CN102887902A

CN102887902A - 一种合成高纯度培美酸的制备工艺

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Publication number: CN102887902A
Application number: CN2012103816065A
Authority: CN
Inventors: 崔东冬; 张小波; 吴宜艳; 赵玉佳; 赵君嫦; 韩瑞亭; 蔡威; 任玉兰; 徐春霖
Original assignee: BEIJING LUNARSUN MEDICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING LUNARSUN MEDICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2032-10-10
Also published as: CN102887902B

Abstract

本发明涉及医药技术领域,具体提供一种合成高纯度培美酸的制备工艺，本发明通过稳定的高纯度的中间体3-(4-甲氧羰基)苯基-1-羟基丙基磺酸钠的制备，解决了原工艺放大收率很低的难题，同时也为高纯度的培美酸制备打下根本性基础，进一步通过在最后纯化阶段使用培美酸的弱碱盐，对关键杂质的产生进行了有效控制，生产工艺收率高，产品质量极好，更便于制备高纯度抗癌药培美曲塞二钠。同时本工艺条件温和，溶剂便于循环套用，更加节能环保。培美酸的结构如下：

Description

一种合成高纯度培美酸的制备工艺

、技术领域

本发明属于医药技术领域，具体涉及一种合成高纯度培美酸（化学名：4-[2-(2-氨基-4(3H)-4-氧代-7-氢-吡咯并[2,3-d]嘧啶-5 基-)乙基]苯甲酸）的制备工艺。

2、背景技术

培美酸是新型叶酸类抗肿瘤药物培美曲塞二钠（Alimta，pemetrexates disodium）的重要中间体。培美曲塞二钠是叶酸拮抗剂，它主要作用于DNA碱基合成酶上，通过抑制多种DNA碱基合成酶（GARFT,DHFR,TS）来阻断肿瘤细胞的DNA合成，从而达到抑制和消灭肿瘤细胞的目的。培美曲塞二钠由美国Eli Lilly公司开发，于2004年在美国首次上市，用于治疗恶性胸膜间皮瘤及非小细胞型肺癌，2004年2月获FDA批准与顺铂联用治疗恶性胸膜间皮瘤。培美曲塞二钠是培美曲塞的钠盐形式，培美曲塞的结构如下：

培美曲塞的主要合成路线有以下几种：

原始专利US4996206、US5028608中所公开的合成路线由于合成方法复杂，步骤多，收率低，已经不被使用。

Taylar等的专利US6066732、巴列特等的专利CN1271338中，通过培美酸(Pemetrexed acid)与谷氨酸二乙酯缩合然后水解，得到培美曲塞的方法。该路线步骤如下：

专利CN1827604、CN101333173B公开了一种新的合成路线，先将谷氨酸侧链在合成前期引入反应过程，该路线主要步骤如下：

该路线第四步的收率较低，取代反应不容易实现，且该醛基化合物较为不稳定，反应中容易引入较多的杂质。由于该类路线尚未工业化，因此目前市场上原料药厂商主要采用的合成路线还都是以培美酸为原料的工艺。

进一步的工艺研究表明，培美酸的产品质量严重影响最终API培美曲塞的纯度，培美酸的杂质很容易引入到最终产品中，一旦引入进一步纯化难度高而且收率低，将给厂商造成很大的损失。譬如专利CN102086204中公布了一种培美曲塞二钠的提纯方法，该方法是通过盐析法与混合溶剂析晶法相结合实现的，但是在这一步做纯化会使产品损失加重。

所以如何提高培美酸的纯度，将单个杂质含量降到最低，就成为了合成培美曲塞二钠的关键一步。为了满足ICH（人用药物注册技术要求国际协调会议）对于原料药单个未知杂质小于0.1%的要求，单杂小于0.1％的培美酸也成为各个原料药厂商的主要找寻目标。

文献报道的关于培美酸的合成路线多达十余条，初步分析各条路线，根据原料的成本、收率的高低、尤其是放大操作的可行性分析，其中原料易得，适于放大操作便利的工艺路线主要有以下两条：

1，专利US6066732报道了丙烯醇偶联方法，路线如下：

该路线中对碘苯甲酸乙酯和丙烯醇为原料经由Heck反应进行偶联，再经由Henry反应，消去反应，加成反应以及Nef反应关环等得到培美酸总收率32.9％。

2，专利US6262262报道了以3-丁烯-1-醇偶联方法，路线如下：

该路线中对溴苯甲酸甲酯和丁烯醇为原料经由Heck反应进行偶联，然后再经由加成、溴代、环合、水解等反应制备培美酸，总收率还不到30%。

国内以上述两种方法来制备培美酸进而制备培美曲塞的文献报道很多，培美酸收率不高而且纯度均未报道，本发明人按文献方法对上述两条路线均进行了小试以及中试开发，同样收率较低，更关键的是制备得到的培美酸纯度仅在90％左右，远远满足不了市场需求。

