奧美沙坦酯的合成工藝優(yōu)化

陳 煒, 楊 健

(浙江大學 化學工程與生物工程學院，浙江 杭州 310027)

1 前 言

奧美沙坦酯 (4-(1-羥基-1-甲基乙基)-2-丙基-1-{4-[2-(四唑-5-基)苯基]苯基}甲基咪唑-5-羧酸(5-甲基-2-氧代-1,3-二氧雜環(huán)戊烯-4-基)甲基酯) 是由日本SankyoPharma研制的一種抗高血壓藥物，屬于血管緊張素Ⅱ類受體拮抗劑[1]，2002年5月經(jīng)美國FDA批準上市，具有降壓作用明確、藥效穩(wěn)定持久、副作用較小、耐受性好等優(yōu)點[2]。奧美沙坦酯的專利保護期已過，但國內(nèi)仿制藥少，價格高，對其合成工藝的改進具有重要意義。

目前文獻報道的奧美沙坦酯合成工藝，主要可以分為兩類。一類是咪唑類中間體先與聯(lián)苯類中間體烷基化、水解，再與4-氯甲基-5-甲基-1,3-二氧雜環(huán)戊烯-2-酮酯化，經(jīng)過脫保護得到奧美沙坦酯[3-9]；第二類是咪唑類中間體先與4-氯甲基-5-甲基-1,3-二氧雜環(huán)戊烯-2-酮酯化，再與聯(lián)苯類中間體經(jīng)過烷基化反應、水解等步驟得到奧美沙坦酯成品[10]。不同路線的區(qū)別主要有兩點，一是關(guān)鍵中間體的結(jié)構(gòu)不同，二是合成過程采用的催化劑種類不同。文獻報道大多采用格氏試劑、氫化鈉或者叔丁醇鉀等作為催化劑，存在催化劑價格昂貴、反應條件苛刻、反應不易控制等問題，且得到的中間體雜質(zhì)較多，需要引入額外的純化步驟，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。收率方面，文獻報道總收率范圍為45%～55%，存在較大提升空間。

2 實驗部分

2.1 分析儀器及試劑

WRS型熔點儀，Bruker Esquire-LC質(zhì)譜(MS)分析儀，Bruker Avance DMX 500 核磁共振儀，Shimadzu LC-20A高效液相色譜 (HPLC) 儀。乙腈等其他試劑均為分析純。

2.2 奧美沙坦酯的合成

2.2.1 中間體4的合成

稱取30.0 g 原料1、76.7 g 原料2、7.5 g的氫氧化鈉和790.0 g溶劑乙腈，加入至2 L的四口反應瓶中，機械攪拌，此時體系呈固液兩態(tài)。水浴加熱，體系升溫至70 ℃保溫反應。隨溫度升高，體系逐漸溶清。薄層色譜法 (thin layer chromatography, 簡稱TLC) 檢測反應進程，待反應基本完全，則停止反應。體系稍降溫后，40 ℃下減壓蒸除大部分溶劑至無明顯液滴流下，體系呈棕褐色黏稠液體。向其中加入水解溶劑1,4-二氧六環(huán)共300.0 g，并轉(zhuǎn)移至2 L的四口反應瓶中，待用。

將體系加熱至40 ℃，機械攪拌。稱取18.2 g一水合氫氧化鋰溶于100.0 g水中，緩慢滴加到體系中，保溫使其繼續(xù)反應。TLC檢測，待反應基本完全，則停止加熱，加入乙酸乙酯320.0 g和飲用水300.0 g萃取產(chǎn)物。繼續(xù)攪拌，緩慢滴加75%的冰乙酸水溶液調(diào)節(jié)體系pH至6-7，過程中有大量白色固體析出。將體系降溫至10 ℃左右繼續(xù)攪拌，使產(chǎn)物充分析出。抽濾，濾餅用乙腈打漿0.5 h。再次抽濾，濾餅40 ℃減壓干燥，得中間體4 (4-(1-羥基-1-甲基乙基)-2-丙基-1-[[2'-[三苯甲基-1H-四唑-基][1,1'-聯(lián)苯]-4-基]甲基]-1H-咪唑-5-羧酸) 73.4 g，經(jīng)HPLC測定質(zhì)量百分數(shù)為98.5%。

