【摘要】

納爾遜·曼德拉大學(xué)的C·R·薩甘迪拉P·瓦茨申請(qǐng)的CN 113677658 A發(fā)明：生產(chǎn)奧司他韋的流動(dòng)合成方法提供了由莽草酸生產(chǎn)奧司他韋及其藥學(xué)上可接受的鹽的流動(dòng)合成方法，特別地但不排他地提供了在九步流動(dòng)合成中由莽草酸生產(chǎn)磷酸奧司他韋的流動(dòng)合成方法，該方法與已知方法相比提供了更優(yōu)的反應(yīng)時(shí)間和產(chǎn)物產(chǎn)率。在九步流動(dòng)合成中由莽草酸生產(chǎn)磷酸奧司他韋的流動(dòng)合成方法中涉及酯化、疊氮化、氮丙啶化、開(kāi)環(huán)、?；斑€原等多種類型的反應(yīng)。

除第2，8，9三步反應(yīng)因成鹽生成固體產(chǎn)物需要超聲加速移動(dòng)外，其余六步均可以用荷蘭Chemtrix的Labtrix微通道反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作。相對(duì)于傳統(tǒng)的批次反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間，轉(zhuǎn)化率，選擇性都大幅度提高，而且還為傳統(tǒng)的危險(xiǎn)反應(yīng)如疊氮化反應(yīng)批次操作時(shí)不能高溫處理，但使用荷蘭Chemtrix的Labtrix微通道反應(yīng)器可以在高溫190℃安全操作。磷酸奧司他韋的流動(dòng)合成案例充分體現(xiàn)了流動(dòng)合成的可行性，安全，高效，高轉(zhuǎn)化率等優(yōu)點(diǎn)，給相似的工藝提供了充分的可行性驗(yàn)證，也為后續(xù)的生產(chǎn)放大提供了重要參考。

【背景技術(shù)】

流感是一種嚴(yán)重的呼吸系統(tǒng)病毒感染，由于每年的流行和可預(yù)測(cè)的大流行而導(dǎo)致顯著的發(fā)病率和死亡率。僅在美國(guó)，每年就記錄200000人住院和36000人死亡。此外，該病毒每年影響約20％的世界人口，導(dǎo)致約500000人死亡。磷酸奧司他韋是被稱為神經(jīng)氨酸酶抑制劑(NAI)的一類化合物中的一種化合物，用于治療和預(yù)防流感。它對(duì)由甲型流感病毒和乙型流感病毒引起的流感有效?，F(xiàn)有技術(shù)中描述了許多制備磷酸奧司他韋的方法和合成路線。然而，用于生產(chǎn)這些化合物的現(xiàn)有合成方法基本上基于標(biāo)準(zhǔn)的攪拌分批反應(yīng)器型方法(stirred batch reactor type process)，其中使用大量有機(jī)溶劑。

此外，大多數(shù)已知方法要么采用疊氮化物化學(xué)，要么采用保護(hù)基團(tuán)化學(xué)，這兩者特別是在分批方法中都引入了固有的限制。疊氮化物化學(xué)因?yàn)槠湮ｋU(xiǎn)和高度放熱的性質(zhì)而引起許多安全問(wèn)題，這在工業(yè)規(guī)模上變得甚至更加明顯。由于這些固有的危險(xiǎn)，過(guò)程化學(xué)家在可以用于最大化反應(yīng)效率和反應(yīng)產(chǎn)率的反應(yīng)參數(shù)方面受到限制。另一方面，保護(hù)基團(tuán)化學(xué)通常會(huì)增加反應(yīng)時(shí)間同時(shí)降低總產(chǎn)率，從而增加最終產(chǎn)物成本。

最近稱為“流動(dòng)化學(xué)”的微型反應(yīng)器技術(shù)(MRT)是一種新興技術(shù)，其使得研究和開(kāi)發(fā)人員能夠利用連續(xù)流動(dòng)快速篩選反應(yīng)，從而確定適合在生產(chǎn)水平上使用的反應(yīng)條件。此外，除了使用傳統(tǒng)的反應(yīng)方法以外，與使用小反應(yīng)器體積相關(guān)的固有安全性使得使用者能夠采用以前認(rèn)為在生產(chǎn)環(huán)境中使用過(guò)于危險(xiǎn)的反應(yīng)條件；如極端的反應(yīng)條件或使用/生成“危險(xiǎn)”化合物。因此，通過(guò)使用該技術(shù)增加了化學(xué)家可用的反應(yīng)類型。

