吡喹酮合成工艺的优化

邓玉晓，付丙月，孙晋瑞，张 宁，张宗磊，冯仰辉

（1. 山东省药学科学院 山东省化学药物重点实验室，山东 济南 250101；2. 山东药品食品职业学院，山东 威海 264210）

吡喹酮（praziquantel），中文化学名为2-（环己基羰基）-1, 2, 3, 6, 7, 11b-六氢-4H-吡嗪并[2, l-a]异喹啉-4-酮，是由德国Merck和Bayer两家制药公司联合开发的广谱抗寄生虫药物[1]。吡喹酮片于1980年首先在德国上市，商品名Cesol，在临床上适用于各种血吸虫病、华支睾吸虫病、并殖吸虫病、姜片虫病和绦虫病及猪囊尾蚴病[2-3]。该药具有毒性低、吸收快、疗程短、见效快、耐受性好、口服方便等特点，自上市以来，在欧美等国家得到了广泛的应用，现已成为世界上治疗血吸虫病和多种寄生虫病的首选药物[4-5]，市场前景广阔。

自20世纪70年代以来，国内外对吡喹酮的合成方法进行了较多研究，主要分为以下几种：（1）以异喹啉为起始物料，经Reisser转位重排反应，催化氢化反应，环合反应，水解反应和酰化反应等步骤制得吡喹酮，总收率约15 %，采用剧毒物料氰化钾，劳动保护困难，不宜工业化生产；（2）以亚氨基二乙腈为起始物料，经酰化反应，环合反应，水解反应，酰化反应，还原反应，环合反应等步骤制得吡喹酮，总收率约35 %[6-7]，该路线还原反应选择性差，产生的双羟基杂质会继续参与后续反应，传递至最终产品，提纯困难；采用还原剂硼氢化钠容易吸水潮解，存放困难，也不宜工业化生产；（3）以β-苯乙胺为起始物料，经酰化反应，取代反应，成盐反应，环合反应，酰化反应制得吡喹酮，总收率约50 %[8]。

经前期的大量研究摸索，我们认为，路线（3）路线整体收率较高，起始物料易得，操作工艺简单，本研究在文献[8]的基础上，主要对该路线进行了工艺优化研究，重点考察了不同酰化反应溶剂[水-二氯甲烷（1:2，1:4，1:6），二氯甲烷]、N-烷基化反应缚酸剂（碳酸钠，三乙胺，氨基乙醛缩二甲醇）、环合反应催化剂（98 %浓硫酸，50 %浓硫酸，25 %浓硫酸）和精制溶剂（丙酮，无水乙醇，75 %乙醇，75 %丙酮水溶液，乙酸乙酯）等条件对合成工艺的影响，与文献报道的合成工艺比较，优化后制得的产品纯度高，条件温和可控，成本低廉，解决了吡喹酮传统工艺条件反应条件苛刻，环境污染大，产品杂质多且纯化困难的问题。

1 仪器与试药

1.1 仪器

WRS-1B型数字熔点仪（上海精密科学仪器有限公司）；AVANCE III型超导核磁共振波谱仪（瑞士Bruker公司）；API-3000型质谱仪（美国AB公司）；LC-20AT型高效液相色谱仪（日本岛津）；DFY-30/30型低温循环冷却泵（巩义市予华仪器有限公司）。

1.2 原料与试剂

β-苯乙胺（分析纯，上海麦克林生化科技有限公司，纯度＞98.5 %）；氨基乙醛缩二甲醇（分析纯，南京康满林化工实业有限公司，纯度＞98.5 %）；环己甲酰氯（分析纯，北京偶合科技有限公司，纯度＞98.5 %）；碳酸氢钠，浓硫酸，氯乙酰氯，二氯甲烷，氢氧化钠，碳酸钠，甲苯，无水乙醇（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；水为去离子水。

