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新型药物噁唑类中间体开发研究可行性报告郑州大学郑州银通环保技术有限公司2004年8月18日1．概述（R）-N-（3-氟-4-吗啉苯基）-2-氧-噁唑-5-甲基丁酸酯是新一代噁唑酮类抗菌药Linezolid的重要中间体。Linezolid是一种最新的全合成化学抗菌药物。Linezolid的化学名称为（R）-N-（3-氟-4-吗啉苯基）-2-氧-噁唑-5-甲基—乙酰胺。Linezolid是20世纪90年代，由pharmacia∝Upjohn公司，首先研制成功。并于2000年4月18日在美国已批准上市，Linezolid是第一个应用于临床的新型噁唑烷酮类抗菌药，该药结构和作用机制独特,不易产生耐药性。美国有关机构进行了2000多种病菌实验与相关性能评价表明:Linezolid具有广谱抗菌、剂量小,毒性小、副作用少。突出优点是：很少产生较叉耐药性,高度有效，特别是目前现有的抗菌药物不能有效抑制的细菌，如甲氧西林耐药金葡萄球菌（MRSA），耐青霉素肺炎球菌，耐万古霉素肠球菌等具有良好的抗菌效果。Linezolid从早期来抑制革兰氏阳性菌蛋白质的合成，他束缚了23S粒核糖RNA并阻止70S核糖体的生成。70S核糖体的生成对RNA变形和蛋白质合成时非常重要的。该药物在口服1-2小时被快速彻底的吸收，并达到血浆浓度的峰值。虽然食物可以缩短达到最高浓度的时间，但整个曲线下的持续面积与有无食物无关。因此它可以随食物或不随食物服用。临床证明，Linezolid经静脉注射或口服后，对抑制万古霉素的肠霉素（VRE）传染病的彻底治愈占97%，并且对治疗苄甲基噁唑青霉素的黄葡萄糖引起的肺炎，顽固或非顽固的皮肤炎以及皮肤组织的传染病有明显的疗效。作为第一类阻止早期革兰氏阳性菌蛋白质合成的抗生素。Linezolid有着广阔的发展前景，Linezolid不仅用于治疗耐多种药物的G＋菌和结核杆菌感染。而且对耐万古酶素肠球菌（VRE）引起的菌血病，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）引起的肺炎、皮肤感染，以及耐青霉素肺炎链球菌（PRSP）引起的菌血病有良好的疗效被认为是一种极具应用价值的新型抗菌剂。最近国内也开始了对该药性能方面的研究，发现该药物抗菌谱广，抗菌活性强，细菌对这种药物与其它类合成药之间无交叉耐药性，而且还未发现病菌对此类药物的抗药性，因此，可以判定Linezolid将会在近年内被推广，并且会成为抗生素类的主打药物，但国内没有进行这方面的研究。目前世界上许多发达国家如日本、法国、德国等正在大力进行噁唑烷酮类药物的研究，因此研究Linezolid中间体对我国噁唑烷类药物开发具有推动作用。2．项目的社会意义、进展及必要性抗菌药物的发明和应用是２０世纪医药领域最伟大的成就之一。到目前为止，经常用于临床的制剂也有２５０多种，这些药物在人类与致病微生物的斗争中起到了举足轻重的作用。早在19世纪之处，曾经横行一时的梅毒、肺结核、鼠疫以及战争创伤感染夺取了无数人的生命。由于抗菌药物的发明和应用，挽救了无数的生灵。抗菌药可以称做人类健康的“守护神”。但是，多年来发生了抗菌药的过度使用甚至滥用。科学研究早已证实，致病细菌与药物多次接触后，对药物的敏感性下降甚至消失，致使药物对耐药菌的疗效降低或无效。金黄色葡萄球菌对常用抗生素青霉素Ｇ的耐药率，在２０世纪４０年代仅为１％，至２０世纪末就超过了９０％；由淋球菌感染所致的淋病原本经青霉素Ｇ治疗可望迅速痊愈，如今６０％的淋球菌都对之产生了耐药性。“链霉素＋异烟肼＋利福平”曾是名满天下的治疗肺结核的“三剑客”，但如今许多医生都看到了一个残酷的现实：结核杆病菌出现了多重耐药性，许多结核病病人的病情根本得不到控制。如何解决细菌的耐药性呢？首先必须控制抗菌药的过度使用问题。国家食品药品监督管理局安监司司长白慧良在召开的“全球化与中国医药健康产业”论坛上表示：从2004年7月1日起，全国所有零售药店必须凭医生处方销售抗菌药。