左乙拉西坦的制備方法

趙 會， 閻 歡， 吳 靜

(東北制藥集團(tuán)股份有限公司， 遼寧 沈陽 110027)

左乙拉西坦是由比利時UCB公司研究開發(fā)的抗癲癇新藥，為吡咯烷酮衍生物，2000年4月獲FDA批準(zhǔn)，目前已在多個國家上市，2007年初在中國上市，主要用于治療局限性及繼發(fā)性全身性癲癇[1].其具有選擇性、保護(hù)局限性和原發(fā)全身性癲癇的獨特作用，并具有預(yù)防癲癇發(fā)作的獨特性能，且不影響其他抗癲癇藥物在體內(nèi)的代謝.該藥藥效明確，在美國藥典第33～36版和歐洲藥典第7～8版均有收載.

自比利時UCB公司開發(fā)左乙拉西坦以來，左乙拉西坦的合成研究引起了世界的重視，紛紛尋找更經(jīng)濟(jì)、更適用、更環(huán)保、轉(zhuǎn)化率更高的化學(xué)合成路線.以色列TEVA公司申請了左乙拉西坦制備的專利.許多文獻(xiàn)[2-7]專門介紹了左乙拉西坦的化學(xué)合成方法.左乙拉西坦化學(xué)名為(s)-α-乙基-2-氧代-1-吡咯烷基乙酰胺,是唯一被證實具有與突觸前神經(jīng)末梢內(nèi)突觸小泡蛋白SV2A結(jié)合的抗癲癇藥物，其易溶于水，口服后經(jīng)胃腸道快速且完全吸收，給藥后約1～3 h達(dá)血藥峰值，食物不影響其吸收，其與血漿蛋白結(jié)合率低于10 %，不經(jīng)過肝臟代謝，在血液中由酶水解為無活性代謝物，隨尿液排出，半衰期約為6～8 h，對老年人和腎功能受損病人半衰期較長.

綜上所述，左乙拉西坦是一個毒副作用小、療效好的極具開發(fā)價值的廣譜抗癲癇藥，因此，研究和開發(fā)一條簡便且適合工業(yè)化生產(chǎn)的合成路線十分必要.

1 實驗部分

1.1 主要儀器和藥品

MSU125P-100DU電子天平，北京慧龍環(huán)科環(huán)境儀器有限公司；Waters 2695-12489 UV-VIS檢測器，沃特世科技有限公司；NICOLET iS10傅里葉變換紅外光譜儀，賽默飛世爾科技公司；Waters ACQUITY UPLC-Xevo TQ超高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，沃特世科技上海有限公司；microTOF-Q質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國布魯克·道爾頓公司；PE Lambda 35 UV/VIS分光光度計，美國布魯克·道爾頓公司；ARX-300型核磁共振儀，瑞士 Bruker公司；METTLER TOLEDO DSC1差示掃描量熱儀，梅特勒一托利多儀器上海有限公司.

S-2-氨基丁酰胺鹽酸鹽，蘇州天馬精細(xì)化學(xué)品有限公司生產(chǎn)；4-氯丁酰氯，連云港群盛化工有限公司生產(chǎn)；四丁基溴化銨及其他試劑，東北制藥集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn).

1.2 工藝路線

工藝路線如下：

1.3 合成

1.3.1 環(huán)合反應(yīng)

取1 000 mL三頸瓶加入S-2-氨基丁酰胺鹽酸鹽42 g，加入二氯甲烷400 mL，降溫至-10 ℃，加入四丁基溴化銨19.4 g，攪拌10 min，加入氫氧化鉀34 g，攪拌15 min，滴加4-氯代丁酰氯21.6 g和二氯甲烷40 mL溶液，45 min滴加完畢，-8 ℃攪拌保溫45 min；加入氫氧化鉀34 g，-8 ℃攪拌15 min，滴加4-氯代丁酰氯12.8 g和二氯甲烷溶液40 mL，-8 ℃下滴加30 min，-8 ℃下保溫45 min；加入氫氧化鉀17 g，-8 ℃攪拌15 min，滴加4-氯代丁酰氯12.8 g和二氯甲烷溶液 40 mL，30 min滴加完畢，-8 ℃保溫45 min；整個反應(yīng)不超過-6 ℃.反應(yīng)液在-2 ℃下保溫 5 h，加入8.6 g氫氧化鉀保溫2 h，過濾.濾液使用醋酸調(diào)節(jié)pH值，使之為7.0～7.5，加入60 g無水硫酸鈉干燥過夜.干燥完畢后過濾，濾液減壓濃縮至干，加入50 mL乙酸乙酯分兩次帶出殘留的二氯甲烷.加入240 mL乙酸乙酯，5～10 ℃結(jié)晶5 h，5～10 ℃過濾，少量乙酸乙酯洗滌，得粗品左乙拉西坦，收率范圍為72.0 %～77.0 %(摩爾分?jǐn)?shù))，含量≥90.0 %(HPLC，質(zhì)量分?jǐn)?shù)).

