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 C14H18

N6O。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

① 2-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%。

② 2-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300ml 1mol/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%。

③ 2,5-二氨基-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6.2g 2-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5.9g 2,5-二氨基-4,6-二羟基嘧啶盐酸盐。收率可达76.5%。

④ 钯炭催化剂的制备

随着环境的日益恶化，人们对环境污染问题日益重视，对于药品在合成过程中也应该尽可能的减少对环境的破坏，而在还原反应中使用的铁粉还原法、硫化碱还原法等，均由于其自身严重的环境污染问题不列入考虑范畴[75-80]。钯炭催化剂与其他金属铂、镍催化剂相比较，具有相对成熟简单的制备工艺，并且具有良好的加氢活性，同时，加氢转化率高，可以在很多加氢还原反应较低的温度和压力条件下进行使用。钯炭催化剂对毒物的敏感性差因而不易造成中毒，因其活性不受氯、溴离子影响，故特别适合由于脱卤。钯炭催化剂可呈弱酸性、弱碱性条件下均可起到催化作用，同时，具有性能稳定和选择性强等优良特点。在本实验过程中，需要将钯炭催化剂放入碱性介质中，用于催化加氢还原亚硝基制备 2,5-二氨基-4,6-羟基嘧啶的反应。同时，钯炭催化剂还是影响最佳反应条件的因素之一，由于市场上销售的钯炭催化剂价格比较贵，钯炭催化剂的制备较为容易，因此，本次试验中使用的钯炭催化剂均为实验室制备。

⑤ 活性炭的处理

将称取 40g 的活性炭置于 250mL 圆底烧瓶中，加入浓硝酸 10-15mL，再用大约 100 mL 蒸馏水对浓硝酸进行稀释，然后加热回流大约 2h。将烧瓶中的物体稍微冷却后，在用蒸馏水以倾析法反复洗涤，直到倾出液的 PH 值大约为 5 左右，再向烧瓶中加入约 50 mL 的蒸馏水，继续加热回流 10-20 分钟，倾去上层清液。反复的采用上述的方法进行加热回流，直到倾出的液体 PH 值大约为 6-7h，可将经过处理后的活性炭用布氏漏斗抽干，将活性炭放入烘干箱中，在 100-115℃左右进行干燥处理，干燥好后放入干燥器内中待用。

1）钯炭催化剂制备的操作步骤

先用浓盐酸溶解氯化钯固体，然后缓缓加入 10%碳酸钠水溶液，调至一定的 PH值，搅拌一定时间后得到橙红色钯胶液。将上述干燥的活性炭放入圆底烧瓶中，而后将钯胶缓慢液滴到圆底烧瓶内（大约 1.0g 的钯对应于 1.7g 的氯化钯，同时对应于 19.0g 的活性炭），然后加入蒸馏水，使其覆盖这个固体。在 60℃左右的水浴加热，并进行磁力搅拌。同时， 将 35%-40%的甲醛溶液（10mL 甲醛溶液对应 1.0g钯）向圆底烧瓶中缓慢的滴加，滴加完

毕后，在使用浓氢氧化钾溶液将圆底烧瓶中的溶液的 PH 值调至强碱性（PH 值大于 12 左右）。然后将温度控制在 58℃-60℃，对溶液进行快速搅拌。通过 1h 反应后，对溶液进行回流，并将回流后的反应物过滤，将过滤后的固体再次倒回烧瓶中，加入 50mL 的蒸馏水，继续加热回流 10-20min左右，倾去上层清液，再加入等量的蒸馏水并加热回流，采用上述的方法反复数次，直到倾出液为中性（PH 值大约为 7 左右）。将其过滤后的固体进行抽滤，真空室温干燥，而后置于干燥器内贮存备用。

四、工艺条件的优化实验

根据文献中记载的方法进行实验得到2,5-二氨基-4,6-二羟基嘧啶盐酸盐的收率较低，因此，本章通过对各反应机理的分析研究，对相关的影响因素进行了对比实验，期望寻求到更佳的工艺条件，以提高产物的收率。

1．2-氨基-4,6-二羟基嘧啶的改进实验 （1）2-氨基-4,6-二羟基嘧啶的反应机理

2-氨基-4,6-二羟基嘧啶的反应机理，见图3-1。

（2）反应原料的选择

文献记载中该反应的原料大多采用丙二酸二乙酯和甲醇钠搭配来进行反应，通过对反应机理的分析，发现原有的原料的搭配不合理。因为在该反应完成以后，体系中的甲醇钠转变为甲醇，丙二酸二乙酯则生成乙醇，这样甲醇和乙醇将同时存在与溶液中，那么对于溶剂回收再利用难度较大。设想如果采用丙二酸二甲酯替换丙二酸二乙酯，则生成产物的溶液中，

仅存有甲醇溶液，相同有利于对甲醇溶剂的回收利用。

当然也可以将原料中甲醇钠用乙醇钠替换，但该反应需要在碱性的条件下进行，由于甲醇钠的碱性要比氢氧化钠强，它可以破坏盐酸胍稳定的结构，促进反应的进行。并且甲醇钠和乙醇钠均能使该反应顺利的进行。另外，甲醇钠的碱性比乙醇钠更强，同时甲醇钠比乙醇钠价格低，因此用甲醇钠作为原来对该实验来说更经济。故而在实验过程中采用甲醇钠和丙二酸二甲酯为反应原料，甲醇作为溶剂进行反应。

（3）甲醇钠的用量对反应的影响

甲醇钠、丙二酸二甲酯的摩尔比对环合反应有着重要的影响，反应条件：将甲醇钠溶解于甲醇溶液中，加入盐酸胍，搅拌并升温回流1h后，缓慢滴加丙二酸二甲酯，30min滴加完毕，回流反应4h，后处理操作相同。在上述反应条件下，选择几个不同配比做对比实验，结果如表3-1、图3-2所示：

由图3-2可知，我们发现甲醇钠的用量与丙二酸二甲酯的用量比在3: 1时，其收率最高，

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