CN115925713A - 二氮杂大环类化合物中间体及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了二氮杂大环化合物中间体及其制备方法和应用。其制备方法采用（a）化合物1在卤代试剂和第一反应溶剂中，反应温度0‑200度，反应时间1‑20h，得化合物2；(b)化合物2在第一碱性试剂和乙二胺存在的条件下，反应温度0‑100度，反应时间1‑24小时，得化合物3；（c）化合物3在第二碱性试剂与化合物4反生反应，反应温度25‑200度，反应时间1‑24小时，得化合物5。本发明提供的二氮杂大环化合物的制备方法简易，成本低，反应条件温和，产率高，合成的二氮杂大环化合物纯度高，适用范围更广，能够满足工业化生产的要求。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成领域，具体涉及一种二氮杂大环化合物中间体及其制备方法，以及采用这种化合物制备二氮杂大环化合物的应用。
背景技术
二氮杂大环化合物，包括哌嗪和高哌嗪等，均是一种重要的医药中间体和精细化工原料。主要用途是用作医药中间体，哌嗪可以合成哌嗪磷酸盐、哌嗪硫酸盐、氟哌酸、吡哌酸、喹诺酮、利福平等。西药脉平宁是一种新型高效降压药，其主要成分是哌唑嗪；茶碱乙酸盐哌嗪可用于治疗烧伤休克、高血压等症；各种哌嗪基醇及其衍生物可用于临床麻醉；哌嗪基烷胺基的喹啉和吡啶具有抗疟活性；N ,N-二( -2-吡嗪基)哌嗪和N-2-吡啶基哌嗪有止痛作用；己二酸哌嗪、枸橼酸哌嗪等哌嗪的有机酸盐类物质是应用广泛的驱虫药物。另外，哌嗪还有一些衍生物，如N-甲基哌嗪、N-乙基哌嗪分别是生产氧氟沙星、恩氟沙星的主要原料。高哌嗪是一种氮杂七元环化合物，它的衍生物多数具有强烈的生物活性和药用价值，可用以合成高哌嗪盐酸盐、赛克利嗪、卡马西平、喹诺酮和氯环嗪等药物。以高哌嗪为原料修饰的喹啉及异喹啉衍生物、喹诺酮衍生物、噻唑烷羟酸酰胺衍生物等药物，对治疗心血管疾病、间质性浆细胞肺炎，特别是对AIDS患者的间质性浆细胞肺炎、哮喘、中枢神经系统病症包括抑郁症和焦虑症等表现出良好的疗效。如1- (5-异喹啉磺酰基) 高哌嗪盐酸盐可以有效治疗慢性心绞病、白癜风、抑郁症、焦虑症、脑血管痉挛及脑血管痉挛引起的大脑局部缺血等症状。
目前生产哌嗪的方法主要为以乙醇胺或乙二胺为原料，与氨缩合成环制备。反应过程中乙醇胺或乙二胺发生裂解与生成的哌嗪继续反应生成二甲基哌嗪；乙醇胺或乙二胺与生成的哌嗪继续反应生成乙基哌嗪，而二甲基哌嗪和乙基哌嗪与哌嗪沸点相近，性质相似，形成近沸物，分离较难，传统的精制哌嗪的工艺主要为重结晶，需要使用大量溶剂，且工艺过程复杂，流程较长。
目前大量制备高哌嗪的方法，主要有如下两条合成路线：
（一）以乙二胺为原料，采用苯磺酰氯做为保护试剂对氨基进行保护，再与1,3-二溴丙烷关环，然后用浓硫酸或氢溴酸脱保护基，最后经碱化得到高哌嗪（J. Am. Chem.Soc., 1954, 76, 1126–1137）。该方法是目前国内最主流的高哌嗪生产方法。但是该方法有两个非常明显的缺点：第一就是所使用的保护试剂苯磺酰氯不能回收，会生成大量的废弃物，通常生产一吨高哌嗪会生成至少两吨无法回收的固体废弃物；第二就是脱保护基的过程中必须使用腐蚀性非常强，污染性非常大的浓硫酸或氢溴酸，对设备的腐蚀非常大，对操作人员的身体健康也会造成较大危害，操作安全性比较差。该合成工艺三废多，生产危险性比较大，并不适应于工业化生产的需求；
（二）以乙二胺为原料，采用对甲苯磺酰氯做为保护试剂对氨基进行保护，再与1,3-二溴丙烷关环，然后用浓硫酸或氢溴酸脱保护基，最后经碱化得到高哌嗪。该方法是目前国内比较常用的高哌嗪生产方法。该方法具有与前一种方法相同的缺点，并且脱保护基时反应温度还要更高，危险性更大，更不适应于工业化生产的需求；
