抗真菌藥物泊沙康唑關(guān)鍵中間體的工藝開(kāi)發(fā)

陸一菱 馬晴 徐敏

(成都市第三人民醫(yī)院，成都 610031)

泊沙康唑(posaconazole)是伊曲康唑的衍生物，屬于廣譜三唑類抗真菌藥物，由默沙東公司研發(fā)、生產(chǎn)；其口服混懸劑于2005、2006年分別被歐洲藥品評(píng)估局(EMEA)和美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)批準(zhǔn)用于治療真菌感染，并于2013年獲的中國(guó)國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局的進(jìn)口注冊(cè)批準(zhǔn)，主要用于預(yù)防侵襲性曲霉菌和念珠菌感染包括接受造血干細(xì)胞移植(HSCT)后發(fā)生移植物抗宿主病(GVHD)的患者或化療導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間中性粒細(xì)胞較少癥的血液系統(tǒng)惡性腫瘤患者、治療口咽念珠菌病包括伊曲康唑和/或氟康唑難治療口咽念珠菌病[1]。隨后，F(xiàn)DA又陸續(xù)批準(zhǔn)了泊沙康唑緩釋片、靜脈注射液的上市。

目前，作為侵襲性真菌感染患者的一線預(yù)防用藥，泊沙康唑已經(jīng)陸續(xù)在全球70多個(gè)國(guó)家上市，為深部真菌感染的預(yù)防與治療提供了一種新的選擇。

泊沙康唑因其廣譜、高效、低毒的藥效特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于臨床，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景，因此，泊沙康唑自上市以來(lái)，受到國(guó)內(nèi)外各大藥企、科研院所的青睞，紛紛對(duì)泊沙康唑項(xiàng)目進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，主要包括新工藝、新劑型的開(kāi)發(fā)以及化合物結(jié)構(gòu)修飾等。

圖1 泊沙康唑的結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of posaconazole

本文結(jié)合泊沙康唑的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(圖1)進(jìn)行逆合成分析，并對(duì)其關(guān)鍵中間體進(jìn)行工藝開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了該中間體的工藝開(kāi)發(fā)。該工藝原料易得、反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)便，有較好的工業(yè)化實(shí)施基礎(chǔ)。

1 泊沙康唑逆合成分析

泊沙康唑?qū)儆诘诙蝾惪拐婢幬?，其結(jié)構(gòu)延續(xù)了伊曲康唑的三氮唑結(jié)構(gòu)。根據(jù)逆合成分析思路并結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析認(rèn)為，泊沙康唑可以由中間體M1和M2通過(guò)SN2取代反應(yīng)制備；而中間體M2結(jié)構(gòu)中的1,2,4-三唑-3-酮結(jié)構(gòu)可以由中間體M3和M4通過(guò)胺解/縮合關(guān)環(huán)步驟制備。

根據(jù)泊沙康唑的逆合成分析(圖2)可以看出，其結(jié)構(gòu)中含有4個(gè)手性中心，其完全來(lái)源于中間體M1和M2，而中間體M2的光學(xué)純度很大程度上取決于中間體M4的光學(xué)純度，即中間體M1和M4的光學(xué)純度決定著泊沙康唑的光學(xué)純度。因此，在泊沙康唑的合成工藝研究時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注中間體M1、M2以及M4的質(zhì)量，并在泊沙康唑的合成過(guò)程中對(duì)其手性異構(gòu)體進(jìn)行嚴(yán)格控制。

2 關(guān)鍵中間體M4的合成分析

文獻(xiàn)檢索分析，專利CN106986787A[2]、CN103936564B[3]分別介紹了以手性催化劑、手性還原劑進(jìn)行還原的方式構(gòu)建手性中心，手性催化劑/還原劑價(jià)格昂貴，工業(yè)生產(chǎn)成本較高；而Terashima等[4]報(bào)道的路線(圖3)以(S)-乳酸乙酯為原料，經(jīng)胺解、羥基保護(hù)、紅鋁還原、縮合成腙、格氏反應(yīng)等步驟實(shí)現(xiàn)中間體M4的制備；該工藝過(guò)程中涉及還原劑紅鋁的使用，其活性較高，需要低溫反應(yīng)；同時(shí)，紅鋁活性較高可能導(dǎo)致過(guò)度還原雜質(zhì)的產(chǎn)生，反應(yīng)控制比較繁瑣。

專利US5625064[5]、WO9633163[6]報(bào)道的路線(圖4)是以(S)-乳酸甲酯為原料，經(jīng)胺解、羥基保護(hù)、格氏反應(yīng)、羰基還原、取代、拆分等步驟實(shí)現(xiàn)中間體M4的合成；該工藝過(guò)程中涉及硼氫化鋰/溴化鋅還原，其原位生成硼氫化鋅進(jìn)行還原，硼氫化鋰活性較高，易制爆而受管制，不適合工業(yè)化實(shí)施。同時(shí)，文獻(xiàn)報(bào)道在羰基還原后，與對(duì)氯苯磺酰氯反應(yīng)成磺酸酯，其進(jìn)一步與水合肼發(fā)生SN2取代反應(yīng)，受磺酸酯活性影響，該步驟收率較低。