HPLC條件：色譜柱為C18，波長為230 nm，流動相為乙腈：水(pH 3.0)=80：20(V/V)，流速為1.0 mL?min-1，運行時間為30 min。

中間體4結(jié)構(gòu)表征結(jié)果如下：

1H-NMR(DMSO-d6)：δ(10-6) = 0.72～0.77 (3H，t，CH3)，1.46～1.54 (2H，q，CH2)，1.57 (6H，s，2 CH3)，2.41～2.50 (2H，t，CH2)，5.61 (2H，s，CH2)，6.88～6.90 (8H，d，苯環(huán)H)，7.03～7.06 (2H，d，苯環(huán)H)，7.30～7.37 (9H，q，苯環(huán)H)，7.42～7.45 (1H，q，苯環(huán)H)，7.49～7.61 (2H，m，苯環(huán)H)，7.77～7.80 (1H，d，苯環(huán)H)。

2.2.2 三苯甲基奧美沙坦酯的合成

稱取60.0 g中間體4、24.1 g碳酸鉀、330 g溶劑N,N-二甲基甲酰胺(N,N-dimethylformamide,簡稱DMF)，加入至2 L四口反應瓶中，25 ℃下機械攪拌1 h，體系逐漸溶清。向其中加入7.2 g的碘化鉀，并緩慢滴加原料5共18.1 g，室溫 (25 ℃) 下繼續(xù)反應。TLC檢測，待反應基本完全，則停止反應。將體系抽濾，向濾液中加入乙酸乙酯350.0 g、飽和食鹽水450.0 g進行萃取，靜置分層，水層用120.0 g乙酸乙酯繼續(xù)萃取三次，合并有機層，有機層經(jīng)過飽和食鹽水洗滌、無水硫酸鈉干燥后，40 ℃減壓蒸除大部分溶劑至無明顯液滴流下，向其中加入乙腈209 g，10 ℃攪拌1 h，有大量白色固體析出，抽濾，濾餅40 ℃減壓干燥，得到三苯甲基奧美沙坦酯(中間體6)63.1 g，經(jīng)HPLC測定質(zhì)量百分數(shù)為99.4%。

HPLC條件同中間體4的條件。

中間體6結(jié)構(gòu)表征結(jié)果如下：

1H-NMR(CDCl3)：δ(10-6) = 0.88～0.92 (3H，t，CH3)，1.62 (6H，s，2 CH3)，1.66～1.68 (2H，q，CH2)，1.98 (3H，s，CH3)，1.99 (1H，s，N結(jié)合水峰)，2.52～2.56 (2H，t，CH3)，4.76 (2H，s，CH2)，5.30 (2H，s，CH2)，5.589 (1H，s，OH)，6.68～6.70 (2H，d，苯環(huán)H)，6.95～7.00 (6H，d，苯環(huán)H)，7.08～7.10 (2H，d，苯環(huán)H)，7.25～7.29 (7H，q，苯環(huán)H加氘代氯仿出峰)，7.32～7.36 (3H，m，苯環(huán)H)，7.40～7.51 (3H，m，苯環(huán)H)，7.86～7.88 (1H，d，苯環(huán)H)。

2.2.3 奧美沙坦酯粗品的合成

稱取50.0 g的中間體6、80.0 g丙酮、100.0 g純化水，加入至2 L四口反應瓶中，機械攪拌，此時體系呈固液兩態(tài)。25 ℃下緩慢滴加濃硫酸14.7 g，體系逐漸溶清。攪拌繼續(xù)反應，約0.5 h后逐漸有白色固體析出。TLC檢測，待反應基本完全，則停止反應。抽濾，濾去生成的白色固體，反應瓶以及濾餅用160.0 g純化水潤洗，收集濾液并降溫至5 ℃左右，繼續(xù)攪拌0.5 h后抽濾，濾去析出的少量白色固體，此時濾液澄清透明。緩慢滴加30%的碳酸鉀水溶液調(diào)節(jié)pH至6～7，體系逐漸渾濁，有白色固體析出，繼續(xù)攪拌0.5 h，抽濾，濾餅40 ℃降壓干燥。此時所得體系中含有大量無機鹽硫酸鉀，以純化水水洗除去無機鹽，抽濾，濾餅40 ℃減壓干燥，得到奧美沙坦酯粗品31.2 g，經(jīng)HPLC測定質(zhì)量百分數(shù)為99.5%。