2 方法与结果

2.1 合成路线

氨基乙醛缩二甲醇的合成路线见图1，吡喹酮的合成路线见图2。

图1 氨基乙醛缩二甲醇的合成路线

图2 吡喹酮的合成路线

2.2 氨基乙醛缩二甲醇（化合物G）的制备

将饱和的氨气甲醇溶液（400 ml）加至高压釜中，升温至120～130 ℃，采用氮气将氯代乙醛缩二甲醇（124.6 g，1.0 mol）缓慢压至高压釜中，加料过程中，保持温度不超过140 ℃，加料完毕，保持120～130 ℃反应4 h，然后降温至20～30 ℃，抽滤，保持温度不超过50 ℃，将滤液减压浓缩至干，采用Vigreux柱分馏，收集35～40 ℃/17 mmHg馏分，得无色澄明液体，即氨基乙醛缩二甲醇（79.5 g，收率75.6 %）。沸点（bp）：136～138 ℃（文献bp：137～139 ℃）。采用气相色谱（GC）测定化合物G的纯度[色谱柱：HP-5毛细管柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm），氢火焰离子化器（FID），进样口温度220 ℃，检测器温度250 ℃，分流比5:1，进样量1.0 μl，载气为氮气，流速2 ml/min，柱温100 ℃保持8 min，然后以30 ℃/min升温至230 ℃，保持20 min。

2.3 2-氯-N-苯乙基乙酰胺（化合物C）的制备

将β-苯乙胺（121.2 g，1.0 mol），碳酸氢钠（126.0 g，1.5 mol），去离子水（400 ml）依次加至四口瓶中，降温至0～5 ℃，缓慢滴加氯乙酰氯（116.3 g，1.03 mol）的二氯甲烷（100 ml）溶液，1 ～2 h 滴加完毕，升温至2 0 ～3 0 ℃，保温反应2 h，分取有机相，饱和氯化钠水溶液（50 ml）洗涤一次，减压蒸除溶剂，得白色针状固体，即2-氯-N-苯乙基乙酰胺（192.9 g，收率为97.6 %）。熔点（mp）：62～65 ℃（文献[9]mp：63.6～64.6 ℃）。1H-NMR（CDCl3）7.17～7.40（5H，m，芳烃质子），6.79（1H，br s，NH），4.01（2H，s，CH2Cl），3.59（2H，q，J=6.8 Hz，PhCH2CH2NH），δ2.87（2H，t，J=7.2 Hz，PhCH2）。

2.4 2-（2, 2-二甲氧基乙基氨基）-N-苯乙基乙酰胺（化合物D）的制备

将氨基乙醛缩二甲醇（112.9 g，1.074 mol）、甲苯（200 ml）、无水碳酸钠（155.2 g，1.464 mol）依次加至四口瓶中，升温至110～115 ℃，缓慢滴加2-氯-N-苯乙基乙酰胺（192.9 g，0.976 mol）的甲苯溶液（100 ml），1～2 h滴加完毕，滴毕后保温继续反应2 h，化合物C含量＜1 %，视为反应终点，降温至20～30 ℃，加入去离子水（200 ml），反应液采用二氯甲烷（200 ml×2）萃取两次，合并有机相，采用饱和氯化钠水溶液（100 ml）洗涤1次，无水硫酸钠干燥2 h，抽滤，滤液直接用于下一步反应。采用高效液相色谱（HPLC）峰面积归一化法监控反应过程[色谱柱：Intersil ODS-3，流动相：甲醇-1 %磷酸二氢钾水溶液（70:30），流速：1 ml/min，柱温：30 ℃，检验波长：214 nm]。

2.5 4-氧代-1, 2, 3, 6, 7, 11b-六氢-4H-吡嗪并[2, 1-a]异喹啉（化合物E）的制备

将50 %浓硫酸（300 ml）加入至四口瓶中，降温至0～5 ℃，滴加上一步得到的化合物D的二氯甲烷溶液，1～2 h滴加完毕，继续反应2 h，控温15 ℃以内，滴加去离子水（600 ml），用20 %氢氧化钠水溶液调节反应液pH 11～12，升温至20～30 ℃，静置分液，水相用二氯甲烷（200 ml×2）萃取两次，合并有机相，用饱和食盐水（200 ml）洗涤一次，无水硫酸钠干燥2 h，抽滤，减压蒸除溶剂，得黄色固体，即4-氧代-1, 2, 3, 6, 7, 11b-六氢-4H-吡嗪并[2, 1-a]异喹啉（171.9 g，两步合并收率为87.1 %）。熔点（mp）：115～118 ℃（文献[10]mp：116.7～117.4 ℃）。MS（m/z）：202.1[M+]；1H-NMR（CDCl3）δ6.87～7.04（4H，m，芳烃质子），4.49～4.61（2H，m，H-6和H-11b），3.50（1H，dd，J=4.2，12.9 Hz，H-1），3.29（2H，ABq，J=17.2 Hz，2×H-3），2.43～2.74（4H，m，H-1，H-6和2×H-7）。

