紫杉醇生产工艺

6.1紫杉醇概述6.2紫杉醇半合成制备原理6.3紫杉醇半合成工艺过程与质量控制第六章紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺抗癌药物需求:全球每年:因癌症死亡的有600余万另有新诊断的癌症患者约1000余万估计现有癌症患者约4000万中国每年：年死亡130万人新诊癌症患者约160万人现存癌症患者总数600万人以上紫杉醇生产工艺概述具有独特的抗癌机制，作用位点为有丝分裂和细胞周期中至关重要的微管蛋白。紫杉醇能促进微管蛋白聚合而形成稳定的微管，并抑制微管的解聚，从而抑制了细胞的有丝分裂，最终导致癌细胞的死亡。紫杉醇作用机理明确:紫杉醇生产工艺概述6.1.1紫杉醇类药物紫杉醇生产工艺概述临床应用1)晚期乳腺癌有效率为60%，优于其它单种药的治疗效果（25%-30%）2)晚期非小细胞肺癌有效率达31%3)对晚期卵巢癌有效率达30%4)胰腺癌好转率为29%、头颈癌44%、胃癌24%。6.1.1紫杉醇类药物三环二萜类化合物：三个主环的二萜核和一个苯基异丝氨酸侧链紫杉醇生产工艺概述紫杉醇与多烯紫杉醇理化性质18OCH3COOOHOHOOC6H5COOC6H5OOHC6H5CONHCH3COO201915119865431412171611013723'2'1'分子式C47H51NO14分子量853.9211个手性中心OH(CH3)3O难溶于水，溶于甲醇、二氯甲烷和乙腈。6.1.2紫杉醇的生产工艺路线研究？紫杉醇生产工艺概述红豆杉与紫杉醇-原料来源问题1)天然提取工艺路线Phyton克服细胞培养过程的各种技术障碍，突破细胞培养生产紫杉醇技术，生产过程得到FDA认证；2002年7月10日--Phyton,Inc.与Bristol-MyersSquibb签署长期合作协议用细胞培养生产紫杉醇；2004年6月28日Bristol-MyersSquibb获总统绿色化学挑战奖。2)生物工程方法生产紫杉醇紫杉醇生产工艺概述3)化学全合成（1）Holton路线-线性合成途径该路线的策略是A→AB→ABC。（2）Nicoloau路线-会聚式A环和C环→八元B环，得到ABC三环化合物。（3）Danishefsky路线-会聚式D环→与A和C、D环片段连接，合成八元B环。紫杉醇生产工艺概述18HOCH3COOOHOHOOC6H5COORO20191511986543141217161101372ABCD反应步骤多达20—25步大量使用手性试剂反应条件极难控制制备成本昂贵具有重要的理论意义，但不适合大规模工业生产。4)半合成紫杉醇•母核：红豆杉针叶中提取BaccatinIII（R=Ac）和10-去乙酰基巴卡亭III（10-DAB，R=H）•侧链：化学合成；侧链：(2R,3S)-3-N--苯甲酰苯异丝氨酸18HOCH3COOOHOHOOC6H5COORO20191511986543141217161101372321OHC6H5OOHC6H5CONH避免了合成紫杉醇复杂的母环部分紫杉醇生产工艺概述第六章生产工艺1)非手性侧链2)手性侧链3)侧链前体物6.2紫杉醇侧链原料制备工艺第六章生产工艺1)非手性侧链•原料:反式肉桂酸•缺点:活性侧链选择性较差第六章生产工艺2)手性侧链•原料:2R,3S-苯基异丝氨酸衍生物•方法:有双键不对称氧化法和醛醇反应法第六章生产工艺2)手性侧链双键不对称氧化法合成手性紫杉醇侧链的路线第六章生产工艺2)手性侧链醛醇反应法合成手性紫杉醇侧链的路线第六章生产工艺3)侧链前体物原料:环状侧链前体有－内酰胺型噁唑烷羧酸型、噁唑啉羧酸型