一、研究背景與目標
環(huán)丙沙星是世界衛(wèi)生組織(WHO)基本藥物清單中的氟喹諾酮類抗生素,廣泛用于治療細菌感染。傳統(tǒng)合成方法存在反應時間長(拜耳公司1980年技術需>24小時,樹脂負載法需>100小時)、效率有限(總產率49%-57%)等問題。本研究旨在通過連續(xù)流合成技術,實現(xiàn)環(huán)丙沙星的快速、高效多步串聯(lián)合成,縮短反應時間并提高產率。
圖1 鹽酸環(huán)丙沙星的逆合成
二、核心成果
1. 高效快速合成:以簡單原料為起點,通過5個流動反應器完成6步連續(xù)化學反應,總停留時間僅9分鐘,經后續(xù)2步離線處理(酸化、過濾)得到環(huán)丙沙星及鹽酸鹽,8步總產率達60%,與傳統(tǒng)方法相當但效率大幅提升。
2. 無需中間體分離:整個合成過程中無需分離中間體,僅通過1次?;磻コ饕碑a物二甲胺HNMe2,實現(xiàn)了“telescoping反應”(串聯(lián)反應)的高效整合,為目前已知最長的連續(xù)流線性反應序列(無中斷)。
三、技術細節(jié)與關鍵步驟
1. 連續(xù)流合成的優(yōu)勢:流動反應器中快速混合、強化傳熱傳質,提升反應選擇性(如酯到醛的選擇性還原);支持高溫高壓條件下的安全操作,適合高活性反應(如快速鋰化反應)。
2. 合成路線設計(Scheme 1-5):
核心步驟:?;磻h(huán)丙胺取代→兩次區(qū)域選擇性芳香親核取代SNAr→酯水解→酸化。
圖2 鹽酸環(huán)丙沙星連續(xù)流合成
關鍵優(yōu)化:
溶劑與堿的選擇:考慮FDA對殘留溶劑的限制(氯仿≤60 ppm,乙腈≤410 ppm),最終選用乙腈/N,N-二異丙基乙胺(DIEA),在180℃、175 psi條件下,1.5分鐘內生成98%的中間體6;
副產物處理:通過乙酰氯與DIEA在常溫下快速?;?,將副產物二甲胺轉化為無干擾的N,N-二甲基乙酰胺(DMA),確保連續(xù)反應不中斷;
規(guī)避沉淀問題:中間體2和3溶解度低(如3在DMSO中<0.016 M),通過保溫避免結晶堵塞反應器。
3. 反應條件優(yōu)化:一鍋法環(huán)化與SNAr反應:通過調整DBU(1,8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯)和的paiqin的用量(3.0 equiv DBU+3.0 equiv),在180℃下5分鐘內實現(xiàn)81%的目標產物2產率(表1)。
四、意義與價值
1. 效率突破:將傳統(tǒng)合成的24小時以上縮短至9分鐘,大幅降低生產時間成本;
2. 綠色化學:減少中間體分離步驟,降低廢物產生,符合可持續(xù)合成理念;
3. 技術示范:驗證了連續(xù)流技術在多步復雜合成中的可行性,為其他藥物(如抗生素、小分子藥物)的高效合成提供了可借鑒的模板。
五、結論
本研究通過連續(xù)流技術實現(xiàn)了環(huán)丙沙星的快速全合成,其9分鐘的總停留時間、60%的產率及無中間體分離的串聯(lián)反應模式。
六、拓展
精準輸送反應物是確保反應順利進行與產品質量穩(wěn)定的基石。布瑞利斯的高壓恒流雙柱塞泵與高壓恒流防爆四氟泵在此發(fā)揮了關鍵作用。高壓恒流雙柱塞泵流量范圍寬廣,從 0.001mL/min 到 3000mL/min,高壓恒流防爆四氟泵也提供 0 - 20/100/200/500/1000ml 等多種規(guī)格選擇,無論實驗規(guī)模大小,還是工業(yè)化生產,都能滿足流量需求。并且,它們的流量準確度高,像高壓恒流防爆四氟泵在 5mL/min(水)的流量下,準確度可達 0.5% 。在環(huán)丙沙星鹽酸鹽合成時,泵具有一鍵沖洗功能,可減少長時間工作對泵內構件的影響;泵具有恒流和恒壓兩種功能,這兩種功能可隨意切換,進料可根據工藝需求調節(jié)實際進料流量,具有定時定量功能;泵腔體內不只有一個單向閥以保證泵流速平穩(wěn)流量穩(wěn)定;泵可通過連接天平實現(xiàn)流速與物料重量連鎖控制,進而從源頭上保障產品質量。
圖3 高壓恒流雙柱塞泵產品實拍圖
圖4 高壓恒流雙柱塞泵與天平連接系統(tǒng)界面
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