凡德他尼的合成工艺研究

Study on Synthetic Process of Vandetanib

摘要: 目的：提供一条合成凡德他尼新工艺路线。方法：以香兰素为起始原料，经过酚羟基苄基保护、氧化、硝化、还原、环合和氯代反应得到7-苄氧基-4-氯-6-甲氧基喹唑啉，再与2-氟-4-溴苯胺发生取代反应，然后脱苄基生成4-(2-氟-4-溴苯胺基)-6-甲氧基-7-羟基喹唑啉(10)，收率33.1%；以4-哌啶甲酸乙酯为原料，经Leuckart N-甲基化反应、酯基还原反应，然后和对甲苯磺酰氯反应生成磺酸酯(14)，收率35.1%。最后将(10)和(14)在碱性条件下缩合得到目标产物凡德他尼(1)。(1)的总收率11.6% (以化合物(2)和(11)计)。结果：目标化合物及其中间体的化学结构都经过IR、1H-NMR和HR-MS图谱确证。结论：本方法缩短了反应步骤，反应条件温和、操作简便。

Abstract: Objective: To develop a new synthetic route for Vandetanib. Methods: 4-(2-fluoro-4-bromo-ami- no)-6-methoxy-7-hydroxy-quinazoline (10) was prepared from vanillin (2) via phenolic hydroxyl protection, oxidation, nitration, reduction, cyclization and chlorination to afford 7-benzyloxy-4- chloro-6-methoxy-quinazoline (7), and then (7) coupled with 2-fluoro-4-bromoaniline, followed by debenzylation, yield 33.1%. (1-methylpiperidin-4-yl)methyl 4-methylbenzenesulfonate (14) was prepared from ethyl piperidine-4-carboxylate(11) by Leuckart reaction, reduction and then reacted with p-toluenesulfonyl chloride, yielding 35.1%. In addition, 10 was reacted with 14 to yield the antitumor drug vandetanib (1) with an overall yield of 11.6% (based on compound 2 and 11). Results: The structure of all products was confirmed by IR, 1H-NMR and HR-MS. Conclusion: The improved process has several advantages over those reported procedures, such as brief reac-tion steps, mild conditions, and simple operations.

1. 引言

凡德他尼(Vandetanib, 1)化学名称N-(4-溴-2-氟苯基)-6-甲氧基-7-((1-甲基哌啶-4-基))喹唑啉-4-胺 [N-(4-bromo-2-fluorophenyl)-6-methoxy-7-((1-methylpiperidin-4-yl)methoxy)quinazolin-4-amine]，是一种合成的苯胺喹唑啉类化合物，为口服的小分子络氨酸激酶抑制剂(TKI)，可同时作用于肿瘤细胞表皮生长因子受体(EGFR)、血管内皮生长因子受体(VEGFR)和RET络氨酸激酶。表皮生长因子络氨酸激酶抑制剂(EGFR-TKI)不仅仅可抑制由EGF诱导的肿瘤细胞增殖，还可通过小调肿瘤细胞的血管生成因子以及抑制EGFR对肿瘤血管内皮细胞的信号传导，从而也可能具有抗血管生成作用 [1] - [3] 。美国FDA于2011年批准1上市，用于治疗成人晚期(转移型)不适合手术且疾病在持续发展的甲状腺髓样癌患者。国内还正在进行1治疗晚期NSCLC(非小细胞肺癌)的临床试验。

关于1的合成，根据其喹唑啉主环形成所用原料不同，主要有以下几条合成路线：Thomas等 [4] 以香草酸为起始原料，经苄基化反应成酯，然后硝化、还原，得到2-氨基-4-苄氧基-5-甲氧基苯甲酸苄酯，与醋酸甲脒环合，继而氯代、与4-溴-2-氟苯胺取代反应、脱苄基保护基等反应，总收率为3%；Hennequin等人 [5] [6] 采用价廉易得的香兰素为起始原料，经苄基保护、硝化、氧化、酰胺基化、硝基还原生成2-氨基-4-苄氧基-5-甲氧基苯甲酰胺，通过与氯化亚胺盐环合，继而氯代、与4-溴-2-氟苯胺反应、脱苄基等一系列反应，总收率仅为1.55%。以上路线除了收率较低，而且操作比较繁杂。本文在参考以上文献的基础上，采用改进的方法合成1，合成路线见Scheme 1。

