第6章紫杉醇生產(chǎn)工藝

PAGEPAGE95第六章紫杉醇的生產(chǎn)工藝6.1概述6.1.1紫杉醇類藥物1、紫杉醇紫杉醇（Paclitaxel，Taxol?）的化學(xué)名稱為5,20-環(huán)氧-1,2,4,7,13-五羥基-紫杉-11-烯-9-酮-4-乙酸酯-2-苯甲酸酯-10-乙?；?13-[(2′R,3′S)-N-苯甲?；?3′-苯基異絲氨酸酯]，英文化學(xué)名稱為13-[(2′R,3′S)-N-carboxyl-3′-phenylisoserine,N-benmethylester,13-esterwith5,20-epoxyl-1,2,4,7,13-hexahydroxytax-11-en-9-one-4-acetate-2-benzoate,trihydrate。紫杉醇具有復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)，屬三環(huán)二萜類化合物，整個分子由三個主環(huán)構(gòu)成的二萜核和一個苯基異絲氨酸側(cè)鏈組成（圖6－1）。分子中有11個手性中心和多個取代基團(tuán)。分子式為C47H51NO14，分子量為853.92，元素百分比為C：66.41，H：6.02，N：1.64，O：26.23。紫杉醇難溶于水，易溶于甲醇、二氯甲烷和乙氰等有機(jī)溶劑。圖6－圖6－1紫杉醇的化學(xué)結(jié)構(gòu)2、多烯紫杉醇多烯紫杉醇（多西他賽，Docetaxel，Taxotere?，圖6－2）是在開展紫杉醇半合成研究過程中發(fā)現(xiàn)的一種紫杉醇類似物，兩者僅在母環(huán)10位和側(cè)鏈上3位上的取代基略有不同。多烯紫杉醇的化學(xué)名稱是5,20-環(huán)氧-1,2,4,7,10,13-六羥基-紫杉-11-烯-9-酮-4-乙酸酯-2-苯甲酸酯-13-[(2′R,3′S)-N-叔丁氧羰基-3′-苯基異絲氨酸酯]·三水合物，英文化學(xué)名稱為-13-[(2′R,3′S)-N-carboxyl-3′-phenylisoserine,N-tertbutylester,13-esterwith5,20-epoxyl-1,2,4,7,10,13-hexahydroxytax-11-en-9-one-4-acetate-2-benzoate,trihydrate。分子式為C43H53NO14·3H2O，相對分子質(zhì)量為861.9。1985年，法國羅納普朗克樂安公司（Rhone-PoulencRorer）公司和法國國家自然科學(xué)研究中心（CNRS）以10-DAB作為母環(huán)骨架，通過半合成方法成功地合成出多烯紫杉醇，目前多烯紫杉醇主要由AVENTIS公司（法國羅納普朗克樂安公司與德國赫斯特合并后的新公圖6－2多烯紫杉醇的結(jié)構(gòu)式司）生產(chǎn)，已在多個國家上市使用。圖6－2多烯紫杉醇的結(jié)構(gòu)式3、臨床應(yīng)用1958－1987年，美國國立癌癥研究所（NCI）用多種鼠腫瘤移植模型，對全世界3.5萬種植物的11萬個植物提取物進(jìn)行篩選。1964年，以細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)證明了太平洋紅豆杉皮中的提取物具有活性。1969年，確定了紫杉醇為其中活性成分。1971年，美國化學(xué)家Wani和Wall從太平洋紅豆杉的樹皮中提純得到紫杉醇。紫杉醇被譽(yù)為是隨機(jī)篩選藥物的成功范例。紫杉醇具有獨(dú)特的抗癌機(jī)制，其作用靶點(diǎn)是有絲分裂和細(xì)胞周期中至關(guān)重要的微管蛋白。紫杉醇與β微管蛋白N端第31位氨基酸和217－231位結(jié)合，能促進(jìn)微管蛋白聚合而形成穩(wěn)定的微管，并抑制微管的解聚，將細(xì)胞周期阻斷于G2/M期，從而抑制了細(xì)胞的有絲分裂，最終導(dǎo)致癌細(xì)胞的死亡。近幾年的研究表明，紫杉醇還具有其他生物學(xué)效應(yīng)，與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白質(zhì)的磷酸化有關(guān)，持續(xù)激活MAPK等，誘導(dǎo)多種腫瘤細(xì)胞的凋亡。多烯紫杉醇是紫杉醇家族第二代抗癌新藥的代表。它與紫杉醇有相同的作用機(jī)制，但抑制微管解聚、促進(jìn)微管二聚體聚合成微管的能力是紫杉醇的兩倍。多烯紫杉醇還具有抑制細(xì)胞DNA、RNA或蛋白質(zhì)的合成。多烯紫杉醇的IC50值（腫瘤細(xì)胞存活減少50%）范圍為4-35ng/mL。體外抗腫瘤活性實(shí)驗(yàn)已證實(shí)，多烯紫杉醇對某些類型腫瘤細(xì)胞的抑制活性克達(dá)紫杉醇的10倍。此外，多烯紫杉醇還具有較好的生物利用度，更高的細(xì)胞內(nèi)濃度，更長的細(xì)胞內(nèi)潴留時(shí)間等。紫杉醇1992年12月被美國FDA批準(zhǔn)用于治療晚期卵巢癌。