刘 彤，陈 钒，冷彬爽，陈心慧，肖艳华
武汉工程大学化工与制药学院，绿色化工过程教育部重点实验室（武汉工程大学），新型反应器与绿色化学工艺湖北省重点实验室（武汉工程大学），湖北 武汉 430205
利匹韦林是二芳基嘧啶（diaryl prrimidine，DAPY）衍生物，2011 年由FDA 批准上市的新的非核苷类HIV-1 NNRTI，由Tibotec Therapeutics 公司研发［1］。利匹韦林通过非竞争性抑制HIV-1 逆转录酶（RT）从而抑制HIV-1 病毒毒株复制，达到治疗艾滋病的作用［2］。目前利匹韦林和其他药物联用，效果良好［3-4］，尤其在与Dolutegravir联用时，治疗艾滋病的效果显著［5-7］。经过对利匹韦林中间体的合成调研［8］，本研究对其关键中间体4-［（4-羟基-2-嘧啶基）氨基］苯腈（1）的合成路线进行了优化［9］。以往的合成有如下几种：以尿嘧啶作为起始的原料，经过氯代，亲核取代，去甲基化，氯化过程得到1［10］。该反应路线步骤较多，反应时间较长，反应总收率很低，不适合工业化生产（图1）；
以对氨基苯胍为起始原料，与乙氧基甲叉丙二酸二乙酯环合反应，后经过酸化脱羧过程得到1［11］，该路线起始原料价格昂贵，不适合工业化（图2）；
对氨基苯氰与氰胺合成对氨基苯胍，同时甲酸甲酯和乙酸乙酯发生取代反应得到中间体：甲酰乙酸乙酯，两者环合反应得到1［12］，但取代反应非定向得到甲酰乙酸乙酯，副产物难以分离，且甲酰乙酸乙酯不稳定（图3）。本研究在参考已报导方法的基础上［13-15］，以S-甲基异硫脲硫酸盐（2）与乙氧基甲叉丙二酸二乙酯（3）为原料环合成嘧啶环，再经过碱水解，吡啶催化脱羧后，与对氨基苯氰缩合［16］得到目标产物4-［（4-羟基-2-嘧啶基）氨基］苯腈（1）（图4）。此外考察了环合反应中碱浓度，温度和配料比的影响，脱羧反应和取代反应中催化剂的影响。在最佳反应条件下，目标产物总收率为
图1 报道的合成路线1Fig.1 Reported synthesis route 1
图2 报道的合成路线2Fig.2 Reported synthesis route 2
图3 报道的合成路线3Fig.3 Reported synthesis route 3
图4 1 的合成路线Fig.4 Synthetic route of 1
61.52%。
1.1 仪器与试剂
DF-101S 集热式恒温加热磁力搅拌器（巩义市科华仪器设备有限公司）；
ZF-20D 暗箱式紫外分析仪（上海宝山顾村电光仪器厂）；
旋转蒸发仪RE-52AA（上海亚荣生化仪器厂）；
核磁共振波谱仪［Agilent 科技（中国）有限公司，400 MHz］；
全自动熔点仪GM40（上海卓光仪器科技有限公司）。
S-甲基异硫脲硫酸盐（纯度≥98%）、对氨基苯氰（纯度≥99%）、乙二醇二甲醚（纯度≥99.5%）、三氟甲磺酸铜（II）（纯度≥98%），以上试剂均购于武汉格奥公司。乙氧基甲叉丙二酸二乙酯（纯度≥99.4%，上海鸿鹄生物医药公司）、氢氧化钠（纯度≥96%，天津进丰化工有限公司）、乙醇、吡啶、环己烷、苯醚，以上试剂购于国药集团，均为化学纯。
1.2 4-［（4-羟基-2-嘧啶基）氨基］苯腈（1）的合成
1.2.1 4-羟基-2-甲硫基嘧啶-5-甲酸乙酯（4）的合成 将2（9.41 g，0.05 mol）投至圆底烧瓶中，缓慢滴加冷却至室温的氢氧化钠溶液（7.11 mol/L），在室温下搅拌反应10~15 min，再缓慢滴加溶于乙醇的3（12.97 g，0.06 mol），持续反应8 h，反应完成后，将反应液转移至烧杯中，用稀盐酸酸化，使pH=2~3，浓缩反应液，减压抽滤，用冰水洗涤3 次，得白色固体9.65 g，收率90.18%。mp136~144 ℃，1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：13.22（s，1H），8.42（s，1H），4.18（q，J=7.1Hz，2H），2.51（s，3H），1.23（t，J=7.1Hz，3H）。
1.2.2 4-羟基-2-（甲硫基）嘧啶-5-羧酸（5）的合成将4（9.65 g，0.045 mol）投至 圆底烧 瓶中，滴 加59.5 mL 的氢氧化钠溶液（2.73 mol/L），回流反应6 h，反应完成后，将反应液转移至烧杯，用稀盐酸调节至中性，减压浓缩反应液后减压抽滤，干燥滤饼至无质量减少，得白色固体7.79 g，收率92.84%。mp234.8~205.7 ℃，1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：13.49~12.60（m，1H），8.52（s，1H），2.54（s，3H）。