3、发明内容

为了解决上述问题，进一步改良和优化中间体培美酸的制备工艺，本公司发明人经过大量的条件实验，选择路线1进行大量优化，路线选择的主要原因在于路线2中使用的关键原料3-丁烯-1-醇价格十分昂贵（公斤价约3000元，相比丙烯醇约120元，培美酸约9000元），不利于控制成本。通过优化各步反应，提高各步中间体纯度，从而控制终产品的纯度从原有的90.5%提高到99.8%以上，并且单杂质小于0.1%，符合ICH对于原料药单个未知杂质的要求，药品质量实现了质的飞跃。

在另一主要原料对卤苯甲酸酯的选择上，溴代物，碘代物以及相应的甲酯、乙酯均具有基本相同的收率以及纯度，因此优选市场价格便宜的对溴苯甲酸甲酯作为起始原料。

在培美酸的制备工艺中，第一步是反应关键，原因在于Heck反应中涉及到氢的转移，因此带来的副产物（未转移产物）较多，同时Heck反应中使用的相转移催化剂（四丁基溴化铵等）以及零价钯的配合物等在有机相有相当的溶解度，按照原专利工艺无法有效的去除，并且液相还无法检出，导致以后各步反应杂质偏大并一直被包裹到最后产品培美酸，制备的培美酸即便纯度合格含量也很难合格，更为致命的是原工艺制备中间体（3-(4-甲氧羰基)苯基-1-丙醛）过程在小试阶段进展顺利但在放大阶段试验无法重复出同样的结果，收率很低，小试总收率大约在35％左右，但放大总收率仅26％。

分析原因是由于醛基不稳定，在浓缩蒸馏过程中会逐步的自身缩合而导致收率大大降低，尤其在放大生产中由于蒸馏温度不好控制且蒸馏时间长达数小时（500L反应蒸馏历时4～6h），缩合现象与小试对比天壤之别，小试缩合产物大约在1～2％，生产放大过程会增加到20％左右，造成收率大大降低，本发明人通过各种方案，比如改变加热方式（用恒温加热替代蒸汽加热）降低蒸馏温度，或者分批蒸馏，都无法有效解决，只能降低几个杂质百分点，因为醛中存在的其他杂质可能会催化缩合，降低蒸馏温度就意味延长了蒸馏时间，因此蒸馏过程对产品收率的影响无法去除，因此本发明为解决这一难题，采取直接使用亚硫酸氢钠直接制得醛基的保护盐，这样无需精制蒸馏，不仅可以避免蒸馏过程醛基的自身缩合，而且通过成盐去处Heck反应生产的其他杂质，去除重金属杂质，相转移催化剂等，这些杂质在后续的反应中都会对各步反应以及收率产生较大的影响，为制备高纯度的培美酸夯下坚实的基础。

最后一步培美酸的纯化也很关键，我们经过大量的试验发现，培美酸的强碱盐会产生较多的杂质，但是弱碱盐较为稳定，因此使用三乙胺盐可以有效的控制杂质，使得反应液中的杂质小于0.5％，析出产品的单杂小于0.1％；而使用常规的NaOH及KOH，溶液中杂质约在5％左右，产品中该单杂在0.5％左右，实现了产品质量质的飞跃。同时各步都注意用料和溶剂选取，使用低毒无害的溶剂做反应，并且大部分能够回收利用。本方法终产品的总收率达到65%以上，纯度提高到99.5％以上，是一种更有利于工业化生产，更高效更环保的生产工艺。

