殷吉磊 劉力超 匡建明 張善軍

(1 江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院連云港中醫(yī)藥分院，連云港 222007；2 成都欣捷高新技術(shù)開發(fā)股份有限公司，成都 610052)

惡性腫瘤骨轉(zhuǎn)移是晚期惡性腫瘤最為常見的并發(fā)癥，尤其是乳腺癌、前列腺癌最為嚴(yán)重，其中乳腺癌的骨轉(zhuǎn)移發(fā)生率超過70%[1]。癌癥骨轉(zhuǎn)移引起的疼痛嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。

目前，癌性骨痛的藥物治療主要包括鎮(zhèn)痛對(duì)癥治療和骨修復(fù)治療兩種方式，而骨修復(fù)治療方案中雙膦酸鹽類藥物的應(yīng)用較為廣泛，其通過吸附于骨骼中的羥基磷石晶體上而濃聚在骨骼中，被破骨細(xì)胞攝取后滯留于細(xì)胞漿內(nèi)，競爭抑制破骨細(xì)胞的活性，阻斷病理性骨溶解，可以預(yù)防和治療骨質(zhì)破壞[2]。唑來膦酸(zoledronic acid)(圖1)是瑞士Novartis公司研發(fā)的新一代雙膦酸鹽類藥物；研究表明，唑來膦酸抑制骨轉(zhuǎn)移和抗骨吸收的作用是前幾代雙膦酸鹽的100～850倍，是目前藥理活性最強(qiáng)的雙膦酸鹽類藥物[3-4]。其可顯著抑制破骨細(xì)胞的骨吸收作用，從而減輕甚至抑制骨轉(zhuǎn)移的進(jìn)展，用于治療惡性腫瘤骨轉(zhuǎn)移、多發(fā)性骨髓瘤引起的疼痛，是骨修復(fù)治療的首選藥物。

唑來膦酸因其藥理活性強(qiáng)、不良反應(yīng)少、耐受性好等藥效特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于臨床，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。因此，唑來膦酸自上市以來，受到國內(nèi)外各大藥企、科研院所的廣泛關(guān)注。

本文對(duì)文獻(xiàn)報(bào)道的唑來膦酸合成工藝進(jìn)行對(duì)比研究，開發(fā)了一條新的合成工藝，該工藝可操作性強(qiáng)、反應(yīng)條件溫和、操作簡便，有較好的工業(yè)化實(shí)施基礎(chǔ)。

圖1 唑來膦酸Fig.1 Zoledronic acid

1 文獻(xiàn)報(bào)道的唑來膦酸合成路線

唑來膦酸屬于第三代雙膦酸鹽類藥物，其分子中含有堿性的咪唑雜環(huán)結(jié)構(gòu)和酸性的雙膦酸結(jié)構(gòu)，屬于親水性很強(qiáng)的酸堿兩性化合物；同時(shí)，此化合物的極性很大、水溶性很好，從而使得唑來膦酸成品的制備、純化具有較大難度；而咪唑乙酸鹽酸鹽是制備唑來膦酸的關(guān)鍵中間體，其質(zhì)量直接影響唑來膦酸的制備。因此，為了保證唑來膦酸原料藥成品的質(zhì)量，在反應(yīng)過程中需著重關(guān)注關(guān)鍵中間體咪唑乙酸鹽酸鹽的制備。

文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，專利CN102070668[5]、US2010130746[6]報(bào)道的唑來膦酸合成路線是以咪唑和氯乙酸乙酯為原料，經(jīng)咪唑N-烷基化、水解、成鹽、三氯化磷/亞磷酸條件縮合等步驟實(shí)現(xiàn)唑來膦酸的制備，其合成路線如圖2所示。

文獻(xiàn)[5-6]報(bào)道的唑來膦酸合成工藝存在很大的弊端，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：(1)中間體咪唑乙酸鹽酸鹽的制備時(shí)，需在強(qiáng)酸性條件下高溫濃縮大量水，對(duì)工業(yè)設(shè)備的腐蝕性很強(qiáng)，具有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，工業(yè)濃縮水的效率低下、耗能較高；(2)工藝過程中涉及劇毒品三氯化磷的應(yīng)用，其在工業(yè)生產(chǎn)中的采購、運(yùn)輸以及儲(chǔ)存過程中均受到很大的限制。

后來，董華青等[7]在上述文獻(xiàn)基礎(chǔ)上對(duì)工藝進(jìn)行了優(yōu)化，在縮合步驟中以三氯氧磷/亞磷酸體系代替了劇毒性的三氯化磷/亞磷酸體系，取得了較好的效果(圖3)；但該合成工藝仍然無法避免咪唑乙酸鹽酸鹽制備過程中的濃鹽酸水解、高溫濃縮強(qiáng)酸的操作步驟，在工業(yè)化生產(chǎn)過程中對(duì)儀器設(shè)備、操作人員的損害很大，存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 唑來膦酸的合成工藝設(shè)計(jì)

