中间体2-溴甲基-3,5,6-三甲基吡嗪的合成工艺优化

中间体2-溴甲基-3,5,6-三甲基吡嗪的合成工艺优化
绪扩;王鹏龙;徐昕;韩秋俊;汪林;李强;雷海民
【摘要】目的对川芎嗪系列衍生物合成中间体:2-溴甲基-3,5,6-三甲基吡嗪(TMP-Br)的合成工艺进行优化.方法 HPLC-MS法对反应物中的主要化学成分进行初步归属;HPLC法考察反应时间、原料比例、光照强度、溶剂用量对TMP-Br产率的影响;最后由正交工艺优化法初步确定中间体的最佳合成工艺.结果以1 g川芎嗪计算,合成TMP-Br的最佳反应条件为:NBS/TMP=0.9,CCl4/TMP=5 mL·g-1,选用4盏85 W节能灯作为引发剂,反应时间为1 h.结论影响川芎嗪溴代反应的4个因素中,NBS和CCl4的用量对单溴代物产率的影响最大;在今后的工艺放大过程中,可优先考察最佳投料比与溶剂用量.
【期刊名称】《安徽医药》
【年(卷),期】2013(017)009
【总页数】4页(P1467-1470)
【关键词】川芎嗪衍生物;中间体;2-溴甲基-3,5,6-三甲基吡嗪;合成工艺优化
【作者】绪扩;王鹏龙;徐昕;韩秋俊;汪林;李强;雷海民
【作者单位】北京中医药大学中药学院,北京,100102;北京中医药大学中药学院,北京,100102;北京中医药大学中药学院,北京,100102;北京中医药大学中药学院,北京,100102;北京中医药大学中药学院,北京,100102;北京中医药大学中药学院,北京,100102;北京中医药大学中药学院,北京,100102
【正文语种】中文
基于天然活性成分川芎嗪(四甲基吡嗪;TMP;图1-1)的药物设计与结构修饰研究得
到了越来越多的关注，现已得到的一些结构在某些活性方面甚至优于临床药物，表现出较好的成药性［1-5］。

目前，川芎嗪的药物设计与改造位点多数位于侧链甲基，且主要依赖于三种基本中间体:2-溴甲基-3，5，6-三甲基吡嗪(TMP-Br;图 1-2)、2-羟甲基-3，5，6-三甲基吡嗪(TMP-OH;图 1-3)、3，5，6-三甲基吡嗪-2-
羧酸(TMP-COOH;图1-4)，尤以前两者的应用最为广泛［1，6］。

合成中间体TMPBr的制备工艺对于川芎嗪系列衍生物的进一步研究具有重要的实际应用价值，其制备路线最早由杨楚耀等［7］设计而来，当前的合成工艺大多延续以往的反应条件。

此类溴代反应均由N-溴代丁二酰亚胺(NBS)提供Br自由基，且联合应用过氧化苯甲酰和白炽灯(或卤素灯)作为引发剂，反应时间一般控制10～12 h［8-11］。

为避免双溴代物等副产物的大量生成，叶云鹏等［12］曾建议采用
NBS/TMP=0.6～0.65的原料比例。

然而，目前尚未有对TMP-Br制备工艺系统
的考察研究。

课题组前期制备TMP-Br的过程中，主要选用普通节能灯作为引发剂，反应12 h
左右;而对光照强度、NBS及溶剂用量未有较明确的说明［13-15］。

本文首先通
过HPLC-MS分析技术对反应液内的主要化学成分进行初步归属;继而运用HPLC
法考察反应时间(h)、原料比例(NBS/TMP)、光照强度(W)与溶剂用量(CCl4/TMP)对TMP-Br产率的影响;最后，由正交工艺优化法确定了中间体2-溴甲基-3，5，
6-三甲基吡嗪的最佳制备工艺。

合成图见图2。

图1 川芎嗪及三种基本的川芎嗪系列衍生物合成中间体注:1.四甲基吡嗪;2.2-溴甲
基-3，5，6-三甲基吡嗪;3.2-羟甲基-3，5，6-三甲基吡嗪;4.3，5，6-三甲基吡嗪-2-羧酸的结构式。

