吡喹酮合成工藝的優化

鄧玉曉，付丙月，孫晉瑞，張 寧，張宗磊，馮仰輝

（1. 山東省藥學科學院 山東省化學藥物重點實驗室，山東 濟南 250101；2. 山東藥品食品職業學院，山東 威海 264210）

吡喹酮（praziquantel），中文化學名為2-（環己基羰基）-1, 2, 3, 6, 7, 11b-六氫-4H-吡嗪并[2, l-a]異喹啉-4-酮，是由德國Merck和Bayer兩家制藥公司聯合開發的廣譜抗寄生蟲藥物[1]。吡喹酮片于1980年首先在德國上市，商品名Cesol，在臨床上適用于各種血吸蟲病、華支睪吸蟲病、并殖吸蟲病、姜片蟲病和絳蟲病及豬囊尾蚴病[2-3]。該藥具有毒性低、吸收快、療程短、見效快、耐受性好、口服方便等特點，自上市以來，在歐美等國家得到了廣泛的應用，現已成為世界上治療血吸蟲病和多種寄生蟲病的首選藥物[4-5]，市場前景廣闊。

自20世紀70年代以來，國內外對吡喹酮的合成方法進行了較多研究，主要分為以下幾種：（1）以異喹啉為起始物料，經Reisser轉位重排反應，催化氫化反應，環合反應，水解反應和?；磻炔襟E制得吡喹酮，總收率約15 %，采用劇毒物料氰化鉀，勞動保護困難，不宜工業化生產；（2）以亞氨基二乙腈為起始物料，經?；磻?，環合反應，水解反應，?；磻?，還原反應，環合反應等步驟制得吡喹酮，總收率約35 %[6-7]，該路線還原反應選擇性差，產生的雙羥基雜質會繼續參與后續反應，傳遞至最終產品，提純困難；采用還原劑硼氫化鈉容易吸水潮解，存放困難，也不宜工業化生產；（3）以β-苯乙胺為起始物料，經?；磻?，取代反應，成鹽反應，環合反應，?；磻频眠拎?，總收率約50 %[8]。

經前期的大量研究摸索，我們認為，路線（3）路線整體收率較高，起始物料易得，操作工藝簡單，本研究在文獻[8]的基礎上，主要對該路線進行了工藝優化研究，重點考察了不同?；磻軇水-二氯甲烷（1:2，1:4，1:6），二氯甲烷]、N-烷基化反應縛酸劑（碳酸鈉，三乙胺，氨基乙醛縮二甲醇）、環合反應催化劑（98 %濃硫酸，50 %濃硫酸，25 %濃硫酸）和精制溶劑（丙酮，無水乙醇，75 %乙醇，75 %丙酮水溶液，乙酸乙酯）等條件對合成工藝的影響，與文獻報道的合成工藝比較，優化后制得的產品純度高，條件溫和可控，成本低廉，解決了吡喹酮傳統工藝條件反應條件苛刻，環境污染大，產品雜質多且純化困難的問題。

1 儀器與試藥

1.1 儀器

WRS-1B型數字熔點儀（上海精密科學儀器有限公司）；AVANCE III型超導核磁共振波譜儀（瑞士Bruker公司）；API-3000型質譜儀（美國AB公司）；LC-20AT型高效液相色譜儀（日本島津）；DFY-30/30型低溫循環冷卻泵（鞏義市予華儀器有限公司）。

1.2 原料與試劑

β-苯乙胺（分析純，上海麥克林生化科技有限公司，純度＞98.5 %）；氨基乙醛縮二甲醇（分析純，南京康滿林化工實業有限公司，純度＞98.5 %）；環己甲酰氯（分析純，北京偶合科技有限公司，純度＞98.5 %）；碳酸氫鈉，濃硫酸，氯乙酰氯，二氯甲烷，氫氧化鈉，碳酸鈉，甲苯，無水乙醇（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）；水為去離子水。