和噁嗪酮型立体构型控制RSC6H5OOPGOPhNOOHHOOOOTESOOOAcO第六章生产工艺3)侧链前体物β-内酰胺型紫杉醇侧链前体物的合成路线6.3.1β-内酰胺侧链前体的制备6.3.2母环的保护6.3.3紫杉醇的制备6.3紫杉醇半合成工艺过程紫杉醇生产工艺半合成工艺1、乙酰基酰氯的制备：羧基乙酸：乙酰氯：二甲亚砜＝1：3：3第一步：60℃；第二步：70℃紫杉醇生产工艺工艺质控β-内酰胺侧链前体制备的质量控制CH3COOCH2COClCH3COOCH2COOHPyridineCH3COClHOCH2COOHSOCl2在甲醇中混合、搅拌，室温下反应4h。紫杉醇生产工艺工艺质控2、N-苯亚甲基-4-甲氧基苯胺（亚胺）的制备CHOOMeH2N+CHNOMeMeOH基础四元环的合成NCH3COPhC6H4OCH3OOCHC6H5NC6H4OCH3+Et3NCH3COCH2OCOClCH2Cl2紫杉醇生产工艺cis-1-对甲氧基苯基-3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮•投料比：亚胺:乙酰氧基乙酰氯:三乙胺为1:2:3，•条件：低温（-20℃），反应8－10h。•环加成产物为单一顺式或反式异构体，产物的立体构型取决于亚胺上取代基的类型。•取代基为芳基、芳杂环、共轭烯烃时，环加成产物为顺式。紫杉醇生产工艺工艺质控3、基础四元环的制备CH3CN/H2O(NH4)2CeNO3NCH3COPhC6H4OCH3OONHCH3COPhOO氧化四元环(cis-3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮)的合成水解四元环(cis-3-羟基-4-苯基-2-吖叮啶酮)的合成NaHCO3(sat.)MeOHNHPhOHONHCH3COPhOO氧化反应：投料比为基础四元环:硝酸铈铵为1:5（质量比）。水解反应：投料比为氧化四元环:硝酸铈铵为1:3（摩尔比），溶剂为饱和碳酸氢钠-甲醇溶液。室温下反应。4、氧化四元环与水解四元环的制备•分离纯化方法对收率的影响。•碳酸钠、饱和碳酸氢钠、氯化钠洗涤，无水硫酸钠干燥，乙酸乙酯重结晶。•水、饱和亚硫酸氢钠溶液和饱和碳酸氢钠洗涤，旋转蒸发，得到白色固体，用乙酸乙酯-正己烷重结晶。•第一种方法碱用量较大，产品损失重，时间长，萃取液变黑，影响收率。•第二种方法，洗涤较少，简化操作，提高收率，产品晶型和纯度较理想。紫杉醇生产工艺工艺质控硅化四元环(cis-3-(三乙硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮)的合成NHPhOHO+TESClNHPhOTESOPyridineTES=Et3Si投料比：水解四元环:三乙基氯硅烷为180:250，室温下反应8－12h。保持反应体系的单一性，防止其它具有较强酸性或亲电性试剂的介入。反应所需的各种试剂都要经过严格的处理，除去其中所含水分和醇类，只有这样才能保证较高的收率。5、硅化四元环的制备紫杉醇生产工艺工艺质控对接四元环(cis-1-苯甲酰基-3-(三乙硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮)的合成+Et3N,DMAPCH2Cl2NPhOTESOPhONHPhOTESOPhCOCl•投料比：四元环:苯甲酰氯:三乙胺为2:1:2。室温下反应8~12h。•必须不断除去反应中生成的HCl，以防止其与亚氨基生成盐，加入了三乙胺来中和生成的HCl。