高純磷酸哌喹合成和結(jié)構(gòu)表征

鄭清四,彭斌,黃軍

(桂林南藥股份有限公司，廣西桂林541002)

高純磷酸哌喹合成和結(jié)構(gòu)表征

鄭清四,彭斌,黃軍

(桂林南藥股份有限公司，廣西桂林541002)

為探討抗瘧藥磷酸哌喹制備新工藝和檢測參數(shù)，采用不同的溶劑、反應(yīng)條件、反應(yīng)步驟合成磷酸哌喹，最終產(chǎn)品采用氫譜、碳譜、質(zhì)譜表征結(jié)構(gòu)，HPLC方法控制產(chǎn)品有關(guān)物質(zhì).通過一系列優(yōu)化實驗，確定了磷酸哌喹結(jié)構(gòu)和最佳工藝路線，為合成高純磷酸哌喹提供了一條新的有效途徑，確定的合成工藝參數(shù)，操作簡單，性能好，工藝對設(shè)備的要求低，適合于工業(yè)化大生產(chǎn).

磷酸哌喹;合成;HPLC;有關(guān)物質(zhì);結(jié)構(gòu)表征

0 引言

磷酸哌喹是治療和控制瘧疾病癥的代表性藥物之一，療效確切，使用已有數(shù)十年的歷史.由于單方抗藥性的產(chǎn)生，目前廣泛使用的是復(fù)方制劑［1-3］.磷酸哌喹與氯喹同屬4-氨基喹啉類藥，因其效價高于氯喹而毒性明顯低于氯喹得到廣泛應(yīng)用，其制成的復(fù)方制劑如復(fù)方雙氫青蒿素片、雙氫青蒿素哌喹片等用于治療耐氯喹蟲株所致的惡性瘧疾發(fā)揮了很大作用，在非洲被稱為神藥.

磷酸哌喹的合成主要是經(jīng)過兩次縮合反應(yīng)得到1，3-雙［4-(7-氯-喹啉-4-基)哌嗪-1-基］丙烷，再由1，3-雙［4-(7-氯-喹啉-4-基)哌嗪-1-基］丙烷與磷酸反應(yīng)制得.1，3-雙［4-(7-氯-喹啉-4-基)哌嗪-1-基］丙烷的制備方法較多，主要有3條［4-8］，研究最多的合成路線如下:

該路線由上海醫(yī)藥工業(yè)研究院率先研究完成，經(jīng)重慶康樂有限公司改進(jìn)后用于生產(chǎn)中，但對產(chǎn)品過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)控制不嚴(yán)，純度不夠，標(biāo)準(zhǔn)不高，得不到世界主流市場的認(rèn)可.張小松等［9］建立了磷酸哌喹有關(guān)物質(zhì)的HPLC檢查方法，并通過光照試驗，證實了磷酸哌喹對光照的不穩(wěn)定性和有關(guān)物質(zhì)檢查的必要性，方法采用Agilent-C18柱，以0.04 mol·L-1磷酸二氫鉀一乙腈一三乙胺(90∶10∶0.2，用磷酸調(diào)節(jié)pH至2.5)為流動相，流速0.5 mL·min-1，檢測波長230 nm，柱溫25℃，但未對產(chǎn)生的雜質(zhì)進(jìn)行定量和定性研究.文獻(xiàn)［10，13］用HPLC測定了磷酸哌喹含量，2015最新版的《中國藥典》規(guī)定了磷酸哌喹質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［14］，但質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的有關(guān)物質(zhì)中，只確認(rèn)了3種已知雜質(zhì)，規(guī)定單一雜質(zhì)不超過0.5％，總雜質(zhì)不超過2％.國際主流市場一般要求產(chǎn)品的有關(guān)物質(zhì)小于0.1％，對大于0.1％雜質(zhì)需要進(jìn)行藥理毒理試驗，才能確定雜質(zhì)的限度;因此，磷酸哌喹的我國藥典標(biāo)準(zhǔn)跟先進(jìn)國際標(biāo)準(zhǔn)有較大差距，需要更先進(jìn)的工藝來制備高純度的產(chǎn)品，達(dá)到國際先進(jìn)水平.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

VANCE AV 500 MHz超導(dǎo)核磁共振儀(瑞士Bruker公司);ESQUIRE HTC型離子質(zhì)譜儀(德國布魯克道爾頓公司);島津LC-20A高效液相色譜儀.

4，7-二氯喹啉、無水哌嗪、鹽酸、碳酸鈉、乙醇、甲醇、溴氯丙烷、磷酸、甲酸、氫氧化鈉、乙晴、三氟乙酸，均為國產(chǎn)市售分析純.

