紫杉醇生產(chǎn)工藝

1、6.1 6.1 紫杉醇概述紫杉醇概述 6.2 6.2 紫杉醇半合成制備原理紫杉醇半合成制備原理 6.3 6.3 紫杉醇半合成工藝過程與質(zhì)量控制紫杉醇半合成工藝過程與質(zhì)量控制 第六章第六章 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 抗癌藥物需求: 全球每年全球每年: : 因癌癥死亡的有因癌癥死亡的有600600余萬余萬 另有新診斷的癌癥患者約另有新診斷的癌癥患者約10001000余萬余萬 估計現(xiàn)有癌癥患者約估計現(xiàn)有癌癥患者約40004000萬萬 中國每年：中國每年： 年死亡年死亡130130萬人萬人 新診癌癥患者約新診癌癥患者約160160萬人萬人 現(xiàn)存癌癥患者總數(shù)現(xiàn)存癌癥患者總數(shù)600600萬人以上萬人以

2、上 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 概述 具有獨特的抗癌機制，作用位點為有絲分裂和具有獨特的抗癌機制，作用位點為有絲分裂和 細(xì)胞周期中至關(guān)重要的微管蛋白。紫杉醇能促細(xì)胞周期中至關(guān)重要的微管蛋白。紫杉醇能促 進(jìn)微管蛋白聚合而形成穩(wěn)定的微管，并抑制微進(jìn)微管蛋白聚合而形成穩(wěn)定的微管，并抑制微 管的解聚，從而抑制了細(xì)胞的有絲分裂，最終管的解聚，從而抑制了細(xì)胞的有絲分裂，最終 導(dǎo)致癌細(xì)胞的死亡。導(dǎo)致癌細(xì)胞的死亡。 紫杉醇作用機理明確紫杉醇作用機理明確: 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 概述 6.1.1 紫杉醇類藥物紫杉醇類藥物 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 概述 臨床應(yīng)用臨床應(yīng)用 1)1) 晚期乳腺癌有效率

3、為晚期乳腺癌有效率為60%60%，優(yōu)于其它單種藥的治，優(yōu)于其它單種藥的治 療效果療效果25%-30%25%-30%，19941994 2) 2) 晚期非小細(xì)胞肺癌有效率達(dá)晚期非小細(xì)胞肺癌有效率達(dá)31%,199831%,1998 3) 3) 對晚期卵巢癌有效率達(dá)對晚期卵巢癌有效率達(dá)30%,1992.12,30%,1992.12,美美FDAFDA 4) 4) 胰腺癌好轉(zhuǎn)率為胰腺癌好轉(zhuǎn)率為29%29%、頭頸癌、頭頸癌44%44%、胃癌、胃癌24%24% 6.1.1 紫杉醇類藥物紫杉醇類藥物 三環(huán)二萜類化合物：三個主環(huán)的三環(huán)二萜類化合物：三個主環(huán)的 二萜核和一個苯基異絲氨酸側(cè)鏈二萜核和一個苯基異絲氨酸

4、側(cè)鏈 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 概述 紫杉醇與多烯紫杉醇理化性質(zhì)紫杉醇與多烯紫杉醇理化性質(zhì) 18 O CH3COO OH O HO O C6H5COO C6H5 O OH C6H5CONH CH3COO 20 19 15 11 9 8 6 54 3 14 12 17 16 1 10 13 7 2 3 2 1 分子式C47H51NO14 分子量853.92 11個手性中心 OH (CH3)3O 難溶于水，溶于難溶于水，溶于 甲醇、二氯甲烷甲醇、二氯甲烷 和乙腈。和乙腈。 6.1.2 6.1.2 紫杉醇的生產(chǎn)工藝路線研究紫杉醇的生產(chǎn)工藝路線研究？ 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 概述 u天然提取

