甲磺酸左氧氟沙星的合成及结构确证

安 徽 医 药 Anhui Medical and Pharmaceutical Journal 2010 Apl；14(4) ·401· 甲磺酸左氧氟沙星的合成及结构确证 郭 成 ，何 伟 (1．安徽I,N科大学第二附属 医院药荆科 ，安徽 合肥 230601；2．浙江贝达药业有限公司北京研发中心，北京 100176) 摘要：目的 探讨甲磺酸左氧氟沙星的合成及结构确证。方法 以左氟羧酸酯为原料，经水解 、缩合制得左氧氟沙星，再经 成盐得到甲磺酸左氧氟沙星。结果 总收率为65．9％，纯度≥99．5％。结论 本合成工艺操作简便，收率高，光学纯度好，是 合成甲磺酸左氧氟沙星的较好方法。通过元素分析 、紫外吸收光谱 、红外吸收光谱、核磁共振谱、热重分析和质谱确证了甲磺酸 左氧氟沙星的结构。 关键词：甲磺酸左氧氟沙星；氟喹诺酮 ；合成；结构确证 Synthesis and structural identification of levofloxacin methylate GUO Cheng ．HE Wei (1．Department ofPharmacy，The Second Hospital ofAnhui Medical Universit) ，Hefei 230601； 2．Zhe jiang Beta Pharma lnc．R&D Center，Beijing 100176) Abstract：Aim To explore the synthesis and structural identification of levofloxacin methylate．Methods Levofloxaein Methylate was synthesized from Ethyl(S)一9，10一difluoro一3一methyl-7一OXO一2，3-dihydro一7H—pyrido[1，2，3，一de]一l，4-benzoxazine-6一carboxylate，via hy— drolysis．condensation．and salification．Results The total yield was 65．9％ ，and the purity of levofloxacin methylate is higher than 99． 5％ ．Conclusion It is a better process with simple procedure，good yield and high optical purity．The stnJcture was confirmed bv ele— mental analysis，UV，IR，NMR，TGA and MS． Key words：levofloxacin methylate；fluoroquinolone；synthesis；structural identification 甲磺酸左氧氟沙星(Levofloxacin Mesylate，I)化学名为 (S)一(一)一9一氟一2，3-二氢一3一甲基一1O一(4一甲基一1一哌嗪基 )-7一氧一 7H一吡啶并[1，2，3，一de]一[1，4]苯并嗯嗪-6一羧酸甲基磺酸盐 一 水合物，其游离碱左氧氟沙星 ，是氧氟沙星的左旋光学 异构体，它的抗菌活性为氧氟沙星的两倍 ，毒性低，是第三代 氟喹诺酮抗菌药中最优秀的品种之一，它的主要作用机制为 3 结论 根据伪三元相图以及载药量 ，确定汉方己甲素的处方为 乳化剂 OP一10：异丙醇 ：油酸 ：油酸乙酯 =4：8：1．5：1．5。 其平均载药量较大 ，澄清度好，久置不分层。 4 讨论 在 SMEDDS处方筛选中，油相 、助乳化剂对药物的溶解 性越强，油 一混合乳化剂比例越小，形成 自微乳的能力越强。 