研究背景

是一類能清除自由基的腦保護(hù)劑，2001年在日本獲批用于改善急性腦梗死引起的神經(jīng)及功能障礙。2017年，FDA批準(zhǔn)用于治療肌萎性脊髓側(cè)索硬化（ALS，俗稱“漸凍癥")患者。因此，當(dāng)前市場對(duì)的需求不斷增加。

傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式是將乙酰乙酸乙酯及苯肼在乙醇中回流得到粗品，通過重結(jié)晶來提升產(chǎn)物純度。這個(gè)方法的缺點(diǎn)是收率低，在進(jìn)行100g規(guī)模的制備過程中發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)報(bào)道的雜質(zhì)3~6出現(xiàn)在粗品產(chǎn)物中（如圖1所示），粗品純度只有82.1%，雖然可以通過重結(jié)晶提高產(chǎn)物純度但收率下降很多。

圖1 合成路線和文獻(xiàn)報(bào)道雜質(zhì)（3-6）

近年來有文獻(xiàn)報(bào)道采用微波法和超聲波法合成，收率高，雜質(zhì)少，但工業(yè)化放大有難度。

來自沈陽藥科大學(xué)制藥工程學(xué)院的孫鐵民教授課題組開發(fā)了一種連續(xù)流合成的新方法。該方法采用兩步連續(xù)反應(yīng)、一次重結(jié)晶的方法，終產(chǎn)品純度可達(dá)99.95%，收率88.4%(較釜式工藝提高6.2個(gè)百分點(diǎn))，產(chǎn)能可達(dá)11.3 kg/d。

與傳統(tǒng)間歇法相比，連續(xù)流通過減少反應(yīng)過程中的水分、氧氣和光照的暴露，限度地減少了苯肼的分解，有利于提高產(chǎn)品的純度和收率。

本文將詳細(xì)介紹該方法的開發(fā)過程，以期為您連續(xù)流工藝研究提供有效參考。

研究過程

一、初步研究

在初步實(shí)驗(yàn)中，以乙醇為溶劑溶解（圖1）1和2，在微反應(yīng)器中反應(yīng)，最終得到反應(yīng)液經(jīng)液相色譜檢測，結(jié)果表明未得到目標(biāo)產(chǎn)物，但生成了中間體7。

經(jīng)過反應(yīng)條件優(yōu)化后，通過升高反應(yīng)溫度得到了目標(biāo)產(chǎn)物，但雜質(zhì)含量卻比較高（見圖2）。這樣的結(jié)果顯然不夠理想。

圖2. 高溫反應(yīng)液HPLC圖譜

通過分析前期的研究數(shù)據(jù)及反應(yīng)的機(jī)理，研究者提出了一個(gè)兩步法的解決方案。

在早期的研究中在溫度較低的情況下主要得到中間體7，此時(shí)反應(yīng)條件溫和，雜質(zhì)較少，且避免了高溫下烯醇互變異構(gòu)產(chǎn)生的雜質(zhì)6。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)分析了環(huán)化反應(yīng)的可能反應(yīng)機(jī)理（如圖3），作者認(rèn)為有必要添加堿以使反應(yīng)容易完成。

因此研究者也對(duì)堿及重結(jié)晶條件濃度、停留時(shí)間和反應(yīng)溫度等進(jìn)行了優(yōu)化。

圖3.  可能的反應(yīng)機(jī)理

小貼士

反應(yīng)機(jī)理分析

整個(gè)過程是胺進(jìn)攻羰基進(jìn)行親核加成得到四面體中間態(tài)，然后脫去乙氧基得到。

加成得到的四面體中間態(tài)可以以多種形式存在，質(zhì)子化的程度和位置不同，如中間體8~10。

由于中間體8乙氧基陰離子的離去能力很差，直接從中間體8生成的速度很慢，而更多的是從中間體10生成。

當(dāng)有堿存在時(shí)，中間體8會(huì)迅速轉(zhuǎn)化成更穩(wěn)定的中間體10，即使在較低的溫度下，反應(yīng)速度也會(huì)比以前快。

最后，中間體10定量地產(chǎn)生。應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)使用堿時(shí)，也可以避免雜質(zhì)5，因?yàn)橹虚g體10的形成很快，抑制了不希望的消除（脫水）反應(yīng)。

二、兩步連續(xù)流合成實(shí)驗(yàn)

完成了上述研究后，將兩步反應(yīng)按順序連接到一套裝置(圖4)，將苯肼和乙酰乙酸乙酯輸送至微反應(yīng)器R1(25°C，0.5min，1bar)，流速均為10mL/min。然后，反應(yīng)液通過預(yù)熱裝置使溶液保持在60°C后流入微反應(yīng)器R2，同時(shí)，以10mL/min的速度將*溶液輸送至微反應(yīng)器R2(60°C，1min，1bar)，完成第二步環(huán)化反應(yīng)。

從R2流出的反應(yīng)液用6M鹽酸調(diào)節(jié)為中性并過濾后得到粗品。最后，用乙醇?水進(jìn)行一次重結(jié)晶，得到純度為99.95%的，收率88.4%,較釜式工藝提高6.2個(gè)百分點(diǎn)。

圖4 連續(xù)流合成的工藝流程圖

結(jié)果與討論：

·       研究者研究開發(fā)了一種兩步法連續(xù)流生產(chǎn)的新工藝，降低了雜質(zhì)含量，提高了收率；

·       與間歇實(shí)驗(yàn)相比，該工藝效率更高、速度更快，工藝運(yùn)行穩(wěn)定，進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的可能性高；

·       在該方法第二步中，*更容易催化反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)pH值，使反應(yīng)液在流出后直接沉淀，得到產(chǎn)物；

·       研究者兩步反應(yīng)的方法是基于對(duì)整個(gè)反應(yīng)過程以及反應(yīng)機(jī)理的理解和研究基礎(chǔ)之上的，因此開發(fā)連續(xù)流工藝深入理解化學(xué)反應(yīng)原理非常重要。