鹽酸胺碘酮合成路線及雜質控制策略分析

劉存領,王飛龍,侯秋玲,王玲玉,尹彩霞

(1.山東方明藥業集團股份有限公司,山東 菏澤 274500;2.菏澤市食品藥品檢驗檢測研究院,山東 菏澤 274500)

鹽酸胺碘酮是由LaboratoireLabaz于19世紀60年代初期合成的苯并呋喃衍生物,為Ⅲ類抗心律失常藥物。鹽酸胺碘酮片劑于1966年12月在法國獲批上市,鹽酸胺碘酮注射液最早于1977年2月19日在法國上市銷售,規格為3 mL/150 mg,商品名為Cordarone,之后該注射液在歐洲其他國家獲批上市。目前,賽諾菲公司的鹽酸胺碘酮注射液原研制劑已進口中國,規格為3 mL/150 mg,商品名為可達龍,臨床用于不宜口服給藥時治療嚴重的心律失常,包括房性心律失常伴快速室性心律、W-P-W綜合征的心動過速、嚴重的室性心律失常、體外電除顫無效的室顫相關心臟停博的心肺復蘇[1]。

注射液的質量與其原料藥的有關物質限度水平密切相關,鹽酸胺碘酮原料藥的雜質限度水平又與其選擇的合成路線,起始物料雜質水平及中間體雜質限度及成品標準中雜質限度控制水平密切相關,本文就該原料藥合成的路線、起始物料、中間體及成品等有關物質雜質限度的設計情況進行綜述分析,以期達到不斷提高原料藥雜質控制水平的目的。

1 鹽酸胺碘酮合成路線分析

鹽酸胺碘酮首先由比利時Marly氮氣和化學產品公司合成,有多條合成路線,文獻報道的合成工藝路線有[2]:

1.1 合成路線一

以1-溴代-2-戊酮和水楊醛為起始物料,經環合,還原,制備得到關鍵中間體2-丁基苯并呋喃,然后經與對甲氧基苯甲酰氯傅克反應,脫甲基,碘代,與2-二乙氨基氯乙烷鹽酸鹽縮合步驟制得鹽酸胺碘酮。該路線雖然步驟較短,但反應條件較為苛刻,有多步高溫反應,需特殊生產設備,另外,起始物料1-溴代-2-戊酮無供應。

1.2 合成路線二

以2-溴代己酸甲酯和水楊醛為起始物料,經縮合,水解,環合三個步驟制得關鍵中間體2-丁基苯并呋喃,與路線一一樣,2-丁基苯并呋喃與對甲氧基苯甲酰氯在路易斯酸催化下發生傅克反應,經脫甲基,碘代,與2-二乙氨基氯乙烷鹽酸鹽縮合制備得到鹽酸胺碘酮。

1.3 合成路線三

以對羥基苯甲酸為起始物料,經碘代,乙酰化,氯代得到4-(氯羰基)-2,6-二碘苯基乙酸酯(酰氯中間體),再與2-丁基苯并呋喃發生傅克反應,然后脫去乙酰基,最后與2-二乙氨基氯乙烷鹽酸鹽縮合得到鹽酸胺碘酮。酰氯中間體分子結構中兩個碘原子的存在,位阻很大,使得該化合物與2-丁基苯并呋喃的傅克反應較難進行,且得到的產物呈黏膠狀,難以分離。

1.4 合成路線四

該路線與路線三類似,相比路線三,取消了乙酰基保護和脫保護操作,雖然步驟少,但未加保護的酚羥基活性高,導致副產物增加,產物不易分離。

1.5 合成路線五

以氯乙酸和水楊醛為起始物料,經八個合成步驟得到鹽酸胺碘酮,該路線步驟長,工藝復雜,用到氯乙酸,乙酸酐,正丁酸酐,水合肼等高毒高危試劑,不易實現工業化生產,且該路線總收率較低,只有20%～25%,成本較高。綜合以上,各合成路線均用到關鍵中間體2-丁基苯并呋喃,主要區別是2-丁基苯并呋喃的合成工藝不同。由2-丁基苯并呋喃制備鹽酸胺碘酮仍需要4步合成,一步精制,因此,確定以2-丁基苯并呋喃為制備胺碘酮的起始物料,是完全可以的,即首先是2-丁基苯并呋喃與對甲氧基苯甲酰氯發生傅克反應生成中間體1,中間體1在強路易斯酸作用下脫去甲基生成中間體2,然后經過碘代步驟后與2-二乙氨基氯乙烷鹽酸鹽縮合生成胺碘酮,胺碘酮與鹽酸成鹽得到鹽酸胺碘酮粗品,最后經過重結晶精制得到鹽酸胺碘酮。

