综述：年产10000吨喹诺酮的生产工艺设计

综述：年产10000吨喹诺酮的生产工艺设计学院：船山学院姓名：雷林专业班级：制药工程2009级01班学号：20099570115指导老师：刘慧君（教授）摘要：概述喹诺酮药物的多种形式及其抗菌机制；喹诺酮药物的多种合成路线，以诺氟沙星为例，为了在诺氟沙星的合成路线上寻求更好的路线，在原有的基础上进行改进，进而取得最高收益。关键字：喹诺酮合成路线诺氟沙星一：喹诺酮的发现及其发展自从1962年美国首先发现第一个喹诺酮类药物萘啶酸以来,该类药物经历了40多年的发展,现已发展到第四代。(1)5.1.1第一代(1962年合成)代表药物:萘啶酸。特点:抗菌谱窄,仅对大肠杆菌、痢疾杆菌和变形杆菌等少数革兰阴性杆菌有效,仅用于敏感菌所致的泌尿系统感染,因疗效差、副作用大,现已少用。5.1.2第二代(1974年合成)代表药物:吡哌酸。特点:抗菌谱有所扩大,抗菌活性提高,但对革兰阳性菌无抗菌作用,不良反应减少;用于泌尿系统感染和肠道感染。5.1.3第三代(1980年以后问世)又称氟喹诺酮类。代表药物:诺氟沙星、培氟沙星、依诺沙星、环丙沙星、氧氟沙星、洛美沙星、氟罗沙星、左氧氟沙星、司氟沙星、托氟沙星等。特点:①抗菌谱扩大,抗药活性增强。对革兰阴性杆菌包括假单胞菌有良好的抗菌作用。对革兰阳性球菌也有较好的抗菌活性,对某些非典型病原体也有作用;某些品种对结核分支杆菌也有作用;②口服吸收好,组织分布广、毒性小;③可用于敏感菌引起的各种感染。5.1.4第四代(上世纪90年代后期上世)代表药物:加替沙星、莫西沙星、吉米沙星、帕珠沙星、曲伐沙星、格帕沙星、克林沙星。特点:①抗菌谱广,既保留了前3代抗革兰阴性菌活性的特点,又明显增强了抗革兰阳性菌的活性特点,提高了对厌氧菌的抗菌活性,对军团菌、支原体、衣原体均显示出较强的作用;②药动学特点更趋良好,与第三代相比吸收快,体内分布广,血浆半衰期较长,可1日1次给药,服用方便,适合老年人应用;2。作用机制(2)氟喹诺酮通过抑制细菌拓扑异构酶Ⅱ(又称DNA促旋酶)和拓扑异构酶Ⅳ而显示其抗菌作用。DNA促旋酶是细菌DNA的复制、转录和修复所必需的酶。拓扑异构酶IV负责革兰阳性菌细胞分裂期间所形成的子代DNA链的分离。对不同细菌的渗透力以及与DNA促旋酶的结合力是决定氟喹诺酮抗菌谱的重要因素。DNA促旋酶是由A2和B2二部分组成的四聚体,其中A亚基负责DNA染色体的断裂和重接,B亚基则负责ATP水解过程中能量转移。喹诺酮是通过抑制双链DNA三元复合物而快速杀死细菌。3。理化性质和药动学若干氟喹诺酮的药动学性质列于表14。合成方法(3)现介绍几个有代表意义常见的喹诺酮的合成方法4.17-(2-苯并噻唑基)和7-(2-苯并恶唑基)喹诺酮类化合物如下图所示,以1-(2-氟苯甲酸)为原料,经硝化、还原得2(2-氟252氨基苯甲酸),然后在多聚磷酸(PPA)催化下与2-巯基(或羟基)苯胺反应先引入苯并噻唑基或苯并恶唑基得关键中间体3,再与乙氧甲叉丙二酸二乙酯缩合生成环合底物,接着在二苯醚中加热,发生Gould-Jacobs环合反应形成取代的喹诺酮类衍生物4,最后经N-1位烷基化和水解即得目标物5。此路线的关键之处在于中间体3的成功合成。4.21,42苯并噻嗪-2-羧酸-1-氧化物以6(2-氯-4-(4-甲基-1-哌嗪基)-5-氟苯胺)为原料,经重氮化后与巯基乙酸甲酯发生Sandmeyer反应,生成关键中间体硫醚7,再经氧化得亚砜8,后者与二甲基甲酰胺缩二甲醇(DMF2DMA)缩合后再与环丙胺发生胺化反应,即得环化底物9。9在碱性条件下发生分子内亲核取代反应而环合,接着水解即得目标物10。尽管此目标物的活性不如人愿,但是它在氟喹诺酮的合成化学和构效关系研究中且占有一席之地，并阐述了卤代物与胺类化合物发生的亲核取代反应在有机化学。4.31-氮杂环丙基喹诺酮衍生物如下图所示,以11为原料,在N1位先引入氨基得12后再与N-甲基哌嗪缩合生成中间体13,然后在四醋酸铅催化下与取代乙烯发生插稀反应,得到1-(1-氮杂环丙基)喹诺酮衍生物,接着酯水解即得目标物14。4.41-双环[1.1.1]戊烷基喹诺酮衍生物该系列化合物的合成关键是1-氨基双环[1.1.1]戊烷的合成。如下图所示,以15(2-氯甲基烯丙基氯)为原料,在NaOH-H2O-CH2Cl2体系中,在丁基二乙基氯化铵的催化下,与三溴甲烷发生插稀反应,生成二溴代环丙烷衍生物16,再所示的环合、羧化和Curitus反应即得19(1-氨基双环[1.1.1]戊烷盐酸盐)。