1994年，批準(zhǔn)用于治療轉(zhuǎn)移性乳腺癌，1997年FDA批準(zhǔn)使用紫杉醇治療愛滋病關(guān)聯(lián)的Kaposi惡性腫瘤；1998年和1999年，F(xiàn)DA又分別批準(zhǔn)半合成紫杉醇與順鉑聯(lián)合使用作為治療晚期卵巢癌和非小細(xì)胞肺癌的一線用藥。2004年FDA批準(zhǔn)白蛋白修飾的紫杉醇，降低毒性，提高療效。紫杉醇是近幾年國際公認(rèn)的療效確切的重要的抗腫瘤藥物之一。6.1.2紫杉醇的生產(chǎn)工藝路線1、天然提取工藝路線紫杉醇的來源最初以天然提取為主，主要是從由紅豆杉屬（Taxus）植物的樹皮中分離得到。以后在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，都是天然提取。我們對紫杉醇的分離提取進(jìn)行了多年的研究，建立了以正相色譜過程和反相色譜過程為核心的紫杉醇分離純化工藝（圖6－3）。以正相色譜過程為核心的紫杉醇分離純化工藝過程由石油醚固-液萃取、堿洗、己烷沉淀、一次層析、一次結(jié)晶、溴加成、二次層析和二次結(jié)晶等8道工序構(gòu)成。其中最后一步結(jié)晶可根據(jù)要求再進(jìn)行重結(jié)晶以進(jìn)一步提高純度。圖6-3以正相色譜為核心的紫杉醇分離純化工藝流程流程中間有些步驟不是必須的，比如己烷沉淀因使用溶劑量很大，可以根據(jù)實(shí)際情況決定是否采用。另外，一些工序可以互換，比如一次結(jié)晶和溴加成，也可以先進(jìn)行溴加成再結(jié)晶，二者相比各有利弊，一個操作周期的收率在70%左右，純度99.03%。圖6-3以正相色譜為核心的紫杉醇分離純化工藝流程2、生物合成工藝由于紫杉醇是紅豆杉的次生代謝產(chǎn)物，主要存在于紅豆杉屬植物的樹皮及針葉中，為解決紫杉醇的大量供應(yīng)問題，人們正在探索通過組織和細(xì)胞培養(yǎng)等生物工程技術(shù)制備紫杉醇。目前，已有前體飼喂、添加誘導(dǎo)子、兩相培養(yǎng)等技術(shù)在紅豆杉細(xì)胞培養(yǎng)中相繼使用。在進(jìn)一步研究紫杉醇的生物合成途徑與調(diào)控、規(guī)模反應(yīng)器放大規(guī)律的基礎(chǔ)上，提高生產(chǎn)率，增加經(jīng)濟(jì)可行性，使得細(xì)胞培養(yǎng)過程被認(rèn)為是相當(dāng)有潛力的路線。除了紅豆杉外，1993年，Stierle等人在《科學(xué)》雜志報(bào)道了從紫杉樹中分離出來的內(nèi)生真菌（Taxomycesandreanae）可以合成紫杉醇和紫杉烷。這一發(fā)現(xiàn)為紫杉醇的生物合成工藝增加了一條新路線，美國Cytoclonal公司和加拿大Vovopharm公司正在致力于開發(fā)真菌發(fā)酵培養(yǎng)生產(chǎn)紫杉醇的技術(shù)。3、化學(xué)全合成工藝路線1994年，紫杉醇的全合成在實(shí)驗(yàn)室獲得成功。到目前為止，文獻(xiàn)報(bào)道的紫杉醇的全合成路線共有3條，即1994年由Holton和Nicolaou研究組幾乎同時(shí)完成的2條路線以及1996年Danishefsky小組報(bào)道的路線。（1）Holton路線該路線的策略是A→AB→ABC，又稱為線性合成路線。以倍半萜化合物（pachiouleneoxide,商品名Pachino）為起始化合物，它具有與天然紫杉醇一致的C1-和C19-CH3構(gòu)象。通過片段反應(yīng)生成B環(huán)，進(jìn)而合成六元環(huán)。（2）Nicoloau路線該路線策略是先通過Diels-Alder反應(yīng)合成A環(huán)和C環(huán)，再通過McMurry反應(yīng)合成八元B環(huán)，得到ABC三環(huán)化合物，所也被稱為會聚式路線。（3）Danishefsky路線該路線與Nicoloau路線的策略基本相同。較早階段引入四元氧環(huán)（D環(huán)），再將含有A和C、D環(huán)片段連接，最后合成八元B環(huán)。如前所述，紫杉醇的分子結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，分子中有眾多的功能基團(tuán)和立體化學(xué)特征，如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)堪稱是對化學(xué)合成的一個挑戰(zhàn)。紫杉醇的全合成中，反應(yīng)步驟多達(dá)20—25步，大量使用手性試劑，反應(yīng)條件極難控制，制備成本昂貴，雖然具有重要的理論意義，但不適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。4、半合成工藝路線為了避免合成紫杉醇復(fù)雜的母環(huán)部分，人們探索了半合成的制備方法。研究發(fā)現(xiàn)，紅豆杉植物中除紫杉醇外，還有大量母環(huán)結(jié)構(gòu)與紫杉醇類似的化合物，其中，最重要的是巴卡亭Ⅲ（BaccatinⅢ）和10-去乙?