2 方法與結果

2.1 合成路線

氨基乙醛縮二甲醇的合成路線見圖1，吡喹酮的合成路線見圖2。

圖1 氨基乙醛縮二甲醇的合成路線

圖2 吡喹酮的合成路線

2.2 氨基乙醛縮二甲醇（化合物G）的制備

將飽和的氨氣甲醇溶液（400 ml）加至高壓釜中，升溫至120～130 ℃，采用氮氣將氯代乙醛縮二甲醇（124.6 g，1.0 mol）緩慢壓至高壓釜中，加料過程中，保持溫度不超過140 ℃，加料完畢，保持120～130 ℃反應4 h，然后降溫至20～30 ℃，抽濾，保持溫度不超過50 ℃，將濾液減壓濃縮至干，采用Vigreux柱分餾，收集35～40 ℃/17 mmHg餾分，得無色澄明液體，即氨基乙醛縮二甲醇（79.5 g，收率75.6 %）。沸點（bp）：136～138 ℃（文獻bp：137～139 ℃）。采用氣相色譜（GC）測定化合物G的純度[色譜柱：HP-5毛細管柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm），氫火焰離子化器（FID），進樣口溫度220 ℃，檢測器溫度250 ℃，分流比5:1，進樣量1.0 μl，載氣為氮氣，流速2 ml/min，柱溫100 ℃保持8 min，然后以30 ℃/min升溫至230 ℃，保持20 min。

2.3 2-氯-N-苯乙基乙酰胺（化合物C）的制備

將β-苯乙胺（121.2 g，1.0 mol），碳酸氫鈉（126.0 g，1.5 mol），去離子水（400 ml）依次加至四口瓶中，降溫至0～5 ℃，緩慢滴加氯乙酰氯（116.3 g，1.03 mol）的二氯甲烷（100 ml）溶液，1 ～2 h 滴加完畢，升溫至2 0 ～3 0 ℃，保溫反應2 h，分取有機相，飽和氯化鈉水溶液（50 ml）洗滌一次，減壓蒸除溶劑，得白色針狀固體，即2-氯-N-苯乙基乙酰胺（192.9 g，收率為97.6 %）。熔點（mp）：62～65 ℃（文獻[9]mp：63.6～64.6 ℃）。1H-NMR（CDCl3）7.17～7.40（5H，m，芳烴質子），6.79（1H，br s，NH），4.01（2H，s，CH2Cl），3.59（2H，q，J=6.8 Hz，PhCH2CH2NH），δ2.87（2H，t，J=7.2 Hz，PhCH2）。

2.4 2-（2, 2-二甲氧基乙基氨基）-N-苯乙基乙酰胺（化合物D）的制備

將氨基乙醛縮二甲醇（112.9 g，1.074 mol）、甲苯（200 ml）、無水碳酸鈉（155.2 g，1.464 mol）依次加至四口瓶中，升溫至110～115 ℃，緩慢滴加2-氯-N-苯乙基乙酰胺（192.9 g，0.976 mol）的甲苯溶液（100 ml），1～2 h滴加完畢，滴畢后保溫繼續反應2 h，化合物C含量＜1 %，視為反應終點，降溫至20～30 ℃，加入去離子水（200 ml），反應液采用二氯甲烷（200 ml×2）萃取兩次，合并有機相，采用飽和氯化鈉水溶液（100 ml）洗滌1次，無水硫酸鈉干燥2 h，抽濾，濾液直接用于下一步反應。采用高效液相色譜（HPLC）峰面積歸一化法監控反應過程[色譜柱：Intersil ODS-3，流動相：甲醇-1 %磷酸二氫鉀水溶液（70:30），流速：1 ml/min，柱溫：30 ℃，檢驗波長：214 nm]。

2.5 4-氧代-1, 2, 3, 6, 7, 11b-六氫-4H-吡嗪并[2, 1-a]異喹啉（化合物E）的制備

將50 %濃硫酸（300 ml）加入至四口瓶中，降溫至0～5 ℃，滴加上一步得到的化合物D的二氯甲烷溶液，1～2 h滴加完畢，繼續反應2 h，控溫15 ℃以內，滴加去離子水（600 ml），用20 %氫氧化鈉水溶液調節反應液pH 11～12，升溫至20～30 ℃，靜置分液，水相用二氯甲烷（200 ml×2）萃取兩次，合并有機相，用飽和食鹽水（200 ml）洗滌一次，無水硫酸鈉干燥2 h，抽濾，減壓蒸除溶劑，得黃色固體，即4-氧代-1, 2, 3, 6, 7, 11b-六氫-4H-吡嗪并[2, 1-a]異喹啉（171.9 g，兩步合并收率為87.1 %）。熔點（mp）：115～118 ℃（文獻[10]mp：116.7～117.4 ℃）。MS（m/z）：202.1[M+]；1H-NMR（CDCl3）δ6.87～7.04（4H，m，芳烴質子），4.49～4.61（2H，m，H-6和H-11b），3.50（1H，dd，J=4.2，12.9 Hz，H-1），3.29（2H，ABq，J=17.2 Hz，2×H-3），2.43～2.74（4H，m，H-1，H-6和2×H-7）。

