韓 濤，范良琴，潘春玲，張小玲，石治川

(1.成都師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院功能分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化與應(yīng)用四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 611130；2.西南民族大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610041)

左氧氟沙星(Levofloxacin)屬于喹諾酮類藥物，喹諾酮類藥物是一類合成抗菌藥.左氧氟沙星的作用機(jī)理與其他喹諾酮藥物類似，以細(xì)菌的脫氧核糖核酸(DNA)旋轉(zhuǎn)酶為靶點(diǎn)，抑制細(xì)菌DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄，從而達(dá)到抗菌效果[1].體外活性表明其對革蘭氏陰性菌和陽性菌均有很高的抑制效果，且對于一些會對其他抗菌藥物產(chǎn)生耐藥性的細(xì)菌也有很好的抗菌活性.左氧氟沙星因其不受質(zhì)粒傳導(dǎo)耐藥性的影響，不會與其他藥物產(chǎn)生交叉耐藥性，且臨床上具有溶解性好、穩(wěn)定性高、生物利用度高等優(yōu)勢.因此左氧氟沙星在呼吸系統(tǒng)感染、泌尿系統(tǒng)感染、消化系統(tǒng)感染、五官感染以及腸道感染治療中被廣泛應(yīng)用[2-3].市場統(tǒng)計(jì)表明，左氧氟沙星是近年來喹諾酮類藥物使用最廣泛的藥物.但是隨著左氧氟沙星藥物在聯(lián)合用藥以及新劑型、新適應(yīng)癥等應(yīng)用方面的拓展[4-5]，其造成的不良反應(yīng)也開始不斷增多，比如引起患者皮膚過敏、過敏性哮喘、厭食、腹瀉還會造成腸道系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)損害等其他不良反應(yīng)[6].

藥物中含有的微量雜質(zhì)一直是公認(rèn)的影響藥物品質(zhì)的重要一環(huán)，目前由于藥品安全性被社會媒體以及大眾的日益關(guān)注，所以在藥品的質(zhì)量控制中對藥物中的雜質(zhì)進(jìn)行分析研究非常重要，高純度雜質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品成為藥物研究中不可或缺的一環(huán)[7-9].左氧氟沙星脫羧雜質(zhì)(Levofloxacin Descarboxy Impurity)在左氧氟沙星制備過程以及儲存過程均有檢出，是影響喹諾酮藥物品質(zhì)最重要雜質(zhì)之一[10-11]，被多國藥典所收錄.

鑒于此，本文主要針對該雜質(zhì)的制備以及表征進(jìn)行摸索.在摸索之初，參考以往喹諾酮化合物脫羧方法進(jìn)行嘗試[12-14].首先我們在堿性高溫條件下均無法得到該化合物，進(jìn)而嘗試酸性條件下脫羧，可以得到少量該化合物，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，MS，HPLC確認(rèn)為左氧氟沙星脫羧雜質(zhì)(3).最后我們嘗試對酸性脫羧條件進(jìn)行了優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)在高濃度鹽酸條件下長時間(36小時)回流反應(yīng)可高收率得到左氧氟沙星脫羧雜質(zhì)(合成路線見圖1).

圖1 左氧氟沙星脫羧雜質(zhì)的合成路線Fig.1 Synthetic route of Levofloxacin descarboxy impurity

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

85-2磁力攪拌器(鄭州長城科工貿(mào))；BruckerAvance型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；LC-MS 2020(日本島津).左氧氟沙星羧酸(98%，湖北遠(yuǎn)成賽創(chuàng)科技有限公司)，其余試劑原料均為市售試劑，分析純，未做特殊處理.

1.2 合成

1.2.1 左氧氟沙星(Levofloxacin，2)的合成

在圓底燒瓶中加入二甲亞砜(50 mL)，再向其中加入N-甲基哌嗪(5.0 g，0.050 mol)，左氧氟羧酸(5.0 g，0.018 mol)，90oC反應(yīng)過夜.經(jīng)TLC檢測反應(yīng)完全后進(jìn)行減壓蒸餾將大部分溶劑除去，加入適量乙醇將產(chǎn)物析出，減壓抽濾之后加入適量水洗去剩余的二甲亞砜，得5.0 g淡黃色固體2，收率78%，LCESI-MS(C18H20FN3O4)m/z:362.30[M+H]+.

1.2.2 左氧氟沙星脫羧雜質(zhì)的合成(Levofloxacin Descarboxy Impurity，3)的合成

取左氧氟沙星(2.0 g，0.005 mol)放入圓底燒瓶，加入20 mL濃鹽酸，回流36 h.TLC檢測反應(yīng)完全后濃縮至干，再向體系中加入H2O(20 mL)使其溶解，用稀氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH為9～10，靜置過夜，待固體完全析出后，過濾，濾餅真空抽干，得左氧氟沙星脫羧雜質(zhì)(3).白色固體，收率94%，m.p.67～68oC；1H NMR(400 Hz，CDCl3)δ:7.51～7.56(m，1H)，7.34～7.36(m，1H)，6.07～6.10(m，1H)，4.20～4.33(m，3H)，3.25～3.29(m，4H)，2.05(s，4H)，1.45～1.17(m，3H)；LC-ESI-MS(C17H20FN3O2)m/z:318.10[M+H]+.

