泊沙康唑關(guān)鍵中間體的合成工藝研究*

程青芳，李善金，戚路姚，華宸林，李 響，王伊文，徐東強(qiáng)

(1.江蘇海洋大學(xué) 藥學(xué)院，江蘇 連云港 222005；2.連云港貴科藥業(yè)股份有限公司，江蘇 連云港 222000)

0 引言

泊沙康唑是重要的第二代三唑類抗真菌藥物，由德國(guó)先靈葆雅公司研制開發(fā)，2005年10月被歐盟和美國(guó) FDA批準(zhǔn)上市[1]，商品名為Noxafil。該藥具有抗菌效力強(qiáng)、抗真菌譜廣的特點(diǎn)，對(duì)曲霉菌和其他真菌都有殺菌作用，尤其是對(duì)多烯類化合物和其他三唑類耐藥或侵襲性真菌感染有效，目前在全球70多個(gè)國(guó)家上市。該藥還因具有較高的安全性和耐受性，而作為侵襲性真菌感染患者的一線預(yù)防用藥，用于各種復(fù)雜罕見和難治性真菌感染性疾病的治療[2-4]。泊沙康唑的化學(xué)名稱為4-[4-[4-[4-[[(3R,5R)-5-(2,4-二氟苯基)-5-(1,2,4-三唑-1-基甲基)氧雜戊環(huán)-3-基]甲氧基]苯基]哌嗪-1-基]苯基]-2-[(2S,3S)-2-羥基戊-3-基]-1,2,4-三唑-3-酮，其分子中有4個(gè)手性中心，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，合成難度較大。

有關(guān)泊沙康唑合成工藝的文獻(xiàn)報(bào)道較多[1，5-10]，歸納起來主要是圍繞3個(gè)中間體(中間體1，2，3)開展研究和改進(jìn)的，泊沙康唑及中間體1，2，3的具體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 泊沙康唑及中間體1，2，3的結(jié)構(gòu)

中間體1,即N′-(2S,3S)-2-(芐氧基)-3-戊基甲酰肼(以下稱為化合物1)是合成泊沙康唑的重要化合物，其分子中含有兩個(gè)手性中心，它的光學(xué)純度決定著泊沙康唑的光學(xué)純度。該化合物分子中含有活潑的醛基，合成難度較高?；衔?的合成已有多篇文獻(xiàn)報(bào)道[10-14]，其中以廉價(jià)的S-乳酸乙酯為起始原料的工藝[13]是目前較為優(yōu)化的工藝，該工藝以S-乳酸乙酯為原料，經(jīng)酰胺化、羥基保護(hù)、還原、縮合成腙和格氏反應(yīng)等5步反應(yīng)合成了化合物1。具體合成路線見圖2。

圖2工藝合成路線雖較簡(jiǎn)潔，但反應(yīng)過程中需要用紅鋁將酰胺基還原為醛基。由于紅鋁的活性較高，而醛基又是活性較高的基團(tuán)，因此，該還原反應(yīng)需在-30 ℃以下的低溫中進(jìn)行，不利于工業(yè)化生產(chǎn)；同時(shí)，即使在-30 ℃下的低溫中進(jìn)行，該還原反應(yīng)仍然會(huì)使少量的生成的醛進(jìn)一步被還原成醇，該醇為難以去除的雜質(zhì)，使得反應(yīng)控制比較繁瑣，化合物1的質(zhì)量難以保證。在第4步反應(yīng)中，成腙試劑甲酰肼因穩(wěn)定性較差，易氧化，因此需要低溫保存，這使得使用成本增加，同時(shí)，商業(yè)購(gòu)買的甲酰肼一般會(huì)存在少量氧化產(chǎn)物，使用商業(yè)購(gòu)買的甲酰肼會(huì)產(chǎn)生難以去除的氧化雜質(zhì)。

