替卡格雷在医药领域的重要性，其合成工艺备受关注，(3AR,4S,6R,6AS)-6-氨基四氢-2,2-二甲基-4H-环戊烯并-1,3-二氧杂环戊烷-4-醇是合成替卡格雷的重要中间体[1-4]，其合成工艺一直是研究的热点。
如图1所示，Just等[5-6]以3,5-二硝基苯甲异羟肟酸氧化得到相应酰亚硝基化合物，该酰亚硝基化合物与环戊二烯经D-A反应（Diels?Alder反应）得到下一步中间体3，该中间体经催化量四氧化锇作用，N-甲基吗啉-N-氧化物(N-methyl-morpholine-N-oxide, NMO)氧化，立体选择性生成双羟基取代物，再经亚异丙基保护，脱除N-酰基保护，最后经/乙酸还原开环反应制得相应立体构型化合物，该路线原料易得，但需使用剧毒四氧化锇，不适合工业放大。
Gallos等[7]提出以D-核糖为原料合成氨基环戊糖醇的方法（图2）。此方法以D-核糖为原料经1-位甲基化、2,3亚异丙基保护得1-O-甲基-2,3-O-亚异丙基-D-呋喃核糖，该中间体经5-位碘代、锌、乙酸开环、羟胺化反应、1,3-偶极环加成反应、苄基保护，最后钯碳催化氢化制得中间体(3AR,4S,6R,6AS)-6-氨基四氢-2,2-二甲基-4H-环戊烯并-1,3-二氧杂环戊烷-4-醇。此路线的原料价廉易得，操作简单易行，以核糖上的手性醇羟基做手性源，可立体专一地得到中间体，是比较理想的路线。
如图3所示，Riva等[8-10]报道了以N-叔丁氧羰基-D-丙氨酸为原料的合成路线，N-叔丁氧羰基-D-丙氨酸与N,N-羰基二咪唑(CDI)/盐酸羟胺，反应得羟胺衍生物，羟胺衍生物经Swern氧化、D-A环加成反应生成(1S,4R)-双环化合物，该双环化合物经NMO、催化量的四氧化锇作用，生成顺式双羟基取代物，再经亚异丙基保护、脱N-酰基保护得下一步中间体，该中间体最后经过Pd/C催化氢化得到最后的产物。在此条路线中也要使用到剧毒的四氧化锇，不适合工业放大。
Ranganathan等[11]报道了以D-A反应为关键步骤合成中间体(3AR,4S,6R,6AS)-6-氨基四氢-2,2-二甲基-4H-环戊烯并-1,3-二氧杂环戊烷-4-醇的路线（图4）。该路线使用高锰酸钾作为氧化剂，反应产率较低，最后产物需进行手性拆分。
在经过文献调研后，本课题组决定采用基于D-核糖为原料的路线进行工艺的优化和改进，尤其是从反应条件和后处理条件的简化和可放大性考虑，使其更有利于放大生产，具体合成路线如图5所示。
1 实验部分
1.1 试剂及材料
主要实验仪器：Varian 600 MHz和400 MHz核磁共振仪（TMS做内标）；RY-1G型熔点仪。主要化学试剂：D-核糖、N-苄基羟胺盐酸盐、Pd/C、苄氧甲酰氯、氯化铵、硼氢化钠、L-酒石酸等，本文中所使用试剂均为化学纯或分析纯。
1.2 实验方法
1.2.1 1-O-甲基-2,3-O-异亚丙基-D-呋喃核糖(2)的合成 将1(200.0 g)、甲醇(700 mL)、丙酮(700 mL)和浓盐酸(20 mL)依次加至反应瓶中，加热回流反应5 h。冷却至室温，加入饱和碳酸钠溶液（400 mL）中和，抽滤，滤液减压浓缩得粗品，加入水（25 mL）和乙酸乙酯（125 mL）萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，过滤，滤液减压浓缩至干，得淡黄色液体2(242.1 g)，产率为90%，直接用于下一步反应。
1.2.2 1-O-甲基-2,3-O-异亚丙基-5-O-对甲苯磺酰基-D-呋喃核糖(3)的合成 将2(100.0 g)和吡啶(80 mL)依次加至反应瓶中，冰盐浴条件下滴加对甲苯磺酰氯(103.0 g)的二氯甲烷溶液，滴加完毕后室温反应5 h。加入72 mL水，搅拌30 min，分液取下层液体，依次用饱和硫酸铜溶液、食盐水洗涤，有机相减压浓缩至干，室温冷却得白色固体4(140.4 g)产率83%，熔点84~85 ℃(文献值：85~86 ℃)，直接用于下一步反应。