合成路线中A链是以香兰素为起始原料，酚羟基的苄基保护生成3。传统的方法 [5] - [9] 3是先经过硝化然后再用高锰酸钾氧化醛基生成4，这样会出现高锰酸钾氧化产生大量的杂质而且后处理很麻烦，产率也太低(58%)，原因可能是硝基位阻作用。本文将这两步颠倒过来，改变硝化反应条件，两步产率都在90%以上，而且产品较纯。对于6的成环的合成，有很多文献报道，以邻氨基苯甲酰胺、邻氨基苯甲酸酯的衍生物作为成环的原料，合成步骤较长，而且所用的环合试剂较贵，产率不高，本文直接在甲酰胺中，用无水甲酸作催化剂、脱水剂，于150℃反应4 h即可得到纯度较高且产率很高的产品。B链是以4-哌啶甲酸乙酯为原料，文献报道的合成路线都是先引入Boc基团对氨基进行保护，酯基还原然后脱Boc基团，再引入甲基。本文对此进行改进，首先对仲氨基进行甲基化生成12，这样既对氨基进行保护，而且又不用上、脱保护基，可以精简反应路线，提高产率，同时还避免了价格较贵的Boc酸酐和三氟乙酸的使用。然后通过硼氢化钠和氯化锌体系将12还原成醇13，方法适合工业化生产，避免了价格较贵的

Reagents and conditions: a) PhCH₂Cl; b) KMnO₄; c) HNO₃; d) Fe, AcOH; e) HCONH₂/HCOOH; f) SOCl₂/DMF; g) ; h) TFA; TosCl

Scheme 1. Synthetic route of Vandetanib

Scheme 1. 凡德他尼的合成路线

四氢铝锂的使用。原料中的叔胺基结构还具有催化作用，其反应机理 [10] [11] 见图1。

2. 实验部分

熔点用毛细管法测定，温度计未经校正。核磁用Bruker ARX-300核磁共振仪测定；CARLOERBA -1106型元素分析仪；IR用NICOLET Impact 410型红外光谱仪，KBr压片；¹H-NMR核磁共振用BRUKER

Figure 1. Reaction mechanism of compound 13

图1. 化合物13的还原机理

ARX300型核磁共振仪，CDCl₃为溶剂，TMS为内标；质谱由岛津GC-MS 2050型气质联用仪(EI-MS)测定。

薄层层析(TLC)采用GF₂₅₄薄层层析硅胶35 g (青岛海洋化工有限公司制造)与100 ml 0.8%的羧甲基纤维素钠(CMC-Na)混合均匀铺板，于110℃活化1 h后置于干燥器备用；柱层析采用硅胶为100~200目硅胶(青岛海洋化工有限公司制造)。TLC在ZF7型三用紫外分析仪(河南市巩义裕华仪器有限责任公司)下照射检测。所有试剂均为市售CP或AR产品，除特别说明外，均不经纯化处理直接使用。

2.1. 3-甲氧基-4-苄氧基苯甲醛(3)的制备

将香兰醛(15.2 g，0.1 mol)溶于乙醇(30 ml)中，加入氢氧化钾(6.1 g)和水(6 ml)，加热搅拌至回流，然后用恒压漏斗滴加16 ml氯化苄，保持温度回流反应6 h，每隔一小时检测反应进程。趁热滤除无机盐，放入冰箱过夜，第二天抽滤析出的结晶，用乙醇洗涤，真空干燥得20.3 g黄色晶体3，收率84%，mp61~63℃ (文献 [12] ：mp63~64℃)。