•必须要保证整个反应体系的单一性，不可混入其它的能被DMAP催化的活性物质。•反应时可加入过量的PhCOCl以保证3-(1-乙氧乙氧基)-4-苯基-2-吖叮啶酮的完全转化。6、对接四元环的制备紫杉醇生产工艺工艺质控巴卡亭III（BaccatinIII）的保护•以Et3Si作为巴卡亭III的7-羟基保护基；•以吡啶为溶剂；•巴卡亭III与三乙基氯硅烷的摩尔比为1:40BaccatinIIIOHOAcOHOOOOHOOCH3OPhEt3SiCl/PyOHOAcOHOOOOTESOOCH3OPh7-TES-BaccatinIII6.3.2母环的保护•巴卡亭III的保护：选择性保护母环7-OH、10-OH，使侧链与13-OH反应，合成过程关键步骤。•三乙基氯硅烷为保护剂，得到单一的反应产物。•投料配比及反应时间有很大的影响：巴卡亭III与三乙基氯硅烷为1:20，24h以内无产物。投料比为1:30，24h，得到产物，但仍有大部分巴卡亭III未反应。投料配比为1:40，反应时间60h，巴卡亭III完全转化为产物7-三乙基硅巴卡亭III。母环原料保护的质量控制紫杉醇生产工艺工艺质控10-去乙酰基巴卡亭III(10-DAB)的保护OHO18HOC6H5COOHOOOCOCH3HO71310116171214245689111531920(1)Et3SiCl(2)AcCl硅化反应：ClSi(C2H5)3:10－DAB=40:1惰性气体保护下反应10小时。乙酰化反应反应温度0℃。收率：72%紫杉醇合成——对接反应•选择碱；•碱的用量：核:侧链:碱=1:5:2.5；•严格无水无氧；•反应温度：－40℃。NPhOTESOPhOAOHOcOHOOOOTESOOCH3OPh2′-乙氧乙基-7-三乙基硅-紫杉醇的制备：•该反应对水和氧极其敏感，在惰性气体保护下进行，严格无水无氧操作。•反应原料和溶剂要经严格的无水处理。四氢呋喃容易吸水，四元环溶于四氢呋喃时也必须在惰性气体保护下进行操作。•正丁基锂用量很关键。近3倍量时破坏四元环。•温度控制很关键，低于-45℃不能反应。但亦不能过高，温度高于-20℃时母环降解。6.3.4紫杉醇的制备的质量控制紫杉醇生产工艺工艺质控•乙腈和吡啶混合液；•加入氢氟酸；•0℃反应8小时，然后室温反应10小时。OHOAcOOOOTESNHPhOOOOTESOOCH3OPh紫杉醇合成——水解反应•在后处理时，有机相应迅速处理，严格控制蒸除溶剂过程中温度，高温会导致紫杉醇降解，极大地影响产品的收率。•用柱层析和重结晶方法进行纯化。柱层析中常用硅胶做层析材料，用二氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯、石油醚等溶剂组成洗脱液进行梯度洗脱。•二次柱层析，或用重结晶方法进一步提高产品纯度，直至达到药用标准。6.3.4紫杉醇制备的质量控制原理紫杉醇生产工艺工艺质控总流程图氧化四元环基础四元环羟基乙酸乙酰氯二氯亚砜乙酰氧基乙酰氯对氨基苯甲醚苯甲醛亚胺水解四元环三乙基氯硅烷（Et3SiCl）硅化四元环苯甲酰氯（PhCOCl）饱和NaHCO3、MeOH硝酸铈铵、乙腈、水对接四元环10-DAB7-（三乙硅基）-10DAB2’，7-双（三乙硅基）-紫杉醇白色结晶粉末检验紫杉醇对接四元环Et3SiCl/Pyridine对接（nBuLi，THF）水解（HF/Pyridine，CH3CN）总流程图小结紫杉醇与多烯紫杉醇的结构特点：手性与活性的关系紫杉醇半合成制备原理：工艺路线的设计与制备策略，侧链制备、母环保护、对接反应机理紫杉醇半合成工艺过程与质量控制：关键工艺和控制要点紫杉醇生产工艺小结