圖2 文獻(xiàn)[13]報(bào)道的化合物1合成路線

本研究參考文獻(xiàn)[13-17]對(duì)化合物1的合成路線進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化：以廉價(jià)的L-乳酸為起始原料，與氯芐反應(yīng)對(duì)羥基進(jìn)行保護(hù)，以防止第3步生成醛官能團(tuán)后發(fā)生分子間的縮合反應(yīng)；生成的L-芐氧基丙酸與N-甲基-N-甲氧基亞磷酰胺(4)在微波催化下反應(yīng)，高收率制得Weinreb酰胺(5)，Weinreb酰胺(5)在LiAlH4作用下發(fā)生還原反應(yīng)，制得醛(6)，克服了文獻(xiàn)[13]工藝中還原反應(yīng)須-30 ℃以下低溫且較易產(chǎn)生醇雜質(zhì)的缺陷；甲酸乙酯與水合肼反應(yīng)制得甲酰肼后不經(jīng)分離直接與醛(6)發(fā)生成腙反應(yīng)，制得化合物7，克服了用商業(yè)購(gòu)買的甲酰肼易產(chǎn)生難以除去的氧化雜質(zhì)的問題；化合物7再與乙基溴化鎂發(fā)生格氏反應(yīng)，即制得目標(biāo)化合物1。該方法原料價(jià)廉、操作簡(jiǎn)便，雜質(zhì)易控制，比較適合工業(yè)化生產(chǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

BRUKER-500型核磁共振儀(瑞士Bruker公司，TMS為內(nèi)標(biāo)，氘代氯仿為溶劑)；LC/MSD TOF型液質(zhì)聯(lián)用儀(美國(guó)Agilent公司)；DC0506恒溫油浴(上海方瑞儀器有限公司)。

所用試劑和溶劑均為市售AR或CP。

1.2 合成路線

本文所設(shè)計(jì)的目標(biāo)化合物1的合成路線如圖3所示。

圖3 本文設(shè)計(jì)的化合物1合成路線

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 合成L-芐氧基丙酸 N2保護(hù)下，向1 L三口瓶中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%的氫化鈉23.1 g(0.58 mol)和干燥的THF 200 mL，攪拌，冰浴冷卻至0 ℃，緩慢滴加L-乳酸43.2 g(0.48 mol)和干燥THF溶液200 mL，控制反應(yīng)溫度不高于10 ℃，攪拌0.5 h。滴加氯芐66.8 g(0.53 mol)，滴完后室溫?cái)嚢璺磻?yīng)3 h，TLC(V(PE)∶V(EA)=2∶1)檢測(cè)L-乳酸反應(yīng)完畢，向反應(yīng)液中加入1 mol/L鹽酸終止反應(yīng)，調(diào)節(jié)pH至2～3，再加入300 mL MTBE攪拌溶解充分，分液，有機(jī)相用300 mL飽和食鹽水洗滌，干燥，減壓蒸去溶劑至干，得淺黃色固體。該固體不用純化，直接進(jìn)行下面的實(shí)驗(yàn)。

1.3.2 合成(S)-2-芐氧基-N-甲氧基-N-甲基丙酰胺(5) N2保護(hù)下，向1 L圓底燒瓶中依次加入亞磷酰胺(4)101 g(0.48 mol)和上述制備的L-芐氧基丙酸，混合均勻后用高火微波照射12 min，加入300 mL飽和碳酸鈉水溶液進(jìn)行淬滅反應(yīng)，600 mL乙酸乙酯分3次萃取，無水硫酸鈉干燥。減壓蒸去溶劑至干，所得固體干燥后得化合物590 g，產(chǎn)率84%(以L-乳酸計(jì))。

實(shí)驗(yàn)仿真環(huán)境為Intel(R) Core(TM) i5-3470 CPU @3.20GHz,內(nèi)存4.00 GB,操作系統(tǒng) Windows 7 旗艦版,仿真軟件Matlab2014a。

1.3.3 合成(S)-2芐氧基丙醛(6) N2保護(hù)下，向500 mL干燥的反應(yīng)瓶中加入化合物544.6 g(0.20 mol)和200 mL干燥的甲苯(用鈉砂去除甲苯中少量的水)，攪拌溶解，冷卻至-10 ℃左右。緩慢滴加LiAlH4(0.22 mol)和500 mL干燥甲苯的混合溶液，控制內(nèi)溫不高于0 ℃。滴加完之后移去冷卻槽，攪拌下緩慢降溫至5～10 ℃，攪拌反應(yīng)0.5 h。將NaHSO442 g(0.35 mol)溶解在150 mL水中配制成NaHSO4溶液，冷卻反應(yīng)瓶至-10 ℃左右，然后將NaHSO4溶液緩慢滴入，控制溫度不高于0 ℃，滴完后移去冷卻槽，繼續(xù)攪拌0.5 h。過濾，得到的有機(jī)液用2 mol/L鹽酸調(diào)節(jié)pH至2～3，控制內(nèi)溫不高于10 ℃，再加150 mL甲基叔丁基醚充分?jǐn)嚢?，分液，有機(jī)相分別用飽和NaHCO3和蒸餾水各洗1次，得淡黃色溶液，備用。

