醋酸卡波芬净原料及中间体工艺合成路线及质量控制

摘要-2-引言注射用醋酸卡泊芬净是首个全新类型的棘白菌素类抗真菌药物，由美国MerckSharp＆amp公司研制上市，国内上市商品名为科赛斯。其通过抑制许多丝状真菌和酵母菌细胞壁β(1，3)-D-葡聚糖的合成，从而有效阻止真菌细胞壁的形成，对曲霉菌属(包括烟曲霉菌、黄曲霉菌、黑曲霉菌、构巢曲霉菌、土曲霉菌和白曲霉菌)和念珠菌属(包括白色念珠菌、都柏林念珠菌、光滑念珠菌、吉利蒙念珠菌、乳酒念珠菌、克鲁斯念珠菌、溶脂念珠菌、葡萄牙念珠菌、近平滑念珠菌、皱褶念珠菌和热带念珠菌)具有体外活性，主要用于成人患者和三个月及三个月以上儿童患者经验性治疗中性粒细胞减少、伴发热病人的可疑真菌感染以及治疗对其它治疗无效或不能耐受的侵袭性曲霉菌病。抗真菌药的目前研究进展较快，真菌细胞壁抑制剂棘白菌素棘白菌素类是近年来新上市的一种抗真菌药物。卡泊芬净(Caspofungin)是第一个棘白菌素类药物。由于其独特的作用机制，使得它具有广谱的抗真菌活性,同时安全并很少输注毒反应、很少显著的药物互作用。它是持续性中性粒细胞减少发热和具有高度念珠菌感染风险的ICU患者的理想一-线经验性用药。虽然目前卡泊芬净在侵袭性曲霉菌病中只有挽救治疗的应用经验,但是对于那些肝肾功能损害,或不能耐受两性霉素B与伏立康唑的患者却是一个很有好的初始治疗药物。而且从联合治疗的研究来看,卡泊芬净和三唑类的联合更有利于对侵袭性曲霉菌的治疗。随着易感人群的增多，侵袭性真菌病患者的人数也在不断增加。侵袭性真菌病已严重危害人民健康，甚至危及生命，从而引起世界各国政府及卫生部门的关注和重视。棘白菌素类药物作为新的抗真菌药物，近年来成为研究热点。卡泊芬净是首个棘白菌素类抗真菌剂。它的研究更是炙手可热，然而由于纽莫康定Bo在有机溶剂溶解度不太好、反应液易成凝胶状固体，固体产物极易吸水潮解、在酸性和碱性溶剂中均不容易结晶等性质，加之在转化过程中需要控制其化学选择性、区域选择性和立体选择性，在发酵过程中还会产生若干纽莫康定Bo类似物等等，这都给制备工艺和纯化过程提出了很高的要求。本文选择卡泊芬净对其进行合成研究,探索文献路线的可行性并对各部工艺进行优化，寻找更加适合的工业路线，降低其生产成本及环境压力意义重大。（一）、卡泊芬净的合成分析（一）尝试路线一：1.中间体B1的合成路线一方法进行实验，发现很难重复收率且实验重复性差。为了改进该步反应工艺，本文对该工艺条件做了进-步的优化，具体筛选了以下条件。(1)反应时间的筛选首先使用三聚氯氰3eq,对反应时间进行了筛选，间隔三小时监测，尝试找到最佳反应时间。尝试设定反应时间为3，6，9，12，18，Bo%和B1%分别为（65.4 26.3）（50.6;40.5）（33.5;45.3）（27.5;59.0）（26.85;59.62）由上表可知，反应时间为12h时转化率相对较高,再延长反应时间转化率不再增加且体系中杂质开始增多，因此最佳反应时间定为12h。(1)三聚氯氰当量的筛选为了提高B.转化率，本文对三聚氯氰当量做了进一步筛选.设定三聚氯氰当量分别为3.0，5.0，6.0，7.0，8.0时，Bo%，B1%和异构体%分别为(31.9;55.0;1.1)(8.1;77.9;2.9)(3.7;44.0;12.1)(5.9;72.4;13.0)由上可知，三聚氯氰的用量为3.0eq时,延长反应时间还是有较多的Bo不能转化:而且同时有1-2%的异构体生成:三聚氯氰用量增加到Seq仍有8%左右的Bo转化不完全，同时异构体的含量有所增加;再增加三聚氯氛的当量6--8eq发现Bo的含量<5%，但与此同时异构体的含量大大增加，且杂质也较多。(2)反应溶剂的筛选采用单--溶剂DMF,实验结果显示:三聚氯氟用量为3eq时Bo的转化率>98%，但是异构体的含量无法控制(20-30%)。随后又筛选了其他单一溶剂(NMP、THF、CH3CN等)均没有得到好的结果。(4)其他脱水剂的筛其他脱水剂本文筛选了三氯氧磷和三氟乙酸酐，反应体系均没有发现产物，故没有进一步的尝试。2中间体B2的合成由于没有较纯的B1为原料，该步反应液相检测结果主要有四个峰，即Bo、B1、B2以及Bo的苯硫酚取代产物。