5、工藝路線天然提取工藝路線 u生物合成工藝生物合成工藝 u化學(xué)全合成工藝路線化學(xué)全合成工藝路線 u半合成工藝路線半合成工藝路線 紅豆杉與紫杉醇-原料來源問題 1)天然提取工藝路線 Phyton Phyton克服細(xì)胞培養(yǎng)過程的各克服細(xì)胞培養(yǎng)過程的各 種技術(shù)障礙，突破細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)紫種技術(shù)障礙，突破細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)紫 杉醇技術(shù)，生產(chǎn)過程得到杉醇技術(shù)，生產(chǎn)過程得到FDAFDA認(rèn)證；認(rèn)證； 20022002年年7 7月月1010日日-Phyton-Phyton, Inc., Inc. 與與 Bristol-Myers Squibb Bristol-Myers Squibb 簽署簽署 長期合作協(xié)議用細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)

6、紫杉長期合作協(xié)議用細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)紫杉 醇；醇； 20042004年年6 6月月2828日日Bristol-Myers Bristol-Myers Squibb Squibb 獲總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎。獲總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎。 2)生物工程方法生產(chǎn)紫杉醇 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 概述 3)化學(xué)全合成化學(xué)全合成 （1）Holton路線-線性合成途徑 該路線的策略是AABABC。 （2）Nicoloau路線-會聚式 A環(huán)和C環(huán) 八元B環(huán)，得到ABC三環(huán)化合物。 （3）Danishefsky路線-會聚式 D環(huán)， 與A和C、D環(huán)片段連接，合成八元B環(huán)。 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 概述 18 HO CH

7、3COO OH O HO O C6H5C OO RO 20 19 15 11 9 8 6 54 3 14 12 17 16 1 10 13 7 2 A B C D 反應(yīng)步驟多達(dá)2025步 大量使用手性試劑 反應(yīng)條件極難控制 制備成本昂貴 具有重要的理論意義，但 不適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。 4) 半合成紫杉醇 母核：紅豆杉針葉中提取的巴卡亭3（R=Ac）和10- 去乙?；涂ㄍ?（10-DAB，R=H） 側(cè)鏈：化學(xué)合成； 側(cè)鏈： (2R,3S)-3- N- -苯甲酰苯異絲氨酸 18 HO CH3COO OH O HO O C6H5COO RO 20 19 15 11 9 8 6 54 3 14 12

8、 17 16 1 10 13 7 2 3 2 1 OHC6H5 O OH C6H5CONH 避免了合成紫杉醇復(fù)雜的母環(huán)部分 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 概述 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝 1、非手性側(cè)鏈 2、手性側(cè)鏈 3、側(cè)鏈前體物 6.2 紫杉醇紫杉醇側(cè)鏈側(cè)鏈原料制備工藝原料制備工藝 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝 1、非手性側(cè)鏈 原料: 反式肉桂酸 缺點: 活性側(cè)鏈選擇性較差 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝 2、 手性側(cè)鏈 原料: 2R,3S-2R,3S-苯基異絲氨酸衍生物苯基異絲氨酸衍生物 方法方法: : 有雙鍵不對稱氧化法和醛醇反應(yīng)法

9、有雙鍵不對稱氧化法和醛醇反應(yīng)法 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝 O PhCO2CH3 HH OCH3Ph N3 O OH CH2OHPh 1) t-BuOOH, Ti(OiPr)4 2) RuCl3, NaIO4, CH2N2 NaN3 or TMSN3 ZnCl2 OCH3Ph O OH PhCONH OMePh N3 O OH OMePh O OH PhCONH OMePh O OH OH COOMe Ph 雙鍵不對稱氧化法合成手性紫杉醇側(cè)鏈的路線 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝 SEtPh O OBn OHO +SEt OTMS BnO SEtPh O O

10、Bn NH2 Sn(OTf)2 n-Bu2Sn(OAc)2 1)NH3, Ph3P, DEAD 2)Ph3P, H2O, THF OHPh O OH PhCONH 醛醇反應(yīng)法合成手性紫杉醇側(cè)鏈的路線醛醇反應(yīng)法合成手性紫杉醇側(cè)鏈的路線 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝 3、 側(cè)鏈前體物 原料: 環(huán)狀側(cè)鏈前體有內(nèi)酰胺型 噁唑烷 羧酸型、噁唑啉羧酸型和噁嗪酮型 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝 (1) (2) (3) CAN O OPG OEt CAN H N O PhOAc PMP Et3N + OAc COCl Ph N PMP a) LDA 2) PG (Prote