圖2 泊沙康唑的逆合成分析圖Fig.2 The retrosynthetic analysis of posaconazole

圖3 報(bào)道的中間體M4的合成路線[4]Fig.3 The synthetic route of intermediate M4 reported[4]

基于文獻(xiàn)報(bào)道工藝存在的弊端，本研究對(duì)中間體M4的合成思路進(jìn)行了綜合分析，以US5625064報(bào)道的合成路線為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)，以硼氫化鈉/溴化鋅體系替換不能工業(yè)化實(shí)施的硼氫化鋰/溴化鋅體系并優(yōu)化反應(yīng)條件，取得了很好的反應(yīng)效果；同時(shí)，鑒于對(duì)氯苯磺酸酯的活性較低，從而導(dǎo)致后續(xù)反應(yīng)收率較低；本研究以甲磺酰氯代替對(duì)氯苯磺酰氯制備甲磺酸酯進(jìn)行取代反應(yīng)，其活性增強(qiáng)的同時(shí)，其體現(xiàn)出很好的反應(yīng)活性和立體選擇性，取得了很好的反應(yīng)效果(圖5)。

新開(kāi)發(fā)的合成工藝避免了?；放饸浠嚨膽?yīng)用，反應(yīng)條件溫和，生產(chǎn)過(guò)程中易于控制；同時(shí)，甲磺酸酯的引入增強(qiáng)了中間體的反應(yīng)活性，提高了收率；另外，工藝中多步中間體無(wú)需純化，直接用于后續(xù)反應(yīng)，簡(jiǎn)化了操作步驟；工藝過(guò)程經(jīng)拆分、結(jié)晶等純化步驟，使得中間體M4和M2的光學(xué)純度≥99%。

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 中間體B的制備

圖4 專利US5625064報(bào)道的中間體M4的合成路線Fig.4 The synthetic route of intermediate M4 reported by US5625064

將10g硼氫化鈉懸浮于250mL THF中，冷卻至0～10℃，分批加入溴化鋅。加完后，維持-5～5℃攪拌1h。將溶有45g中間體A(0.23mol)的100mL THF溶液(中間體A的制備可參考US5625064以S-乳酸甲酯為原料制備)緩慢滴入上述反應(yīng)液中，滴完后維持-5～5℃反應(yīng)。TLC監(jiān)控反應(yīng)完全。依次向反應(yīng)液中滴加70mL丙酮、90mL水終止反應(yīng)；繼續(xù)向反應(yīng)體系中滴加50mL 2mol/L鹽酸溶液。濃縮蒸出THF，加入EA萃取3次，合并有機(jī)層，有機(jī)層依次用水洗、飽和食鹽水洗，無(wú)水硫酸鈉干燥，過(guò)濾濃縮得到中間體B粗品(黃色油狀物)41g，收率：90%。無(wú)須純化直接用于下一步。

3.2 中間體C的制備

依次向上述中間體B粗品中加入200mL二氯甲烷、40g DMAP，攪拌溶清后，冷卻至0～5℃，將35g甲磺酰氯(0.30mol)緩慢滴入反應(yīng)液中，滴完后維持0～5℃反應(yīng)。TLC監(jiān)控反應(yīng)完全。向反應(yīng)體系中加入200mL水，分出有機(jī)層，水層用100mL二氯甲烷萃取兩次，合并有機(jī)層，有機(jī)層依次用10% NaOH溶液、稀鹽酸、飽和食鹽洗滌，濃縮得到中間體C粗品，黃色油狀物47g，收率：82%，無(wú)須純化直接用于下一步反應(yīng)。

3.3 中間體D的制備

圖5 新設(shè)計(jì)的中間體M4及中間體M2合成工藝路線Fig.5 The newly designed synthetic route of intermediate M4 and M2

向上述中間體C粗品中加入100mL乙醇溶解，攪拌條件下將50mL水合肼加入反應(yīng)液中，緩慢升溫至75℃攪拌反應(yīng)過(guò)夜。TLC監(jiān)控反應(yīng)完全。濃縮蒸出乙醇，加入60mL水，用20mL×2乙酸乙酯萃取，合并有機(jī)層，有機(jī)層用飽和食鹽水洗、干燥、過(guò)濾。向?yàn)V液中加入36g檸檬酸(0.19mol)，攪拌析晶1h，過(guò)濾得中間體D消旋體的檸檬酸鹽，然后用碳酸鉀中和酸，EA萃取得到游離堿精制品22g[1H NMR確定(2S,3S):(2S, 3R)非對(duì)映異構(gòu)體比例為88:12]。

將上述中間體D消旋體溶于100mL 叔丁基甲基醚中，將溶有38gL-二苯甲?；剖?L-DBTA)的叔丁基甲基醚溶液(300mL叔丁基甲基醚)加入上述反應(yīng)液中，反應(yīng)液中緩慢析出固體，攪拌析晶2h，過(guò)濾，MTBE洗滌，重結(jié)晶得到中間體D 45g[1H NMR確定(2S, 3S)：(2S, 3R)非對(duì)映異構(gòu)體比例為99:1]，3步總收率為34%。

