琥珀酸S-美托洛爾的合成工藝及其雜質(zhì)控制研究

狄潘潘，李家明，徐自奧，劉海亮，李曉祥

(1.安徽中醫(yī)藥大學藥學院，安徽 合肥 230038;2.安徽省新星藥物開發(fā)有限責任公司，安徽合肥 230088)

美托洛爾(metoprolol)，商品名為倍他樂克，是一種抗高血壓藥物，為非選擇性的β受體阻滯劑，主要作用于β1受體，是近年來治療高血壓及心絞痛的臨床首選藥物［1-4］，同時其也是我國基本藥物之一。美托洛爾分子中含有一個手性碳原子(圖1)，具有兩種手性對映體，分別為R-美托洛爾和S-美托洛爾。

現(xiàn)代藥理研究表明，S-美托洛爾對β受體的阻斷作用為R-美托洛爾的33倍［5］，S-美托洛爾與 β1受體的親和力是R-美托洛爾的500倍［6］，相對于R-美托洛爾，S-美托洛爾更強效，副作用更低。目前臨床廣泛應用的為美托洛爾的外消旋體，全世界僅印度上市了琥珀酸S-美托洛爾緩釋片及其原料藥。

中國目前并未有S-美托洛爾上市，其具有較高臨床應用價值及較大的市場空間，但目前所報道的S-美托洛爾生產(chǎn)工藝，存在成本高，收率低，不適合大規(guī)模生產(chǎn)等問題，本文對其合成工藝進行了優(yōu)化研究。

諸多 S-美托洛爾的合成工藝路線已見報道［7-12］，常用合成路線如圖2所示。以對甲氧基乙基苯酚(化合物1)為起始原料，先與R-表氯醇反應，生成中間體(化合物2)，最后再用異丙胺進行氨化，得到最終產(chǎn)物S-美托洛爾。本文采用此路線，對其進行了一系列合成條件的優(yōu)化，最終經(jīng)拆分得到光學純度達99.5%以上的S-美托洛爾，并對其做了相應的結(jié)構(gòu)分析確證。

質(zhì)量研究是藥品研究的一項重要環(huán)節(jié)，是保證藥品的安全性，有效性的前提，因此為了對S-美托洛爾進行質(zhì)量研究，需要合成其相關(guān)雜質(zhì)的對照品。中國藥典尚未收錄琥珀酸S-美托洛爾，美國藥典和英國藥典(EP)中共收錄了13種琥珀酸美托洛爾雜質(zhì)，其中美國藥典收錄雜質(zhì)4種，英國藥典收錄雜質(zhì)12種。參考英國藥典以及相關(guān)文獻，并結(jié)合本文合成工藝，完成了其中2個關(guān)鍵雜質(zhì)的合成，暫分別命名為A，B(圖3)。此2種雜質(zhì)均在反應過程中產(chǎn)生。其中雜質(zhì)A產(chǎn)生是因為在第一步反應中，原料對甲氧基乙基苯酚所生成的酚氧負離子進攻R-表氯醇分子中的環(huán)氧鍵，導致開環(huán)后，而有部分化合物未關(guān)環(huán)，產(chǎn)生雜質(zhì)A。其中雜質(zhì)B產(chǎn)生是因為終產(chǎn)物美托洛爾的堿基部分，與第一步產(chǎn)物(化合物2)繼續(xù)氨化，生成二聚體雜質(zhì)B。

1 材料和方法

1.1 試劑和儀器 對甲氧基乙基苯酚(上海瀚鴻化工科技有限公司)，R-表氯醇(上海瀚鴻化工科技有限公司)，其余所用試劑均為分析純或化學純。

WRR熔點儀(上海精科);AVANCEIII400超導傅立葉數(shù)字化核磁共振譜儀(瑞士布魯克);X Series 2感應耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國Thermo fisher Scientific公司);反相C18高效液相色譜柱(廣州菲羅門，250 mm ×4.6 mm，5 μm)，正相 OD 高效液相色譜柱(日本大賽珞，250 mm ×4.6 mm，5 μm)，LC-10ATVP高壓輸液泵(日本島津)，SPD-10AVP檢測器(日本島津)。

