莫西沙星的临床应用

莫西沙星的临床应用

莫沙星是一种新型的抗氧菌药物，具有广光谱的抗菌活性。它不仅对耐甲氧菌的高活性进行了很好的保存，而且对厌氧菌、亚硝酸盐、终止菌和其他抗生素也有很强的抗菌活性。尤其是对金色链菌、肠球菌和大肠杆菌等具有抗性的抗生素菌特别有效。其活性相当于或高于目前使用的药物，如氧氟沙星、左氧氟沙星、司帕沙星和曲泽沙星。具有这样高的活性是因为莫西沙星化学结构与其它氟喹诺酮类品种有明显不同,分子结构的8位碳原子引入甲氧基后,明显增强了该药抗革兰氏阳性需氧菌活性并使其不产生明显的光毒性;又由于喹诺酮母核7位上吡咯烷基的存在增加了其溶解度,减少了形成结晶尿的危险;这些取代基的存在使得该药具有广谱抗菌作用。同时莫西沙星具有良好的药代动力学特征,细菌耐药性低,安全性高。因此作为优良的抗菌新药,其应用前景十分广阔,市场潜力十分巨大。临床使用中用莫西沙星的盐酸盐作为药用,生产成本主要来自于其侧链(S,S)-2,8-二氮杂双环[4.3.0]壬烷(1)的合成,由于侧链是有手性的结构,原有工业化路线在生产后期要进行拆分来得到SS构型的产物,近一半的RR构型因为无法转化便被废弃掉。最常见的合成路线是以2,3-吡啶二羧酸为原料经过7步反应得到最终产物,文献报道总收率为43.3%;同样以2,3-吡啶二羧酸为原料,另一条报道的路线是在后期以对甲苯磺酰胺作为保护基进行关环,这两条路线由于都要用到LiAlH4脱除羰基,而LiAlH4由于其危险性而在工业化生产中不宜大批量应用,后续又需要以酒石酸作为拆分剂以得到SS构型的产物,所以整条路线收率不高。李群等人则以顺-2-丁烯-1,4-二醇为原料,经过11步反应得到目标产物,此路线反应步骤过长,很难实现工业化。Petersen等人报道的合成路线步骤相对较少,以N-二甲氨基丙烯亚胺和N-苯甲基顺丁烯二酰亚胺为起始原料经过6步反应得到终产物,但是原料价格较贵且不易得到。Kim等人以3-苄基-6-氧杂-3-氮杂双环[3.1.0]己烷和3-氨基丙酸乙酯为原料设计了另一条路线,但此路线收率较低只有10%左右,而且要用到剧毒物质KCN,有的步骤反应时间甚至要达到3d。通过对已知合成路线的研究可以看出,所有路线都需要进行手性拆分以得到单一构型产物,因此长久以来是否能不需要拆分而得到产物都是研究的热点。本研究则希望从原料着手,直接利用有手性的原料来构建手性中心以避免后期的手性拆分,在查阅了包括张光明、Minoru、Peter、Claude等人的研究后发现可以利用结构简单、价格便宜且具有手性的原料直接构建出有手性的二酸中间体,而为了满足最后(S,S)-2,8-二氮杂双环[4.3.0]壬烷的构型需要,我们以价格较便宜的D-苯甘氨醇为原料来构建其中一个手性中心,经过6步反应直接得到具有手性的六氢吡啶二羧酸,再经过3步反应制得终产物(S,S)-2,8-二氮杂双环[4.3.0]壬烷。对于另一技术重点LiAlH4的改进已经有一些相关研究,目前已报道的替代品有红铝和NaBH4/BF3Et2O体系,但是在还原效果和产品纯度方面都还不及使用LiAlH4。我们则通过实验对比了LiAlH4、红铝、NaBH4BF3Et2O体系的还原效果,同时对实验工艺进行了一定程度的优化,并且首次利用未经报道过的NaBH4/AlCl3体系完成了羰基的还原。整条路线避免了LiAlH4及手性拆分剂的使用,合成路线见图1。1实验部分1.1核磁共振检测仪器申光熔点仪(温度计未校正)、Agilent液相色谱仪、Bruker-AvanceDPX400MHz核磁共振仪(瑞士)等。试剂均为市售分析纯,如未特别提及,使用前均不用特别处理。1.2实验方法1.2.1pe/ea混合溶剂的制备D-苯甘氨醇(2)(0.5g,3.65mmol)溶解在10mL甲醇中,缓慢滴加到丁炔二酸二甲酯(3)(0.518g3.65mmol)中,其中3溶解在7mL甲醇中,滴加完毕后维持搅拌3h。反应结束后蒸干溶剂,残余物通过硅胶柱层析(30×210mm)。得到4的淡黄色油状物,PE/EA混合溶剂重结晶可以得到0.794g白色固体4,产率88%。1HNMR(CDCl3,400MHz):3.71(s,3H),4.40(dd,1H),4.49(dd,1H),4.77(dd,1H),5.77(s,1H),7.39(m,5H),8.55(s,1H)。