CN111848639A

CN111848639A - 一种合成利福平的工艺方法

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Publication number: CN111848639A
Application number: CN202010655673.6A
Authority: CN
Inventors: 吴艳阳; 陈葵; 马智慧; 李汝真; 武斌; 纪利俊; 朱家文
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2020-07-09
Filing date: 2020-07-09
Publication date: 2020-10-30

Abstract

本发明涉及一种合成利福平的工艺方法，主要步骤包括：以利福霉素S为原料，进行环合反应，得到含有利福霉素噁嗪的溶液，对含有利福霉素噁嗪的溶液进行溶析结晶，得到利福霉素噁嗪粗品；利福霉素噁嗪粗品与1‑氨基‑4‑甲基哌嗪进行缩合反应，得到含有利福平的反应液；对含有利福平的反应液进行降温结晶，得到利福平产品。与现有技术相比，本发明具有反应步骤少，产品收率高，反应原料成本低，同时生产更环保，减少30％原料用量(每1kg利福霉素S所需的二羟甲基叔丁胺的用量减少了约28％，1‑氨基‑4‑甲基哌嗪的用量减少了约30％)等优点。解决了采用水析法生产中产生大量污水的缺点，并减少了因以利福霉素S‑Na为原料导致反应产物不纯对产率的影响。

Description

一种合成利福平的工艺方法

技术领域

本发明属于化合物制备技术领域，尤其是涉及一种合成利福平的工艺方法。

背景技术

利福霉素(Rifamycin)是一类毒性低、疗效高、广谱的抗生素，主要用于治疗结核病、革兰氏阳性菌的感染、沙眼、麻风病以及脑膜炎球菌带菌者。在结核病治疗方面，与异烟肼和链霉素相比，利福平效果更佳，是目前临床用量最大的品种之一。

利福霉素在结构上属于安莎类抗生素，是天然产生的或半合成的一大类抗生素。在众多的利福霉素半合成衍生物中，利福平(rifampicin)因具有广谱的抗菌作用、疗效高、毒副作用小、服用方便和价格低廉等优点，在临床上得到了广泛应用。利福平的合成，国外的发展比国内早，研究也更全面详细。

国外合成工艺有：

半合成法，俗称3-F工艺。该方法将3-甲酰基利福霉素SV与1-氨基-4甲基哌嗪在四氢呋喃中反应得到利福平。该方法需要几个连续的反应过程，反应时间较长，且反应收率较低，中间产物杂质较多，需要进一步分离，步骤繁琐。

Gianantonio改进半合成法。该方法改用MnO₂作氧化剂，改变反应条件。由于使用了MnO₂氧化剂，得到的中间产物需要过滤掉MnO₂以防止其反应，步骤繁多，且反应时间长。

噁嗪工艺。将利福霉素S与N-二烷基甲氧基胺在DMF中反应，生成中间产物利福霉素噁嗪，之后将反应液倾入醋酸水溶液中析出利福霉素噁嗪，并用氯仿等有机溶剂萃取。在碱性条件下，使有机相与吡咯烷以及1-氨基-4-甲基哌嗪进行反应，之后用pH＝5的醋酸水溶液洗涤、水洗、硫酸钠干燥、过滤、浓缩至干得到利福平粗品，将粗品在丙酮中重结晶得到利福平纯品，质量收率约95％。

噁嗪工艺的改进。将利福霉素S与1,3,5-三取代六氢均三嗪在非质子极性溶剂中反应，也可以得到中间产物利福霉素噁嗪，且此方法不需更换溶剂，可以直接加入1-氨基-4-甲基哌嗪进行下一步反应。

国内工艺：

国内首先参照3-F工艺于1972年成功合成利福平，在随后几年时间里均以利福霉素S-Na为原料，在四氢呋喃或醋酸乙酯等溶媒中与甲醛、叔丁胺缩合、水解制得3-甲酰基利福霉素SV，然后与1-氨基-4-甲基哌嗪缩合得到利福平。该工艺在生产上存在四氢呋喃、MnO₂、维生素C等原料来源困难，毒性较大等缺点。1977年，利福平的合成工艺改为噁嗪工艺，并用二甲基甲酰胺替换四氢呋喃作溶剂，在合成1-氨基-4-甲基哌嗪时用丙酮代替氯仿进行提取，并提高了叔丁胺的合成收率。此后，又针对噁嗪工艺进行了几次改进，省去了MnO₂和维生素C等原料，用哌嗪代替吡咯烷或三乙胺，提高了收率与质量。