这是我国实施的控制抗菌药滥用问题的具体措施，实施这一措施可以有效的控制细菌的耐药性发展速度。但是，细菌的耐药性随着药物的长期使用，总会出现。必须开发新的抗菌药才能抵御细菌的侵害是当前国际国内医药界认真研究的重要课题。Linezolid是第一类阻止革兰氏阳性菌蛋白质合成的抗生素，对革兰氏阳性菌原体的蛋白质合成有着独特的抑制作用，它可以束缚23S核糖体RNA并阻止70S核糖体的生成。由于Linezolid具有抗菌活性强、抗菌谱广，而且它其它抗生素无交叉抵抗作用。到目前为止未发现病菌对该药的耐药性，因此近年来，其药物合成成为研究热点之一。3.项目承担单位的实施项目的优势与风险（1）技术力量强：郑州大学绿色化工研究所技术力量雄厚，梯队结构合理。参加本项目的研究人员包括了三名博士研究生，两名硕士研究生。教授一名，高级工程师两名，工程师三名，其他技术人员五名。课题组有丰富的工厂生产实践经验和设计能力。（2）研究工作扎实：本项目已完成了小试实验，并进行了放大实验。为工业化生产打下了坚实的基础。（3）基础设施优良：本研究已具有分析检测方面的先进仪器设备，上海科创GC9800型气相色谱仪；美国AnalectREX—65红外光谱仪；上海unic公司uv—2102pc可见光紫外分光光度计；上海埔东物理光学仪器厂WZZ—1S数字化自动旋光仪及天津兰力科LK98A微型机电化学分析系统等等。另外还拥有X—面探；核磁共振仪；扫描电镜；气—质分析仪；HPLC—质谱仪等大型仪器可供使用。4．主要技术、经济指标对比我们实验室开发的工艺采用新的原料，制备新的催化剂，采用新的工艺，从而使反应更温和，产品收率高。中间体产品收率不低于15%,产品纯度大于99.2%.参照国外市场价格，美国每公斤580美元，我们实验室合成工艺生产成本为每公斤1800元，按此计算，投资360万建立每年生产15吨的中试生产厂家，工业化生产后年产值5200万元，年利税2700万元，其经济效益十分显著。5：项目的工艺路线、关键技术目前最典型的利奈唑烷合成方法也就是WO95/07071美国发明专利的合成方法，其工艺路线长，操作复杂，操作条件苛刻，原料苄基氯甲酸酯和催化剂钯碳的价格都较高，导致使其生产成本高。不太适合我国国情。由于现有工艺路线长，所以开发一种高效、成本低的工艺路线是非常有必要。本项目技术路线：（1）缩合ONFFNO2+ONFNO2O（2）还原NOFNO2ONOFNH2O（3）腈酸酯化（缩合）ONFNH2ONFNOO+CClClOCO（4）环化等CO+OCCCOCC3H7OONFNOOCOCC3H7OONOFNONaOCH3NONOFCH2OHCO本课题要解决的关键技术：（1）开发的合成路线（2）制备催化剂，确定反应条件（3）测定影响反应的因素（4）确定适合的分离方法和分析方法6：本项目的研究发展状况2000年4月18日美国FDA批准Linezolid用于治疗耐万古霉素的粪肠球菌引起的菌血症、耐甲氧西林的金葡菌引起的院内肺炎和综合性皮肤感染以及与青霉素敏感的肺炎链球菌相关的菌血症。Linezolid由Pharmacia&Upjohn(P&U)公司研制开发成功，是全新抗菌药类别中的第一个，它具有全新的独特的抗菌作用机理：抑制细菌蛋白质合成的最早阶段，很少出现交叉耐药性，故被认为是一种极具临床应用价值的新型抗菌剂，是历经30多年的研究而开发出的新一类抗菌药物。（R）—N—（3—氟—4—吗啉苯基）—2—氧—恶唑—5—甲基丁酸酯是Linezlid重要中间体。现阶段也只有一种合成方法，即：以吗啉和3，4—二氟硝基苯为原料，2—异丙基乙胺为催化剂制得3—氟—4—吗啉硝基苯经还原得3—氟—4—吗啉苯胺；3—氟—4—吗啉苯胺与苄基氯甲酸酯在—78℃下反应生成N—苄甲酸酯基—3—氟—4—吗啉苯胺。然后再与（R）—缩水甘油丁酸酯环化得产物。由上述步骤可以看出该路线存在着不少缺点，如催化剂价格昂贵、合成工艺长，反应条件苛刻、工业生产时比较困难等。