泊沙康唑(API)生產(chǎn)化工藝研究及雜質(zhì)譜分析

郭彥飛，蓸 衛(wèi)，包玉盛，劉婷婷

(南京海融醫(yī)藥科技股份有限公司，江蘇南京 211100)

1 泊沙康唑簡(jiǎn)介

泊沙康唑主要適用于念珠菌屬、隱球菌屬真菌引起的真菌血癥，呼吸、消化道、尿路真菌病，腹膜炎、腦膜炎等。臨床上可用于曲霉病、接合菌病及鐮刀菌病的治療，亦可用于部分氟康唑耐藥的念珠菌屬感染的治療。研究表明，泊沙康唑能廣泛有效地治療暗色絲孢霉病［1］，提高皮炎外瓶霉感染者的生存率，作用呈劑量依賴性。泊沙康唑(posaconazole)是伊曲康唑的衍生物，最早2005年10月25日在歐洲首次上市的第二代三唑類(lèi)抗真菌藥物，美國(guó)的FDA于2006年上市，商品名為NOXAFIL，原研廠家為SCHERING，美國(guó)FDA于2009年9月15日又批準(zhǔn)了泊沙康唑口服混懸液，于2013年11月25日批準(zhǔn)緩釋片劑，其緩釋片劑型有兩種劑型，分別為100mg緩釋片和40mg/ml口服混懸液。又由2014年3月14日批準(zhǔn)靜脈注射劑，靜脈劑型特別適用于需要靜脈給藥或者不能口服用藥的患者。而且，部分患者可在初始治療時(shí)選用Noxafil注射劑，之后逐漸轉(zhuǎn)為口服劑型等。據(jù)介紹，Noxafil三種劑型均適用于免疫功能?chē)?yán)重低下能夠感染侵襲性曲霉菌和假絲酵母菌感染的高風(fēng)險(xiǎn)人群，比如:接受造血干細(xì)胞移植后，易患移植物抗宿主病的患者;因化療導(dǎo)致中性粒細(xì)胞減少的惡性血液病患者。

泊沙康唑化學(xué)名稱:4－［4－［4－［4－［［(3R，5R)－5－(2，4－二 氟苯基)－5－(1，2，4－三唑 －1－基甲基)氧雜戊環(huán)－3－基］甲氧基］苯基］哌嗪－1－基］苯基］－2－［(2S，3S)－2－ 羥基戊 －3－基］－1，2，4－三唑 －3－酮;分子式:C37H42F2N804;相對(duì)分子質(zhì)量:700.33;CAS登記號(hào)171228－49－2。

結(jié)構(gòu)式:

2 路線篩選及工藝優(yōu)化

文獻(xiàn)［2－4］報(bào)道了泊沙康唑中間體的合成路線:(1)以2－(2，4－二氟苯基)丙烯醇為原料經(jīng)Sharpless環(huán)氧化，親核取代、縮合、還原等10步反應(yīng)得到片段2。

(2)以2－羥基丙酸甲酯為原料，經(jīng)親核取代、水解、還原、加成等一系列反應(yīng)合成化合物 a，以4－甲氧基苯基哌嗪鹽酸鹽和對(duì)氯硝基苯為原料，經(jīng)偶聯(lián)、還原、傅克反應(yīng)、脫甲基化得b，再由a與b偶聯(lián)得到化合物1。

在片段2的制備過(guò)程中用Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)生成環(huán)氧化物時(shí)，需使用手性試劑 L－DET(L－酒石酸 二乙酯)以及一些不穩(wěn)定試劑，如(i－PrO)4Ti(四異丙醇鈦)和 TBHP(叔丁基過(guò)氧化氫)。另外，此路線多個(gè)反應(yīng)用 NaH做堿，危險(xiǎn)大，片段2 共 計(jì) 10 步 反 應(yīng)，現(xiàn) 有 文 獻(xiàn) 收 率 (7.9%［5］，6.7%［6］，10.6%［7］)周期長(zhǎng)，收率低，不環(huán)保。片段1共計(jì)分為兩個(gè)部分，也是共計(jì)10步反應(yīng)，總文獻(xiàn)收率也只在5%［8－10］左右，在片段1的合成過(guò)程中用到重金屬及脫甲基試劑BBr3，高毒，環(huán)境不友好。從藥物申報(bào)的角度考慮，在GMP車(chē)間不適合進(jìn)行這種步驟長(zhǎng)，周期長(zhǎng)，環(huán)境不友好的工藝。因此我們將以片段1及片段2為起始原料，基于QBD的理念設(shè)計(jì)優(yōu)化合成工藝，設(shè)計(jì)出適合于GMP車(chē)間進(jìn)行大生產(chǎn)的工藝，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前的藥物審評(píng)法規(guī)進(jìn)行雜質(zhì)譜的分析與研究

基于片段1與片段2為兩個(gè)起始物料的合成路線如下:

在步驟一的反應(yīng)中，根據(jù)文獻(xiàn)［4］報(bào)道的反應(yīng)條件1 g的反應(yīng)底物加入5倍量DMF為溶劑，然后再加入25%氫氧化鈉水溶液在室溫下反應(yīng)30 h，在小試工藝研究中我們根據(jù)文獻(xiàn)進(jìn)行了復(fù)核，發(fā)現(xiàn)在室溫下反應(yīng)至48h，片段1始終反應(yīng)不完，我們分別針對(duì)反應(yīng)溫度及氫氧化鈉的量進(jìn)行了小試研究，在此條件下原料始終反應(yīng)不完。改用NaH做堿，DMF為溶劑，控溫5～10℃攪拌30 h，可以反應(yīng)完全，但是雜質(zhì)譜明顯比用氫氧化鈉做堿要多，另外改用NaH做堿，DMF為溶劑，控溫55℃ ±5℃攪拌10 h，可以反應(yīng)完全，但雜質(zhì)譜較雜，不經(jīng)純化直接進(jìn)行下一步反應(yīng)，不能得到單雜小于0.1%的產(chǎn)品。考慮到NaH在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的氫氣，同時(shí)NaH自身遇到潮濕的物品也會(huì)產(chǎn)生氫氣，甚至發(fā)生爆炸，因此考慮到將來(lái)GMP車(chē)間的工業(yè)化生產(chǎn)，我們重新以氫氧化鈉做堿進(jìn)行工藝優(yōu)化，同樣得到了良好的反應(yīng)效果，且中間體三只需一次結(jié)晶純化，通過(guò)我們GMP車(chē)間的中試放大，證明工藝成熟穩(wěn)定，具體工藝如下:

首先將1 kg氫氧化鈉與純化水加入配液桶中，攪拌均勻，配成25%的氫氧化鈉溶液，降至室溫，備用;在100L反應(yīng)釜中加入DMSO(50L)，開(kāi)啟攪拌加入片段1(5 kg)，將配制好的氫氧化鈉水溶液滴加入含有片段1的反應(yīng)釜中，控溫低于25℃，滴加完畢，控溫30以下，慢慢加入片段2(4.5 kg)，加料完畢控溫40℃ ±5℃，攪拌反應(yīng)15 h，TLC監(jiān)控至片段1反應(yīng)完全，反應(yīng)終止，將反應(yīng)液倒入200L反應(yīng)釜中加入純化水150L，室溫析晶1h，過(guò)濾，純化水淋洗三次;45℃ ±5℃，50L雙錐真空干燥，得到中間體3，6.62kg，收率 86.4%，HPLC 純度 97.46%，［M+H］+的 m/z為791.6，［M+Na］+的 m/z為 813.5(圖1)，核磁 δ(ppm，DMSO － d6):8.304 ～8.340(dd，2H)，7.777(s，1H)，7.46～7.489(m，2H)，7.094 ～ 7.314(m，9H)，6.931 ～ 7.012(m，3H) ，6.796 ～6.825(m，2H)，4.514 ～ 4.590(m，3H)，4.252 ～4.292(d，1H)，3.979 ～4.058(m，2H)，3.683 ～ 3.798(m，4H)，3.166 ～3.326(m，9H)，2.501 ～ 2.535(m，2H)，2.148 ～ 2.174(m，1H)，1.729 ～1.753(m，2H)，1.214 ～ 1.235(d，3H)，0.763～0.811(m，3H)(圖2)。

在步驟二的反應(yīng)中，根據(jù)文獻(xiàn) WO2013042138A2［11］和US2014343285A1(同族)，在甲醇中加入中間體3，加入10%鈀碳，在0.4～0.5MPa氫氣壓力下50℃反應(yīng)4h，可以反應(yīng)完全。另?yè)?jù)文獻(xiàn)［12］采用常壓氫化在甲醇中加入中間體3，加入10%鈀碳，通過(guò)加入酸來(lái)提高轉(zhuǎn)化率，加入的酸有機(jī)酸如甲酸，無(wú)機(jī)酸如鹽酸等，經(jīng)小試研究，在不加壓的情況不能夠反應(yīng)完全。氫化反應(yīng)無(wú)論是高壓氫化還是常壓氫化都需要在氫化車(chē)間進(jìn)行，還需要建立氫化車(chē)間，投入大，周期長(zhǎng)，因此通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研及工藝摸索尋求更優(yōu)的脫芐基條件。根據(jù)文獻(xiàn)［4］，直接用氫溴酸做氫源及做溶劑，加熱至50℃反應(yīng)2～3h，可反應(yīng)完全。經(jīng)小試研究及不斷的純化摸索，發(fā)現(xiàn)始終有酸降解雜質(zhì)無(wú)法控制在0.1%以下，不能夠達(dá)到作為API的要求。HPLC圖譜如圖3所示。

圖1 泊沙康唑中間體質(zhì)譜譜圖

圖2 泊沙康唑中間體核磁圖譜

圖3 HPLC圖譜

因此考慮到將來(lái)GMP車(chē)間的工業(yè)化生產(chǎn)，我們?cè)诖搜芯康幕A(chǔ)上改用鹽酸作為氫源及溶劑，進(jìn)行工藝優(yōu)化，同樣得到了良好的反應(yīng)效果，通過(guò)我們GMP車(chē)間的中試放大，證明工藝成熟穩(wěn)定，具體工藝如下:

在裝配有尾氣吸收裝置的100L反應(yīng)釜中，加入66L鹽酸與6.6kg中間體3開(kāi)啟攪拌，開(kāi)啟加熱裝置，將反應(yīng)液升溫至40～45℃，保溫反應(yīng)7 h，TLC監(jiān)控至反應(yīng)完全，反應(yīng)終止后，將反應(yīng)液降溫至10℃，加入二氯甲烷，將配置好的氫氧化鈉水溶液滴加入反應(yīng)瓶中，調(diào)節(jié)pH值8～10，滴加過(guò)程，控制反應(yīng)液溫度不高于20℃，滴加完畢，停止攪拌，靜置20min分層，有機(jī)相備用，水相用二氯甲烷萃取兩次(攪拌20min，靜置20min)，合并三次有機(jī)相，10%氫氧化鈉洗滌一次，飽和氯化鈉溶液洗滌兩次，有機(jī)相減壓濃縮真空(－0.08MPa)至液體無(wú)滴出，向蒸餾物中加入正己烷40L攪拌打漿30min，過(guò)濾，濾餅40～45℃，雙錐真空(－0.09MPa)減壓干燥6h，每2h，翻料一次。得到為泊沙康唑粗品5.41kg，收率為92.3%。

精制:在100 L反應(yīng)釜中加入65kg甲醇，加入泊沙康唑粗品5.4kg，加熱升溫至55～60℃，全部溶解后，經(jīng)0.5um濾膜導(dǎo)入潔凈間100L結(jié)晶釜中，然后降溫至0～5℃，攪拌析晶2h，離心，濾餅，雙錐40～45℃，真空(－0.09MPa)減壓干燥7h，得到白色泊沙康唑精制品4.52kg，收率83.7%。經(jīng)質(zhì)譜檢測(cè)［M+H］+的 m/z為701.4，［M+Na］+的 m/z為 723.4(圖4)，核磁 δ(ppm，DMSO － d6):8.321 ～8.338(d，2H)，7.777(s，1H)，7.498～7.527(m，2H)，7.233 ～ 7.309(m，2H)，7.087 ～ 7.116(m，2H)，6.927 ～ 7.012(m，3H)，6.790 ～ 6.819(m，2H)，4.573 ～4.656(m，3H)，4.000 ～4.052(m，1H)，3.674 ～ 3.805(m，5H)，3.159 ～3.303(m，9H)，2.365 ～ 2.432(m，1H)，2.100 ～ 2.169(m，1H)，1.683 ～1.729(m，2H)，1.109 ～ 1.256(d，3H)，0.719～0.767(m，3H)(圖5)。

圖4 泊沙康唑成品質(zhì)譜譜圖

圖5 泊沙康唑成品核磁圖譜

目前泊沙康唑在步驟二中大部分企業(yè)還是采用鈀碳?xì)浠姆椒ǎ捎免Z作催化劑，不可避免引入重金屬鈀。2018年以來(lái)，歐盟、美國(guó)對(duì)元素雜質(zhì)的要求越來(lái)越嚴(yán)格，中國(guó)在加入ICH之后對(duì)此項(xiàng)檢測(cè)也會(huì)向國(guó)際靠攏。根據(jù)EMA對(duì)金屬催化劑殘留的相關(guān)規(guī)定及其解釋?zhuān)Z屬于2B類(lèi)金屬，其限度為10ppm，必須采用ICP－MS法檢測(cè)，目前大部分制藥企業(yè)還沒(méi)有ICP－MS，只能委托檢驗(yàn)，時(shí)效上得不到保證。本工藝路線沒(méi)有苛刻條件，操作安全，反應(yīng)簡(jiǎn)單，后處理方便，完全可以在普通的原料藥GMP車(chē)間進(jìn)行生產(chǎn)。

3 雜質(zhì)譜分析

泊沙康唑有四個(gè)手性中心，理論上有15個(gè)異構(gòu)體(圖6)，所有異構(gòu)體均是由片段1與片段2引入，合成難度較大，周期長(zhǎng)，而且大大增加了泊沙康唑終產(chǎn)品方法學(xué)研究的工作量，因此我們需要從源頭對(duì)雜質(zhì)譜進(jìn)行中控，通過(guò)理論分析、定向合成與色譜技術(shù)制備分離，可合成制備的雜質(zhì)如圖7所示。

圖6 片段1與片段2異構(gòu)體

圖7 泊沙康唑成品中通過(guò)定向合成及色譜技術(shù)可分離制備的異構(gòu)體雜質(zhì)

4 小結(jié)

通過(guò)定向合成及色譜分離技術(shù)，制備從起始原料至泊沙康唑成品的全系列雜質(zhì)，并對(duì)分析方法進(jìn)行了充分的摸索與方法學(xué)驗(yàn)證，分析指導(dǎo)合成工藝的開(kāi)發(fā)，通過(guò)多批次的小試中試的工藝研究，此生產(chǎn)工藝合理有效，具有重現(xiàn)性和可靠性，能確保生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量符合要求，適合于原料藥GMP車(chē)間放大生產(chǎn)。