；涂ㄍあ螅?0－DeacetylbaccatinⅢ，10－DAB）（圖6－4）。從它們出發(fā)，可以通過半合成方法來生產(chǎn)紫杉醇。巴卡亭巴卡亭Ⅲ10-去乙酰基巴卡亭Ⅲ圖6－4巴卡亭Ⅲ和10-去乙酰基巴卡亭Ⅲ的化學(xué)結(jié)構(gòu)式紫杉醇的半合成過程，就是以天然存在的紫杉醇母環(huán)結(jié)構(gòu)類似物巴卡亭Ⅲ和10-DAB為基本原料，在其C-13位接上化學(xué)合成的側(cè)鏈，以此制備紫杉醇的方法。該方法避開了復(fù)雜的紫杉醇二萜部分的合成，過程簡明，便于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。10-DAB和巴卡亭Ⅲ在紅豆杉植物中的含量比紫杉醇豐富得多，分離提取也相對容易，而且樹葉的反復(fù)提取也不會影響植物資源的再生，因此，從目前來看，半合成是最具實(shí)用價(jià)值的制備紫杉醇的方法。紫杉醇和多烯紫杉醇結(jié)構(gòu)十分相似，所以紫杉醇的半合成工藝適當(dāng)調(diào)整后也適用于合成多烯紫杉醇。通過半合成研究，還可以獲得有關(guān)紫杉醇類似物構(gòu)效關(guān)系的信息，對紫杉醇進(jìn)行結(jié)構(gòu)改性以尋找活性更大、毒副作用更小，抗癌譜更廣或略有不同的紫杉醇類抗癌藥物。6.2紫杉醇的側(cè)鏈原料制備工藝紫杉醇分子由一個二萜母環(huán)和一個苯基異絲氨酸側(cè)鏈組成，因此半合成紫杉醇的原料分為母環(huán)和側(cè)鏈兩部分。關(guān)于紫杉醇結(jié)構(gòu)—活性關(guān)系的研究表明，紫杉醇二萜母環(huán)上C-4，C-5位的環(huán)氧丙烷環(huán)、C-2位的苯甲酰氧基、C-4位的乙酰氧基、C-7、C-9、C-10位的基團(tuán)、C-11和C-12間的雙鍵、C-13側(cè)鏈基團(tuán)及其（2′R，3′S）構(gòu)型對于維持紫杉醇的活性至關(guān)重要。同時(shí)，保持紫杉醇骨架的完整，保證上述基團(tuán)在空間上排列的穩(wěn)定性，對于紫杉醇的活性也是必不可少的。在半合成過程中，紫杉醇二萜母環(huán)上的基團(tuán)及其立體化學(xué)特征可以完全來自于原料巴卡亭Ⅲ和10-DAB，這樣，紫杉醇的半合成過程實(shí)際上歸結(jié)為在二萜環(huán)上連接具有活性結(jié)構(gòu)的苯基異絲氨酸側(cè)鏈的問題。半合成紫杉醇的側(cè)鏈大致分為非手性側(cè)鏈、手性側(cè)鏈和側(cè)鏈前體物三大類。6.2.1非手性側(cè)鏈這類側(cè)鏈與紫杉醇的側(cè)鏈有一定的差別，主要是沒有立體化學(xué)特征，常用的是一些肉桂酸類化合物如反式的肉桂酸（圖6－5）等。利用非手性側(cè)鏈合成紫杉醇時(shí)，先把側(cè)鏈連接到二萜母環(huán)上，然后進(jìn)行立體控制的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生紫杉醇的手性側(cè)鏈結(jié)構(gòu)，典型例子是肉桂酸成酯法。圖6－5反式肉桂酸以環(huán)己基碳二亞胺（DCC）做縮合劑，4-二甲基氨基吡啶（DMAP）為催化劑，將肉桂酸與保護(hù)后的母環(huán)7-(2,2,2-三氯-)-巴卡亭Ⅲ乙酯進(jìn)行反應(yīng)，然后對側(cè)鏈上的雙鍵進(jìn)行羥基化、氨基化、苯甲酰化處理，產(chǎn)生所需要的立體構(gòu)型，去除保護(hù)基后得到幾種非對映體的混合物，通過薄層層析（TLC）得到各種純化的異構(gòu)體。這種半合成的方法主要缺點(diǎn)是產(chǎn)生紫杉醇的活性側(cè)鏈結(jié)構(gòu)時(shí)選擇性較差。圖6－5反式肉桂酸6.2.2手性側(cè)鏈半合成紫杉醇時(shí)使用的手性側(cè)鏈?zhǔn)?R,3S-苯基異絲氨酸衍生物。預(yù)先合成這種手性化合物，然后再與二萜母環(huán)連接來制備紫杉醇，這是半合成紫杉醇研究中探索最多的一種方法。最早報(bào)道的紫杉醇半合成路線采用的就是這種方法。當(dāng)時(shí)以10-DAB為原料，先選擇性保護(hù)C-7羥基和酯化C-10羥基，然后在二-2-吡啶碳酸酯（DPC）和DMAP存在下，使預(yù)先合成的手性側(cè)鏈與被保護(hù)的10-DAB連接起來，最后去掉保護(hù)基團(tuán)即得到紫杉醇，總收率約為53%。合成手性紫杉醇側(cè)鏈的方法有許多種，其中具有代表性的方法有雙鍵不對稱氧化法和醛醇反應(yīng)法兩種。雙鍵不對稱氧化法可以從順式肉桂醇出發(fā)，用Sharpless環(huán)氧化方法合成出手性的環(huán)氧化合物，經(jīng)疊氮開環(huán)等反應(yīng)最后制得紫杉醇側(cè)鏈（圖6－6，a）。也可以從反式肉桂酸甲酯出發(fā)，在手性催化劑作用下進(jìn)行雙羥基化反應(yīng)，再將得到的雙羥基化合物轉(zhuǎn)化成疊氮化合物，最后也得到紫杉醇側(cè)鏈（圖6－6，b）。