我们研究开发的合成路线以碳酸钠为催化剂，催化合成3—氟—4—吗啉硝基苯，还原成3—氟—4—吗啉苯胺，然后与光气反应生产3—氟—4—吗啉苯基异腈酸酯、再与（R）—缩水甘油丁酸酯进行不对称环化反应生成产物。从中可以看出该工艺催化剂价格低廉及反应条件简单，易于工业化。从而使该工艺具有：反应条件更温和、工艺路线短、使用原料价格低，使成本更低，更适合工业化生产。因此该工艺的研究既具有理论研究意义又具有指导工业生产意义。7：项目的成熟性和可靠性由于美国工艺其工艺路线长，操作复杂，操作条件苛刻，原料苄基氯甲酸酯和催化剂钯碳的价格都较高，致使其生产成本高。不太适合我国国情，所以开发一种高效、成本低的工艺路线是非常必要的，本项目工艺路线如下：以吗啉和3，4-二氟硝基苯为原料，反应生成3-氟-4-吗啉硝基苯；3-氟-4-吗啉硝基苯经铁粉还原成3-氟-4-吗啉苯胺，然后经光气酰化得3-氟-4-吗啉苯异腈酸酯，3-氟-4-吗啉苯异腈酸酯与（R）-缩水甘油丁酸酯环化生成（R）-N-（3-氟-4-吗啉苯基）-噁唑酮-5-甲基丁酸酯。实验室经过长期研究表明，该合成路线，工艺先进，方法可靠，条件温和，成本低廉，8：本项目创新点：1）.新工艺路线中3-氟-4-吗啉硝基苯的制备是以Na2CO3为催化剂。Na2CO3价格较低，使用量少，反应的成本降低了很多。2）.新工艺路线中3-氟-4-吗啉硝基苯的还原是以Fe为催化剂，还原铁粉作催化剂，以水为供氢剂，大大降低了反应的成本，但反应后铁泥要进行处理。3）.新工艺路线中改变了工艺路线，取消了原工艺路线中N-苄氧羰基-3-氟-4-吗啉基苯胺的合成，改成了经光气酰化得3-氟-4-吗啉苯异腈酸酯，再与（R）-缩水甘油丁酸酯环化生成（R）-N-（3-氟-4-吗啉苯基）-噁唑酮-5-甲基丁酸酯。本工艺路线中的环合得到噁唑酮的反应条件是在甲苯回流温度（t=800C）,相比之下，本工艺合成要易控制得多（原有工艺的环化得到噁唑酮环是-780C条件下反应）。光气与氯甲酸苄酯相比价格要低数十倍。本工艺路线中酰氯反应参加反应的光气是剧毒气体。操作一定要注意安全。而且酰氯反应要求无水反应，所得产品在进下步反应时也要求无水，以防分解。4）.新工艺路线中得到的linezolid中间体R-N-[3-(3-氟-4-吗啉)苯-2-氧-5-噁唑酮]甲基丁酸酯，此丁酸酯不必分离提纯，直接可进行下步反应，在常温条件下与甲醇钠反应生成白色固态（R）-N-[3-(3-氟-4-吗啉)苯-2-氧-5-噁唑酮]甲醇。5）与原有工艺路线相比，本工艺路线合成步骤增加了一步，但整体的反应条件温和，反应成本低。新工艺合成路线中反应温和,所用催化剂价格低廉,成本低。9：项目产品市场与竞争能力预测Linezolid具有广谱抗菌、毒性小、高度有效之特点。特别对其它抗菌物不能有效拟制的细菌，如甲氧西林耐药金葡萄（MRSA），耐青霉素肺炎球菌，耐万古霉素肠球菌等有良好的抗菌效果。而且它与其它抗生素无交叉抵抗作用。到目前为止未发现病菌对该药的耐药性，市场潜力巨大，因此近年来，其药物合成成为国外研究热点之一，Linezolid的临床试验已在国外进行，这里重点介绍两项开放性比较的结果，入选病人分成低剂量（250mg或375mg，bid）和高剂量（375mg或600/625mg，bid）两个组。第一项试验是对治疗成人社区性肺炎感染的有效性，安全性进行评价。112名病人中58人入选低剂量组，54人入选高剂量组，因药物不良反应退出的病人占4%。静脉给至少3天，随后口服给药，平均治疗时间为7天。在随访中，93%的病人被认为临床上已治愈，其中低剂量组的治愈为87%，高剂量组的治愈率为100%。在细菌学上，肺炎链球菌的清除率为94%，其他致病菌的清除率也为94%。其中28名病人在随机查访中，胸透检查，4人（14%）未变化，24人（86%）症状改善，没有发现病情恶化的。关于药物不良反应：对56名低剂量组病人，54名高剂量组病人进行了观察，结果发生腹泻的，低剂量组为14%，高剂量组为15%；发生头痛的，低剂量组为14%，高剂