泊沙康唑关键中间体的合成工艺研究*

程青芳，李善金，戚路姚，华宸林，李 响，王伊文，徐东强

(1.江苏海洋大学 药学院，江苏 连云港 222005；2.连云港贵科药业股份有限公司，江苏 连云港 222000)

0 引言

泊沙康唑是重要的第二代三唑类抗真菌药物，由德国先灵葆雅公司研制开发，2005年10月被欧盟和美国 FDA批准上市[1]，商品名为Noxafil。该药具有抗菌效力强、抗真菌谱广的特点，对曲霉菌和其他真菌都有杀菌作用，尤其是对多烯类化合物和其他三唑类耐药或侵袭性真菌感染有效，目前在全球70多个国家上市。该药还因具有较高的安全性和耐受性，而作为侵袭性真菌感染患者的一线预防用药，用于各种复杂罕见和难治性真菌感染性疾病的治疗[2-4]。泊沙康唑的化学名称为4-[4-[4-[4-[[(3R,5R)-5-(2,4-二氟苯基)-5-(1,2,4-三唑-1-基甲基)氧杂戊环-3-基]甲氧基]苯基]哌嗪-1-基]苯基]-2-[(2S,3S)-2-羟基戊-3-基]-1,2,4-三唑-3-酮，其分子中有4个手性中心，结构较为复杂，合成难度较大。

有关泊沙康唑合成工艺的文献报道较多[1，5-10]，归纳起来主要是围绕3个中间体(中间体1，2，3)开展研究和改进的，泊沙康唑及中间体1，2，3的具体结构见图1。

图1 泊沙康唑及中间体1，2，3的结构

中间体1,即N′-(2S,3S)-2-(苄氧基)-3-戊基甲酰肼(以下称为化合物1)是合成泊沙康唑的重要化合物，其分子中含有两个手性中心，它的光学纯度决定着泊沙康唑的光学纯度。该化合物分子中含有活泼的醛基，合成难度较高。化合物1的合成已有多篇文献报道[10-14]，其中以廉价的S-乳酸乙酯为起始原料的工艺[13]是目前较为优化的工艺，该工艺以S-乳酸乙酯为原料，经酰胺化、羟基保护、还原、缩合成腙和格氏反应等5步反应合成了化合物1。具体合成路线见图2。

图2工艺合成路线虽较简洁，但反应过程中需要用红铝将酰胺基还原为醛基。由于红铝的活性较高，而醛基又是活性较高的基团，因此，该还原反应需在-30 ℃以下的低温中进行，不利于工业化生产；同时，即使在-30 ℃下的低温中进行，该还原反应仍然会使少量的生成的醛进一步被还原成醇，该醇为难以去除的杂质，使得反应控制比较繁琐，化合物1的质量难以保证。在第4步反应中，成腙试剂甲酰肼因稳定性较差，易氧化，因此需要低温保存，这使得使用成本增加，同时，商业购买的甲酰肼一般会存在少量氧化产物，使用商业购买的甲酰肼会产生难以去除的氧化杂质。

图2 文献[13]报道的化合物1合成路线

本研究参考文献[13-17]对化合物1的合成路线进行了改进和优化：以廉价的L-乳酸为起始原料，与氯苄反应对羟基进行保护，以防止第3步生成醛官能团后发生分子间的缩合反应；生成的L-苄氧基丙酸与N-甲基-N-甲氧基亚磷酰胺(4)在微波催化下反应，高收率制得Weinreb酰胺(5)，Weinreb酰胺(5)在LiAlH4作用下发生还原反应，制得醛(6)，克服了文献[13]工艺中还原反应须-30 ℃以下低温且较易产生醇杂质的缺陷；甲酸乙酯与水合肼反应制得甲酰肼后不经分离直接与醛(6)发生成腙反应，制得化合物7，克服了用商业购买的甲酰肼易产生难以除去的氧化杂质的问题；化合物7再与乙基溴化镁发生格氏反应，即制得目标化合物1。该方法原料价廉、操作简便，杂质易控制，比较适合工业化生产。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

BRUKER-500型核磁共振仪(瑞士Bruker公司，TMS为内标，氘代氯仿为溶剂)；LC/MSD TOF型液质联用仪(美国Agilent公司)；DC0506恒温油浴(上海方瑞仪器有限公司)。

所用试剂和溶剂均为市售AR或CP。

1.2 合成路线

本文所设计的目标化合物1的合成路线如图3所示。

图3 本文设计的化合物1合成路线

1.3 实验方法

1.3.1 合成L-苄氧基丙酸 N2保护下，向1 L三口瓶中加入质量分数60%的氢化钠23.1 g(0.58 mol)和干燥的THF 200 mL，搅拌，冰浴冷却至0 ℃，缓慢滴加L-乳酸43.2 g(0.48 mol)和干燥THF溶液200 mL，控制反应温度不高于10 ℃，搅拌0.5 h。滴加氯苄66.8 g(0.53 mol)，滴完后室温搅拌反应3 h，TLC(V(PE)∶V(EA)=2∶1)检测L-乳酸反应完毕，向反应液中加入1 mol/L盐酸终止反应，调节pH至2～3，再加入300 mL MTBE搅拌溶解充分，分液，有机相用300 mL饱和食盐水洗涤，干燥，减压蒸去溶剂至干，得浅黄色固体。该固体不用纯化，直接进行下面的实验。