2 鹽酸胺碘酮關鍵起始物料雜質情況分析

鹽酸胺碘酮生產工藝首先是2-丁基苯并呋喃與對甲氧基苯甲酰氯發生傅克反應生成中間體1,中間體1在三氯化鋁作用下脫去甲基生成中間體2,然后經過碘代步驟后與2-二乙氨基氯乙烷鹽酸鹽縮合生成胺碘酮,胺碘酮與鹽酸成鹽得到鹽酸胺碘酮粗品,最后經過乙醇重結晶精制得到鹽酸胺碘酮。因此2-丁基苯并呋喃與2-二乙氨基氯乙烷鹽酸鹽作為鹽酸胺碘酮的重要結構片段,是生產鹽酸胺碘酮的關鍵起始物料。

為了保證與藥品制劑關聯的原料藥的安全性和有效性,2-丁基苯并呋喃與2-二乙氨基氯乙烷鹽酸鹽作為原料藥鹽酸胺碘酮的顯著結構組成,被指定為起始物料,是商業化可獲得的化學合成品。選擇依據如下:

從鹽酸胺碘酮結構式看,鹽酸胺碘酮的結構主要由三部分組成,苯并呋喃片段、二碘苯基甲酮片段與二乙氨基片段,這三個主要結構片段分別來自于2-丁基苯并呋喃、對甲氧基苯甲酰氯與2-二乙氨基氯乙烷鹽酸鹽,鹽酸胺碘酮制備方面的文獻,基本上都采用2-丁基苯并呋喃、對甲氧基苯甲酰氯與2-二乙氨基氯乙烷鹽酸鹽這三個化合物作為起始物料制備。

2.2-丁基苯并呋喃、對甲氧基苯甲酰氯與2-二乙氨基氯乙烷鹽酸鹽結構明確,已經實現成熟的商業化生產,在市場上容易獲得,其質量穩定。而且關鍵起始物料距離成品還有四步合成步驟、一步精制步驟,合成路線的長度保證了鹽酸胺碘酮成品質量的穩定性與起始物料中各雜質在成品中的徹底去除。

從鹽酸胺碘酮合成路線看,2-丁基苯并呋喃與2-二乙氨基氯乙烷鹽酸鹽的結構并不復雜,根據“以源為始”的雜質分析思路對起始物料雜質譜進行了深入的分析,對起始物料質量影響下一步反應的因素進行了嚴格控制,并對起始物料制定了嚴格的質量標準,充分保證在其質量標準范圍內能夠生產出合格的中間體與成品。

2.1 2-丁基苯并呋喃雜質分析

首先根據關鍵起始物料2-丁基苯并呋喃合成工藝分析其雜質情況,并對起始物料進行雜質研究,2-丁基苯并呋喃常溫條件下為油狀液體,由供應商提供的合成路線分析可知,2-丁基苯并呋喃生產,最后通過減壓蒸餾得到,其中的雜質主要是合成2-丁基苯并呋喃過程中殘留的原料和中間體。

水楊醛與2-溴己酸甲酯,是合成2-丁基苯并呋喃的起始物料,在制備2-丁基苯并呋喃的過程中,二者絕大部分參與反應生成中間體1,由于這兩個化合物常溫下均為液體,制備2-丁基苯并呋喃的各個中間體也都是液體,因此,很難通過后處理將它們完全除去,少量未參與反應的水楊醛和2-溴己酸甲酯,一部分在各步后處理過程中除去,一部分可能在最后減壓蒸餾過程中與2-丁基苯并呋喃一起蒸餾出來。

水楊醛的分子結構中含有醛基,屬于基因毒性雜質警示結構,AMES試驗結果為陰性,故按照普通雜質控制。多批2-丁基苯并呋喃進行了檢測,檢測結果顯示,水楊醛的含量均<0.15%,故控制其限度為0.15%。

2-溴己酸甲酯有氯代烷烴基因毒性警示結構,經軟件測試,結果為陰性,不單獨控制。

2-溴己酸為2-溴己酸甲酯的水解產物,有氯代烷烴基因毒性警示結構,經軟件測試,結果為陰性,故暫未訂入質量標準。

2-丁基苯并呋喃最終通過減壓蒸餾得到,2-(2-甲酰基苯氧基)己酸甲酯與2-(2-甲酰基苯氧基)己酸兩個中間體,從其分子結構來看,分子量較大,沸點很高,蒸餾過程中應很難被蒸出,絕大多數殘留在蒸餾剩余物中與2-丁基苯并呋喃分離。