目前，国内利福平的合成仍采用较为成熟的噁嗪工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的合成利福平的工艺方法。

本发明以利福霉素S为原料，先进行环合反应，再对反应所得的利福霉素噁嗪溶液进行溶析结晶，进一步进行缩合反应、降温结晶，得到药物利福平。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种合成利福平的工艺方法，包括以下步骤：

环合反应：以利福霉素S为原料，进行环合反应，得到含有利福霉素噁嗪的溶液；

溶析结晶：对含有利福霉素噁嗪的溶液进行溶析结晶，得到利福霉素噁嗪粗品；

缩合反应：利福霉素噁嗪粗品与1-氨基-4-甲基哌嗪进行缩合反应，得到含有利福平的反应液；

降温结晶：对含有利福平的反应液进行降温结晶，得到利福平产品。

在本发明的一个实施方式中，环合反应中，利福霉素S溶解在DMF(二甲基甲酰胺)中，加入醋酸、分子筛、二羟甲基叔丁胺进行环合反应，醋酸的用量为0.01-0.6mL/g利福霉素S，优选为0.01-0.35mL/g利福霉素S；分子筛的加入量为0.3-1.0g/10g利福霉素S，利福霉素S与二羟甲基叔丁胺的摩尔比为(0.1-3)：1。

在本发明的一个实施方式中，环合反应中，各物料比为V(DMF)：V(二羟甲基叔丁胺)：V(醋酸)：M(分子筛)：M(利福霉素S)＝(0.1-1.0L)：(0.1-0.5L)：(0.2-1.5L)：(0.5-1.5kg)：(1.0-3.0kg)。

本发明中，二羟甲基叔丁胺作为环合反应的原料，在DMF中与利福霉素S进行反应得到含有利福霉素噁嗪的溶液；环合反应需要在弱酸的环境下进行，选择醋酸作为酸性介质来调节反应体系的pH，在环合反应中加入醋酸，可以促进反应的进行，加快反应速度，同时可以抑制副反应，提高利福霉素噁嗪的纯度；环合反应中会有水生成，分子筛可以脱去水分，使反应平衡正向移动，增加利福霉素噁嗪的收率。

在本发明的一个实施方式中，所述分子筛选择为3A分子筛。

在本发明的一个实施方式中，环合反应进行的条件为：40-80℃下反应50-100min，优选为50-60℃反应80-100min。

在本发明的一个实施方式中，环合反应过程的温度可以通过恒温水浴槽加热并维持温度。

在本发明的一个实施方式中，在搅拌状态下向利福霉素S中加入一定体积的DMF溶解，溶解过程中进行加热。

在本发明的一个实施方式中，所述DMF浓度(v％)为5-10％。

在本发明的一个实施方式中，进行溶析结晶的第一溶剂选择乙醇、丙醇、丁醇、乙酸乙酯或乙酸丁酯中的一种或几种；进行溶析结晶的第一溶剂加入含有利福霉素噁嗪的溶液前预热至20-50℃，优选为30-50℃。

在本发明的一个实施方式中，进行溶析结晶的第一溶剂加入量为10-200ml/5g利福霉素噁嗪。

在本发明的一个实施方式中，进行溶析结晶的过程中，加入第一溶剂后，搅拌状态下降温结晶，当温度降至0-15℃时关闭搅拌，静置0.5-2h，然后抽滤，得到利福霉素噁嗪粗品。

