CN103232475B - 一种阿扑西林三水合物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了阿扑西林三水合物的制备方法：一、D-天冬氨酸和BTC在甲醇中反应，反应后，加入溶剂，析出天冬氨酸-β-甲酯盐酸盐；二、天冬氨酸-β-甲酯盐酸盐和甲胺溶液反应，生成D-天冬氨酸-β-甲酰胺；反应后，滴加溶剂，析出D-天冬氨酸-β-甲酰胺粗品；D-天冬氨酸-β-甲酰胺粗品经过重结晶后烘干，得D-天冬氨酸-β-甲酰胺；三、D-天冬氨酸-β-甲酰胺和BTC在溶剂中反应，生成D-天冬氨酸-N-环状酸酐；反应后，加入溶剂，析出D-天冬氨酸-N-环状酸酐；四、D-天冬氨酸-N-环状酸酐和阿莫西林在乙腈和氢氧化钠水溶液的溶剂中发生反应，脱去一分子二氧化碳，制得阿扑西林粗品；阿扑西林粗品经过脱色、重结晶、过滤、烘干、得到阿扑西林三水合物。

Description

一种阿扑西林三水合物的制备方法

技术领域

本发明属于医药生产技术领域，具体涉及一种阿扑西林三水合物的制备方法。

发明背景

阿扑西林（天冬羟氨霉素、ASPC、DOYE）为半合成青霉素类广谱抗生素，具有较强的抗菌作用，抗菌谱包括葡萄球菌属、链球菌属、肺炎球菌等革兰氏阳性菌和大肠杆菌、流感杆菌及厌氧菌拟杆菌属等革兰氏阴性菌。临床上用于敏感菌引起的败血症、心内膜炎、呼吸道感染、胆道感染、腹膜炎等。

本品是同类药物中对绿脓杆菌作用最强的“王牌”抗生素，比同类抗菌活性强2-4倍；对大多数产酶和不产酶的革兰氏阳性球菌及阴性杆菌均有效，是超广谱抗生素；具有广泛相互协同作用，便于临床对症联合用药；国外的临床研究中表明本项目疗效好，其副作用也比其它青霉素类的副作用小。

传统的合成方法是将制备的侧链D-天冬氨酸-β-甲酰胺，和氨基保护试剂2-硝基苯硫氯（以下简称NPS-Cl）反应，然后在DCC的作用下，将羧基活化，再经过缩合，脱保护，共六步反应，最后经过柱色谱分离方法，得到目标化合物，合成路线如下所示：

上述就是阿扑西林传统合成路线，其存在的主要缺点是：

第一，NPS-Cl的价格太高，约占本工艺成本的60%。

第二，用到脱水缩合剂DCC，DCC经反应后生成DCU。DCU在实际生产中很难除去，该杂质会一直会带到产品中。

第三，活化试剂的活性不高，在活化反应中，需要使用DCC催化，且收率较低。

第四，脱保护用硫代苯甲酰胺为添加剂，使杂质谱增大，即需要研究NPS-Cl及脱氯后产物，以及硫代苯甲酰胺残留，DCC残留以及生成物DCU残留，三乙胺残留等；且三乙胺作为溶剂残留检测，重现性不好，在质量研究中难度较大。

中国药科大学邹巧根等，在原始合成路线上做出了大改进，表现在羧基活化试剂上，用特戊酰氯制备成酸酐，再经过缩合，脱保护制备目标化合物。该改进的主要优势在于活化试剂采用活性较高的特戊酰氯，生成对应的酸酐活性较高，所以改进后，产品的收率有较大的提高。其改进后的合成路线如下所示：

由上述合成路线可以看出，该合成路线同样解决不了以上问题，即：NPS-Cl价格昂贵，DCC的使用，DCU的残留，硫代苯甲酰胺以及三乙胺的残留。

西南交通大学张铮等人用乙酰乙酸乙酯（EAA）保护氨基，以天冬氨酸为原料，经过酯化，氨解，氨基保护，制备混合酸酐，缩合，脱保护六步反应制备到阿扑西林。（[J].中国抗生素杂志，2012,37(10):770-772）。该工艺的优势在于避免传统工艺NPS-Cl的使用，使得成本较低。但是，仍然存在合成路线过长（需要六步反应），且仍需氨基保护，脱保护等工序，使得操作不便。

