技术领域
本发明涉及化合物反应技术领域，具体为一种恩曲替尼中间体的制备方法及其应用。
背景技术
恩曲替尼是一种靶向TRK（原肌球蛋白受体激酶）及ROS1（一种编码受体酪氨酸激酶）的具有中枢神经系统活性的强效选择性的抑制剂，能够穿过血脑屏障，是临床上唯一一种被证明针对原发性和转移性脑疾病具有疗效的TRK抑制剂，并且没有不良的脱靶活性；可以阻断ROS1、ALK和NTRK激酶活性，并可能导致ROS1、ALK或NTRK基因融合的癌细胞死亡。2019年8月，美国FDA公告罗氏新药恩曲替尼上市，用于治疗NTRK基因融合突变阳性的晚期复发实体瘤成人和儿童患者。同时，FDA还批准恩曲替尼用于治疗携带ROS1基因突变的转移性非小细胞肺癌。2022年7月，恩曲替尼在国内获批上市，首个适应症为NTRK融合基因阳性的局部晚期或转移性实体瘤患者，是国内首个具有明确中枢神经系统疗效的ROS1抑制剂。仅仅两周之后，恩曲替尼第二个适应症获批，用于治疗ROS1阳性晚期非小细胞肺癌。
然而，目前恩曲替尼的价格还十分昂贵，为了降低恩曲替尼的生产成本，开发一条经济环保、适合工业化生产的恩曲替尼合成路线显得尤为重要。
2-硝基-4-(4-甲基-1-哌嗪)苯甲酸叔丁酯作为制备恩曲替尼的关键中间体，其合成研究至关重要。目前关于2-硝基-4-(4-甲基-1-哌嗪)苯甲酸叔丁酯的合成路径公开最多的是：以4-氟-2-硝基苯甲酸为原料，先进行酯化再与N-甲基哌嗪反应，具体地，4-氟-2-硝基苯甲酸在二碳酸二叔丁基甲酯和4-二甲氨基吡啶作用下与叔丁醇发生酯化反应，再与N-甲基哌嗪发生亲核取代反应。反应方程式如下：
根据刘彦等人于2020年在《化学试剂》第42期发表的文章《抗肿瘤药物恩曲替尼的合成工艺优化》中披露的信息，该方法下第一步反应产率为75.2%，第二步产率为87.9%，总产率66.1%，中间体纯度未标明；公开专利文献“用于抑制激酶活性的吲唑类化合物及其组合物及应用”（公开号：CN108623576）指出该方法中第一步收率53.7%，第二步收率74.5%，总收率40.0%，中间体纯度未标明；专利“HETEROCYCLIC DERIVATIVES MODULATING ACTIVITYOF CERTAIN PROTEIN KINASES”(申请号：WO2016096709A1)披露该方法第一步收率86%，第二步收率95%，总收率81.7%，中间体纯度未标明。
此方法中第一步的反应时间较长（＞24h），而且后处理需淬灭、酸洗、水洗、减蒸，这些步骤虽然操作条件温和，但流程较多导致生产周期长，能耗高；另外，第一步反应会残留较多二碳酸二叔丁基甲酯，残留的二碳酸二叔丁基甲酯会影响下一步反应，在反应时需消耗等当量的N-甲基哌嗪，导致N-甲基哌嗪用量增加。此方法中第二步中使用N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，析晶时采用水析晶，导致废液较难处理，环境负担较大。以上问题使得其2-硝基-4-(4-甲基-1-哌嗪)苯甲酸叔丁酯的生产成本大大增加，也不利于安全的工业化生产。
发明内容
针对现有技术中存在的这些问题，本发明提供了先采用4-氟-2-硝基苯甲酸与N-甲基哌嗪在较高温度下反应，再酯化得到恩曲替尼中间体的方法，该方法反应速度快，选择性高，得到产品纯度高，后处理简单，从而缩短了生产周期，降低了能耗，且溶剂可回收再利用，减轻了环境负担，大大提高了工业化生产能力。
分析现有技术，多采用4-氟-2-硝基苯甲酸先酯化再与N-甲基哌嗪反应的步骤，其原因在于该方法全程采用室温，其反应条件比较温和，而室温下4-氟-2-硝基苯甲酸与N-甲基哌嗪无法直接反应，故限制了现有技术人员的技术改进。