2.6 吡喹酮（化合物A）的制备

2.6.1 粗品的制备 将化合物E（171.9 g，0.850 mol）、碳酸氢钠（142.8 g，1.70 mol）、二氯甲烷（500 ml）依次加至四口瓶中，降温至0～5 ℃，滴加环己甲酰氯（130.8 g，0.892 mol）的二氯甲烷溶液（100 ml），1～2 h滴加完毕，升温至20～30 ℃，继续反应2 h，HPLC检测，化合物E含量＜1 %视为反应终点，采用去离子水（1000 ml）洗涤一次，饱和氯化钠水溶液（500 ml）洗涤1次，无水硫酸钠干燥2 h，抽滤，减压浓缩至干，得黄色固体，即吡喹酮粗品（253.1 g，收率为95.2 %）。

2.6.2 粗品的精制 将吡喹酮粗品（2 5 3.1 g，0.81 mol）、乙醇（750 ml）、水（250 ml）加至2.5 L的四口瓶中，加热至70 ℃溶清，加入活性炭（12.5 g），继续保温65～70 ℃脱色0.5 h，趁热抽滤，滤液缓慢冷却析晶，抽滤，得白色结晶性粉末，在55～60 ℃条件下真空干燥6 h，即得吡喹酮精制品（215.9 g，收率85.3 %，总收率69.1 %）。采用HPLC峰面积归一化法[色谱柱：Intersil ODS-3，流动相：乙腈-水（45:55），流速：1 ml/min，柱温：30 ℃，检验波长：210 nm]测得产品纯度为99.9 %，单一杂质含量小于0.1 %；熔点（mp）：137～138 ℃（文献[11]mp：137～138 ℃）。MS（m/z）：312.4[M+]；1H-NMR（CDCl3）δ7.14～7.25（4H，m，芳烃质子），5.13（1H，dd，J=13.4，2.8 Hz，H-6’），4.74～4.78（2H，m，H-1’和H-11b），4.44（1H，d，J=16.5 Hz，H-3’），4.05（1H，d，J=16.5 Hz，H-3），2.71～2.99（4H，m，H-l，H-6，2×H-7），2.44（1H，m，CHCON），1.26～1.80（10H，m，环己基质子）；13C-NMR（CDCl3）δ25.8，28.8，29.1，29.4，39.5，40.8，45.7，49.8，55.5，125.5，126.9，127.6，129.5，132.9，134.9，164.5，174.9。采用HPLC峰面积归一化法监控反应过程[色谱柱：Intersil ODS-3，流动相：乙腈-水（60:40），流速：1 ml/min，柱温：30 ℃，检验波长：210 nm]。

2.7 工艺优化要点分析

采用2.2项下反应条件，重点考察了氯代乙醛缩二甲醇投料方式对反应收率和纯度的影响，结果显示，采用一次性加入的加料方式得到的G的收率和纯度显著低于滴加的加料方式。导致这一现象的原因为采用一次性加入的投料方式易产生多聚物，采用滴加的投料方式，始终保持氨气的量在宏观和微观上过量，不易产生多聚物。

β-苯乙胺和氯乙酰氯发生酰化反应，得到化合物C，本研究采用2.3项下反应条件，主要考察了反应溶剂对化合物C的收率和纯度的影响，旨在减少有机溶剂的用量。结果显示，采用二氯甲烷:水（1:4）、二氯甲烷:水（1:6）为溶剂与采用单一溶剂二氯甲烷取得的化合物C的收率和纯度没有明显差异，采用二氯甲烷:水（1:2）为溶剂取得的化合物C的纯度明显偏低，为了提高产能，降低溶剂成本，我们选用溶剂为二氯甲烷:水（1:4）。