2.2. 3-甲氧基-4-苄氧基苯甲酸(4)的制备

将黄色晶体3 (14.7 g, 58 mmol)，15 g KMnO₄加入三口烧瓶中，并溶于170 ml丙酮和150 ml水的混合溶液中，加热至回流1 h，抽滤、减压蒸去丙酮，再抽滤除去不容物，滴加10% HCl溶液，调PH到2~3，有大量白色沉淀产生，抽滤、水洗、烘干得14.8 g白色粉末4，收率93.5%，mp170~172℃ (文献 [13] ：mp171~173℃)。

2.3. 4-苄氧基-5-甲氧基-2-硝基苯甲酸(5)的制备

将化合物4 (14.8 g, 62 mmol)慢慢地加入到15℃ 150 ml浓硝酸中，保持温度反应1 h，得黄色乳浊液，倒入到200 ml冰水混合物中，有大量黄色沉淀生成，过滤收集沉淀，烘干后用乙醇重结晶得15.2 g纯品4，收率78.5%，mp161~163℃ (文献 [5] [6] 163℃~165℃)。¹H-NMR (CDCl₃) δ: 11 (s, 1 H, -COOH), 7.08 (s, 1 H, 6-H), 7.26 (s, 1 H, 3-H), 7.34~7.51 (m, 5 H, Ph-H), 5.2 (s, 2 H, Ph-CH₂-O-), 3.9 (s, Ph-OCH₃)。

2.4. 2-氨基-4-苄氧基-5-甲氧基苯甲酸(6)的制备

称量5 (5 g, 12.5 mmol)溶于150 ml冰醋酸中，搅拌升温至90℃时，慢慢于20 min内加入7 g Fe粉(已活化)，反应3 h，抽滤，并用少量的冰醋酸洗涤滤饼，得棕色澄清溶液，加入150 ml冷水，有大量浅棕色沉淀生成，用150 ml CH₂Cl₂ (3 × 50 ml)萃取，合并有机层，真空旋干得粘稠液，然后加入10% HCl 50 ml，有少量沉淀生成，抽滤，滤液用15% NaOH溶液调pH = 12，有沉淀颗粒生成，置冰箱中冷却后抽滤即得浅棕色固体6，真空干燥后称重3.1 g，产率70.1%。 mp102~105℃ (文献 [7] 102℃)。¹H-NMR (CDCl₃) δ: 11 (s, 1 H, -COOH), 7.34~7.75 (m, 5 H, Ph-H), 5.22 (s, 2 H, Ph-CH₂-O), 3.9 (s, 3 H, -OCH₃), 3.4 (s, 2 H, -NH₂)。

2.5. 7-苄氧基-6-甲氧基喹唑啉-4-酮(7)的制备

将化合物6 (0.8 g, 3 mmol)加入10 ml甲酰胺的三口烧瓶中，再加入1.5 ml无水甲酸，N₂保护，于150℃下反应4 h后得澄清的橘黄色溶液，冷却到室温，将其倒入50 ml冰水混合物中，有大量浅棕色沉淀生成，用CH₂Cl₂ (3 × 10 ml)萃取，取有机层，用清水洗三次，再用无水硫酸钠干燥，减压蒸去溶剂并干燥得0.69 g浅棕色固体7，产率87.3%。¹H-NMR (DMSO-d₆) δ：7.91 (s, 1 H, 2-H), 7.23 (s, 1 H, 8-H), 7.47 (s, 1 H, 5-H), 7.35~7.44 (m, 5 H, Ph-H), 4.06 (s, 1 H, N-H), 5.26 (s, 2 H, Ph-CH₂-O), 3.88 (s, 3 H, -OCH₃)。

2.6. 7-苄氧基-4-氯-6-甲氧基喹唑啉(8)的制备

将化合物7 (1.8 g, 6.4 mmol)溶于20 ml重蒸的SOCl₂溶液中，再滴加2滴DMF，得青黄色混浊液，加热至回流，缓慢滴加0.5 ml吡啶，回流至溶液澄清，大约1 h反应完全，冷却至室温，缓慢倒入100 ml冰水中，搅拌，析出黄色固体，抽滤并用清水洗涤滤饼，烘干得1.86 g，产率96.9%。¹H-NMR (CDCl₃) δ: 7.97 (s, 2 H, Ph-H), 7.33~7.47 (m, 5 H, -OCH₂-Ph-H), 7.27 (s, 1 H, 2-H), 5.26 (s, 2 H, -CH₂-), 3.88 (s, 3 H, -OCH₃)。

