1、6.1 6.1 紫杉醇概述紫杉醇概述 6.2 6.2 紫杉醇半合成制備原理紫杉醇半合成制備原理 6.3 6.3 紫杉醇半合成工藝過程與質量控制紫杉醇半合成工藝過程與質量控制 第六章第六章 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 抗癌藥物需求: 全球每年全球每年: : 因癌癥死亡的有因癌癥死亡的有600600余萬余萬 另有新診斷的癌癥患者約另有新診斷的癌癥患者約10001000余萬余萬 估計現有癌癥患者約估計現有癌癥患者約40004000萬萬 中國每年：中國每年： 年死亡年死亡130130萬人萬人 新診癌癥患者約新診癌癥患者約160160萬人萬人 現存癌癥患者總數現存癌癥患者總數600600萬人以上萬人以

2、上 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 概述 具有獨特的抗癌機制，作用位點為有絲分裂和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定的微管，并抑制微進微管蛋白聚合而形成穩定的微管，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。導致癌細胞的死亡。 紫杉醇作用機理明確紫杉醇作用機理明確: 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 概述 6.1.1 紫杉醇類藥物紫杉醇類藥物 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 概述 臨床應用臨床應用 1)1) 晚期乳腺癌有效率

3、為晚期乳腺癌有效率為60%60%，優于其它單種藥的治，優于其它單種藥的治 療效果療效果25%-30%25%-30%，19941994 2) 2) 晚期非小細胞肺癌有效率達晚期非小細胞肺癌有效率達31%,199831%,1998 3) 3) 對晚期卵巢癌有效率達對晚期卵巢癌有效率達30%,1992.12,30%,1992.12,美美FDAFDA 4) 4) 胰腺癌好轉率為胰腺癌好轉率為29%29%、頭頸癌、頭頸癌44%44%、胃癌、胃癌24%24% 6.1.1 紫杉醇類藥物紫杉醇類藥物 三環二萜類化合物：三個主環的三環二萜類化合物：三個主環的 二萜核和一個苯基異絲氨酸側鏈二萜核和一個苯基異絲氨酸

4、側鏈 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 概述 紫杉醇與多烯紫杉醇理化性質紫杉醇與多烯紫杉醇理化性質 18 O CH3COO OH O HO O C6H5COO C6H5 O OH C6H5CONH CH3COO 20 19 15 11 9 8 6 54 3 14 12 17 16 1 10 13 7 2 3 2 1 分子式C47H51NO14 分子量853.92 11個手性中心 OH (CH3)3O 難溶于水，溶于難溶于水，溶于 甲醇、二氯甲烷甲醇、二氯甲烷 和乙腈。和乙腈。 6.1.2 6.1.2 紫杉醇的生產工藝路線研究紫杉醇的生產工藝路線研究？ 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 概述 u天然提取

5、工藝路線天然提取工藝路線 u生物合成工藝生物合成工藝 u化學全合成工藝路線化學全合成工藝路線 u半合成工藝路線半合成工藝路線 紅豆杉與紫杉醇-原料來源問題 1)天然提取工藝路線 Phyton Phyton克服細胞培養過程的各克服細胞培養過程的各 種技術障礙，突破細胞培養生產紫種技術障礙，突破細胞培養生產紫 杉醇技術，生產過程得到杉醇技術，生產過程得到FDAFDA認證；認證； 20022002年年7 7月月1010日日-Phyton-Phyton, Inc., Inc. 與與 Bristol-Myers Squibb Bristol-Myers Squibb 簽署簽署 長期合作協議用細胞培養生產

6、紫杉長期合作協議用細胞培養生產紫杉 醇；醇； 20042004年年6 6月月2828日日Bristol-Myers Bristol-Myers Squibb Squibb 獲總統綠色化學挑戰獎。獲總統綠色化學挑戰獎。 2)生物工程方法生產紫杉醇 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 概述 3)化學全合成化學全合成 （1）Holton路線-線性合成途徑 該路線的策略是AABABC。 （2）Nicoloau路線-會聚式 A環和C環 八元B環，得到ABC三環化合物。 （3）Danishefsky路線-會聚式 D環， 與A和C、D環片段連接，合成八元B環。 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 概述 18 HO CH

