制药工艺学：紫杉醇生产工艺

首先应用缩合反应、Diels—Alder等反应分 别得到含A环和c环结构的化合物13和l6，然 后通过Shairo coupling反应将A环与C环连接 在一起构建含AC环结构的化合物17，再将化 合物17的c9和CIO位氧化成二醛(化合物18)， 18经过McMurry coupling反应得到了含ABC 环结构的化合物19，然后再通过若干反应完 成D环的构建得到化合2O，从而得到了 Baccatin III(2)，最后再与 -lactam(3)反 应连接上侧链而得到最终产物紫杉醇(1)。
紫杉醇生产工艺 3)化学全合成 （1）Holton路线-线性合成途径
概述
该路线的策略是A→AB→ABC。 （2）Nicoloau路线-会聚式 A环和C环→ 八元B环，得到ABC三环化合物。 （3）Danishefsky路线-会聚式 D环→ 与A和C、D环片段连接，合成八元B环。
18 12 11 17 16 1 2
有机全合成
• • • • • • 一、 Holton全合成路线(1994) 二、 Nicolaou全合成路线(1994) 三、 Danishefsky全合成路线(1996) 四、 Wender全合成路线(1997) 五、 Kuwajima全合成路线(1998) 六、 Mukaiyama全合成路线(1998)
优点：1、摆脱自然因素，可长期稳定 生长 2、适应市场、方便调节 3、成分简单，有利于分离纯化 4、成本低、生长周期短 5、为半合成提供原料 6、有望工业化生产 缺点：1、产量低、不稳定 2、工业化放大研究
红豆杉生物合成途径基本明确 10种相关酶基因被克隆表达 利用基因工程手段改造红豆杉提高紫杉醇产量
紫杉醇生产工艺
第六章 紫杉醇生产工艺
6.1 紫杉醇概述
6.2 紫杉醇半合成制备原理 6.3 紫杉醇半合成工艺过程与质量控制
紫杉醇生产工艺
概述
紫杉醇是从红豆杉属植物中分离纯化得到的天 然抗肿瘤药物 ，其化学名为5β,20-环氧1,2α,4,7β,10β,13α-六羟基紫杉醇烷-11烯-9-酮-4,10-二乙酸酯-2-苯甲酸酯-13[（2'R. 3'S）-N-苯甲酰-3-苯基异丝氨酸酯 ]
市场需求:
抗癌一线用药 销售额年增长率5亿美元 理论需求量 2g /人, 500万人/年 1000kg/年 实际销量 350 kg/年 紫杉醇供需相差十分悬殊
10 5
图2：国际紫杉醇销售额（亿美元）
1000 800 600 400 200 0 2000年 2002年 2004年 300 350 480 需求量 620 1000 780
价廉易得的樟脑5为起始原料，经多步反 应制得关键中间体6。6由R．A．Holton 发展的环氧醇裂解反应定量转化为具AB 环系的7。经羟醛缩合及类似Chan重排 分别引入C一7和C一4，接着引入C一1， C一2含氧基得8，再经Dieck—m arL|l环 化反应完成C环构建得具ABC三环体系的 中间体9。9用Po~er—Danishefsky法建 立D环时，最难的是引入4 乙酰基和除去 13一OTBS保护基。
概述
抗癌药物需求:
全球每年:
因癌症死亡的有600余万
另有新诊断的癌症患者约1000余万
估计现有癌症患者约4000万 中国每年： 年死亡130万人 新诊癌症患者约160万人
现存癌症患者总数600万人以上
紫杉醇生产工艺
概述
30 25 20 15 14.8 12 6.6 3.4 0.8 0 1992 1994 1995 1998 1999 2000 2001 2002 18.2 20 25
verhenon
五、 Kuwajima全合成路线 (1998)
日本东京科技研究院Isao Kuwajima教授领导 的紫杉醇全合成研究小组采用了A+c—Ac—ABc —ABcD的会聚法合成路线 ∞ ，其类似于Nico— laou法和Danishefsky法。由
由炔丙醇(propargyl alco—ho1)为起始物经过16 步反应制备了含A环体系的化合物39，再与含c环 结构的化合物4O偶合得到含AC环的化合物4l、 42，化合物42通过一个新颖的环化反应完成八元 B环的构建从而得到含ABC环骨架的化合物43， 进一步反应可得到化合物44、45，通过环丙烷中 问体在化合物45中引人C一8位甲基得到化合物46， 在通过一系列引人保护基团完成c一1O位乙酰化 得到化合物47，再通过臭氧化等反应完成含氧D 环的合成。最终制备出baccatin III(2)和紫杉醇 (1)(图8)。 化合物4O是由2一溴．2．环已烯酮经八步反应 制得。
临床应用
1) 晚期乳腺癌有效率为60%，优于其它单种药的治 疗效果（25%-30%） 晚期非小细胞肺癌有效率达31% 对晚期卵巢癌有效率达30% 胰腺癌好转率为29%、头颈癌44%、胃癌24%。