发明内容

为解决现有阿扑西林制备技术存在的上述问题，本发明提供了一种合成方便、原料价格低廉、绿色环保的阿扑西林三水合物的制备方法。本发明以天冬氨酸为原料，经酯化，氨解，环合，缩合四步反应制备出目标化合物。经检测，产品的纯度达99.8%以上（检测方法按照日本药典），产品纯度高于原研厂家，其它项达到日本药典要求。

本发明采取以下技术方案：一种阿扑西林三水合物的制备方法，其具体的步骤(合成路线)如下：

步骤一、以D-天冬氨酸为原料，在甲醇中和BTC（学名：双(三氯甲基)碳酸酯，英文名称为：（Bis(triehloromethyl)Carbonate或triphosgene.简称BTC，俗称三光气），发生选择性酯化反应制备天冬氨酸-β-甲酯盐酸盐。反应完成后，在反应液中加入极性较小的溶剂，使产品从反应液中结晶析出。由于BTC的活性低于氯化亚砜，所以选择性酯化产物纯度高，生成的氯化氢直接和酯化物反应，制备成天冬氨酸甲酯盐酸盐。

步骤一中，反应溶剂选用甲醇，反应温度为15-40℃。待反应结束后，加入极性较小的溶剂可以是异丙醚、甲基叔丁基醚、乙醚、二氯甲烷、甲苯中的一种或者几种。

步骤二、天冬氨酸-β-甲酯盐酸盐和甲胺溶液反应，生成D-天冬氨酸-β-甲酰胺。待反应结束后，滴加入另一种溶剂使D-天冬氨酸-β-甲酰胺粗品从反应液中析出。滴加入的溶剂可以是丙酮、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、乙腈、甲醇、乙醇中的一种或者几种。

本步骤中，使用的甲胺溶液可以为甲胺水溶液、甲胺甲醇溶液、甲胺乙醇溶液等，优选甲胺水溶液。甲胺溶液的浓度为25%-45%之间。

所得的D-天冬氨酸-β-甲酰胺粗品经过重结晶后烘干，得D-天冬氨酸-β-甲酰胺。重结晶溶剂为甲醇和水的混合溶剂，或乙醇和水的混合溶剂，或乙腈和水的混合溶剂，或异丙醇和水的混合溶剂。优选甲醇和水的混合溶剂。重结晶的温度为55-80℃。

步骤三、D-天冬氨酸-β-甲酰胺和BTC在四氢呋喃或乙酸乙酯等溶剂中反应生成中间体D-天冬氨酸-N-环状酸酐。本步骤中BTC用量为天冬氨酸-β-甲酰胺的0.33-0.66摩尔当量。反应溶剂可以为无水乙酸乙酯、无水乙酸丁酯、无水四氢呋喃、无水甲基四氢呋喃。优选无水甲基四氢呋喃。反应温度为25-50℃。

待反应结束后，应加入极性较小的溶剂，使D-天冬氨酸-N-环状酸酐从反应液中析出。加入的极性较小的溶剂可以为正庚烷、环己烷、石油醚、乙醚、异丙醚、甲基叔丁基醚中的一种或者几种的混合物。

步骤四、D-天冬氨酸-N-环状酸酐和阿莫西林在乙腈和氢氧化钠水溶液的溶剂中，发生缩合反应，同时脱去一分子二氧化碳，制得阿扑西林粗品。本步骤中溶剂选用乙腈和氢氧化钠水溶液为混合溶剂，阿莫西林的用量为D-天冬氨酸-N-环状酸酐的0.9-1.0摩尔当量，反应温度在-20℃～0℃。

所得到的阿扑西林粗品经过活性炭脱色后，结晶，过滤后收集滤饼，45℃以下烘干得到阿扑西林三水合物。结晶选用的溶剂为：甲醇和水的混合溶剂，或乙醇和水的混合溶剂，结晶的温度为15-35℃。

