左乙拉西坦的合成

1、Xxxx學(xué)院畢業(yè)綜合實訓(xùn)報告系 別： 專業(yè)年級 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 實習時間： 目錄一、左乙拉西坦的合成1、實訓(xùn)目的.12、藥物簡介.1二、合成路線匯總.2三、設(shè)計合成路線.3 1、后閉環(huán)路線3 2、不對稱氫化催化法3 3、色譜法4四、實驗部分.5 1 儀器與試劑52 實驗方法. 5五、結(jié)果討論.7六、結(jié)論.9七、實訓(xùn)心得.9一、左乙拉西坦的合成1、實訓(xùn)目的：提高自己的實踐與動手能力；了解左乙拉西坦的藥物特性，掌握左乙拉西坦的合成方法及實驗操作。2、藥物簡介：左乙拉西坦（levetiracetam, 1），化學(xué)名為：(S)-乙基-2-氧代-1-吡咯烷乙酰胺，是一種新型抗癲癇藥物，

2、結(jié)構(gòu)見圖1。該藥系迄今唯一被證實與突觸前神經(jīng)末梢內(nèi)突觸小泡蛋白SV2A結(jié)合的抗癲癇藥，可抑制癲癇環(huán)路中的異常放電，從而阻斷癲癇發(fā)作。本品由比利時UCB制藥公司研制開發(fā)，于2000年4月獲得美國食品藥品管理局批準上市，是國際公認的新一代廣譜抗癲癎藥物。 左乙拉西坦( Levetiracetam)主要用于治療局限性及繼發(fā)性全身性癲癇, 目前本品已在美國、瑞士、英國上市。乙拉西坦有R、S兩種對映異構(gòu)體, 左乙拉西坦的化學(xué)名稱為( S)-2-( 2-氧代-1-吡咯烷) 丁酰胺, 結(jié)構(gòu)式見圖1。左乙拉西坦與多數(shù)抗癲癇藥相比, 表現(xiàn)出較強的抗致癲癇性能, 并可有效地控制癲癇的發(fā)作。該藥不僅治療指數(shù)很高,

3、而且藥動學(xué)特征獨特, 口服吸收快且安全, 生物利用度達100%, 其藥代動力學(xué)分布與抗癲癇藥物理想的動力學(xué)分布模型相似。因此, 左乙拉西坦是一種高效、毒副作用小的廣譜抗癲癇藥, 極具開發(fā)價值。圖1 左乙拉西坦的結(jié)構(gòu)二、 合成路線匯總左乙拉西坦的合成方法主要有拆分法和手性合成法4,5，主要合成路線如下：起始原料2-吡咯烷酮與-溴代丁酸甲酯縮合，水解并酸化后得中間體(±)-乙基-(2-氧-1-吡咯烷基)乙酸，經(jīng)(R)-苯乙胺拆分后得中間體(S)-乙基-(2-氧-1-吡咯烷基)乙酸（左乙拉西坦酸），再經(jīng)酯化，氨解兩步得目標物左乙拉西坦。此路線操作步驟繁瑣，必須經(jīng)手性拆分才能得到關(guān)鍵中間體左

4、乙拉西坦酸，收率低，一次拆分產(chǎn)品光學(xué)純度較差。氨解步驟所需時間長（96h），且反應(yīng)不完全，給目標物的純化帶來諸多困難。以(S)-2-氨基丁酰胺鹽酸鹽（3）為起始原料，與4-溴丁酸乙酯縮合后，再在2-羥基吡啶催化下分子內(nèi)環(huán)合得目標物左乙拉西坦，此路線步驟較少，但副產(chǎn)物較多，目標物必須經(jīng)過柱層析純化處理，不適合于工業(yè)化生產(chǎn)。同樣以(S)-2-氨基丁酰胺鹽酸鹽（3）為起始原料，與4-氯丁酰氯縮合后得中間體(S)-N-1-（氨基甲?；┍?4-氯丁酰胺（4），再經(jīng)分子內(nèi)閉環(huán)后得目標物1。此路線操作步驟簡單，產(chǎn)品收率高，提純?nèi)菀? 但最后分子內(nèi)閉環(huán)步驟中反應(yīng)溫度和縛酸劑的使用量對目標物光學(xué)純度具有一定

5、影響，有待詳細研究。因此，本研究在參考路線的基礎(chǔ)上，設(shè)計以國內(nèi)易得且價格低廉的化工產(chǎn)品(S)-2-氨基丁酸（2）為起始原料，經(jīng)酯化，氨解，縮合，分子內(nèi)閉環(huán)等步驟成功制得目標物左乙拉西坦，并且對反應(yīng)條件進行了優(yōu)化，總收率達46.6%，工藝路線見圖。三、 設(shè)計合成路線（實訓(xùn)日期：2012年11月19日2012年11月23日）左乙拉西坦合成的關(guān)鍵是在反應(yīng)過程中控制左旋體的光學(xué)純度。隨著手性技術(shù)發(fā)展的日趨完善,人們已將不對稱合成法以及制備性手性色譜分離等先進技術(shù)運用到左乙拉西坦的合成和左旋體的分離工藝中。綜合有關(guān)文獻, 按工業(yè)化生產(chǎn)實際, 設(shè)計了三條可行的左乙拉西坦的制備路線。1 后閉環(huán)路線(Late

