宗智慧，張恩立，袁　明，陶兆林

(蚌埠醫(yī)學(xué)院，安徽蚌埠 233030)

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唑來(lái)膦酸的合成工藝改進(jìn)

宗智慧，張恩立，袁明，陶兆林

(蚌埠醫(yī)學(xué)院，安徽蚌埠 233030)

[摘要]結(jié)合生產(chǎn)中的實(shí)際狀況，在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)唑來(lái)膦酸的合成工藝進(jìn)行了優(yōu)化，探索出了符合工業(yè)化生產(chǎn)需求的唑來(lái)膦酸合成的新工藝，總收率達(dá)60%以上，并通過(guò)1H-NMR、(13)C-NMR對(duì)唑來(lái)膦酸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。該工藝產(chǎn)率高，產(chǎn)品純度好，磷酸化反應(yīng)僅使用單一含磷試劑，反應(yīng)條件簡(jiǎn)單、溫和，易于操作，環(huán)境友好，適于工業(yè)化生產(chǎn)。

[關(guān)鍵詞]唑來(lái)膦酸；合成；工藝研究

唑來(lái)膦酸(zoledronic acid)是瑞士諾華公司研發(fā)的第三代雙膦酸鹽類(lèi)藥物，主要用于治療惡性腫瘤骨轉(zhuǎn)移引起的骨痛和高鈣血癥，還可用于治療paget骨病和骨質(zhì)疏松等疾病，商品名為Zometa，化學(xué)名為[l-羥基-2-(1H-咪唑-l-基)亞乙基]二膦酸一水合物。文獻(xiàn)報(bào)道[1-11]的各種唑來(lái)膦酸的合成方法由于收率較低，溶劑有毒、有腐蝕性或?yàn)楣苤圃噭蟽r(jià)格較高或沒(méi)有市售，需要特殊反應(yīng)裝置，反應(yīng)固化嚴(yán)重，操作繁瑣等問(wèn)題，不符合綠色環(huán)保的需求，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。針對(duì)上述不足，本文在前人工作的基礎(chǔ)上，對(duì)該藥物的合成工藝進(jìn)行了詳細(xì)的、系統(tǒng)的研究，開(kāi)發(fā)出了唑來(lái)膦酸的新型合成工藝。該合成工藝總收率可達(dá)60%以上，產(chǎn)率高，產(chǎn)品純度好，不需要使用固相轉(zhuǎn)移催化劑，磷酸化反應(yīng)僅使用單一含磷試劑，反應(yīng)條件簡(jiǎn)單、溫和，易于操作，環(huán)境友好，適于工業(yè)化生產(chǎn)。合成路線如圖1所示。

圖1　唑來(lái)膦酸的合成路線

1儀器與試劑

1.1儀器

核磁共振波譜儀(德國(guó)Bruker ARX-500M)；高效液相色譜儀(美國(guó)Waters 1525型)；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(德國(guó)RV10 Basic plus)；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(DF-101S，河南兄弟儀器設(shè)備有限公司)；電子精密天平(FA1004,天津天馬衡基儀器有限公司)；精密酸度計(jì)(PHS-3CT，上海大普儀器有限公司)；顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀(X-6，北京泰克儀器有限公司)；循環(huán)水式真空泵(SHB-Ⅲ，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司)。

1.2主要試劑

咪唑(AR，Aladdin chemistry Co.Ltd)，溴乙酸乙酯(AR，常州夏青化工有限公司)，氫氧化鉀(AR，汕頭市西隴化工廠有限公司)，無(wú)水硫酸鈉(AR，西隴化工股份有限公司)，三氯化磷(AR，天津光復(fù)精細(xì)化工研究所)，鹽酸(AR，北京化工廠)，正己烷(AR，上海晶純?cè)噭┯邢薰?，丙酮(AR,北京化工廠)。

