制藥工藝學紫杉醇生產工藝詳解演示文稿

制藥工藝學紫杉醇生產工藝詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有64頁\編輯于星期二（優(yōu)選）制藥工藝學紫杉醇生產工藝現(xiàn)在是2頁\一共有64頁\編輯于星期二抗癌藥物需求:

全球每年:因癌癥死亡的有600余萬另有新診斷的癌癥患者約1000余萬估計現(xiàn)有癌癥患者約4000萬中國每年：

年死亡130萬人新診癌癥患者約160萬人現(xiàn)存癌癥患者總數(shù)600萬人以上紫杉醇生產工藝概述現(xiàn)在是3頁\一共有64頁\編輯于星期二市場需求:

紫杉醇生產工藝概述抗癌一線用藥

銷售額年增長率5億美元理論需求量

2g/人,500萬人/年1000kg/年實際銷量

350kg/年紫杉醇供需相差十分懸殊

圖1：國際紫杉醇原料藥需求走勢圖（單位：公斤）圖2：國際紫杉醇銷售額（億美元）現(xiàn)在是4頁\一共有64頁\編輯于星期二

具有獨特的抗癌機制，作用位點為有絲分裂和細胞周期中至關重要的微管蛋白。紫杉醇能促進微管蛋白聚合而形成穩(wěn)定的微管，并抑制微管的解聚，從而抑制了細胞的有絲分裂，最終導致癌細胞的死亡。

紫杉醇作用機理明確:紫杉醇生產工藝概述現(xiàn)在是5頁\一共有64頁\編輯于星期二6.1.1紫杉醇類藥物紫杉醇生產工藝概述臨床應用晚期乳腺癌有效率為60%，優(yōu)于其它單種藥的治療效果（25%-30%）2)晚期非小細胞肺癌有效率達31%3)對晚期卵巢癌有效率達30%4)胰腺癌好轉率為29%、頭頸癌44%、胃癌24%。

現(xiàn)在是6頁\一共有64頁\編輯于星期二6.1.1紫杉醇類藥物三環(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鏈紫杉醇生產工藝概述紫杉醇與多烯紫杉醇理化性質分子式C47H51NO14分子量853.9211個手性中心OH(CH3)3O難溶于水，溶于甲醇、二氯甲烷和乙腈?，F(xiàn)在是7頁\一共有64頁\編輯于星期二多烯紫杉醇:

多烯紫杉醇是來自植物的抗腫瘤新藥，為有絲分裂抑制劑。在臨床上，多烯紫杉醇作為化療藥物已經廣泛用于治療肺癌、頭頸部癌和食管癌等多種腫瘤，表明了較好的治療效果。其通過促進細胞微管蛋白聚集和抑制其去多聚化而使細胞發(fā)生G2/M期阻滯，另外該藥還有促進細胞凋亡的作用，是比較理想的放療增敏藥物。紫杉醇生產工藝概述現(xiàn)在是8頁\一共有64頁\編輯于星期二6.1.2紫杉醇的生產工藝路線研究？紫杉醇生產工藝概述現(xiàn)在是9頁\一共有64頁\編輯于星期二紅豆杉與紫杉醇-原料來源問題1)天然提取工藝路線現(xiàn)在是10頁\一共有64頁\編輯于星期二解決辦法（一）人工栽培采用種子繁殖、扦插等無性繁殖方法快速、大面積人工繁育紅豆杉幼苗尋找紅豆衫的替代物

從紅豆杉非樹皮部位提取產紫杉醇的非紅豆杉植物優(yōu)點：生長周期縮短簡便、直接缺點：1、紫杉醇含量低生長緩慢2、提取工藝復雜現(xiàn)在是11頁\一共有64頁\編輯于星期二Phyton克服細胞培養(yǎng)過程的各種技術障礙，突破細胞培養(yǎng)生產紫杉醇技術，生產過程得到FDA認證；2002年7月10日--Phyton,Inc.與Bristol-MyersSquibb簽署長期合作協(xié)議用細胞培養(yǎng)生產紫杉醇；2004年6月28日Bristol-MyersSquibb獲總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎。2)生物工程方法生產紫杉醇紫杉醇生產工藝概述現(xiàn)在是12頁\一共有64頁\編輯于星期二3)化學全合成（1）Holton路線-線性合成途徑

