2013年1月 第36卷第1期 四川师范大学学报(自然科学版) Journal of Sichuan Normal University(Natural Science) Jan.,2013 Vo1.36.No.1 OL一(2,4一二氨基一5一嘧啶)一3,4,5一三甲氧基 苯基甲醇合成的新方法及理论计算 王磊, 李来才 (四川师范大学化学与材料学院,四川成都610066) 摘要:食品药品的安全问题越来越受到人们关注,甲氧苄啶作为一种重要的磺胺类药物的增效剂,其在 生产中产生的 一(2,4一二氨基一5一嘧啶)一3,4,5一三甲氧基苯基甲醇也引起了人们的关注.研究T d 一(2,4一二氨基一5一嘧啶)一3,4,5一三甲氧基苯基甲醇合成新方法,以甲氧苄啶为起始原料,经过氧化、 还原两步反应得到目标化合物 一(2,4一二氨基一5一嘧啶)一3,4,5一三甲氧基苯基甲醇,合成总收率 66%.所有的中间体和最终产物均由LC—MS、‘H NMR、”C NMR和IR表征,实验测得数据与理论计算得到 的数据进行了比较,结果相吻合. 关键词:甲氧苄啶; 一(2,4一二氨基一5一嘧啶)一3,4,5一三甲氧基苯基甲醇;氧化;密度泛函理论计算 中图分类号:0643.12 文献标志码:A 文章编号:1001—8395(2013)01—0092—05 doi:10.3969/j.issn.1001—8395.2013.01.020 甲氧苄啶作为经典的二氢叶酸还原酶抑制剂 在被发现的几十年里在医药界得到极为广泛的应 要求也越来越严格.OL一(2,4一二氨基一5一嘧啶) 一3,4,5一三甲氧基苯基甲醇作为甲氧苄啶一个主 用¨J.由于它良好的抑菌作用和抗菌增效作用已经 被很多国家的药典所收录.它与磺胺类药物联用使 要的杂质备受关注,被重点检测 一 .关于 一(2, 4一二氨基一5一嘧啶)一3,4,5一三甲氧基苯基甲 磺胺类药物从抑菌类药物达到杀菌类的效果_2I4J . 而且其抗菌谱与磺胺甲恶唑相似,对多数革兰阳性 菌和阴性菌均有效.它与磺胺类药物联用主要用于 治疗支气管炎、肺炎、菌痢、脑膜炎、中耳炎、肾盂肾 炎、肠炎及伤寒等.由于近年来对甲氧苄啶研究的 深入,使得它的应用越来越广泛,因此对它的质量 / 醇制备以前人们都是从动物的代谢物中提取 ],工 艺比较的烦琐 J.它的合成在以前报道的比较少, 但在最近的研究中,文献[9—10]由甲氧苄啶为原 料通过氧化、还原得到 一(2,4一二氨基一5一嘧 啶)一3,4,5一三甲氧基苯基甲醇,其制备过程用化 学反应式见图1所示. NaBH4 fO NH2 MnO2 NH2 / \ O\ \ NH2 图1制备 一(2,4一二氨基-5-嘧啶)一3’4,5一三甲氧基苯基甲醇化学反应式 Fig.1 Synthesis route of tr-(2,4-diaminopyrimidin-5-y1)(3,4,5-trimethoxypheny1)methanol 自从该文献报道公开以来,国内一直没有新的 合成方法,在合成路线中, 一(2,4一二氨基一5一 嘧啶)一3,4,5一三甲氧基苯基甲醇的合成总收率 只有48%左右,主要原因如下: 2,4一二氨基一5一(3,4,5一三甲氧基苄酮)嘧啶中苄 酮潘眭比较高,用氨水后处理时,容易和氨水反应; 2)甲醇的活性和极性都比较大,用甲醇做溶 剂要分解一部分硼氢化钠. 本文为了克服上述问题,对 一(2,4一二氨基 一1)甲氧苄啶的氧化收率低,主要是活性二氧化锰 氧化甲氧苄啶时本身要产生副反应,其次生成的产物 收稿日期:2010一t2—01 5一嘧啶)一3,4,5一三甲氧基苯基甲醇的合成进 基金项目:I ̄t J JI省教育厅自然科学重点基金(09ZA096)资助项目 通信作者简介:李来才(1966一),男,教授,主要从事应用量子化学的研究 第1期 王磊,等:d一(2,4一二氨基一5一嘧啶)一3,4,5一三甲氧基苯基甲醇合成的新方法及理论计算 93 行了一些改进: 5.656(S,1 H,NH);6.842(S,2H,苯环上CH,CI-/); 8.416(S,1H,吡啶环上CH);8.640(S,1H,NH). 2.2化合物口一(2,4一二氨基一5一嘧啶)一3,4,5 一1)根据二氧化锰的氧化机理,改变了投料的顺 序,尽可能的避免副产物的生成,其次将氨水换成碳酸 氢钠和氢氧化钠水溶液,使得第一步的收率有所提高; 2)将甲醇改成活性较小的乙醇,并在低温下 三甲氧基苯基甲醇的合成将15 g 2,4一二氨基 一5一(3,4,5一三甲氧基苄酮)和l50 mL乙醇加入 反应,大大减少硼氢化钠的用量.另外,本文通过 Gaussion 03优化中间体和最终产品的结构并计算 三口瓶中,冰盐浴冷却至5℃,保持温度在5一lO℃, 分批加入硼氢化钠2 g,反应体系有明显的升温和气 其相对应的 H NMR、”C NMR和IR表征值,与实 验测得的数据进行了比较,结果相吻合,从而进一 步证实了本文实验研究的可行性. 