HPLC條件：色譜柱為C8，波長為256 nm，流動相A為配置2.04 g?L-1的磷酸二氫鉀溶液，以1.73 g?L-1的磷酸溶液調(diào)節(jié)pH至3.4，將此溶液以體積比4：1與乙腈混合，流動相B為配置2.04 g?L-1的磷酸二氫鉀溶液，以1.73 g?L-1的磷酸溶液調(diào)節(jié)pH至3.4，將此溶液以體積比1： 4與乙腈混合，流速為1.0 mL?min-1，柱溫為40℃[11]。

2.2.4 奧美沙坦酯的合成

稱取30.0 g奧美沙坦酯粗品、270.0 g丙酮和30.0 g純化水，加入到500 mL的四口反應瓶中，升溫至40 ℃使其溶清，趁熱過濾除去其中機械雜質(zhì)。體系35 ℃減壓蒸除部分溶劑至剛好出現(xiàn)渾濁，攪拌并加入120.0 g乙酸乙酯，使產(chǎn)品充分析出，得到奧美沙坦酯成品 (27.0 g，HPLC：99.8%)。

HPLC分析條件同中間體6的條件。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表征結(jié)果如下：

熔點(melting point)：177～178℃

MS (ES-) 557.2，MS (ES+) 559.3

1H-NMR(DMSO-d6)：δ (10-6) = 0.90～0.93 (3H，t，CH3)，1.52 (6H，s，2 CH3)，1.60～1.65 (2H，q，CH2)，2.11 (3H，s，CH3)，2.63～2.66 (2H，t，CH2)，5.10 (2H，s，CH2)，5.22 (1H，Brs，OH)，5.46 (2H，s，CH2)，6.90～6.91 (2H，d，苯環(huán)H)，7.08～7.104 (2H，d，苯環(huán)H)，7.56～7.58 (2H，m，苯環(huán)H)，7.59～7.61 (2H，m，苯環(huán)H)。

3 結(jié)果與討論

3.1 中間體4的合成工藝條件的選擇及優(yōu)化

中間體4的合成反應為強堿作用下的縮合反應，遵循單分子親核取代反應(SN1)機理，文獻報道多采用氰化鈉或叔丁醇鉀作為催化劑，在溶劑DMF中發(fā)生反應，催化劑價格昂貴且反應收率低。而乙腈對于奧美沙坦酯及其中間體是一種良好的結(jié)晶溶劑，以乙腈為溶劑進行縮合反應所得的中間體中雜質(zhì)明顯少于DMF體系[6]。采用氫氧化鈉代替昂貴的氰化鈉或者叔丁醇鉀，副反應雜質(zhì)大大減少，且反應溫和可控。此體系副反應的發(fā)生與堿的用量、反應溫度等有關(guān)。添加堿的量過多、反應溫度過高會導致副產(chǎn)物的增加，從而造成中間體純度的下降。控制以上參數(shù)可以使副反應降低，再經(jīng)過水解反應的后處理步驟可得到純度較高的中間體4。

首先考察原料1和原料2的投料比對反應的影響。以更為廉價的原料1為1.0當量(equivalent，eq)，考察結(jié)果顯示，在其他反應條件相同的情況下，原料2用量為0.9eq和1.0eq時，原料1均有較多的剩余。原料2用量為1.1eq以上時可以使原料1基本反應完全，而原料2用量為1.2eq以上時導致原料2過量，因此原料1和2的投料比以1.1eq為佳。具體實驗結(jié)果如表1所示。