2-(2-甲酰基苯氧基)己酸甲酯與2-(2-甲酰基苯氧基)己酸兩個雜質分子結構中都有醛基,屬于基因毒性雜質警示結構,經軟件測試,這兩個雜質結果均為陰性,不單獨控制。

甲苯為2-丁基苯并呋喃制備過程中用到的溶劑,在最后減壓蒸餾過程中,可能與2-丁基苯并呋喃一起蒸餾出,在中間體1制備過程中,甲苯會與對甲氧基苯甲酰氯在三氯化鋁作用下發生傅克反應生成雜質,如果2-丁基苯并呋喃中甲苯殘留過多,會影響鹽酸胺碘酮中間體1制備,生成較多的雜質,導致中間體1有關物質超標,收率降低。根據多批2-丁基苯并呋喃的檢測結果,甲苯含量最大為0.38%,將甲苯限度定為≤1.0%,因后續鹽酸胺碘酮中間體2和中間體3制備過程中也用到甲苯,在成品中進一步對甲苯進行控制,限度為≤0.089%。

2-苯并呋喃醛為2-丁基苯并呋喃制備過程中可能的副產物,含有醛基警示結構,故按照遺傳毒性雜質對其限度進行計算,按照0.02%的限度進行研究,后根據其毒理數據計算其PDE為250 μg/d,本品最大日劑量為1.2 g,但本品可用作香料,其毒性較低,計算結果為0.208%,根據各批檢測結果(各批檢測結果的含量均小于0.01%),將限度收緊為≤0.1%,并入其他雜質控制。

2.2 2-二乙氨基氯乙烷鹽酸鹽雜質分析

2-二乙氨基氯乙烷鹽酸鹽以二乙胺基乙醇為起始物料,與氯化亞砜反應發生氯代反應,成鹽得到2-二乙胺基氯乙烷鹽酸鹽。二乙胺基乙醇常溫下為液體,其本身具有叔胺結構,未與氯化亞砜發生氯代反應的二乙胺基乙醇也可以與氯化氫成鹽,生成固態的二乙胺基乙醇鹽酸鹽,從而殘留在SM3中。多批次檢測結果顯示,該雜質在SM3中的含量最大為0.28%,控制其限度為≤0.5%。

2-氯乙基乙胺鹽酸鹽有警示結構,可能為二乙胺基乙醇中的雜質N-乙基乙醇胺與氯化亞砜反應的產物,也可能是2-二乙胺基氯乙烷脫去乙基的降解產物,該雜質與中間體3反應生成EP雜質B,多批檢測結果顯示,SM3中該雜質的含量最大為13.6×10-6,按基因毒性雜質控制其限度≤18×10-6。

3 鹽酸胺碘酮合成過程關鍵中間體的雜質控制

本合成路線中,關鍵中間體為中間體一和中間體三,根據合成過程用的物料及合成機理,分析可能的雜質情況如下:

3.1 中間體一雜質情況分析

鹽酸胺碘酮第一步中間體1制備是傅克反應,雖然反應溫度較低,但因中間體1為油狀物,后處理通過減壓蒸餾除去溶劑得到,未參與反應的原料,反應副產物等因沸點較高,無法跟溶劑一起蒸餾除去,絕大部分殘留在中間體1中,導致中間體1雜質含量較高。油狀物純化困難,無法通過常規的精制方法如打漿,重結晶等方式精制,只能通過柱色譜分離等方式純化,成本太高。采用不經精制的中間體1反應可以得到符合內控標準的中間體2,因此,確定減壓蒸除溶劑得到的中間體1不經過精制,直接用于下一步反應。

中間體1中的雜質根據來源可以分為2類,起始物料殘留和反應副產物。

對甲氧基苯甲酰氯為疑似基因毒性雜質,為確保其盡量反應完全,減少其在中間體1中的殘留,兩個起始物料2-丁基苯并呋喃和對甲氧基苯甲酰氯的投料質量比定為1.15∶1,2-丁基苯并呋喃相對過量,因此,2-丁基苯并呋喃在中間體1中殘留較多,在中間體1中的控制限度為≤6.0%;因對甲氧基苯甲酰氯的投料量相對不足,理論上應該基本反應完全,即使有少量殘留,在后處理過程中與水反應生成對甲氧基苯甲酸溶于碳酸鈉水溶液中通過分液除去。軟件測試結果為陰性,因此,不對其進行單獨控制。

雜質IM1-A和IM1-B是中間體1制備過程中產生的副產物,我們曾嘗試對其進行制備,因其在中間體1中的含量較低,未能獲得這兩個雜質的對照品,根據多批檢測結果,確定其限度為IM1-A≤8.0%,IM1-B≤5.0%,這兩個雜質理論上也可以參與后續脫甲基步驟,脫去甲基生成相應的雜質,在中間體2中會對這兩個雜質的衍生雜質進一步研究控制,確保其不會殘留到鹽酸胺碘酮成品中。