此外，在磷酸奧司他韋的情況下，連續(xù)流動(dòng)合成可能提供一種足夠有效的技術(shù)，使得能夠在大流行的情況下特別是在發(fā)展中國(guó)家實(shí)現(xiàn)快速本地制造。納爾遜·曼德拉大學(xué)的C·R·薩甘迪拉P·瓦茨申請(qǐng)的CN 113677658 A發(fā)明：生產(chǎn)奧司他韋力圖通過(guò)提供用于生產(chǎn)奧司他韋的新型流動(dòng)化學(xué)方法，來(lái)解決現(xiàn)有技術(shù)的一些缺點(diǎn)。

【流動(dòng)反應(yīng)器】

2.1 Labtrix微通道反應(yīng)器(品牌：荷蘭Chemtrix)

Labtrix微通道反應(yīng)器(品牌：荷蘭Chemtrix)是一種手動(dòng)操作的“即插即用”連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器系統(tǒng)，用于在微型反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行快速反應(yīng)篩選和方法優(yōu)化。該系統(tǒng)具有模塊化設(shè)置，其便于更換組件以增加化學(xué)兼容性、進(jìn)料管線數(shù)量或反應(yīng)器類型或體積。它可以用于在-20℃至195℃的溫度范圍和20bar的最大操作壓力下使用非常少的試劑進(jìn)行反應(yīng)。該系統(tǒng)主要由Labtrix啟動(dòng)單元、熱控制器、注射泵、注射器、管道和配件組成。

啟動(dòng)單元容納微型反應(yīng)器。它可以加熱或冷卻至介于-20℃至+195℃之間的溫度，由熱控制器控制。裝有玻璃氣密性Leur鎖注射器的注射器泵將試劑計(jì)量至微型反應(yīng)器中。該系統(tǒng)有十二種不同的可互換玻璃微型反應(yīng)器類型，其體積和設(shè)計(jì)各不相同。這些玻璃反應(yīng)器根據(jù)其設(shè)計(jì)和混合模式分為三個(gè)不同的類別。T?混合反應(yīng)器、SOR-混合反應(yīng)器和催化劑反應(yīng)器是所述三個(gè)不同的類別。

微通道反應(yīng)器（品牌：荷蘭Chemtrix 型號(hào)：Labtrix Start）

2.2 微通道固定床反應(yīng)器系統(tǒng)

[0086] 該系統(tǒng)由帶有增強(qiáng)PEEK可調(diào)端接頭的10mm i .d .×100mm Omnifit玻璃柱組成。使用PTFE管(0 .8mm ID)將柱反應(yīng)器連接至HPLC泵，并從反應(yīng)器連接至收集容器。使用流速范圍為0 .00-10 .00ml/min的蠕動(dòng)HPLC泵系列III(10ml泵頭)，將液體試劑計(jì)量通過(guò)裝有10bar

背壓調(diào)節(jié)器的固定床反應(yīng)器。（一正科技微通道固定床反應(yīng)器）

一正科技微通道固定床反應(yīng)器

2.3 超聲處理PTFE盤(pán)管反應(yīng)器(Coil Reactor)系統(tǒng)

超聲處理PTFE盤(pán)管反應(yīng)器(Coil Reactor)系統(tǒng)該系統(tǒng)由裝有兩個(gè)裝有試劑的10ml SGE玻璃注射器的Chemyx注射泵組成。將兩股試劑流泵入T-混合(Omnifit labware，孔徑：8 .0mm ID，0 .5-4mm OD) ，其連接至0 .8mlPTFE盤(pán)管反應(yīng)器(0 .8mm ID，1 .6ml管長(zhǎng))，下游有產(chǎn)物收集瓶。將T-混合器和PTFE盤(pán)管反應(yīng)器放入溫度控制的超聲水浴中。EINS SCI專業(yè)超聲波浴(40kHz)用于超聲處理。

