制药工艺学：紫杉醇生产工艺课件

制药工艺学：紫杉醇生产工艺制药工艺学：紫杉醇生产工艺 紫杉醇是从红豆杉属植物中分离纯化得到的天紫杉醇是从红豆杉属植物中分离纯化得到的天然抗肿瘤药物然抗肿瘤药物 ，其化学名为，其化学名为5,20-5,20-环氧环氧-1,2,4,7,10,13-1,2,4,7,10,13-六羟基紫杉醇烷六羟基紫杉醇烷-11-11-烯烯-9-9-酮酮-4,10-4,10-二乙酸酯二乙酸酯-2-2-苯甲酸酯苯甲酸酯-13-13-（2R.3S2R.3S）-N-N-苯甲酰苯甲酰-3-3-苯基异丝氨酸酯苯基异丝氨酸酯 分子式：分子式：C47H51NO14;C47H51NO14;分子量：分子量：853.89 853.89 紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺概述 紫杉醇是从红豆杉属植物中分离纯化得到的天然抗癌药物需求:全球每年全球每年:因癌症死亡的有因癌症死亡的有600600余万余万 另有新诊断的癌症患者约另有新诊断的癌症患者约10001000余万余万 估计现有癌症患者约估计现有癌症患者约40004000万万中国每年：中国每年：年死亡年死亡130130万人万人 新诊癌症患者约新诊癌症患者约160160万人万人 现存癌症患者总数现存癌症患者总数600600万人以上万人以上紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺概述抗癌药物需求:全球每年:紫杉醇生产工艺概述市场需求:紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺概述 抗癌一线用药抗癌一线用药抗癌一线用药抗癌一线用药销售额销售额年增长率5亿美元 理论需求量理论需求量理论需求量理论需求量 2g/人,500万人/年 1000kg/年 实际销量实际销量实际销量实际销量350 kg/年紫杉醇供需相差十分悬殊紫杉醇供需相差十分悬殊紫杉醇供需相差十分悬殊紫杉醇供需相差十分悬殊 图图1：国际紫杉醇原料药需求走势图（单位：公斤）：国际紫杉醇原料药需求走势图（单位：公斤）图图2：国际紫杉醇销售额（亿美元）：国际紫杉醇销售额（亿美元）市场需求:紫杉醇生产工艺概述抗癌一线用药紫具有独特的抗癌机制，作用位点为有丝分裂和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。导致癌细胞的死亡。紫杉醇作用机理明确紫杉醇作用机理明确:紫杉醇生产工艺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6.1.1 紫杉醇类药物紫杉醇类药物紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺概述临床应用临床应用1)1)晚期乳腺癌有效率为晚期乳腺癌有效率为60%60%，优于其它单种药的治，优于其它单种药的治 疗效果（疗效果（25%-30%25%-30%）2)2)晚期非小细胞肺癌有效率达晚期非小细胞肺癌有效率达31%31%3)3)对晚期卵巢癌有效率达对晚期卵巢癌有效率达30%30%4)4)胰腺癌好转率为胰腺癌好转率为29%29%、头颈癌、头颈癌44%44%、胃癌、胃癌24%24%。6.1.1 紫杉醇类药物紫杉醇生产工艺概述临床应用 晚期乳6.1.1 紫杉醇类药物紫杉醇类药物三环二萜类化合物：三个主环的三环二萜类化合物：三个主环的二萜核和一个苯基异丝氨酸侧链二萜核和一个苯基异丝氨酸侧链紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺概述紫杉醇与多烯紫杉醇理化性质紫杉醇与多烯紫杉醇理化性质分子式C47H51NO14分子量853.9211个手性中心OH(CH3)3O难溶于水，溶于难溶于水，溶于甲醇、二氯甲烷甲醇、二氯甲烷和乙腈。和乙腈。6.1.1 紫杉醇类药物三环二萜类化合物：三个主环的二萜核多烯紫杉醇:多烯紫杉醇是来自植物的抗肿瘤新药，为有丝多烯紫杉醇是来自植物的抗肿瘤新药，为有丝分裂抑制剂。在临床上，多烯紫杉醇作为化疗药物分裂抑制剂。在临床上，多烯紫杉醇作为化疗药物已经广泛用于治疗肺癌、头颈部癌和食管癌等多种已经广泛用于治疗肺癌、头颈部癌和食管癌等多种肿瘤，表明了较好的治疗效果。其通过促进细胞微肿瘤，表明了较好的治疗效果。