3.4 中間體M4的制備(圖6)

將40g中間體D加入400mL甲酸乙酯中，攪拌加熱至回流反應(yīng)，固體溶解。TLC監(jiān)控反應(yīng)完全。降溫后，向反應(yīng)液中加入200mL甲基叔丁基醚和碳酸鈉飽和溶液，分層，萃取有機(jī)相，碳酸氫鈉溶液洗滌，飽和食鹽水洗，干燥濃縮得到中間體M4 14g，收率為84%；純度：96%，光學(xué)純度為99.4%(圖6)。異構(gòu)體方法：按照高效液相色譜法(中國(guó)藥典2015年版四部通則0512)測(cè)定，用CHIRALCEL OD(4.6mm×250mm, 5μm)手性色譜柱，以正己烷-異丙醇(85:15)為流動(dòng)相；檢測(cè)波長(zhǎng)為215nm，柱溫25℃，流速1.0mL/min。1H NMR(d6-DMSO,400MHz)：δ=7.98(s, 1H), 7.42～7.29(m, 5H), 4.69(d,J=8.0Hz，2H), 3.50～3.47(m, 1H), 2.54～2.53(m，1H)1.52～1.36(m, 2H), 1.27(d,J=8.0Hz 3H), 0.95(t,J=8.0Hz, 3H)ppm；MS-ESI(m/z): 237.5[M+H]+。

3.5 中間體M2的制備(圖7)

圖6 中間體M4的光學(xué)純度檢測(cè)圖譜Fig.6 The detected optical purity of intermediate M4

圖7 中間體M2的純度和光學(xué)純度檢測(cè)圖譜Fig.7 The detected purity and optical purity of intermediate M2

依次將1 0 g中間體M 4、1 3 g中間體M3(33.4mmol)，100mL二氧六環(huán)加至反應(yīng)釜中，攪拌升溫至80℃，緩慢滴加5g三乙胺，滴完后維持該溫度攪拌反應(yīng)。TLC監(jiān)控反應(yīng)完全。將反應(yīng)液降溫至室溫，向反應(yīng)液中加入150mL水，攪拌1h，過(guò)濾，固體用水洗，干燥后將固體溶于三氯甲烷中，活性炭脫色，過(guò)濾，濾液減壓濃縮得到中間體M2粗品。

向中間體M2粗品中加入200mL甲苯，升溫至100℃攪拌2h，然后冷卻至10℃析晶2h，過(guò)濾固體，干燥得中間體M2 13g，收率為74%；純度：99.6%，光學(xué)純度為99.7%(圖7)。異構(gòu)體方法：按照高效液相色譜法(中國(guó)藥典2015年版四部通則0512)測(cè)定，用CHIRALCEL OJ(4.6mm×250mm, 5μm)手性色譜柱，以正己烷-異丙醇(70:30)為流動(dòng)相；檢測(cè)波長(zhǎng)為265nm，柱溫25℃，流速1.0mL/min；有關(guān)物質(zhì)檢測(cè)方法：按照高效液相色譜法(中國(guó)藥典2015年版四部通則0512)測(cè)定，用氰基柱[如Kromasil 60-5-CN(4.6mm×250mm, 5μm)，以10mmol/L磷酸氫二鉀溶液(用磷酸調(diào)節(jié)pH值至5.0)為流動(dòng)相A；以乙腈為流動(dòng)相B，按照A:B為(90:10-25:75-90:10)的比例進(jìn)行梯度洗脫，檢測(cè)波長(zhǎng)為260nm，柱溫為40℃，流速為1.0mL/min]。HRMS-ESI(m/z): 514.2797 [M+H]+;1H NMR(d6-DMSO, 400MHz)：δ=8.88(s, 1H),8.33(s, 1H), 7.50～6.69(m, 13H), 4.56～3.73(m, 4H),3.35～3.11(m, 8H), 1.79～1.74(m, 2H), 1.24(d,J=8.0Hz 3H), 0.80(t,J=8.0Hz, 3H)ppm.

4 討論

本文基于文獻(xiàn)報(bào)道的工藝特點(diǎn)并結(jié)合泊沙康唑關(guān)鍵中間體M4和M2的結(jié)構(gòu)特性，對(duì)其合成工藝進(jìn)行科學(xué)、系統(tǒng)地分析，評(píng)估其潛在的異構(gòu)體殘留等風(fēng)險(xiǎn)；根據(jù)分析結(jié)果對(duì)泊沙康唑關(guān)鍵中間體M4及M2的合成路線進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化，避免了危化品應(yīng)用的同時(shí)，提高了反應(yīng)中間體的反應(yīng)活性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制。同時(shí)，該工藝中多步反應(yīng)中間體無(wú)需純化，直接用于后續(xù)反應(yīng)，簡(jiǎn)化了操作步驟，具有反應(yīng)原料易得、反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，具有較好的工業(yè)化實(shí)施基礎(chǔ)。