第六章 紫杉醇生产工艺电子教材

第六章紫杉醇的生产工艺
6.1 概述
6.1.1 紫杉醇类药物
1、紫杉醇
紫杉醇（Paclitaxel，Taxol®）的化学名称为5β,20-环氧-1β,2α,4α,7β,13α-五羟基-紫杉-11-烯-9-酮-4-乙酸酯-2-苯甲酸酯-10-乙酰基-13-[(2′R,3′S) -N-苯甲酰基-3′-苯基异丝氨酸酯]。

紫杉醇具有复杂的化学结构，属三环二萜类化合物，整个分子由三个主环构成的二萜核和一个苯基异丝氨酸侧链组成（图6－1）。

分子中有11个手性中心和多个取代基团。

图6－1 紫杉醇的化学结构
2、多烯紫杉醇
多烯紫杉醇（多西他赛，Docetaxel，Taxotere®，图6－2）是一种紫杉醇类似物，两者仅在母环10位和侧链上3'位上的取代基略有不同。

3、临床应用
紫杉醇被誉为是随机筛选药物的成功范例。

紫杉醇具有独特的抗癌机制，其作用靶点是有丝分裂和细胞周期中至关重要的微管蛋白。

紫杉醇与β微管蛋白N端第31位氨基酸和217－231位结合，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，将细胞周期阻断于G2/M期，从而抑制了细胞的有丝分裂，最终导致癌细胞的死亡。

多烯紫杉醇与紫杉醇有相同的作用机制，但抑制微管解聚、促进微管二聚体聚合成微管的能力是紫杉醇的两倍。

紫杉醇1992年12月被美国FDA批准用于治疗晚期卵巢癌。

1998年和1999年，FDA又分别批准半合成紫杉醇与顺铂联合使用作为治疗晚期卵巢癌和非小细胞肺癌的一线用药。

2004年FDA批准白蛋白修饰的紫杉醇，降低毒性，提高疗效。

6.1.2 紫杉醇的生产工艺路线
1、天然提取工艺路线
紫杉醇的来源最初以天然提取为主，主要是从由红豆杉属（Taxus）植物的树皮中分离
得到。

2、生物合成工艺
目前，已有前体饲喂、添加诱导子、两相培养等技术在红豆杉细胞培养中相继使用。

在进一步研究紫杉醇的生物合成途径与调控、规模反应器放大规律的基础上，提高生产率，增加经济可行性，使得细胞培养过程被认为是相当有潜力的路线。

3、化学全合成工艺路线
1994年，紫杉醇的全合成在实验室获得成功。

到目前为止，文献报道的紫杉醇的全合成路线共有3条，即1994年由Holton和Nicolaou研究组几乎同时完成的2条路线以及1996年Danishefsky小组报道的路线。

（1）Holton路线
该路线的策略是A→AB→ABC，又称为线性合成路线。

以倍半萜化合物（pachioulene oxide, 商品名Pachino）为起始化合物，它具有与天然紫杉醇一致的C1-和C19-CH3构象。

通过片段反应生成B环，进而合成六元环。

（2）Nicoloau路线
该路线策略是先通过Diels-Alder反应合成A环和C环，再通过McMurry反应合成八元B环，得到ABC三环化合物，所也被称为会聚式路线。

（3）Danishefsky路线
该路线与Nicoloau路线的策略基本相同。

较早阶段引入四元氧环（D环），再将含有A 和C、D环片段连接，最后合成八元B环。

4、半合成工艺路线
红豆杉植物中除紫杉醇外，还有大量母环结构与紫杉醇类似的化合物，其中，最重要的是巴卡亭Ⅲ（Baccatin Ⅲ）和10-去乙酰基巴卡亭Ⅲ（10－Deacetylbaccatin Ⅲ，10－DAB）（图6－4）。