1.3.4 合成(E,S)-N′-(2-(芐氧基)亞丙基)甲酰肼(7) 將甲酸乙酯20.4 g(0.22 mol)和50 mL體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇加入反應(yīng)瓶中，攪拌后再加入80%水合肼12 g(0.3 mol)，加熱回流反應(yīng)5 h，TLC(V(PE)∶V(EA)=3∶2)監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)程。反應(yīng)完成后，減壓蒸去溶劑至干得類白色固體。將“1.3.3”步驟中得到的淡黃色溶液加入其中，加熱至50～60 ℃，TLC(V(PE)∶V(EA)=3∶2)監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)程，約2 h反應(yīng)完成后，冷卻。反應(yīng)液用蒸餾水洗滌2次，再用飽和食鹽水洗滌1次，有機(jī)相干燥后減壓蒸去溶劑，以PE/MTBE重結(jié)晶，干燥后得淺黃色化合物726.8 g，產(chǎn)率65%(以化合物5計(jì))。

1.3.5 合成N′-(2S,3S)-2-(芐氧基)-3-戊基甲酰肼(1) N2保護(hù)下，向500 mL干燥的三口瓶中加入化合物720.6 g(0.1 mol)和干燥的150 mL MTBE，加入40 mLN,O-雙三甲硅基乙酰胺(0.2 mol)，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)2.5 h，備用。在另一個(gè)500 mL三口瓶中，N2保護(hù)下加入鎂粉9.6 g(0.4 mol)和干燥的150 mL MTBE，攪拌，加熱至50 ℃左右，再加入3粒碘和4 mL溴乙烷，回流直至反應(yīng)引發(fā)。引發(fā)后繼續(xù)滴加溴乙烷30 mL(0.43 mol)，加完后加熱回流2～3 h至鎂粉完全反應(yīng)。冷卻反應(yīng)液至-20 ℃，加入干燥的150 mL MTBE，再緩慢滴加上述制備的化合物7的反應(yīng)液，控制內(nèi)溫不高于-15 ℃，并攪拌反應(yīng)3 h，TLC(V(PE)∶V(EA)=3∶2)監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)程。反應(yīng)結(jié)束后攪拌下向反應(yīng)液中緩慢滴加300 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的氯化銨溶液，分液，有機(jī)相用200 mL飽和氯化銨和300 mL食鹽水各洗滌1次，減壓蒸去溶劑，向殘留物中加入300 mL MTBE和300 mL 1 mol/L HCl，攪拌，萃取。水相用飽和Na2CO3調(diào)節(jié)pH至8，用400 mL MTBE萃取，有機(jī)相干燥后減壓蒸去溶劑，得15.7 g黃色油狀化合物1，收率66.5%，HPLC法測(cè)定含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)98.4%，ee值99.1%。

2 結(jié)果與討論

2.1 表征

2.2 生成化合物6可能的過程

文獻(xiàn)[11-13]報(bào)道的化合物6一般是通過紅鋁將酰胺基還原成醛基而得到的。由于具有很強(qiáng)的還原性能，紅鋁在還原反應(yīng)過程中一般會(huì)難以避免地將酰胺基過度還原，生成相應(yīng)的醇雜質(zhì)。這種醇雜質(zhì)難以去除，且會(huì)參與下一步的反應(yīng)，從而導(dǎo)致化合物1的質(zhì)量難以保證。

圖4 化合物6的生成過程

2.3 (S)-2-芐氧基-N-甲氧基-N-甲基丙酰胺(5)的制備工藝討論

化合物5為取代的Weinreb酰胺，是通過L-乳酸和氯芐反應(yīng)后得到L-芐氧基丙酸，L-芐氧基丙酸不經(jīng)分離直接與亞磷酰胺(4)在微波輻射下反應(yīng)制得的，因此，需考察微波功率和微波輻射時(shí)間對(duì)化合物5收率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 微波功率和輻射時(shí)間對(duì)化合物5收率的影響

從表1可看出，在微波功率為低火的條件下反應(yīng)，輻射反應(yīng)5 min，制備化合物5的兩步總收率僅為34%，即使延長(zhǎng)輻射時(shí)間至15 min，收率也只有46%。隨著微波功率由低火調(diào)整為中火再到中高火，化合物5的收率也隨之提高，當(dāng)中高火微波輻射15 min時(shí)，收率達(dá)到77%。再進(jìn)一步將微波功率調(diào)整為高火時(shí)，僅微波輻射5 min，收率即可達(dá)到61%；隨著輻射時(shí)間的延長(zhǎng)，收率明顯提高，輻射10 min時(shí)，收率已達(dá)79%；延長(zhǎng)輻射時(shí)間至12 min，收率達(dá)到84%；再延長(zhǎng)輻射時(shí)間至14 min，收率保持84%不變。因此，確定生成化合物5的最佳反應(yīng)條件為微波高火輻射反應(yīng)12 min。