具体实施路线如下：

本发明提供了一种制备高纯度培美酸的放大工艺，包括以下步骤：

a、将对溴（或碘）苯甲酸甲酯和丙烯醇通过HECK反应，以及亚硫酸氢钠加成，生成稳定的高纯度的中间体3-(4-甲氧羰基)苯基-1-羟基丙基磺酸钠(A1)；

b、将3-(4-甲氧羰基)苯基-1-羟基丙基磺酸钠(A1)先脱保护，再与硝基甲烷经Henry反应生成4-(3-羟基-4-硝基丁基)苯甲酸甲酯（A2）；

c、将4-(3-羟基-4-硝基丁基)苯甲酸甲酯（A2）与甲磺酰氯在三乙胺存在下反应，得到4-(4-硝基-3-丁烯基)苯甲酸甲酯（A3）；

d、将4-(4-硝基-3-丁烯基)苯甲酸甲酯（A3）与2，4二氨基-6-羟基嘧啶反应，得到4-[3-(2，6-二氨基-4-氧代嘧啶-5-基)-4-硝基丁基]苯甲酸甲酯（A4）；

e、将4-[3-(2，6-二氨基-4-氧代嘧啶-5-基)-4-硝基丁基]苯甲酸甲酯（A4）在氢氧化钾存在下经Nef反应并进一步关环得到培美酸粗品；

f、将粗品培美酸先与有机弱碱反应成盐，再用盐酸游离出来进行纯化，得到高纯培美酸。

上述工艺路线中，各步骤的具体工艺条件如下：

1）步骤a中，所述Heck反应催化剂选自醋酸钯、钯碳、钯黑、三苯基磷钯其中的一种，最优选为醋酸钯；所述亚硫酸氢钠水溶液的浓度为10％～40％，最优为20％。

2）步骤b中，所述脱保护试剂选自三甲基氯硅烷、三甲基溴硅烷、HCl气体、乙酰氯/乙醇溶液其中的一种，最优选为三甲基氯硅烷；所述反应溶剂选自乙腈、甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇中的一种或几种混合溶剂，最优为乙腈。

3）步骤f中，所述有机弱碱选自三乙胺、二异丙基乙基胺、吡啶、N－甲基吗啉等常用的有机碱，最优为三乙胺。

与现有技术对比，本发明的优点在于：

a) 通过引入新的中间体3-(4-甲氧羰基)苯基-1-羟基丙基磺酸钠，解决了原工艺放大收率很低的难题，总收率从27％提高到65％，大大降低了培美酸成本，具有极大的经济效益。

b) 通过引入新的高纯度的中间体3-(4-甲氧羰基)苯基-1-羟基丙基磺酸钠，以及使用弱碱来纯化培美酸粗品，将培美酸的质量实现了质的飞越，总纯度>99.5%，单杂小于0.1％，产品质量极具市场竞争力。

c) 通过优化各步生产条件，用乙酸乙酯替代原工艺条件的二氯甲烷等溶剂，便于回收套用，减少了三废，同时反应条件温和，工艺更加节能环保。

附图说明：

图1，HPLC空白图谱

图2，培美酸HPLC图谱

图3，培美酸氢谱

图4，培美酸碳谱

为了更好的说明本发明方法，下面通过具体实施例来说明，给出本发明的实验细节，但并不是旨在限定本发明的保护范围：

实施例1：

一、3-(4-甲氧羰基)苯基-1-羟基丙基磺酸钠(A1）的制备

氮气保护下，在500L反应釜中加入二甲基甲酰胺220kg，二水乙酸锂9.4kg，氯化锂10.6kg，对溴苯甲酸甲酯18kg，丙烯醇6.8kg，四丁基溴化铵5.4kg。升温到85～90度，然后加入乙酸钯0.38kg，继续搅拌反应约0.5h，TLC监测至反应完全。反应完毕，将料液加入330L水中用乙酸乙酯萃取两次，每次150kg，合并有机相，并用水100kg洗涤一次，分出有机相；加入40kgNaHSO₃水溶液（含NaHSO₃8kg），搅拌析晶收集固体，45℃烘干，得淡黄色固体22.4kg（A1），收率90％，纯度（HPLC检测时部分分解成醛）>98%。

二、4-(3-羟基-4-硝基丁基)苯甲酸甲酯（A2）的制备

氮气保护下，在200L反应釜中加入92Kg乙腈，然后加入22.4kg 粉碎的A1黄色粉末，0～5℃滴加三甲基氯硅烷8.2kg，滴加完毕保持0～5℃搅拌反应2h，然后加入硝基甲烷4.6kg，三乙胺3.8kg，缓慢升温至50℃（约历时2小时），保温反应12h，TLC监测至反应完全。反应完毕，反应液转入500L反应釜，加入乙酸乙酯200kg，冰浴10℃以下，用1N盐酸200kg洗涤一次，再用200kg水洗至中性，浓缩有机相，得黄色固体18.4kg（A2）,纯度90％。