其通过促进细胞微管蛋白聚集和抑制其去多聚化而使细胞发生管蛋白聚集和抑制其去多聚化而使细胞发生G2/MG2/M期期阻滞，另外该药还有促进细胞凋亡的作用，是比较阻滞，另外该药还有促进细胞凋亡的作用，是比较理想的放疗增敏药物。理想的放疗增敏药物。紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺概述多烯紫杉醇:多烯紫杉醇是来自植物的6.1.2 6.1.2 紫杉醇的生产工艺路线研究紫杉醇的生产工艺路线研究？紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺概述紫杉醇生产工艺概述红豆杉与紫杉醇-原料来源问题1)天然提取工艺路线红豆杉与紫杉醇-原料来源问题1)天然提取工艺路线解决办法（一）人工栽培 采用种子繁殖、扦插等无性繁殖方法快速、大面积人工繁育红豆杉幼苗寻找红豆衫的替代物 从红豆杉非树皮部位提取 产紫杉醇的非红豆杉植物优点：生长周期缩短 简便、直接缺点：1、紫杉醇含量低 生长缓慢 2、提取工艺复杂解决办法（一）人工栽培优点：生长周期缩短PhytonPhyton克克服服细细胞胞培培养养过过程程的的各各种种技技术术障障碍碍，突突破破细细胞胞培培养养生生产产紫紫杉杉醇醇技术，生产过程得到技术，生产过程得到FDAFDA认证；认证；20022002年年7 7月月1010日日-Phyton,-Phyton,Inc.Inc.与与 Bristol-Myers Bristol-Myers Squibb Squibb 签签署署长长期期合作协议用细胞培养生产紫杉醇；合作协议用细胞培养生产紫杉醇；20042004年年 6 6月月 2828日日 Bristol-Myers Bristol-Myers Squibb Squibb 获总统绿色化学挑战奖。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紫杉醇生产工艺概述Phyton克服细胞培养过程的各种技术障碍，突破细胞培养生产3)化学全合成化学全合成（1）Holton路线-线性合成途径 该路线的策略是AABABC。（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。紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺概述ABCD反应步骤多达2025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。3)化学全合成（1）Holton路线-线性合成途径紫杉醇生产解决办法（二）生物方法生物方法组织和细胞培养微生物发酵生物合成 研究阶段 红豆杉生物合成途径基本明确 10种相关酶基因被克隆表达 利用基因工程手段改造红豆杉提高紫杉醇产量 优点：1、摆脱自然因素，可长期稳定 生长 2、适应市场、方便调节 3、成分简单，有利于分离纯化 4、成本低、生长周期短 5、为半合成提供原料 6、有望工业化生产缺点：1、产量低、不稳定 2、工业化放大研究解决办法（二）生物方法优点：1、摆脱自然因素，可长期稳定缺点有机全合成一、Holton全合成路线(1994)二、Nicolaou全合成路线(1994)三、Danishefsky全合成路线(1996)四、Wender全合成路线(1997)五、Kuwajima全合成路线(1998)六、Mukaiyama全合成路线(1998)有机全合成一、Holton全合成路线(1994)一、Holton全合成路线(1994)美国弗罗里达国立大学美国弗罗里达国立大学RobertAHolton教授领导的研究小组从教授领导的研究小组从1983年开始年开始进行紫杉醇全合成研究工作，历经十二年，进行紫杉醇全合成研究工作，历经十二年，于于1994年成功完成了全合成年成功完成了全合成 10-12。该法。该法已被已被BMS公司用于工业化生产紫杉醇。公司用于工业化生产紫杉醇。Holton法采用了由法采用了由A环开始到环开始到AB环、然后环、然后到到C环、最后到环、最后到D环的线性合成战略。环的线性合成战略。一、Holton全合成路线(1994)价廉易得的樟脑5为起始原料，经多步反应制得关键中间体6。6由RAHolton发展的环氧醇裂解反应定量转化为具AB环系的7。经羟醛缩合及类似经羟醛缩合及类似Chan重排分重排分别引入别引入C一一7和和C一一4，接着引入，接着引入C一一1，C一一2含氧基得含氧基得8，再经Dieckm arL|l环化反应完成C环构建得具ABC三环体系的中间体9。