1.2.3 1-O-甲基-2,3-O-异亚丙基-5-脱氧-5-碘-D呋喃核糖(4)的合成 将3(140.0 g)、甲苯(520 mL)、N，N-二甲基酰胺（DMF）(120 mL)和碘化钠(70.0 g)依次加入反应瓶中，加热回流反应2 h。冷却至室温，依次用200 mL水、200 mL饱和食盐水、200 mL水洗涤，再用亚硫酸钠溶液洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，减压浓缩至干得黄色油状物(120.2 g)，产率99%，直接用于下一步反应。
1.2.4 (4R,5R)-2,2-二甲基-5-乙烯基-1,3-二氧环戊-4-基甲醛(5)的合成 将4(100.0 g)、甲醇(300 mL)和锌粉(31.0 g)依次加入反应瓶中，氮气保护下回流反应2 h。冷却至室温，抽滤，滤饼用甲醇洗涤，滤液直接用于下步反应。
1.2.5 N-[[(4S,5R)-2,2-二甲基-5-乙烯基-1,3-二氧杂环戊-4-基]亚甲基]-1-苯甲胺氧化物(6)的合成 将二氯甲烷(300 mL)和氢氧化钠(13.0 g)加入反应瓶中，搅拌，加入N-苄基羟胺盐酸盐(50.0 g)和无水硫酸钠(60.0 g)，搅拌10 min，置于上一步的滤液，室温反应30 min，所得混合物用于下一步反应。
1.2.6 (1R,2S,6S,7S)-9-苄基-4,4-二甲基-3,5,8-三氧杂-9-氮杂三环[5.2.1.02,6]十烷(7)的合成 将上一步所得混合物和氯苯(400 mL)加入反应瓶中，升温至105 ℃下反应6 h。冷却至室温，减压浓缩除去氯苯，分批加入乙酸乙酯和水超声将黑色固体溶解得黑色液体，硅藻土抽滤，分液，水相用乙酸乙酯萃取，合并有机相，有机相用无水硫酸钠干燥，浓缩，拌样，以V(EA)∶V(PE)=1∶10极性大小的洗脱剂过柱得白色固体(21.6 g)，基于化合物3，三步合并产率41%，熔点122~123 ℃(文献值：124~126 ℃)。1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.39~7.27 (m, 5H), 4.46 (s, 1H), 4.25 (d, J = 20.0 Hz, 2H), 4.02 (d, J = 12.0 Hz, 1H), 3.70 (d, J = 12.0 Hz, 1H), 3.55 (s, 1H), 2.06 (s, 1H), 2.01 (s, 1H), 1.43 (s, 3H), 1.27 (s, 3H). 13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ 136.7, 129.3, 128.6, 127.7, 111.2, 79.6, 78.9, 77.5, 76.8, 62.4, 62.1, 28.1, 25.8, 24.4。
1.2.7 (3AR,4S,6R,6AS)-6-氨基四氢-2,2-二甲基-4H-环戊烯并-1,3-二氧杂环戊烷-4-醇(8)的合成 将7(10.0 g)、甲醇150 mL和Pd/C(2.0 g)依次加入反应瓶中，氢气氛围下回流反应4 h。冷却至室温，抽滤，滤液减压浓缩至干，得灰白色固体产物(6.5 g)，产率98%，熔点：81~82 ℃(文献值85~88 ℃)。1H NMR (600 MHz, CDCl3) δ 4.62~4.58 (m, 1H), 4.36~4.33 (m, 1H), 4.04~4.01 (m, 1H), 3.52~3.48 (m, 1H), 3.00~2.40 (m, 2H), 2.04~1.99 (m, 1H), 1.58~1.56 (m, 1H), 1.33 (s, 3H), 1.22 (s, 3H). 13C NMR (151 MHz, CDCl3) δ 109.8, 86.8, 86.0, 77.5, 57.6, 37.0, 26.1, 23.7。