ab圖6－6雙鍵不對稱氧化法合成手性紫杉醇側(cè)鏈的路線另外，也可以以順式肉桂酸乙酯為原料，在催化劑Mn-salen絡(luò)合物、次氯酸鈉和4-苯基-吡啶-N-氧化物（PPNO）作用下進(jìn)行不對稱環(huán)氧化，合成手性紫杉醇側(cè)鏈（圖6－7）。圖6-7Mn-salen絡(luò)合物為催化劑合成手性紫杉醇側(cè)鏈醛醇反應(yīng)法是合成手性紫杉醇側(cè)鏈的另一種有效的方法。例如，以苯乙酮為原料，在手性催化劑作用下使苯乙酮與烯醇硅醚發(fā)生醛醇縮合反應(yīng)，然后將產(chǎn)物的C-3反式羥基轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖桨坊?，?jīng)處理就得到紫杉醇側(cè)鏈（圖6－8）。圖6-8醛醇反應(yīng)法合成手性紫杉醇側(cè)鏈的路線6.2.3側(cè)鏈前體物圖6－9b－內(nèi)酰胺的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性側(cè)鏈前體物通常是一些環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在與紫杉醇母環(huán)的連接過程中前體物開環(huán)，產(chǎn)生所需要的立體構(gòu)型。環(huán)狀側(cè)鏈前體物在紫杉醇的合成中具有明顯的優(yōu)勢，常用的環(huán)狀側(cè)鏈前體有b－內(nèi)酰胺型、噁唑烷羧酸型、噁唑啉羧酸型和噁嗪酮型圖6－9b－內(nèi)酰胺的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性b-內(nèi)酰胺型側(cè)鏈前體物是半合成紫杉醇時(shí)常用的一種原料。N-苯甲酰-b-內(nèi)酰胺的結(jié)構(gòu)如圖6－9所示，整個環(huán)狀分子呈平面型，所有的取代基都處于環(huán)的同側(cè)，當(dāng)與保護(hù)的巴卡亭Ⅲ衍生物進(jìn)行反應(yīng)生成紫杉醇時(shí)，環(huán)較為“空曠”的一面接近巴卡亭Ⅲ衍生物的C-13羥基。羥基進(jìn)攻張力很大的羰基，導(dǎo)致四元環(huán)狀側(cè)鏈前體開環(huán)，產(chǎn)生紫杉醇的側(cè)鏈，同時(shí)釋放四元環(huán)的張力，形成穩(wěn)定的化合物。b-內(nèi)酰胺型側(cè)鏈前體有外消旋型和單一異構(gòu)體之分。合成外消旋b-內(nèi)酰胺有多條路線，總收率可達(dá)75%以上。一種路線是乙酰氧基乙酰氯與亞胺在三乙胺存在下發(fā)生Staudinger反應(yīng)，得到順式-β-內(nèi)酰胺，然后經(jīng)氧化、去除?；炔襟E得到相應(yīng)的醇，可用多種保護(hù)基保護(hù)羥基生成所需的側(cè)鏈；另一種路線是，帶有保護(hù)基的甘醇酸酯與三乙基硅基醛亞胺反應(yīng)生成帶保護(hù)基的產(chǎn)物；第三種則是吖叮啶-2,3-二酮的還原，產(chǎn)生單一的順式-β-內(nèi)酰胺（圖6－10）。圖6－10β-內(nèi)酰胺型紫杉醇側(cè)鏈前體物的合成路線噁唑烷羧酸和噁唑啉羧酸是半合成紫杉醇時(shí)另一類常用的環(huán)狀側(cè)鏈前體物。將苯異絲氨酸側(cè)鏈的2′-羥基和保護(hù)后的3′-NH2用丙叉或其它基團(tuán)連接起來就得到噁唑烷羧酸（圖6－11，a），還可以制成噁唑啉羧酸（圖6－11，b）和噁嗪酮型（6－11，c）型環(huán)狀側(cè)鏈前體。噁嗪酮與b-內(nèi)酰胺類似，也可以在DMAP催化下與7-三乙基硅巴卡亭Ⅲ反應(yīng)或是經(jīng)過醇鹽途徑生成2′,7-保護(hù)的紫杉醇衍生物，但轉(zhuǎn)化率不如使用b-內(nèi)酰胺高，可能是反應(yīng)過程中噁嗪酮分解造成的。圖6-11噁唑烷羧酸（a）和噁唑啉羧酸（b）噁嗪酮（c）的結(jié)構(gòu)6.3紫杉醇半合成工藝過程與質(zhì)量控制從不同的側(cè)鏈原料出發(fā)，可以有多條半合成紫杉醇的路線。其中，以β-內(nèi)酰胺型側(cè)鏈前體為原料的路線是一條優(yōu)良的、具有實(shí)際生產(chǎn)意義的路線，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。整個工藝過程的核心是合成外消旋的β-內(nèi)酰胺型側(cè)鏈前體，使之與適當(dāng)保護(hù)的巴卡亭III或10-DAB衍生物進(jìn)行酯化反應(yīng)，水解除去保護(hù)基就得到紫杉醇。精確控制半合成中各步反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間、溫度、溶劑、催化劑及投料配比等條件，可以使由巴卡亭III出發(fā)合成紫杉醇的收率達(dá)到90%，由10-DAB出發(fā)可達(dá)70%以上，生產(chǎn)出的紫杉醇純度大于99%，滿足藥用要求。