在本发明的一个实施方式中，缩合反应过程中，将利福霉素噁嗪粗品溶解在第二溶剂后，与1-氨基-4-甲基哌嗪进行缩合反应，得到含有利福平的反应液；

其中，缩合反应物料比为V(第二溶剂)：V(1-氨基-4-甲基哌嗪)：M(利福霉素噁嗪)＝(10-20L)：(0.1-2.0L)：(1.0-5.0kg)。

在本发明的一个实施方式中，所述第二溶剂选自丙醇、丁醇、乙酸乙酯或乙酸丁酯中的一种或几种的组合。

在本发明的一个优选实施方式中，所述第二溶剂用量为80-100mL/g利福霉素噁嗪。

在本发明的一个实施方式中，利福霉素噁嗪粗品溶解在第二溶剂的过程是在搅拌状态下进行的。

在本发明的一个实施方式中，缩合反应进行的条件为：20-100℃下反应50-200min，优选为40-80℃反应60-180min，进一步优选反应时间为100-150min。

在本发明的一个实施方式中，缩合反应过程的温度可以通过恒温水浴槽加热并维持温度。

在本发明的一个实施方式中，降温结晶过程中，向含有利福平的反应液中滴加醋酸，调节利福平反应液的pH在3-7之间，在搅拌状态下降温结晶，当温度降至0-15℃时关闭搅拌，静置0.5-5h，然后抽滤，得到利福平产品。

在本发明的一个优选实施方式中，降温结晶过程中，调节利福平反应液的pH在5-6之间。

在本发明的一个优选实施方式中，降温结晶过程中，当温度降至2-8℃时关闭搅拌，静置后抽滤，得到利福平产品。

本发明提供的工艺方法中，在溶析结晶的过程中，对第一溶剂以及DMF进行回收循环利用，在降温结晶过程中，对第二溶剂进行回收循环利用。

本发明中，所用原料利福霉素S、中间产物利福霉素噁嗪，以及最终产品利福平均为已知结构的化学品，其中利福霉素S化学结构式如图2所示，利福霉素噁嗪化学结构式如图3所示，利福平的化学结构式如图4所示。

本发明中均采用液相色谱法对利福霉素S、利福霉素噁嗪、利福平进行定性、定量检测。

目前国内常用的噁嗪工艺均以利福霉素S-Na为原料，经浓硫酸酸化反应得到利福霉素S，期间并未对反应的产物进行分离提纯，使得环合反应中杂质较多。本发明不再以利福霉素S-Na为原料，而直接以利福霉素S为原料，不需要进行酸化，该方法用于环合反应的原料纯度更高，同时，本发明的方法将目前国内生产工艺中的蒸发浓缩(每1kg利福霉素S所需的二羟甲基叔丁胺的用量为0.278L，1-氨基-4-甲基哌嗪的用量为0.463L)改为溶析结晶，克服了现有技术中存在的蒸发后浓缩液难以转移和水洗时噁嗪容易结块析出等缺陷。

本发明具有反应步骤少，产品收率高，反应原料成本低，同时生产更环保，减少30％原料用量(每1kg利福霉素S所需的二羟甲基叔丁胺的用量减少了约28％，1-氨基-4-甲基哌嗪的用量减少了约30％)等优点。解决了采用水析法生产中产生大量污水的缺点，并减少了因以利福霉素S-Na为原料导致反应产物不纯对产率的影响。

附图说明

图1为本发明实施方式中合成利福平的工艺方法的流程示意图。

图2为利福霉素S的化学结构式。

图3为利福霉素噁嗪的化学结构式。

图4为利福平的化学结构式。

具体实施方式

在本发明提供的技术方案中，将环合反应原料改为利福霉素S代替原来的利福霉素S-Na。在本发明提供的一个实施方式中，综合水析法和浓缩法改用改进后的半浓缩半水洗工艺溶析结晶。

在本发明的技术方案中，通过向环合反应结束后的利福霉素噁嗪反应液中加入醇类物质而使利福霉素噁嗪溶析结晶，将利福霉素噁嗪粗品溶解在第二溶剂后，与1-氨基-4-甲基哌嗪进行缩合反应得到利福平粗品。

在本发明的技术方案中，先将利福霉素噁嗪反应液在压力-0.1-0.1MPa、温度20-90℃条件下真空浓缩，再用醇类物质重新溶解并加入水反萃出杂质，除去水相，在醇相中加入1-氨基-4-甲基哌嗪进行缩合反应得到利福平。