文獻(xiàn)報(bào)道的關(guān)鍵中間體咪唑乙酸鹽酸鹽均采用咪唑乙酸酯水解的方式制備，由于咪唑乙酸鹽酸鹽的水溶性很好，有機(jī)溶劑無法將其從水溶液中萃取出來，從而導(dǎo)致該步驟只能在強(qiáng)酸條件下進(jìn)行高溫濃縮。

本研究結(jié)合中間體咪唑乙酸鹽酸鹽水溶性很好、難以通過萃取等手段進(jìn)行提取的特點(diǎn)，分析認(rèn)為在中間體咪唑乙酸鹽酸鹽的反應(yīng)體系、后處理工藝中應(yīng)避免水分引入。因此，本研究嘗試以析晶的方式代替萃取、濃縮的方式制備中間體咪唑乙酸鹽酸鹽。文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Valencic等[8]在對(duì)頭孢菌素的合成工藝進(jìn)行研究時(shí)，報(bào)道了以路易斯酸代替質(zhì)子酸水解叔丁酯制備羧酸化合物的方法，并對(duì)各種路易斯酸進(jìn)行了篩選，其中，四氯化鈦的反應(yīng)效果最好，取得了很好的反應(yīng)收率。因此，本研究結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道的方法以及關(guān)鍵中間體咪唑乙酸鹽酸鹽的性質(zhì)，對(duì)其合成工藝進(jìn)行優(yōu)化。

本研究以氯代乙酸叔丁酯代替氯乙酸乙酯進(jìn)行咪唑N-烷基化反應(yīng)的同時(shí)，嘗試以不同的路易斯酸代替鹽酸進(jìn)行水解制備關(guān)鍵中間體咪唑乙酸鹽酸鹽；另外，還對(duì)路易斯酸的用量及反應(yīng)淬滅方式進(jìn)行了考察(圖4)，考察結(jié)果如表1所示。

從表1的研究數(shù)據(jù)可以看出，氯化鐵、三氟化硼乙醚在此水解體系中反應(yīng)活性很低，導(dǎo)致原料轉(zhuǎn)化不完全；而三氯化鋁在此體系中雖然展現(xiàn)出了較好的反應(yīng)活性，取得了較好的反應(yīng)收率，但其反應(yīng)速率較為緩慢，且后處理仍然需要高溫濃縮鹽酸溶液的操作，工業(yè)化生產(chǎn)過程中會(huì)存在較大的安全隱患。而四氯化鈦的反應(yīng)體系無論是反應(yīng)速率還是反應(yīng)收率均較為理想。另外，本研究以異丙醇代替文獻(xiàn)報(bào)道的鹽酸水溶液淬滅反應(yīng)，產(chǎn)生易溶于異丙醇的鈦酸四異丙酯的同時(shí)，難溶于異丙醇的咪唑乙酸鹽酸鹽以固體形式析出，即無需經(jīng)過強(qiáng)酸條件下濃縮水的步驟即可通過析晶的方式實(shí)現(xiàn)咪唑乙酸鹽酸鹽的制備，優(yōu)化后的工藝操作更為簡便，具有很好的工業(yè)化基礎(chǔ)。

圖2 專利CN102070668和US2010130746報(bào)道的唑來膦酸合成路線圖Fig.2 The synthetic route of zoledronic acid reported by CN102070668 and US2010130746

圖3 唑來膦酸合成路線圖Fig.3 The synthetic route of zoledronic acid reported

圖4 水解反應(yīng)的考察模型Fig.4 Investigation model of hydrolysis reaction

表1 水解反應(yīng)體系的考察Tab.1 Investigation of hydrolysis reaction

另一方面，本研究以三氯氧磷體系代替文獻(xiàn)報(bào)道的三氯化磷劇毒體系的同時(shí)，后處理采用有機(jī)溶劑萃取雜質(zhì)、水/乙醇體系析晶、過濾的方式制備唑來膦酸，從而極大地降低了工業(yè)化生產(chǎn)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，合成路線如圖5所示。

