在多重耐藥結(jié)核病（MDR-TB）威脅日益嚴(yán)峻的背景下，抗結(jié)核新藥貝達喹啉的高效、安全合成成為醫(yī)藥化工領(lǐng)域的研究重點。2022年11月沈陽藥科大學(xué)孫鐵民團隊發(fā)表于《中南藥學(xué)》的論文《利用連續(xù)流動化學(xué)技術(shù)合成抗結(jié)核新藥貝達喹啉》，對貝達喹啉的合成工藝，尤其是將連續(xù)流動化學(xué)技術(shù)應(yīng)用于其制備過程進行了深入探討。

歐世盛為該研究提供了設(shè)備支持，其流動化學(xué)設(shè)備在物料輸送及反應(yīng)過程控制等方面發(fā)揮了重要作用，助力實現(xiàn)反應(yīng)由批次間歇試驗向連續(xù)流動的轉(zhuǎn)變，最終成功合成出純度高于 99.4%，且所有雜質(zhì)都控制在 0.1% 以下的貝達喹啉，充分驗證了連續(xù)流動化學(xué)技術(shù)應(yīng)用于貝達喹啉合成工藝的可行性。

導(dǎo)圖

研究背景

貝達喹啉，作為治療 MDR-TB 的 關(guān)鍵，其傳統(tǒng)間歇式（Batch）合成存在三大核心痛點：反應(yīng)效率低（多步反應(yīng)需反復(fù)分離提純，總周期長達 72 小時以上）、安全性差（涉及高壓加氫、有機金屬試劑等危險步驟，大體積反應(yīng)釜存在爆炸風(fēng)險）、質(zhì)量不穩(wěn)定（反應(yīng)條件難精準(zhǔn)控制，批次間收率波動達 10%-15%）。而連續(xù)流動化學(xué)技術(shù)的核心優(yōu)勢，恰好針對這些痛點形成解決方案：通過微通道反應(yīng)器的 “微尺度效應(yīng)" 強化傳質(zhì)傳熱，結(jié)合精密泵組的穩(wěn)定進料控制，實現(xiàn)反應(yīng)過程的精準(zhǔn)調(diào)控、安全升級與效率提升。

反應(yīng)路線的選擇和優(yōu)化

貝達喹啉分子含有兩個相鄰手性中心，空間位阻大，合成頗具挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)工業(yè)化路線使用有機鋰試劑，反應(yīng)放熱劇烈，安全性低，需在 - 78℃低溫下進行，能耗大，且反應(yīng)時間長、雜質(zhì)多，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

基于連續(xù)流動化學(xué)技術(shù)，研究將目光聚焦于中間體 6 和中間體 9 的反應(yīng)步驟。該等步驟原本需金屬試劑以及嚴(yán)格的低溫?zé)o水無氧條件，收率、純度和可擴展性不穩(wěn)定。為了進一步增加該方法的工業(yè)適用性，借助連續(xù)流動化學(xué)技術(shù)，將該反應(yīng)由批次間歇試驗轉(zhuǎn)為連續(xù)流動進行。

改進時，先依據(jù)間歇式反應(yīng)投料比，設(shè)置中間體6 -堿-中間體9比例為 1∶1.2∶1.2 開展考察，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)物濃度過高，反應(yīng)放熱劇烈進而產(chǎn)生大量雜質(zhì)。于是，將反應(yīng)物濃度降為間歇式反應(yīng)時濃度的 0.1 倍，即中間體 6 為 0.09mol?L?1、中間體 9 為 0.108mol?L?1、二異丙基氨基鋰為 0.108mol?L?1，并對流速展開探究。流速過慢時，保留時間長，收率欠佳；流速過快時，反應(yīng)不充分，也導(dǎo)致收率較低。綜合分析后，最終確定反應(yīng)的流速為5 mL·min?1。

在溫度優(yōu)化方面，常規(guī)反應(yīng)需在 - 78℃進行，能源消耗大。借助連續(xù)流動化學(xué)高表面積、散熱快的特性，以二異丙基氨基鋰為堿對反應(yīng)溫度進行考察。結(jié)果顯示，當(dāng)反應(yīng)溫度從 - 78℃升高至 - 45℃時，反應(yīng)收率變化不大；繼續(xù)升溫，收率降低，當(dāng)溫度為 - 15℃時，收率僅 10.6%。綜合分析，確定最佳反應(yīng)溫度為 - 45℃。

