唑來膦酸的合成工藝改進

宗智慧，張恩立，袁　明，陶兆林

(蚌埠醫學院，安徽蚌埠 233030)

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唑來膦酸的合成工藝改進

宗智慧，張恩立，袁明，陶兆林

(蚌埠醫學院，安徽蚌埠 233030)

[摘要]結合生產中的實際狀況，在大量實驗的基礎上，對唑來膦酸的合成工藝進行了優化，探索出了符合工業化生產需求的唑來膦酸合成的新工藝，總收率達60%以上，并通過1H-NMR、(13)C-NMR對唑來膦酸的結構進行了表征。該工藝產率高，產品純度好，磷酸化反應僅使用單一含磷試劑，反應條件簡單、溫和，易于操作，環境友好，適于工業化生產。

[關鍵詞]唑來膦酸；合成；工藝研究

唑來膦酸(zoledronic acid)是瑞士諾華公司研發的第三代雙膦酸鹽類藥物，主要用于治療惡性腫瘤骨轉移引起的骨痛和高鈣血癥，還可用于治療paget骨病和骨質疏松等疾病，商品名為Zometa，化學名為[l-羥基-2-(1H-咪唑-l-基)亞乙基]二膦酸一水合物。文獻報道[1-11]的各種唑來膦酸的合成方法由于收率較低，溶劑有毒、有腐蝕性或為管制試劑，原料價格較高或沒有市售，需要特殊反應裝置，反應固化嚴重，操作繁瑣等問題，不符合綠色環保的需求，不利于工業化生產。針對上述不足，本文在前人工作的基礎上，對該藥物的合成工藝進行了詳細的、系統的研究，開發出了唑來膦酸的新型合成工藝。該合成工藝總收率可達60%以上，產率高，產品純度好，不需要使用固相轉移催化劑，磷酸化反應僅使用單一含磷試劑，反應條件簡單、溫和，易于操作，環境友好，適于工業化生產。合成路線如圖1所示。

圖1　唑來膦酸的合成路線

1儀器與試劑

1.1儀器

核磁共振波譜儀(德國Bruker ARX-500M)；高效液相色譜儀(美國Waters 1525型)；旋轉蒸發儀(德國RV10 Basic plus)；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(DF-101S，河南兄弟儀器設備有限公司)；電子精密天平(FA1004,天津天馬衡基儀器有限公司)；精密酸度計(PHS-3CT，上海大普儀器有限公司)；顯微熔點測定儀(X-6，北京泰克儀器有限公司)；循環水式真空泵(SHB-Ⅲ，鄭州長城科工貿有限公司)。

1.2主要試劑

咪唑(AR，Aladdin chemistry Co.Ltd)，溴乙酸乙酯(AR，常州夏青化工有限公司)，氫氧化鉀(AR，汕頭市西隴化工廠有限公司)，無水硫酸鈉(AR，西隴化工股份有限公司)，三氯化磷(AR，天津光復精細化工研究所)，鹽酸(AR，北京化工廠)，正己烷(AR，上海晶純試劑有限公司)，丙酮(AR,北京化工廠)。

2實驗方法

2.1咪唑乙酸乙酯的制備

將13.62 g干燥的咪唑加入500 ml圓底燒瓶中，加入150 ml丙酮，攪拌使咪唑全部溶解后加入11.28 g氫氧化鉀，加完后繼續攪拌反應2 h，將反應液冷卻至10 ℃，緩慢滴入26.60 ml溴乙酸乙酯，滴完后將反應升溫至40 ℃繼續攪拌反應4 h，抽濾，用少量丙酮洗滌濾餅，濾液用無水硫酸鈉干燥后減壓濃縮至無溶劑殘留，得咪唑乙酸乙酯粗品31.44 g，粗品不經純化直接投入下一步反應。

2.2咪唑-1-乙酸的制備

取實驗2.1所制得的咪唑乙酸乙酯粗品31.44 g，加入50 ml乙醇攪拌溶解后加入100 ml水，75 ℃攪拌反應至TLC監測顯示反應完全，將反應液減壓濃縮至干，向剩余反應液中加入20 ml丙酮，攪拌后靜置析晶30 min，抽濾，用少量丙酮洗滌濾餅，所得固體真空干燥8 h后得咪唑-1-乙酸粗品22.10 g,前兩部粗品總收率87.68%。

2.3咪唑-1-乙酸的精制

咪唑-1-乙酸粗品22.10 g于80 ℃加水至恰好完全溶解，攪拌冷卻至室溫,邊攪拌邊滴入所加水量10倍量的丙酮，加完靜置析晶1 h,抽濾，用丙酮洗滌濾餅，真空干燥后得咪唑-1-乙酸純品20.29 g，收率91.83%。HPLC測定其純度為100%；1H-NMR(D2O)δ：4.70(2H，s,1’-CH2)，7.29(1H，s,4-CH)，7.30(1H，s,5-CH)，8.54(1H，s,2-CH)；13C-NMR(D2O)δ：51.74(1’-C)，119.28(2’-C)，122.92(4-C)，135.35(5-C)，172.42(2-C)。