乳化剂应选用非离子型的，HLB值要相对较高 ，高 HLB乳 化剂能使 自乳化过程更快 ，其本身也要能溶解相对大量的疏 水性药物。助乳化剂的作用是增加界面膜的柔顺行 、流动性 ， 降低界面张力，调节HLB值，同时减少乳化剂的用量，降低其 潜在毒性 ，质量比一般大于 30％E4}。实际应用中还需考虑油 相的刺激性 、助乳化剂与胶壳的相互作用等因素 ，如无水 乙醇易挥发，用量过大易使药物析出，并使胶壳硬化变质 ，影 响自微乳化能力。 自微乳区域面积大小受到很多因素的影响。在同一系列 的混合体系中，随着 Km值的减小，会造成相图中自微乳区面 积的减小或自微乳的不形成，说明在一定范围内表面活性剂 用量越大越有利于 自傲乳的形成 ，且表面活性剂性质也影响 区域面积大小，表面活性剂性质与醇形成混合膜，使其具有更 高的柔性 ，液面易于弯曲，从而更易形成 自微乳 ，本研究中 我们选择了 Km=1：2。 通过自微乳乳化速率实验，发现SMEDDS系统中自乳化 时间随着辅助乳化剂的增加而缩短，进而说明乳化剂的加人 降低了膜界面张力，才使得 自乳化加快。作为 CoSA时，乙醇 和异丙醇效果最好 ，其次是丙二醇，形成区域面积最小 的是 PEG400。同时助表面活性剂对 自傲乳体系的稳定性有很大 影响，若制成胶囊时，具有挥发性的助乳化剂如无水乙醇，用 量过大易使药物析出，并使胶壳硬化变质，影响自微乳化能力 和整个体系的稳定性 ，因此应筛选合适的种类及用量 ： 参考文献 ： [1] 周庆辉，平其能．自乳化药物传递系统的应用与前景[J]．药学 进展，2001，25(3)：134—7． 2] 钱一鑫，唐景玲，孙 进，等．口服 自乳化释药系统及其在中药 制剂中的应用[J_．中草药，2006，37(10)：1441—5． [3] 崔升淼，胡柏信，廖晓慧．山楂叶总黄酮自微乳化释药系统的研 究[J]．中草药，2008，39(6)：834—7 『4] 丁沐淦，龙晓英，林丹荣．自微乳化给药系统处方设计和体外评 价 J]．中成药．2008，30(7)：976—80 5] 沈 熊，吴 伟．自乳化和自微乳化释药系统[J ．复旦大学学 报(医学版)，2003，30(2)：180—3． [6] 王晓黎，蒋雪涛，李干佐，等．非离子型表面活性剂微乳的基础 研究[J]．解放军药学学报．2001，17(6)：297—300． [7] 汪 杨，吴 伟，阚 俐．油 一吐温 一醇 一水体系伪三元相图在 自微乳化制剂研究中的应用 [J]，中国医药 【业杂志，2005，36 (6)：345—8． (收稿口期：2009—11—18) 安 徽 医 药 Anhui Medical and Pharmaceutical Journal 2010 Apl；14(4) 抑制细菌 DNA螺旋酶活性，抑制细菌 DNA复制。左氧氟沙 星最早由日本第一制药研制开发，1996年，北京双鹤药业研 制开发了甲磺酸盐左旋氧氟沙星。并于 1998年在国内上市， 商品名为利复星。 化合物(1)的合成，关键在于制得其游离碱左氧氟沙星 (4)，左氧氟沙星的合成文献 报道主要有以下 3条途径： 方法一，由2，3，4，5一四氟苯甲酸为原料 ，经酰氯化后与丙二酸 二乙酯缩合、部分水解脱羧、与原甲酸三乙酯缩合、S一(+)一2一 氨基丙醇置换、环合得到关键中问体左氟羧酸酯(2)，再水解 后与 N一甲基哌嗪缩合精制而得 。。 ；方法二，以2，3，4-三氟硝 基苯为起始原料，先合成中间体(S) ，8一二氟一3一甲基一3，4-二 氢．2H 1，4-苯骈嗯嗪，经缩合、环合得到关键中间体左氟羧酸 酯(2)，再水解、缩合得到左氧氟沙星(4) ’ ；方法三，以外 消旋的氧氟沙星(或者氧氟沙星乙酯)为原料 ，经过高效液相 色谱柱直接拆分得到左氧氟沙星，国内工业化生产左氧氟沙 星主要采用方法一。也有文献 报道采用微波催化技术来 合成左氧氟沙星 ，虽然缩短了反应时问，提高了产率，但微波 技术应用于大规模的工业化生产显然有一定的局限性。