液相结果显示，B1到B2的转化率为90%。但是由于该反应体系较复杂很难进行提纯:而且该步反应尝试了各种后处理方式均不能得到固体。因此，该路线停止。通过参阅己报道文献以及结合实验室实验结果，Bo脱水制备B;为这条路线的难点。该步反应的问题主要有三点:其一，Bo不能转化完全:其二，B1的差向异构体的生成(由后续实验结果得知未反应完全的Bc及该步产生的差向异构体为最终产晶卡泊芬净的主要杂质，异构体的结构有LC-_MS初步确认);其三，该反应重复性差，不利于工业化生产。(二)尝试路线二：基于路线一中B2后处理中遇到的问题，本文尝试了该路线，先将B;氰基还原得到中间体4，再进行苯硫酚取代。2.3.1中间体4的合成研究(1)还原剂的筛选该步反应，本文主要对还原剂进行了筛选，结果如下。A.Ni(OAc)2(4eq)、NaBH4(20eq)、MeOH,-10~0℃B.NiCl2(4eq).NaBH4(20eq)、MeOH,-10~0℃C.CoCl2(4eq)、NaBH4(20eq)、MeOH,-10~0℃本条路线主要对B1的还原进行探索，实验结果表明Co(I)NaBH4体系对氰基还原制备氨基有较高的效率，但是由于第一步Bo,到B1的反应不完全，导致还原反应的主要杂质为Bo的还原产物，且该杂质与中间体4极性相近严重影响接下来的制备分离效率。故选择放弃该条路线。（三）尝试路线三：1.中间体7的合成.化合物7是卡泊芬净的重要中间体，已报道的合成方法均以纽莫康定Bo为原料,通过苯硼酸将两对邻羟基保护起来，三氟甲磺酸做活化剂,与苯硫酚发生取代反应得到。在成功制备化合物7后，又进行了多次重复试验。发现，反应情况与原料来源以及溶剂的含水量有关。故反应前需对原料和反应溶剂进行干燥处理。随后，对加料方式进行微调，即将三氟甲磺酸用乙腈稀释后缓馒滴加。该方法的优点是反应条件更加缓和，可降低非对映异构体等杂质的生成进而提高反应的收率。化合物7的收率维持在78~80%，纯度为93~98%。2.中间体10的合成化合物10是卡泊芬净的重要中间体，该步反应是整个合成反应的关键。本文首先对文献报道的方法进行尝试。实验探究后发现本步反应的主要问题有两点:一是原料反应不完全，转化率较低;二是后处理方式较麻烦。为了解决上述问题，本文综合各种影响反应的因素，分别对反应温度、反应浓度、反应时间、硼烷的当量以及后处理方式分别进行了筛选。(1)反应时间的筛选反应时间对反应的影响批次反应时间(h)反应情况（HPLC）原料%产物%1120.519.32238.810.231838.810.9由上表可知，延长反应时间并不会增加转化率，反而会增多体系的杂质，这说明反应时间不是该反应的决定性因素，我们将反应时间定为2h。(2)反应温度的筛选反应温度是影响化学反应的重要因素，本文在-30~0"C的区间内进行了筛选，结果见下表。温度对反应的影响批次温度℃反应情况（HPLC）原料%产物%1-5-1038.810.22-10--540.112.53-20--2565.528.54-30--2547.314.8由表可知，在-20--15℃的温度区间内，反应结果较好，因此确定反应的最佳温度为-20--15℃。(3)硼烷当量的筛选硼烷的当量对反应的影响.批次硼烷当量反应情况（HPLC）原料%产物%1349.518.92434.758.83628.565.541046.337.6由表可知，硼烷的当量对反应影响较大，当硼烷的用量为6倍当量的时候，结果较好。硼烷当量减小时，原料剩余较多;硼烷当量加大时，体系容易出现淡蓝色凝胶状阻碍反应的继续进行。因此，硼烷的最佳用量确定为6倍当量。(4)反应浓度的筛选反应浓度对反应的影响批次THF当量反应情况（HPLC）原料%产物%11034.158.821535.748.433041.149.6由上表可知，当加大反应浓度时反应转化率增大，由于体系要回流经过分子筛进行干燥，使用10倍体积以下的溶剂容易造成反应器干涸，因此最佳的反应浓度定为10倍体积。(5)后处理方式的筛选该步的后处理为用等体积的冷水(<10"C)直接将体系稀释并维持温度<10C，之后进行制备分离。