合成過程

本研究采用連續(xù)流動化學(xué)技術(shù)搭建合成系統(tǒng)，以實現(xiàn)貝達喹啉的連續(xù)化合成，整個合成過程按關(guān)鍵反應(yīng)步驟依次推進，各步驟通過連續(xù)流動系統(tǒng)實現(xiàn)物料的連續(xù)傳遞與反應(yīng)。實驗所需的流動化學(xué)設(shè)備由歐世盛公司提供。

1. 中間體的合成

中間體 4（N-（對 - 溴苯基）-3 - 苯基丙酰胺）：500mL 三口瓶中，3 - 苯基丙酸（39.2g，0.26mol）溶于二氯甲烷（200mL），0℃左右滴加二氯亞砜（29.6mL），回流 2h 后濃縮得淺黃色油狀物（收率 98.1%）；另取 500mL 三口瓶，對溴苯胺（43.0g，0.25mol）溶于二氯甲烷（100mL），滴加三乙胺（44mL）并降溫至 0℃，滴加上述油狀物的二氯甲烷溶液（控溫≤5℃），室溫反應(yīng) 8h，加氨水溶液析出固體，抽濾后 55℃真空干燥 8h，得白色固體（68.0g，收率 85.6%），m.p.102～105℃，MS（ESI＋）m/z 305.2 [M＋H]＋，1H NMR 有特征化學(xué)位移。

中間體 5（3 - 苯甲基 - 2 - 氯 6 - 溴 - 喹啉）：250mL 三口瓶中，中間體 4（17.2g，0.055mol）與 DMF（13.6mL）混合，5℃以下滴加三氯氧磷（35.7mL），85℃保溫反應(yīng) 8h，反應(yīng)液倒入冰水，二氯甲烷（100mL×3）萃取，有機相 MgSO4 干燥后濃縮，甲醇重結(jié)晶得白色固體（11.8g，收率 59%），m.p.111～113℃，MS（ESI＋）m/z 331.8 [M＋H]＋，1H NMR 有特征化學(xué)位移。

中間體 6（3 - 苯甲基 - 2 - 甲氧基 - 6 - 溴喹啉）：500mL 三口瓶中，中間體 5（11.5g，0.034mol）溶于無水甲醇（200mL），加甲醇鈉（2.05g，0.51mol），66℃保溫反應(yīng) 8h，反應(yīng)液倒入冰水，二氯甲烷（100mL×3）萃取，有機相 MgSO4 干燥后濃縮，甲醇重結(jié)晶得白色固體（10.1g，收率 90.7%），m.p.83～84℃，MS（ESI＋）m/z 329.2 [M＋H]＋，1H NMR 有特征化學(xué)位移。

中間體 9（3 - 二甲基氨基 - 1 - 萘基 - 1 - 丙酮）：250mL 單口瓶中，1 - 乙酰基萘（8.05g）、多聚甲醛（1.6g）、Dimethylamine hydrochloride?（5.3g）加乙醇（15mL）和濃鹽酸（0.6mL），80℃回流 12h，冷卻析出固體，過濾得鹽酸鹽（10.1g）；其溶于水（10mL），冰浴下加 1mol?L?1 氫氧化鈉調(diào) pH 至 10，乙酸乙酯（20mL×3）萃取，有機相水洗、飽和食鹽水洗后 MgSO4 干燥，濃縮得油狀物（7.96g，收率 74.6%），MS（ESI＋）m/z 228.15 [M＋H]＋，1H NMR 有特征化學(xué)位移。

2. 貝達喹啉前體合成

連接流動化學(xué)反應(yīng)裝置的三個注射泵（a、b、c）與兩個反應(yīng)器線圈；取中間體 9（9.97g）、中間體 6（12.0g），用四氫呋喃分別配制成 0.09mol?L?1 的中間體 6 四氫呋喃溶液、0.108mol?L?1 的中間體 9 四氫呋喃溶液、0.108mol?L?1 的二異丙基氨基鋰四氫呋喃溶液。

打開三個注射泵，分別用無水四氫呋喃流動液清洗 5min；調(diào)節(jié)流速至 5mL?min?1，分別向三個泵中泵入三種反應(yīng)溶液；在出口處放置飽和氯化銨水溶液，接收流出的反應(yīng)液并淬滅反應(yīng)液；80min 后流動結(jié)束，用無水四氫呋喃清洗注射泵和反應(yīng)器線圈。