1.2 磷酸派喹合成

1.2.17 -氯-4-(1-哌嗪基)喹啉(A)的制備

在100 mL反應(yīng)瓶中加入15 g飲用水、15 g甲醇、15 g 4，7-二氯喹啉、30 g無水哌嗪，開攪拌，開蒸汽，緩緩加熱，升溫至內(nèi)溫為60℃～75℃，回流反應(yīng)5 h.反應(yīng)完畢后，冷卻至室溫，攪拌1 h，過濾，將濾液倒入200 mL反應(yīng)瓶中，加水15 g，加入鹽酸調(diào)pH值為8～8.5，經(jīng)復(fù)測pH值不變后，再攪拌60 min，抽濾，濾液棄去.將濾餅加入60 g飲用水，開攪拌，加入鹽酸溶液調(diào)pH值為4～4.5，待固體溶解后，加入活性炭0.15 g，升溫至60℃脫色30 min，過濾，濾除不溶物，濾餅棄去，濾液用8 g 30％氫氧化鈉中和，將pH調(diào)至8～8.5，冷卻至室溫，攪拌30 min，甩濾，水洗，濾餅60℃減壓干燥16 h得A，收率80％.

1.2.21 ，3-雙［4-(7-氯-喹啉-4-基)哌嗪-1-基］丙烷(B)的制備

在100 mL反應(yīng)瓶中加入7-氯-4-(哌嗪-1-基)喹啉10 g，95％乙醇50 g，攪拌下加入1-溴-3-氯丙烷3.2 g，碳酸鈉3.2 g，繼續(xù)加熱至回流，反應(yīng)8 h～9 h.TLC檢測反應(yīng)(硅膠GF254薄層板，反應(yīng)液用無水乙醇稀釋10倍取5 μL，展開劑為氯仿∶丙酮∶30％二乙胺水溶液=2∶2∶1(體積比)，展開距離5 cm，紫外燈254 nm檢視)，7-氯-4-(哌嗪-1-基)喹啉斑點不再發(fā)生變化即達(dá)到反應(yīng)終點.反應(yīng)結(jié)束后降溫至20℃～30℃，抽濾至干，濾餅倒入50 g水中，甲酸中和至pH5，抽濾，固體倒入40 g水中，用氫氧化鈉中和至中性，抽干，70℃干燥7 h，得1，3-雙［4-(7-氯-喹啉-4-基)哌嗪-1-基］丙烷(B)，收率85％.

1.2.3 磷酸哌喹的制備

在反應(yīng)瓶中加入120 g純化水，12 g哌喹二縮物，開攪拌，控溫25℃～35℃，緩慢加入磷酸12 g，攪拌反應(yīng)4 h，甩干，濾餅用少量冷純化水5 g洗滌，得磷酸哌喹粗品.將粗品加入240 g純化水中，開動攪拌，加入0.6 g活性炭脫色，加熱至90℃～95℃，保溫攪拌0.5 h后過濾.濾液用低溫水冷卻至20℃以下，攪拌析晶4 h.過濾，濾餅抽干，干燥箱中真空90℃減壓干燥7 h，得成品磷酸哌喹，收率85％.

1.3 磷酸派喹結(jié)構(gòu)表征

1.3.1 磷酸哌喹純度

磷酸哌喹合成過程中，由于原料和中間體含有較多的活性基團(tuán)容易發(fā)生副反應(yīng)，經(jīng)研究產(chǎn)品中殘留的雜質(zhì)有9種，HPLC檢測方法結(jié)果如圖1，圖2所示，圖1中1，2，3，4，6，7，8，9，10為磷酸哌喹合成中可能產(chǎn)生的雜質(zhì)，5為磷酸哌喹，圖2所示為制備的磷酸哌喹，產(chǎn)品純度為99.96％.

1.3.2 磷酸哌喹結(jié)構(gòu)確證

圖1 磷酸哌喹HPLC雜質(zhì)分離度示意圖Fig.1 HPLC impurity resolution of piperaquine phosphate

圖2 磷酸哌喹樣品HPLC檢測結(jié)果圖Fig.2 HPLC determination results of piperaquine phosphate

1.3.2.1 磷酸哌喹結(jié)構(gòu)式為

1.3.2.2 氫譜和碳譜測定

氫譜和碳譜測試數(shù)據(jù)如表1，表2所示.

