吡喹酮（PZQ；商品名：Biltricide）被歸類為驅(qū)蟲藥，用于治療血吸蟲病和其他寄生蟲感染。 世界衛(wèi)生組織（WHO）已將其列為全球所需的基本和緊急藥物之一。 PZQ配方產(chǎn)品的價(jià)格取決于相關(guān)的制備方法以及原材料成本。 本研究描述了一種使用苯乙胺作為起始材料，采用流動(dòng)化學(xué)方法制備 PZQ 的精確可靠的方法。 本研究的主要目的是找到一種新的經(jīng)濟(jì)合成 PZQ 的路線，該路線可以將生產(chǎn)時(shí)間從幾天大幅縮短到幾分鐘，并轉(zhuǎn)移到大規(guī)模生產(chǎn)。 同時(shí)，通過HPLC分析測定，無論是單一過程還是連續(xù)過程，在必要步驟中獲得的中間體的純度都在90%以上。 本研究中 PZQ 的連續(xù)制備過程比使用傳統(tǒng)方法（約 3-4 天）所需的時(shí)間（約 3-4 小時(shí)）更短。 此外，關(guān)鍵中間體二甲氧基乙胺的需求量比現(xiàn)有方法減少了40-50%。

吡喹酮 (PZQ) 是 FDA 批準(zhǔn)的生物制藥分類系統(tǒng) II (BCS II) 類藥物，用于治療血吸蟲病、寄生蟲和其他蠕蟲感染。 根據(jù)世界衛(wèi)生組織的記錄，2020 年全球報(bào)告的感染病例超過 15 億例，預(yù)計(jì)未來幾年這一數(shù)字還會(huì)增加。 [2] 2019年抗寄生蟲藥物的市場價(jià)值估計(jì)為72.28億美元，預(yù)計(jì)2020年至2027年其市場增長將再擴(kuò)大5.2%。 根據(jù)DataIntelo分析，與Oxamniquine和其他抗寄生蟲藥相比，PZQ被認(rèn)為是血吸蟲病市場的主要占領(lǐng)者，是治療埃及血吸蟲感染的主要處方。它被列為“世界衛(wèi)生組織緊急藥物清單”的一部分，也被用于治療哺乳動(dòng)物感染，如囊尾蚴病、后睪丸病、華支睪吸蟲病、包蟲病、絳蟲和吸蟲感染。PZQ 目前被大多數(shù)仿制藥行業(yè)配制為片劑劑型，劑量不同，例如 50、500 和 600 毫克（成人/兒童），并且具有年齡依賴性。PZQ口服分散片作為兒科劑量用于寄生蟲感染的嬰兒和兒童正在進(jìn)行II期試驗(yàn)。 [6] Merck KGaA 和 Bayer AG 公司于 20 世紀(jì) 70 年代報(bào)道了 PZQ 的首次獸醫(yī)用途，并于 1973 年獲得了用于人類的專利。

化學(xué)上，PZQ是一類四氫異喹啉酮支架，可溶于DMSO、乙醇和氯仿。 已證明，使用流動(dòng)化學(xué)技術(shù)可以使用毫克至公斤級的不同流動(dòng)反應(yīng)器生產(chǎn)各種喹啉、四氫喹啉、四氫異喹啉和熔融四氫喹啉。 化學(xué)技術(shù)在連續(xù)流反應(yīng)器中的應(yīng)用能夠處理各種化學(xué)反應(yīng)，例如 C-C 和 C-N 鍵形成、環(huán)異構(gòu)化和 1,3-偶極環(huán)加成，以提供所需的雜環(huán)。 基于基于流動(dòng)化學(xué)的喹啉類制備方法的意義，目前的研究工作初步集中于實(shí)現(xiàn)PZQ中間體的合成，并進(jìn)一步延伸至PZQ驅(qū)蟲藥物的生產(chǎn)。 現(xiàn)有的 PZQ合成路線（圖 [1]）涉及一系列化學(xué)過程以及在惡劣到最佳條件下使用昂貴、有害和有毒的化學(xué)中間體。 以苯乙胺為起始原料，化學(xué)試劑如 2,2′-(benzylazanediyl)diacetic acid, (2-isocyanoethyl)benzene, 2,2-dimethoxyethan-1-amine, glycinoyl chloride HCl, 2-aminoethan-1-ol, 2-(1,3-dioxoisoindolin-2-yl)acetyl chloride and hydroxymethyl polystyrene 作為酯和中間體用于生產(chǎn) PZQ。 同樣，吡喹胺和異喹啉甲腈類似物在獨(dú)特的反應(yīng)條件下，也得到了 PZQ。 此外，在單獨(dú)的工藝下生產(chǎn)的苯乙胺中間體，在環(huán)化后，直接生成 PZQ。 單-N-取代的和 C1-取代的異喹啉 和雙取代的異喹啉也生產(chǎn) PZQ。還通過球磨和機(jī)械化學(xué)氮雜亨利方法實(shí)現(xiàn)了 PZQ 的大規(guī)模制備（最大對映純度 >99%）。通常采用間歇工藝需要過量的硫酸和放熱反應(yīng)需要特別注意和更多的預(yù)防措施。 流動(dòng)過程消除了露天處理腐蝕性試劑的危險(xiǎn)，并且這些反應(yīng)器可以有效地控制放熱過程。連續(xù)流工藝具有新技術(shù)和較小的廢水足跡的優(yōu)點(diǎn)。 還開發(fā)了采用羥甲基聚苯乙烯作為關(guān)鍵中間體的PZQ的固相合成方法。