鉴于上述制备哌嗪，高哌嗪的工艺均存在着三废较多，脱保护试剂危险性较大，操作安全性较差的问题，因此，寻找一种绿色合成二氮杂大环类化合物的工业化生产方法具有非常重要的意义。
发明内容
鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明开发了一种工艺简单，产品纯度高，收率高的二氮杂大环化合物中间体及其制备方法，以及采用这种化合物制备二氮杂大环化合物的应用，该方法更适合工业化生产。
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种二氮杂大环类化合物中间体，其化学结构如5所示，
，其中n大于0，小于等于10。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种二氮杂大环类化合物中间体的制备方法，包括如下步骤；
（a）化合物1在卤代试剂和第一反应溶剂中，反应温度0-200度，反应时间1-20h，得化合物2,其中所述的所述的卤代试剂是氯化亚砜，三氯氧磷，三氯化磷，五氯化磷，草酰氯，三溴氧磷，三溴化磷，氯磺酸，磺酰氯中的一种，所述的第一反应溶剂是第一反应溶剂是1,2-二氯乙烷，二氯甲烷，氯苯，硝基苯，邻二氯苯中的一种或者多种；
(b) 化合物2在第二反应溶剂中，加入第一碱性试剂和乙二胺，，反应温度0-100度，反应时间1-24小时，得化合物3，所述的化合物2和乙二胺的物质的量比为1:1-2，其中，所述的第二反应溶剂是乙腈，乙酸乙酯，二氯甲烷，1,2-二氯乙烷，叔丁基甲醚，四氢呋喃，2-甲基四氢呋喃，二氧六环，二甲苯，邻二氯苯，苯和甲苯中的一种或者多种； （c）在第三反应溶剂中，化合物3在第二碱性试剂与化合物4反生反应，反应温度25-200度，反应时间1-24小时，得化合物5，其中所述的化合物3和化合物4的物质的量比为1:1-2，所述的第三反应溶剂是乙腈，叔丁基甲醚，四氢呋喃，2-甲基四氢呋喃，二氧六环，二甲苯，邻二氯苯，N,N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮，乙醇，甲醇，苯和甲苯中的一种或者多种。
在本发明的一较佳实施例中，步骤(a)中，上述化合物1和卤代试剂的物质的量比1:2-20。
在本发明的一较佳实施例中，步骤（b）中，上述第一碱性试剂是碳酸钠，碳酸氢钠，碳酸氢钾，碳酸铯，碳酸锂，三乙胺，吡啶中的一种或者多种。
在本发明的一较佳实施例中，步骤（b）中，上述温度为50-60℃。
的一较佳实施例中，步骤（c）中，上述第二碱性试剂为碳酸钾，碳酸钠，碳酸氢钠，碳酸氢钾，碳酸铯，吡啶，DBU中的一种或者多种。
在本发明的一较佳实施例中，步骤（c）中，上述温度为50-80℃。
本发明所要解决的技术问题之三是还公开了一种二氮杂大环化合物中间体的制备方法在制备二氮杂大环化合物中的应用，上述化合物5在第四反应溶剂中，在第三碱性试剂下，加入盐酸肼，回流反应4-10h, 得化合物6，所述的第四反应溶剂是乙腈，叔丁基甲醚，四氢呋喃，2-甲基四氢呋喃，二氧六环，乙醇，甲醇中的一种或者多种，
，
n大于0，小于等于10。
在本发明的一较佳实施例中，上述第三碱性试剂是碳酸钾，碳酸钠，碳酸氢钠，碳酸氢钾，碳酸铯，氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化锂，氢氧化钙中的一种或者多种。
在本发明的一较佳实施例中，上述化合物5与盐酸肼用量比为1:1-2。
有益效果
本发明提供的二氮杂大环化合物的制备方法简易，成本低，反应条件温和，产率高，合成的二氮杂大环化合物纯度高，适用范围更广，能够满足工业化生产的要求。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围.