2.6 吡喹酮（化合物A）的制備

2.6.1 粗品的制備 將化合物E（171.9 g，0.850 mol）、碳酸氫鈉（142.8 g，1.70 mol）、二氯甲烷（500 ml）依次加至四口瓶中，降溫至0～5 ℃，滴加環己甲酰氯（130.8 g，0.892 mol）的二氯甲烷溶液（100 ml），1～2 h滴加完畢，升溫至20～30 ℃，繼續反應2 h，HPLC檢測，化合物E含量＜1 %視為反應終點，采用去離子水（1000 ml）洗滌一次，飽和氯化鈉水溶液（500 ml）洗滌1次，無水硫酸鈉干燥2 h，抽濾，減壓濃縮至干，得黃色固體，即吡喹酮粗品（253.1 g，收率為95.2 %）。

2.6.2 粗品的精制 將吡喹酮粗品（2 5 3.1 g，0.81 mol）、乙醇（750 ml）、水（250 ml）加至2.5 L的四口瓶中，加熱至70 ℃溶清，加入活性炭（12.5 g），繼續保溫65～70 ℃脫色0.5 h，趁熱抽濾，濾液緩慢冷卻析晶，抽濾，得白色結晶性粉末，在55～60 ℃條件下真空干燥6 h，即得吡喹酮精制品（215.9 g，收率85.3 %，總收率69.1 %）。采用HPLC峰面積歸一化法[色譜柱：Intersil ODS-3，流動相：乙腈-水（45:55），流速：1 ml/min，柱溫：30 ℃，檢驗波長：210 nm]測得產品純度為99.9 %，單一雜質含量小于0.1 %；熔點（mp）：137～138 ℃（文獻[11]mp：137～138 ℃）。MS（m/z）：312.4[M+]；1H-NMR（CDCl3）δ7.14～7.25（4H，m，芳烴質子），5.13（1H，dd，J=13.4，2.8 Hz，H-6’），4.74～4.78（2H，m，H-1’和H-11b），4.44（1H，d，J=16.5 Hz，H-3’），4.05（1H，d，J=16.5 Hz，H-3），2.71～2.99（4H，m，H-l，H-6，2×H-7），2.44（1H，m，CHCON），1.26～1.80（10H，m，環己基質子）；13C-NMR（CDCl3）δ25.8，28.8，29.1，29.4，39.5，40.8，45.7，49.8，55.5，125.5，126.9，127.6，129.5，132.9，134.9，164.5，174.9。采用HPLC峰面積歸一化法監控反應過程[色譜柱：Intersil ODS-3，流動相：乙腈-水（60:40），流速：1 ml/min，柱溫：30 ℃，檢驗波長：210 nm]。

2.7 工藝優化要點分析

采用2.2項下反應條件，重點考察了氯代乙醛縮二甲醇投料方式對反應收率和純度的影響，結果顯示，采用一次性加入的加料方式得到的G的收率和純度顯著低于滴加的加料方式。導致這一現象的原因為采用一次性加入的投料方式易產生多聚物，采用滴加的投料方式，始終保持氨氣的量在宏觀和微觀上過量，不易產生多聚物。

β-苯乙胺和氯乙酰氯發生?；磻?，得到化合物C，本研究采用2.3項下反應條件，主要考察了反應溶劑對化合物C的收率和純度的影響，旨在減少有機溶劑的用量。結果顯示，采用二氯甲烷:水（1:4）、二氯甲烷:水（1:6）為溶劑與采用單一溶劑二氯甲烷取得的化合物C的收率和純度沒有明顯差異，采用二氯甲烷:水（1:2）為溶劑取得的化合物C的純度明顯偏低，為了提高產能，降低溶劑成本，我們選用溶劑為二氯甲烷:水（1:4）。