1.2.3 2-甲硫基-4-嘧啶酮（6）的合成 将5（4.65 g，0.025 mol）投至圆底烧瓶中，滴加10 mL 苯醚后再滴加8 mL 吡啶，回流反应1.5 h，反应完成后减压回收吡啶，加入石油醚，用水分3 次洗涤石油醚溶液，合并水层后浓缩至干，得白色固体3.00 g，收率84.33%。mp202.8~203.7 ℃，1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：12.66（s，1H），7.84（d，J=5.7 Hz，1H），6.07（d，J=6.2 Hz，1H），2.45（s，3H），熔点以及1H NMR 与文献［15］报道数据一致。
1.2.4 4-［（4-羟基-2-嘧啶基）氨基］苯腈（1）的合成 将6（3.00 g，0.21 mol）投至圆底烧瓶中，加入对氨基苯氰（2.71 g，0.02 mol）、三氟甲磺酸铜（1.38 g，0.004 mol）和20 mL 乙二醇二甲醚，回流反应36 h，尾气用次氯酸钠溶液吸收，反应完成后减压回收溶剂，剩余物加水搅拌冷却后，减压抽滤，将滤饼干燥至无减重，得白色固体3.90 g，收率87.14%。mp307.6~308.4 ℃，1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ：11.25（s，1H），9.58（s，1H），7.92（s，1H），7.86（d，J=8.7 Hz，2H），7.71（d，J=8.9 Hz，2H），6.00（s，1H），熔点和1H NMR 与文献［15］报道数据一致。
2.1 4-羟基-2-甲硫基嘧啶-5-甲酸乙酯（4）的工艺优化
2.1.1 4-羟基-2-甲硫基嘧啶-5-甲酸乙酯（4）的正交实验设计 经研究发现2和3的物质的量之比（A）（n2∶n3）、碱的用量比（B）（对比n2）、反应温度（C）、乙醇-水溶液体积比（D）（mL/mL）对反应影响较大，对上述条件进行正交优化，设计正交表L9（34），以收率（Y）作为参考指标。正交实验设计的因素与水平见表1。
表1 正交实验设计的因素与水平Tab.1 Factors and levels of orthogonal experimental design
2.1.2 4-羟基-2-甲硫基嘧啶-5-甲酸乙酯（4）的优化分析 此步所有条件和操作不变。实验结果见表2，对极差分析可知，极差R大小排序为：C＞D＞B＞A，最小因素影响为A，因此A不列入变量范围，以B、C、D为变量，进行方差分析，结果见表3。
表2 正交实验结果Tab.2 Orthogonal experimental results
表3 方差分析结果Tab.3 Analysis of variance
极差分析结果表明：反应温度＞乙醇-水溶液体积量比＞碱的用量比＞物质的量之比，方差分析中B、C、D的显著性值分别为0.377、0.22、0.333，表明其显著性非必定相关，从极差角度分析设计最优实验方案：A3B3C1D1，即S-甲基异硫脲硫酸盐与乙氧基甲叉丙二酸二乙酯的物质的量之比为1.0∶1.2，氢氧化钠用量比为3.2，反应温度20 ℃，乙醇-水溶液体积量比为1.2，此时最高收率为66.78%，高于实验结果。因正交实验投入反应物质的量较少，后处理时产物的转移及过滤过程损失的百分比质量相对大量实验时高，所以在最优条件下进行放大实验以减少后处理损失，最终得到收率90.18%。
2.2 2-甲硫基-4-嘧啶酮（6）的合成条件优化
一般而言，不同物质脱羧条件不同，常通过酸性、碱性、高温、加催化剂等条件实现，本研究考察了5脱羧最适条件，如表4 所示，根据TLC 跟踪实验过程，结果表明在吡啶作催化剂时，副产物数量最少，所以使用吡啶作催化剂，苯醚做溶剂。
表4 脱羧反应条件的研究Tab.4 Study on conditions of decarboxylation reaction
由于脱羧反应无物料比问题，以吡啶作溶剂和催化剂，在以上研究基础上设计了脱羧温度的单因素实验，由表5 可知：在215 ℃下，产物收率最高，达到55.17%；
在230 ℃下，产物和副产物收率都下降，不在最适温度范围内。副产物经过鉴定为2-硫基-4-羟基嘧啶。后续用环己烷去除残留吡啶、萃取等优化后处理方式，将反应放大数倍后收率达到84.33%。
表5 吡啶催化脱羧过程中温度的影响Tab.5 Effect of temperature on catalytic decarboxylation of pyridine
设计出以S-甲基异硫脲硫酸盐、乙氧基甲叉丙二酸二乙酯和对氨基苯腈为原料合成利匹韦林中间体4-［（4-羟基-2-嘧啶基）氨基］苯腈的新工艺。该工艺中，缩合反应的最佳工艺条件为S-甲基异硫脲硫酸盐、乙氧基甲叉丙二酸二乙酯和氢氧化钠物质的量之比为1.0∶1.2∶3.2、反应温度为20 ℃、混合溶剂中乙醇与水的体积比为1.2∶1；
脱羧反应的高效催化剂为吡啶，最佳温度为215 ℃。经优化后合成4-［（4-羟基-2-嘧啶基）氨基］苯腈的总收率达到61.52%。