实施例1：
步骤（a）：式2化合物4-硝基邻苯二甲酰氯的制备
保持氮气微正压，向2 L反应瓶中依次加入473 mL 1,2-二氯乙烷，211.13 g（1.0mol）式1化合物4-硝基邻苯二甲酸，搅匀。再向其中加入475.88 g（4.0 mol）氯化亚砜和5ml DMF，加完后，搅匀；反应液在1小时内升温至80℃，保温80℃继续反应6小时，反应完成。
反应液冷却至室温，向其中加入适量石油醚，所得溶液冷却至0℃，保温析晶过夜，析出大量黄色晶体。过滤，收集滤饼，滤饼用适量冷石油醚洗涤，抽干，得到228.93g（0.923mol）黄色固体产品。
收率92.3%，HPLC纯度98.3%。
步骤（b）：式3化合物8-硝基-2,3,4,5-四氢苯并[f][1,4]二氮嗪-1,6-二酮的制备
向5L反应瓶中依次加入2000 mL 乙腈， 228.93g （0.923 mol）式2化合物和255.14 g（1.85 mol）碳酸钾，搅匀。再向其中滴加55.48 g （0.923 mol）乙二胺，加完后，搅匀；反应液升温至50℃反应，保温反应8小时，反应完成。
反应液趁热过滤，滤去固体不溶物。滤液自然冷却，向其中加入适量叔丁基甲醚，冷却至0℃进行析晶。保温析晶过夜，析出大量黄色固体。过滤，收集滤饼，滤饼用适量冷叔丁基甲醚洗涤，抽干，得到187.78 g （0.798 mol）黄色固体状产品。
收率86.5%，HPLC纯度98.6%， 1H NMR (400MHz，DMSO-d6)：δ11.28(br s，2H)，8.73(s，1H)，8.64(d，1H)，8.21(d，1H)，3.54(br s，4H)。
步骤（c）：式5-1化合物9-硝基-4,5-二氢-3H-2,6-乙烷并[g][1,5]二氮-1,7-二酮的制备
向5 L反应瓶中依次加入2000 mL 四氢呋喃， 187.78 g （0.798 mol）式3化合物、60.75 g （0.798 mol）式4-1化合物1,3-丙二醇、460.70 g（1.756 mol）三苯基膦，搅匀。反应液冷却至0-5℃，再向其中滴加339.03 g（1.677 mol）偶氮二甲酸二异丙酯，30分钟内滴完，搅匀。加完后，保温搅拌反应2小时，然后升温至回流反应，保温回流反应3小时，反应结束。
反应液自然冷却至室温，向其中加入适量石油醚，再冷却至0℃进行析四氢呋喃晶。保温析晶过夜，析出大量黄色固体。过滤，收集滤饼，滤饼用适量冷石油醚洗涤，抽干，得到193.39g（0.703mol）黄色固体状产品。
收率88%，HPLC纯度99.0%，1H NMR (400MHz，DMSO-d6)：δ8.75(s，1H)，8.63(d，1H)，8.22(d，1H)， 3.55(br s，4H) ，3.41(t，4H)，1.84-1.89(m，2H)。
步骤（d）：式6-1化合物高哌嗪的制备
保持氮气微正压，向5 L反应瓶中加入850 mL无水乙醇，193.39g（0.703mol）式5-1化合物，搅匀，再向其中滴加,35.17g（0.703 mol）水合
肼，搅匀。加完后，升温至回流反应。反应过程中，通过分水器持续分出含水溶剂，同时补充等量的新鲜溶剂，保温回流反应6小时，反应结束。
反应液冷却至0℃进行析晶。保温析晶过夜，析出大量黄色固体。过滤，除去滤饼，该滤饼经鉴定为4-硝基邻苯二甲酰肼。收集滤液，滤液继续旋干得到油状物。减压蒸馏收集92 ℃/50 mmHg馏分，得到63.41g（0.633 mol）白色低熔点固体纯品。
收率90.1%，四步反应总收率63.30%。
产品纯度：99.17%（GC）；核磁数据：1H NMR (400MHz，CDCl3)：δ2.90(t，4H)，2.87(s，4H)，1.70-1.75 (m，2H)，1.62 (bs，2H)。
