利伐沙班合成工艺改进*

刘玉键 ，付新悦，周 微，白万富

(1.包头医学院药学院，内蒙古 包头 014040； 2.天士力控股集团有限公司研究院化学药品开发中心)

利伐沙班(Rivaroxaban Tablets)，化学名为5-氯-氮-({(5S)-2-氧-3-[4-(3-氧-4-吗啉基)苯基]-1,3-唑烷-5- 基}甲基)-2-噻吩-羧酰胺，由德国拜耳公司研发。2008年在欧盟及加拿大等地上市，用于择期髋关节或膝关节置换手术成年患者，以预防静脉血栓形成。2009年6月在中国正式上市，商品名为拜瑞妥，2011年在美国上市，至今已在全球50多个国家上市[1]。利伐沙班作为新的口服抗凝药物，是一个具有高度选择性和竞争性直接抑制呈游离状态的Xa因子(FXa)的药物，对FXa的选择性是其他丝氨酸蛋白酶的10 000倍[2]。而且还可抑制结合状态的Xa因子以及凝血酶原活性，对血小板聚集没有直接作用。其抗凝作用依赖于通过内源性及外源性途径活化X因子为FXa，在凝血级联反应中发挥重要作用。因此，凝血酶的生成以及凝血酶原酶复合体的活性也会降低[3]。其具有生物利用度高，治疗疾病谱广，量效关系稳定，口服方便，出血风险低的特点。目前为止，利伐沙班主要用来治疗肺栓塞[4]、急性冠状动脉综合征急性期患者[5-6]、症状性急性室上性心动过速[7]，以及非瓣膜性心房颤动患者心源性栓塞事件的预防[8]。利伐沙班的应用越来越多，单纯依靠进口已满足不了市场的需要。本文拟在利伐沙班原研路线的基础上，对其工艺路线进行优化改进，以满足产业化生产的要求。

1 材料

1.1仪器 DF-101S焦热式恒温加热磁力搅拌器(巩义市矛华仪器有限责任公司)；ZF-7暗箱式三用紫外分析仪(上海嘉鹏科技有限公司)；N-1210B旋转蒸发仪(东京理化器械株式会社)；AUAMCE400核磁共振谱仪(美国BRUKER公司)。

1.2药品与试剂 N,N-羰基二咪唑(CDI)(分析纯，LI50P55)，甲胺(分析纯，A1914072) ，均为上海阿拉丁生化科技股份有限公司；二氯甲烷(分析纯，20170525)，无水乙醇(分析纯，20170509)，四氢呋喃(分析纯，20170612)，甲基磺酸(分析纯，20170123)、碳酸氢钠(分析纯，20170212)，均为国药集团化学试剂有限公司。

2 实验方法与结果

在利伐沙班的原研合成路线基础上，在中和成盐、水解反应条件、粗品合成及精制等环节进行了优化，得到了优化后的利伐沙班合成路线。见图1。

图1 利伐沙班优化后的合成路线

2.12-[(2R)-2-羟基-3-[[4-(3-氧代-4-吗啉基)苯基]氨基]丙基]-1H-异吲哚-1,3(2H)-二酮——化合物3的合成 向500 mL反应瓶内加入10 g(49.2 mmol)化合物1和9.45 g(49.2 mmol)化合物2，再加入100 mL无水乙醇和100 mL纯化水，缓慢升温至50-60 ℃，TLC跟踪监测反应至化合物2消失，反应约10 h结束。反应结束后将料液降至室温，搅拌析晶5 h。抽滤，滤饼用约25 mL无水乙醇淋洗后，干燥得17.74 g白色粉末，收率为91.2 %。1H-NMR(400 MHz，DMSO)，δ：3.03(m，1H)，3.16(m，1H)，3.64(m，4H)，3.91(t，2H)，4.01(m，1H)，4.14(s，2H)，5.17(d，1H)，5.66(t，1H)，6.62(d，2H)，7.03(d，2H)，7.85(m，4H)。

2.22-[[(5S)-2-氧代-3-[4-(3-氧代-4-吗啉基)苯基]-5-噁唑烷基]甲基]-1H-异吲哚-1,3(2H)-二酮——化合物4的合成 向250 mL反应瓶内加入15 g(37.9 mmol)化合物3、7.5 g(46.3 mmol)CDI、114 mL甲苯，将料液升温，至回流后反应2 h，随后降温至室温，加入25 mL无水乙醇，于室温条件搅拌析晶2 h，过滤，滤饼用少量无水乙醇淋洗，干燥得到15.68 g白色粉末，收率98.2 %。1H-NMR(400MHz, DMSO)，δ：3.71(t，2H)，3.95(m，5H)，4.22(t，3H)，4.95(m，1H)，7.41(d，2H)，7.52(d，2H)，7.89(m，4H)。