11、ct group) 1) 1) NaBH4 2) Protect group HN O PhOPG N H N O Ph OAc N O PhOPG PMP N O PhO PMP b) Ph N TMS -內(nèi)酰胺型紫杉醇側(cè)鏈前體物的合成路線內(nèi)酰胺型紫杉醇側(cè)鏈前體物的合成路線 PMP-對甲氧基芐基；對甲氧基芐基；CAN-硝酸鈰銨；硝酸鈰銨；LDA-二異丙基亞胺鋰二異丙基亞胺鋰 6.3.1 6.3.1 -內(nèi)酰胺側(cè)鏈前體的制備內(nèi)酰胺側(cè)鏈前體的制備 6.3.2 6.3.2 母環(huán)的保護(hù)母環(huán)的保護(hù) 6.3.3 6.3.3 紫杉醇的制備紫杉醇的制備 6.3 6.3 紫杉醇半合成工藝過程紫杉醇半合成工藝過程

12、 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 半合成工藝 1 1、乙酰基酰氯的制備：、乙酰基酰氯的制備： 羧基乙酸：乙酰氯：二甲亞砜羧基乙酸：乙酰氯：二甲亞砜1 1：3 3：3 3 第一步：第一步：6060；第二步：；第二步：7070 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 工藝質(zhì)控 -內(nèi)酰胺側(cè)鏈前體制備的質(zhì)量控制內(nèi)酰胺側(cè)鏈前體制備的質(zhì)量控制 CH3COOCH2COCl CH3COOCH2COOH Pyridine CH3COCl HOCH2COOH SOCl2 在甲醇中混合、攪拌，室溫下反應(yīng)在甲醇中混合、攪拌，室溫下反應(yīng)4h4h。 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 工藝質(zhì)控 2 2、N-N-苯亞甲基苯亞甲基-4-4-甲

13、氧基苯胺（亞胺）的制備甲氧基苯胺（亞胺）的制備 CHOOMeH2N+CHNOMe MeOH 3、基礎(chǔ)四元環(huán)的合成 N CH3CO Ph C6H4OCH3 O O CHC6H5 N C6H4OCH3 + Et3N CH3COCH2 O C OCl CH2Cl2 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 cis-1-對甲氧基苯基-3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮 投料比：亞胺投料比：亞胺: :乙酰氧基乙酰氯乙酰氧基乙酰氯: :三乙胺為三乙胺為1:2:31:2:3， 條件：低溫（條件：低溫（-20-20），反應(yīng)），反應(yīng)8 810 h10 h。 環(huán)加成產(chǎn)物為單一順式或反式異構(gòu)體，產(chǎn)物的立體構(gòu)型取決環(huán)加成產(chǎn)物為

14、單一順式或反式異構(gòu)體，產(chǎn)物的立體構(gòu)型取決 于亞胺上取代基的類型。于亞胺上取代基的類型。 取代基為芳基、芳雜環(huán)、共軛烯烴時，環(huán)加成產(chǎn)物為順式。取代基為芳基、芳雜環(huán)、共軛烯烴時，環(huán)加成產(chǎn)物為順式。 CH3CN/H2O (NH4)2CeNO3 N CH3CO Ph C6H4OCH3 O O NH CH3CO Ph O O 氧化四元環(huán)(cis-3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮 )的合成 4、氧化四元環(huán)與水解四元環(huán)的制備、氧化四元環(huán)與水解四元環(huán)的制備 氧化反應(yīng)：投料比為基礎(chǔ)四元環(huán)氧化反應(yīng)：投料比為基礎(chǔ)四元環(huán): :硝酸鈰銨為硝酸鈰銨為1:51:5（質(zhì)量比）。（質(zhì)量比）。 水解反應(yīng)：投料比為氧化四元環(huán)水