6、Ring-Closureroute) 該制備路線( 見圖) 以( S)-2-氨基丁酸為起始原料, 與SOCl2反應(yīng)生成酰氯, 再與甲醇( 或乙醇) 進行酯化反應(yīng), 得到氨基酯。氨基酯和4-溴丁酸乙酯進行分子間親核取代, 得到烷基單取代氨基酯( S)-4- 1-( 甲氧羰基) 丙基-氨基 丁酸乙酯( 1) 。分離純化中間體( 1) , 在2-羥基吡啶的存在下, 閉環(huán)得到( S)-PBM。通過氨解反應(yīng), 直接將酯轉(zhuǎn)化為酰胺得到左乙拉西坦。這條合成路線的起始原料是左旋異構(gòu)體, 在整條路線中不涉及到對映體的分離過程, 只需在反應(yīng)過程中控制外消旋副反應(yīng), 就可保證產(chǎn)物對映體的純度。此路線合成總收率可達4

7、0%左右。2 不對稱氫化催化法用以手性膦為螯合配位體的銠絡(luò)合物、釕絡(luò)合物作手性催化劑, 催化氫化碳碳雙鍵, 反應(yīng)產(chǎn)物可以達到高度對應(yīng)選擇性。在這條合成路線( 見下圖) 中, 2-氧代丁酮甲酯與2-吡咯烷酮反應(yīng), 在POCl3的催化下, 于甲苯中回流生成( Z)-2- 2-氧代四氫-1-吡咯烷-2-丁烯酸甲酯, 經(jīng)過氨解反應(yīng)生成( Z)-2- 2-氧代-1-吡咯烷-2-丁烯酸甲酰胺, 然后在手性催化劑及5個大氣壓的氫氣中, 進行催化氫化, 分離純化可獲得相應(yīng)的( S)-2-( 2-氧代-1-吡咯烷) 丁酰胺, 即左乙拉西坦。3 色譜法根據(jù)有關(guān)專利介紹, 左乙拉西坦也可通過制備級高效液相色譜法或模

8、擬移動床色譜系統(tǒng)分離乙拉西坦或中間體來制備。使用填有粒子直徑為20Lm的ChiralpakAD光學(xué)填料的手性柱, 流動相用醇與烷烴的混合物作為洗脫液, 分離溫度為室溫, 分離非對映體乙拉西坦、中間體2-( 2-氧代-1-吡咯烷) 丁酸甲酯可獲得較好的分離度。四、 實驗部分1 儀器與試劑WRS-1A 數(shù)字熔點儀(溫度計未經(jīng)校正) , Agilent Technologies 1200 series高效液相色譜儀, Inova 500型傅里葉變換核磁共振儀, Perkin-Elmer 2400 series 元素分析儀, 3200 Q TRAP型液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀 (美國AB公司)，所用試劑均為分

9、析純試劑。2 實驗方法2.1 (S)-2-氨基丁酰胺鹽酸鹽（3）將2（103.1g, 1.0mol）加入到2N HCl乙醇溶液（750ml）中，攪拌下回流5h，自然放冷，攪拌下通入干燥N2 0.5h排除過量的HCl。室溫攪拌下，通入干燥NH3至反應(yīng)液飽和后，NH3繼續(xù)緩慢通入6h，40減壓蒸干反應(yīng)溶劑，加入乙酸乙酯（500ml），攪拌0.5h，過濾，棄去濾餅，濾液攪拌下加入2N HCl乙醇溶液550ml，室溫下攪拌1h，過濾，濾餅用乙酸乙酯（50ml×3）洗滌，60常壓干燥2小時后得類白色固體3（127.8g，收率：92.2%，mp 127.1128.3）。2.2 (S)-N-1-（

10、氨基甲酰基）丙基-4-氯丁酰胺（4）將3（120g, 0.87mol）加入乙腈（1200ml）中，攪拌下完全溶解后，加入無水碳酸鉀（262g，1.90mol）。于05攪拌下，緩慢滴加4-氯丁酰氯（147g，1.04mol）的乙腈溶液（300ml），滴畢，室溫下攪拌0.5h，過濾，35減壓蒸干溶劑，加入石油醚（800ml），0下快速攪拌30min，過濾，50常壓干燥2小時后得白色固體4（148.4g，收率：82.5%, mp 120.4122.3），2.3 左乙拉西坦（1）的制備將4（141 g, 0.68mol）和四丁基溴化銨(TBAB)（1.1g，0.0034mol）加入到二氯甲烷（1000