本发明提供的合成路线如下所示：

双(三氯甲基)碳酸酯（Bis(triehloromethyl)Carbonate或triphosgene.简称BTC，俗称三光气）为绿色安全原材料，与气体光气以及三氯氧磷，氯化亚砜等相比，具有运输方便、计量准确、反应接近等当量等优点。在工业上仅把它当一般毒性物质处理。在医药、农药、有机化工和高分子合成方面可取代光气或双光气参与反应，在氯代反应中，可以替代氯化亚砜以及三氯氧磷等。

BTC和氨基酸，在乙腈、四氢呋喃、乙酸乙酯等溶剂中反应，生成五元环化合物N-环状酸酐。该化合物在碱性条件下，能和氨基反应，生成具有甲酸酰胺结构的片段。甲酸酰胺是一个稳定性较差的结构片段，能够迅速分解，游离出氨基。该方法可以用于肽键基团的构建。反应过程如下所示：

本发明以D-天冬氨酸为原料，和BTC在甲醇溶液中发生选择性的酯化反应，制备成D-天冬氨酸-β-甲酯盐酸盐，再和甲胺水溶液反应制备成D-天冬氨酸-β-甲酰胺，该化合物和BTC反应制备成D-天冬氨酸-N-环酸酐，和阿莫西林三水合物发生缩合反应，同时自动脱去一分子二氧化碳，制备成阿扑西林三水合物。经过改进后，以D-天冬氨酸为原料，仅需四步反应即可得到阿扑西林。改进后，四步反应收率为：45-65%之间，纯度高于99.8%。产品结构经¹HNMR，¹³CNMR，MS鉴定，质量达到日本药典要求，纯度高于原研产品。

本发明所具有的技术优势：

一、酯化反应用BTC制备，现有文献中均未报道该合成方法。由于BTC为固体，且反应后的产物为二氧化碳和氯化氢，其中氯化氢生成对应的盐酸盐，副产物仅为二氧化碳。避免了传统工艺产生二氧化硫而污染环境。

二、侧链和BTC反应，生成的N-环状酸酐，可以同时保护氨基和活化羧基。避免了传统工艺DCC，NPS-Cl，特戊酰氯等的使用，成本大大降低，且BTC为绿色清洁原料，且有很大的工业价值。

三、在缩合反应中，用水和乙腈为溶剂，发生缩合反应的同时，直接脱去一分子二氧化碳，制备到阿扑西林三水合物。本步反应的副产物为碳酸钠，在后续工艺中可以除去，避免三乙胺，DCC，DCU，硫代苯甲酰胺的残留问题，提高了产品的质量。

总之，本发明提供的合成路线短，副反应少，且收率较高，无复杂的操作工序，适合工业化生产。

附图说明

图1是阿扑西林¹HNMR图谱。

图2是阿扑西林特征酰胺基团¹HNMR图谱（放大）。

图3是阿扑西林¹³CNMR图谱。

图4是阿扑西林特征酰胺键¹³CNMR图谱（放大）。

图5是阿扑西林高分辨质谱（ESI-）。

具体实施方式

下面对本发明优选实施例作详细说明。

本发明旨在与保护整条合成路线，以下合成实例仅为证明该合成路线可行。但发明保护内容不限于实例。

1)天冬氨酸-β-甲酯盐酸盐的制备

称取D-天冬氨酸133.0g（1.0mol）于2L三口瓶中，加入甲醇300mL在25-35℃搅拌（固体不溶解，成白色浑浊状），另取BTC 109.0g（1.1mol，1.1eq），用甲醇300mL，搅拌溶解后，将BTC的甲醇溶液滴加入天冬氨酸反应液中。控制滴加速度，使反应液温度不高于40℃。滴加完成后，在25-35℃下搅拌反应30-60min，TLC检测反应情况。（取样0.5mL，加入水1mL，三乙胺0.2mL，振荡后，检测，展开剂用：MeOH:DCM:Et₃N=10:1:1，显色剂用茚三酮，原料Rf=0.1，略拖尾，产物Rf=0.4-0.6，双酯化副产物Rf=0.8-0.9）。原料反应完全后，加入甲基叔丁基醚1000mL，冷却至0-5℃，搅拌60min后，抽滤，得到白色晶体，179.2g，收率：97.6%。