圖1使用不同關(guān)鍵中間體的PZQ制備方法示意圖

另一種方法是采用環(huán)己酰氯作為初始底物與2,2'-亞氨基二乙腈、甘氨酸乙酯、異喹啉-1-基甲胺反應(yīng)制備PZQ； 然而，它們相應(yīng)的中間體需要通過吡喹胺 (9) 的預(yù)環(huán)化或后環(huán)化過程來進(jìn)行。 簡而言之，方案 [1] 所示的 PZQ 完整合成路線之一是 通過將 2-氯-N-苯乙基乙酰胺 （由 2 和 18 反應(yīng)制備）與 2,2-二甲氧基乙胺縮合，形成環(huán)化為吡喹胺所需的關(guān)鍵偶聯(lián)乙酰胺中間體 。 吡喹胺 (9) 與環(huán)己酰氯進(jìn)一步反應(yīng)得到 PZQ。 PZQ類似物的去消旋過程是由吡喹胺與各種碳酰氯在不同的流動(dòng)化學(xué)條件下反應(yīng)引發(fā)的，對此進(jìn)行了詳細(xì)闡述?，F(xiàn)有的 PZQ 制備路線大多涉及消耗鹽酸、硫酸、磷酸、甲磺酸、亞硫酰氯和水合肼等試劑，在合成過程中必須小心處理。 氨基乙醛二甲縮醛等原材料的成本也非常高，影響了PZQ的整體價(jià)格。 因此，流動(dòng)化學(xué)被認(rèn)為是合成有機(jī)化學(xué)中用于制造化學(xué)中間體和 API 的替代且有效的方法。Adekiya 等人綜述了 PZQ 的一般制備方法。流動(dòng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)也取決于流動(dòng)反應(yīng)器、長度、泵、管尺寸、管體積、可擴(kuò)展性和多個(gè)流動(dòng)反應(yīng)器的組合。 此外，PZQ 工藝需要腐蝕性試劑/酸，這是大規(guī)模生產(chǎn)的速率限制標(biāo)準(zhǔn)。 同樣，PZQ 合成的間歇過程由多個(gè)步驟組成，這導(dǎo)致總生產(chǎn)時(shí)間增加。 因此，基于專業(yè)知識和微調(diào) PZQ 合成及其中間體的意圖，開發(fā)了一種連續(xù)流化學(xué)方法，該方法可縮短生產(chǎn)時(shí)間并適合大規(guī)模制造工業(yè)。