实施例2：
步骤（c）：式5-2化合物10-硝基-3,4,5,6-四氢-2,7-乙醇[c][1,6]二氮杂-1,8-二酮的制备
向5 L反应瓶中依次加入2000 mL四氢呋喃， 187.78 g （0.798 mol）式3化合物、79.15g （0.878mol）式4-2化合物1,4-丁二醇、460.70 g（1.756 mol）三苯基膦，搅匀。反应液冷却至0-5℃，再向其中滴加339.03 g（1.677 mol）化合物偶氮二甲酸二异丙酯，30分钟内滴完，搅匀。加完后，保温搅拌反应2小时，然后升温至回流反应，保温回流反应3小时，反应结束。
反应液自然冷却至室温，向其中加入适量石油醚，再冷却至0℃进行析晶。保温析晶过夜，析出大量黄色固体。过滤，收集滤饼，滤饼用适量冷石油醚洗涤，抽干，得到208.80g（0.722 mol）黄色固体状产品。
收率90.4%，HPLC纯度98.6%，1H NMR (400MHz，DMSO-d6)：δ8.74(s，1H)，8.63(d，1H)，8.21(d，1H)， 3.54(br s，4H) ，3.28(t，4H)，1.57-1.62(m，4H)。
步骤（d）：式6-2化合物1,4-二氮杂环辛烷的制备
保持氮气微正压，向5 L反应瓶中加入850mL乙腈，208.80g（0.722 mol）式5-2化合物，搅匀。再向其中滴加43.36 g（0.866mol）水合肼，搅匀。加完后，升温至回流反应。反应过程中，通过分水器持续分出含水溶剂，同时补充等量的新鲜溶剂，保温回流反应6小时，反应结束。
反应液冷却至0℃进行析晶。保温析晶过夜，析出大量黄色固体。过滤，除去滤饼，该滤饼经鉴定为4-硝基邻苯二甲酰肼。收集滤液，滤液继续旋干得到油状物。减压蒸馏收集92 ℃/50 mmHg馏分，得到73.76g（0.646mol）白色低熔点固体纯品。
收率89.5%，四步反应总收率64.60%。
产品纯度：99.57%（GC）；核磁数据：1H NMR (400MHz，CDCl3)：δ2.86(s，4H)，2.75(t，4H)， 1.66(bs，2H) ，1.44-1.49(m，4H)。
实施例3：
步骤（c）：式5-3化合物12-硝基-3,4,5,6,7,8-六氢-2,9-乙烷苯并[c][1,6]二氮杂环十二烯-1,10-二酮的制备
向5 L反应瓶中依次加入2000 mL四氢呋喃， 187.78 g （0.798 mol）式3化合物、122.66g （1.038mol）式4-3化合物1,6-己二醇、460.70 g（1.756 mol）三苯基膦，搅匀。反应液冷却至0-5℃，再向其中滴加339.03 g（1.677 mol）偶氮二甲酸二异丙酯，30分钟内滴完，搅匀。加完后，保温搅拌反应2小时，然后升温至回流反应，保温回流反应3小时，反应结束。
反应液自然冷却至室温，向其中加入适量石油醚，再冷却至0℃进行析晶。保温析晶过夜，析出大量黄色固体。过滤，收集滤饼，滤饼用适量冷石油醚洗涤，抽干，得到231.33g（0.729mol）黄色固体状产品。
收率91.3%，HPLC纯度99.2%，1H NMR (400MHz，DMSO-d6)：δ8.74(s，1H)，8.63(d，1H)，8.21(d，1H)， 3.54(br s，4H) ，3.25(t，4H)，1.56-1.60(m，4H)，1.25-1.29(m，4H)。
步骤（d）：式6-3化合物1,4-二氮杂环癸烷的制备
保持氮气微正压，向5 L反应瓶中加入750mL四氢呋喃，231.33g（0.729mol）式5-3化合物，搅匀。再向其中滴加65.68g（1.312mol）水合肼，搅匀。加完后，升温至回流反应。反应过程中，通过分水器持续分出含水溶剂，同时补充等量的新鲜溶剂，保温回流反应6小时，反应结束。
