氨曲南的制備新工藝

陳 凱 鐘為慧

（浙江工業(yè)大學 藥學院，杭州 310014）

氨曲南（1）是一種人工合成的單環(huán)β-內酰胺類抗生素，由美國施貴寶公司開發(fā)，1984年以商品名“Primbactam”在意大利上市，中國于1997年批準進口，2005年后以國內生產為主。氨曲南具有抗菌譜廣，療效確切，對β-內酰胺酶穩(wěn)定等特點，臨床上主要用于治療敏感革蘭陰性菌所致的各種感染，如：尿路感染、呼吸道感染、腹腔感染、生殖道感染，膽道感染、皮膚及軟組織感染、骨及關節(jié)感染、敗血癥等[1-3]，具有較好的市場前景。現(xiàn)階段，氨曲南的傳統(tǒng)合成工藝是活性酯法：該工藝以頭孢他啶側鏈活性硫酯，即(Z)-2-[(2-氨基噻唑-4-基)-(苯并噻唑-2-基硫基羰基)亞甲胺基氧基]-2-甲基丙酸叔丁酯 （TAEM）和氨曲南主環(huán)（3），即(3S-反式)-3-氨基-4-甲基-2-氧代-1-氮雜環(huán)丁烷磺酸為原料，在三乙胺存在下合成叔丁基氨曲南（2），即[2S-[2α,3β(Z)]]-2-[[[1-(2-氨基-4-噻唑基)-2-[(2-甲基-4-氧代-1-磺基-3-氮雜環(huán)丁烷基)氨基]-2-氧代亞乙基]氨基]氧代]-2-甲基丙酸叔丁酯，然后在三氟乙酸作用下，60℃，脫去叔丁基，得到氨曲南（1）[4-6]，即[2S-[2α,3β(Z)]]-2-[[[1-(2-氨基-4-噻唑基)-2-[(2-甲基-4-氧代-1-磺基-3-氮雜環(huán)丁烷基)氨基]-2-氧代亞乙基]氨基]氧代]-2-甲基丙酸。該法原子經濟性較差，副產物2-巰基苯并噻唑（MBT）較難除盡，殘留的MBT是影響氨曲南質量的重要因素。

Scheme 1

酰氯法已在合成頭孢地尼、頭孢呋辛鈉和頭孢硫脒中得到應用[7-9]。本文使用頭孢他啶側鏈酸（5）， 即 Z-2-(2-氨基噻唑-4-基)-2-[(特-丁氧羰基)異丙氧亞胺基]乙酸為原料，在雙（三氯甲基）碳酸酯（BTC）和三苯基氧膦（TPPO）體系作用下，制備酰氯鹽酸鹽中間體（4），然后在三乙胺作用下與氨曲南主環(huán)（3）縮合得到（2），后者再脫去叔丁基保護得到（1）。本方法從源頭上避免了MBT的殘留，為合成氨曲南提供了一種新的合成方法（Scheme 1）。

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

DLSB-3006低溫冷卻液循環(huán)泵；DZF-6050真空干燥箱；Varian NMR-400MHz型核磁共振儀；Frace DSQ FINNGAN質譜儀。

頭孢他啶側鏈酸、三苯基氧膦、BTC、氨曲南主環(huán)等試劑均為市售化學純。

1.2 合成部分

1.2.1 酰氯鹽酸鹽中間體（4）的合成

室溫下往燒瓶中加入三苯基氧膦 （50.7 g，0.182 mol）和干燥的二氯甲烷（200 mL）。30 ℃下，向燒瓶中滴加溶有雙（三氯甲基）碳酸酯（18.1 g，0.061 mol）的二氯甲烷（50 mL）溶液。 滴畢，保溫攪拌反應30 min。降溫至-15℃，將此溶液快速滴加入裝有頭孢他啶側鏈酸（5）（50.0 g，0.152 mol）和二氯甲烷（150 mL）的另一燒瓶中，保溫攪拌反應3 h。然后升溫至-5℃，向反應液中加入干燥的石油醚（800 mL），攪拌 15～30 min，有固體析出。減壓抽濾，得到白色固體，真空干燥，得到酰氯鹽酸鹽中間體（4）50.8 g，收率87.3%，產品應密封低溫保存。1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ 6.63(s,1H,C=CH),3.91 (s,2H,NH2),1.50 (s,6H,C(CH3)2),1.44(s,9H,C(CH3)3)。