方案 1通往PZQ的常見高效合成路線

本文描述了使用連續(xù)步驟中的流動(dòng)化學(xué)方法開發(fā)而無需分離中間體來制備PZQ，重點(diǎn)是減少總生產(chǎn)時(shí)間。 與傳統(tǒng)的間歇工藝相比，該方法使用最少量的昂貴試劑，并且中間體和產(chǎn)物的產(chǎn)率很高。 為了實(shí)現(xiàn) PZQ 的最終生產(chǎn)，使用了流動(dòng)反應(yīng)器/微型反應(yīng)器的集成系統(tǒng)以多步驟的方式進(jìn)行一系列反應(yīng)。 本發(fā)明的 PZQ 合成方法優(yōu)于現(xiàn)有路線，因?yàn)樗恍枰c固體物質(zhì)分離，并且產(chǎn)物中間體在直接進(jìn)入流動(dòng)化學(xué)反應(yīng)的下一階段之前保留在溶液相中。 目前 PZQ 工藝開發(fā)創(chuàng)新方法的主要目標(biāo)是盡量減少露天處理以及原材料、試劑、中間體和溶劑對環(huán)境和操作員的暴露。 這項(xiàng)研究的另一個(gè)目標(biāo)是將二甲基縮醛和氨基乙醛等起始原料的摩爾量從2當(dāng)量濃縮至1.2當(dāng)量，從而降低生產(chǎn)成本。 它還減少了溶劑用量，減少了廢物和廢水的產(chǎn)生，并有可能滿足綠色化學(xué)方法的要求。 重要的是，這種方法縮短了反應(yīng)時(shí)間，并且被認(rèn)為具有較少的下游工藝，這最終提高了整體工藝效率并使工藝更加經(jīng)濟(jì)。 微反應(yīng)器為合成有機(jī)化學(xué)家提供精確的測量，例如調(diào)節(jié)化學(xué)過程中試劑/化學(xué)成分的濃度和溫度、監(jiān)測傳熱和傳質(zhì)，并對選擇性產(chǎn)物形成提供高度的反應(yīng)控制。 目前 PZQ 的流動(dòng)化學(xué)工藝開發(fā)是使用 Vapourtec R 系列模塊化流動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行的，該系統(tǒng)由 PFA（全氟烷氧基）盤管組成，配備活塞泵（0.20–50 mL/min，壓力高達(dá) 42 bar）。 管式反應(yīng)器由不銹鋼、聚四氟乙烯和哈氏合金 C 盤繞而成，具有良好的傳熱傳質(zhì)能力，可用于大規(guī)模制備 PZQ。 另一方面，以連續(xù)方式維持連續(xù)流動(dòng)化學(xué)反應(yīng)不僅是有利的，而且還集成了在 PZQ 生產(chǎn)過程中有效發(fā)揮各自作用的多反應(yīng)器設(shè)置。 例如，反應(yīng)溫度、反應(yīng)器盤管長度和直徑、加熱/冷卻系統(tǒng)、停留時(shí)間、混合器和在線分離等參數(shù)對于 PZQ 合成中涉及的每個(gè)步驟都至關(guān)重要。 考慮到流動(dòng)化學(xué)特征以及現(xiàn)有 PZQ 制備方法的信息，開發(fā)了一種基于連續(xù)流動(dòng)化學(xué)的 PZQ 合成方法，據(jù)我們所知，迄今為止尚未有報(bào)道。

大規(guī)模連續(xù)法制備 PZQ

根據(jù)優(yōu)化的關(guān)鍵中間體和PZQ的流動(dòng)反應(yīng)條件，對整個(gè)過程進(jìn)行了研究，以連續(xù)模式原位實(shí)現(xiàn)PZQ。 將 2-苯乙胺 (2)（5.0 M 在 DMF 中）以 4.54 mL/min 的流速和 2.6 M 碳酸鉀（以 10.47 mL/min 的流速）在 0 °C 和 5 秒下引入管式反應(yīng)器 將 DMF 中的 5 M 氯乙酰氯 (18)（流速為 5.0 mL/min）在 0 °C 下連續(xù)引入同一管式反應(yīng)器，停留時(shí)間為 5 分鐘。 2,2-二甲氧基乙烷-1-胺 (20) (8.86 M) 通過連接到前一過程輸出的另一個(gè)劑量泵以 1.45 mL/min 引入，停留時(shí)間為 10 分鐘，溫度為 75 °C，然后洗脫混合物 使用乙酸乙酯萃取。 用HCl將乙酸乙酯溶液的pH調(diào)節(jié)至1-2，同時(shí)保持溫度在10-15℃，過濾所得固體。 將粗過濾產(chǎn)物21在水中的1M溶液以6.4mL/min的流速和17.8M硫酸以1:10當(dāng)量的方式在5分鐘停留時(shí)間和70℃下連續(xù)泵入管式反應(yīng)器以形成吡喹胺 （9）。 完成后，用冷水淬滅反應(yīng)，并用 20% NaOH 溶液將 pH 值調(diào)節(jié)至 8-9。 將所得產(chǎn)物溶解在二氯甲烷中并向溶液中添加1.3當(dāng)量三乙胺以得到0.5M濃度。 然后將 1:1.1 當(dāng)量的 0.5 M 吡喹胺溶液和 7.3 M 純環(huán)己酰氯 (17) 溶液以 13.28 mL/min 和 1.0 mL/min 的流速引入管式反應(yīng)器中，停留時(shí)間為 7 分鐘和 25 ° C。 然后用水猝滅反應(yīng)，分離有機(jī)層，加入硫酸鈉以除去水，然后蒸餾。 該流動(dòng)反應(yīng)過程提供了干重 242 g PZQ，收率 95%，HPLC 純度為 99.5%。