2.4唑來膦酸的制備

取咪唑乙酸20 g加入1 L圓底燒瓶內，加入600 ml正己烷和25.7 ml水，邊攪拌邊滴入43.5 ml三氯化磷，40 ℃回流攪拌至固體完全溶解，繼續緩慢滴入58.0 ml三氯化磷，滴完后升溫至60 ℃攪拌反應18 h，加入9 mol/L鹽酸100 ml，升溫至80 ℃繼續攪拌反應18 h，冷卻至室溫，傾出有機層，向剩余反應液中加入少量活性炭，80 ℃攪拌30 min，抽濾，濾液減壓濃縮至無溶劑滴出，邊攪拌邊將濃縮物滴入800 ml丙酮中，滴完后10 ℃靜置析晶12 h后抽濾，用少量丙酮洗濾餅，所的固體減壓干燥后得唑來膦酸38.83 g，收率84.36%。HPLC測定其純度為100%；1H-NMR(D2O)δ：4.60-4.64(2H,t，J=9.5Hz，,2’-CH2)，7.30(1H,s，5-CH)，7.45(1H,s，4-CH)，8.65(1H,s，2-CH)；13C-NMR(D2O)δ：52.44(2’-C))，71.64-73.79(1’-C)，118.25(4-C)，123.93(5-C)，135.84(2-C)。

3結果與討論

3.1磷酸化試劑、溶劑及溶劑用量對反應的影響

表1　磷酸化試劑、溶劑及溶劑用量對反應的影響

在最后一步反應合成唑來膦酸時，固定其他條件不變，分別考察了磷酸化試劑、溶劑及溶劑用量對唑來膦酸產率的影響，實驗結果如表1所示。由表1可以看出，磷酸化試劑用磷酸和三氯化磷時反應收率較低，用亞磷酸和三氯化磷與用三氯化磷和水結果相近，而且只用了三氯化磷一種含磷試劑，同時減少了向密閉的反應系統加入固體的繁瑣操作，所以我們選擇三氯化磷和水作為反應的磷酸化試劑；溶劑使用正己烷時反應收率最高，正己烷用量為60 ml以上時反應收率較高，為節約成本，我們選用60 ml正己烷作為反應的溶劑。

3.2溫度和時間對反應的影響

三氯化磷本身沸點較低，且滴加三氯化磷時反應放熱，溫度過高會使三氯化磷氣化損失，但溫度較低會影響咪唑乙酸的溶解，故選擇在40 ℃滴加三氯化磷。滴完后固定其他條件不變，分別對反應的溫度和時間以及水解的溫度和時間進行了篩選，結果見表2及表3。

表2　反應溫度和反應時間對反應的影響

表3　水解溫度和水解時間對反應的影響

由表2及表3可見，反應溫度為60 ℃時收率最高，反應溫度過高會導致攪拌情況不好致使收率降低，反應溫度太低會使反應時間太長而不宜于工業化生產；當反應時間小于18 h時，收率隨反應時間的延長而提高，18 h以后再延長反應時間，反應收率不再提高，所以反應最佳時間為18 h；水解溫度為100 ℃和80 ℃時水解情況差別不大，出于節能考慮，選用80 ℃作為水解溫度；水解時間為18 h時水解反應可以進行完全。

3.3析晶條件的篩選

反應結束后，采用不同溶劑進行析晶，并對析晶溫度及溶劑用量做了篩選，篩選結果見表4。析晶溶劑用丙酮最好；溶劑的最佳用量為80 ml，溶劑用量過少會導致產物收率太低，用量過多會使產物純度受到影響；析晶溫度以10 ℃最佳，溫度過高會使收率降低，溫度過低會影響產物純度；析晶時間小于12 h時，收率隨析晶時間的延長而提高，當析晶時間超過12 h時，其對收率的影響不大，故本實驗選定的析晶時間為12 h。

表4　析晶條件對反應的影響

4結論

本文結合工業化生產的實際情況，在大量實驗的基礎上，對唑來膦酸的合成路線進行了優化。通過正交實驗對各步反應的投料比、溶劑、反應溫度、反應時間、產物及中間體純化方法等進行了考查，探索出了合成唑來膦酸的新工藝，總收率達60%以上，并通過1H-NMR、13C-NMR等分析方法對產物的結構進行了表征。此工藝產率高，產品純度好，不需要固相轉移催化劑，磷酸化反應僅使用單一含磷試劑，反應條件簡單、溫和，易于操作，環境友好，適于工業化生產。該合成工藝為唑來膦酸原料藥的工業化生產提供了參考。

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Improved Synthesis of Zoledronic Acid

ZONG Zhi-hui, ZHANG En-li, YUAN Ming, TAO Zhao-lin

(Bengbu Medical College,Bengbu Anhui 233030，China)

Abstract:Combined with the actual situation in production,based on a large number of experements,the effects of zoledronic acid on synthetic route was optimized,explored the suitable for industrialized production of zoledronic acid in new technology,the total yield was above 60%,The structure was characterized by1H-NMR and (13)C-NMR.This synthetic route is high yield, uses only a single phosphorus-containing reagents and the purity of the product is good. The reaction conditions are simple, mild, easy to operate , environment- friendly, and suitable for scale-up production.

Key words:zoledronic acid;synthesis; technological study

[中圖分類號]R914.5

[文獻標識碼]A

[文章編號]2095-7602(2016)04-0053-04

[通訊作者]陶兆林(1964- )，男，副教授，從事有機化學、藥物合成、雜化化學研究。

[作者簡介]宗智慧(1985- )，女，助教，碩士，從事藥物合成工藝研究。

[基金項目]安徽省高等教育振興計劃項目“制藥工程新專業建設”(2014zytz014)；蚌埠醫學院自然科學基金項目“3點1類新藥雙丙戊酸鈉原料藥合成工藝研究”(BYKY1435)。

[收稿日期]2016-01-10