7、3COO OH O HO O C6H5C OO RO 20 19 15 11 9 8 6 54 3 14 12 17 16 1 10 13 7 2 A B C D 反應步驟多達2025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 不適合大規模工業生產。 4) 半合成紫杉醇 母核：紅豆杉針葉中提取的巴卡亭3（R=Ac）和10- 去乙酰基巴卡亭3（10-DAB，R=H） 側鏈：化學合成； 側鏈： (2R,3S)-3- N- -苯甲酰苯異絲氨酸 18 HO CH3COO OH O HO O C6H5COO RO 20 19 15 11 9 8 6 54 3 14 12

8、 17 16 1 10 13 7 2 3 2 1 OHC6H5 O OH C6H5CONH 避免了合成紫杉醇復雜的母環部分 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 概述 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 生產工藝生產工藝 1、非手性側鏈 2、手性側鏈 3、側鏈前體物 6.2 紫杉醇紫杉醇側鏈側鏈原料制備工藝原料制備工藝 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 生產工藝生產工藝 1、非手性側鏈 原料: 反式肉桂酸 缺點: 活性側鏈選擇性較差 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 生產工藝生產工藝 2、 手性側鏈 原料: 2R,3S-2R,3S-苯基異絲氨酸衍生物苯基異絲氨酸衍生物 方法方法: : 有雙鍵不對稱氧化法和醛醇反應法

9、有雙鍵不對稱氧化法和醛醇反應法 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 生產工藝生產工藝 O PhCO2CH3 HH OCH3Ph N3 O OH CH2OHPh 1) t-BuOOH, Ti(OiPr)4 2) RuCl3, NaIO4, CH2N2 NaN3 or TMSN3 ZnCl2 OCH3Ph O OH PhCONH OMePh N3 O OH OMePh O OH PhCONH OMePh O OH OH COOMe Ph 雙鍵不對稱氧化法合成手性紫杉醇側鏈的路線 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 生產工藝生產工藝 SEtPh O OBn OHO +SEt OTMS BnO SEtPh O O

10、Bn NH2 Sn(OTf)2 n-Bu2Sn(OAc)2 1)NH3, Ph3P, DEAD 2)Ph3P, H2O, THF OHPh O OH PhCONH 醛醇反應法合成手性紫杉醇側鏈的路線醛醇反應法合成手性紫杉醇側鏈的路線 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 生產工藝生產工藝 3、 側鏈前體物 原料: 環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 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 生產工藝生產工藝 (1) (2) (3) CAN O OPG OEt CAN H N O PhOAc PMP Et3N + OAc COCl Ph N PMP a) LDA 2) PG (Prote

11、ct group) 1) 1) NaBH4 2) Protect group HN O PhOPG N H N O Ph OAc N O PhOPG PMP N O PhO PMP b) Ph N TMS -內酰胺型紫杉醇側鏈前體物的合成路線內酰胺型紫杉醇側鏈前體物的合成路線 PMP-對甲氧基芐基；對甲氧基芐基；CAN-硝酸鈰銨；硝酸鈰銨；LDA-二異丙基亞胺鋰二異丙基亞胺鋰 6.3.1 6.3.1 -內酰胺側鏈前體的制備內酰胺側鏈前體的制備 6.3.2 6.3.2 母環的保護母環的保護 6.3.3 6.3.3 紫杉醇的制備紫杉醇的制備 6.3 6.3 紫杉醇半合成工藝過程紫杉醇半合成工藝過程