1.2.8 N-[(3AS,4R,6S,6AR)-四氢-6-羟基-2,2-二甲基-4H-环戊烯并-1,3-二氧戊环-4-基]氨基甲酸苄酯(9)的合成 将8(4.0 g)、混合液[V(甲苯)∶V(水)=3∶1](30 mL)和碳酸钠(2.5 g)依次加入反应瓶中，悬浊液置于冰浴下搅拌，滴加CbzCl，滴加完毕后室温反应2 h，过滤，滤液用乙酸乙酯萃取，有机相旋干得白色固体，合并固体，得淡黄色固体(6.6 g)，产率90%，熔点：110~112 ℃(文献值117~119 ℃)。1H NMR (600 MHz, CDCl3) δ 7.28~7.17 (m, 5H), 5.79~5.55 (m, 1H), 5.12~4.90 (m, 2H), 4.52~4.34 (m, 2H), 4.20~4.00 (m, 2H), 2.90~2.60 (m, 1H), 2.18~2.07 (m, 1H),1.59 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 1.31 (s, 3H), 1.16 (s, 3H). 13C NMR (151 MHz, CDCl3) δ 155.7, 136.4, 128.5, 128.3, 128.2, 110.2, 86.1, 86.0, 66.8, 57.1, 35.2, 26.2, 23.8。
1.2.9 2-(3AR,4S,6R,6AS)-6-(((苄氧基)羰基)氨基)-2,2-二甲基四氢(10)的合成 将9(2.0 g)、TBAB(0.11 g)、NaH (0.44 g)和甲苯(20 mL)依次加入反应瓶中，用氮气球封口，在冰浴下搅拌30 min，加入溴乙酸乙酯(1.3 g)，升温至40 ℃下反应2 h。冷却至室温，加入饱和氯化铵溶液调pH至中性，用乙酸乙酯萃取，合并有机相，用食盐水洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，减压浓缩至干得淡黄色油状液体(2.5 g)，产率99%。1H NMR (600 MHz, CDCl3) δ 7.30~7.21 (m, 5H), 5.91 (d, J = 4.0 Hz, 1H), 5.07~4.95 (m, 2H), 4.49 (s, 2H), 4.13~4.10 (m, 2H), 4.06~4.00 (m, 2H), 3.83 (d, J = 4.0 Hz, 1H), 1.96 (s, 2H), 1.32 (d, J = 4.0 Hz, 3H), 1.19~1.14 (m, 8H). 13C NMR (151 MHz, CDCl3) δ 170.3, 155.7, 136.7, 128.4, 128.1, 128.0, 110.4, 86.2, 86.0, 85.7, 83.0, 66.9, 66.5, 61.3, 60.4, 56.7, 33.2, 26.1, 23.8, 21.0, 14.2, 14.1。
1.2.10 N-[(3AS,4R,6S,6AR)-四氢-6-(2-羟基乙氧基)-2,2-二甲基-4H-环戊烯并-1,3-二氧杂环戊烷-4-基]氨基甲酸苯甲酯(11)的合成 将10(2.5 g)和乙醇(25 mL)依次加入反应瓶中，在冰浴下加入NaBH4(0.35 g)，升温至60 ℃下反应4 h。冷却至室温，加入少量水稀释，加入稀盐酸调pH至3左右，减压浓缩除去乙醇，用乙酸乙酯萃取，合并有机相，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，减压浓缩至干淡黄色油状液体(2.1 g)，产率91%。