2 結(jié)果與討論

2.1 表征

2.1.1 氫核磁圖譜

在氫核磁譜圖中(如圖2所示)7.51～7.56(m，1H)為5-H，因與6-H偶聯(lián)且受環(huán)上哌嗪環(huán)N原子影響表現(xiàn)出多重峰；7.34～7.36(m，1H)為8-H，因其受環(huán)上N原子以及哌嗪環(huán)上N原子影響表現(xiàn)出多重峰；6.07～6.10(m，1H)為6-H，因與5-H偶聯(lián)且因哌嗪環(huán)上N原子影響表現(xiàn)出多重峰；4.20～4.33(m，3H)為2-H和3-H，兩組峰因相互耦合同時受手性中心影響表現(xiàn)出多重峰；3.25～3.29(m，4H)為11-H，因受N原子手性影響而出現(xiàn)多重峰；2.05(s，4H)為12-H；2.31～2.32(b，3H，N-CH3)為哌嗪環(huán)上N-CH3；1.45～1.17(m，3H)為手性中心旁-CH3，因其受手性中心以及N原子手性影響表現(xiàn)出復(fù)雜多重峰.值得注意的是分子中氫均表現(xiàn)出非對稱的裂分形式，推測其因脫羧基后哌嗪環(huán)上氮原子手性對分子影響增大，分子呈現(xiàn)微弱差異順反異構(gòu)，且不同異構(gòu)體含量存在差異.

圖2 左氧氟沙星脫羧雜質(zhì)的1H NMRFig.2 1H NMR of Levofloxacin descarboxy impurity

2.1.2 質(zhì)譜圖

在質(zhì)譜圖中，左氧氟沙星脫羧雜質(zhì)(3)的LCMS-ESI:318.10為[M+H]+峰，其余峰的高度均在較低范圍，證明產(chǎn)品與目標(biāo)化合物一致(如圖3所示).

圖3 左氧氟沙星脫羧雜質(zhì)質(zhì)譜圖Fig.3 MS of Levofloxacin descarboxy impurity

2.1.3 高效液相色譜

HPLC參考美國藥典USP36-NF31中關(guān)于Levofloxacin色譜方法[9]，經(jīng)檢測產(chǎn)品純度95.18%，達(dá)到雜質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品要求(如圖4所示).

圖4 左氧氟沙星脫羧雜質(zhì)高效液相圖譜Fig.4 HPLC of Levofloxacin descarboxy impurity

2.2 工藝優(yōu)化

借鑒左氧氟沙星合成工藝，得到左氧氟沙星后主要考察了脫羧過程的反應(yīng)方法、鹽酸濃度及反應(yīng)時間.

2.2.1 反應(yīng)方法的考察

以往研究表明，喹諾酮化合物在高溫或者堿存在下高溫可以脫羧.試驗(yàn)之初嘗試使用堿或者高溫方法，經(jīng)LC-MS檢測均未見目標(biāo)分子量出現(xiàn).嘗試使用6 mol/L鹽酸回流反應(yīng)，LC-MS顯示有少量產(chǎn)物生成.方法試驗(yàn)條件如下:2 g自制左氧氟沙星為底物，10倍溶劑(體積)和3倍試劑(質(zhì)量)用量，反應(yīng)3小時后，LC-MS檢測是否可見目標(biāo)物分子量判斷反應(yīng)效果，結(jié)果如表1所示.由表1可見，高溫條件或者堿性高溫條件均非有效方法，只有在酸性條件下有目標(biāo)物生成.

表1 化合物3反應(yīng)條件Table 1 Reactionconditionof compound 3

2.2.2 鹽酸濃度的考察

以實(shí)驗(yàn)室常見硫酸、鹽酸、磷酸為脫羧體系，因考慮后處理過程硫酸、磷酸均需大量堿中和除去，不符合綠色化學(xué)概念，而鹽酸可大部分進(jìn)行回收再利用.因此主要考察使用鹽酸進(jìn)行工藝優(yōu)化.

2 g自制左氧氟沙星為底物，10倍溶劑(體積)，反應(yīng)時間12小時，考察脫羧產(chǎn)率，結(jié)果如表2所示.由表2可知，脫羧效果隨鹽酸濃度上升，濃鹽酸時收率最高可達(dá)55%.

表2 鹽酸濃度對反應(yīng)產(chǎn)率的影響Table 2 Effect of HCl concentration on yield of compound 3

2.2.3 反應(yīng)時間的考察

2 g自制左氧氟沙星為底物，10倍體積濃鹽酸作為反應(yīng)溶劑和試劑，考察了反應(yīng)時間對產(chǎn)物收率的影響，結(jié)果如表3所示.由表3可知，反應(yīng)在36小時內(nèi)，產(chǎn)物收率隨時間增長而增加，36小時后達(dá)到94%收率.延長反應(yīng)時間，產(chǎn)物收率無增加但也無明顯降低，可見36小時為該反應(yīng)收率最佳反應(yīng)時間，且推斷產(chǎn)物在濃鹽酸體系中較為穩(wěn)定.

表3 反應(yīng)時間對反應(yīng)產(chǎn)率的影響Table 3 Effect of reaction time on yield of compound 3

3 結(jié)論

以左氧氟沙星羧酸為原料，自制左氧氟沙星，并對左氧氟沙星脫羧條件進(jìn)行摸索優(yōu)化.得到其脫羧條件后，對該條件進(jìn)行優(yōu)化得到其高收率制備左氧氟沙星脫羧雜質(zhì)最優(yōu)工藝.該工藝收率高，操作簡便，且溶劑可回收利用，符合綠色化學(xué)概念且工藝量級達(dá)到克級，可滿足研究機(jī)構(gòu)對左氧氟沙星質(zhì)量研究的需要.同時，該路線有效補(bǔ)充了喹諾酮類化合物脫羧條件，對于喹諾酮類藥物的類似雜質(zhì)的制備提供了研究基礎(chǔ).