12、 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 半合成工藝 1 1、乙酰基酰氯的制備：、乙酰基酰氯的制備： 羧基乙酸：乙酰氯：二甲亞砜羧基乙酸：乙酰氯：二甲亞砜1 1：3 3：3 3 第一步：第一步：6060；第二步：；第二步：7070 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 工藝質控 -內酰胺側鏈前體制備的質量控制內酰胺側鏈前體制備的質量控制 CH3COOCH2COCl CH3COOCH2COOH Pyridine CH3COCl HOCH2COOH SOCl2 在甲醇中混合、攪拌，室溫下反應在甲醇中混合、攪拌，室溫下反應4h4h。 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 工藝質控 2 2、N-N-苯亞甲基苯亞甲基-4-4-甲

13、氧基苯胺（亞胺）的制備甲氧基苯胺（亞胺）的制備 CHOOMeH2N+CHNOMe MeOH 3、基礎四元環的合成 N CH3CO Ph C6H4OCH3 O O CHC6H5 N C6H4OCH3 + Et3N CH3COCH2 O C OCl CH2Cl2 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 cis-1-對甲氧基苯基-3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮 投料比：亞胺投料比：亞胺: :乙酰氧基乙酰氯乙酰氧基乙酰氯: :三乙胺為三乙胺為1:2:31:2:3， 條件：低溫（條件：低溫（-20-20），反應），反應8 810 h10 h。 環加成產物為單一順式或反式異構體，產物的立體構型取決環加成產物為

14、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。于亞胺上取代基的類型。 取代基為芳基、芳雜環、共軛烯烴時，環加成產物為順式。取代基為芳基、芳雜環、共軛烯烴時，環加成產物為順式。 CH3CN/H2O (NH4)2CeNO3 N CH3CO Ph C6H4OCH3 O O NH CH3CO Ph O O 氧化四元環(cis-3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮 )的合成 4、氧化四元環與水解四元環的制備、氧化四元環與水解四元環的制備 氧化反應：投料比為基礎四元環氧化反應：投料比為基礎四元環: :硝酸鈰銨為硝酸鈰銨為1:51:5（質量比）。（質量比）。 水解反應：投料比為氧化四元環水

15、解反應：投料比為氧化四元環:硝酸鈰銨為硝酸鈰銨為1:3（摩爾比），溶（摩爾比），溶 劑為飽和碳酸氫鈉劑為飽和碳酸氫鈉-甲醇溶液。室溫下反應。甲醇溶液。室溫下反應。 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 工藝質控 水解四元環(cis-3-羥基-4-苯基-2-吖叮啶酮 )的合成 NaHCO3(sat.) MeOH NH Ph O HO NH CH3CO Ph O O 分離純化方法對收率的影響。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，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。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，

16、水、飽和亞硫酸氫鈉溶液和飽和碳酸氫鈉洗滌，旋轉蒸發， 得到白色固體，用乙酸乙酯得到白色固體，用乙酸乙酯-正己烷重結晶。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。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。和純度較理想。 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 工藝質控 硅化四元環(cis-3-(三乙硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮 )的合成 NH Ph O HO +TESCl NH Ph O TESO Pyridine TES =

17、 Et3Si 5、硅化四元環的制備、硅化四元環的制備 投料比：水解四元環投料比：水解四元環: :三乙基氯硅烷為三乙基氯硅烷為180:250180:250，室溫下反，室溫下反 應應8 812 h12 h。 保持反應體系的單一性，防止其它具有較強酸性或親電性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。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。水分和醇類，只有這樣才能保證較高的收率。 投料比：四元環投料比：四元環:苯甲酰氯苯甲酰氯:三乙胺為三乙胺為 2:1 :2。室溫

18、下反。室溫下反 應應812 h。 必須不斷除去反應中生成的必須不斷除去反應中生成的HCl，以防止其與亞氨基生，以防止其與亞氨基生 成鹽，加入了三乙胺來中和生成的成鹽，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，不可混入其它的能必須要保證整個反應體系的單一性，不可混入其它的能 被被DMAP催化的活性物質。催化的活性物質。 反應時可加入過量的反應時可加入過量的PhCOCl以保證以保證3-(1-乙氧乙氧基乙氧乙氧基)-4- 苯基苯基-2-吖叮啶酮的完全轉化。吖叮啶酮的完全轉化。 6、對接四元環的制備、對接四元環的制備 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 工藝質控 對接四元環(cis-

