尤利沙星制备普卢利沙星的反应选择性研究.docx

尤利沙星制备普卢利沙星的反应选择性研究【摘要】目的 优化尤利沙星与4溴甲基5甲基1，3二氧杂环戊烯2酮(DMDOBr)反应的条件，提高生成普卢利沙星的选择性。方法 考察用作缚酸剂的碱、反应温度、加料方式等因素对反应的选择性的影响。结果 有利于选择性生成普卢利沙星的因素为：二异丙胺、三乙胺KHCO3K2CO3，低温高温，先滴加DMDOBr和先滴加碱2种方式效果相当。结论 优化工艺可为普卢利沙星的 工业 化生产提供 参考 。 【关键词】普卢利沙星 尤利沙星 反应选择性 Abstract:Objective To study the optimal preparation procedure of prulifloxacin from ulifloxacin. Methods Experiments were conducted to evaluated the impact of base (as acid binder), temperature and the order of feeding raw materials on the reactionThe positive effects for the reaction selectivity: diisopropylamine(DIPA), triethylamine(TEA)KHCO3K2CO3,lower temperaturehigher temperature, and the effects of two ways of feeding raw materials were theThe optimized preparation procedure might be useful for industrial production.Key words:pruliflourxacin; uliflourxacin; reaction selectivity普卢利沙星(1，prulifloxacin，6氟1甲基74(5甲基2氧代1，3二氧杂环戊烯4基)甲基1哌嗪基4氧代4H1，3硫氮杂环丁烷并3，2喹啉3羧酸，为新型的喹诺酮类产品。该药为活性中间体尤利沙星(2，Uliflourxacin,6氟1甲基4氧代7(1哌嗪基)4H1，3硫氮杂环丁烷并3，2喹啉3羧酸)的前体药，尤利沙星在体内外均表现出广谱的抗菌活性，不仅对革兰氏阴性菌和阳性菌有很好的抗菌作用，尤其是对绿脓杆菌的作用在喹诺酮类药品中是最强的,对厌氧菌、支原体、衣原体以及分枝杆菌也有较好效果。普卢利沙星通常由尤利沙星与4溴甲基5甲基1，3二氧杂环戊烯2酮(DMDOBr)缩合而成，在反应中，溴化物释放出一个溴化氢分子，如果没有碱性物质存在，溴化氢分子会与未反应的尤利沙星原料结合，阻止尤利沙星与DMDOBr的反应，使反应不完全，因此常在反应中加入碱以缚住生成的溴化氢，无水碳酸钾和碳酸氢钾是最常用的缚酸剂1,2。缚酸剂的碱性强弱对反应的选择性有很大的影响，当用碱性较强的缚酸剂如碳酸钾时，尤利沙星的哌嗪基上的氮和羧酸上的氧都带有孤对 电子 ，可同时各对一个DMDOBr分子的溴代的正碳离子进行亲核取代，生成6氟1甲基74(5甲基2氧代1，3二氧杂环戊烯4基)甲基1哌嗪基4氧代4H1，3硫氮杂环丁烷并3，2喹啉3羧酸 (5甲基1，3二氧杂环戊烯2酮4基)甲基酯(化合物3)，也可以进攻DMDOBr的缺电子的羰基碳发生亲核加成反应，继而开环、脱溴化氢而生成74(3氧代丁基1烯2氧)羰基1哌嗪基6氟1甲基4氧代4H1，3硫氮杂环丁烷并3，2喹啉3羧酸(化合物4)。文献 3，4比较了KHCO3和二异丙胺、N，N二异丙基乙基胺、三丁基胺3种有机胺对反应选择性的影响，证明4种碱中以二异丙胺的效果最好。本文研究碱的种类(碱性强弱)、温度和加料顺序3种因素对合成普卢利沙星选择性的影响,设定反应的条件范围：4种常用碱(K2CO3、KHCO3、三乙胺和二异丙胺)、-10 室温以及DMDOBr与碱的加料顺序，其中三乙胺作为缚酸剂和加料方式的影响未曾有文献报道。本文还定向合成化合物1-4，并通过HPLC方法测定了粗品中各组分的含量。1 仪器与试剂美国Agilent公司1100型高效液相色谱仪，含在线真空脱气机、四元梯度泵、自动进样器和二极管阵列检测器(DAD);色谱柱：Diamonsil ODS C18，250 mm mm，5 m);YRT3型熔点仪(天津大学精密仪器厂);核磁共振和质谱由中山大学分析测试中心测定。