母液減壓濃縮，殘留液用甲苯重結晶，得到三苯基氧膦，回收率90.2%。

1.2.2 叔丁基氨曲南（2）的合成

往燒瓶中加入氨曲南主環(huán) （3）（20.0 g，0.111 mol）和二氯甲烷（200 mL）。 冷卻至-10 ℃，向燒瓶中滴加三乙胺（50.5 g，0.500 mol），至反應液變澄清后，分批快速加入中間體 （4）（42.5 g，0.111 mol）。保持溫度反應15～20 h后，升溫至0～5℃之間，加入200 mL水，靜止分層。分離得到的水層用2 mol/L鹽酸調節(jié)pH至1.5～2.0，靜置析晶。抽濾，濾餅真空干燥，得到叔丁基氨曲南（2）36.4 g，收率 66.7%。1H NMR(400 MHz,DMSO)δ 9.25(d,J=7.8 Hz,1H,CONH),6.88(s,1H,C=CH),4.45(dd,J=7.8,2.6 Hz,1H,CHNH),3.69～3.64(m,1H,CHCH3),1.45(s,6H,C(CH3)2),1.40(d,J=6.3 Hz,3H,CHCH3),1.39(s,9H,C(CH3)3)。

1.2.3 氨曲南（1）的合成

往燒瓶中加入叔丁基氨曲南（2）（20.0g，0.041 mol），水（200 mL）和三氟乙酸（60 mL）。 升溫至60℃，反應2～3 h。反應完畢后，冰浴冷卻，低溫下靜置至固體析出，抽濾，濾餅用冰水（50 mL）洗滌后，加至冰丙酮（50 mL）中攪拌至均勻。抽濾，濾餅真空干燥得到（1）12.3 g,收率 69.7%，mp：237 ℃～239℃。

1H NMR(400 MHz,DMSO)δ 9.29(d,J=7.9 Hz,1H,CONH),6.89(s,1H,C=CH),4.46(dd,J=7.9,2.5 Hz,1H,CHNH),3.70～3.65 (m,1H,CHCH3),1.47(s,6H,C(CH3)2),1.41(d,J=6.1 Hz,3H,CHCH3)。

2 結果與討論

本文首次用酰氯法制備氨曲南，關鍵步驟就是酰氯鹽酸鹽中間體（4）的合成。本文主要探討了BTC/TPPO的用量、反應時間、反應溫度對中間體（4）合成收率的影響；也考察了反應時間和投料方式對叔丁基氨曲南（2）合成收率的影響。中間體（2）脫叔丁基保護方法較為成熟，本文不作深入研究，具體參考文獻[5]和[6]。

2.1 酰氯鹽酸鹽中間體（4）的制備

2.1.1 BTC/TPPO的用量對（4）合成收率的影響

設定反應溫度為-15℃，反應時間為3 h，BTC/TPPO用量對（4）合成收率的影響見表1。實驗發(fā)現(xiàn)，在頭孢他啶側鏈酸（5）與BTC、TPPO的投料摩爾比為1:0.4:1.2時，中間體（4）的合成收率最高，可能的原因是，（5）在稍過量的BTC/TPPO作用下，剛好可以消耗完全，在-5℃時向反應體系中加入2倍二氯甲烷體積量的石油醚，恰好能將大部分（4）析出，而三苯基氧膦全部留在溶液中，實現(xiàn)與三苯基氧膦的有效分離。當原料投料比為1:0.33:1時，一方面原料（5）未反應完，在加入石油醚后，剩余的原料（5）也隨產品一起析出，產品需進一步純化，才可投入下一步使用，導致收率較低。繼續(xù)增加BTC/TPPO的用量（1:0.5:1.5）時，雖然原料（5）消耗完全，但過量的BTC/TPPO會影響產品的析出，導致收率下降。如果再繼續(xù)增加BTC/TPPO的用量 （1:0.67:2），后處理時無任何固體析出。另外，本文還考察了單獨使用BTC和使用BTC/Et3N體系的反應情況。TLC跟蹤發(fā)現(xiàn)，都不能得到目標產物，此結果表明三苯基氧膦在反應中起到了至關重要的作用。