从它们出发，可以通过半合成方法来生产紫杉醇。

紫杉醇的半合成过程，就是以天然存在的紫杉醇母环结构类似物巴卡亭Ⅲ和10-DAB为基本原料，在其C-13位接上化学合成的侧链，以此制备紫杉醇的方法。

6.2 紫杉醇的侧链原料制备工艺
紫杉醇分子由一个二萜母环和一个苯基异丝氨酸侧链组成，因此半合成紫杉醇的原料分为母环和侧链两部分。

在半合成过程中，紫杉醇二萜母环上的基团及其立体化学特征可以完全来自于原料巴卡亭Ⅲ和10-DAB，这样，紫杉醇的半合成过程实际上归结为在二萜环上连接具有活性结构的苯基异丝氨酸侧链的问题。

半合成紫杉醇的侧链大致分为非手性侧链、手性侧链和侧链前体物三大类。

6.2.1 非手性侧链制备工艺
这类侧链与紫杉醇的侧链有一定的差别，主要是没有立体化学特征，常用的是一些肉桂酸类化合物如反式的肉桂酸等。

利用非手性侧链合成紫杉醇时，先把侧链连接到二萜母环上，然后进行立体控制的化学反应，产生紫杉醇的手性侧链结构，典型例子是肉桂酸成酯法。

6.2.2 手性侧链制备工艺
半合成紫杉醇时使用的手性侧链是2R,3S-苯基异丝氨酸衍生物。

预先合成这种手性化合物，然后再与二萜母环连接来制备紫杉醇，这是半合成紫杉醇研究中探索最多的一种方法。

6.2.3 侧链前体物制备工艺
侧链前体物通常是一些环状结构，在与紫杉醇母环的连接过程中前体物开环，产生所需要的立体构型。

环状侧链前体物在紫杉醇的合成中具有明显的优势，常用的环状侧链前体有 －内酰胺型、噁唑烷羧酸型、噁唑啉羧酸型和噁嗪酮型等。

6.3 紫杉醇半合成工艺过程与质量控制
6.3.1 紫杉醇半合成工艺流程
半合成紫杉醇的过程可依反应顺序大致划分为三个阶段：合成紫杉醇的侧链（或前体物）、选择性保护母环巴卡亭III或10-DAB、使侧链与母环发生酯化反应并去除保护基，最后可得到紫杉醇。

图6－12给出了半合成紫杉醇的工艺流程。

6.3.2 β-内酰胺型侧链前体的制备与质量控制
1、乙酰氧基乙酰氯的制备
CH 3COOCH 2COCl
CH 3COOCH 2COOH
Pyridine
3HOCH 2COOH
SOCl 2
在10L 耐酸反应罐中，羟基乙酸:乙酰氯:二氯亚砜为1:3:3。

第一步反应温度控制60℃，第二步反应温度控制70℃；总收率达83%。

2、N -苯亚甲基-4-甲氧基苯胺（亚胺）的制备
CHO OMe
H 2N
+CH
N
OMe
MeOH
两种原料在甲醇中混合、搅拌，室温下反应4h 。

收率大于90 %。

3、cis -1-对甲氧基苯基-3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮（基础四元环）的制备
N
CH 3CO
Ph
C 6H 4OCH 3
O
O
CHC 6H 5
C 6H 4OCH 3
+
3CH 3COCH 2
O C
O
Cl
CH 2Cl 2
在5 L 反应器中，投料比亚胺:乙酰氧基乙酰氯:三乙胺为1:2:3，低温（<-20℃）条件下，反应8~10 h 。

收率达60%。

4、cis -3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮（氧化四元环）的制备
(NH
)Ce(NO )N
O Ph
CH 3CO
C 6H 4OCH 3
O CH 3CN/H 2O
NH
O
Ph
CH 3CO
O
在5 L 反应器中，投料比基础四元环:硝酸铈铵为1:5（质量比），收率达90%。

5、cis -3-羟基-4-苯基-2-吖叮啶酮（水解四元环）的制备
3NH
Ph
O
HO
NH
CH 3CO
Ph
O
O
在5 L 反应器中，投料比四元环:硝酸铈铵为1:3（摩尔比），溶剂为饱和碳酸氢钠-甲醇溶液。