乙腈(色谱纯，天津市科蜜欧科技有限公司)，其他试剂均用化学纯。2 方法与结果普卢利沙星粗品的制备方法1：按表1实验16和8设定的条件，尤利沙星 g( mol)、碱( moL)和DMF 20 mL混合搅拌，滴加DMDOBr( moL)的DMF 5 mL溶液，滴毕维持温度搅3 h，将反应液倾入100 mL冰水中，并用冰醋酸调pH至6-7，搅拌30 min过滤，水洗，收集固体，真空干燥得粗品。方法2：按表1实验7设定的条件，尤利沙星 g( moL)、DMDOBr( mol)和DMF 20 mL混合搅拌，滴加碱( mol)的DMF 5 mL溶液，滴毕维持温度搅拌3 h，将反应液倾入100 mL冰水中，搅拌30 min过滤，水洗，收集固体，真空干燥得粗品。对照品的制备1,3,4普卢利沙星(1)： mp 222225 (dec)。IR(KBr) /cm-1：3 400，1 810,1 705,1 625,1 600，1495 。1HNMR(400 MHz,CF3CO2D) ：(s,3H,dioxole CH3),(d,3H,J=7 Hz,1CH3),(m,8H,piperazine),(s,2H,dioxole,CH2),(q,1H,J=7 Hz,1H),(d,1H,J=7 Hz,8H),(d,1H,J=12 Hz,5H)。MS：m/z 433 M+H+。尤利沙星(2)：mp300 (dec)。IR(KBr) /cm-1：3 400,1 605，1 495。MS：m/z 349 M+H+。1HMR(CF3CO2D) ：(d，3H，CH3)，(m，4H，piperazine)，(m，4H，piperazine)，(q，1H，1H)，(d，1 H，8H)，(d，1H，5H)。化合物3：mp 234236 (dec)。IR(KBr) /cm-1：1 815,1 727,1 670,1 629,1 610,1 498。 1HNMR(CDCl3) ：(3H,d,J=7 Hz,1CH3),(6H,s,dioxol CH3X2),(8H,m,piperaine),(2H,s,dioxol CH2N),(2H,s,dioxol，CH2OCO),(1H,q,J=7 Hz,1H),(1H,d,J=7 Hz,8H),(1H,d,J=12 Hz,5H)。化合物4： mp 210223 (dep.)。 IR(KBr) /cm-1：1 718,1 695,1 625,1 600,1 500。1HNMR(CDCl3)：(3H,d,J=7 Hz,1CH3),(3H,s,CH3CO),(8H,m,piperazine),(1H,d,J=2 Hz,其中一个C=CH2)，(1H,d,J=2 Hz,其中一个C=CH2)，(1H,q,J=7 Hz,5H),(1H,q,J=7 Hz,1H),(1H,d,J=12 Hz,5H),(1H,br,COOH)。高效液相色谱法测定粗品中各组分的含量流动相：乙腈 mol/L乙酸胺溶液(体积比3565)。先测定对照品的保留时间和粗品中的对应主杂质，归一化法 计算 普卢利沙星粗品的主杂质峰含量。结果见表1。表1 实验条件和粗产品含量实验号方法/碱各粗品含量/%化合物1化合物2化合物3化合物4未明杂质1方法1室温K2CO3416 4024 162方法10K2CO32523162883方法1-5K2CO3371883164方法1-5KHCO38642445方法1-5三乙胺8843236方法1-5二异丙胺9021257方法2-5三乙胺8935128方法1-10三乙胺8011126结果反应温度对反应选择性的影响实验1-3以K2CO3为缚酸剂，考察了室温、0 和-5 3种温度对反应选择性的影响。从表1可见，K2CO3作为缚酸剂，产物中普卢利沙星(1)的含量较低，主要生成化合物3和4，但随着温度降低，普卢利沙星含量升高，反应选择性有增强的趋势。实验5、7和8，以TEA作为缚酸剂，进一步考察了-5 和-10 2种温度对反应选择性的影响。从表1可见，在-5 反应，不管按方法1还是按方法2合成的粗品，普卢利沙星的含量都很高;而在-10 反应，未反应的尤利沙星增多。因此优选-5 作为反应温度。缚酸剂对反应选择性的影响实验3-6在优选温度(-5 )下，考察了K2CO3、KHCO3、三乙胺和二异丙胺4种碱对反应的影响，发现用二异丙胺作缚酸剂，粗产品中普卢利沙星含量最高，其次是三乙胺和KHCO3，最低的是K2CO3。三乙胺和二异丙胺的效果相当，综合考虑成本等因素，优选三乙胺作为缚酸剂。