分析其机理，该反应本质上是亲电反应，采用缺电子的试剂进攻另一化合物电子云密度较高（富电子）区域引起的反应，苯环上电子云密度越高越利于这个反应，先前技术是根据这个思路，先进行酯化反应保护羧基，使羧基的吸电子效应降低，进而利于N-甲基哌嗪的取代。
然而，在本发明技术人员研究过程中发现，采用本发明提供的先进行N-甲基哌嗪的取代方案，虽然反应条件会需要加强，如室温提升到80℃以上，该温度的提升程度在工业上实现是很容易的。但是带来的优势却出乎意料之外，包括简化了反应后处理步骤，减少了N-甲基哌嗪的使用量；同时可实现多步反应的连续化生产；采用本方法可达到98%的收率，产物纯度达到99.8%。
本发明第一个方面提供了一种恩曲替尼中间体的制备方法，包括：在溶剂中，4-氟-2-硝基苯甲酸与N-甲基哌嗪在80-100℃反应，而后再酯化得到恩曲替尼中间体。本发明提供的反应方程式如下：
本发明提供的所述恩曲替尼中间体的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，将4-氟-2-硝基苯甲酸加入反应容器中，使用溶剂溶解，搅拌下加入N-甲基哌嗪，控制反应温度在80-100℃，反应结束后，旋蒸；
步骤二，向步骤一反应产物中加入溶剂、吡啶、叔丁醇和三氯氧磷，室温下反应，反应结束后，旋干，加水析晶，得到2-硝基-4-(4-甲基-1-哌嗪)苯甲酸叔丁酯。
作为本发明的一种优选的技术方案，步骤一中，4-氟-2-硝基苯甲酸与N-甲基哌嗪在80-85℃温度范围下反应。
更进一步地，步骤一中，4-氟-2-硝基苯甲酸与N-甲基哌嗪在85℃温度下反应。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述4-氟-2-硝基苯甲酸、N-甲基哌嗪、吡啶、叔丁醇、三氯氧磷的摩尔比为1:（1-3）:（6-15）:（5-10）:（1-5），在该比例下，能够获得较高的收率和纯度。
作为本发明的一种更优选的技术方案，所述4-氟-2-硝基苯甲酸、N-甲基哌嗪、吡啶、叔丁醇、三氯氧磷的摩尔比为1:2.5:12:7:2.5。第一步中间体未取出，收率按99%计算，第二步中间体收率为99%，总收率达到98%，纯度为99.8%。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙腈和二氯甲烷中的一种或若干种的组合。
作为本发明的一种优选的技术方案，步骤一中溶剂为乙腈，步骤二中溶剂为二氯甲烷。第一步采用乙腈为溶剂既可以达到反应温度，又可以很好的蒸出，所得旋蒸物可直接用于下一步，与原路线采用N,N-二甲基甲酰胺相比，较为方便。第二步采用二氯甲烷为溶剂，反应既可正常进行又省去后处理中的多次萃取分液洗涤，简化后处理过程。
作为本发明的一种优选的技术方案，步骤一中所述溶剂和4-氟-2-硝基苯甲酸重量比为(5-10):1。
在本发明提供的一种实施方式中，所述恩曲替尼中间体的制备方法包括：将4-氟-2-硝基苯甲酸加入反应容器中，使用溶剂溶解，搅拌下加入N-甲基哌嗪，控制反应温度在80-85℃，薄层层析跟踪反应进程，反应结束后，旋蒸，加入二氯甲烷、吡啶、叔丁醇，三氯氧磷，室温反应，薄层层析跟踪反应进程，反应结束，旋干，加水析晶，得到2-硝基-4-(4-甲基-1-哌嗪)苯甲酸叔丁酯。