6.3.1紫杉醇半合成半合成紫杉醇的過程可依反應(yīng)順序大致劃分為三個階段：合成紫杉醇的側(cè)鏈（或前體物）、選擇性保護(hù)母環(huán)巴卡亭III或10-DAB、使側(cè)鏈與母環(huán)發(fā)生酯化反應(yīng)并去除保護(hù)基，最后可得到紫杉醇。圖6－12給出了半合成紫杉醇的工藝流程。生產(chǎn)過程從β-內(nèi)酰胺型側(cè)鏈前體的合成開始。首先，制備出的乙酰氧基乙酰氯和亞胺發(fā)生[2+2]型環(huán)加成反應(yīng)，合成出基礎(chǔ)四元環(huán)1-對甲氧基苯基-3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮；對其中的部分基團(tuán)進(jìn)行氧化、水解和上保護(hù)基，得到對接四元環(huán)1-苯甲?；?3-(乙氧乙基)-4-苯基-2-吖叮酮或1-苯甲?；?3-(三乙基硅基)-4-苯基-2-吖叮酮。制備側(cè)鏈同時(shí)可對母環(huán)原料巴卡亭III或10-DAB進(jìn)行選擇性保護(hù)處理。接下來，在堿n-丁基鋰的催化下，使側(cè)鏈前體物（對接四元環(huán)）與保護(hù)后的母環(huán)進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到帶保護(hù)基的紫杉醇，最后在適當(dāng)?shù)臈l件下除去保護(hù)基，經(jīng)過分離、純化得到成品紫杉醇。在圖6－12給出的工藝流程中，合成出3-(三乙基硅基)-4苯基-2-吖叮啶酮（硅化四元環(huán)）后，用叔丁氧碳酸酯(t-BuOCO)2O代替苯甲酰氯進(jìn)行反應(yīng)，可得到N-叔丁氧羰基-3-(三乙基硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮，然后與7、10-雙保護(hù)的10-DAB進(jìn)行酯化反應(yīng)，去除保護(hù)基，經(jīng)相應(yīng)的分離純化步驟可制備紫杉醇的類似物多烯紫杉醇。圖6－12半合成紫杉醇的工藝流程圖6－12半合成紫杉醇的工藝流程6.3.2β-內(nèi)酰胺型側(cè)鏈前體的制備與質(zhì)量控制以β-內(nèi)酰胺作為紫杉醇側(cè)鏈的前體，主要是由于β-內(nèi)酰胺的形成，可以很好地控制反應(yīng)的立體選擇性，不需要使用任何手性試劑就可以產(chǎn)生兩個手性中心，這使得該方法成為工業(yè)化半合成紫杉醇的最具前景的側(cè)鏈合成方法之一。從合成乙酰氧基乙酰氯開始，本部分工藝共包括以下七步反應(yīng)。1、乙酰氧基乙酰氯的制備在10L耐酸反應(yīng)罐中，羥基乙酸:乙酰氯:二氯亞砜為1:3:3。第一步反應(yīng)溫度控制60℃，第二步反應(yīng)溫度控制70℃；總收率達(dá)2、N-苯亞甲基-4-甲氧基苯胺（亞胺）的制備兩種原料在甲醇中混合、攪拌，室溫下反應(yīng)4h。收率大于90%。3、cis-1-對甲氧基苯基-3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮（基礎(chǔ)四元環(huán)）的制備在5L反應(yīng)器中，投料比亞胺:乙酰氧基乙酰氯:三乙胺為1:2:3，低溫（<-20℃）條件下，反應(yīng)8~10h。收率達(dá)乙酰氧基乙酰氯和亞胺方便地合成出1-對甲氧基苯基-3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮（基礎(chǔ)四元環(huán)）。該過程屬于[2+2]型環(huán)加成反應(yīng)。反應(yīng)中一個含碳-碳雙鍵（或叁鍵）的化合物，與一個含雜原子的不飽和分子發(fā)生環(huán)化反應(yīng)，以很高的產(chǎn)率生成四元雜環(huán)。對于合成β-內(nèi)酰胺側(cè)鏈的過程，環(huán)加成產(chǎn)物為單一順式或反式異構(gòu)體，產(chǎn)物的立體構(gòu)型取決于亞胺上取代基的類型[13]，取代基為芳基、芳雜環(huán)、共軛烯烴時(shí)，環(huán)加成產(chǎn)物為順式。據(jù)推測，其反應(yīng)機(jī)理為乙酰氧基乙酰氯在三乙胺作用下脫氯化氫生成烯酮，烯酮與上述亞胺反應(yīng)，由于共軛體系對亞胺電荷的分散作用，烯酮以異面組分與亞胺進(jìn)行環(huán)加成，過渡態(tài)以最小的空間效應(yīng)相互作用，所得產(chǎn)物為順式異構(gòu)體。4、cis-3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮（氧化四元環(huán)）的制備在5L反應(yīng)器中，投料比基礎(chǔ)四元環(huán):硝酸鈰銨為1:5（質(zhì)量比），收率達(dá)5、cis-3-羥基-4-苯基-2-吖叮啶酮（水解四元環(huán)）的制備在5L反應(yīng)器中，投料比四元環(huán):硝酸鈰銨為1:3（摩爾比），溶劑為飽和碳酸氫鈉-甲醇溶液。