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解決反應中的固體,可放大的端到端三步反應全合成!

更新時間:2022-03-31      點擊次數:1992



摘要


Modafinil 是一種抗發作性睡病藥物,用於(yu) 治療與(yu) 睡眠呼吸暫停和輪班工作障礙相關(guan) 的白天過度嗜睡並且沒有副作用或成癮性。


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本文將向您介紹如何通過康寧Lab Reactor反應器無需中間純化步驟,三步串聯合成USP級Modafinil 。該工藝可以在單個(ge) 串聯工藝中進行,是構建端到端藥物連續生產(chan) 的一次非常有意義(yi) 的嚐試。[1]


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圖1. 報道的典型的Modafinil 合成路線


Bicherov[3]在Maurya的基礎上做了改進的三步反應研究:

  • 利用硫代硫酸鈉和2-氯乙酰胺製備氨甲酰甲基硫酸鈉(SCS,圖2)

  • SCS與(yu) 二苯甲醇反應生成 2-(苯甲酰硫代)乙酰胺中間體(ti) 6

  • 中間體(ti) 6氧化合成Modafinil (圖1)


該合成路線,雖然避免使用昂貴的Nafion催化劑和含有巰基的試劑(有強刺激性氣味)。但是產(chan) 率和產(chan) 能的問題依然沒有很好的解決(jue) 。


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圖2. 適用於(yu) 連續流技術三步合成Modafinil


研究者受到Bicherov的啟發,通過仔細選擇低毒性試劑和FDA3級溶劑,研究連續流反應條件。


研究過程:


一、初步連續流工藝研究

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圖3. 3步連續合成流程圖


研究者嚐試了3步連續合成Modafinil 。該工藝係統在不到6分鍾內(nei) 獲得標準劑量Modafinil (100毫克)。可運行1.5小時以上,產(chan) 能為(wei) 23克/天。經過研究3步串聯基本反應條件和關(guan) 鍵點如下:


  • 第一步:為(wei) 了避免硫代硫酸鈉與(yu) 步驟二中甲酸反應堵塞通道,使用略微過量的2-氯乙酰胺。

  • 第二步:反應需保持中間產(chan) 物6(熔點為(wei) 110℃)為(wei) 液體(ti) 狀態,實驗選擇115℃為(wei) 反應溫度。反應結束後,向反應液加入甲基丙酮(簡稱MEK)作為(wei) 溶劑溶解反應物避免管道堵塞。在此步驟中隨著反應時間變長選擇性降低。

  • 第三步:在20℃使用鎢酸鈉作為(wei) 催化劑(4 mol%),加入苯基膦酸作為(wei) 穩定劑,背壓7巴,反應時間大大縮短。


【編者】作者利用自製微反應器可以做一些連續流反應的初步研究。為(wei) 了進行更好的工藝條件優(you) 化和得到可放大的連續流工藝條件,作者使用康寧Lab反應器進行了實驗。米兰体育(中文)官网可以實現從(cong) 實驗室工藝到大生產(chan) 的無縫放大,有利於(yu) 迅速實現工業(ye) 化生產(chan) 。


二、康寧Lab Reactor 三步連續合成Modafinil


利用康寧Lab反應器,研究者將第一步和第二步的停留時間減少到1分鍾在第二步反應溫度調整到150°C,相較於(yu) 自製微反應器,轉化率從(cong) 78%升高到97%,選擇性也從(cong) 86%增加到88%,純度99%。


采用高溫進料方式,可以解決(jue) 反應過程中的固體(ti) 析出的難題。米兰体育(中文)官网可以精確控製反應條件,如物料比和溫度,從(cong) 基本上減少副產(chan) 物的生成。

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圖4. 康寧Lab Reactor連續流工藝流程圖


最終三步合成工藝:

  1. 第一步:將2-氯乙酰胺和硫代硫酸鈉溶液注入康寧Lab Reactor第一個(ge) 模塊,停留時間為(wei) 1分鍾。反應液與(yu) 二苯甲醇甲酸溶液在第二單元模塊混合,反應物流經第三單元模塊保持溫度150℃,停留時間為(wei) 1 分鍾。

  2. 第二步:第一步輸出溶液連接到Y型混合器與(yu) 甲基丙酮混合。輸出溶液進入第四個(ge) Lab Reactor模塊。泵入鎢酸鈉(4 mol%)、苯基膦酸(4.5 mol%)和1.5當量的15%過氧化氫溶液,反應溫度20℃,停留時間1.25分鍾。Zaiput背壓閥背壓7巴。

  3. 冰浴收集粗品,攪拌後通過飽和碳酸鈉水溶液來溶解羧酸副產(chan) 物,用甲基叔丁基醚(MTBE)清洗固體(ti) ,去除剩餘(yu) 的中間體(ti) 6,通過HPLC-DAD分析。獲得77%的總收率,純度>99 %,符合USP要求。


同時,研究者在選用溶劑的時候考慮了毒性問題,選擇的都是符合FDA要求的低毒性溶劑。還從(cong) 經濟可行性考慮測算了成本,最後測算結果每片Modafinil 的成本為(wei) 0.03歐元(每片100毫克)。較Maurya合成法成本7.30歐元相比降低了200多倍。




結果與(yu) 討論

  • 本文報告的工藝展示了流動化學在合成領域的優(you) 勢:反應時間短,可以精確地控製反應量,以減少雜質的形成,提高再現性;

  • 應用康寧AFR反應器串聯在3分鍾內(nei) 即可完成整個(ge) 3步反應,中間產(chan) 物6的輸出量為(wei) 17.8克/小時,Modafinil 的輸出量為(wei) 5.3克/小時,純度>99%;

  • 該三步連續流工藝比目前任何工業(ye) 化工藝E因子都低。不僅(jin) 選用的溶劑環保而且產(chan) 生副產(chan) 物也是無害的(例如NaCl、NaHSO4);

  • 米兰体育(中文)官网無縫放大的特性有助於(yu) 未來實現連續工業(ye) 化生產(chan) ;

  • 藥物端到端的多步合成的連續化,為(wei) 藥物的智能製造打開了大門。


參考文獻:

[1]Green Chem., 2022,24, 2094-2103

[2]Green Chem.,2017, 19, 629–633.

[3]Chem. Bull., 2010, 59, 91–101.