11、ml）中，-55攪拌下，15min內(nèi)分批加入氫氧化鉀粉末（51.6g，0.92mol），加入過程反應(yīng)液放熱，控制加入速度，使溫度低于5，加畢，保溫攪拌1.5h。過濾，濾液減壓濃縮至干，剩余物中加入乙酸乙酯（400ml）重結(jié)晶，過濾，乙酸乙酯（30ml×3）洗滌，濾餅于60下真空干燥2小時后得白色固體1（70.8g，收率：61.2%，mp116.2117.0），HPLC法測定產(chǎn)品含量為99.75%，ee.值為99.80%，（文獻4：收率60.7%，mp 116.7）。五、 結(jié)果討論左乙拉西坦為手性藥物，其結(jié)構(gòu)中具有一個手性中心，光學(xué)純度對藥物質(zhì)量的影響至關(guān)重要。我們選擇國內(nèi)廉價易得的化

12、工原料2為合成左乙拉西坦的起始原料，其結(jié)構(gòu)中的手性中心是合成目標物左乙拉西坦結(jié)構(gòu)中手性中心的來源，因此，起始原料的光學(xué)純度直接影響到目標物的光學(xué)純度。2在國內(nèi)已實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，不但產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，價格便宜，而且光學(xué)純度高，是手性合成左乙拉西坦的理想原料。本研究通過手性合成的方法成功制備了左乙拉西坦，關(guān)鍵在于利用手性底物2與其他非手性試劑反應(yīng)得到手性中間體和目標物，合成過程中各步驟的外消旋化是降低目標物光學(xué)純度的主要原因。本研究發(fā)現(xiàn)2.3項下的反應(yīng)條件對目標物光學(xué)純度影響較大，因此對反應(yīng)條件進行了優(yōu)化。我們對本步反應(yīng)溫度和4與氫氧化鉀的投料比例進行了試驗摸索，首先在文獻投料比例和反應(yīng)時間條件下，考

13、察了不同反應(yīng)溫度條件下，反應(yīng)的收率和產(chǎn)品的光學(xué)純度情況，結(jié)果見表1。表1反應(yīng)溫度對左乙拉西坦收率和光學(xué)純度的影響Tib.1 Influence of temperature on yield and optical purity序號摩爾投料比(4/KOH)反應(yīng)時間反應(yīng)溫度收率%光學(xué)雜質(zhì)%（HPLC面積歸一化法）11: 1.251.5h-20-1038.30.0821: 1.251.5 h-10049.50.1031: 1.251.5 h-5556.20.1041: 1.251.5 h51563.20.1951: 1.251.5 h102568.60.3061: 1.251.5 h203569.

14、40.52根據(jù)以往的研究經(jīng)驗，強堿性的反應(yīng)條件可加速手性藥物的外消旋化速度，本路線在2.3項下，使用了KOH作為縛酸劑加速環(huán)合，KOH的使用量對產(chǎn)品收率和光學(xué)純度均有影響，因此在確定反應(yīng)溫度范圍基礎(chǔ)上，我們通過實驗研究了4與KOH摩爾投料比與反應(yīng)收率和產(chǎn)品光學(xué)雜質(zhì)關(guān)系，結(jié)果見表2表2 4與KOH摩爾投料比對左乙拉西坦收率和光學(xué)純度的影響Tib.2 Influence of mole ratio on yield and optical purity序號摩爾投料比(4/KOH)反應(yīng)時間反應(yīng)溫度收率%光學(xué)雜質(zhì)%（HPLC面積歸一化法）11: 1.051.5h-5536.20.0821: 1.151

15、.5 h-5544.50.0831: 1.251.5 h-5556.20.1041: 1.351.5 h-5561.20.1051: 1.451.5 h-5561.60.1261: 1.551.5 h-5560.80.15六、 結(jié)論在文獻投料比例和反應(yīng)時間條件下，改變反應(yīng)溫度對左乙拉西坦收率和光學(xué)純度都有一定影響，控制試驗溫度-10以下，反應(yīng)收率明顯低于文獻報道數(shù)據(jù)（60.7%），但光學(xué)雜質(zhì)較少，說明產(chǎn)品外消旋化程度低。反應(yīng)溫度高于5后，雖然收率明顯提高，但產(chǎn)生的光學(xué)雜質(zhì)較多，說明較高的反應(yīng)溫度加速了目標物的外消旋化。反應(yīng)溫度控制在-55之間，可得到與文獻數(shù)據(jù)相近的反應(yīng)收率，并且產(chǎn)品的光學(xué)純度較為理想，符合用藥安全規(guī)定，確定反應(yīng)溫度范圍控制在-55之間。4與KOH摩爾投料比(4/KOH)>文獻數(shù)值（1: 1.25），KOH使用量相對不足，則產(chǎn)品收率明顯偏低；加大KOH使用量，使摩爾投料比為1: 1.35，產(chǎn)品收率與文獻報道接近且光學(xué)純度較好；進一