1.3.2 精制

取粗品45～48 g，加入丙酮100 mL，純化水1.5 g，60 ℃回流至完全溶解后5 ℃條件下析晶過夜.析晶結(jié)束后抽濾，用少量丙酮洗滌，得一精品30～33 g.取一精品，加入丙酮90 mL，純化水1.5 g，60 ℃下加熱回流至晶體完全溶解后7 ℃析晶5 h，析晶完畢后過濾得成品左乙拉西坦，收率55 %～60 %(摩爾分?jǐn)?shù))，含量≥97.0 %(HPLC，質(zhì)量分?jǐn)?shù)).

2 結(jié)果與討論

2.1 譜圖分析

由高分辨質(zhì)譜給出本品的元素組成為C8H14N2O2，與左乙拉西坦(化學(xué)結(jié)構(gòu)見圖1)的分子式一致；IR吸收光譜顯示伯酰胺中氨基(—NH2)的對稱和不對稱伸縮振動(～3 360、～3 192 cm-1)、酰胺上羰基(—C==O)的伸縮振動(～1 680 cm-1)、甲基和乙基的對稱和不對稱伸縮振動(～2 991、～2 939 cm-1)以及內(nèi)酰胺環(huán)的伸縮振動和變角振動(～1 295、～636 cm-1)，均為左乙拉西坦的主要官能團(tuán)在紅外光譜中的表現(xiàn)，自制品的紅外光譜吸收峰位置、峰形、強(qiáng)弱均與對照品一致；UV吸收圖譜中，僅存在n—π*躍遷，應(yīng)由酰胺的羰基結(jié)構(gòu)引起，與左乙拉西坦UV特征一致，并且自制品與對照品在四種介質(zhì)中的UV圖譜及吸收系數(shù)基本一致；在1H-NMR譜數(shù)據(jù)中，自制品與對照品均呈現(xiàn)10組譜線，對應(yīng)于14個氫原子，與左乙拉西坦化學(xué)結(jié)構(gòu)中質(zhì)子的類型數(shù)和個數(shù)一致；根據(jù)各種氫的化學(xué)位移、裂分情況和對應(yīng)的質(zhì)子數(shù)分別進(jìn)行歸屬，與左乙拉西坦的化學(xué)結(jié)構(gòu)相符,自制品與對照品1H-NMR譜一致；在13C-NMR譜中，自制品與對照品均呈現(xiàn)8組譜線，對應(yīng)于8種碳原子，與左乙拉西坦化學(xué)結(jié)構(gòu)中碳原子的類型數(shù)和個數(shù)一致；根據(jù)各種碳的化學(xué)位移分別進(jìn)行歸屬，與左乙拉西坦的化學(xué)結(jié)構(gòu)相符，自制品與對照品13C-NMR譜一致；液質(zhì)聯(lián)用(MS-HPLC)總離子流圖自制品與對照品保留時間一致(均為1.8 min)，一級MS顯示本品相對分子質(zhì)量為170，與左乙拉西坦理論相對分子質(zhì)量一致，(M+H)+峰的二級MS裂解碎片離子與左乙拉西坦的可能裂解途徑相符，自制品與對照品的一級、二級MS圖譜均一致；DSC譜圖中自制品和對照品均在117 ℃左右呈一個尖銳吸熱峰，與左乙拉西坦的熔點(115～119 ℃)一致；未見其他峰，說明樣品為無水無溶劑的純物質(zhì)；自制品與對照品的DSC峰位、峰形及峰數(shù)均一致，說明自制品與對照品熱力學(xué)行為一致.

1H-NMR和13C-NMR的氫和碳的化學(xué)位移解析和歸屬見表1、表2.