2) 3) 4)
紫杉醇生产工艺
概述
6. 1.1 紫杉醇类药物
紫杉醇与多烯紫杉醇理化性质
(CH3)3O
18
紫杉醇生产工艺
概述
6.1.2 紫杉醇的生产工艺路线研究
？
红豆杉与紫杉醇-原料来源问题
1)天然提取工艺路线
解决办法（一）
–人工栽培
采用种子繁殖、扦插等无性繁殖方法 快速、大面积人工繁育红豆杉幼苗
优点：生长周期缩短 简便、直接
–寻找红豆衫的替代物
从红豆杉非树皮部位提取 产紫杉醇的非红豆杉植物
缺点：1、紫杉醇含量低 生长缓慢 2、提取工艺复杂
一、 Holton全合成路线(1994)
美国弗罗里达国立大学 Robert．A．Holton教授领导的研究小组 从1983年开始进行紫杉醇全合成研究工作， 历经十二年，于1994年成功完成了全合成 10-12]。该法已被BMS公司用于工业化生 产紫杉醇。Holton法采用了由A环开始到 AB环、然后到C环、最后到D环的线性合 成战略。
而得到含 ABCD 环的化合物 25 ，再通过进一步的氧
化等反应得到化合物26，26最终通过适当的氧化等
反应转化为Baccatin III(2)和紫杉醇(1)。在最后 引入侧链时也采用了 ojima coupling 反应 ( 图 6) 。
Wieland— Mischer酮 Heck反应环
四、 Wender全合成路线(1997)
CH3COO
11 17 10
OH
C6H5CONH C6H5
3' 2'
O
1'
12
O
9 8 3 5 19 7 6
OH
O
13 15 14 16 1 2
OH
分子式C47H51NO14 分子量853.92 11个手性中心 难溶于水，溶于 甲醇、二氯甲烷 和乙腈。
HO 4 C6H5COO CH3COO
O
20
三环二萜类化合物：三个主环的 二萜核和一个苯基异丝氨酸侧链
图1：国际紫杉醇原料药需求走势图（单位：公斤）
紫杉醇生产工艺
概述
紫杉醇作用机理明确: 具有独特的抗癌机制，作用位点为有丝分裂和 细胞周期中至关重要的微管蛋白。紫杉醇能促 进微管蛋白聚合而形成稳定的微管，并抑制微 管的解聚，从而抑制了细胞的有丝分裂，最终 导致癌细胞的死亡。
紫杉醇生产工艺
概述
6. 1.1 紫杉醇类药物
RO
10 9
O
19 8 3 7
HO
A 13 15
14
OH
B
C
5
6
HO 4 C6H5COO CH3COO
D
20
O
反应步骤多达20—25步 大量使用手性试剂 反应条件极难控制 制备成本昂贵 具有重要的理论意义，但不 适合大规模工业生产。
解决办法（二）
–生物方法 • 组织和细胞培养 • 微生物发酵 • 生物合成 研究阶段
紫杉醇生产工艺
概述
2)生物工程方法生产紫杉醇
Phyton克服细胞培养过程的各种技 术障碍，突破细胞培养生产紫杉醇 技术，生产过程得到FDA认证； 2002 年 7 月 10 日 --Phyton, Inc. 与 Bristol-Myers Squibb 签 署 长 期 合作协议用细胞培养生产紫杉醇； 2004 年 6 月 28 日 Bristol-Myers Squibb 获总统绿色化学挑战奖。
氧化绿叶烯 重排、环氧化 Chan重排
Dieckma nn缩合反 应
Holton研究组还出色地完成了下列具有挑战性的工作 • ① 首次详细研究了紫杉醇中多取代八元环的构象， 并通过仔细控制八元碳环构象在B环周围引入合适 的功能基； • ② 完成了紫杉烷骨架的构建； • ③ 首次合成紫杉烷类化台物taxtusin； • ④成功地半合成紫杉醇，并用于工业化生产； • ⑤发展了可定量转化的环氧醇裂解反应，用于合成 种种含双环[5、3、1]骨架的有机分子 D]；@完善 并丰富了Chart重排反应和Dieckmann环化反应。
缩合反应
Diels—Alder
Shairo coupling
McMurry coupling
三、 Danishefsky全合成路线(1996)
在Hohon和Nicolaou取得紫杉醇全合成成就两年后， 美国哥伦比亚大学化学系Samuel J．Danishefsky教授 领导的研究小组也公开发表了一条紫杉醇全合成路 线¨ 。 与Nicolao法全合成路线有许多类似之处，如先分 别得到含A环和C环的化合物，Danishefsky法也归人 “会聚式”全合成策略。Dan—ishefsky法最主要的不 同点是在开始阶段就在c环上引人含氧D环，得到含CD 环化合物，然后再连接上A环，最后再完成八元B环的 构建从而得到AB．CD环。Danishefsky法路线的关键是 对C4位的羟基采用了苄基进行保护而非乙酰基，因此 可避免邻位基团的参予干扰。