利伐沙班中间体的合成工艺研究

利伐沙班 (Rivaroxaban) 是全球第一个口服的直接Xa因子抑制剂, 由德国拜耳/强生公司研制开发。主要防治静脉血栓。临床上主要用于预防髋关节和膝关节置换术后患者深静脉血栓 (DVT) 和肺栓塞 (PE) 的形成。也可用于预防非瓣膜性心房纤颤患者脑卒中和非中枢神经系统性栓塞, 降低冠状动脉综合征复发的风险等。

利伐沙班 (拜瑞妥) 作为一种新型口服抗凝血药, 它比小分子肝素更为有效, 使用方便, 安全性也较好。因此, 对利伐沙班中间体的合成工艺进行研究有着十分重大的实际意义。

反-3-2-[ (2S) -2-环氧乙烷基-甲基]-1-H-异吲哚-1, 3 (2H) -二酮是合成利伐沙班的关键中间体。目前有文献报道的所知可操作的利伐沙班中间体反-3-2-[ (2S) -2-环氧乙烷基-甲基]-1-H-异吲哚-1, 3 (2H) -二酮的合成工艺路线主要有两条。

1.文献报道反-3-2-[ (2S) -2-环氧乙烷基-甲基]-1-H-异吲哚-1, 3 (2H) -二酮的制备方法是以邻苯二甲酰二胺钾盐为起始原料与环氧氯丙烷在乙醇溶液中反应制备目标产物。反应方程式为

该制备路线缺陷一是原料邻苯二甲酰二胺钾盐虽然价格便宜但是纯度不高, 不易纯化, 并且不易保存。二是该步反应时间长, 所的产物中邻苯二甲酰二胺钾盐不易除去且手性纯度低。本实验未采用。

2.文献报道专利路线以邻苯二甲酰二胺、环氧氯丙烷为起始原料, 制备目标产物。反应方程式为:

本实验研究对该文献专利路线加以改进, 以邻苯二甲酰二胺、环氧氯丙烷为起始原料, 在碱性条件下发生加成开环反应得到中间态, 然后中间态与叔丁醇钠反应得到最终产物反-3-2-[ (2S) -2-环氧乙烷基-甲基]-1-H-异吲哚-1, 3 (2H) -二酮。该制备路线所需原料便宜易得, 各步反应均为常规反应, 工艺操作简单, 产物提纯方法简单易操作, 所得产物产物收率和手性纯度高达78%和99.4%, 适合工业化生产。其合成路线如上图。

一、实验部分

1. 主要仪器与试剂

JY1002电子天平 (上海良平仪器仪表有限公司) ;50m L三口玻璃反应瓶、25m L和50m L单口玻璃烧瓶 (北京卓川玻璃仪器有限公司) ;50ml抽滤瓶、布氏漏斗 (北京卓川玻璃仪器有限公司) ;CG202型数字式温度控制器 (江阴辉龙电热电器有限公司) ;恒温磁力搅拌器 (巩义予华仪器有限责任公司) ;R201D旋转蒸发仪 (上海鑫培仪器有限公司) ;低温恒温反应浴 (巩义予华仪器有限责任公司) ;KQ-500超声清洗器 (昆山市超声仪器有限公司) ;GZX-9240 MBE电热恒温鼓风干燥箱 (上海博迅实业有限公司医疗设备厂) ;SPD-10AVP高效液相色谱仪 (日本岛津公司) 。

邻苯二甲酰亚胺 (滨海明升化工有限公司) ;S-环氧氯丙烷 (上海德默生物科技有限公司) ;无水碳酸钠 (兰溪市屹达化工试剂有限公司) ;苄基三甲基氯化铵 (国药集团化学试剂有限公司) ;异丙醇 (青岛飞凯化工实业有限公司) ;叔丁醇钠 (济南汇丰达化工有限公司) ;

二氯甲烷 (常州博威化工有限公司) ;氯化钠 (常州市旭宏化工有限公司) ;无水硫酸钠 (济南杰辉化工有限公司) 。

2. 实验步骤

(1) 中间态化合物3的合成

室温下向50m L三口烧瓶瓶中依次投入邻苯二甲酰亚胺 (2.00g, 13.6mol) , (S) -环氧氯丙烷 (25.0g, 27.2mol) , 无水碳酸钠 (144mg, 1.36mol) , 苄基三甲基氯化铵 (252mg, 1.36mol) 和异丙醇 (13m L) 。反应在20-25℃搅拌反应15小时后45℃水浴减压蒸干环氧氯丙烷。得到白色固体中间态化合物3。

(2) 利伐沙班中间体化合物1的合成

向得到白色固体中间态化合物3中加入13ml二氯甲烷, 降温至20℃-25℃。在此温度范围内滴加叔丁醇钠 (1.83g, 16.3mol) 和二氯甲烷 (7m L) 的混合物。加毕, 保温搅拌反应1小时。反应液45℃水浴减压浓缩至干, 加入13m L二氯甲烷和7m L水, 分层。所得水层13m L二氯甲烷洗涤分层, 合并有机层。有机层7m L水洗三次, 无水硫酸钠干燥。过滤, 所得滤液45℃水浴减压浓缩至干, 得灰白色固体2.16g。收率:78%, 手性纯度:98%。