圖1 左乙拉西坦化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.1 Levetiracetam chemical structure表1 1H-NMR的氫和碳的化學(xué)位移解析和歸屬Table 1 Chemical shift and attribution of 1H-NMR hydrogen and carbon

質(zhì)子序號化學(xué)位移對照品精制品峰數(shù)對照品精制品質(zhì)子數(shù)對照品精制品歸屬17.357.34brbr111位酰胺氮上的2個氫27.027.01brbr1134.314.31dddd112位碳上的氫43.453.45mm115'位碳上的2個氫53.263.26mm1162.252.25tt223'位碳上的2個氫71.921.92m m 224'位上的2個氫81.821.82mm113位上的2個氫91.561.55mm11100.780.78tt334位上的3個氫

表2 13C-NMR的氫和碳的化學(xué)位移解析和歸屬Table 2 Chemical shift resolution and home of 13C-NMR hydrogen and carbon

綜上所述，左乙拉西坦自制品所有光譜數(shù)據(jù)與左乙拉西坦對照品均一致，且與左乙拉西坦結(jié)構(gòu)相吻合，可以確定自制品為左乙拉西坦.

2.2 討 論

參考文獻(xiàn)[8]，以a-吡咯烷酮為起始原料，經(jīng)成鹽、酯化、水解、拆分、氨化得到左乙拉西坦，總收率37.8 %(摩爾分?jǐn)?shù))左右，此合成路線原料易得，但由于步驟長、收率低、成本高等因素，不適合大生產(chǎn)；另有文獻(xiàn)[1]以L-2-氨基丁酸與二氯亞砜反應(yīng)得到L-2-氨基丁酰氯，再與甲醇酯化得到L-2-氨基丁酸甲酯，與4-溴丁酸甲酯、碳酸鈉在水中回流反應(yīng)得到2(S)-[3-(乙氧羰基)丙氨基]丁酸甲酯，然后再在2-羥基吡啶中回流得到2-(S)-(2-氧代吡咯烷基)丁酸甲酯，最后氨解得到左乙拉西坦，收率46 %(摩爾分?jǐn)?shù))左右.該路線由于在起始原料中已經(jīng)引入了手性源，可以避開手性拆分，但是由于步驟長、4-溴丁酸甲酯價格高、以及二氯亞砜嚴(yán)重腐蝕設(shè)備等因素，該路線不適合大生產(chǎn)；又有文獻(xiàn)[9]以2-吡咯烷酮與氧代丁酸在甲苯中回流得到2-(2-氧代吡咯烷-1-基)-2-丁烯酸，在四氫呋喃中與五氯化磷反應(yīng)得2-(2-氧代吡咯烷-1-基)-2-丁酰氯，再通入氨氣得到相應(yīng)的酰胺，最后用手性催化劑在5×101.325 kPa下進(jìn)行不對稱氫化得到左乙拉西坦.該合成路線通過立體選擇性還原的方法解決了手性問題，但是由于Rh(Ⅰ)*或Ru(Ⅱ)*手性催化劑來源受限，并且價格昂貴，綜合各因素該路線目前不適合大生產(chǎn).

本合成路線與浙江大學(xué)碩士論文[4]中報道的合成方法三的工藝路線類似，文獻(xiàn)中以S-2-氨基丁酸為原料，而本實驗直接以S-2-氨基丁酰胺鹽酸鹽為原料合成左乙拉西坦；文獻(xiàn)中以甲苯為析晶溶劑，本實驗以乙酸乙酯代替毒性大的甲苯，得到的產(chǎn)品不僅晶型好，而且收率高；文獻(xiàn)直接采用丙酮重結(jié)晶得到終產(chǎn)品，本實驗采用丙酮和水先加熱回流后再進(jìn)行重結(jié)晶兩次，產(chǎn)品收率高，質(zhì)量好，有利于工業(yè)化生產(chǎn).

3 結(jié) 論

研究表明左乙拉西坦治療癲癇具有較好療效，是一種廣譜、安全、耐受性好的新型抗癲癇藥物，其在臨床上的應(yīng)用也越來越受到人們的重視，因此研究和開發(fā)出一條適合工業(yè)化生產(chǎn)且操作簡便的合成方法是十分必要的.本合成方法通過文獻(xiàn)檢索以及多次實驗研究，以國內(nèi)有售、質(zhì)量可控的S-2-氨基丁酰胺鹽酸鹽和4-氯丁酰氯為起始原料，經(jīng)環(huán)合反應(yīng)得環(huán)合物(左乙拉西坦粗品)，對粗品精制得到終產(chǎn)品左乙拉西坦.該方法合成步驟少，工藝簡單，原料易得，產(chǎn)品質(zhì)量可控，工藝穩(wěn)定可靠，適合工業(yè)化生產(chǎn).

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