9用PoerDanishefsky法建立D环时，最难的是引入4 乙酰基和除去13一OTBS保护基。价廉易得的樟脑5为起始原料，经多步反应制得关键中间体樟脑樟脑中间体中间体环氧醇裂解环氧醇裂解AB环环羟醛缩合Dieckm arL|l环化樟脑中间体环氧醇裂解AB环羟醛缩合Dieckm arL|l制药工艺学：紫杉醇生产工艺课件关键反应环氧醇裂解反应Chan重排重排Dicckmann环化反应环化反应（Dieekmann反应常用于合成五 七元环脂酮类化合物，故也被称为环脂酮类合环脂酮类合成法成法。）D环的合成关键反应 Holton法以法以氧化绿叶烯氧化绿叶烯4 做为其全合成的做为其全合成的起始物，（起始物，（由绿叶烯或藿香醇或龙脑得到），由绿叶烯或藿香醇或龙脑得到），其含有构建紫杉醇母核骨架其含有构建紫杉醇母核骨架20个碳原子中的个碳原子中的15个。个。如果不计引入侧链反应而从起始物计，此如果不计引入侧链反应而从起始物计，此路线经历路线经历37步，产率约为步，产率约为01。在此全合。在此全合成路线中，成路线中，Chan重排反应是最关键的反应重排反应是最关键的反应(图图4)。Holton法以氧化绿叶烯4 做为其全合成氧化绿叶烯重排、环氧化重排、环氧化Chan重排Dieckmann缩合反缩合反应应氧化绿叶烯重排、环氧化Chan重排Dieckmann缩合反应Holton研究组还出色地完成了下列具有挑战性的工作 首次详细研究了紫杉醇中多取代八元环的构象，首次详细研究了紫杉醇中多取代八元环的构象，并通过仔细控制八元碳环构象在并通过仔细控制八元碳环构象在B B环周围引入合适的环周围引入合适的功能基；功能基；完成了紫杉烷骨架的构建；完成了紫杉烷骨架的构建；首次合成紫杉烷类化台物首次合成紫杉烷类化台物taxtusintaxtusin；成功地半合成紫杉醇，并用于工业化生产；成功地半合成紫杉醇，并用于工业化生产；发展了可定量转化的环氧醇裂解反应，用于合成发展了可定量转化的环氧醇裂解反应，用于合成种种含双环种种含双环55、3 3、11骨架的有机分子骨架的有机分子 DD；完善并完善并丰富了丰富了ChartChart重排反应和重排反应和DieckmannDieckmann环化反应。环化反应。Holton研究组还出色地完成了下列具有挑战性的工作 首次二、Nicolaou全合成路线(1994)美国加利福尼亚大学圣迭戈分校美国加利福尼亚大学圣迭戈分校Kyfiacos Kyfiacos Costa NicolaouCosta Nicolaou教授领导的研究小组教授领导的研究小组19941994年年1O1O月报了一条紫杉醇全合成的路线月报了一条紫杉醇全合成的路线-1 J-1 J。NicolaouNicolaou法采非常简明的会聚式合成战略，法采非常简明的会聚式合成战略，先分别得到含六元的先分别得到含六元的A A环化合物和环化合物和c c环化合物，环化合物，然后通过反应将然后通过反应将A A环与环与C C环连接起来并形成在环连接起来并形成在其中间的含有其中间的含有8 8元环的元环的B B环，这样就得到了含环，这样就得到了含有有ABCABC环的化合物，最后完成环的化合物，最后完成D D环的构建并连环的构建并连接上侧链。接上侧链。二、Nicolaou全合成路线(1994)美国加利福 首先应用缩合反应、首先应用缩合反应、DielsDielsAlderAlder等反应分等反应分别得到含别得到含A A环和环和c c环结构的化合物环结构的化合物1313和和l6l6，然，然后通过后通过Shairo couplingShairo coupling反应将反应将A A环与环与C C环连接环连接在一起构建含在一起构建含ACAC环结构的化合物环结构的化合物1717，再将化，再将化合物合物1717的的c9c9和和CIOCIO位氧化成二醛位氧化成二醛(化合物化合物18)18)，1818经过经过McMurry couplingMcMurry coupling反应得到了含反应得到了含ABCABC环环结构的化合物结构的化合物1919，然后再通过若干反应完成，然后再通过若干反应完成D D环的构建得到化合环的构建得到化合2O2O，从而得到了，从而得到了Baccatin Baccatin III(2)III(2)，最后再与，最后再与 -lactam(3)-lactam(3)反应连接上侧反应连接上侧链而得到最终产物紫杉醇链而得到最终产物紫杉醇(1)(1)。