3. 利伐沙班中间体化合物1的精制

2g化合物1粗品投入到25m L带有冷凝管单口烧瓶中, 加入2m L乙酸乙酯, 搅拌, 不溶清。加热回流。溶清, 冷却至室温加入2m L正己烷, 搅拌, 降温至10-15℃析晶半小时。抽虑, 固体45℃真空烘箱干燥后得白色固体1.92g。收率:96%, 手性纯度:99.4%。

4. 利伐沙班中间体的鉴定

(1) 熔点测定:

取五批本品及对照品, 按中国药典2000年版二部附录ⅥC熔点测定法第一法测定。结果见表1:

(2) HPLC分析:

仪器型号:SPD-10AVP高效液相色谱仪 (带UV检测器)

测试条件:色谱柱, Chiralccl OD-H (250mm×4.6mm×5μm) 手性色谱柱;检测波长, 298nm;流速, 0.8ml/min;柱温, 30℃;进样体积10μl;运行时间, 30min;流动相, 正己烷:异丙醇=93:7。

结果见图一:

由表1和图一可知, 经过熔点测试和HPLC检测鉴定为目标产物, 产品符合国家药典。

二、结果与讨论

1. 反应温度的选择

设计7个温度, 分别是0-5℃、10-15℃、20-25℃、30-35℃、40-45℃、50-55℃、60-65℃。其他反应条件不变, 在这些温度范围内考察温度对实验结果的影响。结果见表2:

由表2可知:

(1) 0-30℃时, 产物的收率不断增加而对映体过量基本保持不变;

(2) 反应温度高于30℃时产物的收率和对映体过量都下降;

(3) 造成以上结果可能由于, 温度太低导致反应物不能完全转化, 而温度高于30摄氏度时碳酸钠可能对环氧氯丙烷水解而造成收率偏低的影响, 并且温度过高会造成消旋结果;

(4) 反应最佳温度范围为20-30℃。

2. 溶剂的选择

我们尝试过乙醇, 异丙醇, 二氯甲烷, DMSO, DMF, 结果见表3。

由表3可知:

以乙醇作溶剂, 收率低 (35%) 杂质多;以异丙醇作溶剂收率低 (50%) ;以DMSO, DMF作反应溶剂收率高, 但杂质多, 对映体多;以二氯甲烷作反应溶剂容易引起分解, 事实证明, 邻苯二甲酰亚胺和产品都易溶于二氯甲烷。

采取溶剂组合的方式来优化工艺, 首先采用异丙醇与二氯甲烷, 即邻苯二甲酰亚胺和环氧氯丙烷先在异丙醇中反应生成一个中间态化合物3, 然后将其浓缩干再以二氯甲烷作反应溶剂, 接着加强碱闭环得到的产品, 收率高 (78%) 杂质少, 经过多次试验, 最终确定先以异丙醇作溶剂反应到中间态浓缩干再以二氯甲烷作反应溶剂。

3. 原料的选择

从中间态化合物3到产品反-3-2-[ (2S) -2-环氧乙烷基-甲基]-1-H-异吲哚-1, 3 (2H) -二酮的这一过程, 我们尝试了氢氧化钠, 氢氧化钾, 甲醇钠, 叔丁醇钠, 叔丁醇钾, 结果只有叔丁醇钠和叔丁醇钾可以使中间态闭环生成产品, 但是叔丁醇钾比叔丁醇钠成本高, 综合考虑采用叔丁醇钠。

4. 后处理的优化

反应后处理时由于叔丁醇钠为强碱, 在含水条件下会对产物的环氧环水解, 因此后处理分层时需要调节p H值。下图是经过下面几种酸的p H调节, 得到产物HPLC检测其水解程度, 结果见表4:

由表4可知:以冰乙酸调节p H为最佳方案。

结论

综上所述, 采用此条合成路线和后处理方法所得产品经过熔点测试和HPLC检测鉴定为目标产物, 可以得到符合国家药典的产品。在参考文献的基础上, 本文以邻苯二甲酰亚胺和S-环氧氯丙烷为起始原料, 经过碳酸钠、苄基三甲基氯化铵的催化开环加成和叔丁醇钠的闭环最后得到反-3-2-[ (2S) -2-环氧乙烷基-甲基]-1-H-异吲哚-1, 3 (2H) -二酮。结合生产的实际操作的可行性和对成本的考虑对反应温度、反应溶剂、和反应原料选择等条件的优化, 并对反应后处理方法进行工艺优化, 最终得到产物收率和手性纯度分别达到了78%和99.4%。

摘要：在文献专利路线的基础上, 改变反应温度, 改变反应溶剂, 改变操作步骤, 改变反应时间, 改变原料, 摸索反应、筛选出最佳路线。以环氧氯丙烷和邻苯二甲酰亚胺为原料, 让苄基三甲基氯化铵作催化剂, 先在异丙醇溶剂中反应生成中间态, 浓缩干再以二氯甲烷作溶剂, 加入叔丁醇钠闭环得反-3-2-[ (2S) -2-环氧乙烷基-甲基]-1-H-异吲哚-1, 3 (2H) -二酮。采用此条合成优化路线和后处理方法可以得到的产物收率和手性纯度分别为78%和99.4%。

关键词：利伐沙班,反-3-2-[ (2S) -2-环氧乙烷基-甲基]-1-H-异吲哚-1, 3 (2H) -二酮,优化工艺

参考文献

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