本发明第二个方面，提供了所述恩曲替尼中间体的制备方法在制备恩曲替尼中的应用。本发明方法应用于恩曲替尼的制备的工艺中将显著缩短生产周期，降低物料消耗和成本，有利于恩曲替尼的工业化生产。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本申请提供的先与N-甲基哌嗪反应后酯化的工艺，无需添加保护剂二碳酸二叔丁基甲酯，避免了其残留造成的N-甲基哌嗪的不必要消耗，降低了物料的使用量；还减少了溶剂的量，使危废量降低，对环境友好；
2、本方法反应速度快，反应时间不超过20h即可获得较好收率，同时后处理过程简单使生产周期缩短，能耗降低；
3、本方法选择性高，总收率可达到98%，副反应少；得到产品纯度高，可达到99.8%，大大提升了产品的质量；
4、本方法反应完毕后为单一溶剂，可通过回收再利用，避免了后处理中的多次萃取分液洗涤，不仅减轻了环境负担，还使其工业化生产更易实现。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例4得到的2-硝基-4-(4-甲基-1-哌嗪)苯甲酸叔丁酯的氢谱图；
图2为本发明实施例4得到的2-硝基-4-(4-甲基-1-哌嗪)苯甲酸叔丁酯的质谱图；
图3为本发明实施例4得到的2-硝基-4-(4-甲基-1-哌嗪)苯甲酸叔丁酯的液相图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
液相检测方法如下：
色谱柱：Welchrom C18 250mm*4.6mm，5μm色谱柱或与之相当的色谱柱；流速：每分钟1.0ml；检测波长：242nm；柱温：30℃；浓度：0.1mg/ml；稀释剂：乙腈:H2O=1:9，先加乙腈溶解，再用水定容。
按下列梯度表进行：
实施例1
本发明实施例1提供了一种恩曲替尼中间体的制备方法，其具体如下：
于2L的三颈瓶中，加入4-氟-2-硝基苯甲酸（100.0g，0.54mol）、N-甲基哌嗪（81.1g,0.81mol）和乙腈550ml，加热至80℃，薄层层析跟踪反应进程，反应6h，旋干，加入二氯甲烷1000ml、叔丁醇424.7ml、吡啶181.7ml、三氯氧磷76.2ml，室温反应，薄层层析跟踪反应进程，反应12h后旋干，加水析晶，过滤得到目标产物2-硝基-4-(4-甲基-1-哌嗪)苯甲酸叔丁酯156.24g，总收率90.0%，纯度98.4%。
实施例2
本发明实施例2提供了一种恩曲替尼中间体的制备方法，其具体如下：
于2L的三颈瓶中，加入4-氟-2-硝基苯甲酸（100.0g，0.54mol）、N-甲基哌（108.2g,1.08mol）和乙腈550ml，加热至85℃，薄层层析跟踪反应进程，反应6h，旋干，加入二氯甲烷900ml、叔丁醇504.3ml、吡啶249.8ml、三氯氧磷102ml，室温反应，薄层层析跟踪反应进程，反应12h后旋干，加水析晶，过滤得到目标产物2-硝基-4-(4-甲基-1-哌嗪)苯甲酸叔丁酯161.4g，总收率93.0%，纯度99.0%。
实施例3
本发明实施例3提供了一种恩曲替尼中间体的制备方法，其具体如下：
于2L的三颈瓶中，加入4-氟-2-硝基苯甲酸（100.0g，0.54mol）、N-甲基哌嗪（135g,1.35mol）和乙腈550ml，加热至85℃，薄层层析跟踪反应进程，反应6h，旋干，加入二氯甲烷700ml、叔丁醇583.9ml、吡啶272.5ml、三氯氧磷107ml，室温反应12h，薄层层析跟踪反应进程，反应12h后旋干，加水析晶，过滤得到目标产物2-硝基-4-(4-甲基-1-哌嗪)苯甲酸叔丁酯164.9g，总收率95.0%，纯度99.5%。
实施例4
本发明实施例4提供了一种恩曲替尼中间体的制备方法，其具体如下：