1材料与方法 1.1仪器与试剂 Braker AVANCE 500型核磁共 振仪(CDC13为溶剂,TMS为内标)、Waters 2695高 效液相一质谱联用仪、Nicolet Avatar 360傅立叶红 外光谱(KBr压片).甲氧苄啶和活性二氧化锰为工 业原料,其他的均为分析试剂. 1.2分子结构与晶体结构计算分子结构全优化 计算采用Gaussian 03程序包,密度泛函理论的 B3LYP方法,在6—31+G 基组水平上,同时进行 振动频率和光谱计算. 2实验操作 2.1化合物2,4一二氨基一5一(3,4,5一三甲氧基 苄酮)嘧啶的合成 将冰醋酸500 mL和活性二氧 化锰共34 g加入反应瓶中,加热至100℃,反应30 min,在此温度下分3批加人甲氧苄啶共30 g.然后 回流2 h,TLC检测反应进程[流动相: (氯仿): (甲醇)=10:1],反应完毕后,将反应液冷却至 15℃,有大量的固体析出;过滤反应液,用乙酸 (200 mL×2)洗滤饼2次,滤饼被证实为乙酸锰.减 压浓缩滤液回收乙酸,残余物为深红色油状物,将 其缓慢地倒入150 mL饱和碳酸氢钠的水溶液中, 冰水冷却保持整个系统温度低于15℃,有大量的 淡黄色固体从水溶液中析出,继续用1 mol/L NaOH 水溶液调节pH值至10,搅拌10 min后,过滤(颗粒 细,过滤困难).水洗滤饼至中性,干燥.粗品用乙醇 重结晶2次,干燥得24 g淡黄色固体.收率:76% (文献[8]:56%),(m/z =305.300,100%); H NMR(CDC1 ): :3.956,3.934(s,3H,OCH ); 3.906,3.847(S,6H,OCH );5.426(S,2H,NH ); 泡产生;保温反应1 h后,加热至30—35 c《=,反应3 h,TI C检测反应进程[流动相: (氯仿): (甲醇) =5:1].反应完毕后,控制温度在5~10 qC,缓慢地 滴加5 mL水,继续搅拌1 h后,蒸除溶剂得白色固 体,用甲醇(50 mL X3)洗固体3次,浓缩甲醇得到粗 品,经过乙醇和乙酸乙酯的混合溶液重结晶得白色 粉末状固体13 g,收率87%(文献[8]:90%).(m/z =307.320,100%);H NMR(CDC1 ):6:1.916(S,1H, OH);3.835,3.852(S,9H,OCH3);4.997(S,2H, NH2);5.359(S,2H,NH2);5.610(S,1H,CH);6.617, 6,693(S,2H,CH);7.515(S,lH,CH). 3结果与讨论 3.1 投料顺序 文献报道将原料、活性二氧化锰 和冰乙酸一起加入到反应瓶中,然后加热回流反应 4 h,但实验发现回流反应4 h后,原料仍有10%~ 15%没有反应完,将反应时间延长至8 h,反应液中 原料含量基本不发生变化,对反应液进行高效液相 色谱一质谱联用仪(LC—MS)检测有3,4,5一三甲 氧基苯甲酸产生. 二氧化锰的氧化反应中,用冰乙酸做溶剂时,二 氧化锰先和冰乙酸形成一个潘陲中间体1(见图2), 再与活性亚甲基反应形成中间活性中间体2(见图 3),然后水解的产物见图4.因此基于此反应机理,先 让冰乙酸与二氧化锰形成活性中间体,然后再将原 料分批加人反应体系中将其氧化,原料加完后继续 回流反应2 h原料反应完全.对反应液进行LC—MS 检测中发现没有3,4,5一三甲氧基苯甲酸产生. OM。,,n'O "-.i f ̄ ̄ -if"O o O O R R2O R R彳一 、,R, 图2活性中间体1 图3活性中间体2 图4产物 3.2后处理的改进2,4一二氨基一5一(3,4,5一 第1期 表2 王磊,等: 一(2,4一二氨基一5一嘧啶)一3,4,5一三甲氧基苯基甲醇合成的新方法及理论计算 95 一(2,4一二氨基一5一嘧啶)一3,4,5一-9氧基苯基 有找到,可能有如下原因: 1)羟基的活泼氢包含在溶剂氘代氯仿的氢积 甲醇的计算与实验测得氢元素和碳元素化学位移 Table 2 Calculated and measured NMR spectra of 一(2,4一 diaminopyrimidin一5一y1)(3,4,5一trimethoxypheny1)methanol 6 △6 81 A6… 6 △6 1 A6 分中,而模拟分子计算时未考虑分子中氢键和溶剂 的作用导致羟基氢的化学位移偏小. 2)实验’狈0量时所用的溶剂含有少量水,导致 羟基的氢可能包含在溶剂的水峰中,没有被积分. 