表1 磷酸哌喹氫譜測定結(jié)果Tab.11H-NMR determination results of piperaquine phosphate

表2 磷酸哌喹碳譜測定結(jié)果Tab.213C-NMR determination results of piperaquine phosphate

1)氫譜數(shù)據(jù)解析

由表1可知，除磷酸上的活潑質(zhì)子和水合質(zhì)子外，1H-NMR給出9組峰，其積分比(由低場至高場)為2∶2∶2∶2∶2∶8∶8∶4∶2，共32個質(zhì)子，與哌喹的質(zhì)子數(shù)相符.由化學(xué)位移值、偶合常數(shù)值和各種二維譜可知:

①δ8.81(2H，d)和δ7.41(2H，d)，COSY譜表明它們?yōu)橐粋€自旋體系，為2個三取代吡啶環(huán)上的4個質(zhì)子.由其化學(xué)位移值可知，它們分別為2H7和2H6;

②δ8.25(2H，d)，δ8.18(2H，d)和δ7.75(2H，dd)，COSY譜表明它們?yōu)橐粋€自旋體系，為2個三取代苯環(huán)上的6個質(zhì)子.由其化學(xué)位移值、峰型和偶合常數(shù)值可知，它們分別為2H12，2H9和2H11;

③δ3.48(4H，s，br)和δ2.43(2H，s，br)，COSY譜表明它們?yōu)橐粋€自旋體系，由其化學(xué)位移值和質(zhì)子數(shù)可知，它們分別為4H2和H1;

④δ4.19(8H，s，br)和δ3.73(8H，s，br)，它們?yōu)?個哌嗪環(huán)上的16個質(zhì)子，結(jié)合HMBC譜可知，H2(3.48 ppm)與δ51.8的仲C有遠(yuǎn)程相關(guān)關(guān)系，則δ51.8為C3，由HSQC譜可確定C3的直接相連的質(zhì)子為δ3.73，即δ3.73(8H，s，br)為8H3，δ4.19則為8H4.

2)碳譜數(shù)據(jù)分析

由表2知13個峰，本品分子中含29個C，這是由本品結(jié)構(gòu)的高度對稱性引起的.由DEPT譜可知，本品結(jié)構(gòu)中含4種11個仲C，5種10個不飽和叔C和4種8個不飽和季C，δ20～δ60為飽和C，δ100～δ170為不飽和C.

3)通過碳譜、氫譜、各種二維譜可知

①δ19.6，δ49.5，δ51.8和δ54.3:四種11個仲C，由HSQC譜可知，它們分別為C1，4C4，4C3和2C2;

②δ108.4，δ121.0，δ128.7，δ129.0和δ144.4:五種10個不飽和叔C，由HSQC譜可知，它們分別為2C6，2C9，2C11，2C12和2C7;

③δ119.4，δ140.2，δ141.1和δ162.1:四種8個不飽和季C，它們的歸屬可由化學(xué)位移值和HMBC譜得到:?由化學(xué)位移值可確定最高場的δ119.4的季C為2C13，它與H6(7.41 ppm)，H9(8.18 ppm)和H11(7.75 ppm)均有遠(yuǎn)程相關(guān)關(guān)系;?δ140.2與H9(8.18 ppm)和H12(8.25 ppm)有遠(yuǎn)程相關(guān)關(guān)系，為2C10;?δ141.1和δ162.1均與H7(8.81 ppm)和H12(8.25 ppm)有遠(yuǎn)程相關(guān)關(guān)系，為C5和C8，再結(jié)合化學(xué)位移值可知，它們分別為2C5和2C8.

1.3.2.3 質(zhì)譜(MS)測定

磷酸哌喹質(zhì)譜測試單位為中國藥科大學(xué)分析測試中心，儀器使用Waters Q-TOF micro質(zhì)譜儀，溶劑為甲醇，離子化方式為ESI(+)20 V，數(shù)據(jù)如表3所示.

本品為哌喹的磷酸鹽，在溶液中以游離堿的形式存在.由表3可知，本品胺的［B+H］+和［B+2H］2+峰的質(zhì)荷比分別為535和268，本品胺的分子量為534，與哌喹的分子量相符;本品胺的分子量為偶數(shù)，分子中應(yīng)不含或者含偶數(shù)個N原子，上述結(jié)果與哌喹含6個N原子相符;由m/z 537的峰強(qiáng)度為m/z 535峰強(qiáng)度的2/3可知，本品應(yīng)含2個氯原子(Cl)，上述結(jié)果與哌喹的結(jié)構(gòu)相符.

表3 磷酸哌喹精制品的質(zhì)譜測定結(jié)果Tab.3 MS determination results of piperaquine phosphate

圖3 雜質(zhì)分子結(jié)構(gòu)式Fig.3 Formula structure of impurity

2 討論

2.1 產(chǎn)品可能存在的雜質(zhì)

從合成用的原料可知，第一步反應(yīng)的副反應(yīng)有:生成的產(chǎn)物A可以與原料哌嗪繼續(xù)反應(yīng)生成H，原料4，7-二氯喹啉在堿性中可以水解生成C;第二步產(chǎn)生的副反應(yīng):C可以與第二步原料反應(yīng)生成D，D與A反應(yīng)生成E，殘留的哌嗪與溴氯丙烷生成F，F(xiàn)與A反應(yīng)生成G，A與溴氯丙烷生成I，K縮合生成L.H，C，D，E，F(xiàn)，G，I，K，L結(jié)構(gòu)式如圖3所示.