2.4 (E,S)-N′-(2-(芐氧基)亞丙基)甲酰肼(7)的合成工藝討論

2.4.1 反應(yīng)溫度對(duì)化合物7收率的影響 化合物5與還原劑LiAlH4發(fā)生還原反應(yīng)得到化合物6，化合物6無需分離純化直接與實(shí)驗(yàn)中制備的甲酰肼發(fā)生成腙反應(yīng)得到化合物7。化合物7的收率主要決定于生成化合物6的收率。在化合物6的制備中，使用的還原劑為反應(yīng)活性較高的LiAlH4，因此，需要考察這一步的反應(yīng)溫度和還原劑LiAlH4用量對(duì)反應(yīng)的影響。在n(5)∶n(LiAlH4)=1.0∶1.10的配比下，首先考察了反應(yīng)溫度對(duì)化合物7收率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 反應(yīng)溫度對(duì)化合物7收率的影響

由表2可以看出，當(dāng)?shù)渭訙囟葹?25 ℃時(shí)，制備化合物7的兩步總收率僅為40%。隨著滴加溫度的提高，化合物7的收率也隨之提高，當(dāng)溫度升至-5 ℃時(shí)，收率達(dá)到63%，繼續(xù)升高至0 ℃時(shí)，收率達(dá)到65%，再繼續(xù)升高溫度，收率開始下降，當(dāng)溫度升至10 ℃時(shí)，收率降為53%。因此，選擇這一步滴加溫度為-5～0 ℃。

2.4.2 反應(yīng)物配比對(duì)化合物7收率的影響 LiAlH4為反應(yīng)活性較高的還原劑，LiAlH4用量太少，還原反應(yīng)不完全，LiAlH4用量過大，則可能引起過度還原，產(chǎn)生難以除去的雜質(zhì)。因此，在確定了滴加溫度為-5～0 ℃后，又對(duì)還原劑的用量進(jìn)行了考察，結(jié)果見表3。

表3 反應(yīng)物配比對(duì)化合物7收率的影響

由表3可知，當(dāng)n(5)∶n(LiAlH4)=1.0∶0.90時(shí)，制備化合物7的兩步反應(yīng)總收率僅為42%，有部分化合物6未被還原。隨著LiAlH4用量的增加，化合物7的收率逐漸提高，當(dāng)n(5)∶n(LiAlH4)=1.0∶1.05時(shí)，收率提高到61%，再增加LiAlH4的量，當(dāng)n(5)∶n(LiAlH4)=1.0∶1.10時(shí)，收率達(dá)到65%，基本沒有過度氧化產(chǎn)物產(chǎn)生。再繼續(xù)增加LiAlH4的量至n(5)∶n(LiAlH4)=1.0∶1.15時(shí)，化合物7的收率下降為62%，有2%左右的過度氧化雜質(zhì)產(chǎn)生。因此，選擇LiAlH4的用量為n(5)∶n(LiAlH4)=1.0∶1.10。

3 結(jié)論

本文對(duì)化合物1的合成工藝進(jìn)行了改進(jìn)，以廉價(jià)的L-乳酸為起始原料，經(jīng)與氯芐反應(yīng)對(duì)羥基進(jìn)行保護(hù)后與N-甲基-N-甲氧基亞磷酰胺(4)在微波高火輻射下反應(yīng)12 min，以84%的兩步收率制得化合物5；化合物5在滴加溫度為-5～0 ℃，LiAlH4的用量為n(5)∶n(LiAlH4)=1.0∶1.10條件下與LiAlH4發(fā)生還原反應(yīng)，制得化合物6;化合物6不經(jīng)純化與原位制得的甲酰肼直接發(fā)生成腙反應(yīng)，以65%的兩步收率制得了化合物7；化合物7再與乙基溴化鎂發(fā)生格氏反應(yīng)，制得目標(biāo)化合物1。采用上述優(yōu)化工藝制備化合物1的總收率為36.3%，產(chǎn)品經(jīng)HPLC法測(cè)定含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)98.4%，ee值99.1%。該工藝原料價(jià)廉，污染小，易控制，雜質(zhì)少，收率較高，比較適合工業(yè)化生產(chǎn)。