圖 基于連續(xù)流動(dòng)化學(xué)的PZQ合成

知工藝中的一些缺點(diǎn)是使用氯仿等溶劑，氯仿是2類溶劑，被懷疑致癌，而且不環(huán)保。 此外，使用兩當(dāng)量或更多當(dāng)量的氨基乙醛二甲縮醛(一種昂貴的原材料)，其中一個(gè)當(dāng)量在反應(yīng)中消耗，第二個(gè)當(dāng)量作為廢物損失，會(huì)影響商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的成本。 報(bào)道的最先進(jìn)的工藝是間歇式工藝并且能耗很大。 這里描述的吡喹酮的制備方法采用了占地面積較小的流動(dòng)反應(yīng)器，能源效率高，并且需要較少的試劑當(dāng)量。 此外，可選地，所有步驟都可以以伸縮方式進(jìn)行，使得該過程更加經(jīng)濟(jì)。

總之，已經(jīng)證明了一種用于制備 PZQ 及其中間體的新的連續(xù)流化學(xué)方法。 對溫度、停留時(shí)間、反應(yīng)器體積、當(dāng)量、流速和溶劑進(jìn)行了優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模高純度的最大收率。 因此，流動(dòng)化學(xué)繼續(xù)吸引專注于原料藥和中間體工藝開發(fā)的行業(yè)，并在未來開啟廣泛的應(yīng)用。

吡喹酮的連續(xù)制備

將 2-苯乙胺（2；100 g）以 4.54 mL/min 的流速溶解在 1650 mL DMF（5.0 M DMF 溶液）中，并用 DMF（5.0 M DMF 溶液）將氯乙酰氯（18；100 g）稀釋至 1770 mL ）以5.0mL/min的流速與碳酸鉀（2.6M在水中）一起以10.47mL/min的流速連續(xù)引入到100mL體積的管式反應(yīng)器中。 T=0℃時(shí)，在反應(yīng)器中的停留時(shí)間為5分鐘。 通過另一個(gè)泵以 1.45 mL/min 的流速在 75 °C 下引入 2,2-二甲氧基乙烷-1-胺（20；8.55 M），停留時(shí)間為 10 分鐘。 收集完成后，加入EtOAc和水，將反應(yīng)混合物攪拌10分鐘，并分離各層。 合并有機(jī)層，用水洗滌，并真空濃縮。 將殘余物溶解在 EtOAc 中，攪拌，并在 10-15 °C 下用 HCl 溶液將反應(yīng)混合物的 pH 調(diào)節(jié)至 1-2。 通過過濾分離固體，然后以 6.4 mL/min 的流速加入水中以制備 1 M 溶液，并以 3.6 mL/min 的流速以 1:10 eq 的當(dāng)量連續(xù)加入硫酸（純 17.8 M）。 引入100mL的管式反應(yīng)器中。 在T=70℃下，在反應(yīng)器中的停留時(shí)間為5分鐘。 通過TLC確認(rèn)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化。 將反應(yīng)混合物在冷水中淬滅，并在 0–25 °C 下用 20% NaOH 溶液將反應(yīng)物質(zhì)的 pH 值調(diào)節(jié)至 8–9。 添加二氯甲烷并將混合物在室溫下攪拌30分鐘。 將有機(jī)層作為吡喹胺(9)的溶液用于下一階段，并添加TEA(1.3當(dāng)量)以制備二氯甲烷(0.5M)溶液。 將9和環(huán)己酰氯(17)(7.3M純)以1:1.1當(dāng)量的溶液連續(xù)引入100mL的流動(dòng)反應(yīng)器中，并分別以13.28mL/min和1.0mL/min的流速泵送 。 T = 25 °C 時(shí)，在反應(yīng)器中的停留時(shí)間為 7 分鐘。 記錄反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率并通過HPLC確認(rèn)。 用水猝滅反應(yīng)，用二氯甲烷萃取混合物，分離有機(jī)層并用碳酸鈉溶液洗滌。 將有機(jī)層在低于50℃、600mm Hg真空下蒸餾，并將固體在甲醇-水混合物中攪拌，過濾，并在真空烘箱中干燥，得到吡喹酮。 干重：245克。 收率百分比：95%，HPLC純度：99.5%。

Multi-step Flow Synthesis of the Anthelmintic Drug Praziquantel （2023）

DOI: 10.1055/s-0042-1751479