一种合成利福平的工艺方法，参考图1，包括以下步骤：

(1)环合反应：取3-8g利福霉素S于150mL三口夹套瓶，在搅拌状态下加入一定体积的DMF溶解，通过恒温水浴槽加热并维持在40-80℃，加入一定量的醋酸及3A分子筛，加入二羟甲基叔丁胺，反应时间为50-100min，环合反应中，各物料比为V(DMF)：V(二羟甲基叔丁胺)：V(醋酸)：M(3A分子筛)：M(利福霉素S)＝(0.1-1.0L)：(0.1-0.5L)：(0.2-1.5L)：(0.5-1.5kg)：(1.0-3.0kg)。

(2)溶析结晶：环合反应结束后向反应液中缓慢加入预热至20-50℃的乙醇、丙醇、丁醇、乙酸乙酯或乙酸丁酯，加入量为10-200ml/5g利福霉素噁嗪，搅拌状态下降温结晶，当温度降至0-10℃时关闭搅拌，静置时间0.5-2h，然后抽滤，得到利福霉素噁嗪粗品，干燥后称重并用液相色谱测量纯度，计算收率。

(3)缩合反应：取利福霉素噁嗪于150mL三口夹套瓶，在搅拌状态下加入一定体积的丙醇、丁醇、乙酸乙酯或乙酸丁酯溶解，通过恒温水浴槽加热并维持在20-100℃，加入1-氨基-4-甲基哌嗪进行反应，其中，缩合反应物料比为V(醇溶剂)：V(1-氨基-4-甲基哌嗪)：M(利福霉素噁嗪)＝(10-20L)：(0.1-2.0L)：(1.0-5.0kg)，反应时间为60-180min。

(4)降温结晶：缩合反应结束向反应液中滴加醋酸，调节利福平反应液的pH在4.5-6.0之间，在搅拌状态下降温结晶，当温度降至0-10℃时关闭搅拌，静置0.5-5h，然后抽滤，得到利福平粗品，干燥后称重并用液相色谱测量纯度，计算收率。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种合成利福平的工艺方法，包括以下步骤：

(1)环合反应：取利福霉素S1.0kg于三口夹套瓶，在搅拌状态下加入DMF溶解，通过恒温水浴槽加热并维持在55℃，加入醋酸及3A分子筛，加入二羟甲基叔丁胺，反应时间为90min，各物料比为V(DMF)：V(二羟甲基叔丁胺)：V(醋酸)：M(3A分子筛)：M(利福霉素S)＝1.0L：0.2L：0.4L：0.06kg：1.0kg。

(2)溶析结晶条件：环合反应结束后向反应液中缓慢加入预热至40℃的乙醇，乙醇加入量为9.0L/kg利福霉素S，DMF的体积分数为10％。搅拌状态下降温结晶，当温度降至5℃时关闭搅拌，静置时间2h，然后抽滤，得到利福霉素噁嗪粗品，干燥后称重并用液相色谱测量纯度，计算收率，利福霉素噁嗪的摩尔收率为84.55％。

(3)缩合反应：取利福霉素噁嗪于三口夹套瓶，在搅拌状态下加入正丁醇溶解，通过恒温水浴槽加热并维持70℃，加入1-氨基-4-甲基哌嗪进行反应，反应时间为120min。反应物料比为V(正丁醇)：V(1-氨基-4-甲基哌嗪)：M(利福霉素噁嗪)＝16L：0.32L：1.0kg。

(4)降温结晶：缩合反应结束向反应液中滴加醋酸，调节利福平反应液的pH为5.4-5.8，在搅拌状态下降温结晶，当温度降至5℃时关闭搅拌，静置2h，然后抽滤，得到利福平粗品，干燥后称重并用液相色谱测量纯度，计算收率，利福平的摩尔收率为97.87％。