于2L的三颈瓶中，加入4-氟-2-硝基苯甲酸（100.0g，0.54mol）、N-甲基哌嗪（135g,1.35mol）和乙腈550ml，加热至85℃，薄层层析跟踪反应进程，反应6h，旋干，加入二氯甲烷700ml、叔丁醇637ml、吡啶318ml、三氯氧磷127ml，室温反应12h，薄层层析跟踪反应进程，反应12h后旋干，加水析晶，过滤得到目标产物2-硝基-4-(4-甲基-1-哌嗪)苯甲酸叔丁酯170.1g，总收率98.0%，纯度99.9%。
所得产物的氢谱和质谱如图1和图2所示，其质谱和氢谱数据如下：
MS：322［M+H］；
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)，ppm：7.73 (dd, J = 8.8, 1.5 Hz, 1H), 7.03 –6.92 (m, 2H), 3.37 (t, J = 5.1 Hz, 4H), 2.56 (t, J = 5.0 Hz, 4H), 2.37 (d, J= 1.5 Hz, 3H), 1.54 (s, 9H)。
液相检测结果如下表和图3所示，采用本发明制备的恩曲替尼中间体产物杂质较少，纯度较高。
实施例5
本发明实施例5提供了一种恩曲替尼中间体的制备方法，其具体如下：
于2L的三颈瓶中，加入4-氟-2-硝基苯甲酸（100.0g，0.54mol）、N-甲基哌嗪（124.2g,1.242mol）和乙腈550ml，加热至85℃，薄层层析跟踪反应进程，反应6h，旋干，加入二氯甲烷700ml、叔丁醇557.4ml、吡啶227ml、三氯氧磷116.84ml，室温反应12h，薄层层析跟踪反应进程，反应12h后旋干，加水析晶，过滤得到目标产物2-硝基-4-(4-甲基-1-哌嗪)苯甲酸叔丁酯166.6g，总收率96.0%，纯度98.9%。
实施例6
本发明实施例6提供了一种恩曲替尼中间体的制备方法，其具体如下：
于2L的三颈瓶中，加入4-氟-2-硝基苯甲酸（100.2g，0.54mol）、N-甲基哌嗪（124g,1.242mol）和N,N-二甲基甲酰胺550ml，加热至100℃，薄层层析跟踪反应进程，反应10h，减压旋蒸去除N,N-二甲基甲酰胺，而后加入二氯甲烷700ml、叔丁醇558ml、吡啶228ml、三氯氧磷116ml，室温反应12h，薄层层析跟踪反应进程，反应12h后旋干，加水析晶，过滤得到目标产物2-硝基-4-(4-甲基-1-哌嗪)苯甲酸叔丁酯163.5g，总收率94.2%，纯度99.2%。
对比例1
采用与实施例4相同的物料，区别在于，加入4-氟-2-硝基苯甲酸、N-甲基哌嗪和乙腈后，加热至50℃，薄层层析跟踪反应进程，反应6h，旋干，加入二氯甲烷、叔丁醇、吡啶、三氯氧磷，室温反应12h，薄层层析跟踪反应进程，反应12h后旋干，加水析晶，过滤得到目标产物2-硝基-4-(4-甲基-1-哌嗪)苯甲酸叔丁酯102.3g，总收率58.9%，纯度99.3%。
对比例2
采用与实施例4相同的物料，区别在于，加入4-氟-2-硝基苯甲酸、N-甲基哌嗪和乙腈后，加热至50℃，薄层层析跟踪反应进程，反应18h，旋干，加入二氯甲烷、叔丁醇、吡啶、三氯氧磷，室温反应12h，薄层层析跟踪反应进程，反应12h后旋干，加水析晶，过滤得到目标产物2-硝基-4-(4-甲基-1-哌嗪)苯甲酸叔丁酯123.1g，总收率70.9%，纯度89.9%。
通过对比例1和2可知，降低步骤一的反应温度后，所得产品的收率降低，分析其原因在于第一步反应温度较低，反应不完全，即使延长反应时间，仍无法较大程度的提高收率，并且随着反应时间的延长，同样后处理方式所得产品的纯度随之降低。
前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。