表1 BTC/TPPO用量對中間體（4）合成收率的影響Table 1 The effect of amount of BTC/TPPO on the yield of 4

2.1.2 反應溫度對（4）合成收率的影響

設定投料比5:BTC:TPPO=1:0.4:1.2，反應時間為3 h，反應溫度對（4）合成收率的影響見表2。

表2 反應溫度對（4）合成收率的影響Table 2 The effect of temperature on the yield of 4

從表2得知，-15℃下反應收率最高。升高或降低溫度，都導致收率偏低。-30℃下反應時，析出的固體基本都是原料。如果升高反應溫度，反應比較復雜，TLC顯示有許多雜質生成，導致產品收率和純度都降低。

2.1.3 反應時間對（4）合成收率的影響

設定反應溫度為-15℃，投料比5:BTC:TPPO=1:0.4:1.2，反應時間對（4）合成收率的影響見表3。

表3 反應時間對（4）合成收率的影響Table 3 The effect of reaction time on the yield of 4

由表3可知，較佳的反應時間為3 h，即可得到較高的收率。延長反應時間至6 h，收率反而降低。如果延長反應時間達到12 h，副反應增加，TLC發(fā)現(xiàn)有雜質生成，導致產率降低。

2.2 叔丁基氨曲南（2）的制備

2.2.1 不同的投料方式對叔丁基氨曲南（2）合成收率的影響

設定反應溫度為-10℃，反應時間為15 h，不同投料方式對（2）合成收率的影響見表4。

表4 投料方式對（2）合成收率的影響Table 4 The effect of methods of reactants adding on the yield of 2

當向（4）中滴加氨曲南主環(huán)（3）與三乙胺的混合溶液時，發(fā)現(xiàn)不能得到（2）。TLC顯示反應完畢，但最后析晶過程得到的是頭孢他啶側鏈酸（5）。分析原因，可能是反應液大部分時間呈酸性，鈍化了氨曲南主環(huán)上3-位氨基，阻礙了酰胺化反應的進行，導致（4）與磺酸基反應形成不穩(wěn)定的酸酐，該酸酐在后處理加水時又馬上分解，于是就又得到了最初的原料（5）。當以第二種方式投料后，反應液始終呈堿性，鈍化了磺酸基，促進了酰胺化反應的順利進行。

2.2.2 不同的反應時間對叔丁基氨曲南（2）合成收率的影響

設定反應溫度為-10℃，以第二種方式投料，反應時間對叔丁基氨曲南（2）合成收率的影響見表5。從表5中得知，適當延長反應時間，有助于反應收率的提高，當反應時間為15 h時，收率最高，繼續(xù)延長反應時間，反而使產率降低。

表5 反應時間對（2）合成收率的影響Table 5 The effect of reaction time on the yield of 2

3 結論

本文探索了一條制備氨曲南（1）的新工藝。以頭孢他啶側鏈酸為原料，在BTC/TPPO體系作用下得到酰氯鹽酸鹽中間體，再與氨曲南主環(huán)反應得到叔丁基氨曲南，最后脫去叔丁基保護，得到氨曲南，反應總收率約為40.6%。從源頭上避免了MBT的殘留問題，且使用的試劑經濟環(huán)保，三苯基氧膦可大部分回收。在藥品質量和環(huán)境要求趨向嚴格的新時代，本文提出的工藝為合成氨曲南提供了全新的思路，具有較好的工業(yè)化應用前景。

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