表1 原料2的當量對反應的影響 Table 1 Effects of raw material 2 equivalent on reaction

其次，考察堿的用量對反應的影響，實驗結(jié)果列于表2?？梢钥闯?，NaOH的用量在1.4～1.6eq時，原料剩余較少，反應基本進行完全，因此最佳的NaOH用量可確定為1.5eq。隨著堿用量的進一步增加，收率有所下降，可能是因為副反應增加所致。再次，考察溫度對反應的影響，實驗結(jié)果列于表3?？梢钥闯?，反應溫度低于55 ℃時，反應速率相對較慢，延長反應時間考察，原料仍有較多剩余；反應溫度范圍為65～75 ℃時，原料剩余較少，反應基本進行完全；溫度繼續(xù)升高達到回流溫度82 ℃時，副反應的增加導致產(chǎn)品收率下降。

表2 NaOH當量對反應的影響 Table 2 Effects of NaOH equivalent on reaction

在縮合步驟結(jié)束后單獨分離出中間體，需花費額外的后處理以及烘干儲存時間，從而造成成本的提升。經(jīng)實驗考察，縮合反應得到的產(chǎn)物中含有部分雜質(zhì)，雜質(zhì)可在水解反應的后處理步驟中被除去，因此中間體可不單獨分離，而是蒸除部分溶劑后加入水解溶劑和堿直接進行水解反應。將縮合反應和水解反應合并的操作，還有效的減少了分離縮合反應產(chǎn)物過程中雜質(zhì)的產(chǎn)生，提高了反應收率。

表3 溫度對反應的影響 Table 3 Effects of temperature on reaction

在水解反應所使用的溶劑方面，對中間體4溶解性較好的常用溶劑有1,4-二氧六環(huán)和異丙醇，在40 ℃下分別進行水解反應4 h，結(jié)果如下：以1,4-二氧六環(huán)為溶劑的得到產(chǎn)物純度在97%左右，而以異丙醇為溶劑得到的產(chǎn)物純度為83%和93%，產(chǎn)品質(zhì)量不高且波動較大，因此確定以1,4-二氧六環(huán)為溶劑較佳。雖然1,4-二氧六環(huán)相對毒性較大，藥典規(guī)定在成品中的殘留需小于380×10-6，而反應后續(xù)還有酯化、脫保護以及重結(jié)晶等多個步驟，殘留的1,4-二氧六環(huán)在其中的含量不斷減少，通過氣相色譜法(GC)對最終成品進行檢測，色譜柱型號為DB-624，載氣為氮氣，載氣流速為4.6 mL?min-1，分流比為5：1，氫氣流速為50 mL?min-1，空氣流速為450 mL?min-1，檢測器類型為火焰離子化檢測儀(flame ionization detector, 簡稱FID)[11]。結(jié)果表明，1,4-二氧六環(huán)的濃度低于檢測限5.5×10-6。

考察堿的種類對水解反應的影響。40 ℃下水解4 h，發(fā)現(xiàn)氫氧化鈉體系得到的產(chǎn)物雜質(zhì)較多，收率在80%左右；采用相同當量堿性相對較弱的氫氧化鋰，收率可達到95%，因此選擇氫氧化鋰作為水解堿。 考察氫氧化鋰當量對水解反應的影響，以縮合反應中的原料1的量為1.0eq，實驗結(jié)果列于表4?？梢钥闯?，氫氧化鋰為2.0eq下進行水解反應，中間體3有較多剩余。氫氧化鋰為3.0和4.0eq下，中間體3均基本反應完全，且收率較高，因此，水解反應時取氫氧化鋰當量3.0eq為佳。