19、1-苯甲酰基-3-(三乙硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮)的合成 + Et3N, DMAP CH2Cl2 N Ph O TESO Ph O NH Ph O TESO PhCOCl 巴卡亭巴卡亭III（Baccatin III）的保護）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1:40 Baccatin III O HO AcO HO O O OH O O CH3 O Ph Et3SiCl/Py O HO AcO HO O O OTES O O CH3 O Ph 7-TES-Baccatin III 6.3.2 母環的保護母環的保護

20、 巴卡亭巴卡亭III的保護：選擇性保護母環的保護：選擇性保護母環7-OH、10-OH， 使側鏈與使側鏈與13-OH反應，合成過程關鍵步驟。反應，合成過程關鍵步驟。 三乙基氯硅烷為保護劑，得到單一的反應產物。三乙基氯硅烷為保護劑，得到單一的反應產物。 投料配比及反應時間有很大的影響：巴卡亭投料配比及反應時間有很大的影響：巴卡亭III與與 三乙基氯硅烷為三乙基氯硅烷為1:20，24 h以內無產物。投料比以內無產物。投料比 為為1:30，24 h，得到產物，但仍有大部分巴卡亭，得到產物，但仍有大部分巴卡亭 III未反應。投料配比為未反應。投料配比為1:40，反應時間，反應時間60 h，巴，巴 卡亭卡

21、亭III完全轉化為產物完全轉化為產物7-三乙基硅巴卡亭三乙基硅巴卡亭III。 母環原料保護的質量控制母環原料保護的質量控制 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 工藝質控 10-10-去乙酰基巴卡亭去乙酰基巴卡亭III(10-DAB)的保護的保護 OH O 18 HO C6H5COO HO O OCOCH3 HO 7 13 10 1 16 17 12 14 2 45 6 8 9 11 15 3 19 20 (1) Et3SiCl (2)AcCl 硅化反應： ClSi(C2H5)3:10DAB = 40 :1 惰性氣體保護下反應 10小時。 乙酰化反應 反應溫度0。 收率：72% 紫杉醇合成對接反應 選

22、擇堿； 堿的用量：核:側鏈:堿=1: 5 : 2.5； 嚴格無水無氧； 反應溫度：40。 N Ph O TESO Ph O A O HO cO HO O O OTES O O CH3 O Ph 2-2-乙氧乙基乙氧乙基-7-7-三乙基硅三乙基硅- -紫杉醇的制備：紫杉醇的制備： 該反應對水和氧極其敏感，在惰性氣體保護下進該反應對水和氧極其敏感，在惰性氣體保護下進 行，嚴格無水無氧操作。行，嚴格無水無氧操作。 反應原料和溶劑要經嚴格的無水處理。四氫呋喃反應原料和溶劑要經嚴格的無水處理。四氫呋喃 容易吸水，四元環溶于四氫呋喃時也必須在惰性容易吸水，四元環溶于四氫呋喃時也必須在惰性 氣體保護下進行操作。氣體保護下進行操作。 正丁基鋰用量很關鍵。近正丁基鋰用量很關鍵。近3 3倍量時破壞四元環。倍量時破壞四元環。 溫度控制很關鍵，低于溫度控制很關鍵，低于-45-45不能反應。但亦不能不能反應。但亦不能 過高，溫度高于過高，溫度高于-20-20時母環降解。時母環降解。 6.3.4 紫杉醇的制備的質量控制紫杉醇的制備的質量控制 紫杉醇生產工藝紫杉醇生產工藝 工藝質控 乙腈和吡啶混合液； 加入氫氟酸； 0反應8小時，然后室溫反應10小時。 O HO AcO O O OTES NHPh O O O OTESO O CH3 O Ph 紫杉醇合成水解反應 在后處理時，有機相應迅速