化合物C與氨基乙醛縮二甲醇發生N-烷基化反應，得到化合物D，本研究采用2.4項下反應條件，主要考察了縛酸劑碳酸鈉、三乙胺、氨基乙醛縮二甲醇對化合物D合成的影響，結果顯示，采用碳酸鈉和氨基乙醛縮二甲醇為縛酸劑時，化合物D的純度較高，采用三乙胺為縛酸劑時，化合物D的純度最低；此外還考察了滴加氨基乙醛縮二甲醇，一次性加入，滴加化合物C甲苯溶液3種投料方式對化合物D合成的影響，其中，前兩種加料方式得到的化合物D的純度較低。

化合物D在強酸性條件下，經縮醛水解，成亞胺離子，環化3個基元反應得到化合物E。本研究采用2.5.1項下反應條件，主要考察了濃硫酸的濃度對化合物E合成的影響，結果顯示，采用98 %的濃硫酸，原料容易磺化，收率較低；采用50 %的稀硫酸，反應條件溫和，收率高；采用25 %的稀硫酸，由于反應速率慢，原料轉化不完全，得到的化合物E純度較低（化合物E的純度檢測方法與吡喹酮相同）。

本研究采用2.5.2項下反應條件，主要考察了丙酮，無水乙醇，75 %乙醇，75 %丙酮水溶液，乙酸乙酯對吡喹酮粗品的精制效果，結果顯示，采用丙酮，無水乙醇和乙酸乙酯為精制溶劑時，收率較低，采用75 %的丙酮水溶液為結晶溶劑時，產品純度較低。

3 討論

氨基乙醛縮二甲醇是制約本工藝成本的關鍵物料，已報道的文獻方法[12]采用Gabriel合成法制備，制備過程采用鄰苯二甲酰亞胺鉀和溴乙醛縮二甲醇為原料，經N-烷基化反應，水解或肼解得到氨基乙醛縮二甲醇，總收率為50.9 %，該路線操作過程繁瑣，“三廢”多，成本高，不宜工業化生產。本研究采用氯代乙醛縮二甲醇為起始物料，經氨解制備氨基乙醛縮二甲醇，生產操作簡單，溶劑甲苯可回收利用，收率高，適宜工業化生產。

N-烷基化反應時，加料方式對化合物D的純度影響大，采用滴加氨基乙醛縮二甲醇的加料方式，使化合物C始終處于過量狀態，導致N-烷基化產物很難停留在單取代階段，副產物增多，采用滴加化合物C甲苯溶液的方式使氨基乙醛縮二甲醇始終處于過量狀態，能有效抑制多取代產物，制得的化合物D的純度高；此外，文獻采用過量的氨基乙醛縮二甲醇為縛酸劑，成本較高，本研究選擇碳酸鉀為縛酸劑，成本低廉易得，碳酸鉀在甲苯中溶解度小，降低反應速率，減少副產物的生成。

化合物C制備時，采用水和二氯甲烷為反應溶劑，減少了有機溶劑的用量，降低了成本；化合物E制備時，文獻工藝[8]先將化合物D在氯化氫的乙醇溶液中制備成鹽，再于濃硫酸作用下成環，但將化合物D的鹽酸鹽加至濃硫酸時，有大量的氯化氫放出，且放熱劇烈，反應過程不易控制。本工藝采用50 %濃硫酸，反應條件溫和，化合物D的轉化率較高。采用75 %乙醇水溶液為吡喹酮粗品的精制溶劑，收率高，純度99.9 %，產品質量符合歐洲藥典標準。

本優化工藝革除了文獻報道使用的氰化鈉、氰化鉀、濃硫酸、硼氫化鈉等危險試劑的操作，安全性得到提高。

4 結論

吡喹酮改進后的合成工藝，操作簡單，反應條件溫和易控，“三廢”少，綠色環保，成本低，制備的終產品純度可達99.8 %以上，工藝適合工業化生產，產品的各項質量指標符合歐洲藥典標準。吡喹酮既可用于人類感染的寄生蟲病，也可用于家畜的寄生蟲病，提高農副產品的產量和質量，原料藥國內外市場需求大，市場前景好，改進后工藝有很好的推廣價值。