在反應時間方面，從表5可以看出，反應在3 h左右已基本進行完全，再延長反應時間，副反應繼續(xù)發(fā)生導致收率有所下降。

表4 LiOH當量對反應的影響 Table 4 Effects of LiOH equivalent on reaction

表5 時間對反應的影響 Table 5 Effects of reaction time on reaction

表6 原料5的當量對反應的影響 Table 6 Effects of raw material 5 equivalent on reaction

表7 時間對反應的影響 Table 7 Effects of reaction time on reaction

3.2 三苯甲基奧美沙坦酯的合成工藝條件選擇及優(yōu)化

三苯甲基奧美沙坦酯的合成反應為酯化反應，是羧酸根負離子對鹵代烴α碳的親核取代反應[12]，所采用的原料5因具有基因毒性，需要嚴格控制其加入量[13]，通過緩慢滴加來控制其用量。另外，考慮到原料5的活性較低，反應速率較慢，預先加入適量碘化鉀將滴加的原料5轉(zhuǎn)化為具有較高反應活性的碘代物，可與已在堿性環(huán)境下轉(zhuǎn)化為相應鹽的中間體4快速進行反應，從而減少原料5的分解。得到的中間體經(jīng)過乙腈、甲醇后處理可除去生成的少量副反應雜質(zhì)，得到純度較高的三苯甲基奧美沙坦酯(中間體6)。 首先考察加入的原料5量對反應的影響，中間體4的量為1.0eq時，實驗結(jié)果列于表6?？梢钥闯?，原料5的用量在1.2eq以上時可使反應基本進行完全?？紤]到產(chǎn)品中殘留的中間體4會隨著后續(xù)脫保護反應的進行轉(zhuǎn)化為歐洲藥典(EP)所規(guī)定的雜質(zhì)A，難以除去，因此中間體4在產(chǎn)物當中的含量需要進行嚴格控制，原料5的用量以1.2eq為佳。

考察碳酸鉀用量對反應的影響，碳酸鉀用量1.0、2.0以及3.0eq時均可使反應進行完全，且對產(chǎn)品質(zhì)量無明顯影響，因此反應取1.0eq的碳酸鉀即可。

在反應時間方面，從表7可以看出，添加了碘化鉀作為活化劑后，反應在室溫下即可快速進行，1 h左右已基本反應完全，隨著反應時間進一步延長，可能導致副產(chǎn)物的增加，產(chǎn)品收率下降。

3.3 奧美沙坦酯粗品的合成條件的選擇及優(yōu)化

關(guān)于中間體6中的三苯甲基的脫除反應，文獻報道較多。據(jù)早期文獻報道，采用鹽酸或醋酸作為酸催化劑、低溫下脫保護[1]時，由于鹽酸極易揮發(fā)，加入體系后部分揮發(fā)導致體系上方被白霧籠罩，不易觀察體系變化，且鹽酸或醋酸下脫保護不完全，存在較多中間體6的殘留，進而導致奧美沙坦酯粗品純度較低。若延長反應時間則又會導致奧美沙坦酯在酸性環(huán)境下進一步水解生成奧美沙坦這一雜質(zhì)，難以除去，需經(jīng)過數(shù)次重結(jié)晶才能達到EP標準。SRIMURUGAN等[14]報道，在強堿條件下醇溶液中可脫除氯沙坦鉀中的三苯甲基保護基團，但此方法缺點是副反應較多，所得產(chǎn)品中含有較多雜質(zhì)。HEDVATI等[15]提出，以乙腈和水的混合液溶解三苯甲基奧美沙坦酯，直接加熱回流條件下可以脫除三苯甲基，也有利用丙酮[16]、乙醇[17]等與水的混合液回流進行脫保護的相關(guān)報道，但是這些方法缺點是回流溫度較高、脫保護速率較慢、產(chǎn)品純度不高。而采用不揮發(fā)性酸，如濃硫酸進行脫保護，實驗結(jié)果表明，中間體6幾乎反應完全，而反應產(chǎn)生的三苯基甲醇不溶于體系，可直接過濾除去，再通過調(diào)節(jié)pH使奧美沙坦酯粗品析出。硫酸加入體系時會放熱，因此反應需嚴格控制濃硫酸滴加速率、體系攪拌速率以及體系溫度。通過工藝參數(shù)的優(yōu)化，最終的脫保護工藝條件下得到的奧美沙坦酯粗品純度高，粗品即可符合EP標準[11]，再經(jīng)過進一步重結(jié)晶可得到更優(yōu)的奧美沙坦酯成品。

考察濃硫酸用量對反應的影響，以中間體6的用量為1.0eq，實驗結(jié)果列于表8，可以看出，濃硫酸的量在2.0eq以上時，反應基本進行完全，考慮到過量的濃硫酸可能導致放熱效應增加，且后處理需要更多的堿性溶液進行中和析晶，從而產(chǎn)生大量廢水，因此，濃硫酸當量取2.0eq為最佳。