目前 国内关键中间体左氟羧酸酯(2)已经产业化 ，故以左氟羧酸 酯(2)为起始原料，并对合成工艺进行优化和改进，经2步反 应制得左旋氧氟沙星(4)，参考文献 与甲磺酸成盐，制得甲 磺酸左氧氟沙星(I)，总收率为65．9％，最终产物结构经元素 分析、热重分析(TGA)、质谱(MS)、紫外吸收光谱(uV)、红外 吸收光谱(IR)、核磁共振氢谱 (1HNMR)和核磁共振碳谱 (13CNMR)等进行了鉴定，确证了其结构。合成路线见图 1。 ： 。 图 1 甲磺酸左氧氟沙星的合成路线 1 材料与方法 1．1 仪器与药品 仪器：有关物质及光学纯度采用 LC一10AT 液相色谱泵(日本岛津公司)、SPD—M10AVP紫外可见双波长 检测器(日本岛津公司)、CLASS—VP V6．13液相色谱工作站 测定；熔点采用 XT4双目显微熔点仪(北京泰科仪器有限公 司)测定；元素分析用美国 Carlo—Erba 1112型元素分析仪；红 外光谱仪为 Nicolet—Impact 400型；热重分析用 METZSCH STA 409C型热重分析仪 ；核磁共振谱用 Varian—Mercury400MHz 核磁共振仪测定，DMSO—d 为溶剂，TMS为内标；质谱用 Mi— cromass公司(英国)Auto SPec Utima—Tof串联质谱仪测定；旋 光度用 WZZ一1 S自动指示旋光仪测定。 药品：左氟羧酸酯(批号：10040106，纯度 ≥99％，比旋度 [d]D20为一68．0～一72．0。，台州市晶皓化工有限公司)、N． 甲基哌嗪(批号：03120702，纯度／>99％，江都市新华化工有限 公司)，甲磺酸(批号：04102815，纯度1>99％，河北亚诺化工有 限公司)，其余试剂均为工业级。 1．2 试验方法 1．2．1 (S)一( )一9，10．二氟一2，3一二 氢一3一甲基一7一氧代-7一氢吡 啶骈[1，2，3，一de][1，4]苯骈唣嗪一6一羧酸(3)的合成 在反应 瓶里加入左氟羧酸酯(2)618 g(2 mo1)、10％氢氧化钠乙醇溶 液 4 L，室温搅拌 15 min，缓慢加热至 80℃，保温搅拌 3 h，反 应毕，冷却至室温，用冰醋酸调 pH4—5，析出沉淀，抽滤，滤饼 用水 2 L、乙醚 1 L各洗两次，滤饼 50~C真空干燥 5 h，得白色 针状晶体(3)502 g，收率为：89．3％(文献 收率：70％)，mp >300oC。(文献 mp>300℃) 1．2．2 左氧氟沙星 (4)的合成 在反应瓶里加入化合物 (3)502 g(1．79 mo1)、N一甲基哌嗪 545 mL(4．48 mo1)、丙酮 800 ml、二甲基亚砜 1．5 L，室温搅拌 15 min，逐渐升温，加热 搅拌回流反应 7 h，反应毕，减压蒸发，除去溶剂，残 留物用 95％乙醇 1 800 ml重结晶，得到浅黄色固体左氧氟沙星(4) 的半水合物 561 g，收率：84．6％ (文献⋯收率 75．06％)，mp 225～227℃，f仅]2 0：一76．8。(C=0．38，in 0．05 mol·L NaOH)[文献 mp 225～226~C，[ ]D ：一76．9。(C= 0．383，in 0．05 mol·L NaOH)]。 1．2．3 甲磺酸左氧氟沙星(1)的合成 在反应瓶中加入(4) 561 g(1．51 mo1)、二氯甲烷 6 L、甲磺酸 159．5 g，加热回流搅 拌3 h，析出固体，抽滤，得甲磺酸左氧氟沙星粗品。粗品用 3 L乙醇溶液(乙醇：水 =2：1，v／V)加热回流 30 rain，趁热过 滤，除去不溶物，冷却至室温过夜，析出固体，抽滤。滤饼在 40℃真空干燥 12 h，得甲磺酸左氧氟沙星(1)626 g，旋光 [d]2D0=一39．86。(c=0．01，in H20)[文献⋯ [o【]2D0=一38。 ～ 45。(C=0．0t，in H，0)l，收率 87．2％。 2 结果 2．1 纯度 2．1．1 纯度的检测条件及结果 高效液相色谱法检测，用十 八烷基硅烷键合硅胶为填充剂；以0．05 mol·L 枸橼酸溶液 一 1 tool·L 醋酸铵溶液一乙腈(77：1：20，用氢氧化钠饱和溶 液调 pH值为 5．5)为流动相，检测波长为 293 rim。纯度为 99．65％ 。 2．1．2 光学纯度的检测条件及结果 高效液相色谱法检测， 用十八烷基硅烷键合硅胶为填充剂；以硫酸铜一D苯丙氨酸溶 液(取 D苯丙氨酸 1．32 g与硫酸铜 1 g，加水 1 000 ml溶解 后，用氢氧化钠试液调节 pH至 3．5)一甲醇(82：18)为流动相； 柱温 40℃；流速 1ml·min～；检测波长 293 nm。光学纯度为 99．68％ 。 2．2 结构确证 (1)元素分析：实测值 (理论值)(％)：C 48．1O、48．14(47．99)，H 5．43、5．38(5．51)，N 8．71、8．70 (8．84)，S 6．69、6．87(6．74)。C、H、N、S各元素测试值与计 算值比较，两次测定重现性 良好，并且误差均在规定范围(± 3％o)内；(2)TGA分析：化合物(1)的失重量为 3．90％，相当 于含1个分子结晶水(理论含 1个分子结晶水值为3．79％)； (3)MS：FAB MS m／z：362(M CH SO H，H 0，分子离子 峰)，3l8(分子离子脱羧后的特征离子)；以上分析结果证明 本品的分子元素组成和甲磺酸左氧氟沙星的分子式 C。 H FN 0 ·CH SO，H ·H O相符 ，该分子式经计算不饱和度为 l0，推测分子中可能有芳环和环状结构，与甲磺酸左氧氟沙星 的分子结构式一致。(4)uV：以水为溶剂，在 291．80 nm处有 吸收，摩尔吸收系数为3．6×10 ，证明有B带的存在，由叮T一 1T 跃迁产生的吸收带 ，即存在芳环 ；以0．1mol·L HC1为溶 剂，在 293．00 nm处有吸收，摩尔吸收系数为 3．7×10 ，是苯 环的 B吸收带 ，在226．50 nm处有吸收，摩尔吸收系数为 1．9 安 徽 医 药 Anhui Medical and Pharmaceutical Journal 2010 Apl；14(4) ·403· ×10 ，是苯骈氧代吡啶环共轭体系的 K吸收带，由于结构中 吡啶环上氧代邻位有羧基取代而形成分子内氢键，使 B带和 K带均红移，符合 甲磺酸左氧氟沙星的结构特征。(5)IR( KBr)cm～：3529、3462、2484、980(v【)_H，8 ，羧基或磺酸基 O— H键)，3039(v： ，苯环 C—H键 )，2781(vcH，甲基 C—H键 )， 1711(v ：。，羧基 C=O键 )，1622(vc：0，吡啶环 C：O键 )， 1533、1477、1406( ： ，苯环 C=C键)，1294( F，取代苯环 C—F键)，1192(v ，苯骈嗯嗪环 C—O键)，1045(v 哌嗪 C—N 键)，804，769(6 ，亚甲基 C—H键)，由以上数据可以看出，该 化合物符合 甲磺酸左氧氟沙星的结构特征。(6) HNMR给 出 l0组质子峰，积分比(由低场至高场)为 1：1：1：1：1：2：4：4 ：3：3：3，共有24个氢质子，根据氢取代基位移规律、耦合裂分 情况及 1H一1Hcosy谱，显示该化合物有3个甲基氢质子，5个一 CH 一氢质子，5个一CH一氢质子，用DMSO—d 作溶剂所做的氢谱 及重水交换(D 0)谱显示该化合物有 2个活泼氢，分别归属 为羧基氢质子 、磺酸基氢质子，具体归属见表 1。