其主要的代谢产物为5′-葡糖苷酸及5′-羧化物，大约仅有11%～13%未被代谢，主要通过肾排泄[43]。由文献[44]可知，未经齐多夫定治疗或经齐多夫定有限时间按治疗（≤12周）的人类免疫缺陷病毒感染者口服阿巴卡韦治疗四周后，血浆水平每毫升下降1.48-1.84log10拷贝，CD4+细胞计数每升可升高（63-83)×106再用阿巴卡韦加齐多夫定或安慰剂治疗八周，仍维持以上效果。1998年12月阿巴卡韦获得了美国食品药物管理局的认证，于1999年7月上市销售后，取得了惊人的销量，2000年的销售额达到了3.5亿美元，2005年的销售额达到了7.5亿美元[45]。随着抗艾滋病药物联合用药的研究，2004年11月葛兰素史克公司推出的抗逆转录病毒治疗——“鸡尾酒疗法”的三联复方药物（阿巴卡韦、拉米夫定和齐多夫定，集这三种抗艾滋病毒活性成分于一体的高效药品），患者只需在早晚服用一片即可，产生的药效要比单一用药强，并且患者的依从性强，不易产生耐药性，因此阿巴卡韦在抗艾滋病药物的临床应用中起着重要作用，其市场前景普遍看好。6．意义艾滋病病毒已侵袭了全世界，因其蔓延速度快，造车患病人数剧增。面对这一严峻挑战，世界各国都在为控制与预防艾滋病病毒，而积极地研制、开发抗艾滋病的药物。目前，在临床治疗艾滋病及其相关综合症较有效的药物，主要是核苷类逆转录酶抑制剂—阿巴卡韦，它的市场前景广阔，对其合成的研究有着重要意义。7．阿巴卡韦的合成路线依据查阅文献[44]可知，在阿巴卡韦的合成过程中，主要由2个关键中间体合成，一是2-氨基-4,6-二氯-5-甲酰氨基嘧啶，二是(1S,4R)-cis-4-乙酰氨基-2-环戊烯-1-甲醇。2个关键中间体缩合、环合得到嘌呤衍生物，然后与环丙胺缩合生成(1S,4R)-cis-4(-2-氨基-6-环丙胺基-9-H-嘌呤-9-基)-2-环戊烯-1-甲醇，即阿巴卡韦。主要合成路线见图1-5。2,5-二氨基-4,6-二羟基嘧啶是合成2-氨基-4,6-二氯-5-甲酰氨基嘧啶的重要中间体，对于阿巴卡韦的合成起着重要的作用，在市场上的需求量很大，而且价格比较高，因此对于2,5-二氨基-4,6-二羟基嘧啶盐酸盐的合成方法改进和收率的提高对阿巴卡韦的收率和市场前景有着重要作用。8．2,5-二氨基-4,6-二羟基嘧啶盐酸盐的性状2,5-二氨基-4,6-二羟基嘧啶盐酸盐[46]是淡黄色至淡红色结晶性粉末，其含量：≥99.0%，熔点：＞300℃，干燥失重：≤0.5%，其分子式为C4H7N4Cl。英文名称为：2,5-Diamino-4,6-dihydroxypyrimidine，化学结构式见图1-6。二、研究方案1．研究目标通过自主的研究来合成阿巴卡韦，开发国内市场，满足国内需求，增强国内品牌的市场竞争力，使因艾滋病病毒所致的艾滋病的发病率以及死亡率都得到了一定的控制，使进展期和晚期的患者获得显著地临床改善以及生存期延长。2．研究内容（1）2,5-二氨基-4,6-二羟基嘧啶盐酸盐的合成（2）通过对反应机理的研究，对2-氨基-4,6-二羟基嘧啶和2-氨基-4,6-二羟基-5-亚硝基嘧啶两个中间产物的实验工艺条件进行优化（3）考察诸因素（催化剂用量、反应温度等）对2,5-二氨基-4,6-二羟基嘧啶盐酸盐合成反应的影响，并分析实验结果，筛选出最佳合成条件三、拟采取的技术路线和实验方案通过对2,5-二氨基-4,6-二羟基嘧啶的合成方法大量的文献检索，根据2,5-二氨基4,6-二羟基嘧啶起始原料采用的不同，合成路线主要有以下3种：（1）、以丙二酸二乙酯和盐酸胍为起始原料，经过环合和亚硝化以及还原得到产物；（2）、以2-肟基丙二酸二乙酯和盐酸胍为起始原料，经过环合和还原得到产物；（3）、2-氨基丙二酸二乙酯和盐酸胍为起始原料，直接进行环合得到产物。