实施例2

一种合成利福平的工艺方法，参考图1，包括以下步骤：

(1)环合反应：取利福霉素S 5g于150ml三口夹套瓶，在搅拌状态下加入一定体积的DMF溶解，通过恒温水浴槽加热并维持在60℃，加入一定量的醋酸及3A分子筛，加入二羟甲基叔丁胺，反应时间为80min，环合反应中，各物料比为V(DMF)：V(二羟甲基叔丁胺)：V(醋酸)：M(3A分子筛)：M(利福霉素S)＝(1L)：(0.2L)：(0.4L)：(0.06kg)：(1.0kg)。

(2)溶析结晶条件：环合反应结束后向反应液中缓慢加入预热至20℃的乙醇，乙醇加入量为19L/kg利福霉素S，DMF的体积分数为5％。搅拌状态下降温结晶，当温度降至0℃时关闭搅拌，静置时间0.5h，然后抽滤，得到利福霉素噁嗪粗品，干燥后称重并用液相色谱测量纯度，计算收率，利福霉素噁嗪的摩尔收率为80.44％。

(3)缩合反应：取利福霉素噁嗪于三口夹套瓶，在搅拌状态下加入一定体积的丁醇溶解，通过恒温水浴槽加热并维持在55℃，加入1-氨基-4-甲基哌嗪进行反应，反应时间为120min。其中，缩合反应物料比为V(醇溶剂)：V(1-氨基-4-甲基哌嗪)：M(利福霉素噁嗪)＝(12L)：(0.32L)：(1.0kg)，。

(4)降温结晶：缩合反应结束向反应液中滴加醋酸，调节利福平反应液的pH在4.5-6.0之间，在搅拌状态下降温结晶，当温度降至0℃时关闭搅拌，静置0.5h，然后抽滤，得到利福平粗品，干燥后称重并用液相色谱测量纯度，计算收率，利福平的摩尔收率为97.64％。

实施例3

一种合成利福平的工艺方法，参考图1，包括以下步骤：

(1)环合反应：取利福霉素S 5g于150ml三口夹套瓶，在搅拌状态下加入一定体积的DMF溶解，通过恒温水浴槽加热并维持在40℃，加入一定量的醋酸及3A分子筛，加入二羟甲基叔丁胺，反应时间为70min，环合反应中，各物料比为V(DMF)：V(二羟甲基叔丁胺)：V(醋酸)：M(3A分子筛)：M(利福霉素S)＝(1L)：(0.2L)：(1L)：(0.06kg)：(1.0kg)。

(2)溶析结晶条件：环合反应结束后向反应液中缓慢加入预热至30℃的乙醇，乙醇加入量为9L/kg利福霉素S，DMF的体积分数为10％。搅拌状态下降温结晶，当温度降至5℃时关闭搅拌，静置时间1h，然后抽滤，得到利福霉素噁嗪粗品，干燥后称重并用液相色谱测量纯度，计算收率，利福霉素噁嗪的摩尔收率为81.43％。

(3)缩合反应：取5g利福霉素噁嗪于150ml三口夹套瓶，在搅拌状态下加入一定体积的乙酸乙酯溶解，通过恒温水浴槽加热并维持在45℃，加入1-氨基-4-甲基哌嗪进行反应，反应时间为120min。其中，缩合反应物料比为V(醇溶剂)：V(1-氨基-4-甲基哌嗪)：M(利福霉素噁嗪)＝(21.6L)：(0.32L)：(1.2kg)。

(4)降温结晶：缩合反应结束向反应液中滴加醋酸，调节利福平反应液的pH在4.5-6.0之间，在搅拌状态下降温结晶，当温度降至5℃时关闭搅拌，静置3h，然后抽滤，得到利福平粗品，干燥后称重并用液相色谱测量纯度，计算收率，利福平的摩尔收率为97.50％。

实施例4

一种合成利福平的工艺方法，参考图1，包括以下步骤：

(1)环合反应：取利福霉素S 5g于150ml三口夹套瓶，在搅拌状态下加入一定体积的DMF溶解，通过恒温水浴槽加热并维持在80℃，加入一定量的醋酸及3A分子筛，加入二羟甲基叔丁胺，反应时间为50min，环合反应中，各物料比为V(DMF)：V(二羟甲基叔丁胺)：V(醋酸)：M(3A分子筛)：M(利福霉素S)＝(1.5L)：(0.3L)：(0.6L)：(0.06kg)：(1.5kg)。