室溫下反應(yīng)，收率達(dá)基礎(chǔ)四元環(huán)進(jìn)行氧化和水解處理，分別除去其中亞氨基、羥基上的原有基團(tuán)，得到水解四元環(huán)cis-3-羥基-4-苯基-2-吖叮啶酮?？梢允褂孟跛徕嬩@來進(jìn)行上述氧化反應(yīng)，硝酸鈰銨作為有機(jī)反應(yīng)中的氧化劑具有較強(qiáng)的氧化性，在p-二甲苯衍生物合成為其對應(yīng)苯醌化合物的反應(yīng)中有廣泛的應(yīng)用。四價(jià)鈰離子作為氧化劑可定量地與原料發(fā)生反應(yīng)。篩選后確定的溶劑體系為乙腈和水（或者四氫呋喃-水），此時(shí)氧化反應(yīng)可保證在均相中進(jìn)行?；A(chǔ)四元環(huán)與硝酸鈰銨反應(yīng)的摩爾比為1:3時(shí)氧化反應(yīng)才能進(jìn)行完全。盡管硝酸鈰銨用量較大給產(chǎn)品的分離帶來一定困難，但若投料配比過小，四元環(huán)不能充分氧化，將大大影響產(chǎn)品的收率。分離純化方法會對產(chǎn)品的收率產(chǎn)生一定的影響。可以用兩種方法分離反應(yīng)的粗產(chǎn)物：（1）用5%碳酸鈉溶液反復(fù)洗滌萃取液（指反應(yīng)結(jié)束后萃取的有機(jī)相），直至水相幾乎無色為止，再用飽和碳酸氫鈉洗滌兩次，飽和氯化鈉洗滌一次。經(jīng)無水硫酸鈉干燥后，用乙酸乙酯重結(jié)晶。（2）萃取液用水、飽和亞硫酸氫鈉溶液和飽和碳酸氫鈉分別洗滌三次，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)掉溶劑，得到白色固體，用乙酸乙酯-正己烷重結(jié)晶，可以得到較好的晶型的晶體。兩種方法相比較，第一種方法在分離過程中Na2CO3耗用量較大，洗滌和萃取過程中產(chǎn)品損失嚴(yán)重，并且長時(shí)間的萃取與洗滌過程中，萃取液會變?yōu)楹谏?，這可能是由于溫度升高，殘留的硝酸鈰銨進(jìn)行深度氧化反應(yīng)造成的，將在一定程度上影響了產(chǎn)品收率。第二種方法用飽和亞硫酸氫鈉溶液洗去反應(yīng)中生成的對苯二醌，洗滌次數(shù)較少，簡化了操作，可提高收率，所得產(chǎn)品的晶型和純度都比較非常理想。所以，大量生產(chǎn)時(shí)應(yīng)選擇方法第二種方法對氧化產(chǎn)物進(jìn)行分離純化操作。在脫羥基保護(hù)基的反應(yīng)中，由于活潑的內(nèi)酰胺環(huán)的存在，需要選擇既能脫保護(hù)基而又不造成內(nèi)酰胺水解的條件。用弱堿性的甲醇-飽和NaHCO3溶液，于室溫下進(jìn)行水解，只要控制合適的反應(yīng)時(shí)間，即可獲得滿意的收率。若采用較強(qiáng)的堿液如1mol/L的氫氧化鈉溶液，則由于堿與內(nèi)酰胺環(huán)能發(fā)生親核反應(yīng)生成鏈狀化合物，產(chǎn)率將不會很理想。6、cis-3-(三乙硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮（硅化四元環(huán)）的制備在5L反應(yīng)器中，投料比水解四元環(huán):三乙基氯硅烷為180g:250mL。室溫下反應(yīng)8~12h，收率為得到紫杉醇的側(cè)鏈基團(tuán)，需對制備出的基礎(chǔ)四元環(huán)進(jìn)行N-苯甲?；?，之前必須對四元環(huán)分子中存在的、活性更高的游離羥基進(jìn)行有效的保護(hù)?？蛇x擇三乙基氯硅烷或乙烯基乙醚作保護(hù)劑。用乙烯基乙醚做保護(hù)劑時(shí)，乙烯基乙醚在對甲苯磺酸作催化劑的條件下，與3-羥基-4-苯基-2-吖叮啶酮發(fā)生加成反應(yīng)來保護(hù)游離的羥基。其反應(yīng)機(jī)理可能是：反應(yīng)中對甲苯磺酸的氫離子首先進(jìn)攻乙烯基乙醚形成一個碳正離子,根據(jù)馬爾柯夫尼柯夫規(guī)律，氫原子加到含有最多氫原子的1位的碳上，然后3-羥基-4-苯基-2-叮啶酮加成到碳正離子上，氫離子離去即完成反應(yīng)，如圖6－13所示。圖6-13乙烯基乙醚保護(hù)羥基反應(yīng)中的親電加成機(jī)理作為與烯烴進(jìn)行親電加成反應(yīng)的試劑，反應(yīng)活性隨著其酸度或親電性的增強(qiáng)而增大。若反應(yīng)體系中存在其它活性成分（如水），勢必造成一種競爭機(jī)制，而抑制3-羥基-4-苯基-2-吖叮啶酮與乙烯基乙醚的結(jié)合。因此保持反應(yīng)體系的單一性尤其重要，應(yīng)防止其它具有較強(qiáng)酸性或親電性試劑的介入。反應(yīng)所需的各種試劑都要經(jīng)過嚴(yán)格的處理，除去其中所含水分和醇類，只有這樣才能保證較高的收率。7、cis-1-苯甲?；?3-(三乙硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮（對接四元環(huán)）的制備在5L反應(yīng)器中，投料比四元環(huán):苯甲酰氯:三乙胺為2g:1mL:2mL。室溫下反應(yīng)8~12h，收率大于二甲基氨基吡啶（DMAP）參與的催化反應(yīng)在有機(jī)合成中十分常見。