首先应用缩合反应、DielsAlder等反应分别得到缩合反应缩合反应DielsAlderShairo couplingMcMurry coupling缩合反应DielsAlderShairo coupling 在在HohonHohon和和NicolaouNicolaou取得紫杉醇全合成成就两年后，取得紫杉醇全合成成就两年后，美国哥伦比亚大学化学系美国哥伦比亚大学化学系Samuel JSamuel JDanishefskyDanishefsky教授教授领导的研究小组也公开发表了一条紫杉醇全合成路线领导的研究小组也公开发表了一条紫杉醇全合成路线 。与与NicolaoNicolao法全合成路线有许多类似之处，如先分法全合成路线有许多类似之处，如先分别得到含别得到含A A环和环和C C环的化合物，环的化合物，DanishefskyDanishefsky法也归人法也归人“会聚式会聚式”全合成策略。全合成策略。DanDanishefskyishefsky法最主要的不同法最主要的不同点是在开始阶段就在点是在开始阶段就在c c环上引人含氧环上引人含氧D D环，得到含环，得到含CDCD环环化合物，然后再连接上化合物，然后再连接上A A环，最后再完成八元环，最后再完成八元B B环的构环的构建从而得到建从而得到ABABCDCD环。环。DanishefskyDanishefsky法路线的关键是对法路线的关键是对C4C4位的羟基采用了苄基进行保护而非乙酰基，因此可位的羟基采用了苄基进行保护而非乙酰基，因此可避免邻位基团的参予干扰。避免邻位基团的参予干扰。三、Danishefsky全合成路线(1996)在Hohon和Nicolaou取得紫杉醇制制 备备C C D D环环 体体 系系(化化 合合 物物2 22 2)是是 通通 过过W Wi ie el la an nd dM Mi is sc ch he er r酮酮(化化合合物物2 21 1)为为起起始始物物完完成成的的，化化合合物物2 21 1作作为为较较易易得得到到手手性性化化合合物物决决定定了了以以后后反反应应产产物物以以及及最最终终产产物物紫紫杉杉醇醇的的立立体体构构型型。化化合合物物2 22 2与与 含含A A环环的的化化合合物物2 23 3连连接接得得到到含含A AC CD D环环的的化化合合物物2 24 4。化化合合 物物2 24 4再再利利用用分分子子内内的的H He ec ck k反反应应环环合合成成B B环环 从从而而得得到到含含A AB BC CD D环环的的化化合合物物2 25 5，再再通通过过进进一一步步的的氧氧化化等等反反应应得得到到化化合合物物2 26 6，2 26 6最最终终通通过过适适当当的的氧氧化化等等反反应应转转化化为为B Ba ac cc ca at ti in n I II II I(2 2)和和紫紫杉杉醇醇(1 1)。在在最最后后引引入入侧侧链链时时也也采采用用了了o oj ji im ma a c co ou up pl li in ng g反反 应应(图图6 6)。制备CD环体系(化合物22)是通过WielandWielandMischer酮酮Heck反应环反应环WielandHeck 反应环四、Wender全合成路线(1997)美国斯坦弗大学美国斯坦弗大学Paul APaul AWenderWender教授领导的小教授领导的小 组研究的紫杉醇全合成路线组研究的紫杉醇全合成路线 ，墙，墙 类似类似HoltonHolton路线，采用了直线合成战略，即由含路线，采用了直线合成战略，即由含A A环化合物合成含环化合物合成含ABAB环化合物，然后构建含环化合物，然后构建含ABCABC环化合物，最后完成环化合物，最后完成ABCDABCD环的合成。环的合成。四、Wender全合成路线(1997)美国斯坦弗大 将天然产物蒎烯将天然产物蒎烯(pinene)(pinene)的氧化物的氧化物verhenon(verhenon(化合化合物物27)27)为起始原料，化合物为起始原料，化合物2727含有含有A A环结构且可提供环结构且可提供紫杉醇母核骨架中紫杉醇母核骨架中2020个碳中的个碳中的1O1O个碳原子。经过若个碳原子。经过若干步反应将干步反应将2727转化为化合物转化为化合物3131，再将化合物，再将化合物3131转化转化为化合物为化合物3232，完成了，完成了ABAB环的构建。