1.2 實驗操作

1.2.1 琥珀酸S-美托洛爾的合成 對甲氧基乙基苯酚 30.0 g(197 mmol)，無水碳酸鉀 54.3 g(394 mmol)，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)100 mL 溶解。加 R-表氯醇 22.0 g(238 mmol)，50℃反應 36 h，水稀釋后二氯甲烷萃取，萃取液用無水硫酸鈉干燥后，減壓濃縮除去二氯甲烷，得黃色油狀物。將油狀產(chǎn)物滴加入50 mL(590 mmol)異丙胺中，室溫反應24 h，濃縮除去異丙胺，10%鹽酸酸化至pH=3后乙酸乙酯萃取，棄去有機層，水層再用20%氫氧化鈉水溶液調(diào)堿性至pH=13，二氯甲烷萃取，有機層用無水硫酸鈉干燥后，減壓濃縮得油狀物S-美托洛爾粗品42.3 g。粗品與丁二酸成鹽，經(jīng)丙酮純化后回收，二對甲基苯甲酰-D-酒石酸拆分3次后與琥珀酸成鹽，得琥珀酸S-美托洛爾38.3 g，正相HPLC檢測，S-構(gòu)型含量為 99.7%，總收率 59.3%。mp:105.7 ～106.7℃;1H NMR(DMSO-d6，400 MHz)δ:1.08［d，J=6.4 Hz，6H，N(CH3)2］，2.26(s，2H，OH、NH)，2.71 ～ 2.74(m，3H，CH2)，2.84 ～ 2.85(m，1H，CH2)，2.96(m，1H，CH)，3.23(s，3H，CH3)，3.48(t，J=6.8 Hz，2H，CH2)，3.89-3.93(m，3H，CH，CH2)，6.85(d，J=8.4 Hz，2H，ArH)，7.13(d，J=8.4 Hz，2H，ArH);ESI-MS m/z:268.19［M++H］。

1.2.2 雜質(zhì)A的合成 見圖4。取對甲氧基乙基苯酚10.0 g(65 mmol)，與環(huán)氧氯丙烷反應，反應條件以及后處理同S-美托洛爾，得化合物3，柱層析純化后得6.1 g純品。室溫，將6.1 g化合物3(29 mmol)，用50 mL四氫呋喃(THF)溶解，加無水氯化鋰2.0 g(46 mmol)和冰乙酸4 mL保溫反應48 h，濃縮除去溶劑，加水稀釋后二氯甲烷萃取，濃縮除去二氯甲烷得4.0 g油狀物，產(chǎn)率57%。1H NMR(CDCl3，400 MHz)δ:2.08(s，1H，OH)，2.86(t，J=7.0 Hz，2H，CH2)，3.38(s，3H，CH3)，3.60(t，J=7.0 Hz，2H，CH2)，3.73 ～ 3.83(m，2H，CH2)，4.08～4.13(m，2H，CH2)，4.20 ～ 4.26(m，1H，CH)，6.88(d，J=8.8 Hz，2H，ArH)，7.18(d，J=8.8 Hz，2H，ArH);ESI-MS m/z:246.08［M++H］。

1.2.3 雜質(zhì)B的合成 見圖5?；衔?經(jīng)柱層析純化后，取9.7 g(45 mmol)純品，加入到15 mL(135 mmol)異丙胺中，70℃反應24 h，除去多余異丙胺，10%鹽酸酸化至pH=3后乙酸乙酯萃取，水層再用20%氫氧化鈉水溶液調(diào)堿性至pH=13，二氯甲烷萃取，得雜質(zhì)B粗品。經(jīng)柱層析純化，得5.0 g雜質(zhì)B油狀物純品，產(chǎn)率45%。1H NMR(D2O，400 MHz)δ:1.29(d，J=6.4 Hz，3H，CH3)，1.37(d，J=6.4 Hz，3H，CH3)，2.78(t，J=6.4 Hz，4H，CH2)，3.26(s，6H，OCH3)，3.40(t，J=11.2 Hz，4H，CH2)，3.60(t，J=6.4 Hz，4H，CH2)，3.90(t，J=6.6 Hz，2H，CH)，4.04 ～ 4.13(m，4H，CH2)，4.39 ～ 4.41(m，2H，CH)，6.92(d，J=8.0 Hz，4H，ArH)，7.19(d，J=8.0 Hz，4H，ArH);ESI-MS m/z:476.299［M++H］。

