(2R,3R,4S,5R)-2-(4-氨基吡咯并[2,1-F][1,2,4]三嗪-7-基)-3,4-二羟基-5-(羟甲基)四氢呋喃-2-甲腈如何合成？

CAS 号为 1191237-69-0 的化合物，其化学名为 (2R,3R,4S,5R)-2-(4-氨基吡咯并[2,1-F][1,2,4]三嗪-7-基)-3,4-二羟基-5-(羟甲基)四氢呋喃-2-甲腈，是一种核苷类衍生物。该化合物是抗病毒药物瑞德西韦（Remdesivir）的关键中间体，属于嘧啶并吡咯三嗪核苷结构，具有潜在的广谱抗病毒活性，尤其针对 RNA 病毒如冠状病毒。它的分子框架包括一个β-D-核糖核苷单元，在 2' 位引入氰基（-CN），并与 4-氨基吡咯并[2,1-F][1,2,4]三嗪杂环连接。这种结构设计增强了其在体内的代谢稳定性和生物活性。

从化学合成角度来看，该化合物的制备涉及核糖衍生物与杂环碱基的立体选择性偶联，通常采用 Vorbrüggen 糖基化反应或类似方法。该合成路线需严格控制立体化学配置，以确保 2R,3R,4S,5R 的天然核糖构型。合成过程复杂，涉及多步有机反应，适用于实验室规模或工业生产，但需在无菌条件下操作，并遵守 GMP 标准以避免污染。

合成路线概述

该化合物的合成一般分为三个主要阶段：核糖单元的制备、杂环碱基的合成以及二者的偶联。以下基于文献报道的典型路线（如 Gilead Sciences 的专利方法）进行描述，强调关键反应条件和注意事项。实际合成需参考最新专利（如 US 20100286134A1）和专业文献，以优化产率和纯度。

1. 核糖单元的制备

核糖核心以 2-氰基-2-脱氧核糖衍生物为基础，通常从廉价的 D-核糖起始。第一个关键步骤是引入 2-位氰基，同时保护羟基以控制反应选择性。

• 起始物料：D-核糖（或其乙酰化衍生物，如 1,2,3,5-四-O-乙酰-β-D-核糖吡喃糖）。
• 氰基引入：通过开环-闭环策略，使用氰化钠（NaCN）或三甲基硅氰（TMSCN）与糖的 2-位羟基反应。典型条件：在二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中，室温下反应 4-6 小时，产率约 70-80%。这一步需使用 Lewis 酸催化剂如 BF₃·Et₂O，以促进立体选择性，形成 (2R)-2-氰基配置。
• 保护基团策略：生成的糖醛酸氰基化合物需引入保护基，如乙酰基（Ac）或苄基（Bn），以掩蔽 3',4',5' 位羟基。使用乙酸酐（Ac₂O）和吡啶在冰浴下反应 2 小时，避免过保护导致的副产物。
• 立体控制：整个过程依赖于核糖的天然 β-构象，通过 NMR 监测确保无 α-异构体形成。

此阶段产率通常为 60-75%，得到中间体 (2R,3R,4S,5R)-2-氰基-3,4,5-三-O-保护-四氢呋喃-2-甲腈。

2. 杂环碱基的合成

4-氨基吡咯并[2,1-F][1,2,4]三嗪-7-基（简称 PT 碱基）是该化合物的关键部分，其合成涉及吡咯和三嗪环的构建，通常从商用 4-氯吡咯并[2,1-F][1,2,4]三嗪起始。

• 起始物料：4-氯-7H-吡咯并[2,1-F][1,2,4]三嗪。
• 氨基引入：在 7-位引入取代基，先通过氨解取代 4-位氯原子。使用浓氨水（25% NH₄OH）在乙醇中，回流 8-12 小时，产率 >90%。这一步需控制温度以避免三嗪环开裂。
• 7-位活化：为后续糖基化，将 7-位转化为硅氧烷或氯化物。常见方法是使用 N,O-双(三甲基硅基)乙酰胺（BSA）处理，形成活性硅中间体。该反应在无水条件下进行，氮气保护，避免水分干扰。
• 纯化：通过柱色谱（硅胶，乙酸乙酯/己烷洗脱）分离，监控 TLC 以确保纯度 >95%。

PT 碱基的合成相对简便，整体产率可达 80%以上，但需注意其对光和热的敏感性，储存于 -20°C 下。

3. 糖-碱基偶联与去保护

偶联是合成核心，采用 Vorbrüggen 反应变体，利用活性糖和碱基在 Lewis 酸催化下形成 N-糖苷键。

• 反应条件：将保护的 2-氰基核糖（1 当量）与 PT 碱基（1.2 当量）在 DMF 或二氯甲烷（DCM）中混合，加入催化剂如 SnCl₂ 或 TMSOTf（0.1-0.2 当量）。反应温度控制在 0-25°C，搅拌 2-4 小时。立体选择性高，β-异构体选择性 >95%，得率 70-85%。
• 机制简述：Lewis 酸激活糖的 1-位，形成氧鎓离子中间体，随后 PT 碱基的 7-位氮攻击，形成 C-N 键。该步骤的关键是避免氰基水解，使用干燥溶剂和分子筛。
• 去保护：偶联后产物为全保护核苷，使用甲醇钠（NaOMe）在甲醇中室温反应 1 小时，去除乙酰基。进一步用氢化催化（如 Pd/C 和 H₂）去除苄基保护，若适用。最终产物通过 HPLC 纯化，收集 Rt ≈15 min 的组分。
• 表征：产物用 ¹H NMR 确认立体（J_{1',2'} ≈ 5 Hz 表示 β-构型）、MS (m/z [M+H]⁺ ≈ 378) 和 IR (CN 伸缩峰 ≈ 2250 cm⁻¹) 验证。

整个偶联和去保护阶段产率约 65%，总合成路线从起始物到最终产物的总产率 30-50%，视规模而定。

合成注意事项与挑战

• 安全考虑：氰化物试剂毒性高，操作需在通风橱中，使用 PPE（个人防护装备）。Lewis 酸具腐蚀性，避免皮肤接触。废液处理遵守环保法规，氰基废物需中和。
• 优化策略：工业规模可采用连续流反应器提升效率，减少副产物如 N7-糖苷异构体。手性 HPLC 用于 chiral 纯度检查，确保 ee >99%。
• 常见问题：低产率常因糖保护不均或碱基不纯导致。通过添加 DMAP 作为催化剂可改善糖基化选择性。光降解是另一挑战，反应全程避光。
• 替代路线：文献中也有酶促合成变体，使用核苷酸转移酶偶联，但适用于小规模。酶法产率高（>80%），但成本较高。

应用与展望

该化合物的合成不仅支持瑞德西韦的生产，还为设计新型抗病毒核苷铺平道路。其氰基修饰提升了亲脂性和抗酶降解能力。在药物化学中，类似路线可扩展到其他修饰如氟化或磷酸化。研究者应关注绿色合成，如使用可再生溶剂替换 DMF，以降低环境影响。

总之，该合成路线体现了现代有机化学的精确性和多学科整合，适用于制药领域。实际操作前，建议咨询专业数据库如 Reaxys 或 SciFinder 获取最新协议。