室温下反应，收率达85%。

6、cis -3-(三乙硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮（硅化四元环）的制备
NH
Ph
O
HO
+TESCl
NH
Ph
O
TESO
Pyridine
TES = E t 3Si
在5 L 反应器中，投料比水解四元环:三乙基氯硅烷为180 g:250 mL 。

室温下反应8~12 h ，收率达85%。

7、cis -1-苯甲酰基-3-(三乙硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮（对接四元环）的制备
在5 L 反应器中，投料比四元环:苯甲酰氯:三乙胺为2g:1 mL:2 mL 。

室温下反应8~12 h ，收率大于>90%。

6.3.3 母环原料的保护与质量控制
1、巴卡亭III 的保护
Baccatin III
Et 3SiCl/Py 7-TES-Baccatin III
+3CH 2Cl 2
N
Ph
O
TESO
Ph
O
NH
Ph O
TESO
PhCOCl
在1 L反应器中，投料比巴卡亭III:三乙基氯硅烷:吡啶为1g:12 mL:50 mL。

室温下反应10~12 h，收率达95%。

2、10-去乙酰基巴卡亭III的选择性保护和酰化
10-DAB
3
7-TES-Baccatin III
硅化反应：在5 L反应器中，投料比10-DAB:三乙基氯硅烷为1:40（摩尔比）。

通入惰性气体保护，室温反应10~12 h，收率达95%。

酰化反应：在5 L反应器中，投料比7-三乙基硅-10-DAB:乙酰氯=1:1.5（摩尔比）。

在0℃下反应5 h，收率达90%。

6.3.4 紫杉醇的制备工艺与质量控制
1、2′-三乙基硅-7-三乙基硅-紫杉醇的制备
N
Ph
O
TESO
Ph
O
+
PhCO
Ph
O
OTES
NH
n-BuLi
THF
在1 L反应器中，投料比7-三乙基硅巴卡亭III: 四元环:丁基锂为1:5:2.5。

滴加丁基锂控温-45℃～-30℃；在1～1.5 h时内自然升温至0℃，继续反应至完全。

收率大于90%。

2、紫杉醇的制备
乙氧乙基和三乙基硅基保护基都可以在温和的条件下，通过水解反应除去，得到紫杉醇。

三乙基硅保护的紫杉醇可以用氢氟酸水解，在2L反应器中，反应溶剂为乙腈和吡啶的混合液。

投料比双保护紫杉醇:氢氟酸为1 g : 10 mL。

0℃反应8 h，升至室温再反应10 h，收率
达80%。

PhCO Ph
O OTES
NH PhCO Ph
O
OH
NH CH 3CN
水解得到的紫杉醇粗品可以用柱层析和重结晶方法进行纯化。

柱层析中常用硅胶做层析材料，用二氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯、石油醚等溶剂组成洗脱液进行梯度洗脱。

得到的紫杉醇若含量不满足要求，可进行二次柱层析，或用重结晶方法来进一步提高产品纯度，直至达到药用标准。

思考题
6-1 紫杉醇与多烯紫杉醇的化学结构有何特征？
6-2 查阅文献，写出紫杉醇的全合成路线，并进行分析。

6-3紫杉醇半合成路线的基本策略是什么？与生物合成、全合成路线进行比对分析。

6-4 紫杉醇有几个手性中心?在半合成过程中是如何实现的？
6-5紫杉醇生产工艺中苯基异丝氨酸侧链的生产方法有几种，各有何优缺点？ 6-6分析紫杉醇半合成工艺过程与控制要点。

6-7巴卡亭III 中加入三乙基氯硅烷的目的是什么？紫杉醇酯化反应中为什么要加入丁基锂？
6-8从紫杉醇的半合成工艺出发，写出多烯紫杉醇的合成工艺过程。

进一步阅文献
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