2.7. 4-(4-溴-2-氟苯氨基)-7-苄氧基-6-甲氧基喹唑啉(9)的制备

4-溴-2-氟苯胺的制备：将四丁基溴化铵(3.22 g, 10 mmol)溶于10 ml氯仿中，在15 min内滴入含溴素(0.53 ml, 10 mmol)的氯仿(2.5 ml)溶液，滴加完毕室温搅拌30 min后慢慢滴入0.82 ml邻氟苯胺，温度控制在40℃以下，滴毕室温搅拌15 min后抽滤，得到白色粉末状的氢溴酸盐，再溶于水中得澄清透明溶液，滴加15% NaOH溶液调PH = 12，有白色固体析出，用乙酸乙酯(3 × 10 ml)萃取，收集有机层，无水硫酸钠干燥，减压蒸去溶剂得黄色油状液体，置于冰箱中析晶，得1.13 g，产率70.2%。mp40~42℃ (文献 [14] ：mp41~42℃)。¹H-NMR (CDCl₃) δ: 7.14 (dd, J = 10.7, 2.1 Hz, 1 H), 7.05 (ddd, J = 9.1, 0.9, 0.4 Hz, 1 H), 6.66 (t, J = 8.9 Hz, 1 H), 3.60 (d, -NH₂, 2 H)。

将化合物8 (0.95 g, 3.2 mmol), 4-溴-2-氟苯胺(0.7 g, 3.6 mmol)，22 ml异丙醇加热至90℃，搅拌回流4 h，有沉淀生成，冷却至室温抽滤，并依次用异丙醇、THF、CH₂Cl₂洗涤，烘干得白黄色产品0.973 g，产率75.8%。¹H-NMR (DMSO-d₆) δ: 8.27 (s, 1 H, 2-H), 7.26~7.50 (m, 10 H, Ph-H), 5.27 (s, 2 H, Ph-CH₂-O), 4.0 (s, 1 H, -NH-), 3.89 (s, 3 H, -OCH₃)。

2.8. 4-(4-溴-2-氟苯氨基)-7-羟基-6-甲氧基喹唑啉(10)的制备

将化合物9 (0.973 g, 2.2 mmol)，N₂保护作用下在10 ml三氟乙酸中回流2 h，冷却至室温，缓慢倒入15 ml冰水中，有黄绿色沉淀生成，抽滤将滤饼溶于40 ml甲醇中，有少量不容，过滤取澄清滤液，用氨水调PH = 9，旋转蒸发，有青黄色沉淀生成，过滤，将滤饼真空干燥得0.425 g产品，产率60%。¹H-NMR (DMSO-d₆) δ: 8.29 (s, 1 H, 2-H), 7.07~7.78 (m, 5 H, Ph-H), 4.06 (s, 1 H, -NH-), 5.0 (s, 1 H, -OH), 3.95 (s, 3 H, -OCH₃)。

2.9. N-甲基-4-哌啶甲醇(13)的制备

将4-哌啶甲酸乙酯(1 g, 6.4 mmol)慢慢滴加到0℃的甲酸溶液(5 ml)中，然后再滴加5 ml 37%甲醛溶液，维持在0℃搅拌15 min，升温至回流反应24 h后减压蒸除过量的甲醛和甲酸，残夜溶于10 ml CH₂Cl₂溶液中，加入0.5 g NaHCO₃，有气泡生成，继续搅拌1 h后过滤，将滤液减压蒸馏得0.86 g浅黄色油状液体N-甲基-4-哌啶甲酸乙酯12，产率78.9%，不需要纯化直接投入下一步的反应。