2.34-[4-[(5S)-5-(氨甲基)-2-羰基-3-唑烷基]苯基]-3-吗啉酮甲磺酸盐——化合物5的合成

2.3.1化合物4水解反应条件的优化 对于水解试剂的选择，本实验首先参考原研工艺使用甲胺作为水解试剂，经监测反应进程发现水解反应速度已较快，无需对其他水解试剂进行遴选考察，因此综合考虑物料成本等因素后确定采用甲胺水溶液作为水解试剂。随后对甲胺用量、反应温度和时间等对水解程度的影响进行了考察。结果表明，反应时间过短、甲胺用量少以及反应温度低等均会影响水解反应完全程度。因此经详细考察后最终确定甲胺与化合物4的摩尔比为6：1，水解温度控制在50～60 ℃，水解反应1 h，为最佳反应条件。见表1。

表1 不同反应条件对产品产率的影响

2.3.2成盐用酸的选择 本实验考察了其他的酸与中间体化合物4成盐对于产品的质量影响的情况。选择了甲酸、氢溴酸、硫酸和甲磺酸四种不同的酸进行中和成盐反应与浓盐酸进行比较，以便选择出更加适合产业化生产的酸。结果表明，用氢溴酸中和成盐会造成产品降解，效果最差，收率仅有65.56 %。用甲磺酸优化反应后收率与盐酸相当，而产品纯度要优于盐酸盐。因此最终确定使用该条件进行优化成盐。见表2。

表2 不同的酸对于产品产率的影响

2.3.3化合物5的合成 向250 mL反应瓶内加入15 g(35.6 mmol)化合物4、94.5 mL无水乙醇和15 mL甲胺水溶液，将料液升温至50～60 ℃；TLC跟踪监测反应终点，1 h反应结束后，将料液降至室温，用甲基磺酸调pH至3～4；继续搅拌析晶5 h；抽滤，滤饼用无水乙醇淋洗，干燥，得13.37 g白色粉末，收率97.0 %。1HNMR(400MHz，DMSO)，δ：2.41(3H，s)，3.24(t，2H)，3.71(t，2H)，3.85(m，1H)，3.97(t，2H)，4.22(t，3H)，4.94(m，1H)，7.43(d，2H)，7.57(d，2H)。

2.4氯化、酰化反应——利伐沙班粗品制备

2.4.1利伐沙班粗品反应溶剂的优化 通过反应溶剂体系的对比考察表明，使用四氢呋喃-水反应体系产品收率高于丙酮-水体系。分别使用化合物5的盐酸盐、硫酸盐、甲磺酸盐和甲酸盐进行反应，考察结果表明盐酸盐和甲磺酸盐得到粗品的质量和收率相当；使用硫酸盐的收率次之，甲酸盐的收率最低。由此再次证明化合物5的制备工艺中可使用甲磺酸替代原研专利中的盐酸盐进行优化。见表3。

表3 酰化反应条件的优化

2.4.2利伐沙班粗品制备 向500 mL反应瓶中加入61 g(375.2 mmol)5-氯噻吩-2-羧酸，176 mL甲苯，滴加53 mL二氯亚砜，滴毕，回流反应3 h后降至室温25 ℃，得化合物7的甲苯溶液，直接用于酰化反应。向250 mL三颈瓶中加入12 g(30.9 mmol)中间体化合物5，搅拌溶解，向水层中加入101.8 mL四氢呋喃和8.5 g碳酸氢钠，开启降温，于0～15 ℃滴加上述化合物7的甲苯溶液。滴毕后将料液升温至50 ℃反应，TLC监测至化合物5消失。反应结束后，将料液降温至室温，搅拌析晶7.5 h，离心分离，滤饼用无水乙醇淋洗，甩干，干燥得 13.4 g利伐沙班粗品，收率98.74 %。1HNMR(400MHz，DMSO)，δ：3.62(t，2H)，3.71(t，2H)，3.85(m，1H)，3.97(t，2H)，4.19(t，3H)，4.84(m，1H)，7.18(d，1H)，7.41(d，2H)，7.56(t，2H)，7.69(d，1H)，8.86(t，1H)。