該路線的策略是A→AB→ABC。（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)。

紫杉醇生產工藝概述ABCD反應步驟多達20—25步大量使用手性試劑反應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。現(xiàn)在是13頁\一共有64頁\編輯于星期二解決辦法（二）生物方法組織和細胞培養(yǎng)微生物發(fā)酵生物合成研究階段紅豆杉生物合成途徑基本明確10種相關酶基因被克隆表達利用基因工程手段改造紅豆杉提高紫杉醇產量

優(yōu)點：1、擺脫自然因素，可長期穩(wěn)定生長2、適應市場、方便調節(jié)3、成分簡單，有利于分離純化4、成本低、生長周期短5、為半合成提供原料6、有望工業(yè)化生產缺點：1、產量低、不穩(wěn)定2、工業(yè)化放大研究現(xiàn)在是14頁\一共有64頁\編輯于星期二有機全合成一、Holton全合成路線(1994)二、Nicolaou全合成路線(1994)三、Danishefsky全合成路線(1996)四、Wender全合成路線(1997)五、Kuwajima全合成路線(1998)六、Mukaiyama全合成路線(1998)現(xiàn)在是15頁\一共有64頁\編輯于星期二一、Holton全合成路線(1994)

美國弗羅里達國立大學Robert．A．Holton教授領導的研究小組從1983年開始進行紫杉醇全合成研究工作，歷經十二年，于1994年成功完成了全合成10-12]。該法已被BMS公司用于工業(yè)化生產紫杉醇。Holton法采用了由A環(huán)開始到AB環(huán)、然后到C環(huán)、最后到D環(huán)的線性合成戰(zhàn)略。現(xiàn)在是16頁\一共有64頁\編輯于星期二

價廉易得的樟腦5為起始原料，經多步反應制得關鍵中間體6。6由R．A．Holton發(fā)展的環(huán)氧醇裂解反應定量轉化為具AB環(huán)系的7。經羥醛縮合及類似Chan重排分別引入C一7和C一4，接著引入C一1，C一2含氧基得8，再經Dieck—marL|l環(huán)化反應完成C環(huán)構建得具ABC三環(huán)體系的中間體9。9用Po~er—Danishefsky法建立D環(huán)時，最難的是引入4乙?；统?3一OTBS保護基?，F(xiàn)在是17頁\一共有64頁\編輯于星期二樟腦中間體環(huán)氧醇裂解AB環(huán)羥醛縮合Dieck—marL|l環(huán)化現(xiàn)在是18頁\一共有64頁\編輯于星期二現(xiàn)在是19頁\一共有64頁\編輯于星期二關鍵反應環(huán)氧醇裂解反應Chan重排Dicckmann環(huán)化反應（Dieekmann反應常用于合成五～七元環(huán)脂酮類化合物，故也被稱為環(huán)脂酮類合成法。）D環(huán)的合成現(xiàn)在是20頁\一共有64頁\編輯于星期二

Holton法以氧化綠葉烯4做為其全合成的起始物，（由綠葉烯或藿香醇或龍腦得到），其含有構建紫杉醇母核骨架20個碳原子中的15個。

如果不計引入側鏈反應而從起始物計，此路線經歷37步，產率約為0．1％。在此全合成路線中，Chan重排反應是最關鍵的反應(圖4)?，F(xiàn)在是21頁\一共有64頁\編輯于星期二氧化綠葉烯重排、環(huán)氧化Chan重排Dieckmann縮合反應現(xiàn)在是22頁\一共有64頁\編輯于星期二Holton研究組還出色地完成了下列具有挑戰(zhàn)性的工作①首次詳細研究了紫杉醇中多取代八元環(huán)的構象，并通過仔細控制八元碳環(huán)構象在B環(huán)周圍引入合適的功能基；②完成了紫杉烷骨架的構建；③首次合成紫杉烷類化臺物taxtusin；④成功地半合成紫杉醇，并用于工業(yè)化生產；⑤發(fā)展了可定量轉化的環(huán)氧醇裂解反應，用于合成種種含雙環(huán)[5、3、1]骨架的有機分子D]；@完善并豐富了Chart重排反應和Dieckmann環(huán)化反應?，F(xiàn)在是23頁\一共有64頁\編輯于星期二二、Nicolaou全合成路線(1994)

美國加利福尼亞大學圣迭戈分校KyfiacosCostaNicolaou教授領導的研究小組1994年1O月報了一條紫杉醇全合成的路線-1"J。Nicolaou法采非常簡明的會聚式合成戰(zhàn)略，先分別得到含六元的A環(huán)化合物和c環(huán)化合物，然后通過反應將A環(huán)與C環(huán)連接起來并形成在其中間的含有8元環(huán)的B環(huán)，這樣就得到了含有ABC環(huán)的化合物，最后完成D環(huán)的構建并連接上側鏈?，F(xiàn)在是24頁\一共有64頁\編輯于星期二