1.2.2碳酸氢钠法4(1.6g,6.5mmol)溶解于45mLTHF中,室温下滴加丙烯酰氯(0.75g,6.5mmol),反应液回流反应4h后,将其冷却至0℃,搅拌下缓慢加入30mL饱和碳酸氢钠溶液,然后用CH2Cl2萃取,合并有机层,饱和MgSO4干燥后蒸出溶剂得到深色油状物,乙醇重结晶后得到1.8g近无色固体5,产率92%。1HNMR(CDCl3,400MHz):2.62~2.79(m,4H),3.72(s,3H),4.52~4.58(2H),5.66(bs,1H),7.12~7.31(m,5H)。1.2.3催化剂的制备化合物5(1.5g,5mmol)和5%Pd/C(0.5g)加入到100mL乙醇中,氮气置换后,通入H2常压反应1.5h后,催化剂通过硅藻土过滤掉,旋干溶剂后得到6的粗品,可以直接用于下一步反应,用于分析的样品可以通过乙醇进行重结晶。1HNMR(CDCl3,400MHz):2.19~2.52(m,4H),3.46~3.57(m,1H),3.74(s,3H),4.52~4.58(m,2H),4.75(dd,1H),5.34(d,1H),7.25~7.57(m,5H)。1.2.4ch2cl2萃取法将上一步得到的粗品6(0.26g,0.85mmol)溶解于7mL无水THF中,室温下滴加到10mol/L的BH3/Me2S(0.2mL,1.9mmol)中,在同一温度下反应2h。然后加入少量水直至不再有气泡产生,CH2Cl2萃取后减压蒸干溶剂,残余物经过硅胶柱层析得到0.19g白色固体7,产率79%。PE/EA混合溶剂养出单晶,通过X-Ray可以看到化合物7有着良好的手性结构,晶体结构见图2。1HNMR(CDCl3,400MHz):1.45~1.63(m,3H),1.82(td,1H),2.42~2.47(m,1H),2.71~2.78(m,1H),3.19(d,1H),3.52~3.56(m,1H),3.63(dd,1H),3.81(s,3H),4.18(dd,1H),4.36(t,1H),7.26~7.40(m,5H)。1.2.5催化剂的制备7(0.2g,0.7mmol)溶解在20mL无水乙醇中,加入20%Pd(OH)2/C(0.4g),氮气置换后以氢气球通入氢气,45℃下常压反应2h,催化剂通过硅藻土过滤,并用少量水洗涤,溶剂旋干后用乙醇/水(V:V=15:1)体系重结晶,得到0.09g白色固体8,产率95%。1HNMR(D2O,400MHz):1.42~1.54(m,1H),1.65~1.74(m,1H),1.78~1.86(m1H),2.02~2.08(m,1H),2.90(td,1H),3.30(m1H),3.61(s,3H),3.71(d,1H)。1.2.6绿色浓缩h在8(0.67g,3.6mmol)中加入3mol/LHCl(8.7mmol)回流反应8h,然后减压浓缩,得到0.657g白色固体9,产率98%。1HNMR(D2O,400MHz):1.44~1.57(m,1H),1.72~1.89(m,2H),2.12~2.19(m,1H),2.94(td,1H),3.34(m,1H),3.44(m1H),4.02(d,1H)。1.2.7甲苯的合成9中(0.5g,2.9mmol)加入甲苯(15mL),冰浴下滴加苄胺(0.33mL,3mmol),滴加完毕后再滴加2滴H2SO4同时撤掉冰浴,加热到70℃反应约2h,再升温至110℃下反应18h,降至室温后加入8mL水,室温搅拌30min,分出甲苯层,水相再用甲苯萃取3次,合并有机相用无水MgSO4干燥后减压旋干,得到0.57g淡黄色油状物10,产率80%,HPLC纯度为95.23%,无水乙醇重结晶后可得到其淡黄色固体。1HNMR(CDCl3,400MHz):1.48~1.56(m,2H),1.62~1.70(td,1H),1.93~2.02(td,1H),2.64~2.71(m,1H),2.76~2.90(m,2H)3.85(d,1H),4.64(d,2H),7.26~7.38(m,5H)。1.2.8目标产物的合成10(0.5g,2.05mmol)溶解于15mL无水THF中,冰浴并且氮气保护下向其中加入LiAlH4(0.24g,6.15mmol),然后升温至回流反应8.5h,自然降温至室温,缓慢加入2mL水和10mLTHF的混合液,再加入2.5mL20%NaOH溶液,加热回流1h,过滤,滤渣用THF洗涤,减压蒸干滤液后得到0.405g黄色油状物11,产率91.3%。