在多重耐藥結核病（MDR-TB）威脅日益嚴峻的背景下，抗結核新藥貝達喹啉的高效、安全合成成為醫藥化工領域的研究重點。2022年11月沈陽藥科大學孫鐵民團隊發表于《中南藥學》的論文《利用連續流動化學技術合成抗結核新藥貝達喹啉》，對貝達喹啉的合成工藝，尤其是將連續流動化學技術應用于其制備過程進行了深入探討。
歐世盛為該研究提供了設備支持，其流動化學設備在物料輸送及反應過程控制等方面發揮了重要作用，助力實現反應由批次間歇試驗向連續流動的轉變，最終成功合成出純度高于 99.4%，且所有雜質都控制在 0.1% 以下的貝達喹啉，充分驗證了連續流動化學技術應用于貝達喹啉合成工藝的可行性。
導圖
研究背景
貝達喹啉，作為治療 MDR-TB 的 “關鍵武器”，其傳統間歇式（Batch）合成存在三大核心痛點：反應效率低（多步反應需反復分離提純，總周期長達 72 小時以上）、安全性差（涉及高壓加氫、有機金屬試劑等危險步驟，大體積反應釜存在爆炸風險）、質量不穩定（反應條件難精準控制，批次間收率波動達 10%-15%）。而連續流動化學技術的核心優勢，恰好針對這些痛點形成解決方案：通過微通道反應器的 “微尺度效應” 強化傳質傳熱，結合精密泵組的穩定進料控制，實現反應過程的精準調控、安全升級與效率提升。
反應路線的選擇和優化
貝達喹啉分子含有兩個相鄰手性中心，空間位阻大，合成頗具挑戰。傳統工業化路線使用有機鋰試劑，反應放熱劇烈，安全性低，需在 - 78℃低溫下進行，能耗大，且反應時間長、雜質多，不利于工業化生產。
基于連續流動化學技術，研究將目光聚焦于中間體 6 和中間體 9 的反應步驟。該等步驟原本需金屬試劑以及嚴格的低溫無水無氧條件，收率、純度和可擴展性不穩定。為了進一步增加該方法的工業適用性，借助連續流動化學技術，將該反應由批次間歇試驗轉為連續流動進行。
改進時，先依據間歇式反應投料比，設置中間體6 -堿-中間體9比例為 1∶1.2∶1.2 開展考察，發現反應物濃度過高，反應放熱劇烈進而產生大量雜質。于是，將反應物濃度降為間歇式反應時濃度的 0.1 倍，即中間體 6 為 0.09mol?L?¹、中間體 9 為 0.108mol?L?¹、二異丙基氨基鋰為 0.108mol?L?¹，并對流速展開探究。流速過慢時，保留時間長，收率欠佳；流速過快時，反應不充分，也導致收率較低。綜合分析后，最終確定反應的流速為5 mL·min?¹。
在溫度優化方面，常規反應需在 - 78℃進行，能源消耗大。借助連續流動化學高表面積、散熱快的特性，以二異丙基氨基鋰為堿對反應溫度進行考察。結果顯示，當反應溫度從 - 78℃升高至 - 45℃時，反應收率變化不大；繼續升溫，收率降低，當溫度為 - 15℃時，收率僅 10.6%。綜合分析，確定最佳反應溫度為 - 45℃。
合成過程
本研究采用連續流動化學技術搭建合成系統，以實現貝達喹啉的連續化合成，整個合成過程按關鍵反應步驟依次推進，各步驟通過連續流動系統實現物料的連續傳遞與反應。實驗所需的流動化學設備由歐世盛公司提供。
1. 中間體的合成
中間體 4（N-（對 - 溴苯基）-3 - 苯基丙酰胺）：500mL 三口瓶中，3 - 苯基丙酸（39.2g，0.26mol）溶于二氯甲烷（200mL），0℃左右滴加二氯亞砜（29.6mL），回流 2h 后濃縮得淺黃色油狀物（收率 98.1%）；另取 500mL 三口瓶，對溴苯胺（43.0g，0.25mol）溶于二氯甲烷（100mL），滴加三乙胺（44mL）并降溫至 0℃，滴加上述油狀物的二氯甲烷溶液（控溫≤5℃），室溫反應 8h，加氨水溶液析出固體，抽濾后 55℃真空干燥 8h，得白色固體（68.0g，收率 85.6%），m.p.102～105℃，MS（ESI＋）m/z 305.2 [M＋H]＋，¹H NMR 有特征化學位移。
中間體 5（3 - 苯甲基 - 2 - 氯 6 - 溴 - 喹啉）：250mL 三口瓶中，中間體 4（17.2g，0.055mol）與 DMF（13.6mL）混合，5℃以下滴加三氯氧磷（35.7mL），85℃保溫反應 8h，反應液倒入冰水，二氯甲烷（100mL×3）萃取，有機相 MgSO4 干燥后濃縮，甲醇重結晶得白色固體（11.8g，收率 59%），m.p.111～113℃，MS（ESI＋）m/z 331.8 [M＋H]＋，¹H NMR 有特征化學位移。