反应液冷却至0℃进行析晶。保温析晶过夜，析出大量黄色固体。过滤，除去滤饼，该滤饼经鉴定为4-硝基邻苯二甲酰肼。收集滤液，滤液继续旋干得到油状物。减压蒸馏收集92 ℃/50 mmHg馏分，得到95.50g（0.671 mol）白色低熔点固体纯品。
收率92.1%，四步反应总收率67.1%。
产品纯度：99.35%（GC）；核磁数据：1H NMR (400MHz，CDCl3)：δ2.86(s，4H)，2.74(t，4H) ，1.65 (bs，2H)，1.43-1.48 (m，4H)，1.24-1.28 (m，4H)。
实施例4：
步骤（c）：式5-4化合物15-硝基-4,5,6,7,8,9,10,11-八氢-3H-2,12-乙烷基苯并[c][1,6]二氮环戊烷-1,13-二酮的制备
向5 L反应瓶中依次加入2000 mL 四氢呋喃， 187.78 g （0.798 mol）式3化合物、179.13 g( 1.118 mol）式4-4化合物1,9-壬二醇、460.70 g（1.756 mol）三苯基膦，搅匀。反应液冷却至0-5℃，再向其中滴加339.03 g（1.677 mol）偶氮二甲酸二异丙酯，30分钟内滴完，搅匀。加完后，保温搅拌反应2小时，然后升温至回流反应，保温回流反应3小时，反应结束。
反应液自然冷却至室温，向其中加入适量石油醚，再冷却至0℃进行析晶。保温析晶过夜，析出大量黄色固体。过滤，收集滤饼，滤饼用适量冷石油醚洗涤，抽干，得到256.84g（0.715 mol）黄色固体状产品。
收率89.5%，HPLC纯度99.3%，1H NMR (400MHz，DMSO-d6)：δ8.74(s，1H)，8.63(d，1H)，8.21(d，1H)， 3.54(br s，4H) ，3.24(t，4H)，1.55-1.59(m，4H)，1.22-1.29(m，10H)。
步骤（d）：式6-4化合物1,4-二氮杂环十三烷的制备
保持氮气微正压，向5 L反应瓶中加入650mL二氧六环，196.69 g（0.715 mol）式5-4化合物，搅匀。再向其中滴加71.54g（1.429mol）水合肼，搅匀。加完后，升温至回流反应。反应过程中，通过分水器持续分出含水溶剂，同时补充等量的新鲜溶剂，保温回流反应6小时，反应结束。
反应液冷却至0℃进行析晶。保温析晶过夜，析出大量黄色固体。过滤，除去滤饼，该滤饼经鉴定为4-硝基邻苯二甲酰肼。收集滤液，滤液继续旋干得到油状物。减压蒸馏收集92 ℃/50 mmHg馏分，得到115.91 g（0.629 mol）白色低熔点固体纯品。
收率88%，四步反应总收率62.9%。
产品纯度：99.45%（GC）；核磁数据：1H NMR (400MHz，CDCl3)：δ2.86(s，4H)，2.73(t，4H) ，1.63 (bs，2H)，1.43-1.47 (m，4H)，1.22-1.29(m，10H)。
对比实施例1：
参照实施例1中步骤（b）、（c）同样的操作方案，将其中原料化合物成等当量的邻苯二甲酰氯7。实验过程中发现，化合物8转化成化合物9时得到的产物非常杂，未能分离得到化合物9的纯品。
由此可见，本发明的4-硝基邻苯二甲酰氯在这里是一个很好的反应基团，可使得后续的关环步骤变得可行。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围；凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种二氮杂大环类化合物中间体，其特征在于，其化学结构如5所示，