将化合物12 (0.86 g, 5 mmol)，0.3 g NaBH₄，0.51 g ZnCl₂投入到20 ml的无水THF中，回流2 h，反应液冷却至室温，缓慢滴加50 ml 10% NH₄Cl溶液，有大量气泡生成，然后用氯仿(15 ml × 2)萃取，有机层依次用饱和食盐水、清水洗涤后经无水硫酸钠干燥，减压蒸干溶剂得0.45 g浅黄色油状液体13，产率69.2%。¹H-NMR (CDCl₃) δ: 3.66 (s, 1 H, -OH), 3.42~3.45 (d, J = 6, 2 H, -CH₂-O), 2.84~2.87 (d, J = 9, 2 H, 2-CH₂-N-), 2.25 (t, 3 H, -CH₃), 1.88~1.96 (d, J = 2.4, 2 H, 2-CH₂-N-), 1.71~1.76 (d, J = 15, 2 H, 3-CH₂-), 1.24~1.33 (d, J = 2.7, 2 H, 3^`-CH₂-), 1.41~1.46 (s, 1 H, -CH-)。

2.10. 4-甲基苯磺酸-(N-甲基-4-哌啶)甲酯(14)的制备

将化合物13 (0.92 g, 7.2 mmol)溶于无水16 ml二氯甲烷中，加入3 ml无水三乙胺，冰浴冷却到0℃，分批加入对甲苯磺酰氯(7.2 mmol, 1.12 g)，加完后在室温下搅拌4 h，用8 ml无水二氯甲烷稀释，分别用饱和的碳酸氢钠溶液洗、水洗后加无水硫酸钠干燥、减压蒸去溶剂，得1.55 g浅棕黄色油状液体14，产率77%。¹H-NMR (CDCl₃) δ: 7.26~7.29 (d, J = 9, 2 H, 2,2′-Ph-H), 7.67~7.79 (d, J = 3.6, 2 H, 3,3′-Ph-H), 3.21~3.23 (d, J = 6, 2 H, -O-CH₂-), 2.41~2.47 (t, J = 12, 3 H, Ph-CH₃), 1.71 (t, 3 H, N-H), 1.25 (s, 1 H, -CH-), 1.10~1.14 (m, 8 H, -CH₂-)。

2.11. 4-(4-溴-2-氟苯胺基)-6-甲氧基-7-[(1-甲基哌啶-4-基)甲氧基]喹唑啉(凡德他尼，1)的制备

将化合物10 (2.0 g, 5.22 mmol)、化合物14 (1.7 g, 5.91 mmol)、K₂CO₃ (1.5 g)溶于20 ml DMF中，室温搅拌10 min后，氮气保护下升温至95℃反应2 h，然后用40 ml冰水稀释反应液，有米黄色沉淀生成，过滤，用乙醇两次重结晶得1.33 g米白色粉末状化合物1，产率47%，mp240~243℃。IR (KBr): 3174, 2932, 2837, 1618, 1578, 1503, 1456, 1422, 1389, 1365, 1242, 998, 777 cm⁻¹。¹H-NMR (DMSO-d₆) δ: 8.39 (s, 1 H, 2-H), 7.87 (s, 1 H, 8-Ph-H), 7.67 (s, 1 H, 5-Ph-H), 7.49~7.64 (m, 3 H, 3′,5′,6′-Ph-H), 6.24 (s, 1 H, -NH-), 3.95 (m, 5 H, -OCH₃, O-CH₂-), 2.73 (m, 4 H, -CH₃, -CH-), 1.98 (m, 4 H, 3′,5′-CH₂-), 1.17 (m, 4 H, 2′,6′-CH₂-)。HR-MS Calcd for C₂₂H₂₄BrFN₄O₂: 475.1139, Found: 475.3804。

3. 结论

A链中，重要中间体7的总产率为33.1%，比专利的产率[9] 高15.5%，合成步骤精简一步而且所需试剂价格便宜。B链的合成总产率35.1%，合成步骤省去了BOC酸酐的保护，反应步骤缩短，产率提高，操作简便适合工业化生产。