左氧氟沙星脱羧杂质的合成研究

韩 涛，范良琴，潘春玲，张小玲，石治川

(1.成都师范学院化学与生命科学学院功能分子结构优化与应用四川省高校重点实验室，四川 成都 611130；2.西南民族大学化学与环境学院，四川 成都 610041)

左氧氟沙星(Levofloxacin)属于喹诺酮类药物，喹诺酮类药物是一类合成抗菌药.左氧氟沙星的作用机理与其他喹诺酮药物类似，以细菌的脱氧核糖核酸(DNA)旋转酶为靶点，抑制细菌DNA的复制与转录，从而达到抗菌效果[1].体外活性表明其对革兰氏阴性菌和阳性菌均有很高的抑制效果，且对于一些会对其他抗菌药物产生耐药性的细菌也有很好的抗菌活性.左氧氟沙星因其不受质粒传导耐药性的影响，不会与其他药物产生交叉耐药性，且临床上具有溶解性好、稳定性高、生物利用度高等优势.因此左氧氟沙星在呼吸系统感染、泌尿系统感染、消化系统感染、五官感染以及肠道感染治疗中被广泛应用[2-3].市场统计表明，左氧氟沙星是近年来喹诺酮类药物使用最广泛的药物.但是随着左氧氟沙星药物在联合用药以及新剂型、新适应症等应用方面的拓展[4-5]，其造成的不良反应也开始不断增多，比如引起患者皮肤过敏、过敏性哮喘、厌食、腹泻还会造成肠道系统、心血管系统、神经系统损害等其他不良反应[6].

药物中含有的微量杂质一直是公认的影响药物品质的重要一环，目前由于药品安全性被社会媒体以及大众的日益关注，所以在药品的质量控制中对药物中的杂质进行分析研究非常重要，高纯度杂质标准品成为药物研究中不可或缺的一环[7-9].左氧氟沙星脱羧杂质(Levofloxacin Descarboxy Impurity)在左氧氟沙星制备过程以及储存过程均有检出，是影响喹诺酮药物品质最重要杂质之一[10-11]，被多国药典所收录.

鉴于此，本文主要针对该杂质的制备以及表征进行摸索.在摸索之初，参考以往喹诺酮化合物脱羧方法进行尝试[12-14].首先我们在碱性高温条件下均无法得到该化合物，进而尝试酸性条件下脱羧，可以得到少量该化合物，其结构经1H NMR，MS，HPLC确认为左氧氟沙星脱羧杂质(3).最后我们尝试对酸性脱羧条件进行了优化，发现在高浓度盐酸条件下长时间(36小时)回流反应可高收率得到左氧氟沙星脱羧杂质(合成路线见图1).

图1 左氧氟沙星脱羧杂质的合成路线Fig.1 Synthetic route of Levofloxacin descarboxy impurity

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

85-2磁力搅拌器(郑州长城科工贸)；BruckerAvance型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)；LC-MS 2020(日本岛津).左氧氟沙星羧酸(98%，湖北远成赛创科技有限公司)，其余试剂原料均为市售试剂，分析纯，未做特殊处理.

1.2 合成

1.2.1 左氧氟沙星(Levofloxacin，2)的合成

在圆底烧瓶中加入二甲亚砜(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反应过夜.经TLC检测反应完全后进行减压蒸馏将大部分溶剂除去，加入适量乙醇将产物析出，减压抽滤之后加入适量水洗去剩余的二甲亚砜，得5.0 g淡黄色固体2，收率78%，LCESI-MS(C18H20FN3O4)m/z:362.30[M+H]+.

1.2.2 左氧氟沙星脱羧杂质的合成(Levofloxacin Descarboxy Impurity，3)的合成

取左氧氟沙星(2.0 g，0.005 mol)放入圆底烧瓶，加入20 mL浓盐酸，回流36 h.TLC检测反应完全后浓缩至干，再向体系中加入H2O(20 mL)使其溶解，用稀氢氧化钠溶液调节pH为9～10，静置过夜，待固体完全析出后，过滤，滤饼真空抽干，得左氧氟沙星脱羧杂质(3).白色固体，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 结果与讨论