¹HNMR(400M,d⁶-DMSO),δ(ppm):2.93-2.95(d,2H,-CH₂-),3.61(s,3H,-OCH₃),4.09-4.12(t,1H,-CHN-)，8.46（s,br,2H,-NH₂）

¹³CNMR(100M,d⁶-DMSO),δ(ppm):34.27(-OCH3),48.72(-CH₂-),51.99(-CHN-),168.39(-COOH),169.23(-CO-)

MS(ESI⁺),m/z:184.1(M+1),183.1(M+1+2),147.1(M-HCl)

2）天冬氨酸-β-甲酰胺的制备

称取天冬氨酸-β-甲酯盐酸盐92.0g（0.5mol）于1L三口瓶中，加入水200mL。搅拌溶解，加入5%氢氧化钠溶液调节pH至5-7（此时反应液成浑浊）。加入40%甲胺水溶液100g，在25-35℃下搅拌反应8-12小时，TLC检测至原料反应完全时停止反应（展开剂MeOH:DCM：Et3N=10:1:1，显色剂用茚三酮，原料Rf=0.4-0.6，产物Rf=0.2-0.3，拖尾。反应结束现象：反应液澄清）。滴加入丙酮500mL，冷却至0-5℃，析出白色片状固体，抽滤，得到白色片状固体（天冬氨酸-β-甲酰胺粗品）。

将天冬氨酸-β-甲酰胺粗品（湿品），置于1L反应瓶中，加入水200mL，待固体全部溶解后，加入甲醇300mL（反应液由澄清变为浑浊），提高反应温度至65-70℃，反应液澄清。搅拌反应10min后，热滤，滤液在25-35℃下搅拌析出白色片状固体。抽滤，收集滤饼，烘干（水分应小于0.1%）得天冬氨酸-β-甲酰胺68.4g，收率94.5%。

¹HNMR(400M,CDCl₃),δ(ppm):2.95(s,3H,-NCH₃),2.56-2.69（dd,1H,-CH₂-）,4.51-4.53(t,1H,CHN-)

¹³CNMR(100M,d⁶-DMSO),δ(ppm):168.39(-COOH),169.23(-CO-),50.73(-CH2-),34.10(-CHN-),25.16(-NHCH₃)

MS(ESI⁺),m/z:147.1(M+H),148.0(M+H+1)

3）D-天冬氨酸-N-环酸酐的合成

称取天冬氨酸-β-甲酰胺60.0g（（0.41mol）于500mL反应瓶中，加入四氢呋喃200mL（水份小于0.1%），提高反应温度至40-45℃，搅拌反应。另取BTC 45.0g（0.152mol）用四氢呋喃100mL溶解（THF水分小于0.1%），将BTC的溶液加入到到反应液中。在40-45℃下搅拌反应2h，TLC检测反应。（展开剂用MeOH：DCM：HAC=10:1:1,原料Rf=0.1-0.3，成紫红色斑点，拖尾，产品Rf=0.4-0.5，成浅黄色斑点，不拖尾）。待反应结束后，滴加入正庚烷300mL，搅拌析出固体。过滤，滤饼用正庚烷50mL洗涤三次。得到类白色固体。40℃，-0.095MPa下烘干，得D-天冬氨酸-N-环酸酐61.0g，收率86.2%。

¹HNMR(400M,D₂O),δ(ppm):2.56(s,3H,-NCH₃),2.72-2.78(dd,2H,-CH₂-),3.85-3.89(t,1H,CHN-)

¹³CNMR(100M,d⁶-DMSO),δ(ppm):172.8(-CON-),170.7(-COO-),152.9(-NCOO-),51.8(-CHN-),35.7(-CH₂-),25.3(-NCH₃)

MS(ESI⁺),m/z:147.1(M+H),148.0(M+H+1)

MS(ESI⁺),m/z:172.0488(M+H，C₆H₈N₂O₄计算值：172.0484)