在反應過程中，溫度可能對雜質(zhì)的產(chǎn)生有影響，實驗結(jié)果列于表9，可見，隨著溫度升高，EP記載的雜質(zhì)A(olmesartan)的含量明顯增加，雜質(zhì)C ((5methyl2oxo1,3dioxol4yl)methyl 4(1methylethenyl) 2propyl1[[2′(1Htetrazol5yl)biphenyl4yl]methyl]1Himidazole5carboxylate)的含量在此溫度范圍內(nèi)沒有明顯差異，雜質(zhì)B(6,6dimethyl2propyl3 [[2′(1Htetrazol5yl) biphenyl4yl]methyl] 3,6dihydro4Hfuro [3,4d]imidazol4one)在此過程中未檢測到。因此，在實際生產(chǎn)中應嚴格控制反應溫度，取15～25 ℃即可。

表8 濃硫酸的量對反應的影響 Table 8 Effects of H2SO4 equivalent on reaction

表9 溫度對反應的影響 Table 9 Effects of temperature on reaction

3.4 重結(jié)晶條件的選擇及優(yōu)化

丙酮與水的混合溶液對奧美沙坦酯的溶解性較好，因此，目前文獻報道往往采用丙酮作為奧美沙坦酯的重結(jié)晶溶劑。但是此方法存在一個嚴重的問題，即丙酮體系的析晶產(chǎn)物易形成溶劑化物[18]，丙酮-水溶液直接析晶的成品中，丙酮的殘留在9000×10-6以上，不符合藥典規(guī)定的溶劑殘留標準(5000×10-6)。孫寶佳等[19]采用粉碎再烘干法對其中的殘留丙酮進行脫除，額外粉碎、烘干步驟導致能耗增加、成本升高。經(jīng)實驗考察，在丙酮析晶過程中加入適量乙酸乙酯進行攪拌析晶，烘干至衡重后用GC檢測最終成品中的乙酸乙酯和丙酮的殘留均符合藥典規(guī)定，丙酮殘留最低至500×10-6左右，此方法具有操作簡單，成本低的優(yōu)勢。

考察析晶過程中加入的乙酸乙酯量對反應的影響，以奧美沙坦酯的量為1.0eq，析晶時間2.0h，實驗結(jié)果列于表10，可以看出，加入4.0eq的乙酸乙酯時，重結(jié)晶產(chǎn)品中兩種溶劑的殘留均較少，同時收率也較高。乙酸乙酯加入量較少時，丙酮殘留相對較多；乙酸乙酯加入量較多時，產(chǎn)品中殘留的乙酸乙酯增加，且部分產(chǎn)品溶解于乙酸乙酯中，導致收率下降。在4.0eq的乙酸乙酯條件下，進一步延長析晶時間到4.0 h，重復三次實驗收率分別為87%、85%和90%。綜合整個反應，總收率達到65.5%。

表10 乙酸乙酯當量對反應的影響 Table 10 Effects of ethyl acetate equivalent on reaction

4 結(jié) 論

(1) 以4-(1-羥基-1-甲基乙基)-2-丙基-1H-咪唑-5-羧酸乙酯和N-三苯基甲基-5-(4-溴甲基聯(lián)苯-2-基)四氮唑為原料，經(jīng)縮合、水解、酯化、脫保護，四步反應合成了奧美沙坦酯。合成總收率達到65.5%，較文獻值提高10%以上，該路線操作簡單、反應溫和、適宜工業(yè)化生產(chǎn)。

(2) 縮合與水解反應合并，減少了中間體分離烘干工序；采用溫和的無機堿催化反應，兩步總收率達到89.3%。以碘化鉀活化4-氯甲基-5-甲基-1,3-二氧雜環(huán)戊烯-2-酮進行酯化反應，反應1 h即可進行完全，收率達到92.2%。以濃硫酸為酸催化劑進行脫保護反應，反應進行的徹底、中間體殘留少，奧美沙坦酯粗品純度即可基本滿足歐洲藥典標準，收率達到93.7%。

(3) 重結(jié)晶過程中加入適量乙酸乙酯，可有效地減少產(chǎn)品中丙酮的殘留，達到藥典標準。