然后通过在环的构建。然后通过在C C3 3位上设计的反应以及氧化反应得到化合物位上设计的反应以及氧化反应得到化合物3434、3535，进一步通过醇醛缩合得到化合物进一步通过醇醛缩合得到化合物3636、3737，这样就完，这样就完成了成了c c环的构建。再通过环的构建。再通过C C5 5位溴代、位溴代、c4c4和和C-20C-20臭氧臭氧化完成了含氧化完成了含氧D D环的构建环的构建(化合物化合物38)38)，最后得到了，最后得到了Baccatin III(2)Baccatin III(2)，再完成，再完成C C1010乙酰化及与侧链的乙酰化及与侧链的加成反应等，最终完成了紫杉醇的全合成加成反应等，最终完成了紫杉醇的全合成(图图7)7)将天然产物蒎烯(pinene)的氧化物verhenonverhenonverhenon五、Kuwajima全合成路线(1998)日本东京科技研究院日本东京科技研究院Isao Kuwajima教授领导教授领导的紫杉醇全合成研究小组采用了的紫杉醇全合成研究小组采用了A+cAcABcABcD的会聚法合成路线的会聚法合成路线 ，其类似于，其类似于Nicolaou法和法和Danishefsky法。由法。由五、Kuwajima全合成路线(1998)日本东京科技 由炔丙醇由炔丙醇(propargyl alcoho1)为起始物经过为起始物经过16步步反应制备了含反应制备了含A环体系的化合物环体系的化合物39，再与含，再与含c环结环结构的化合物构的化合物4O偶合得到含偶合得到含AC环的化合物环的化合物4l、42，化合物，化合物42通过一个新颖的环化反应完成八元通过一个新颖的环化反应完成八元B环的构建从而得到含环的构建从而得到含ABC环骨架的化合物环骨架的化合物43，进，进一步反应可得到化合物一步反应可得到化合物44、45，通过环丙烷中问，通过环丙烷中问体在化合物体在化合物45中引人中引人C一一8位甲基得到化合物位甲基得到化合物46，在通过一系列引人保护基团完成在通过一系列引人保护基团完成c一一1O位乙酰化位乙酰化得到化合物得到化合物47，再通过臭氧化等反应完成含氧，再通过臭氧化等反应完成含氧D环的合成。最终制备出环的合成。最终制备出baccatin III(2)和紫杉醇和紫杉醇(1)(图图8)。化合物化合物4O是由是由2一溴一溴2环已烯酮经八步反应环已烯酮经八步反应制得。制得。由炔丙醇(propargyl alcoho1)为起偶合偶合偶合六、Mukaiyama全合成路线(1998)1998年日本东京大学应用化学系Teruaki Mu kaiyama教授领导的研究小组报道了一条采用直线会聚联合战略合成紫杉醇的独特路线2。Mukaiyama全合成法战略是先建造B环，然后得到BC环骨架，再由BC环构建含ABC环骨架的化合物，进而继续反应得到含ABCD环的化合物，最终得到Baccatin III(2)和目标产物紫杉醇(1)。六、Mukaiyama全合成路线(1998)199以 48为起始反应物，通过加人适合的保护基团等反应可得到构象非常合适的线型化合物49、50，再通过 进行环化得到立体化学非常明确的含有B环的化合物51、52，然后通过Michael加成得到化合物53，再通过分子内的完成C环与B环的构建(化合物54)。通过在化合物54上C一1引入烯丙基和分子内的完成了ABC环的结构(化合物55、56、57)，再通过溴代入臭氧化等反应引入D环。最后再完成侧链的加入，从而最终得到了目标产物紫杉醇(1)(图9)。开链化合物开链化合物醇醛缩合醇醛缩合醇醛缩合醇醛缩合Pinacol反应反应以 48为起始反应物，通过加人适合开Michael加成加成醇醛缩合醇醛缩合Michael加成醇醛缩合解决办法（三）化学合成全合成 1994年获得成功 现有六种途径半合成 以10-DAB和Baccatin 作为半合成原料获得紫杉醇 新方法用10-DAT 缺点：合成过程相对复杂 （11步化学转化和7步分离）缺点：1、合成过程烦琐复杂，几十步 2、费用高，化学试剂昂贵 3、总收率太低（2%）优点：1、原料枝叶含量丰富、提取相 对容易，充分利用再生资源 2、产率高 3、最具实用价值可以工业化生产 4、获取紫杉醇构效关系信息，进 