化合物C与氨基乙醛缩二甲醇发生N-烷基化反应，得到化合物D，本研究采用2.4项下反应条件，主要考察了缚酸剂碳酸钠、三乙胺、氨基乙醛缩二甲醇对化合物D合成的影响，结果显示，采用碳酸钠和氨基乙醛缩二甲醇为缚酸剂时，化合物D的纯度较高，采用三乙胺为缚酸剂时，化合物D的纯度最低；此外还考察了滴加氨基乙醛缩二甲醇，一次性加入，滴加化合物C甲苯溶液3种投料方式对化合物D合成的影响，其中，前两种加料方式得到的化合物D的纯度较低。

化合物D在强酸性条件下，经缩醛水解，成亚胺离子，环化3个基元反应得到化合物E。本研究采用2.5.1项下反应条件，主要考察了浓硫酸的浓度对化合物E合成的影响，结果显示，采用98 %的浓硫酸，原料容易磺化，收率较低；采用50 %的稀硫酸，反应条件温和，收率高；采用25 %的稀硫酸，由于反应速率慢，原料转化不完全，得到的化合物E纯度较低（化合物E的纯度检测方法与吡喹酮相同）。

本研究采用2.5.2项下反应条件，主要考察了丙酮，无水乙醇，75 %乙醇，75 %丙酮水溶液，乙酸乙酯对吡喹酮粗品的精制效果，结果显示，采用丙酮，无水乙醇和乙酸乙酯为精制溶剂时，收率较低，采用75 %的丙酮水溶液为结晶溶剂时，产品纯度较低。

3 讨论

氨基乙醛缩二甲醇是制约本工艺成本的关键物料，已报道的文献方法[12]采用Gabriel合成法制备，制备过程采用邻苯二甲酰亚胺钾和溴乙醛缩二甲醇为原料，经N-烷基化反应，水解或肼解得到氨基乙醛缩二甲醇，总收率为50.9 %，该路线操作过程繁琐，“三废”多，成本高，不宜工业化生产。本研究采用氯代乙醛缩二甲醇为起始物料，经氨解制备氨基乙醛缩二甲醇，生产操作简单，溶剂甲苯可回收利用，收率高，适宜工业化生产。

N-烷基化反应时，加料方式对化合物D的纯度影响大，采用滴加氨基乙醛缩二甲醇的加料方式，使化合物C始终处于过量状态，导致N-烷基化产物很难停留在单取代阶段，副产物增多，采用滴加化合物C甲苯溶液的方式使氨基乙醛缩二甲醇始终处于过量状态，能有效抑制多取代产物，制得的化合物D的纯度高；此外，文献采用过量的氨基乙醛缩二甲醇为缚酸剂，成本较高，本研究选择碳酸钾为缚酸剂，成本低廉易得，碳酸钾在甲苯中溶解度小，降低反应速率，减少副产物的生成。

化合物C制备时，采用水和二氯甲烷为反应溶剂，减少了有机溶剂的用量，降低了成本；化合物E制备时，文献工艺[8]先将化合物D在氯化氢的乙醇溶液中制备成盐，再于浓硫酸作用下成环，但将化合物D的盐酸盐加至浓硫酸时，有大量的氯化氢放出，且放热剧烈，反应过程不易控制。本工艺采用50 %浓硫酸，反应条件温和，化合物D的转化率较高。采用75 %乙醇水溶液为吡喹酮粗品的精制溶剂，收率高，纯度99.9 %，产品质量符合欧洲药典标准。

本优化工艺革除了文献报道使用的氰化钠、氰化钾、浓硫酸、硼氢化钠等危险试剂的操作，安全性得到提高。

4 结论

吡喹酮改进后的合成工艺，操作简单，反应条件温和易控，“三废”少，绿色环保，成本低，制备的终产品纯度可达99.8 %以上，工艺适合工业化生产，产品的各项质量指标符合欧洲药典标准。吡喹酮既可用于人类感染的寄生虫病，也可用于家畜的寄生虫病，提高农副产品的产量和质量，原料药国内外市场需求大，市场前景好，改进后工艺有很好的推广价值。