2.5精制——利伐沙班成品制备

2.5.1利伐沙班精制过程中溶剂的选择 本步骤是对利伐沙班粗品的重结晶，各反应因素中溶剂对产品质量和收率影响最大，因此我们结合利伐沙班的溶解性、成品质量以及收率等因素对重结晶溶剂进行了重点筛选和考察。考察结果表明，按照专利[11]方法，使用乙酸进行重结晶(条件1)后，不仅成品收率较低，且因乙酸刺激性大、酸性强，对设备和人员的伤害均较强，不宜规模化生产使用。相对于乙醇-水体系，使用不同比例的丙酮-水体系重结晶(条件5、6、7)尽管得到的产品质量相差无几，但收率较低。乙醇-水体系中当二者体积比为2.5∶1时产品收率和质量均最佳(条件2)，因此最终确定使用该溶剂体系作为利伐沙班粗品的精制溶剂。见表4。

表4 重结晶溶剂的选择

2.5.2利伐沙班成品制备 向250 mL反应瓶中加入4 g利伐沙班粗品，160 mL无水乙醇、20 mL纯化水、将料液升温至70～75 ℃，待固体全溶后加入活性炭，保温15～20 min，趁热将滤液压滤进入250 mL三颈瓶，将三颈瓶内料液降温至室温25 ℃，搅拌析晶8.5 h；离心分离，滤饼用无水乙醇淋洗，甩干，干燥6 h得3.87 g利伐沙班成品，收率96.86 %。

3 讨论

关于利伐沙班的合成，文献[9-10]报道中有很多方法，但是大多数存在合成原料成本高、操作复杂、合成路线过长等不足之处。其中拜耳公司申请的利伐沙班的制备专利[11]工艺操作简便、产品质量高，相对更适合产业化生产。该原研路线见图2。

图2 利伐沙班的原研合成路线

在上述利伐沙班原研路线[11]中，在由中间体化合物4水解成盐生成化合物5的过程中，收率仅为82.7 %，因此水解反应的试剂用量以及反应的各条件还需进一步优化改进。此外，拜耳公司对于其中的中间体化合物5的盐酸盐，即4-[4-((5S)-5-氨甲基-2-羰基-3-恶唑烷基)苯基]-3-吗啉酮盐酸盐，进行了专利保护。在专利文献[11]中，以丙酮-水体系参与利伐沙班粗品的合成步骤，收率较低；在粗品的精制的过程中，使用了具有酸性的乙酸进行重结晶，不适宜于进行产业化生产。

本文在以上路线的基础上，对其工艺路线进行了改进：(1)在2-[[(5S)-2-氧代-3-[4-(3-氧代-4-吗啉基)苯基]-5-噁唑烷基]甲基]-1H-异吲哚-1,3(2H)-二酮进行水解的时候，用甲磺酸代替盐酸进行中和成盐，从而避开了原研中的专利保护，生成了新的盐4-[4-[(5S)-5-(氨甲基)-2-羰基-3-唑烷基]苯基]-3-吗啉酮甲磺酸盐，同时对其水解条件进行了重新的调整；(2)在利伐沙班粗品的合成过程中，将酰化反应过程中丙酮-水体系换为四氢呋喃-水，即起始物料5-氯噻吩-2-羧酸与氯化亚砜发生氯代反应得到化合物7与经二氯甲烷萃取后的4-[4-[(5S)-5-(氨甲基)-2-羰基-3-唑烷基]苯基]-3-吗啉酮甲磺酸盐在四氢呋喃-水中发生酰化反应，得到利伐沙班粗品；(3)在利伐沙班粗品的精制过程中，将重结晶所用的溶剂乙酸换为乙醇-水，先将无水乙醇、纯化水和利伐沙班粗品升温至70～75 ℃，然后降温至室温20 ℃，搅拌析晶8.5 h，离心分离后，将滤饼干燥后，即可得到利伐沙班成品。

利伐沙班的合成工艺优化是以专利(11)中的合成方法为基础，进一步优化工艺路线，以便提高产品的质量，收率。在工艺优化过程中，以甲磺酸成盐的方式生成了利伐沙班的中间体4-[4-[(5S)-5-(氨甲基)-2-羰基-3-唑烷基]苯基]-3-吗啉酮甲磺酸盐，从而避免了专利保护。此外，通过探索，本实验发现与专利中的合成路线相比，最优的水解反应条件是甲胺与化合物4的摩尔比为6∶1，水解温度在50～60 ℃，水解反应1 h。最佳的酰化反应条件是化合物5的甲磺酸盐在四氢呋喃-水(v∶v =1∶1)中，于50～60 ℃条件下与化合物7反应1 h，得到利伐沙班粗品。以及在粗品的精制过程中，用乙醇-水体积比为2.5∶1代替冰乙酸时，不仅没有危害且产品收率和质量均最佳。与原研路线产品94.7 %的收率相比，经改进的合成路线总收率为96.86 %，提高了产品的收率。综上，改进后的合成路线不仅提高了产品的收率与纯度，而且操作更加绿色安全，对环境污染小，更加适合产业化生产。