中間體 6（3 - 苯甲基 - 2 - 甲氧基 - 6 - 溴喹啉）：500mL 三口瓶中，中間體 5（11.5g，0.034mol）溶于無水甲醇（200mL），加甲醇鈉（2.05g，0.51mol），66℃保溫反應 8h，反應液倒入冰水，二氯甲烷（100mL×3）萃取，有機相 MgSO4 干燥后濃縮，甲醇重結晶得白色固體（10.1g，收率 90.7%），m.p.83～84℃，MS（ESI＋）m/z 329.2 [M＋H]＋，¹H NMR 有特征化學位移。
中間體 9（3 - 二甲基氨基 - 1 - 萘基 - 1 - 丙酮）：250mL 單口瓶中，1 - 乙酰基萘（8.05g）、多聚甲醛（1.6g）、二甲胺鹽酸鹽（5.3g）加乙醇（15mL）和濃鹽酸（0.6mL），80℃回流 12h，冷卻析出固體，過濾得鹽酸鹽（10.1g）；其溶于水（10mL），冰浴下加 1mol?L?¹ 氫氧化鈉調 pH 至 10，乙酸乙酯（20mL×3）萃取，有機相水洗、飽和食鹽水洗后 MgSO4 干燥，濃縮得油狀物（7.96g，收率 74.6%），MS（ESI＋）m/z 228.15 [M＋H]＋，¹H NMR 有特征化學位移。
2. 貝達喹啉前體合成
連接流動化學反應裝置的三個注射泵（a、b、c）與兩個反應器線圈；取中間體 9（9.97g）、中間體 6（12.0g），用四氫呋喃分別配制成 0.09mol?L?¹ 的中間體 6 四氫呋喃溶液、0.108mol?L?¹ 的中間體 9 四氫呋喃溶液、0.108mol?L?¹ 的二異丙基氨基鋰四氫呋喃溶液。
打開三個注射泵，分別用無水四氫呋喃流動液清洗 5min；調節流速至 5mL?min?¹，分別向三個泵中泵入三種反應溶液；在出口處放置飽和氯化銨水溶液，接收流出的反應液并淬滅反應液；80min 后流動結束，用無水四氫呋喃清洗注射泵和反應器線圈。
減壓旋蒸除去反應液中的四氫呋喃，加入 100mL 水，用 100mL×2 乙酸乙酯萃取，合并有機層；有機層用水洗滌（50mL×2）、飽和食鹽水洗滌（100mL×2），用無水硫酸鈉干燥 4h；過濾除去無水硫酸鈉，濾液減壓旋干得粗品。
粗品經柱層析（展開劑為二氯甲烷 - 甲醇 - 氨水＝200∶1∶0.1）分離，先后得到兩個組分，分別用異丙醚重結晶，得 10A 組分（包含貝達喹啉）3.1g 和 10B 組分 5.3g。
3. 貝達喹啉精制
取 10A 組分（1.0g），懸浮在丙酮中，向該懸浮液中加入 1 當量（R）-（－）聯萘酚磷酸酯，得到二甲基亞砜溶液；將形成的懸浮液加熱回流 1h，逐漸降至室溫，室溫下繼續攪拌 1h，濾出形成的固體，用少量丙酮洗滌。
將固體用乙醇和水重結晶后，懸浮于甲苯中，用 10% 碳酸鉀溶液處理，混合物在 80℃反應 0.5h，分離出水層；有機層用水洗、飽和食鹽水洗，減壓濃縮，乙醇處理，低溫靜置，濾出固體，真空干燥得貝達喹啉 0.35g。
經高效液相色譜法檢測純度達 99.40%（流動相為乙腈-水-三乙胺＝40∶60∶0.1）。
研究結論和意義
該研究針對傳統貝達喹啉合成路線中存在的反應條件苛刻、安全性低、雜質多等問題，成功將連續流動化學技術應用于抗結核新藥貝達喹啉的合成過程，通過微反應器與精密泵組的協同配合，突破了傳統間歇式合成的諸多瓶頸。在反應路線優化上，解決了傳統路線中中間體合成的難題，通過改變反應物濃度、流速及反應溫度等參數，提高了有機金屬試劑二異丙基氨基鋰使用的安全性，關鍵步驟反應溫度從 - 78℃提升至 - 45℃，反應時長由 4.5h 大幅縮短至 4min，顯著提升了工藝生產效率，操作更為簡便。
從合成結果來看，最終產品純度高于 99.4%，所有雜質均控制在 0.1% 以下，充分證實該工藝的可行性與優越性。與傳統工藝相比，連續流動化學技術在貝達喹啉合成中展現出明顯優勢，更契合工業放大生產的需求，為抗結核藥物的高效合成提供了新的可靠路徑，對推動抗結核藥物的生產發展具有重要意義。
主要圖表
圖 1：貝達喹啉的合成路線：展示從起始原料，經多步反應制備貝達喹啉的過程。
表 1：反應流速對反應收率的影響：列出了不同流速下反應的停留時間和四個異構體的收率數據，用于考察流速對反應結果的影響，為確定最佳流速提供依據。
表 2：反應溫度對反應收率的影響：展示了在流速為 5mL?min?¹ 時，不同反應溫度下四個異構體的收率情況，以研究溫度對反應的影響，進而確定最佳反應溫度。
圖 2：利用連續流動化學合成化合物 10 的反應流程：呈現了連續流動反應裝置，包括三個注射泵和兩個反應器線圈。
參考文獻
DOI：10.7539/j.issn.1672-2981.2022.11.006
京公網安備11010802043632