加料方式对反应选择性的影响实验5和7，以三乙胺作为缚酸剂，在-5下，考察加料方式(方法1是先将碱与尤利沙星混合,再滴加DMDOBr;方法2则反之)对反应的影响，结果表明，两种加料方式的选择性相当，但考虑到方法1的粗品比方法2的粗品更易纯化得到合格的目标物，因此优选方法1的投料方式。3 讨 论尤利沙星的哌嗪基上的末端氮和羧酸上的氧都带孤对 电子 ，在合适的温度和碱性条件下，哌嗪基上的末端氮与一分子DMDOBr发生亲核取代反应生成普卢利沙星;但在较强碱性和较高的温度下，尤利沙星分子中带孤对电子的两个基团可同时各和一个DMDOBr分子发生亲核取代反应生成化合物3。据 文献 报道,在没有碱作缚酸剂的情况下，尤利沙星或普卢利沙星与DMDOBr反应都不生成化合物3。可见碱的种类对反应选择性的影响较大。另外也有文献研究表明，在室温下反应，使用K2CO3时，主要发生亲核取代生成化合物3;而当使用KHCO3时，主要生成化合物4。这是因为由于氧的极性强吸电子能力强，羰基上的碳缺电子，从而受到带孤对电子的哌嗪基进攻发生亲核加成反应而开环。温度升高和缚酸剂的碱性增强，有利于羧酸参与亲核取代反应生成化合物3，也有利于尤利沙星进攻DMDOBr的羰基碳生成化合物4;但温度过低则活化能也低，不利于生成普卢利沙星的反应。实验1-8，对反应温度、碱和加料方式等进行条件筛选和优化，结果表明以三乙胺为缚酸剂、反应温度为0-5 时有利于普卢利沙星的生成，其他副产物的比例较小，尤利沙星反应得较完全。在0-5 的条件下，两种加料方式对反应的选择性的影响都不大。4 结 论本文结果表明，K2CO3的碱性过强，用K2CO3作缚酸剂时，产物以化合物3和4为主，生成普卢利沙星的量较少;用二异丙胺和三乙胺作缚酸剂时反应选择性好，普卢利沙星是绝对优势的产物，二异丙胺比三乙胺稍好，但三乙胺有价格优势，而且各种杂质在纯化中容易除去。低温能够抑制化合物3和4的生成，但温度太低不利于反应，以0-5 比较合适。所以反应条件优选为以三乙胺为缚酸剂，在-5 下按先将碱与尤利沙星混合,再滴加DMDOBr的工艺制备普卢利沙星。 【 参考 文献】 JUN S,MASACHIKO K. Studies on puridonecaboxyic acid ,synthesis and antibacterial evalution of 7substituted6halo4oxo4H1,3thiazeto3,2aquinoline3carboxylic acidJ. J Med Chem,1992,35,4727-4738.MASACHIKO K,JUN S. Studies on puridonecaboxyic acid ,a practical synthesis of ethyl 6,7difluoro1methyl4oxo4H1,3thiazeto 3,2aquinoline3carboxylic acid,a key intermediate for the new tricyclic quinolone,prulifloxacin (NM441) and versatil new synthesis of the 2thioquinoline skeletonJ. J Heterocyclic Chem,1997,34:1773TATSUYA FU J,HIROSHI N,YOSHIAKI A,et al. Studies on synthesis of the antibacterial agent NM441.selection of a suitable base for alikylation of 1substituted piperazine with 4(bromomethyl)5methyl1,3dioxol2oneJ. Chem Pharm Bull,1995,43(11):1872-1877.HIROSHI N,TATSUYA F,YOSHIAKI A,eton synthesis of the antibacterial agent(NM441).kinetics and mechanism of the reaction of 4(bromomethyl)5methyl1,3dioxlo2one with 1substituted piperazine(NM394)J. Bull Chem Soc Jpn,1994,67:1419-1426.