2實(shí)驗(yàn)方法

2.1咪唑乙酸乙酯的制備

將13.62 g干燥的咪唑加入500 ml圓底燒瓶中，加入150 ml丙酮，攪拌使咪唑全部溶解后加入11.28 g氫氧化鉀，加完后繼續(xù)攪拌反應(yīng)2 h，將反應(yīng)液冷卻至10 ℃，緩慢滴入26.60 ml溴乙酸乙酯，滴完后將反應(yīng)升溫至40 ℃繼續(xù)攪拌反應(yīng)4 h，抽濾，用少量丙酮洗滌濾餅，濾液用無(wú)水硫酸鈉干燥后減壓濃縮至無(wú)溶劑殘留，得咪唑乙酸乙酯粗品31.44 g，粗品不經(jīng)純化直接投入下一步反應(yīng)。

2.2咪唑-1-乙酸的制備

取實(shí)驗(yàn)2.1所制得的咪唑乙酸乙酯粗品31.44 g，加入50 ml乙醇攪拌溶解后加入100 ml水，75 ℃攪拌反應(yīng)至TLC監(jiān)測(cè)顯示反應(yīng)完全，將反應(yīng)液減壓濃縮至干，向剩余反應(yīng)液中加入20 ml丙酮，攪拌后靜置析晶30 min，抽濾，用少量丙酮洗滌濾餅，所得固體真空干燥8 h后得咪唑-1-乙酸粗品22.10 g,前兩部粗品總收率87.68%。

2.3咪唑-1-乙酸的精制

咪唑-1-乙酸粗品22.10 g于80 ℃加水至恰好完全溶解，攪拌冷卻至室溫,邊攪拌邊滴入所加水量10倍量的丙酮，加完靜置析晶1 h,抽濾，用丙酮洗滌濾餅，真空干燥后得咪唑-1-乙酸純品20.29 g，收率91.83%。HPLC測(cè)定其純度為100%；1H-NMR(D2O)δ：4.70(2H，s,1’-CH2)，7.29(1H，s,4-CH)，7.30(1H，s,5-CH)，8.54(1H，s,2-CH)；13C-NMR(D2O)δ：51.74(1’-C)，119.28(2’-C)，122.92(4-C)，135.35(5-C)，172.42(2-C)。

2.4唑來(lái)膦酸的制備

取咪唑乙酸20 g加入1 L圓底燒瓶?jī)?nèi)，加入600 ml正己烷和25.7 ml水，邊攪拌邊滴入43.5 ml三氯化磷，40 ℃回流攪拌至固體完全溶解，繼續(xù)緩慢滴入58.0 ml三氯化磷，滴完后升溫至60 ℃攪拌反應(yīng)18 h，加入9 mol/L鹽酸100 ml，升溫至80 ℃繼續(xù)攪拌反應(yīng)18 h，冷卻至室溫，傾出有機(jī)層，向剩余反應(yīng)液中加入少量活性炭，80 ℃攪拌30 min，抽濾，濾液減壓濃縮至無(wú)溶劑滴出，邊攪拌邊將濃縮物滴入800 ml丙酮中，滴完后10 ℃靜置析晶12 h后抽濾，用少量丙酮洗濾餅，所的固體減壓干燥后得唑來(lái)膦酸38.83 g，收率84.36%。HPLC測(cè)定其純度為100%；1H-NMR(D2O)δ：4.60-4.64(2H,t，J=9.5Hz，,2’-CH2)，7.30(1H,s，5-CH)，7.45(1H,s，4-CH)，8.65(1H,s，2-CH)；13C-NMR(D2O)δ：52.44(2’-C))，71.64-73.79(1’-C)，118.25(4-C)，123.93(5-C)，135.84(2-C)。