三、4-(4-硝基-3-丁烯基)苯甲酸甲酯（A3）的制备

氮气保护下，在500L反应釜中加入加入乙酸乙酯150kg，18.4kgA2，降温到0～5℃滴加甲磺酰氯 5.6kg，搅拌30分钟，开始缓慢滴加三乙胺13.1kg（历时约1小时），滴加过程继续控温在0～5℃，滴加完毕继续搅拌反应2小时， TLC监测至反应完全。反应结束后，在10℃下向反应液中加入水100kg，搅拌洗涤10分钟，分取有机相，再用水100Kg搅拌洗涤30分钟，分取有机相，无水硫酸镁干燥，过滤，浓缩，回收乙酸乙酯，得黄色油状物粗品1-硝基-4-(4-甲氧甲酰基苯基)-2-丁烯（A3）19.2kg（含难以彻底去处的溶剂，表观收率超过100％），HPLC89%，含量80％。

四、4-[3-(2，6-二氨基-4-氧代嘧啶-5-基)-4-硝基丁基]苯甲酸甲酯（A4）的制备

200L反应釜中加入19.2kgA3,甲醇150kg，搅拌下加入8.9kg2，4二氨基-6-羟基嘧啶，加热升温至45-50℃，搅拌反应2h，TLC监测至反应完全。反应结束后，抽滤固体，用水160kg，加热至50℃搅拌洗涤30分钟，冷却到室温离心固体，固体用水20kg淋洗两次，室温干燥24小时，40℃减压干燥10小时，得黄褐色固体A4 21.2kg， HPLC＞98%。

五、培美酸（{4-[2-(2-氨基-4,7-二氢-4-氧代-3H-吡咯并[2,3]嘧啶-5-基)乙基]苯甲酸}）的制备

室温下，向200L反应釜中加入2N氢氧化钾溶液97kg（含KOH 10.8kg），然后加入21.2kgA4。在60～65℃搅拌反应2小时。反应完毕加入1kg活性炭，搅拌30分钟，过滤除去粘性不溶性物质。然后将反应液缓慢滴加到126kg 5N硫酸中。加完后升温40～45℃搅拌2小时，用1N碳酸氢钠调PH=10～11，再用1N盐酸调PH=3～4，搅拌析晶2小时，离心得固体得培美酸粗品，无需干燥，等待精制，检测纯度97.2％。

六、培美酸的精制

方法A，三乙胺盐精致

将粗品投入160kg甲醇中，再加入32.4kg三乙胺，搅拌升温到50-53℃溶解。向体系中加入1.6kg活性炭，保温搅拌一小时，然后趁热过滤。滤液抽回500L反应釜，降温到20～25℃，向其中加入135kg去离子水，搅拌下向体系中加入2N盐酸，调PH=3～4，保温搅拌4小时，充分析晶，离心固体，固体再用水50kg在40℃打浆30分钟，离心，得类白色固体培美酸（A5）16.2kg，收率93%，mp>250℃，HPLC纯度99.8％，含量99.4％，单杂小于0.1％。总收率65％。

MS： 299（M＋H），¹H-NMR（500MHz，DMSO）: δ12.71(br,1H) , δ10.59(s,1H), δ10.13(s,1H), δ7.84～7.82（d，2H），δ7.31～7.29（d，2H），δ6.30(s,1H), δ5.98(s,1H)，2.99～2.83（m，4H）；¹³C-NMR（125MHz，DMSO）: δ167.3 , δ159.2, δ152.2, δ151.3，δ129.2，δ128.4, δ128.2，δ117.6, δ113.4, δ98.71, δ36.23, δ27.83。

方法B：NaOH精致

将粗品1.6kg（折干）加入到50L玻璃反应釜中，加入18L纯化水搅拌下用2N氢氧化钠调溶解，加入0.16kg活性炭，搅拌升温到50-53℃，搅拌1小时，搅拌下向体系中加入2N盐酸，调PH=3～4，保温搅拌4小时，充分析晶，离心固体，固体再用水3kg在40℃打浆30分钟，离心，得浅粉色固体培美酸（A5）1.4kg，收率88%，mp>250℃，HPLC纯度99.2％，含量98.5％，最大单杂0.5％。