(7) CNMR 中出现除溶剂峰(DMSO—d )外 l7组碳信号，Dept谱显示该化 表 1 甲磺酸左氧氟沙星的核磁共振氢谱( HNMR)数据表 质子序号化学位移(ppm)多重性 偶合常数(Hz)质子数 H． Hcos 表2 甲磺酸左氧氟沙星的核磁共振碳谱( CNMR)数据表 合物共有 3个伯碳原子，5个仲碳原子，3个叔碳原子，8个季 碳原子，据此推测，其结构中含有l9个碳原子，其中哌嗪环上 有2个二对碳对称重叠；结合其二维核磁 HMQC、HMBC分 析，每个氢质子和碳原子都有合理归属，符合甲磺酸左氧氟沙 星的化学结构，且无相悖信息，具体归属见表2。 综上所述 ，通过元素分析 、紫外吸收光谱(uV)、红外吸收 光谱(IR)、核磁共振谱(NMR)、热重分析(TGA)和质谱(MS) 分析，经解析，上述实验数据确证本品的结构无误。 3 结论 文献 用 KOH、四氢呋喃来进行左氟羧酸酯的水解 ，本 文以氢氧化钠乙醇溶液来进行水解，去除了较为昂贵的四氢 呋喃，降低了生产成本 ，同时使得反应过程中没有了四氢呋喃 的特臭气味，利于环保，反应收率为 89．3％。文献 以吡啶 为溶剂将左氟羧酸(3)与 N一甲基哌嗪进行缩合反应，收率为 75．06％；本文以丙酮和二甲基亚砜的混合溶剂替代吡啶为溶 剂进行缩合反应，使得反应过程中没有了吡啶的特臭气味，不 仅降低了成本，而且避免了大量吡啶可能造成的污染，利于环 保，收率为 84．6％，以左氟羧酸酯计，总收率为 65．9％。本合 成工艺具有反应条件温和、操作简单 、产率较高、工艺稳定等 特点，便于工业化生产，是制备本品的较佳方法。 通过元素分析、紫外吸收光谱、红外吸收光谱 、核磁共振 谱、热重分析和质谱系统地确证了甲磺酸左氧氟沙星的结构。 参考文献： [1] 许铁男编译．抗菌药左氟沙星[J]．国外医药一合成药、生化药、 制剂分册，1995，l6(2)：112—3． [2] 李 眉．广谱抗菌药左氟沙星[J]．药学进展，1998，22(1)：4l一4． [3] 苗 华，郭惠元．左氟沙星合成路线图解[J]．中国医药工业杂 志，1994，25(4)：185—8． [4] 朱圣东，吴 迎．左氟沙星的合成工艺及市场[J]．山西化工， 2001，2l(1)：12—3． [5] Lester A．Mitscher，Padam N．Sharma，Daniel T．W．Chu，et a1． Chiral DNA gyrase inhibitors．Asymmetric synthesis and biological activity of the enantiomers of 9-fluom~·methy一10-f 4一methyl一1一 piperaziny1)-7一OXO-2，3-dihydro-7H—pyrido [1，2，3-de]一1， 4benzoxazine-6一carboxylic acid(ofloxaein)[J]．J Med Chem，1987， 30(12)：2283—6． [6] 顾海宁，蒋永祥，葛海泉．左旋氧氟沙星合成的新工艺研究[J]． 高校化学学报，2005，19(5)：708一l1． [7] 杨玉社，嵇汝运，胡增建，等．左旋氧氟沙星不对称合成新方法 的研究[J]．药学学报，1998，33(11)：828—31． [8] Hayakawa Isao，Atarashi shohgo．Optically active pyridobenzoxazine derivatives and intermediates thereof[P]．US 4985557(A)，199 1一 Ol—l5． [9] 鲍继胜，张欢华，施 霞，等．左氟沙星的微波催化合成[J]．合 成化学，2008(16)：721—3． [1O]刘艳飞，黄可龙，彭东明，等．甲磺酸帕珠沙星的合成工艺改进 [J]．中国药物化学杂志，2005，15(6)：344—50． [11]WS1一(X-187)-2003Z．甲磺酸左氧氟沙星国家食品药品监督管 理局国家药品标准[s]． (收稿 日期：2009—10—20)