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 咪唑乙酸叔丁酯的制備

依次將2 0 g 咪唑(0.2 9 m o l)、3 0 g 碳酸鉀(0.22mol)、2g碘化鉀(12mmol)、20mL DMF和80mL甲苯加入到反應(yīng)瓶中，室溫、攪拌條件下，將53g氯乙酸叔丁酯(0.35mol)滴入反應(yīng)液中。加完后，維持25～30℃攪拌1h。然后，將反應(yīng)液緩慢升溫至65～70℃，繼續(xù)攪拌反應(yīng)3h。TLC檢測反應(yīng)完全。反應(yīng)液降溫至室溫，依次向反應(yīng)液中加入50mL乙酸乙酯、100mL水，攪拌10min后靜置分層，分液；用50mL乙酸乙酯繼續(xù)萃取水層1次，合并有機(jī)層，有機(jī)層依次用水洗、飽和食鹽水洗，無水硫酸鈉干燥，過濾、濃縮得到類白色咪唑乙酸叔丁酯粗品43.9g，收率：82%。無須純化直接用于下一步。

3.2 咪唑乙酸鹽酸鹽的制備

將上述咪唑乙酸叔丁酯粗品加入300mL二氯甲烷中，攪拌溶清后，冷卻至-10～0℃，將34mL四氯化鈦(0.31mol)緩慢滴入反應(yīng)液中，滴完后維持-10～0℃反應(yīng)3h。TLC檢測反應(yīng)完全。維持-10～0℃條件下，將100mL異丙醇緩慢滴入反應(yīng)體系中，滴完后，將反應(yīng)體系緩慢升至室溫?cái)嚢?h。停止攪拌，減壓濃縮除掉反應(yīng)體系中的二氯甲烷，析出大量固體，過濾、冷異丙醇洗、干燥得類白色固體31g，收率：79%。熔點(diǎn)：196～198oC(文獻(xiàn)值[7]193～194℃)。

3.3 唑來膦酸粗品的制備

將30g咪唑乙酸鹽酸鹽(0.18mol)、150mL氯苯加入到反應(yīng)瓶中，攪拌條件下將38g亞磷酸(0.46mol)加入反應(yīng)液中，緩慢升溫至100℃，攪拌反應(yīng)30min。維持該溫度條件下，將39mL三氯氧磷(0.42mol)緩慢滴入到反應(yīng)液中，滴加過程中產(chǎn)生氯化氫氣體(注意防護(hù))。加完后維持100℃繼續(xù)攪拌反應(yīng)2h。

圖5 新設(shè)計(jì)的唑來膦酸合成工藝路線Fig.5 The newly designed synthetic route of zoledronic acid

將反應(yīng)體系降溫至6 0 ℃，向反應(yīng)液中加入200mL水淬滅反應(yīng)，攪拌30min，分液，棄去有機(jī)層，水層繼續(xù)升溫至100℃反應(yīng)3h。反應(yīng)結(jié)束后，趁熱過濾，濾除不溶物。將反應(yīng)液緩慢降溫至室溫，向反應(yīng)液中加入500mL乙醇，繼續(xù)降溫至0～10℃，析出大量固體，繼續(xù)攪拌析晶2h。過濾、乙醇洗滌、干燥，得到唑來膦酸粗品32.6g，收率為61%。

3.4 唑來膦酸精制品的制備

將32g上述唑來膦酸粗品加入500mL去離子水中，攪拌加熱至回流反應(yīng)，固體溶解。將0.3g活性炭緩慢加入到反應(yīng)液中，攪拌30min，趁熱濾除活性炭。攪拌條件下，將濾液緩慢降溫至室溫，析晶2h。過濾、冷蒸餾水洗滌、干燥，得到白色晶體唑來膦酸26.3g，收率為82%。熔點(diǎn)：236～238℃(樣品分解；文獻(xiàn)值[7]238～239℃)，MS-ESI (m/z):273.2 [M-H2O+H]+;1H NMR(D2O,400MHz)：δ=8.21 (s,1H),7.18 (t,J=1.5Hz，1H),7.02 (d,J=1.5Hz，1H),4.26 (m,2H)ppm。

4 討論

本文基于文獻(xiàn)報(bào)道的唑來膦酸工藝特點(diǎn)并結(jié)合唑來膦酸關(guān)鍵中間體的理化特性，對(duì)其合成工藝進(jìn)行分析，評(píng)估其潛在的工業(yè)化風(fēng)險(xiǎn)；根據(jù)分析結(jié)果對(duì)其關(guān)鍵中間體咪唑乙酸鹽酸鹽及唑來膦酸成品的合成路線進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化，避免了劇毒品三氯化磷的應(yīng)用和強(qiáng)酸性條件下的高溫濃縮步驟，減少了對(duì)設(shè)備、人員的傷害的同時(shí)，簡化了工藝操作，以析晶方式代替高溫濃縮方式實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵中間體咪唑乙酸鹽酸鹽的制備，取得了很好的效果。綜上，該工藝簡化了操作步驟，反應(yīng)條件溫和、操作簡便等特點(diǎn)，具有較好的工業(yè)化實(shí)施基礎(chǔ)。