3結(jié)果與討論

3.1磷酸化試劑、溶劑及溶劑用量對(duì)反應(yīng)的影響

表1　磷酸化試劑、溶劑及溶劑用量對(duì)反應(yīng)的影響

在最后一步反應(yīng)合成唑來(lái)膦酸時(shí)，固定其他條件不變，分別考察了磷酸化試劑、溶劑及溶劑用量對(duì)唑來(lái)膦酸產(chǎn)率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。由表1可以看出，磷酸化試劑用磷酸和三氯化磷時(shí)反應(yīng)收率較低，用亞磷酸和三氯化磷與用三氯化磷和水結(jié)果相近，而且只用了三氯化磷一種含磷試劑，同時(shí)減少了向密閉的反應(yīng)系統(tǒng)加入固體的繁瑣操作，所以我們選擇三氯化磷和水作為反應(yīng)的磷酸化試劑；溶劑使用正己烷時(shí)反應(yīng)收率最高，正己烷用量為60 ml以上時(shí)反應(yīng)收率較高，為節(jié)約成本，我們選用60 ml正己烷作為反應(yīng)的溶劑。

3.2溫度和時(shí)間對(duì)反應(yīng)的影響

三氯化磷本身沸點(diǎn)較低，且滴加三氯化磷時(shí)反應(yīng)放熱，溫度過(guò)高會(huì)使三氯化磷氣化損失，但溫度較低會(huì)影響咪唑乙酸的溶解，故選擇在40 ℃滴加三氯化磷。滴完后固定其他條件不變，分別對(duì)反應(yīng)的溫度和時(shí)間以及水解的溫度和時(shí)間進(jìn)行了篩選，結(jié)果見(jiàn)表2及表3。

表2　反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)的影響

表3　水解溫度和水解時(shí)間對(duì)反應(yīng)的影響

由表2及表3可見(jiàn)，反應(yīng)溫度為60 ℃時(shí)收率最高，反應(yīng)溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致攪拌情況不好致使收率降低，反應(yīng)溫度太低會(huì)使反應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)而不宜于工業(yè)化生產(chǎn)；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間小于18 h時(shí)，收率隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而提高，18 h以后再延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)收率不再提高，所以反應(yīng)最佳時(shí)間為18 h；水解溫度為100 ℃和80 ℃時(shí)水解情況差別不大，出于節(jié)能考慮，選用80 ℃作為水解溫度；水解時(shí)間為18 h時(shí)水解反應(yīng)可以進(jìn)行完全。

3.3析晶條件的篩選

反應(yīng)結(jié)束后，采用不同溶劑進(jìn)行析晶，并對(duì)析晶溫度及溶劑用量做了篩選，篩選結(jié)果見(jiàn)表4。析晶溶劑用丙酮最好；溶劑的最佳用量為80 ml，溶劑用量過(guò)少會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物收率太低，用量過(guò)多會(huì)使產(chǎn)物純度受到影響；析晶溫度以10 ℃最佳，溫度過(guò)高會(huì)使收率降低，溫度過(guò)低會(huì)影響產(chǎn)物純度；析晶時(shí)間小于12 h時(shí)，收率隨析晶時(shí)間的延長(zhǎng)而提高，當(dāng)析晶時(shí)間超過(guò)12 h時(shí)，其對(duì)收率的影響不大，故本實(shí)驗(yàn)選定的析晶時(shí)間為12 h。

表4　析晶條件對(duì)反應(yīng)的影響

4結(jié)論

本文結(jié)合工業(yè)化生產(chǎn)的實(shí)際情況，在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)唑來(lái)膦酸的合成路線進(jìn)行了優(yōu)化。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)對(duì)各步反應(yīng)的投料比、溶劑、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、產(chǎn)物及中間體純化方法等進(jìn)行了考查，探索出了合成唑來(lái)膦酸的新工藝，總收率達(dá)60%以上，并通過(guò)1H-NMR、13C-NMR等分析方法對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。此工藝產(chǎn)率高，產(chǎn)品純度好，不需要固相轉(zhuǎn)移催化劑，磷酸化反應(yīng)僅使用單一含磷試劑，反應(yīng)條件簡(jiǎn)單、溫和，易于操作，環(huán)境友好，適于工業(yè)化生產(chǎn)。該合成工藝為唑來(lái)膦酸原料藥的工業(yè)化生產(chǎn)提供了參考。

[參考文獻(xiàn)]

[1]Samsel,Edward G，WU,Tse-chong.Process for manufacturing bisphosphonic acids,WO2007109542 A2[P].2007.