图2 2-溴甲基-3，5，6-三甲基吡嗪的合成反应方程式
1 仪器与试剂
TCQ Quantum Access Max液相质谱联用仪(配备ESI源和APCI源;Thermo Fisher公司);岛津 LC-10AT高效液相(SPD-10A/UV-VIS detector;N3000色谱工作站);YPZ220型哥迪节能灯(CD-85WAC;λ=0.6H;江门市蓬江区哥迪照明电器厂);无水川芎嗪(上海迈瑞尔化学技术有限公司;批号:77787626);N-溴代丁二酰亚胺(NBS;上海迈瑞尔化学技术有限公司);色谱甲醇(Fisher公司);四氯化碳(北京化工厂;批号:20110712);实验用水为去离子水;其余试剂均为分析纯。

2 方法与结果
2.1 实验条件
2.1.1 色谱条件色谱柱:Agilent TC-C18(4.6 mm×250 mm，5 μm);流动相:甲醇—水(体积比60∶40);检测波长:280 nm;流速:1.0 mL·min-1;柱温:25℃;进样量:10 μL;样品浓度:1 g·L-1。

2.1.2 质谱条件 ESI源毛细管电压:3 200 V;蒸发室温度:400℃;壳气流量:11 L·min-1;辅助气流量:5 L·min-1;毛细管温度:280℃;质谱记录范围m/z 100～800，正离子模式采集，采样频率0.1 s;数据分析采用TraceFinder工作站。

2.2 溴代反应的HPLC-MS分析及预实验参照实验室前期工作，1.00 g(7.35 mmol)无水川芎嗪溶于60 mL CCl4，加入1.30 g(7.35 mmol)NBS均匀搅拌，节能灯(3×85 W)照射下回流反应12 h(开始回流计时)，每隔1 h取适量反应液，样液经相同处理后备用，将第12小时样品进HPLC-MS分析，如图3所示。

图3 TMP溴代反应液的HPLC、HPLC-MS图谱及主峰的结构解析注:A.HPLC图谱;B.总离子流图;C.主峰1的结构解析;D.主峰2的结构解析;E.主峰3的结构解析。

表1 TMP溴代反应液中主要吸收峰的质谱信息主要峰 tR/min m/z 离子形式分子式化合物123 7.90 10.35 15.12 137.14 216.98 294.85［M+H］+［M+H］+［M+H］+C8H12N2 C8H8N2Br C8H10N2Br2 TMP TMP-Br TMP-2Br
王鹏等［16-17］曾将溴代物通过GC-MS分析得知，混合反应液中除含有预期产物TMP-Br及原料TMP外，尚存在几种溴代副产物。

如图3B(总离子流图)所示，确认TMP、TMP-Br及TMP-2Br为混合物中的主要化学成分，故本文采用面积归一化法计算TMP-Br的产率。

为初步考察产率随反应时间的变化趋势，我们首先
将2.2项下备用的11份样品进HPLC，并计算TMP-Br产率。

由图4可知，
TMP-Br产率在2～12 h内基本保持稳定。

图4 TMP-Br产率随反应时间变化趋势的预考察
2.3 单因素考察
2.3.1 反应时间的考察参照预实验结果，将1.00 g(7.35 mmol)无水川芎嗪溶于
20 mL CCl4溶液(CCl4/TMP=20 mL·g-1)，加入0.91 g NBS(5.15
mmol;NBS/TMP=0.7)，节能灯(3×85 W)照射下，95℃回流反应，0.5～4 h内(开始回流计时)每30 min取适量反应液，样液经相同处理进HPLC。

分析结果显示，TMP-Br产率在0.5～4 h内保持相对稳定。

见图5。

图5 中间体TMP-Br产率随反应时间的变化趋势
2.3.2 原料比例NBS/TMP的考察 1.00 g(7.35 mmol)无水川芎嗪溶于20 mL
CCl4溶液(CCl4/TMP=20 mL·g-1)，分别加入不同量的NBS(共8份样
品;NBS/TMP=0.4～1.1)，节能灯(3×85 W)照射下，95℃回流反应1 h(开始回流
计时)。

取适量反应液，样液经相同处理后进HPLC。

分析结果显示，TMP-Br及
副产物产率随NBS用量的增加均明显增高。

见图6。

图6 中间体TMP-Br产率随NBS/TMP比例的变化趋势
2.3.3 光照强度的考察 1.00 g(7.35 mmol)无水川芎嗪溶于20 mL CCl4溶液(CCl4/TMP=20 mL·g-1)，加入0.92 g NBS(5.15 mmol;NBS/TMP=0.7)，分别
由0 W(日光)，1 ×85 W，2×85 W，3×85 W，4×85 W，5×85 W，6×85 W，7×85 W的节能灯照射，95℃回流反应1 h(开始回流计时)。