1.3.2 合成(S)-2-苄氧基-N-甲氧基-N-甲基丙酰胺(5) N2保护下，向1 L圆底烧瓶中依次加入亚磷酰胺(4)101 g(0.48 mol)和上述制备的L-苄氧基丙酸，混合均匀后用高火微波照射12 min，加入300 mL饱和碳酸钠水溶液进行淬灭反应，600 mL乙酸乙酯分3次萃取，无水硫酸钠干燥。减压蒸去溶剂至干，所得固体干燥后得化合物590 g，产率84%(以L-乳酸计)。

实验仿真环境为Intel(R) Core(TM) i5-3470 CPU @3.20GHz,内存4.00 GB,操作系统 Windows 7 旗舰版,仿真软件Matlab2014a。

1.3.3 合成(S)-2苄氧基丙醛(6) N2保护下，向500 mL干燥的反应瓶中加入化合物544.6 g(0.20 mol)和200 mL干燥的甲苯(用钠砂去除甲苯中少量的水)，搅拌溶解，冷却至-10 ℃左右。缓慢滴加LiAlH4(0.22 mol)和500 mL干燥甲苯的混合溶液，控制内温不高于0 ℃。滴加完之后移去冷却槽，搅拌下缓慢降温至5～10 ℃，搅拌反应0.5 h。将NaHSO442 g(0.35 mol)溶解在150 mL水中配制成NaHSO4溶液，冷却反应瓶至-10 ℃左右，然后将NaHSO4溶液缓慢滴入，控制温度不高于0 ℃，滴完后移去冷却槽，继续搅拌0.5 h。过滤，得到的有机液用2 mol/L盐酸调节pH至2～3，控制内温不高于10 ℃，再加150 mL甲基叔丁基醚充分搅拌，分液，有机相分别用饱和NaHCO3和蒸馏水各洗1次，得淡黄色溶液，备用。

1.3.4 合成(E,S)-N′-(2-(苄氧基)亚丙基)甲酰肼(7) 将甲酸乙酯20.4 g(0.22 mol)和50 mL体积分数95%的乙醇加入反应瓶中，搅拌后再加入80%水合肼12 g(0.3 mol)，加热回流反应5 h，TLC(V(PE)∶V(EA)=3∶2)监测反应进程。反应完成后，减压蒸去溶剂至干得类白色固体。将“1.3.3”步骤中得到的淡黄色溶液加入其中，加热至50～60 ℃，TLC(V(PE)∶V(EA)=3∶2)监测反应进程，约2 h反应完成后，冷却。反应液用蒸馏水洗涤2次，再用饱和食盐水洗涤1次，有机相干燥后减压蒸去溶剂，以PE/MTBE重结晶，干燥后得浅黄色化合物726.8 g，产率65%(以化合物5计)。

1.3.5 合成N′-(2S,3S)-2-(苄氧基)-3-戊基甲酰肼(1) N2保护下，向500 mL干燥的三口瓶中加入化合物720.6 g(0.1 mol)和干燥的150 mL MTBE，加入40 mLN,O-双三甲硅基乙酰胺(0.2 mol)，室温搅拌反应2.5 h，备用。在另一个500 mL三口瓶中，N2保护下加入镁粉9.6 g(0.4 mol)和干燥的150 mL MTBE，搅拌，加热至50 ℃左右，再加入3粒碘和4 mL溴乙烷，回流直至反应引发。引发后继续滴加溴乙烷30 mL(0.43 mol)，加完后加热回流2～3 h至镁粉完全反应。冷却反应液至-20 ℃，加入干燥的150 mL MTBE，再缓慢滴加上述制备的化合物7的反应液，控制内温不高于-15 ℃，并搅拌反应3 h，TLC(V(PE)∶V(EA)=3∶2)监测反应进程。反应结束后搅拌下向反应液中缓慢滴加300 mL质量分数30%的氯化铵溶液，分液，有机相用200 mL饱和氯化铵和300 mL食盐水各洗涤1次，减压蒸去溶剂，向残留物中加入300 mL MTBE和300 mL 1 mol/L HCl，搅拌，萃取。水相用饱和Na2CO3调节pH至8，用400 mL MTBE萃取，有机相干燥后减压蒸去溶剂，得15.7 g黄色油状化合物1，收率66.5%，HPLC法测定含量为质量分数98.4%，ee值99.1%。