2 結(jié)果

2.1 S-美托洛爾合成條件的選擇及影響 S-美托洛爾的整個反應步驟中，化合物2為關(guān)鍵中間體，此化合物中的環(huán)氧鍵，在質(zhì)子性物質(zhì)，如水，低分子醇，酸等存在條件下，易開環(huán)生成副產(chǎn)物，或?qū)е孪瑥亩鴮е伦罱K產(chǎn)物的產(chǎn)率降低。所以要用極性非質(zhì)子性溶劑，如DMF，THF，腈類或者酮類等，考慮到工業(yè)化生產(chǎn)、安全、毒性以及成本等因素，遂采用DMF。所用催化劑將采用碳酸鉀，碳酸鈉，氫氧化鈉，氫氧化鉀等。

2.1.1 第一步反應催化劑種類對收率的影響 固定溶劑為DMF，70℃作為反應溫度，時間為10 h，固定摩爾比為對甲氧基乙基苯酚∶R-表氯醇∶催化劑=1∶2∶2，考察催化劑種類對化合物2收率的影響。

表1 催化劑種類對收率的影響(HPLC檢測)

由表1可知，強堿性催化劑，對收率影響較大，碳酸鉀為最佳選擇，且在DMF中有較好溶解性，而且弱堿性催化劑會減少化合物2的開環(huán)，從而降低雜質(zhì)A的含量。

同時也考察了投料比對收率的影響，增加無水碳酸鉀用量，對收率沒有明顯影響，確定其用量為對甲氧基乙基苯酚2倍，而R-表氯醇用量為1.2倍當量時，收率即可達到最高。

2.1.2 第一步反應投料比對收率的影響 固定反應溫度為70℃，反應溶劑為DMF，催化劑為無水碳酸鉀，TLC跟蹤反應進程，考察投料比(對甲氧基乙基苯酚與R-表氯醇的摩爾比)對反應收率的影響。具體實驗結(jié)果見表2。

表2 反應投料比對收率的影響(HPLC檢測)

由表2實驗結(jié)果可知，當對甲氧基乙基苯酚與R-表氯醇的投料摩爾比為1∶1.2時，即可使收率最大化。但是與表1對比，又可得出如下結(jié)論:反應溫度為70℃，投料比為1∶2.0時，延長反應時間，收率反而下降，是由于反應過程中產(chǎn)生的水使得少量產(chǎn)物逐漸水解而轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì)。

2.1.3 第一步反應溫度對收率的影響 固定反應溶劑為 DMF，催化劑為無水碳酸鉀，薄層色譜(TLC)檢測反應終點，考察反應溫度對化合物2收率的影響。見表3。

表3 反應溫度對收率的影響(HPLC檢測)

由表3可知，提高反應溫度，可顯著減少反應時間，但是同時收率也會大大降低。隨著反應低溫的降低，收率逐漸上升，當溫度低于50℃時，收率可達最大化，但是過低的溫度下，反應速度極為緩慢。綜合考慮反應時間以及收率，最終選擇反應溫度為50℃，時間為36 h。同時，低溫反應可以減少雜質(zhì)A的產(chǎn)生。

2.1.4 第二步反應溫度對收率的影響 參考相關(guān)文獻，固定異丙胺用量為化合物2的三倍當量，TLC檢測反應終點，考察反應溫度對S-美托洛爾收率的影響。見表4。

表4 反應溫度對S-美托洛爾收率的影響(HPLC檢測)

溫度提高，伴隨收率的明顯降低，經(jīng)分析，溫度提高會明顯增加雜質(zhì)B的含量。綜合考慮，確定反應溫度為25℃。同時也對異丙胺用量做了考察，增加其用量，收率沒有顯著變化。

2.2 S-美托洛爾的拆分 在S-美托洛爾的合成過程中，不可避免的會產(chǎn)生副產(chǎn)物R-美托洛爾，這是因為化合物1到化合物2所經(jīng)歷的中間過程是酚氧負離子使環(huán)氧化物開環(huán)，再關(guān)環(huán)，此過程中會有一部分產(chǎn)物構(gòu)型反轉(zhuǎn)，機制如圖所示(圖6)。以所購買的S-美托洛爾純品為對照，純化后的美托洛爾S-構(gòu)型含量經(jīng)HPLC檢測為93.2%，用二對甲基苯甲酰-D-酒石酸拆分3次后，S-構(gòu)型含量為99.778%，具有拆分工藝將在后續(xù)文章中進行詳細介紹。