鹽酸胺碘酮中間體1合成過程中用到的無機試劑有三氯化鋁、鹽酸、碳酸鈉和硫酸鈉等。三氯化鋁作為反應的催化劑,是過量的,反應結束后,用鹽酸淬滅,鋁以離子的形式進入水相,通過分液除去,由于第二步還要用到三氯化鋁,中間體1中不對鋁含量進行控制。鹽酸和碳酸鈉均是后處理過程中用到,可以通過分液與產物分離。無水硫酸鈉用來干燥分液得到的溶有產物的二氯甲烷層,通過過濾可以完全除去,因此,中間體1制備工藝中用到的無機試劑,無需特別控制。

中間體1制備過程中用到的溶劑為二氯甲烷和水,中間體1為蒸干溶劑得到,很容易導致溶劑殘留。因第二步反應為甲苯做溶劑三氯化鋁催化脫甲基的反應,水會與三氯化鋁反應,消耗三氯化鋁,因此需嚴格控制中間體1的水分;第二步反應溫度為甲苯回流溫度,二氯甲烷雖然不參與第二步反應,但過量的二氯甲烷的存在會導致反應體系升溫緩慢,需將反應體系內的二氯甲烷蒸出后才能升溫至甲苯回流溫度。最終我們制定的質量標準中二氯甲烷和水的控制限度分別為≤2.5%和≤1.5%。

3.2 中間體三雜質情況分析

鹽酸胺碘酮制備過程中,通過降溫析晶過濾得到的中間體3粗品顏色較深,且其雜質含量較高,為減少其中的雜質對后續反應的影響,我們增加了中間體3精制步驟,精制方法為三氯甲烷重結晶,精制之后的中間體3中的各雜質含量均有明顯降低,含量≥99.0%。

鹽酸胺碘酮中間體3中的雜質來源主要分為2類,一是原料引入雜質,二是反應副產物。

原料引入雜質包括中間體2及中間體2中的雜質殘留,由于中間體2中超過鑒定限度的雜質僅中間體1一個雜質,這兩個中間體作為中間體3的雜質,在中間體3中的控制限度均為≤0.6%。

反應副產物也可以分為兩類,第一類是中間體2本身參與的副反應,為確保中間體2盡量反應完全,碘的投料量是過量的,根據多批檢測結果,未碘代或單碘代的中間體2在中間體3中的控制限度均為≤0.3%。第二類是中間體2中的主要雜質中間體1的衍生產物,由于甲氧基的給電子能力比羥基要弱一些,中間體1發生碘代的可能性相對比較小,大多數中間體1未參與反應,在中間體3中仍以中間體1的形式存在,在中間體3中控制其限度為≤0.3%。中間體1的碘代產物不進行單獨控制。

3.3 鹽酸胺碘酮中間體3無機雜質分析及控制

鹽酸胺碘酮中間體3合成過程中用到的無機試劑有碘、碳酸鈉、亞硫酸氫鈉和鹽酸等。

參與反應的碘,每一分子I2參加反應,會生成一分子副產物KI,后處理過程中溶于水中;碘投料量是過量的,反應結束后加入還原性的亞硫酸氫鈉將過量的碘氧化為I-,也以離子的形式進入水中,在中間體3中殘留的可能性較小,即使有未還原的碘存在,在中間體3精制過程中也可以溶解在甲苯中除去,另外,我們在鹽酸胺碘酮成品中對碘化物進行了控制,限度為≤150×10-6。

碳酸鈉,過量的碳酸鈉與鹽酸反應生成的氯化鈉,亞硫酸氫鈉,亞硫酸鈉的氧化產物硫酸鈉,碘的還原產物碘化鉀(鈉)等均易溶于水,離心過程中大部分溶解在結晶母液中與中間體3分離,殘留的少量在中間體3甲苯重結晶精制過程中,因不溶于甲苯,可通過熱過濾除去。

因此,中間體3制備過程中用到的無機試劑,無需特別控制。

4 結論

本合成采取的路線以2-丁基苯并呋喃為起始物料,通過優化工藝參數,關鍵中間體進行精制,嚴格控制關鍵中間體三的雜質限度,并通過與各國藥典關于鹽酸胺碘酮的雜質限度比較,制定了本產品更為嚴格的雜質限度申報注冊標準,并實現了穩定生產,產品順利獲得批準,更好地保證了患者的用藥安全和有效。