由表3中数据可知,C(13)一O(34)在1 661 cm H(22)25.751 6.142 6.593 H(39)27.712 4.181 4.997 H(23)25.378 6.514 6.617 H(4O)31.204 1 0.688 3 H(24)27.830 4.062 3.852 C(1) 77.45 106.00 103.25 H(25)28.369 3.523 3.835 Cf2) 2O.53 162.91 153.10 H(26)28.318 3.574 3.835 C(3) 39.77 143.68 136.78 H(27)28.035 3.857 3.835 C(4) 38.83 1l4.63 138.30 处出现了一个很强的伸缩振动峰,与模拟的红外数 据在1 660 om 处出现最高峰一致. 另外,在1 295、1 266 cm 处出现CH 一O的 H(28)27.985 3.907 3.852 C(5) 8O.07 103.38 103.25 Hf29)28.250 3.642 3.835 C(6) 2O.11 163.34 153.10 H(30)27.702 4.19O 3.852 C(8)127.21 56.23 55.13 伸缩振动峰,1 376 am 出现甲基的弯曲振动峰均 与模拟计算的数据基本一致.因此,通过上述理论 计算的数据与实际测得数据相比较,可以确定实验 产物结构的正确性.另外,实验中对最终产物做的 检测的谱图可以作为标准谱图来参考. H(31)28.156 3.736 3.835 Cf10)121.9O 61.55 59.71 H(32)28.182 3.71O 3.835 C(12)121.90 61.55 55.13 H(33)26.170 5.722 5.6lO C(13)111.9O 71.55 7O.76 H(35)24.710 7.182 7.5l5 Cf14)65.78 117.67 109.92 H(36)26.284 5.609 5.359 C(15)65.78 117.67 162.75 H(37)27.63l 4.261 5.359 C(17)20.62 162.29 153.65 H(38)27.687 4.206 4.997 C(18)2O.62 162.83 162.14 5结语 本文以甲氧苄啶为原料,通过氧化、还原得到 最终的产物.其特点在于: 1)通过分析反应的机理来改变投料的顺序减 少氧化反应的副产物;通过分析产生的杂质,改变 后处理的方法来简化反应,提高反应的收率. 表3 一(2。4一二氨基一5一嘧啶)一3,4,5一三甲氧基苯 基甲醇计算与实验测得红外数据 Table 3 Calculated and measured IR spectrum of 一(2,4一 diaminopyrimidin-5一y1)(3,4,5一trimethoxypheny1)methanol 2)更换极性较低的溶剂和降低反应温度来避 免反应可能产生不必要的副产物,使得反应过程得 到优化. 另外,通过对最终产品进行模拟计算得到相应 的数据与实验所测的数据相互佐证,证明了最终产 品结构的正确性,进而也说明了实验的可行性. :伸缩振动;6:弯曲振动 参考文献 [1]冀亚飞,赵乘有.甲氧苄啶的合成[J].合成化学,2008,16(6):716—718. [2]Ganesh K,Elango K.Spectroscopic and speetrolfuorimetric studies on the interaction of albendazole and trimethoprim with iodine[J]. Spectrochimica Acta:Molecular and Biomolecular Spectroscopy,2012,A93:185—197. 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The target compound was successfully prepared via oxidation and subsequent reduction starting from tirmethoprim.The overall yield was 66%.The structures ofintermediates and final product were determined by LC—MS, H NMR、乃C NMR or IR techniques,which are in agreement with density flmctional calculations. Key words:trimethoprim;a一(2,4-diaminopyrimidin—5一y1)(3,4,5-trimethoxypheny1)methanol;oxidation;DFT calculations (编辑余毅)