2.2 改進(jìn)措施

1)7-氯-4-(1-哌嗪基)喹啉(A)的制備，文獻(xiàn)和專利采用的溶劑為水或異丙醇、正丁醇、乙醇并加入無機(jī)堿碳酸鈉或碳酸鉀，也有加入KI催化反應(yīng)，升溫至50.0℃，開啟攪拌.再升溫至回流，回流反應(yīng)4 h后降溫至80.0℃，停止攪拌.后處理方法有2種:第1種，反應(yīng)完后靜置分層，將上層哌嗪水抽出，再加水洗滌，靜置分層、抽水，重復(fù)2次，直至洗液pH值為7～8，存在的問題是油層和水層常常分層不清，放置時間長，分離不徹底，殘留的水中帶有大量未反應(yīng)完的哌嗪和其他雜質(zhì)參與第二步反應(yīng)而產(chǎn)生許多雜質(zhì)，難以精制;第2種，加入二氯甲烷或乙酸乙酯進(jìn)行萃取，靜置分層，棄去水層，加水洗有機(jī)層，分層將有機(jī)層濃縮干，加入環(huán)己烷重結(jié)晶，得到的產(chǎn)品純度較高，缺點是使用大量的有機(jī)溶劑，污染環(huán)境，提高成本.參照文獻(xiàn)［15-16］，經(jīng)改進(jìn)，采用50％甲醇水溶液，產(chǎn)生的雜質(zhì)H可以在反應(yīng)過程中析出，通過過濾除去，濾液加酸析出A的鹽酸鹽，過濾洗滌得到純度好的A鹽酸鹽.

2)二縮反應(yīng)的反應(yīng)條件與文獻(xiàn)基本一致，后處理方法做了較大改進(jìn).反應(yīng)完后，冷卻，抽濾，固體先用95％乙醇洗滌，再用60℃的熱水洗滌至水的pH為7～8，抽濾烘干即可.文中采用水和甲酸代替95％酒精，甲酸與雜質(zhì)可以生成鹽溶于水中，抽濾固體再用堿中和水洗至中性，可以較好地除去產(chǎn)生的雜質(zhì)，得到中間體哌喹.

3)成鹽反應(yīng)，主要控制冷卻速度為慢慢冷卻，結(jié)晶溫度為15.0℃～20.0℃，養(yǎng)晶時間4 h～5 h.

3 結(jié)論

1)采用甲醇和水混合溶劑反應(yīng)制備A，可以除去該步反應(yīng)過程中副反應(yīng)產(chǎn)生的雜質(zhì)1，4-二(7-氯喹啉-4-基)哌嗪，通過制備A的一鹽酸鹽可以除去其他雜質(zhì)，得到較純的中間體A;

2)中間體A鹽酸鹽與溴氯丙烷、碳酸鈉混合，在乙醇溶劑中回流反應(yīng)7 h，經(jīng)酸溶堿析，可以得到質(zhì)量好的哌喹;

3)哌喹與磷酸在水中反應(yīng)，控制析晶和養(yǎng)晶溫度可以得到高純磷酸哌喹，經(jīng)HPLC測定純度達(dá)99.6％，氫譜、碳譜、質(zhì)譜表征后確定為磷酸哌喹.

新的合成方法提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了原料成本，簡化了操作步驟，解決了傳統(tǒng)合成方法在反應(yīng)過程中產(chǎn)生雜質(zhì)過多的問題，可以有效降低臨床藥物副作用的發(fā)生，為臨床提供安全有效的藥物提供了保障.

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The synthesis method and structure representation of high purity piperaquine phosphate

ZHENG Qing-si，PENG Bin，HUANG Jun
(Guilin Pharmaceutical Co.Ltd.，Guilin 541002，China)

To investigate the new preparation process and testing parameters of antimalarial piperaquine phosphate，piperaquine phosphate which is determined by 1H-NMR，13C-NMR，mass spectrometry with the related substances controlled by HPLC method，is synthesized by different solvents，different reaction conditions and different reaction steps.A new piperaquine phosphate synthetic optimum process is established by a series of optimization experiments，the synthesis technology of high purity piperaquine phosphate and provided a new effective way.Determined process parameter is of a good operation and performance，and is not only low on the requirements for the equipment，but also suitable for industrialized production.

piperaquine phosphate;synthesis;HPLC;relevant material;structure representation

R914.5

A

2095-7335(2016)02-0107-06

10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2016.02.019

(學(xué)科編輯:黎婭)

2015-11-30

廣西科技研究開發(fā)項目(桂科合0992033-7)資助.

鄭清四，碩士，高級工程師，研究方向:化藥研究開發(fā)，E-mail:zhengqs@guilinpharma.com.