2,2-二氟乙酸乙酯合成5-(二氟甲基)-1H-吡唑-3-胺反应中的杂质解析

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2,2-二氟乙酸乙酯合成5-(二氟甲基)-1H-吡唑-3-胺反应中的杂质解析

南京药石科技 张洋洋

由2,2-二氟乙酸乙酯合成5-(二氟甲基)-1H-吡唑-3-胺的第二步过程中，发现在反应产物中存在一较大含量未知杂质，其反应路线如图 1所示。通过柱层析纯化得到该杂质的单体化合物，采集高分辨质谱（HRMS）和NMR一维及二维谱（HSQC、COSY、HMBC）进行综合解析。

图 1. 5-(二氟甲基)-1H-吡唑-3-胺合成路线

1H NMR（图 2）显示有5组信号（除过EtOH和ACN的溶剂残留峰），从低场到高场积分比为2:1:1:1:1，预示结构中含有6个氢原子。根据δH 7.21 (t, J= 54.4 Hz, 1H)和6.80 (t, J = 54.9 Hz, 1H)两组氢的耦合裂分和耦合常数，说明结构中含有2个二氟甲基。此外，还在氢谱中观察到2个单峰烯烃信号[δH 6.42 (s, 1H)，6.76 (s, 1H)]和1个氨基（-NH2）质子信号[δH 8.35 (br s, 2H)]。13C NMR（图 3）结合HSQC显示共有8个碳信号，包括2个sp2次甲基碳、2个sp3次甲基碳和4个季碳。

高分辨电喷雾质谱（HR-ESI-MS）给出其准分离子峰m/z [M+H]+为235.0591，结合氢谱和碳谱检测结果，可推知其分子式为C8H6F4N4（C8H7F4N4+计算值为235.0601），不饱和度为6。

以上数据结合不饱和度分析，表明该杂质含有2个环，且结构与产物相似。

图 2 杂质的核磁共振氢谱

图 3 杂质的核磁共振碳谱

为了解析出该杂质的结构，我们将整套核磁数据导入NMR Workbook中，利用软件多谱图同步处理技术及结构验证技术辅助解析。通过分析1D/2D NMR并结合反应路线，我们很容易得出一个3-(二氟甲基)-1H-吡唑的片段（图 4），上述结构片段占据了C4H2F2N2的分子组成，意味着剩下了C4H2F2N2的片段（包括1个二氟甲基和1个氨基基团），并且要形成一个环。在HMBC谱中，可以观察到烯烃质子δH 6.42 (s, 1H)与2个季碳 (δc 149.4, 152.7)、1个二氟甲基碳 (δc 113.5, t, J=239.8 Hz)有关，以及二氟甲基质子δH 6.80 (t, J = 54.9 Hz, 1H)与1个烯烃碳 (δc 84.5, t, J=3.5 Hz)、1个季碳 (δc 152.7, t, J=25.1 Hz)有关，据此可以推断出图 5所示的两种可能的结构。

图4.3-（二氟甲基）-1H-吡唑片段

图‍‍ 5. 两种可能的结构（A和B）

NMR Workbook中的组合并发验证功能（Combined and Concurrent Verification，CCV），通过先进的算法可以同时验证用户提议的结构及指定数量的同分异构体之间的匹配度。基于此，我们利用软件对上述的两个结构进行分析，从图 6可以看出，B结构其MF和DP4N(13C)分数均高于A结构，并且碳的DP4为100，这进一步说明B结构的合理性。

图 6. 两种结构CCV对比结果

因此从波谱学的角度看B结构应该为该杂质的合理结构。

关于反应机理的讨论

大致的反应过程如下图 7，起始结构中氰基水解成二氟乙酰基乙酰胺，然后与主产物5-(二氟甲基)-1H-吡唑-3-胺反应关环生成目标杂质。但在关环的过程中会涉及到各个官能团活性大小，发生反应位点的先后顺序的问题，有可能生成两种杂质。二氟乙酰基乙酰胺种存在两个羰基，由于-NH2的供电效应以及二氟甲基的拉电子效应，可以知道b位置的羰基相较于a位羰基更易发生亲核反应。由于5-(二氟甲基)-1H-吡唑-3-胺结构中存在三个反应活性位点，分别标记为1，2，3。1号位和3号位N上的孤对电子参与芳环π键的共轭，这降低了1，3位置的亲核能力。而2号位N属于吡啶型N，其孤对电子不参与芳环π键的共轭，位于芳环芳环π电子云外，其具有一定的亲核能力。如果5-(二氟甲基)-1H-吡唑-3-胺中2号位N先与二氟乙酰基乙酰胺中位b羰基反应，然后1号位-NH2与a碳基反应，就会得到产物A；如果5-(二氟甲基)-1H-吡唑-3-胺中1号位-NH2先与二氟乙酰基乙酰胺中位b羰基反应，然后2号位N与a碳基反应，就会得到产物B。产物的具体结构取决于1号位和2号位亲核能力的大小，从反应结果来看，我们只拿到了一个杂质，且其结构为B，这说明1号位-NH2的亲核能力还是强于2号位N的亲核能力。

图7 杂质产生的反应过程

ACD/Labs葛师成Comments

MF：Match Factor，此为整套谱图与结构的匹配度指数，数值区间为0-1，越接近与1表示谱图与结构吻合度越高。影响MF的因素主要有：化学位移，耦合类型及耦合常数，积分值以及二维谱图的相关信号。

DP4：DP4值为归属H C化学位移时使用概率倍乘算法计算的各个结构的可能性。各个结构的概率总和为100%，相对分数越高，该结构的可能性越大。在ACD软件中由于在计算标准化学位移时有两种算法，HOSE Code和Neural Net，其DP4分数分别为DP4A 和DP4N。当同分异构的MF分数比较接近时，可以使用DP4N分数来进一步区分同分异构体。

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