2.3 HPLC檢測方法及結(jié)果 見表5。流動相為正己烷—無水乙醇—二乙胺(90∶10∶0.1)，流速為0.5 mL·min-1，檢測波長為275 nm，溶劑為無水乙醇，濃度為2 g·L-1，進樣量20μL，柱溫30℃。最終合格產(chǎn)品色譜圖見圖7。

表5 琥珀酸S-美托洛爾及相關(guān)物質(zhì)HPLC檢測結(jié)果

3 討論

通過一系列工藝優(yōu)化，最終確定:合成第一步反應最佳溫度為50℃，時間為36 h，催化劑為無水碳酸鉀，投料比為對甲氧基乙基苯酚∶R-表氯醇為1∶1.2;第二步最佳反應溫度為室溫，時間為24 h。最后經(jīng)拆分，正相 HPLC檢測，S-美托洛爾為99.7%，R-美托洛爾為0.151%，雜質(zhì)A和B含量均控制在0.05%以下。

本文對常用S-美托洛爾合成工藝進行了改進和優(yōu)化，使得優(yōu)化后的工藝簡單易操作，收率高，成本低，且更綠色環(huán)保，適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，解決了S-美托洛爾生產(chǎn)工藝中存在的問題。

［1］張景寶.美托洛爾聯(lián)合培哚普利對慢性心力衰竭患者心功能的影響［J］.安徽醫(yī)藥，2012，16(10):1512-1513.

［2］張 峰.琥珀酸美托洛爾緩釋片治療原發(fā)性高血壓60例分析［J］.安徽醫(yī)藥，2011，15(3):362-363.

［3］陳歡生，陳 宇，袁 立.美托洛爾有關(guān)物質(zhì)E和J的合成［J］.中國藥物化學雜志，2013，23(5):393-396.

［4］彭 坤，王京凱，李 晗.琥珀酸美托洛爾的合成分析［J］.中國醫(yī)學創(chuàng)新，2014，11(17):119-121.

［5］盧定強，趙朋朋，凌岫泉，等.美托洛爾對映體的快速分析［J］.時珍國醫(yī)國藥，2011，22(1):3-4.

［6］孫忠實.藥物基因組學與β受體阻滯劑的合理應用［J］.中華高血壓雜志，2011，19(5):409-412.

［7］盧定強，趙 嫻，吳永平，等.一種制備S-琥珀酸美托洛爾的方法:中國，102295569［P］.2011-12-28.

［8］Sonawane SP，Patil GD，Gurjar MK.Concise synthesis of two β-adrenergic blocking agents in high stereoselectivity using the readily available chiral building block(2S，2＇S，2″S)-tris-(2，3-epoxypropyl)-isocyanurate［J］.Organic Process Research and Development，2011，15(6):1365-1370.

［9］Cheng SK，Liu XY，Wang PA，et al.Asymmetric synthesis of(S)-metoprolol via sharpless asymmetric dihydroxylation induced by a recoverable polymer ligand QN-AQNOPEG-OMe［J］.Letters in Organic Chemistry，2012，9(7):516-519.

［10］Pujala B，Rana S，Chakraborti AK.Zinc tetrafluoroborate hydrate as a mild catalyst for epoxide ring opening with amines:Scope and limitations of metal tetrafluoroborates and applications in the synthesis of antihypertensive drugs(RS)/(R)/(S)-metoprolols［J］.Journal of Organic Chemistry，2011，76(21):8768-8780.

［11］Wagdy HA，Hanafi RS，El-Nashar RM，et al.Predictability of enantiomeric chromatographic behavior on various chiral stationary phases using typical reversed phase modeling software［J］.Chirality，2013，25(9):506-513.

［12］Zheng CZ，Wang JL，Li X，et al.Regioselective synthesis of amphiphilic metoprolol-saccharide conjugates by enzymatic strategy in organic media［J］.Process Biochemistry，2011，46(1):123-127.