【連續(xù)流反應(yīng)過(guò)程】

圖1 用于生產(chǎn)磷酸奧司他韋的連續(xù)流動(dòng)合成方法的優(yōu)化合成路線示例

3.1 反應(yīng)1：莽草酸8的連續(xù)流動(dòng)酯化

莽草酸8的酯化是合成(-)-磷酸奧司他韋的第一步(方案1)。研究了各種酯化條件以優(yōu)化Chemtrix Labtrix微通道反應(yīng)器和填充床柱流動(dòng)系統(tǒng)中的酯化反應(yīng)。分別在Chemitrix Labtrix微反應(yīng)器系統(tǒng)和固定床反應(yīng)器中進(jìn)行所有溶液相和固相酯化反應(yīng)。Chemtrix Labtrix微反應(yīng)器系統(tǒng)用于進(jìn)行所有溶液相酯化的研究。該系統(tǒng)裝有19 .5μl玻璃反應(yīng)器，用于在催化劑存在下優(yōu)化莽草酸酯化。

亞硫酰氯、草酰氯、亞硫酰氯/DMF、草酰氯/DMF、苯磺酸(BSA)和對(duì)甲苯磺酸(PTSA)是用于莽草酸酯化的研究的各種催化劑。兩個(gè)注射泵用于將試劑從兩個(gè)10ml SGE Luer鎖氣密玻璃注射器泵入裝有10bar背壓調(diào)節(jié)器的熱控制微型反應(yīng)器系統(tǒng)中。莽草酸(0 .1M)和催化劑均溶解于乙醇中，并分別泵入流動(dòng)系統(tǒng)。使用HPLC方法A收集和分析樣品。

表1  Chemitrix Labtrix系統(tǒng)操作反應(yīng)1的反應(yīng)效果

為了避免生成大量的酸廢物，研究了在連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)中使用固體酸催化劑Amberlyst 15與乙醇進(jìn)行莽草酸酯化。裝有固體催化劑的微通道固定床反應(yīng)器用于所有固相酯化研究(方案2)。

向10mm ID x 100mm 玻璃柱內(nèi)填充Amberlyst 15或Amberlyst(3cm床高，2 .4反應(yīng)器體積)。對(duì)柱反應(yīng)器進(jìn)行熱控制，并使用10bar背壓調(diào)節(jié)器對(duì)系統(tǒng)加壓。使用蠕動(dòng)HPLC泵將莽草酸的乙醇溶液(0 .1M)泵入加熱的填充床中。使用HPLC方法A收集和分析樣品。在干燥的Amberlyst 15作為莽草酸酯化催化劑的存在下，莽草酸轉(zhuǎn)化率隨著溫度和停留時(shí)間的增加而增加。

在實(shí)驗(yàn)設(shè)置中，發(fā)現(xiàn)最佳條件是140℃和8min停留時(shí)間，以得到92％的莽草酸轉(zhuǎn)化率。這與使用SOCl2進(jìn)行莽草酸酯化的最佳條件(93％，140℃和8min停留時(shí)間)相比更有利。此外，從健康、環(huán)境和安全的角度來(lái)看，Amberlyst 15程序比危險(xiǎn)的SOCl2程序更受歡迎。作為額外的優(yōu)勢(shì)，可以在反應(yīng)結(jié)束時(shí)去除Amberlyst 15，并再生以供進(jìn)一步使用。

3.2 反應(yīng)2：莽草酸乙酯39的連續(xù)流動(dòng)甲磺酸化

由于在反應(yīng)過(guò)程中MsCl和TEA之間形成的銨鹽沉淀，在玻璃微通道反應(yīng)器（荷蘭Chemtrix，型號(hào)：Labtrix）的 SOR3227芯片（19 .5μL）反應(yīng)器，(300μm通道寬度，120μm通道深度)中，0 .8mm更大通道直徑的玻璃反應(yīng)器，簡(jiǎn)單PTFE盤(pán)管反應(yīng)器(1mm ID)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即使在非常低的濃度下，反應(yīng)器都會(huì)出現(xiàn)堵塞的問(wèn)題。

但在超聲處理下的0 .8ml PTFE盤(pán)管反應(yīng)器(0 .8mm ID，1 .6m管長(zhǎng)) (方案4)不會(huì)發(fā)生堵塞問(wèn)題。超聲處理看來(lái)有助于銨鹽沉淀的移動(dòng)，從而避免了反應(yīng)器堵塞。因此，這一發(fā)展使得我們能夠研究不同的反應(yīng)參數(shù)并最終優(yōu)化反應(yīng)。然而，可以設(shè)想當(dāng)反應(yīng)擴(kuò)大到工業(yè)規(guī)模時(shí)可能不需要超聲處理。。