首先應用縮合反應、Diels—Alder等反應分別得到含A環(huán)和c環(huán)結構的化合物13和l6，然后通過Shairocoupling反應將A環(huán)與C環(huán)連接在一起構建含AC環(huán)結構的化合物17，再將化合物17的c9和CIO位氧化成二醛(化合物18)，18經過McMurrycoupling反應得到了含ABC環(huán)結構的化合物19，然后再通過若干反應完成D環(huán)的構建得到化合2O，從而得到了BaccatinIII(2)，最后再與-lactam(3)反應連接上側鏈而得到最終產物紫杉醇(1)。

現(xiàn)在是25頁\一共有64頁\編輯于星期二縮合反應Diels—AlderShairocouplingMcMurrycoupling現(xiàn)在是26頁\一共有64頁\編輯于星期二

在Hohon和Nicolaou取得紫杉醇全合成成就兩年后，美國哥倫比亞大學化學系SamuelJ．Danishefsky教授領導的研究小組也公開發(fā)表了一條紫杉醇全合成路線¨。與Nicolao法全合成路線有許多類似之處，如先分別得到含A環(huán)和C環(huán)的化合物，Danishefsky法也歸人“會聚式”全合成策略。Dan—ishefsky法最主要的不同點是在開始階段就在c環(huán)上引人含氧D環(huán)，得到含CD環(huán)化合物，然后再連接上A環(huán)，最后再完成八元B環(huán)的構建從而得到AB．CD環(huán)。Danishefsky法路線的關鍵是對C4位的羥基采用了芐基進行保護而非乙?；?，因此可避免鄰位基團的參予干擾。三、Danishefsky全合成路線(1996)現(xiàn)在是27頁\一共有64頁\編輯于星期二制備CD環(huán)體系(化合物22)是通過Wieland—Mischer酮(化合物21)為起始物完成的，化合物21作為較易得到手性化合物決定了以后反應產物以及最終產物紫杉醇的立體構型?；衔?2與含A環(huán)的化合物23連接得到含A—CD環(huán)的化合物24?；衔?4再利用分子內的Heck反應環(huán)合成B環(huán)從而得到含ABCD環(huán)的化合物25，再通過進一步的氧化等反應得到化合物26，26最終通過適當?shù)难趸确磻D化為BaccatinIII(2)和紫杉醇(1)。在最后引入側鏈時也采用了ojimacoupling反應(圖6)?，F(xiàn)在是28頁\一共有64頁\編輯于星期二Wieland—Mischer酮Heck反應環(huán)現(xiàn)在是29頁\一共有64頁\編輯于星期二四、Wender全合成路線(1997)

美國斯坦弗大學PaulA．Wender教授領導的小組研究的紫杉醇全合成路線，墻類似Holton路線，采用了直線合成戰(zhàn)略，即由含A環(huán)化合物合成含AB環(huán)化合物，然后構建含ABC環(huán)化合物，最后完成ABCD環(huán)的合成。現(xiàn)在是30頁\一共有64頁\編輯于星期二

將天然產物蒎烯(pinene)的氧化物verhenon(化合物27)為起始原料，化合物27含有A環(huán)結構且可提供紫杉醇母核骨架中20個碳中的1O個碳原子。經過若干步反應將27轉化為化合物31，再將化合物31轉化為化合物32，完成了AB環(huán)的構建。然后通過在C．3位上設計的反應以及氧化反應得到化合物34、35，進一步通過醇醛縮合得到化合物36、37，這樣就完成了c環(huán)的構建。再通過C．5位溴代、c4和C-20臭氧化完成了含氧D環(huán)的構建(化合物38)，最后得到了BaccatinIII(2)，再完成C．10乙?；芭c側鏈的加成反應等，最終完成了紫杉醇的全合成(圖7)現(xiàn)在是31頁\一共有64頁\編輯于星期二verhenon現(xiàn)在是32頁\一共有64頁\編輯于星期二五、Kuwajima全合成路線(1998)

日本東京科技研究院IsaoKuwajima教授領導的紫杉醇全合成研究小組采用了A+c—Ac—ABc—ABcD的會聚法合成路線∞，其類似于Nico—laou法和Danishefsky法。由現(xiàn)在是33頁\一共有64頁\編輯于星期二

