5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸的新合成方法

(遵义医学院药学院，贵州遵义，563099)

5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸的新合成方法

赵长阔王先恒黄梅钟艳袁智
(遵义医学院药学院，贵州遵义，563099)

丙二酸二乙基酯为起始原料，与水合肼反应得到丙二酸乙酯酰肼1，再与甲基乙亚胺酸酯盐酸盐2在Hoenig碱存在下进行缩合反应得到5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯3，最后将化合物3的酯键水解后得到目标产物5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯I，总收率40.0%。

丙二酸二乙基酯 5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸 缩合 合成

三氮唑类杂环是一类重要的芳杂环，由于其易形成氢键，配位键等，并发挥多种非共价键相互作用，能够改善药物分子的水溶性等化学物理性质；被广泛地应用于药物合成、功能材料及分子生物学等方面[1]。三氮唑结构中的1,2,4-三氮唑表现出各种各样的生物活性，例如伊曲康唑、曲康唑、泊沙康唑、阿巴康唑、氟康唑、艾氟康唑、伏立康唑等就是一类包含1,2,4-三氮唑的药物，该类药物具有高效、广谱的抗真菌活性，并对大多数酵母菌及丝母菌有较强抑制活性[2-3]。1,2,4-三唑类还被较多地应用于农药，如戊唑醇、呋醚唑、丙环唑等。这些杂环结构的农药具有广谱、高效、低毒、效长等特点，还能调节作物生长[4]。钱存卫等报道了含噻唑、硫醚结构的1,2,4-三唑类化合物，能够抑制纹枯病菌[5]。

5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸被广泛应用于新药设计合成领域，并显示出多种多样的生物活性；例如，专利文献[6-8]报道了作为磷酸二酯酶受体(phosphodiesterase)包含5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酰基片段的新分子结构，显示出广泛的抗肿瘤活性。

为进一步研究1,2,4-三氮唑杂环衍生物，探讨了5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸的合成。Khomenkohe和Naresh等[9-10]报道了将甲酰肼A与乙酸丙二酸酯单亚胺酯 B 在乙醇中回流反应得到相应5-甲基-1,2,4-三唑-3-乙酸酯3；收率83%。

路线1 文献报道的化合物I合成路线[9-10]

上述合成路线中[9-10]，乙酸丙二酸酯单亚胺酯 B不易制备，限制了该方法的进一步应用。参考文献[9-10]，本文设计了一条新的合成路线，即先合成丙二酸乙酯酰肼1，再与甲基乙亚胺酸酯盐酸盐2在Hoenig碱存在下进行缩合反应得到5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯3，并讨论了这一新路线中的关键步骤合成条件优化。

1 材料与仪器

1.1 材料

丙二酸二乙基酯(Aldrich)；水合肼、乙腈(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)；氢氧化钾、氢氧化钠、无水硫酸钠、无水硫酸镁、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、石油醚、乙醚(化学纯，国药集团化学试剂有限公司)；柱层析用硅胶(200～300目)、硅胶薄层板(青岛海洋化工厂)；蒸馏水(自制)。

1.2 仪器

电热恒温鼓风干燥箱(DMG-914M型，上海精宏实验设备有限公司)；暗箱三用紫外分析仪(81-2型，上海司乐仪器有限公司)； LC-10ATVP 型高效液相色谱仪(日本岛津公司)；Varian 400MHz核磁共振波谱仪(TMS作内标，安捷伦科技有限公司)。

2 合成方法与讨论

2.1 化合物I的合成路线

丙二酸二乙基酯为起始原料，与水合肼反应得到丙二酸乙酯酰肼1，再与甲基乙亚胺酸酯盐酸盐2在Hoenig碱存在下进行缩合反应得到5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯3，最后将化合物3的酯键水解后得到目标产物5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯I，总收率40.0% (路线 2)。

路线2 化合物I的新合成路线

2.1.1 丙二酸乙酯酰肼1的制备

丙二酸二乙酯(10g, 62.5mmol)溶解于50mL乙醇中，然后添加85%水合肼(1.44g, 1.44mol)。反应混合物在室温下搅拌过夜。停止反应，过滤，滤液减压蒸除溶剂。所得残留物用乙酸乙酯/石油醚的混合溶剂进行重结晶，得到化合物1(2.10g, 64%)，为白色固体。1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ 4.12 (q,J=7.1Hz, 2H), 3.16(s,2H),1.22(t,J=7.1Hz, 3H); LC-MS 147 (M+H)+。

2.1.2 甲基乙亚胺酸酯盐酸盐2的制备

在冰水浴中，搅拌下将HCl气体通入乙腈(30g, 0.720 mol)、甲醇 (35 mL, 0.87 mol)和己烷(150mL)的混合溶液中；在搅拌过程中，逐渐有白色沉淀形成。持续搅拌反应6 h，停止反应。反应液减压蒸除溶剂后得到化合物2 (63.51g, 84%)。1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 12.78 (br, 1H), 12.03 (br, 1H), 8.40～7.43 (m, 5H), 4.57 (s, 3H)。

2.1.3 乙基 5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯3的制备

化合物1(13.08g, 0.09mol)悬浮于异丙醇(70mL)中，然后滴加DIEA(70mL)和化合物2(12.6g,0.16mol)。反应混合物在室温下搅拌10分钟，然后在油浴中加热流3天。蒸除溶剂，所得残留物用乙酸乙酯稀释，再用盐水洗涤后，用无水硫酸钠干燥。减压蒸除乙酸乙酯，所得残留物用乙酸乙酯/石油醚的混合溶剂进行重结晶，得到目标化合物3 (10.87 g, 71%)，为白色固体。1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 4.24 (q, J = 7.1Hz, 2 H), 3.82 (s, 2H), 2.41 (s, 3H), 1.29 (t, J = 7.1Hz, 3H)。