如上两种培美酸的精制方法，以弱碱来精制能显著降低杂质的生成，而以弱碱精制产品质量有了质的提高。

实施例2

以下工作为本发明人以路线1制备培美酸的放大生产记录。

一、3-(4-甲氧羰基)苯基-1-丙醛（B1）的制备

氮气保护下，在200L反应釜中加入DMF 220kg，二水乙酸锂9.4kg，氯化锂10.6kg，对溴苯甲酸甲酯18kg，丙烯醇6.8kg，四丁基溴化铵5.4kg。升温到85～90度，然后加入乙酸钯0.38kg，继续搅拌反应约0.5h，TLC监测至反应完全。反应完毕，将料液加入330L水中，用乙酸乙酯萃取两次，每次150kg，合并有机相，并用水100kg洗涤一次，分出有机相；开启下加热，控温45度以下蒸干溶剂，得到油状物（B1）15kg，纯度56％（22min杂质22.5％,MS分析为B1双分子缩合后脱水产物）。

二、4-(3-羟基-4-硝基丁基)苯甲酸甲酯（A2）的制备

氮气保护下，在100L反应釜中加入甲醇50kg，硝基甲烷3.1kg，三乙胺2.4kg，上步制得的B1 15kg，缓慢升温至50℃（约历时2小时），保温反应12h，TLC监测至反应完全。反应完毕，整除大部分甲醇后加抽入二氯甲烷60kg，水30kg，分液；有机相再用1NHCl 30kg洗涤一次，分出有机相无水硫酸钠干燥2小时，抽滤，滤液减压蒸干，得黄色油状物15.6kg（A2）,纯度52％。

三、4-(4-硝基-3-丁烯基)苯甲酸甲酯（A3）的制备

氮气保护下，在200L反应釜中加入加入二氯甲烷80kg，15.6kg上步制得的A2，降温到0～5℃滴加甲磺酰氯2.7kg，搅拌30分钟，开始缓慢滴加三乙胺6.2kg，滴加过程继续控温在0～5℃，滴加完毕继续搅拌反应2小时， TLC监测至反应完全。反应结束后，在10℃下向反应液中加入水50kg，搅拌洗涤10分钟，分取有机相，再用水50Kg搅拌洗涤30分钟，分取有机相，无水硫酸镁干燥，过滤，浓缩，回收二氯甲烷，得黄色油状物粗品1-硝基-4-(4-甲氧甲酰基苯基)-2-丁烯（A3）16.6kg，HPLC47%，含量40％。

100L反应釜中加入16.6kg上步制得的A3,甲醇70kg，搅拌下加入3.6kg2，4二氨基-6-羟基嘧啶，加热升温至45-50℃，搅拌反应2h，TLC监测至反应完全。反应结束后，抽滤固体，用水50kg，加热至50℃搅拌洗涤30分钟，冷却到室温离心固体，固体用水10kg淋洗两次，室温干燥24小时，40℃减压干燥10小时，得黄褐色固体A4 9.1kg，HPLC92％。

室温下，向100L反应釜中加入2N氢氧化钾溶液40kg（含KOH 4.5kg），然后加入上步制得9.1kgA4。在60～65℃搅拌反应2小时。反应完毕加入0.4kg活性炭，搅拌30分钟，过滤除去粘性不溶性物质。然后将反应液缓慢滴加到50kg 5N硫酸中。加完后升温40～45℃搅拌2小时，用1N碳酸氢钠调PH=10～11，再用1N盐酸调PH=4～4.5，搅拌析晶2小时，离心得青色固体，45度鼓风干燥，得固体6.4kg，HPLC纯度90.2％，最大单杂3.2％。总收率26％。

通过以上实施例的对比，可以显著看出原工艺路线1在生产放大中产生问题的主要原因，不适用于工业放大，而通过本发明人的工艺改进，总收率达到65%以上，纯度提高到99.5％以上，并可可以顺利实现工业化生产。

Claims

1.一种合成高纯度培美酸的制备工艺，其特征在于合成路线如下：

2.如权利1所述的方法，其特征在于步骤a中，所述Heck反应催化剂选自醋酸钯、钯碳、钯黑、三苯基磷钯其中的一种，最优选为醋酸钯；所述亚硫酸氢钠水溶液的浓度为10％～40％，最优选为20％。

3.如权利1所述的方法，其特征在于步骤b，所述脱保护试剂选自三甲基氯硅烷、三甲基溴硅烷、HCl气体、乙酰氯/乙醇溶液其中的一种，最优选为三甲基氯硅烷；所述反应溶剂选自乙腈、甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇中的一种或几种混合溶剂，最优选为乙腈。

4.如权利1所述的方法，其特征在于步骤f中，所述有机弱碱选自三乙胺、二异丙基乙基胺、吡啶、N－甲基吗啉等常用的有机碱，最优选为三乙胺。