1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.40~7.15 (m, 6H), 5.84 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 5.17~4.99 (m, 2H), 4.58~4.44 (m, 2H), 4.16~4.11 (m, 1H), 3.88~3.76 (m, 1H), 3.60~3.54 (m, 1H), 2.01 (s, 1H), 1.78 (d, J = 12.0 Hz, 1H), 1.38 (s, 3H), 1.23 (s, 3H). 13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ 171.2, 155.7, 136.7, 128.5, 128.1, 128.0, 110.3, 85.7, 85.1, 83.3, 70.3, 66.5, 61.5, 60.4, 56.8, 32.9, 26.2, 23.8, 21.0, 14.2。
1.2.11 2-(((3AR,4S,6R,6AS)-6-氨基-2,2-二甲基四氢-4H-环戊[d][1,3]二氧醇-4-基)氧基)乙烷-1-醇(12)的合成 将11(1.0 g)、乙醇(10 mL)和Pd/C(0.2 g)依次加入反应瓶中，用氢气球置换氢气，升温至40 ℃下反应4 h。冷却至室温，过滤，滤液减压浓缩至干得灰色油状液体(0.6 g)，产率96%。1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 4.58 (d, J = 4.0 Hz, 1H), 4.37 (d, J = 4.0 Hz, 1H), 3.79 (d, J = 4.0 Hz, 1H), 3.63~3.51 (m, 4H), 3.27 (d, J = 4.0 Hz, 1H), 2.85 (s, 3H), 2.15~1.99 (m, 1H), 1.73 (d, J = 16.0 Hz, 1H), 1.34 (s, 3H), 1.21 (s, 3H). 13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ 110.2, 88.1, 85.4, 84.1, 70.9, 61.4, 57.6, 35.4, 26.3, 24.0。
1.2.12 2-[[(3AR,4S,6R,6AS)-6-氨基四氢-2,2-二甲基-4H-环戊并-1,3-二恶茂-4-基]氧基]-乙醇 (2R,3R)-2,3-二羟基丁二酸盐(13)的合成 将12(0.6 g)、乙醇(10 mL)和L-酒石酸(0.45 g)依次加入反应瓶中，升温至45 ℃下反应1 h。加入晶种结晶，缓慢冷却至35 ℃，然后缓慢冷却至0 ℃，搅拌1 h，过滤，干燥得白色固体(0.7 g)，产率71%。
2 结果与讨论
在合成3的过程中，后处理方法对反应的产率影响较大，分别采用异丙醇重结晶[12]和饱和硫酸铜溶液洗涤两种方法进行后处理，发现使用异丙醇重结晶的方法产率明显低于饱和硫酸铜洗涤，这是因为异丙醇重结晶会造成大量产物损失，而使用饱和硫酸铜洗涤可以较好地去除吡啶，对产物的损失也比较小，如表1所示。
表1 后处理对反应结果的影响
Table 1 Effect of post-processing on reaction results
[编号 后处理 分离收率 / % 1 异丙醇重结晶 68 2 饱和硫酸铜洗涤 83 ]
从4到7的合成过程中，中间产物不需要额外的分离，可以简化工艺流程，但使用不同的条件会对生成7的产率造成一定的影响，在4合成5的过程中，对呋喃脱氧核糖还原开环生成乙烯基醛类化合物的条件进行了筛选，同时尝试了其他的一些开环反应条件，结果显示使用锌粉还原开环[13-14]的产率最高，如表2所示。
表2 还原开环条件对反应的影响