然后按前述的经分子内亲核取代反应形成喹诺酮母环化合物的经典方法即可得到12(1-氨基双环[1.1.1]戊烷基)喹诺酮衍生物。4.56,7或7,8并环三环喹诺酮类化合物如下图所示,这2系列化合物采用相同的合成策略来实现。以22为原料,先将羧基转化为4,4-二甲基-2-恶唑啉基加以保护,再在二异丙基胺基锂作用下与N-叔丁氧羰基-4-哌啶羧酸乙酯反应得24,用LiAlH4还原酯基生成关键中间体25。后者在NaH-THF体系中加热,当x=N时,脱HF则生成6,7-并环三环喹诺酮的前体物26,当x=CF时,脱HF则生成7,8-并环三环喹诺酮的前体物27,二者分别于盐酸中加热脱去Boc和羧基保护基,而后在NaOH存在下与氯甲酸苄酯反应,在哌嗪基N上引入苄氧羰基保护基,分别得到28和29,它们再分别酰氯化后与丙二酸单乙酯反应,生成取代的β-酮酸酯衍生物30和31,最后按前述的形成喹诺酮环的常规方法并氢化脱去哌啶基N上保护基,即得目标物32和33。4.6西他沙星的合成它的合成以34(2,4,5-三氟苯甲酰乙酸乙酯)为原料,可按前述常用方法经由35、37、38等步骤顺利实现。关键在于1-位和7-位2个侧链化合物36和39的合成。化合物36((1R,2S)-2-氟环丙胺)是以41(1-氟-1-氯乙烯)为原料,在过渡金属铑复合物的催化下,与重氮乙酸乙酯反应,生成环丙烷衍生物42,再酯水解后催化氢化脱氯得顺反混合体22氟环丙羧酸43,后者先经精馏再拆分得44((1R,2S)-2-氟环丙羧酸),最后使用二苯基磷酰叠氮化物发生Curtius反应即得目标物36。化合物39((7S)-7-氨基-5-氮杂螺[2，4]庚烷)是以45(N-苄基-3-氧代丁酰胺)为原料,在碱性条件下与二溴乙烷反应生成环丙烷衍生物46,用乙二醇保护酮羰基,接着氯化得氯甲基缩酮衍生物47,后者在强碱的作用下脱氯化氢而关环,接着去保护基得螺环化合物48,羰基肟化后用LiAlH4还原得到外消旋体49,最后进行拆分和催化氢化脱苄即得目标物39。诺氟沙星(Norfloxacin)是喹诺酮类抗菌药物的优秀代表之一,具有抗菌作用强、抗菌谱广、生物利用度高、组织渗透性好及与其他抗菌素无交叉耐药性和副作用小等特点,而且口服吸收快,已被广泛用于临床。(4)诺氟沙星的结构式:化学名:1-乙基-6-氟-1,4-二氢-4-氧代-7-(1-哌嗪基)-3-喹啉羧酸英文名:1-ethy1-6-fluoro-1,4-dihydro-4-oxo-7-(1-piperazine)-3-quinolinecarboxylicacid尽管诺氟沙星的生产工艺已非常成熟,但为了不断降低成本,提高市场竞争力,尚需积极改进其生产工艺,以便得到一个生产成本低、操作简单而收率和质量都高的产品,所以寻找一个合适的方法非常重要。现有三种方法：(1)以3-氯-4-氟苯胺为原料,与乙氧亚甲基丙二酸二乙酯反应,经环合、N-乙基化、水解，再与哌嗪缩合而得。(2)以2-氟-5-硝基苯胺为原料,经重氮化、氯化,与哌嗪反应3-哌嗪基-4-氟硝基苯,经还原、环合、N2乙基化、水解而得。(3)将水解产物(1-乙基-6-氟-7-氯-1,4二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸)与醋酸、硼酸制成硼螯合物,再与哌嗪缩合,最后经水解而得。方法(1)原料价廉易得,操作简单,是各厂家经常使用的方法,但缺点是收偏低,仅为52%左右;方法(2)原料来源困难,操作较烦琐,收率也较低;方法(3)原料仍可使用3-氯4-氟苯胺,且前三步与最后一步完全用方法(1)的成熟工艺,只在第三步水解反应产物(1-乙基-6-氟-7-氯-1,4二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸)生成后再与乙酐、醋酸形成一个硼螯合物。实践证明,这一步的反应很充分,平均收率达98.38%,并且与哌嗪的缩合更容易进行,从而使总收率可达到62%以上。参考文献：1．DrlicaK,MalikM,KernsRJ,etal.Quinolonemediatedbacteriadeath[J].AntimicrobAgentsChemother,2008,52(2):3853922.钟化人.诺氟沙星有关物质的检测与考察.药物分析杂志,1993,13(1):27~303.牟北吉.广谱抗菌药诺氟沙星的合成.中国医药工业杂志,1987,18(5):203~2044.刘明亮,郭慧元.非氟喹诺酮的发现、构效关系及其特性[J].国外医药:抗生素分册,2006,27(1):1621