行结构改造解决办法（三）化学合成缺点：合成过程相对复杂缺点：1、合成过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-苯甲酰苯异丝氨酸避免了合成紫杉醇复杂的母环部分紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺概述4)半合成紫杉醇母核：红豆杉针叶中提取BaccatinII第六章第六章生产工艺生产工艺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紫杉醇侧链原料制备工艺第六章生产工艺1)非手性侧链6.2 紫杉醇侧链原料制备工艺第六章第六章生产工艺生产工艺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1)非手性侧链原料:反式肉桂酸第六章第六章生产工艺生产工艺 2)手性侧链原料:2R,3S-2R,3S-苯基异丝氨酸衍生物苯基异丝氨酸衍生物方法方法:有双键不对称氧化法和醛醇反应法有双键不对称氧化法和醛醇反应法 第六章生产工艺 2)手性侧链原料:2R,3S-苯基异丝氨第六章第六章生产工艺生产工艺 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)手性侧链双键不对称氧化法合成手性紫杉醇第六章第六章生产工艺生产工艺 2)手性侧链醛醇反应法合成手性紫杉醇侧链的路线醛醇反应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第六章第六章生产工艺生产工艺 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 第六章生产工艺 3)侧链前体物原料:环状侧链前体有内立体构型控制立体构型控制第六章第六章生产工艺生产工艺 3)侧链前体物-内酰胺型紫杉醇侧链前体物的合成路线内酰胺型紫杉醇侧链前体物的合成路线 第六章生产工艺 3)侧链前体物-内酰胺型紫杉醇侧链前体物6.3.1 6.3.1 -内酰胺侧链前体的制备内酰胺侧链前体的制备6.3.2 6.3.2 母环的保护母环的保护6.3.3 6.3.3 紫杉醇的制备紫杉醇的制备6.3 6.3 紫杉醇半合成工艺过程紫杉醇半合成工艺过程紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺半合成工艺6.3.1 -内酰胺侧链前体的制备6.3 紫杉醇半合成工1 1、乙酰基酰氯的制备：、乙酰基酰氯的制备：羧基乙酸：乙酰氯：二甲亚砜羧基乙酸：乙酰氯：二甲亚砜1 1：3 3：3 3第一步：第一步：6060；第二步：；第二步：7070紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺工艺质控-内酰胺侧链前体制备的质量控制内酰胺侧链前体制备的质量控制1、乙酰基酰氯的制备：紫杉醇生产工艺工艺质控-内酰胺侧链前在甲醇中混合、搅拌，室温下反应在甲醇中混合、搅拌，室温下反应4h4h。紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺工艺质控2 2、N-N-苯亚甲基苯亚甲基-4-4-甲氧基苯胺（亚胺）的制备甲氧基苯胺（亚胺）的制备在甲醇中混合、搅拌，室温下反应4h。紫杉醇生产工艺工艺质控2基础四元环的合成紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺cis-1-对甲氧基苯基-3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮 基础四元环的合成紫杉醇生产工艺cis-1-对甲氧基苯基-3-投料比：亚胺投料比：亚胺:乙酰氧基乙酰氯乙酰氧基乙酰氯:三乙胺为三乙胺为1:2:31:2:3，条件：低温（条件：低温（-20-20），反应），反应8 810 h10 h。环加成产物为单一顺式或反式异构体，产物的立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。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，环加成产取代基为芳基、芳杂环、共轭烯烃时，环加成产物为顺式。物为顺式。紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺工艺质控3、基础四元环的制备、基础四元环的制备投料比：亚胺:乙酰氧基乙酰氯:三乙胺为1:2:3，紫杉醇生产氧化四元环(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)的合成氧化四元环(cis-3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮)氧化反应：投料比为基础四元环氧化反应：投料比为基础四元环:硝酸铈铵为硝酸铈铵为1:5（质量比）。（质量比）。水解反应：投料比为氧化四元环水解反应：投料比为氧化四元环:硝酸铈铵为硝酸铈铵为1:3（摩尔比），溶（摩尔比），溶剂为饱和碳酸氢钠剂为饱和碳酸氢钠-甲醇溶液。室温下反应。甲醇溶液。室温下反应。4、氧化四元环与水解四元环的制备、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。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。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，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，用乙酸乙酯用乙酸乙酯-正己烷重结晶。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。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。紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺工艺质控氧化反应：投料比为基础四元环:硝酸铈铵为1:5（质量比）。4硅化四元环(cis-3-(三乙硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮)的合成硅化四元环(cis-3-(三乙硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮投投料料比比：水水解解四四元元环环:三三乙乙基基氯氯硅硅烷烷为为180:250180:250，室室温温下反应下反应8 812 h12 h。保保持持反反应应体体系系的的单单一一性性，防防止止其其它它具具有有较较强强酸酸性性或或亲亲电性试剂的介入。电性试剂的介入。反反应应所所需需的的各各种种试试剂剂都都要要经经过过严严格格的的处处理理，除除去去其其中中所含水分和醇类，只有这样才能保证较高的收率。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、硅化四元环的制备紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺工艺质控投料比：水解四元环:三乙基氯硅烷为180:250，室温下反应对接四元环(cis-1-苯甲酰基-3-(三乙硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮)的合成对接四元环(cis-1-苯甲酰基-3-(三乙硅基)-4-苯基投料比：四元环投料比：四元环:苯甲酰氯苯甲酰氯:三乙胺为三乙胺为 2:1:2。室温。室温下反应下反应812 h。必须不断除去反应中生成的必须不断除去反应中生成的HCl，以防止其与亚，以防止其与亚氨基生成盐，加入了三乙胺来中和生成的氨基生成盐，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，不可混入其必须要保证整个反应体系的单一性，不可混入其它的能被它的能被DMAP催化的活性物质。催化的活性物质。反应时可加入过量的反应时可加入过量的PhCOCl以保证以保证3-(1-乙氧乙氧乙氧乙氧基基)-4-苯基苯基-2-吖叮啶酮的完全转化。吖叮啶酮的完全转化。6、对接四元环的制备、对接四元环的制备紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺工艺质控投料比：四元环:苯甲酰氯:三乙胺为 2:1:2。