4）阿扑西林的制备

称取阿莫西林125.5g（0.30mol），加入乙腈650mL，冷却至-15℃，加入三乙胺30mL，搅拌溶解。另取D-天冬氨酸-N-环酸酐56.8g（0.33mol），用乙腈300mL溶解后，滴加入阿莫西林反应液中。控制滴加速度，使反应液内温不高于-10℃。滴加完成后，反应液略微浑浊。继续搅拌反应2h，HPLC检测阿莫西林小于0.2%后停止反应。过滤，收集滤液。

滤液在35℃下，减压蒸馏，得到棕色粘稠物。将粘稠物冷却后，加入水300mL，待粘稠物溶解后，加入乙醇1000mL，搅拌下析出固体，抽滤后得到阿扑西林粗品（湿品）。

将阿扑西林湿品置于2L三口瓶中，加入水200mL，活性炭2.0g，搅拌5min，抽滤，滤液用精密过滤器（0.22μm，四氟乙烯材质）过滤，收集滤液。搅拌下向滤液中加入95%乙醇1000mL，析出固体，将反应液冷却至-10℃，搅拌1h，抽滤得到白色晶体。45℃，-0.095MPa下烘干得阿扑西林三水化合物。127.1g，收率：77.2%（以阿莫西林计），纯度：99.84%，相关杂质：阿莫西林0.07%，其他最大单杂：0.04%，水分：10.23%。旋光：104.6°

5）两步一锅法制备阿扑西林制备（不分离出化合物9）

称取天冬氨酸-β-甲酰胺100.0g（0.58mol）于1000mL反应瓶中，加入四氢呋喃200mL（水份小于0.1%），提高反应温度至40-45℃，搅拌反应。另取BTC 63.0g（0.21mol）用四氢呋喃100mL溶解（四氢呋喃水份小于0.1%），将BTC的溶液加入到到反应液中。在40-45℃下搅拌反应2h，TLC检测反应进程（展开剂用MeOH：DCM：HAC=10:1:1,原料Rf=0.1-0.3，成紫红色斑点，拖尾，产品Rf=0.4-0.5，成浅黄色斑点，不拖尾）。待反应结束后，将反应液减压蒸馏出四氢呋喃，得到浅红色油状液体。加入乙腈550mL，搅拌溶解后，冷却至0-5℃。备用。

另取阿莫西林三水合物200.0g（0.48mol），加入乙腈800mL，冷却至-10℃，加入5%氢氧化钠溶液400mL，搅拌下反应液逐渐澄清。在-15℃下，将上述D-天冬氨酸-N-环酸酐的乙腈溶液滴加入反应液中。控制滴加速度，使得反应液温度不高于-10℃。滴加完成后，-15℃搅拌反应继续搅拌反应2h，HPLC检测阿莫西林小于0.2%后停止反应。加入冰醋酸调节反应液pH至5.5-6.0后，35℃减压蒸馏出乙腈。得到浅黄色水溶液。将水溶液冷却至0-5℃，加入活性炭2.0g，0-5℃搅拌10min后过滤，收集滤液。向滤液中加入95%乙醇1000mL，反应液中析出白色固体。继续搅拌30min后，抽滤，收集滤饼。得到阿扑西林三水合物粗品（湿品）。

将湿品至于2L三口瓶中，加入水300mL，活性炭2.0g，搅拌5min，抽滤，滤液用精密过滤器（0.22μm，四氟乙烯材质）过滤，收集滤液。搅拌下下向滤液中加入95%乙醇1400mL，析出固体，将反应液冷却至-10℃，搅拌1h，抽滤得到白色晶体。45℃，-0.095MPa下烘干得阿扑西林三水化合物161.8g。两步收率为：51.0%（以取天冬氨酸-β-甲酰胺计）纯度99.86%，阿莫西林0.09%,其他最大单杂0.03%。水份：9.73%，旋光：+107.2°。六个月稳定性后，纯度：99.72%，阿莫西林0.13%，其他最大单杂0.06%，水分：12.49%。旋光：97.2°。