由炔丙醇(propargylalco—ho1)為起始物經過16步反應制備了含A環(huán)體系的化合物39，再與含c環(huán)結構的化合物4O偶合得到含AC環(huán)的化合物4l、42，化合物42通過一個新穎的環(huán)化反應完成八元B環(huán)的構建從而得到含ABC環(huán)骨架的化合物43，進一步反應可得到化合物44、45，通過環(huán)丙烷中問體在化合物45中引人C一8位甲基得到化合物46，在通過一系列引人保護基團完成c一1O位乙?；玫交衔?7，再通過臭氧化等反應完成含氧D環(huán)的合成。最終制備出baccatinIII(2)和紫杉醇(1)(圖8)?；衔?O是由2一溴．2．環(huán)已烯酮經八步反應制得?，F(xiàn)在是34頁\一共有64頁\編輯于星期二偶合現(xiàn)在是35頁\一共有64頁\編輯于星期二六、Mukaiyama全合成路線(1998)

1998年日本東京大學應用化學系TeruakiMu—kaiyama教授領導的研究小組報道了一條采用直線．會聚聯(lián)合戰(zhàn)略合成紫杉醇的獨特路線[2。Mu—kaiyama全合成法戰(zhàn)略是先建造B環(huán)，然后得到BC環(huán)骨架，再由BC環(huán)構建含ABC環(huán)骨架的化合物，進而繼續(xù)反應得到含ABCD環(huán)的化合物，最終得到BaccatinIII(2)和目標產物紫杉醇(1)?，F(xiàn)在是36頁\一共有64頁\編輯于星期二以48為起始反應物，通過加人適合的保護基團等反應可得到構象非常合適的線型化合物49、50，再通過進行環(huán)化得到立體化學非常明確的含有B環(huán)的化合物51、52，然后通過Mi—chael加成得到化合物53，再通過分子內的完成C環(huán)與B環(huán)的構建(化合物54)。通過在化合物54上C一1引入烯丙基和分子內的完成了ABC環(huán)的結構(化合物55、56、57)，再通過溴代入臭氧化等反應引入D環(huán)。最后再完成側鏈的加入，從而最終得到了目標產物紫杉醇(1)(圖9)。開鏈化合物醇醛縮合醇醛縮合Pinacol反應現(xiàn)在是37頁\一共有64頁\編輯于星期二Mi—chael加成醇醛縮合現(xiàn)在是38頁\一共有64頁\編輯于星期二解決辦法（三）化學合成全合成1994年獲得成功現(xiàn)有六種途徑半合成以10-DABⅢ和BaccatinⅢ作為半合成原料獲得紫杉醇新方法用10-DAT缺點：合成過程相對復雜（11步化學轉化和7步分離）缺點：1、合成過程煩瑣復雜，幾十步2、費用高，化學試劑昂貴3、總收率太低（2%）優(yōu)點：1、原料枝葉含量豐富、提取相對容易，充分利用再生資源2、產率高3、最具實用價值可以工業(yè)化生產4、獲取紫杉醇構效關系信息，進行結構改造現(xiàn)在是39頁\一共有64頁\編輯于星期二4)半合成紫杉醇母核：紅豆杉針葉中提取BaccatinIII（R=Ac）和10-去乙?；涂ㄍII（10-DAB，R=H）側鏈：化學合成；側鏈：(2R,3S)-3-N--苯甲酰苯異絲氨酸避免了合成紫杉醇復雜的母環(huán)部分紫杉醇生產工藝概述現(xiàn)在是40頁\一共有64頁\編輯于星期二第六章生產工藝1)非手性側鏈2)手性側鏈3)側鏈前體物6.2紫杉醇側鏈原料制備工藝現(xiàn)在是41頁\一共有64頁\編輯于星期二第六章生產工藝1)非手性側鏈原料:反式肉桂酸缺點:活性側鏈選擇性較差

現(xiàn)在是42頁\一共有64頁\編輯于星期二第六章生產工藝

2)手性側鏈原料:2R,3S-苯基異絲氨酸衍生物方法:有雙鍵不對稱氧化法和醛醇反應法

現(xiàn)在是43頁\一共有64頁\編輯于星期二第六章生產工藝

2)手性側鏈雙鍵不對稱氧化法合成手性紫杉醇側鏈的路線現(xiàn)在是44頁\一共有64頁\編輯于星期二第六章生產工藝

2)手性側鏈醛醇反應法合成手性紫杉醇側鏈的路線

現(xiàn)在是45頁\一共有64頁\編輯于星期二第六章生產工藝

3)側鏈前體物原料:環(huán)狀側鏈前體有－內酰胺型噁唑烷羧酸型、噁唑啉羧酸型和噁嗪酮型現(xiàn)在是46頁\一共有64頁\編輯于星期二立體構型控制現(xiàn)在是47頁\一共有64頁\編輯于星期二第六章生產工藝