2.1.4 5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸I的制备

化合物3 (4g, 23.5mmol)溶于水(30mL)和甲醇(20mL)中，然后分批加入氢氧化钠 (1.22g, 1.22mol)；所得混合物在室温下搅拌过夜。减压蒸除溶剂，所得残留物溶解于乙醚(45mL)中，在0～5℃下搅拌通入氯化氢气体，在搅拌过程中,有白色沉淀形成；过滤并干燥后得到目标化合物I (2.95g, 87%)；1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 3.98 (s, 2 H), 2.57 (s, 3H); LC-MS > 99% (Purity) 142 (M+H)+。

2.2 讨论

2.2.1 结构确证

1H NMR和LC-MASS表明了目标产物I的化学结构。然而，HPLC显示为两个峰的混合物，这是由于化合物I可以形成两个不同氢键，如图1所示。

图1 化合物I的分子内氢键

2.2.2 反应条件优化

2.2.2.1 丙二酸乙酯酰肼1的制备

采用丙二酸二乙酯和85%水合肼在乙醇溶剂中室温搅拌过夜，收率可达61%。该方法避免了高危险的无水肼的使用，所得到的粗品进过重结晶可以得到纯品，非常适合工业化生产。

2.2.2.2 乙基 5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯3的制备

乙腈在甲醇盐酸溶液反应先生成中间体甲基乙亚胺酸酯盐酸盐2。对于甲基乙亚胺酸酯盐酸盐2与丙二酸乙酯酰肼1的成环反应，我们重点对各种碱以及溶剂进行了条件优化，最终发现在DIEA条件，以异丙醇为溶剂发生回流48h，以71%的收率得到1,2,4-三唑-3-乙酸酯3。

表1 乙基 5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯3的工艺优化

最后，在碱性条件(NaOH)作用下，乙基 5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯3顺利地水解生成得到目标化合物I。

3 结论

本文发展了一条新的路线，即以丙二酸二乙基酯为起始原料，与水合肼反应得到丙二酸乙酯酰肼1，再与甲基乙亚胺酸酯盐酸盐2在Hoenig碱存在下进行缩合反应得到5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸酯3，最后将化合物3的酯键水解后得到目标产物5-甲基-4H-1,2,4-三唑-3-乙酸I，总收率40.0%。该路线具有原料易得，价格便宜，工艺条件温和，易于工业化生产的特征；此外该方法也可以进一步应用到其他类似物的合成。

[1] 常娟娟,王艳,张慧珍,等. 三唑类超分子化学与药物研究新进展[J]. 高等学校化学学报, 2011, 32 (9) : 1970-1985.

[2] 詹莹,疏楠,郭楠,等. 三氮唑类抗真菌药的治疗药物监测研究进展[J]. 中国临床药理学与治疗学, 2014, 19(06): 706-711.

[3] 刘晓东,于丹,菅凌燕. 三氮唑类抗真菌药不良反应的文献分析[J]. 中国新药杂志, 2013, 22(13): 1591-1594.

[4] 姜荫,金东元,高永红,等. 2-(1H-1, 2, 4-三唑-1-基)乙酰胺的制备[J]. 化学世界, 2010, 51(12): 745-747.

[5] 钱存卫,黄海军,费正皓,等. 含噻唑、硫醚结构的1, 2, 4-三唑类化合物的合成及生物活性[J]. 应用化学, 2015, 32(04): 399-404.

[6] Allen D G, Coe D M, Cook C M, et al. Preparation of pyrazolo[3, 4-b]pyridine derivatives for use in pharmaceutical compositions as phosphodiesterase inhibitors [P]. WO2004056823A1, 2004-07-08.

[7] Kaplan A P, Keenan T P, Weinhouse M I, et al. Preparation of piperazines as inhibitors of PDE4 receptor [P]. US20110065691A1, 2011-03-17.

[8] Kaplan A, Keenan T, Weinhouse M, et al. Preparation of piperazines as inhibitors of PDE4 receptor [P]. WO2012040258 A2, 2012-03-29.

[9] Khomenko D M, Doroshchuk R O, Vashchenko O V, et al. Synthesis and study of novel 1, 2, 4-triazolylacetic acid derivatives[J]. Chem Heterocycl Comp, 2016, 52(6): 402-408.

[10] Mishina M S, Ivanov Yu, Lobanov P S, et al. Combinatorial synthesis of 3,5-dimethylene substituted 1,2,4-triazoles[J]. Comb Chem High T Scr, 2011, 14(2): 132-137.

ANewSyntheticRouteof5-Methyl-4H-1,2,4-Triazole-3-AceticAcid

ZhaoChangkuo,WangXianheng,HuangMei,ZhongYan,YuanZhi
(SchoolofPharmacy,ZunyiMedicalUniversity,Zunyi563099,Guizhou,China)

Starting from diethyl malonate, which reacted with hydrazine hydrate to give ethyl malonate hydrazide 1, and then reacted with methyl ethylimidate hydrochloride 2 in the presence of Hoenig base through condensation to afford ethyl 5-aethyl-4H-1,2,4-triazole-3-acetate 3, and finally the ester bond of ester 3 was hydrolyzed, the targeted product 5-methyl-4H-1,2,4-triazole-3-acetic acid I was obtained with a total yield of 40.0%.

diethyl malonate; 5-methyl-4H-1,2,4-triazole-3-acetic acid; condensation; synthesis

贵州省科技厅联合基金资助项目(NO：黔科合LH字[2015]7531)