¹HNMR(400M,D₂O),δ(ppm):9.51(s,br,2H),8.97-8.99(d,1H),8.69(s,br,1H),7.98-7.99(d,1H),7.19-7.19(d,2H),6.67-6.99(d,2H),5.54(s,br,1H),5.41-5.44(m,1H),5.30-5.31(d,1H),4.02(s,1H),3.82(s,1H),2.58-2.59(d,2H),1.40(s,3H),1.53(s,3H)。氢谱见附图1，由于酰胺键为该化合物的特征基团，放大图谱见附图2。

¹³CNMR：172.89,169.93,169.61,169.44,169.12,156.98,128.18,127.49,114.92,72.55,66.92,64.15,57.53,55.17,49.97,37.37,30.86,27.25,25.81,其中156.98和114.9分别对应苯环上两个碳原子，为阿扑西林（阿莫西林）苯环上的特征峰。碳谱见附图3，由于酰胺键较多，五个酰胺基团为化合物的特征基团，放大图谱见附图4。

MS(ESI^-),m/z:492.1632(M-H,C₂₁H₂₇N₅O₇S-H计算值为：492.1631)，原始图谱见附图5。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变形都将落在本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种阿扑西林三水合物的制备方法，其特征是按如下步骤：

步骤一、以D-天冬氨酸为原料，在甲醇中和BTC发生反应制备天冬氨酸-β-甲酯盐酸盐；反应完成后，加入第一溶剂，反应温度为15-40℃，使天冬氨酸-β-甲酯盐酸盐从反应液中结晶析出；所述的第一溶剂是异丙醚、甲基叔丁基醚、乙醚、二氯甲烷、甲苯中的一种或者几种；

步骤二、天冬氨酸-β-甲酯盐酸盐和甲胺溶液反应，生成D-天冬氨酸-β-甲酰胺；反应结束后，滴加第二溶剂，使D-天冬氨酸-β-甲酰胺粗品从反应液中析出；所得的D-天冬氨酸-β-甲酰胺粗品经过重结晶后烘干，得D-天冬氨酸-β-甲酰胺；重结晶的温度为55-80℃；所述的第二溶剂是丙酮、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、乙腈、甲醇、乙醇中的一种或者几种；

步骤三、D-天冬氨酸-β-甲酰胺和BTC在第三溶剂中反应，BTC用量为D-天冬氨酸-β-甲酰胺的0.33-0.66摩尔当量，生成中间体D-天冬氨酸-N-环状酸酐；第三溶剂为无水乙酸乙酯、无水乙酸丁酯、无水四氢呋喃或无水甲基四氢呋喃；反应结束后，加入第四溶剂，使D-天冬氨酸-N-环状酸酐从反应液中析出；反应温度为25-50℃；第四溶剂为正庚烷、环己烷、石油醚、乙醚、异丙醚、甲基叔丁基醚中的一种或者几种的混合物；

步骤四、D-天冬氨酸-N-环状酸酐和阿莫西林在乙腈和氢氧化钠水溶液的溶剂中，发生缩合反应，反应温度在-20℃～0℃，同时脱去一分子二氧化碳，制得阿扑西林粗品；所得的阿扑西林粗品经过脱色和重结晶后，过滤，烘干，得到阿扑西林三水合物，结晶的温度为15-35℃。

2.如权利要求1所述的阿扑西林三水合物的制备方法，其特征是：步骤二中，甲胺溶液为甲胺水溶液、甲胺甲醇溶液或甲胺乙醇溶液。

3.如权利要求1或2所述的阿扑西林三水合物的制备方法，其特征是：步骤二中，重结晶的溶剂为甲醇和水的混合溶剂，或乙醇和水的混合溶剂，或乙腈和水的混合溶剂，或异丙醇和水的混合溶剂。

4.如权利要求1所述的阿扑西林三水合物的制备方法，其特征是：步骤四中，阿莫西林的用量为D-天冬氨酸-N-环状酸酐的0.9-1.0摩尔当量。

5.如权利要求1或4所述的阿扑西林三水合物的制备方法，其特征是：步骤四中，重结晶选用的溶剂为：甲醇和水的混合溶剂，或乙醇和水的混合溶剂。