減壓旋蒸除去反應(yīng)液中的四氫呋喃，加入 100mL 水，用 100mL×2 乙酸乙酯萃取，合并有機層；有機層用水洗滌（50mL×2）、飽和食鹽水洗滌（100mL×2），用無水硫酸鈉干燥 4h；過濾除去無水硫酸鈉，濾液減壓旋干得粗品。

粗品經(jīng)柱層析（展開劑為二氯甲烷 - 甲醇 - 氨水＝200∶1∶0.1）分離，先后得到兩個組分，分別用異丙醚重結(jié)晶，得 10A 組分（包含貝達喹啉）3.1g 和 10B 組分 5.3g。

3. 貝達喹啉精制

取 10A 組分（1.0g），懸浮在丙酮中，向該懸浮液中加入 1 當(dāng)量（R）-（－）聯(lián)萘酚磷酸酯，得到二甲基亞砜溶液；將形成的懸浮液加熱回流 1h，逐漸降至室溫，室溫下繼續(xù)攪拌 1h，濾出形成的固體，用少量丙酮洗滌。

將固體用乙醇和水重結(jié)晶后，懸浮于甲苯中，用 10% 碳酸鉀溶液處理，混合物在 80℃反應(yīng) 0.5h，分離出水層；有機層用水洗、飽和食鹽水洗，減壓濃縮，乙醇處理，低溫靜置，濾出固體，真空干燥得貝達喹啉 0.35g。

經(jīng)高效液相色譜法檢測純度達 99.40%（流動相為乙腈-水-三乙胺＝40∶60∶0.1）。

研究結(jié)論和意義

該研究針對傳統(tǒng)貝達喹啉合成路線中存在的反應(yīng)條件苛刻、安全性低、雜質(zhì)多等問題，成功將連續(xù)流動化學(xué)技術(shù)應(yīng)用于抗結(jié)核新藥貝達喹啉的合成過程，通過微反應(yīng)器與精密泵組的協(xié)同配合，突破了傳統(tǒng)間歇式合成的諸多瓶頸。在反應(yīng)路線優(yōu)化上，解決了傳統(tǒng)路線中中間體合成的難題，通過改變反應(yīng)物濃度、流速及反應(yīng)溫度等參數(shù)，提高了有機金屬試劑二異丙基氨基鋰使用的安全性，關(guān)鍵步驟反應(yīng)溫度從 - 78℃提升至 - 45℃，反應(yīng)時長由 4.5h 大幅縮短至 4min，顯著提升了工藝生產(chǎn)效率，操作更為簡便。

從合成結(jié)果來看，最終產(chǎn)品純度高于 99.4%，所有雜質(zhì)均控制在 0.1% 以下，充分證實該工藝的可行性。與傳統(tǒng)工藝相比，連續(xù)流動化學(xué)技術(shù)在貝達喹啉合成中展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，更契合工業(yè)放大生產(chǎn)的需求，為抗結(jié)核藥物的高效合成提供了新的可靠路徑，對推動抗結(jié)核藥物的生產(chǎn)發(fā)展具有重要意義。

主要圖表

圖 1：貝達喹啉的合成路線：展示從起始原料，經(jīng)多步反應(yīng)制備貝達喹啉的過程。

表 1：反應(yīng)流速對反應(yīng)收率的影響：列出了不同流速下反應(yīng)的停留時間和四個異構(gòu)體的收率數(shù)據(jù)，用于考察流速對反應(yīng)結(jié)果的影響，為確定最佳流速提供依據(jù)。

表 2：反應(yīng)溫度對反應(yīng)收率的影響：展示了在流速為 5mL?min?1 時，不同反應(yīng)溫度下四個異構(gòu)體的收率情況，以研究溫度對反應(yīng)的影響，進而確定最佳反應(yīng)溫度。

圖 2：利用連續(xù)流動化學(xué)合成化合物 10 的反應(yīng)流程：呈現(xiàn)了連續(xù)流動反應(yīng)裝置，包括三個注射泵和兩個反應(yīng)器線圈。

參考文獻

DOI：10.7539/j.issn.1672-2981.2022.11.006