[2]Liu Yunqi,Delaup,Aaron,J.Processes for manufacturing bisphosphonic acids,WO2008157050 A1[P].2008.

[3]Labriola,Rafael,Alberto,et al.A crystalline form of the zoledronic acid,a prosess to obtain it and the pharmaceutical composition comprising it,WO2007016982[P].2007.

[4]胡漢昆,顏鏘,劉薇芝.唑來(lái)膦酸的合成與三廢處理[J].中國(guó)藥師,2010,13(7):961-963.

[5]Leo Widler, Knut A.Jaeggi, Markus Glatt,et al.Highly Potent Geminal Bisphosphonates. From Pamidronate Disodium (Aredia) to Zoledronic Acid (Zometa) [J].J.Med.Chem 2002(45):3721-3738.

[6]程傳玲,汪洋,郝二軍,等.新藥唑來(lái)膦酸鈉的合成工藝改進(jìn)[J].合成化學(xué),2010,18(4): 517-519.

[7]D F, Lorenzo, T Stefano, M Pietro.,et al. Preparation of biphonic acids and salts thereof,WO 03/093282 A1[P].2003.

[8]Dana A. Mustafa,Boris A.Kashemirov, Charles E.McKenna Microwave-assisted synthesis of nitrogen-containing 1-hydroxymethylenebisphosphonate drugs[J].Tetrahedron Letters,52(8):2285-2287.

[9]徐桂清,李富志,郝二軍,等.唑來(lái)膦酸的工業(yè)合成[J].河南師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009,37(5):160-161,164.

[10]Pandey,Satish, Chandra, et al.Process for making zoledronic acid,US 2010/0130746 A1[P].2010.

[11]Pandurang Balwant Deshpande, Parven Kumar Luthra,. Process for the preparation of biphosphonic derivatives, US 2006/0258625 A1[P].2006.

Improved Synthesis of Zoledronic Acid

ZONG Zhi-hui, ZHANG En-li, YUAN Ming, TAO Zhao-lin

(Bengbu Medical College,Bengbu Anhui 233030，China)

Abstract:Combined with the actual situation in production,based on a large number of experements,the effects of zoledronic acid on synthetic route was optimized,explored the suitable for industrialized production of zoledronic acid in new technology,the total yield was above 60%,The structure was characterized by1H-NMR and (13)C-NMR.This synthetic route is high yield, uses only a single phosphorus-containing reagents and the purity of the product is good. The reaction conditions are simple, mild, easy to operate , environment- friendly, and suitable for scale-up production.

Key words:zoledronic acid;synthesis; technological study

[中圖分類(lèi)號(hào)]R914.5

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]2095-7602(2016)04-0053-04

[通訊作者]陶兆林(1964- )，男，副教授，從事有機(jī)化學(xué)、藥物合成、雜化化學(xué)研究。

[作者簡(jiǎn)介]宗智慧(1985- )，女，助教，碩士，從事藥物合成工藝研究。

[基金項(xiàng)目]安徽省高等教育振興計(jì)劃項(xiàng)目“制藥工程新專(zhuān)業(yè)建設(shè)”(2014zytz014)；蚌埠醫(yī)學(xué)院自然科學(xué)基金項(xiàng)目“3點(diǎn)1類(lèi)新藥雙丙戊酸鈉原料藥合成工藝研究”(BYKY1435)。

[收稿日期]2016-01-10