3)側鏈前體物β-內酰胺型紫杉醇側鏈前體物的合成路線現(xiàn)在是48頁\一共有64頁\編輯于星期二6.3.1β-內酰胺側鏈前體的制備6.3.2母環(huán)的保護6.3.3紫杉醇的制備6.3紫杉醇半合成工藝過程紫杉醇生產工藝半合成工藝現(xiàn)在是49頁\一共有64頁\編輯于星期二1、乙?；Ｂ鹊闹苽洌呼然宜幔阂阴Ｂ龋憾讈嗧浚?：3：3第一步：60℃；第二步：70℃紫杉醇生產工藝工藝質控β-內酰胺側鏈前體制備的質量控制現(xiàn)在是50頁\一共有64頁\編輯于星期二在甲醇中混合、攪拌，室溫下反應4h。紫杉醇生產工藝工藝質控2、N-苯亞甲基-4-甲氧基苯胺（亞胺）的制備現(xiàn)在是51頁\一共有64頁\編輯于星期二基礎四元環(huán)的合成紫杉醇生產工藝cis-1-對甲氧基苯基-3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮現(xiàn)在是52頁\一共有64頁\編輯于星期二投料比：亞胺:乙酰氧基乙酰氯:三乙胺為1:2:3，條件：低溫（<-20℃），反應8－10h。環(huán)加成產物為單一順式或反式異構體，產物的立體構型取決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)加成產物為順式。紫杉醇生產工藝工藝質控3、基礎四元環(huán)的制備現(xiàn)在是53頁\一共有64頁\編輯于星期二氧化四元環(huán)(cis-3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮

)的合成水解四元環(huán)(cis-3-羥基-4-苯基-2-吖叮啶酮

)的合成現(xiàn)在是54頁\一共有64頁\編輯于星期二氧化反應：投料比為基礎四元環(huán):硝酸鈰銨為1:5（質量比）。水解反應：投料比為氧化四元環(huán):硝酸鈰銨為1:3（摩爾比），溶劑為飽和碳酸氫鈉-甲醇溶液。室溫下反應。4、氧化四元環(huán)與水解四元環(huán)的制備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，乙酸乙酯重結晶。水、飽和亞硫酸氫鈉溶液和飽和碳酸氫鈉洗滌，旋轉蒸發(fā)，得到白色固體，用乙酸乙酯-正己烷重結晶。第一種方法堿用量較大，產品損失重，時間長，萃取液變黑，影響收率。第二種方法，洗滌較少，簡化操作，提高收率，產品晶型和純度較理想。紫杉醇生產工藝工藝質控現(xiàn)在是55頁\一共有64頁\編輯于星期二硅化四元環(huán)(cis-3-(三乙硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮

)的合成現(xiàn)在是56頁\一共有64頁\編輯于星期二投料比：水解四元環(huán):三乙基氯硅烷為180:250，室溫下反應8－12h。

保持反應體系的單一性，防止其它具有較強酸性或親電性試劑的介入。反應所需的各種試劑都要經過嚴格的處理，除去其中所含水分和醇類，只有這樣才能保證較高的收率。5、硅化四元環(huán)的制備紫杉醇生產工藝工藝質控現(xiàn)在是57頁\一共有64頁\編輯于星期二對接四元環(huán)(cis-1-苯甲?；?3-(三乙硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮)的合成現(xiàn)在是58頁\一共有64頁\編輯于星期二投料比：四元環(huán):苯甲酰氯:三乙胺為2:1:2。室溫下反應8~12h。必須不斷除去反應中生成的HCl，以防止其與亞氨基生成鹽，加入了三乙胺來中和生成的HCl。必須要保證整個反應體系的單一性，不可混入其它的能被DMAP催化的活性物質。反應時可加入過量的PhCOCl以保證3-(1-乙氧乙氧基)-4-苯基-2-吖叮啶酮的完全轉化。6、對接四元環(huán)的制備紫杉醇生產工藝工藝質控現(xiàn)在是59頁\一共有64頁\編輯于星期二巴卡亭III（BaccatinIII）的保護以Et3Si作為巴卡亭III的7-羥基保護基；以吡啶為溶劑；巴卡亭III與三乙基氯硅烷的摩爾比為1:40BaccatinIIIOHOAcOHOOOOHOOCH