(2)溶析结晶条件：环合反应结束后向反应液中缓慢加入预热至50℃的乙醇，乙醇加入量为13.5L/kg利福霉素S，DMF的体积分数为10％。搅拌状态下降温结晶，当温度降至10℃时关闭搅拌，静置时间2h，然后抽滤，得到利福霉素噁嗪粗品，干燥后称重并用液相色谱测量纯度，计算收率，利福霉素噁嗪的摩尔收率为84.51％。

(3)缩合反应：取10g利福霉素噁嗪于150mL三口夹套瓶，在搅拌状态下加入一定体积的乙酸丁酯溶解，通过恒温水浴槽加热并维持在35℃，加入1-氨基-4-甲基哌嗪进行反应，反应时间为150min。其中，缩合反应物料比为V(醇溶剂)：V(1-氨基-4-甲基哌嗪)：M(利福霉素噁嗪)＝(30L)：(0.32L)：(1.5kg)。

(4)降温结晶：缩合反应结束向反应液中滴加醋酸，调节利福平反应液的pH在4.5-6.0之间，在搅拌状态下降温结晶，当温度降至10℃时关闭搅拌，静置5h，然后抽滤，得到利福平粗品，干燥后称重并用液相色谱测量纯度，计算收率利福平的摩尔收率为97.43％。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种合成利福平的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述合成利福平的工艺方法，其特征在于，环合反应中，利福霉素S溶解在DMF中，加入醋酸、分子筛、二羟甲基叔丁胺进行环合反应，醋酸的用量为0.01-0.6mL/g利福霉素S，分子筛的加入量为0.3-1.0g/10g利福霉素S，利福霉素S与二羟甲基叔丁胺的摩尔比为(0.1-3)：1。

3.根据权利要求2所述合成利福平的工艺方法，其特征在于，环合反应中，各物料比为V(DMF)：V(二羟甲基叔丁胺)：V(醋酸)：M(分子筛)：M(利福霉素S)＝(0.1-1.0L)：(0.1-0.5L)：(0.2-1.5L)：(0.5-1.5kg)：(1.0-3.0kg)。

4.根据权利要求1所述合成利福平的工艺方法，其特征在于，环合反应进行的条件为：40-80℃下反应50-100min。

5.根据权利要求1所述合成利福平的工艺方法，其特征在于，进行溶析结晶的第一溶剂选择乙醇、丙醇、丁醇、乙酸乙酯或乙酸丁酯中的一种或几种；进行溶析结晶的第一溶剂加入含有利福霉素噁嗪的溶液前预热至20-50℃；进行溶析结晶的第一溶剂加入量为10-200ml/5g利福霉素噁嗪。

6.根据权利要求1所述合成利福平的工艺方法，其特征在于，进行溶析结晶的过程中，加入第一溶剂后，搅拌状态下降温结晶，当温度降至0-15℃时关闭搅拌，静置0.5-2h，然后抽滤，得到利福霉素噁嗪粗品。

7.根据权利要求1所述合成利福平的工艺方法，其特征在于，缩合反应过程中，将利福霉素噁嗪粗品溶解在第二溶剂后，与1-氨基-4-甲基哌嗪进行缩合反应，得到含有利福平的反应液；

8.根据权利要求7所述合成利福平的工艺方法，其特征在于，所述第二溶剂选自丙醇、丁醇、乙酸乙酯或乙酸丁酯中的一种或几种的组合。

9.根据权利要求1所述合成利福平的工艺方法，其特征在于，缩合反应进行的条件为：20-100℃下反应50-200min，优选为40-80℃反应60-180min，进一步优选反应时间为100-150min。

10.根据权利要求1所述合成利福平的工艺方法，其特征在于，降温结晶过程中，向含有利福平的反应液中滴加醋酸，调节利福平反应液的pH在3-7之间，在搅拌状态下降温结晶，当温度降至0-15℃时关闭搅拌，静置0.5-5h，然后抽滤，得到利福平产品。