2 结果与讨论

2.1 表征

2.2 生成化合物6可能的过程

文献[11-13]报道的化合物6一般是通过红铝将酰胺基还原成醛基而得到的。由于具有很强的还原性能，红铝在还原反应过程中一般会难以避免地将酰胺基过度还原，生成相应的醇杂质。这种醇杂质难以去除，且会参与下一步的反应，从而导致化合物1的质量难以保证。

图4 化合物6的生成过程

2.3 (S)-2-苄氧基-N-甲氧基-N-甲基丙酰胺(5)的制备工艺讨论

化合物5为取代的Weinreb酰胺，是通过L-乳酸和氯苄反应后得到L-苄氧基丙酸，L-苄氧基丙酸不经分离直接与亚磷酰胺(4)在微波辐射下反应制得的，因此，需考察微波功率和微波辐射时间对化合物5收率的影响，实验结果见表1。

表1 微波功率和辐射时间对化合物5收率的影响

从表1可看出，在微波功率为低火的条件下反应，辐射反应5 min，制备化合物5的两步总收率仅为34%，即使延长辐射时间至15 min，收率也只有46%。随着微波功率由低火调整为中火再到中高火，化合物5的收率也随之提高，当中高火微波辐射15 min时，收率达到77%。再进一步将微波功率调整为高火时，仅微波辐射5 min，收率即可达到61%；随着辐射时间的延长，收率明显提高，辐射10 min时，收率已达79%；延长辐射时间至12 min，收率达到84%；再延长辐射时间至14 min，收率保持84%不变。因此，确定生成化合物5的最佳反应条件为微波高火辐射反应12 min。

2.4 (E,S)-N′-(2-(苄氧基)亚丙基)甲酰肼(7)的合成工艺讨论

2.4.1 反应温度对化合物7收率的影响 化合物5与还原剂LiAlH4发生还原反应得到化合物6，化合物6无需分离纯化直接与实验中制备的甲酰肼发生成腙反应得到化合物7。化合物7的收率主要决定于生成化合物6的收率。在化合物6的制备中，使用的还原剂为反应活性较高的LiAlH4，因此，需要考察这一步的反应温度和还原剂LiAlH4用量对反应的影响。在n(5)∶n(LiAlH4)=1.0∶1.10的配比下，首先考察了反应温度对化合物7收率的影响，实验结果见表2。

表2 反应温度对化合物7收率的影响

由表2可以看出，当滴加温度为-25 ℃时，制备化合物7的两步总收率仅为40%。随着滴加温度的提高，化合物7的收率也随之提高，当温度升至-5 ℃时，收率达到63%，继续升高至0 ℃时，收率达到65%，再继续升高温度，收率开始下降，当温度升至10 ℃时，收率降为53%。因此，选择这一步滴加温度为-5～0 ℃。

2.4.2 反应物配比对化合物7收率的影响 LiAlH4为反应活性较高的还原剂，LiAlH4用量太少，还原反应不完全，LiAlH4用量过大，则可能引起过度还原，产生难以除去的杂质。因此，在确定了滴加温度为-5～0 ℃后，又对还原剂的用量进行了考察，结果见表3。

表3 反应物配比对化合物7收率的影响

由表3可知，当n(5)∶n(LiAlH4)=1.0∶0.90时，制备化合物7的两步反应总收率仅为42%，有部分化合物6未被还原。随着LiAlH4用量的增加，化合物7的收率逐渐提高，当n(5)∶n(LiAlH4)=1.0∶1.05时，收率提高到61%，再增加LiAlH4的量，当n(5)∶n(LiAlH4)=1.0∶1.10时，收率达到65%，基本没有过度氧化产物产生。再继续增加LiAlH4的量至n(5)∶n(LiAlH4)=1.0∶1.15时，化合物7的收率下降为62%，有2%左右的过度氧化杂质产生。因此，选择LiAlH4的用量为n(5)∶n(LiAlH4)=1.0∶1.10。

3 结论

本文对化合物1的合成工艺进行了改进，以廉价的L-乳酸为起始原料，经与氯苄反应对羟基进行保护后与N-甲基-N-甲氧基亚磷酰胺(4)在微波高火辐射下反应12 min，以84%的两步收率制得化合物5；化合物5在滴加温度为-5～0 ℃，LiAlH4的用量为n(5)∶n(LiAlH4)=1.0∶1.10条件下与LiAlH4发生还原反应，制得化合物6;化合物6不经纯化与原位制得的甲酰肼直接发生成腙反应，以65%的两步收率制得了化合物7；化合物7再与乙基溴化镁发生格氏反应，制得目标化合物1。采用上述优化工艺制备化合物1的总收率为36.3%，产品经HPLC法测定含量为质量分数98.4%，ee值99.1%。该工艺原料价廉，污染小，易控制，杂质少，收率较高，比较适合工业化生产。