1HNMR(CDCl3,400MHz):1.33~1.54(m,2H),1.64(m,2H),2.14(m,1H),2.50~2.60(td,3H),2.72(t,1H),2.81(dd,1H),2.94(m,1H),3.18(d,1H),3.69(m,2H),7.17~7.33(m,5H)。10(1g,4.1mmol)溶解于10mL甲苯中,将反应液冷却到0℃后缓慢滴加红铝溶液(5.32g,26.3mmol),此后升温至30℃保温搅拌反应1.5h,再升温至70℃反应8h,冰浴冷却至0℃左右后滴加20%NaOH溶液3mL,再次将反应液升温至55℃保温搅拌30min,然后分出甲苯层,水层用甲苯萃取3次,合并甲苯层后用无水Na2SO4干燥并减压蒸干,得到0.75g目标产物,产率85%。10(0.5g,2.05mmol)、NaBH4(0.465g,12.3mmol)加入到15mL无水THF中,冰浴条件下滴加BF3Et2O(0.6g,4.1mmol),之后升温至60℃左右反应4h。反应完毕后冷却到0℃左右,缓慢滴加HCl和水的混合液,滴加完毕后升温至60℃反应1h,静置降至室温后减压蒸出THF,残余物中加入水5mL和甲苯5mL,滴加20%NaOH溶液2mL后分出甲苯层,水层再用甲苯萃取,合并甲苯层后减压蒸干溶剂得到0.38g产物,产率86%。无水AlCl3(0.88g,6.56mmol)溶解于20mL无水THF中,冰浴条件下向其中加入10(0.5g,2.05mmol),氮气保护下再向反应液中加入NaBH4(0.62g,16.4mmol),之后加热回流反应20h。将反应液自然降至室温后缓慢滴加1.5mL水,减压蒸出THF,然后加入HCl调节pH到2左右,加热回流1h,再加入30%NaOH溶液调节pH到12,甲苯萃取并用无水MgSO4干燥后蒸干溶剂得到0.361g产物,产率82%。1.2.9环己烷-环己烷共混油的制备11(0.65g,3mmol)溶于甲醇(5mL),加入5%Pd/C(0.15g),于90℃/9MPa下氢化16h,过滤催化剂,滤液减压蒸干。残余物溶于5mL水,用环己烷提取(5mL×3),环己烷相再次用水反提取(8mL×3),合并水层后向其中加入NaOH0.3g,用氯仿提取(8mL×3),干燥后蒸干溶剂得到0.34g浅黄色油状物1,产率90%。1HNMR(CDCl3,400MHz):1.41~1.46(m,1H),1.50~1.59(m,1H),1.70~1.73(m,2H),1.75~1.76(s,2H),2.01~2.12(m,1H),2.64(td,1H),2.80(d.1H),2.89~3.03(m,4H),3.19(t,1H)。2合成路线之初提出本研究以D-苯甘氨醇构建第一个手性中心,经过6步反应直接制得手性中间体9,由化合物7的X-Ray结果可以看出其有着良好的手性构型,使得构建此条合成路线成为可能。整条路线在实施过程中遇到的主要问题现讨论如下:化合物8的制备,通过实验研究可以在常压条件下完成,而类似物质以及文献报道则需要在2.5MPa/45℃下反应10h的加压条件来完成开环,因此经过优化后,可以常压进行反应,安全性更高,反应时间也大大缩短,减少了能源的消耗。制备化合物10,传统合成路线中上苄基是以2,3-吡啶二羧酸为原料,在Ac2O中脱水后经过乙醚处理,再与苄胺在高温下作用以得到产物,而用乙醚处理过程中会发生部分水解造成产率下降,文献则用二甲苯作为溶剂,与苄胺直接脱水上苄基,相比较之下简化了实验步骤且提高了收率。而本研究在设计合成路线之初希望能直接借鉴以上两种上苄基方法,利用Ac2O、NaOAc、苄胺“一锅法”直接得到化合物10,但在实际操作过程中发现无法按照现有方法得到目标产物。设想利用化合物8与苄胺直接缩合,但最终也无法实现;通过大量的实验最终确定了以甲苯为溶剂,H2SO4起催化作用,化合物9、苄胺直接脱水缩合得到化合物10。制备化合物12时,报道的常规合成路线是用LiAlH4回流反应16h脱掉羰基,同时有几种不常用的还原此羰基方法,本研究也一一验证并做了优化。如专利采用红铝溶液反应4