根据以上三种方法都可以对2,5-二氨基-4,6-二羟基嘧啶进行合成，虽然第三种方法简便，但由于原料2-氨基丙二酸二乙酯的价格较高，从而使生产的成本高，因此工业生产中一般经过还原2-氨基-4,6-羟基-5-亚硝酸嘧啶来制备，同时由于在反应过程中用到了保险粉或铁粉-盐酸作为还原剂，往往在反应后会产生大量得“三废”，从而导致严重的环境污染。与其他还原法相比，催化氢化反应具有选择性强，其产物单纯，在这个反应中仅消耗氢气，其单耗低，并且催化剂可以回收连续使用或再生。不但反应条件温和而且收率还高，同时反应后得到的产品质量比较稳定，特别是不会对环境造成污染，使得其在工业应用上具有显著的优越性。钯碳催化剂相对于金属铂、镍催化剂，其制备工艺成熟，并且具有良好的加氢活性，同时活性炭表面可呈弱酸、碱性，不易在反应过程中出现中毒现象等特点。最终确定合成路线，见图1-7。1．2,5-二氨基-4,6-二羟基嘧啶盐酸盐的制备①2-氨基-4,6-二羟基嘧啶的制备1）2-氨基-4,6-二羟基嘧啶的反应原理2-氨基-4,6-二羟基嘧啶的反应原理，见图2-1。2）2-氨基-4,6-二羟基嘧啶的操作步骤称取30%甲醇钠211g和盐酸胍28.3g，放入装有回流泠凝器、温度计和滴液漏斗的250ml的三口烧瓶中，再量取甲醇100ml倒入烧瓶中，开动磁力搅拌，将其加热至回流，回流一个小时[73]后缓慢滴加丙二酸二乙酯51.6g（323mmol），大约30min滴加完毕，将反应液继续加热回流3h左右。停止反应后，将反应瓶中的反应液冷却至室温，将反应液过滤后，取滤饼溶于300ml蒸馏水中，用浓盐酸调节溶液的pH值，当溶液的pH值达到大约5-6左右，这时溶液中产生大量的白色固体，在将溶液进行过滤后，用少量蒸馏水对滤饼进行洗涤，随后在用少量的乙醚对滤饼进行洗涤，而后放入烘箱进行干燥，即可得到30.7g2-氨基-4,6-二羟基嘧啶固体,计算收率可达到65.6%。②2-氨基-4,6-二羟基-5-亚硝酸嘧啶的制备1）2-氨基-4,6-二羟基-5-亚硝基嘧啶的反应原理2-氨基-4,6-二羟基-5-亚硝基嘧啶的反应原理，见图2-2。2）2-氨基-4,6-二羟基-5-亚硝基嘧啶的操作步骤量取300ml1mol/L氢氧化钠溶液倒入装有回流泠凝器、温度计和滴液漏斗的250ml的三口烧瓶中，随后称取25.9g2-氨基-4,6-二羟基嘧啶放入反应瓶中，进行磁力搅拌，使其充分溶解。同时对反应液进行加热，保持温度在70℃左右，并量取15.2g亚硝酸钠加入烧瓶中，反应进行35min左右后，再缓慢向反应瓶中滴加浓盐酸调节溶液的pH值，当溶液的PH值达到大约2-3左右，这时溶液中产生大量的粉红色沉淀，在将溶液进行过滤后，分别用蒸馏水和乙醇溶液对滤饼进行洗涤，而后放入烘箱进行干燥，即可得到26.9g粉红色的2-氨基-4,6-二羟基-5-亚硝基嘧啶固体，计算收率可以达到75.3%。③2,5-二氨基-4,6-二羟基嘧啶盐酸盐的制备1）2,5-二氨基-4,6-二羟嘧啶盐酸盐的反应原理2,5-二氨基-4,6-二羟基嘧啶盐酸盐的反应原理，见图2-3。2）2,5-二氨基-4,6-二羟嘧啶盐酸盐的操作步骤称取6.2g2-氨基-4,6-二羟基-5-亚硝基嘧啶固体放入1000ml催化加氢反应釜中，量取120ml0.1mol/L氢氧化钠溶液，再向反应釜中加入20ml乙醇溶液，对溶液进行搅拌，使其溶解当溶液成粉红色，向反应液中加入0.3g钯碳催化剂，将溶液温度控制在35℃下通入氢气进行反应[74]，进行反应24h后，溶液变为黄色，把溶液进行过滤（滤出的钯碳催化剂进行回收），将滤液放入冰浴中进行冷却至室温，再用36%盐酸溶液调节溶液的pH值，当溶液的PH值达到大约1-2左右，溶液中有淡黄色沉淀析出，再用少量乙醇对沉淀进行洗涤，过滤后，将滤饼放入烘箱进行干燥，即可得5.9g2,5-二氨基-4,6-二羟基嘧啶盐酸盐。收率可达76.5%。④钯炭催