这种后处理方式，对于实验室小试很不现实，因此有必要筛选一下后处理方式。本文对后处理方式主要做了两种尝试:①反应用2N稀盐酸淬灭后，搅拌1h后，醋酸钠溶液调节体系pH至6~7,搅拌下将体系逐滴加入到冰水中，随后过滤得到奖状白色固体，粗品收率80%。②反应用2N稀盐酸淬灭后，搅拌1h后，用THF对体系进行萃取，低温减压条件下蒸除溶剂后,加入5倍体积的乙腈进行打浆,随后过滤得到白色粉末,粗品收率90%。以上这两种后处理方式，都可喜的得到了固体，综合考虑确定第二种后处理方式为最佳后处理方式。(6)小结通过以.上各种条件的筛选确定最佳反应条件为:硼烷用量为6倍当量，THF用量为10倍当量(体积质量比)，反应温度为-20~-15C，反应时间为2h。最终以转化率80%，粗品收率90%得到白色粉末的中间体10。进行多次平行试验证实，该结果具有重复性。3.卡泊芬净的合成该步反应的转化率可以在实验室中重现，本文主要对其后处理方式进行了优化。首先尝试将体系低温旋蒸,将乙二胺蒸除后再用乙腈打浆，但实验结果显示最终品的稳定性极差，该法法处理后得到产品纯度为50~70%。随后尝试直接将反应体系逐滴滴入到50V的乙腈中低温搅拌30min后，静置5min,将上清液倾倒出后再加入50V的乙腈搅拌30min后过滤，得到卡泊芬净白色固体。最终粗品收率65%,HPLC检测纯度为91.2%。3.1.1苯硫酚替代物的筛选综合以上工艺路线的探索，确定路线四为最佳路线。但是,其工艺过程需要用到苯硫酚，它是化学界臭名昭著的试剂，具有特殊刺激性臭味且剧毒。苯硫酚的使用无疑会带来生命威胁以及环保压力，这些均不利于工业化生产。因此，寻找一种苯硫酚的替代物意义重大。参照文献[11-12]，本文筛选了三种常见的替代物，结果如下表。苯硫酚替代物的筛选替代物Bo到7反应情况（HPLC）7-10反映情况（转化率）10到卡泊芬净反应情况（转化率）对羟基苯硫酚88%60%8%对甲基硫分90%78%90%2-巯基苯并噻唑73%30%/由上表可看出，对甲苯硫酚的实验效果与苯硫酚相当可以作为苯硫酚的替代物。结束语本文针对卡泊芬净首个棘白菌素类抗真菌药的合成展开研究,尝试了文献的各条路线，探究了各条路线的可行性，并在文献的基础上对路线进行条件优化。主要研究工作如下:1)卡泊芬净路线一的探究表明，该路线具有可行性。在文献的基础上，首先找到了影响实验的关键因素，成功制备了中间体7;然后对影响酰胺还原的各个因素，即反应时间、反应温度、反应浓度、硼烷的当量以及后处理方式进行了一一优化，最终确定实验室制备中间体的工艺;2)对卡泊芬净路线二进行了实验室探究。成功的得到了中间体4,但是因该步还原反应转化率低，收率差，经过各种条件优化也并没有提高，最后放弃该条路线。3)为了充分探究还原反应，进行了卡泊芬净路线三的尝试，该步反应第一步就问题重重:首先是Bo不能转化完全;其次是Bi的差向异构体的生成。第二步反应遇到的问题是尝试各种后处理方式均不能得到固体B2。再者，考虑该条路线重复性差且不利于工业化生产，选择放弃该条路线。4)基于路线三中遇到的问题，结合了路线一的工艺进行了路线四的尝试。该路线成功的得到了白色固体B2,将其直接进行乙二胺的取代也成功的确定了B3的液相出峰时间。但是脱水变氰基反应转化率依然很低，且无法提纯，给接下来的实验造成困扰，改路线也停止在B3的合成。5)通过对苯硫酚替代物的筛选，成功的找到了用对甲苯硫酚代替苯硫酚。大大降低了实验的毒性，使得路线一更加适宜于工业化生产。根据优化之后的反应条件,我们经放大实验制备得到适量样品，确定了该方法的重复性，为后续的科学研究提供了依据。参考文献[1]周陈锋,杜明镜,王宏伟,吴豪杰.醋酸卡泊芬净中间体D_1结晶工艺优化[J].化学与生物工程,2019,36(08):62-64.[2]伏世建,赵砚荣.注射用醋酸卡泊芬净的制备及质量控制[J].化工时刊,2018,32(08):23-27+34.[3]周陈锋,杜明镜,施林峰,黄少辉.醋酸卡泊芬净中间体D_1中一个易忽视的未知杂质的分析鉴定[J].化工技术与开发,20