2.1 表征

2.1.1 氢核磁图谱

在氢核磁谱图中(如图2所示)7.51～7.56(m，1H)为5-H，因与6-H偶联且受环上哌嗪环N原子影响表现出多重峰；7.34～7.36(m，1H)为8-H，因其受环上N原子以及哌嗪环上N原子影响表现出多重峰；6.07～6.10(m，1H)为6-H，因与5-H偶联且因哌嗪环上N原子影响表现出多重峰；4.20～4.33(m，3H)为2-H和3-H，两组峰因相互耦合同时受手性中心影响表现出多重峰；3.25～3.29(m，4H)为11-H，因受N原子手性影响而出现多重峰；2.05(s，4H)为12-H；2.31～2.32(b，3H，N-CH3)为哌嗪环上N-CH3；1.45～1.17(m，3H)为手性中心旁-CH3，因其受手性中心以及N原子手性影响表现出复杂多重峰.值得注意的是分子中氢均表现出非对称的裂分形式，推测其因脱羧基后哌嗪环上氮原子手性对分子影响增大，分子呈现微弱差异顺反异构，且不同异构体含量存在差异.

图2 左氧氟沙星脱羧杂质的1H NMRFig.2 1H NMR of Levofloxacin descarboxy impurity

2.1.2 质谱图

在质谱图中，左氧氟沙星脱羧杂质(3)的LCMS-ESI:318.10为[M+H]+峰，其余峰的高度均在较低范围，证明产品与目标化合物一致(如图3所示).

图3 左氧氟沙星脱羧杂质质谱图Fig.3 MS of Levofloxacin descarboxy impurity

2.1.3 高效液相色谱

HPLC参考美国药典USP36-NF31中关于Levofloxacin色谱方法[9]，经检测产品纯度95.18%，达到杂质标准品要求(如图4所示).

图4 左氧氟沙星脱羧杂质高效液相图谱Fig.4 HPLC of Levofloxacin descarboxy impurity

2.2 工艺优化

借鉴左氧氟沙星合成工艺，得到左氧氟沙星后主要考察了脱羧过程的反应方法、盐酸浓度及反应时间.

2.2.1 反应方法的考察

以往研究表明，喹诺酮化合物在高温或者碱存在下高温可以脱羧.试验之初尝试使用碱或者高温方法，经LC-MS检测均未见目标分子量出现.尝试使用6 mol/L盐酸回流反应，LC-MS显示有少量产物生成.方法试验条件如下:2 g自制左氧氟沙星为底物，10倍溶剂(体积)和3倍试剂(质量)用量，反应3小时后，LC-MS检测是否可见目标物分子量判断反应效果，结果如表1所示.由表1可见，高温条件或者碱性高温条件均非有效方法，只有在酸性条件下有目标物生成.

表1 化合物3反应条件Table 1 Reactionconditionof compound 3

2.2.2 盐酸浓度的考察

以实验室常见硫酸、盐酸、磷酸为脱羧体系，因考虑后处理过程硫酸、磷酸均需大量碱中和除去，不符合绿色化学概念，而盐酸可大部分进行回收再利用.因此主要考察使用盐酸进行工艺优化.

2 g自制左氧氟沙星为底物，10倍溶剂(体积)，反应时间12小时，考察脱羧产率，结果如表2所示.由表2可知，脱羧效果随盐酸浓度上升，浓盐酸时收率最高可达55%.

表2 盐酸浓度对反应产率的影响Table 2 Effect of HCl concentration on yield of compound 3

2.2.3 反应时间的考察

2 g自制左氧氟沙星为底物，10倍体积浓盐酸作为反应溶剂和试剂，考察了反应时间对产物收率的影响，结果如表3所示.由表3可知，反应在36小时内，产物收率随时间增长而增加，36小时后达到94%收率.延长反应时间，产物收率无增加但也无明显降低，可见36小时为该反应收率最佳反应时间，且推断产物在浓盐酸体系中较为稳定.

表3 反应时间对反应产率的影响Table 3 Effect of reaction time on yield of compound 3

3 结论

以左氧氟沙星羧酸为原料，自制左氧氟沙星，并对左氧氟沙星脱羧条件进行摸索优化.得到其脱羧条件后，对该条件进行优化得到其高收率制备左氧氟沙星脱羧杂质最优工艺.该工艺收率高，操作简便，且溶剂可回收利用，符合绿色化学概念且工艺量级达到克级，可满足研究机构对左氧氟沙星质量研究的需要.同时，该路线有效补充了喹诺酮类化合物脱羧条件，对于喹诺酮类药物的类似杂质的制备提供了研究基础.