取适量反应液，样液
经相同处理后进HPLC。

分析结果显示，TMP-Br产率随光照强度的增大逐渐增高，然后基本趋于稳定。

见图7。

图7 中间体TMP-Br产率随光照强度的变化趋势
2.3.4 溶剂用量CCl4/TMP的考察 1.00 g(7.35 mmol)无水川芎嗪，0.92 g
NBS(5.15 mmol;NBS/TMP=0.7)，分别加入不同体积的 CCl4溶液(CCl4/TMP=5，10，15，20，25，30，35，40 mL·g-1)。

节能灯(38×5 W)照射下，95℃回流反应1 h(开始回流计时)。

取适量反应液，样液经相同处理后进HPLC。

分析结果显示，TMP-Br产率随CCl4/TMP比值的增大而降低;即随溶剂用量的增加，TMP-Br 产率明显降低。

见图8。

图8 中间体TMP-Br产率随溶剂用量的变化趋势
2.4 正交工艺因素、水平的选择及统计结果参照预试验及单因素考察结果，选择影响TMP-Br产率的4个因素:反应时间(A)、NBS/TMP比值(B)、光照强度(C)及CCl4/TMP比值(D)，分别选取3个水平，以 TMP-Br产率为指标，采用 L9(43)正交试验表进行正交试验，因素水平表见表2。

正交优化表及TMP-Br产率分布如表3所示，经直观选择最佳工艺为:以1 g川芎嗪计算，NBS/TMP=0.9，
CCl4/TMP=5 mL·g-1，选用4盏85 W的节能灯作为引发剂，反应时间为1
h;TMP-Br的最大产率可达66.71%。

表2 TMP-Br合成工艺的因素水平表水平 A-时间h B-光强W C-NBS/TMP D-CCl4/TMP a 0.5 3×85 0.7 5 b 1.0 4×85 0.8 10 c 1.5 5×85 0.9 15
表3 四因素三水平正交表L9(43)及产率分布试验号A-时间/h B-光强/W C-
NBS/TMP D-CCl4/TMP TMP-Br产率/%1 0.5 3×85 0.7 5 56.85 2 0.5
4×85 0.8 10 60.47 3 0.5 5×85 0.9 15 62.94 4 1 3×85 0.8 15 56.06 5 1 4×85 0.9 5 66.71 6 1 5×85 0.7 10 52.81 7 1.5 3×85 0.9 10 64.75 8 1.5 4×85 0.7 15 49.68 9 1.5 5×85 0.8 5 61.51 K1 60.087 59.220
53.113 61.690 K2 58.527 58.953 59.347 59.343 K3 58.647 59.087 64.800 56.227 R 1.560 0.267 11.687 5.463
3 讨论
本实验运用HPLC-MS及HPLC技术，以TMP-Br产率为评价指标，对影响产率的4个因素做了系统的考察研究。

所得到的最佳工艺可大大降低TMP-Br的制备成本，仅选用普通节能灯作为引发剂;反应时间由12 h缩短至1 h;最佳溶剂用量为CCl4/TMP=5 mL·g-1;为得到较高产率TMP-Br及避免副产物的大量产生，投料比可选择NBS/TMP=0.9。

在本实验所考察的4个因素中，NBS和 CCl4用量对TMP-Br的产率影响最大:适当范围内，随NBS用量的增大和CCl4体积的减少，TMP-Br产率会明显增高。

而其它引发剂对TMP-Br产率的影响有待于今后做进一步的考察。

此外，我们对最优工艺进行适当放大。

结果显示，当TMP投料增至50 g时，TMP-Br产率仍达64.07%;初步推断，该最佳工艺能够适用于TMP投料1～50 g范围内，这也为今后工业化制备提供了参考。

合成中间体对药物结构设计与修饰研究具有重要的实际应用价值。

当前，基于天然活性成分——四甲基吡嗪的药物设计与改造位点多数为侧链甲基，且主要依赖于三种基本的合成中间体:TMP-Br、TMP-OH和TMP-COOH。

本文仅是对TMP-Br的合成工艺做了初步的考察研究，今后也有必要对其它两种合成中间体做进一步的考察研究。

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