15、解反應(yīng)：投料比為氧化四元環(huán):硝酸鈰銨為硝酸鈰銨為1:3（摩爾比），溶（摩爾比），溶 劑為飽和碳酸氫鈉劑為飽和碳酸氫鈉-甲醇溶液。室溫下反應(yīng)。甲醇溶液。室溫下反應(yīng)。 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 工藝質(zhì)控 水解四元環(huán)(cis-3-羥基-4-苯基-2-吖叮啶酮 )的合成 NaHCO3(sat.) MeOH NH Ph O HO NH CH3CO Ph O O 分離純化方法對收率的影響。分離純化方法對收率的影響。 碳酸鈉、飽和碳酸氫鈉、氯化鈉洗滌，無水硫酸鈉干燥，碳酸鈉、飽和碳酸氫鈉、氯化鈉洗滌，無水硫酸鈉干燥， 乙酸乙酯重結(jié)晶。乙酸乙酯重結(jié)晶。 水、飽和亞硫酸氫鈉溶液和飽和碳酸氫鈉洗滌，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，

16、水、飽和亞硫酸氫鈉溶液和飽和碳酸氫鈉洗滌，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)， 得到白色固體，用乙酸乙酯得到白色固體，用乙酸乙酯-正己烷重結(jié)晶。正己烷重結(jié)晶。 第一種方法堿用量較大，產(chǎn)品損失重，時間長，萃取液變第一種方法堿用量較大，產(chǎn)品損失重，時間長，萃取液變 黑，影響收率。黑，影響收率。 第二種方法，洗滌較少，簡化操作，提高收率，產(chǎn)品晶型第二種方法，洗滌較少，簡化操作，提高收率，產(chǎn)品晶型 和純度較理想。和純度較理想。 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 工藝質(zhì)控 硅化四元環(huán)(cis-3-(三乙硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮 )的合成 NH Ph O HO +TESCl NH Ph O TESO Pyridine TES =

17、 Et3Si 5、硅化四元環(huán)的制備、硅化四元環(huán)的制備 投料比：水解四元環(huán)投料比：水解四元環(huán): :三乙基氯硅烷為三乙基氯硅烷為180:250180:250，室溫下反，室溫下反 應(yīng)應(yīng)8 812 h12 h。 保持反應(yīng)體系的單一性，防止其它具有較強酸性或親電性保持反應(yīng)體系的單一性，防止其它具有較強酸性或親電性 試劑的介入。試劑的介入。 反應(yīng)所需的各種試劑都要經(jīng)過嚴(yán)格的處理，除去其中所含反應(yīng)所需的各種試劑都要經(jīng)過嚴(yán)格的處理，除去其中所含 水分和醇類，只有這樣才能保證較高的收率。水分和醇類，只有這樣才能保證較高的收率。 投料比：四元環(huán)投料比：四元環(huán):苯甲酰氯苯甲酰氯:三乙胺為三乙胺為 2:1 :2。室溫

18、下反。室溫下反 應(yīng)應(yīng)812 h。 必須不斷除去反應(yīng)中生成的必須不斷除去反應(yīng)中生成的HCl，以防止其與亞氨基生，以防止其與亞氨基生 成鹽，加入了三乙胺來中和生成的成鹽，加入了三乙胺來中和生成的HCl。 必須要保證整個反應(yīng)體系的單一性，不可混入其它的能必須要保證整個反應(yīng)體系的單一性，不可混入其它的能 被被DMAP催化的活性物質(zhì)。催化的活性物質(zhì)。 反應(yīng)時可加入過量的反應(yīng)時可加入過量的PhCOCl以保證以保證3-(1-乙氧乙氧基乙氧乙氧基)-4- 苯基苯基-2-吖叮啶酮的完全轉(zhuǎn)化。吖叮啶酮的完全轉(zhuǎn)化。 6、對接四元環(huán)的制備、對接四元環(huán)的制備 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 工藝質(zhì)控 對接四元環(huán)(cis-

19、1-苯甲?；?3-(三乙硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮)的合成 + Et3N, DMAP CH2Cl2 N Ph O TESO Ph O NH Ph O TESO PhCOCl 巴卡亭巴卡亭III（Baccatin III）的保護(hù)）的保護(hù) 以Et3Si作為巴卡亭III的7-羥基保護(hù)基； 以吡啶為溶劑； 巴卡亭III與三乙基氯硅烷的摩爾比為1:40 Baccatin III O HO AcO HO O O OH O O CH3 O Ph Et3SiCl/Py O HO AcO HO O O OTES O O CH3 O Ph 7-TES-Baccatin III 6.3.2 母環(huán)的保護(hù)母環(huán)的保護(hù)