室温下反应巴卡亭巴卡亭III（Baccatin III）的保护）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1:40Baccatin IIIOHOAcOHOOOOHOOCH3OPhEt3SiCl/PyOHOAcOHOOOOTESOOCH3OPh7-TES-Baccatin III6.3.2 母环的保护母环的保护巴卡亭III（Baccatin III）的保护以Et3Si作巴卡亭巴卡亭III的保护：选择性保护母环的保护：选择性保护母环7-OH、10-OH，使侧链与，使侧链与13-OH反应，合成过程关键步骤。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。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：巴卡亭投料配比及反应时间有很大的影响：巴卡亭III与与三乙基氯硅烷为三乙基氯硅烷为1:20，24 h以内无产物。投料比为以内无产物。投料比为1:30，24 h，得到产物，但仍有大部分巴卡亭，得到产物，但仍有大部分巴卡亭III未反应。投料配比为未反应。投料配比为1:40，反应时间，反应时间60 h，巴卡亭，巴卡亭III完全转化为产物完全转化为产物7-三乙基硅巴卡亭三乙基硅巴卡亭III。母环原料保护的质量控制母环原料保护的质量控制紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺工艺质控巴卡亭III的保护：选择性保护母环7-OH、10-OH，使侧10-10-去乙酰基巴卡亭去乙酰基巴卡亭III(10-DAB)的保护的保护OHO18HOC6H5COO HOOOCOCH3HO71310116171214245689111531920(1)Et3SiCl(2)AcCl硅化反应：ClSi(C2H5)3:10DAB=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%10-去乙酰基巴卡亭III(10-DAB)的保护OHO18H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。NPhOTESOPhOAOHOcOHOOOOTESOOCH3OPh紫杉醇合成对接反应选择碱；NPhOTESOPhOAOHO2-2-乙氧乙基乙氧乙基-7-7-三乙基硅三乙基硅-紫杉醇的制备：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。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。气体保护下进行操作。正丁基锂用量很关键。近正丁基锂用量很关键。近3 3倍量时破坏四元环。倍量时破坏四元环。温度控制很关键，低于温度控制很关键，低于-45-45不能反应。但亦不能不能反应。但亦不能过高，温度高于过高，温度高于-20-20时母环降解。时母环降解。6.3.4 紫杉醇的制备的质量控制紫杉醇的制备的质量控制紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺工艺质控2-乙氧乙基-7-三乙基硅-紫杉醇的制备：6.3.4 紫杉乙腈和吡啶混合液；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乙腈和吡啶混合液；OHOAcOOOOTESNHPhOOOOT在后处理时，有机相应迅速处理，严格控制蒸除在后处理时，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。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、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。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。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制备的质量控制原理紫杉醇生产工艺紫杉醇生产工艺工艺质控在后处理时，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、水对接四元环总流程图氧化四元环基础四元环羟基乙酸 乙酰氯 二氯亚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10-DAB7-（三乙硅基）-10DAB2，7-双（三乙