使用超聲處理下的0 .8ml PTFE盤(pán)管反應(yīng)器(0 .8mm ID，1 .6m管長(zhǎng))優(yōu)化莽草酸乙酯39的甲磺酸化，以得到三甲磺酸酯40。將莽草酸乙酯39(0 .2M)在乙酸乙酯中與甲磺酰氯(0 .9M，4 .5當(dāng)量)預(yù)混合，以制備第一溶液。莽草酸乙酯39不易溶于乙酸乙酯。因此，首先將其溶解于熱乙酸乙酯中，再冷卻，然后與甲磺酰氯預(yù)混合。

通過(guò)將有機(jī)堿溶解于乙酸乙酯中來(lái)制備第二溶液。篩選了以下的堿：三乙胺(TEA)、咪唑、1 ,8-二氮雜雙環(huán)[5 .4 .0]十一碳-7-烯(DBU)、1 ,4-二氮雜雙環(huán)[2 .2 .2]辛烷(DABCO)和三己胺(THA)。首先通過(guò)PTFE注射式過(guò)濾器(0 .45μl孔徑)過(guò)濾收集的樣品，以去除反應(yīng)過(guò)程中形成的銨鹽，然后使用HPLC方法B進(jìn)行分析。

由于停留時(shí)間和反應(yīng)溫度的增加導(dǎo)致不顯著的莽草酸乙酯轉(zhuǎn)化率，因此研究了增加堿(TEA)濃度的影響。這些實(shí)驗(yàn)在室溫、12s停留時(shí)間下使用莽草酸乙酯(0 .2M，1當(dāng)量)、MsCl(1 .5當(dāng)量)，同時(shí)改變TEA濃度。這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果示于圖2。從圖2可以看出，莽草酸乙酯轉(zhuǎn)化率隨著堿(TEA)濃度的增加而增加。

發(fā)現(xiàn)最佳條件是在室溫和12s停留時(shí)間下使用莽草酸乙酯(0 .2M)、MsCl(0 .9M，有效1 .5當(dāng)量)、TEA(3M，15當(dāng)量)，以100％的轉(zhuǎn)化率得到所需的甲磺酸酯。觀察結(jié)果表明，反應(yīng)甚至可以在比12s短得多的停留時(shí)間下進(jìn)行。然而，由于可用的注射泵的限制，難以全面研究較低的停留時(shí)間。據(jù)報(bào)道，在低溫優(yōu)選在0℃，在三乙胺(TEA)作為堿存在下，使用MsCl以分批式反應(yīng)進(jìn)行莽草酸乙酯39的甲磺酸酯化，進(jìn)行約2至4小時(shí)。

圖2 反應(yīng)2轉(zhuǎn)化率與TEA濃度關(guān)系圖

圖3 反應(yīng)2中使用不同催化劑的轉(zhuǎn)化效率

從圖3可以看出，在研究的堿中TEA轉(zhuǎn)化率最高，而DABCO表現(xiàn)最差。除了DABCO，所有研究的堿都給出了與TEA相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。仍然存在銨鹽沉淀問(wèn)題。然而，觀察到使用DBU和咪唑時(shí)沉淀較輕。有趣的是，使用THA得到了澄清溶液。不存在沉淀可以歸因于(THA)疏水性的增加，由于與TEA相比鏈長(zhǎng)增加，使得所形成的銨鹽可溶于反應(yīng)溶劑乙酸乙酯中。

3.3 反應(yīng)3：(3R ,4S ,5R)-3 ,4 ,5-三-O-甲磺酰莽草酸乙酯40的連續(xù)流動(dòng)疊氮化

通過(guò)使用不同的疊氮化試劑和條件，將烯丙基C-3位置的OMs基團(tuán)立體選擇性和區(qū)域選擇性親核取代為疊氮基(方案5)。

在各種疊氮化劑的存在下，采用玻璃微通道反應(yīng)器（荷蘭Chemtrix，型號(hào)：Labtrix）的 SOR3227芯片（19 .5μL）反應(yīng)器，以優(yōu)化甲磺酰莽草酸酯40的烯丙基C-3位置的OMs基團(tuán)的疊氮化(方案6)。疊氮化鈉(NaN3)、疊氮磷酸二苯酯(DPPA)、疊氮化三甲基甲硅烷(TMSA)和疊氮化四丁基銨(TBAA)是該系統(tǒng)中研究的各種疊氮化劑。必要時(shí)使用HCl水溶液(0 .11M，1 .1當(dāng)量)在流動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)淬滅反應(yīng)。使用HPLC方法A收集和分析樣品。