20、 巴卡亭巴卡亭III的保護(hù)：選擇性保護(hù)母環(huán)的保護(hù)：選擇性保護(hù)母環(huán)7-OH、10-OH， 使側(cè)鏈與使側(cè)鏈與13-OH反應(yīng)，合成過程關(guān)鍵步驟。反應(yīng)，合成過程關(guān)鍵步驟。 三乙基氯硅烷為保護(hù)劑，得到單一的反應(yīng)產(chǎn)物。三乙基氯硅烷為保護(hù)劑，得到單一的反應(yīng)產(chǎn)物。 投料配比及反應(yīng)時間有很大的影響：巴卡亭投料配比及反應(yīng)時間有很大的影響：巴卡亭III與與 三乙基氯硅烷為三乙基氯硅烷為1:20，24 h以內(nèi)無產(chǎn)物。投料比以內(nèi)無產(chǎn)物。投料比 為為1:30，24 h，得到產(chǎn)物，但仍有大部分巴卡亭，得到產(chǎn)物，但仍有大部分巴卡亭 III未反應(yīng)。投料配比為未反應(yīng)。投料配比為1:40，反應(yīng)時間，反應(yīng)時間60 h，巴，巴 卡亭卡

21、亭III完全轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物完全轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物7-三乙基硅巴卡亭三乙基硅巴卡亭III。 母環(huán)原料保護(hù)的質(zhì)量控制母環(huán)原料保護(hù)的質(zhì)量控制 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 工藝質(zhì)控 10-10-去乙酰基巴卡亭去乙酰基巴卡亭III(10-DAB)的保護(hù)的保護(hù) OH O 18 HO C6H5COO HO O OCOCH3 HO 7 13 10 1 16 17 12 14 2 45 6 8 9 11 15 3 19 20 (1) Et3SiCl (2)AcCl 硅化反應(yīng)： ClSi(C2H5)3:10DAB = 40 :1 惰性氣體保護(hù)下反應(yīng) 10小時。 乙?；磻?yīng) 反應(yīng)溫度0。 收率：72% 紫杉醇合成對接反應(yīng) 選

22、擇堿； 堿的用量：核:側(cè)鏈:堿=1: 5 : 2.5； 嚴(yán)格無水無氧； 反應(yīng)溫度：40。 N Ph O TESO Ph O A O HO cO HO O O OTES O O CH3 O Ph 2-2-乙氧乙基乙氧乙基-7-7-三乙基硅三乙基硅- -紫杉醇的制備：紫杉醇的制備： 該反應(yīng)對水和氧極其敏感，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)該反應(yīng)對水和氧極其敏感，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn) 行，嚴(yán)格無水無氧操作。行，嚴(yán)格無水無氧操作。 反應(yīng)原料和溶劑要經(jīng)嚴(yán)格的無水處理。四氫呋喃反應(yīng)原料和溶劑要經(jīng)嚴(yán)格的無水處理。四氫呋喃 容易吸水，四元環(huán)溶于四氫呋喃時也必須在惰性容易吸水，四元環(huán)溶于四氫呋喃時也必須在惰性 氣體保護(hù)下進(jìn)行操作。氣體保護(hù)下進(jìn)行操作。 正丁基鋰用量很關(guān)鍵。近正丁基鋰用量很關(guān)鍵。近3 3倍量時破壞四元環(huán)。倍量時破壞四元環(huán)。 溫度控制很關(guān)鍵，低于溫度控制很關(guān)鍵，低于-45-45不能反應(yīng)。但亦不能不能反應(yīng)。但亦不能 過高，溫度高于過高，溫度高于-20-20時母環(huán)降解。時母環(huán)降解。 6.3.4 紫杉醇的制備的質(zhì)量控制紫杉醇的制備的質(zhì)量控制 紫杉醇生產(chǎn)工藝紫杉醇生產(chǎn)工藝 工藝質(zhì)控 乙腈和吡啶混合液； 加入氫氟酸； 0反應(yīng)8小時，然后室溫反應(yīng)10小時。 O HO AcO O O OTES NHPh O O O OTESO O CH3 O Ph 紫杉醇合成水解反應(yīng) 在后處理時，有機相應(yīng)迅速