上述?；磻?yīng)的機(jī)理可能是DMAP首先與苯甲酰氯（PhCOCl）形成活性中間體，然后與3-(1-乙氧乙氧基)-4-苯基-2-吖叮啶酮中的亞氨基發(fā)生縮合反應(yīng)，生成對接四元環(huán)，如圖6－13所示。為了獲得較好的反應(yīng)收率，必須不斷除去反應(yīng)中生成的HCl，以防止其與亞氨基生成鹽，因此加入了三乙胺來中和生成的HCl。同時(shí)，必須要保證整個反應(yīng)體系的單一性，不可混入其它的能被DMAP催化的活性物質(zhì)，圖6－13DMAP催化下的反應(yīng)機(jī)理例如含有羥基的醇、水等化合物。另外，反應(yīng)時(shí)可加入過量的PhCOCl以保證3-(1-乙氧乙氧基)-4-苯基-2圖6－13DMAP催化下的反應(yīng)機(jī)理6.3.3母環(huán)原料的保護(hù)與質(zhì)量控制1、巴卡亭III的保護(hù)在1L反應(yīng)器中，投料比巴卡亭III:三乙基氯硅烷:吡啶為1g:12mL:50mL。室溫下反應(yīng)10~12h，收率達(dá)在半合成紫杉醇過程中，選擇性地保護(hù)母環(huán)的7-OH、10-OH，使側(cè)鏈與13-OH反應(yīng)，是合成過程的關(guān)鍵步驟。以巴卡亭III為原料合成紫杉醇時(shí)，可以使用三乙基氯硅烷作為紫杉醇母環(huán)的保護(hù)劑，由于母環(huán)10位是乙酰氧基，而13-OH的反應(yīng)活性與7-OH相比有一定的差別，因此可以得到單一的反應(yīng)產(chǎn)物。三乙基硅基可以在非常溫和的條件下引進(jìn)和除去。該反應(yīng)通過親環(huán)取代反應(yīng)形成Si-O鍵得到硅醚，將7-OH轉(zhuǎn)化為7-三乙基硅醚保護(hù)起來。反應(yīng)在吡啶中進(jìn)行，吡啶既是反應(yīng)的親核催化劑，也為反應(yīng)提供一個堿性環(huán)境，作為縛酸劑吸收反應(yīng)過程中產(chǎn)生的HCl，吡啶同時(shí)還是一個良好的溶劑，使反應(yīng)能夠在均相中進(jìn)行。但是反應(yīng)體系中存在吡啶，會給監(jiān)測反應(yīng)進(jìn)程帶來一定困難。反應(yīng)終了時(shí)可用HCl將吡啶除去，但考慮到酸性環(huán)境中三乙基硅基不穩(wěn)定，可能水解下來，因此可考慮利用吡啶氮上具有孤對電子，能作為配體的特點(diǎn)，用CuSO4水溶液洗滌有機(jī)相，使CuSO4與吡啶形成絡(luò)合物而除去吡啶。反應(yīng)物的投料配比及反應(yīng)時(shí)間對實(shí)驗(yàn)結(jié)果都有很大的影響，當(dāng)巴卡亭III與三乙基氯硅烷的摩爾比為1:20，24h以內(nèi)幾乎得不到任何產(chǎn)物，可以將原料巴卡亭III全部回收。將巴卡亭III與三乙基氯硅烷的投料配比提高到1:30，反應(yīng)24h，可以得到7-三乙基硅巴卡亭III，但仍有大部分巴卡亭III未反應(yīng)。為將巴卡亭III完全轉(zhuǎn)化為7-三乙基硅巴卡亭III，需將投料配比提高到1:40，反應(yīng)時(shí)間延長至60h，此時(shí)原料巴卡亭III完全轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物7-三乙基硅巴卡亭III。2、10-去乙?；涂ㄍII的選擇性保護(hù)和酰化硅化反應(yīng)：在5L反應(yīng)器中，投料比10-DAB:三乙基氯硅烷為1:40（摩爾比）。通入惰性氣體保護(hù)，室溫反應(yīng)10~12h，收率達(dá)酰化反應(yīng)：在5L反應(yīng)器中，投料比7-三乙基硅-10-DAB:乙酰氯=1:1.5（摩爾比）。在0℃下反應(yīng)5h，收率以10-DAB為原料制備7-三乙基硅巴卡亭III，10-DAB與巴卡亭III雖然只在10位相差一個乙酰氧基，但10-DAB直接乙?；弥饕a(chǎn)物是7-乙?；?10-DAB，并不能得到巴卡亭III，需要先將7-OH用硅醚保護(hù)起來再乙?；?0-OH。因此，在乙?；氨仨氂行У乇Ｗo(hù)7-OH，采用40倍量的三乙基氯硅烷ClSi(C2H5)3與10-DAB在室溫、惰性氣體保護(hù)條件下反應(yīng)小時(shí)，可得到7-三乙基硅-10-DAB。將所得的7-三乙基硅-10-DAB進(jìn)行乙?；磻?yīng)即可得到7-三乙基硅巴卡亭III。為了防止在13-OH乙?；仨殗?yán)格控制反應(yīng)溫度7-三乙基硅-10-DAB轉(zhuǎn)化為7-三乙基硅巴卡亭III的收率可以達(dá)到90%。比較由兩種不同的起始原料出發(fā)，制備帶保護(hù)基的紫杉醇側(cè)鏈的方法，以巴卡亭III為起始原料，收率可達(dá)85%以上，而以10-DAB為原料，收率最高為70%左右。這樣，盡管10-DAB含量較巴卡亭III更為豐富，價(jià)格也略便宜一些，但以巴卡亭III為原料合成紫杉醇還是要比用10-DAB更經(jīng)濟(jì)些。