，
其中n大于0，小于等于10。
2.一种二氮杂大环类化合物中间体的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤；
（a）化合物1在卤代试剂和第一反应溶剂中，反应温度0-200度，反应时间1-20h，得化合物2,其中所述的所述的卤代试剂是氯化亚砜，三氯氧磷，三氯化磷，五氯化磷，草酰氯，三溴氧磷，三溴化磷，氯磺酸，磺酰氯中的一种，所述的第一反应溶剂是第一反应溶剂是1,2-二氯乙烷，二氯甲烷，氯苯，硝基苯，邻二氯苯中的一种或者多种；
(b) 化合物2在第二反应溶剂中，加入第一碱性试剂和乙二胺，，反应温度0-100度，反应时间1-24小时，得化合物3，所述的化合物2和乙二胺的物质的量比为1:1-2，其中，所述的第二反应溶剂是乙腈，乙酸乙酯，二氯甲烷，1,2-二氯乙烷，叔丁基甲醚，四氢呋喃，2-甲基四氢呋喃，二氧六环，二甲苯，邻二氯苯，苯和甲苯中的一种或者多种； （c）在第三反应溶剂中，化合物3在第二碱性试剂与化合物4反生反应，反应温度25-200度，反应时间1-24小时，得化合物5，其中所述的化合物3和化合物4的物质的量比为1:1-2，所述的第三反应溶剂是乙腈，叔丁基甲醚，四氢呋喃，2-甲基四氢呋喃，二氧六环，二甲苯，邻二氯苯，N,N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮，乙醇，甲醇，苯和甲苯中的一种或者多种。
3.根据权利要求2所述的二氮杂大环化合物中间体的制备方法，其特征在于，步骤(a)所述化合物1和卤代试剂的物质的量比1:2-20。
4.根据权利要求2所述的二氮杂大环化合物中间体的制备方法，其特征在于，步骤（b）中，所述的第一碱性试剂是碳酸钠，碳酸氢钠，碳酸氢钾，碳酸铯，碳酸锂，三乙胺，吡啶中的一种或者多种。
5.根据权利要求2所述的二氮杂大环化合物中间体的制备方法，其特征在于，步骤（b）中，所述的温度为50-60℃。
6.根据权利要求2所述的二氮杂大环化合物中间体的制备方法，其特征在于，步骤（c）中，所述的第二碱性试剂为碳酸钾，碳酸钠，碳酸氢钠，碳酸氢钾，碳酸铯，吡啶，DBU中的一种或者多种。
7.根据权利要求2所述的二氮杂大环化合物中间体的制备方法，其特征在于，步骤（c）中，所述的温度为50-80℃。
8.一种二氮杂大环化合物中间体的制备方法在制备二氮杂大环化合物中的应用，其特征在于，在隔绝空气的条件下，所述的化合物5在第四反应溶剂中，在第三碱性试剂下，加入盐酸肼，回流反应4-10h, 得化合物6，所述的第四反应溶剂是乙腈，叔丁基甲醚，四氢呋喃，2-甲基四氢呋喃，二氧六环，乙醇，甲醇中的一种或者多种，,n大于0，小于等于10。
9.权利要求8所述的二氮杂大环化合物中间体的制备方法在制备二氮杂大环化合物中的应用，其特征在于，所述的第三碱性试剂是碳酸钾，碳酸钠，碳酸氢钠，碳酸氢钾，碳酸铯，氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化锂，氢氧化钙中的一种或者多种。
10.根据权利要求8所述的二氮杂大环化合物中间体的制备方法在制备二氮杂大环化合物中的应用，其特征在于，所述的化合物5与所述盐酸肼用量比为1:1-2。
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| CN101973981A (zh) * | 2010-10-09 | 2011-02-16 | 南京新港医药有限公司 | 一种1-(5-异喹啉磺酰基)高哌嗪盐酸盐的精制方法 |
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