Table 2 Effect of reductive ring-opening conditions on the reaction results
[编号 还原剂 分离收率 / % 1 Pd/C-H2/HCl 5 2 NaBH4 0 3 HCl 0 4 CF3SO3H 0 5 Zn 83 ]
在5合成6的过程中，该反应需要一定的碱，在此过程中碱有两方面的作用，一方面是与N-苄基羟胺盐酸盐反应，使原料解离出来，一方面是提供一定的弱碱性条件，使反应更好地进行，对不同的碱进行了筛选，发现使用氢氧化钠作为碱的效果最佳，反应的产率最高，如表3所示。
表3 碱对反应的影响
Table 3 Effect of the bases on the reaction results
[编号 碱 分离收率 / % 1 Na2CO3 75 2 t-BuOK 0 3 NaOH 79 4 吡啶 47 5 三乙胺 23 ]
在6合成7的过程中，根据相关文献的报道，一般环合的反应温度为135 ℃[15]，但本课题组在反应过程中发现，当反应温度过高时，会有大量的黑色聚合物生成。于是本课题组猜想，当适量降低反应温度，延长反应时间，或许可以减少黑色聚合物的生成，从而提高反应的收率，于是对环合的反应温度进行了筛选，当反应的温度降低至105 ℃时，加入的原料可以反应完全，黑色聚合物的量最少，反应的产率最高，如表4所示。
表4 反应温度对反应的影响
Table 4 Effect of reaction temperatures on the results
[编号 反应温度 / ℃ 分离收率 / % 1 135 27 2 125 27 3 115 37 4 105 63 5 95 36 ]
在8合成9的过程中，该反应中会使用到N-乙基-N,N-二异丙胺[16]、氢氧化钾或者碳酸钠作为碱，在此反应中使用碳酸钠这种常见的碱尝试该反应，对该反应的溶剂进行了筛选，包括N,N-二甲基甲酰胺，4-甲基-2-戊酮，四氢呋喃，甲苯和水等溶剂，最终确定当使用V（甲苯）∶V（水）=3∶1作为溶剂时，该反应的产率可以提升至96%，推测该原因是加入部分水可以更好地溶解碳酸钠，如表5所示。
表5 反应溶剂对反应的影响
Table 5 Effect of reaction solvents on the results
[编号 反应溶剂 分离收率 / % 1 N,N-二甲基甲酰胺 27 2 4-甲基-2-戊酮 36 3 四氢呋喃 25 4 甲苯 55 5 水 25 6 V(甲苯)∶V(水)=3∶1 90 ]
最后，在9和合成10的过程中，引入了四丁基溴化铵作为相转移催化剂，这使得反应的收率得到了极大的提升，分离收率可以从60%[17]提升至99%，这可能是因为氢化钠在甲苯中溶解度不好，加入相转移催化剂有利于反应进行，如表6所示。
表6 添加剂对反应的影响
Table 6 Effect of additive on the reaction results
[编号 添加剂 分离收率 / % 1 无 60 2 四丁基溴化铵 99 ]
3 结 论
替卡格雷中间体(3AR,4S,6R,6AS)-6-氨基四氢-2,2-二甲基-4H-环戊烯并-1,3-二氧杂环戊烷-4-醇的传统合成路线遇到的问题为：（1）第二步后处理过程吡啶难以除去，在后处理的过程中会损失产率。（2）第四、五、六步反应处理复杂，产率较低。（3）第9步反应过程简单，但产率较低。提出以下解决思路：（1）第二步后处理使用饱和硫酸铜溶液洗涤去除吡啶，尽量减少产物损失。（2）对第四步的还原开环条件进行了筛选，最终发现还是使用锌粉还原体系最佳，对第五步碱进行了筛选，发现使用氢氧化钠的效果最佳，并且对第六步环合的温度进行了优化，降低了反应的温度，进一步控制合成成本，适合于工业生产，最终第四、五、六步以41%的总收率得到了中间体7。（3）在第9步反应中加入相转移催化剂四丁基溴化铵，解决氢化钠在甲苯中溶解度不好的问题。