6.3.4紫杉醇的制備工藝與質(zhì)量控制1、2′-乙氧乙基-7-三乙基硅-紫杉醇的制備母環(huán)與側(cè)鏈不能直接發(fā)生酯化反應(yīng)（對接反應(yīng)），將7-三乙基硅巴卡亭III與β-內(nèi)酰胺在DMAP和吡啶的存在下酯化，效果也不理想。文獻(xiàn)有使用二-(三甲基硅)-氨基鈉（NaHMDS）作為堿活化13-OH，然后使活化后的7-三乙基硅基巴卡亭III與β-內(nèi)酰胺發(fā)生酯化反應(yīng)的報(bào)道。但是如果條件控制不好，側(cè)鏈與母環(huán)對接的產(chǎn)物不是紫杉醇衍生物，而是β-內(nèi)酰胺在NaHMDS作用下的分解產(chǎn)物。為使反應(yīng)順利進(jìn)行，可選擇正丁基鋰作為堿來活化7-三乙基硅巴卡亭III的13-OH，先形成醇鋰，然后再與β-內(nèi)酰胺形成β-氨基酯中間體。醇鋰與β－內(nèi)酰胺反應(yīng)立體選擇性較高，可以使用外消旋β-內(nèi)酰胺進(jìn)行反應(yīng)，節(jié)省了拆分β-內(nèi)酰胺或合成光學(xué)活性β-內(nèi)酰胺的費(fèi)用。在1L反應(yīng)器中，投料比7-三乙基硅巴卡亭III:四元環(huán):丁基鋰為1:5:2.5。滴加丁基鋰控溫-45℃～-30℃；在1～1.5h時(shí)內(nèi)自然升溫至0℃，繼續(xù)反應(yīng)至完全。收率大于該反應(yīng)對水和氧極其敏感，所以必須嚴(yán)格處理反應(yīng)試劑和控制反應(yīng)條件。反應(yīng)原料和溶劑要經(jīng)嚴(yán)格的無水處理，整個反應(yīng)要在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，在真空線上操作，使用注射器轉(zhuǎn)移液體，注射器在使用前也要將各個部件徹底洗凈、烘干，注射器裝好后，通過吸入和擠出惰性氣體將針管沖洗幾次。由于溶劑四氫呋喃很容易吸收空氣中的水份，所以將四元環(huán)溶于四氫呋喃時(shí)也必須在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行操作，這是反應(yīng)過程中很關(guān)鍵的一步。除了嚴(yán)格無水無氧操作以外，正丁基鋰的用量也很關(guān)鍵。7-三乙基硅巴卡亭III、四元環(huán)與正丁基鋰的用量以1:5:2.5為好，收率可達(dá)90%以上。投料量較小時(shí)，溶劑的影響相對較大，稍微處理不夠嚴(yán)格就會使產(chǎn)率大大降低，而當(dāng)加大投料量時(shí)，溶劑的影響就相對較小，收率也就有所提高。正丁基鋰用量過大，接近3倍量時(shí)會破壞四元環(huán)，同時(shí)，反應(yīng)體系升至0℃反應(yīng)時(shí)，過量的丁基鋰也會使7-三乙基硅巴卡亭III母環(huán)降解，從而使收率大大降低。酯化反應(yīng)中溫度的控制也很關(guān)鍵，低于-45℃正丁基鋰與7-三乙基硅巴卡亭III不能反應(yīng)，所以反應(yīng)溫度應(yīng)控制在-45℃以上，但亦不能過高，溫度高于-20℃時(shí)正丁基鋰會使7-三乙基硅巴卡亭III母環(huán)降解。所以，滴加正丁基鋰及四元環(huán)的過程中溫度應(yīng)控制在-45℃～-30℃。實(shí)驗(yàn)過程中可以用液氮－乙腈控溫，使反應(yīng)溫度穩(wěn)定在-40℃上下。乙腈熱容比較大，溫度波動較小，滴加完正丁基鋰以后反應(yīng)體系可以在1～1.5h內(nèi)自然升溫至0℃繼續(xù)反應(yīng)。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中可以采取很多方式控制反應(yīng)的溫度，溫度穩(wěn)定會對反應(yīng)更為有利。2、紫杉醇的制備乙氧乙基和三乙基硅基保護(hù)基都可以在溫和的條件下，通過水解反應(yīng)除去，得到紫杉醇。2′-乙氧乙基-7-三乙基硅-紫杉醇在0.5%HCl－C2H5OH1:1條件下水解4d較為完全。三乙基硅保護(hù)的紫杉醇可以用氫氟酸水解，在2L反應(yīng)器中，反應(yīng)溶劑為乙腈和吡啶的混合液。投料比雙保護(hù)紫杉醇:氫氟酸為1g:10mL。0℃反應(yīng)8h，升至室溫再反應(yīng)10由于紫杉醇在許多有機(jī)溶劑中不穩(wěn)定，易降解，因此實(shí)施后處理時(shí)，要注意萃取后的有機(jī)相應(yīng)迅速處理，蒸除溶劑過程中溫度也應(yīng)嚴(yán)格控制，高溫會導(dǎo)致紫杉醇降解，極大地影響產(chǎn)品的收率。水解得到的紫杉醇粗品可以用柱層析和重結(jié)晶方法進(jìn)行純化。柱層析中常用硅膠做層析材料，用二氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯、石油醚等溶劑組成洗脫液進(jìn)行梯度洗脫。得到的紫杉醇若含量不滿足要求，可進(jìn)行