诺氟沙星的合成工艺路线改进学生姓名梁蕾蕾班级化药903班专业名称化学制药技术系部名称制药工程系指导教师张静提交日期 2011/12/20答辩日期 2011/12/26河北化工医药职业技术学院2011年12月目录摘要 (4)1 前言 (4)1.1喹诺酮类药物 (4)1.1.1喹诺酮简介 (5)1.1.2抗菌作用机制 (5)1.1.3喹诺酮类的共性 (5)1.1.4作用 (6)1.2诺氟沙星概述 (6)1.2.1背景介绍 (6)1.2.2物理性质 (6)1.2.3药理毒理 (6)1.3发展状况 (7)2 制备工艺的优化 (8)2.1环合反应的优化 (8)2.2乙基化反应的优化 (10)2.3哌嗪化反应的优化 (11)3 反应中溶剂的优化 (12)4 反应过程中杂质的检测与定量 (13)5 其他诺氟沙星合成工艺 (14)5.1以 A-(2,4-二氯-5-氟苯甲酰)乙酸乙酯为起始原料 (14)5.2以3-乙氧基-2-(2,4-二氯-5-氟苯甲酰基)丙烯酸乙酯为起始原料 (15)6 总结 (17)参考文献 (18)致谢 (20)摘要诺氟沙星是第3 代喹诺酮类优秀的抗菌药物之一，在医疗领域有着重要的意义。
本文主要对诺氟沙星的合成工艺做了相应的总结，对其中一些典型的合成路线进行了优劣势的分析，并提供了相应的优化方案。
诺氟沙星合成工艺路线大致有两大类型：一、经分子内亲桉取代或Deckmann环余方法先合成喹诺酮环后引入哌嗪基；二、先引入哌嗪基，再逐步形成喹诺酮环。
目前，国内外较多地采用第一类型合成路线：即以3-氯-4-氟苯胺为起始原料，经与EMME (乙氧基亚甲基丙二酸二乙酯)缩合、经烷基化剂乙基化得中间体1-乙基-6-氟-7-氯-1，4-二氢-4-氧-喹啉-3-羧酸乙酯，水解后哌嗪化得诺氟沙星。
本文以 3- 氯- 4- 氟苯胺为起始原料, 经与乙氧基亚甲基丙二酸二乙酯(EMME)缩合、Gould- Jacobs环化、乙基化、硼酸酯络合及与无水哌嗪缩合等五步反应合成了诺氟沙星,总收率为 66.3%。
关键字：诺氟沙星，合成，工艺改进1 前言1.1喹诺酮类药物1.1.1喹诺酮简介80年代合成的4-氟喹诺酮类如环丙沙星、氧氟沙星等由于具有广谱、口服有效、副作用较少、耐药性还未大量产生等优点，发展迅速，临床广为使用，代表了特别重要的治疗进展。
随着喹诺酮类药物的广泛应用，细菌对这类药物的耐药性也迅速产生与传播。
1.1.2抗菌作用机制喹诺酮类药物作用的靶酶为细菌的DNA回旋酶（gyrase）及拓扑异构酶Ⅳ。
对大多数革兰阴性细菌，DNA回旋酶是喹诺酮类药物的主要靶酶，而对于大多数革兰阳性细菌，喹诺酮类药物主要抑制细菌的拓扑异构酶Ⅳ，拓扑异构酶Ⅳ为解链酶，可在DNA复制时将缠绕的子代染色体释放。
1.1.3喹诺酮类的共性1.抗菌谱广尤其对需氧的革兰阴性杆菌包括铜绿假单胞菌在内有强大的杀菌作用，对金葡菌及产酶金葡菌也有良好抗菌作用。
某些品种对结核杆菌、支原体、衣原体及厌氧菌也有作用。
2.口服吸收良好，体内分布广。
血浆蛋白结合率低，血浆半衰期相对较长。
部分以原形经肾排泄，尿药浓度高，部分经由肝脏代谢。
3.不良反应少，耐受良好。
常见恶心、呕吐、食欲减退、皮疹、头痛、眩晕。
偶有抽搐等精神症状，停药可消退。
所有氟喹诺酮类由于在未成年动物可引起关节病，在儿童中引起关节痛及肿胀，故不应用于青春期前儿童或妊娠妇女。
4.适用于敏感病原菌（如金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、肠道革兰阴性杆菌、弯曲菌属和淋病奈氏菌等）所知泌尿感染、前列腺感染、淋病、呼吸道感染、胃肠道感染及骨、关节、软组织感染。
能作用于细菌的脱氧核糖核酸(DNA)而对细菌染色体造成不可逆损害的一类药物。
因该类药物结构和作用机制不同，故与抗生素之间无交叉耐药性。
主要作用于阴性菌，阳性菌除金黄色葡萄球菌外，对其他菌株作用较弱。
常用品种有吡哌酸、氟哌酸、氟嗪酸及环丙氟哌酸等。
不良反应有：①胃肠反应有恶心和其他不适。
②中枢反应可致精神症状，还可诱发癫痫。
③可影响软骨发育，故孕妇及未成年儿童慎用。
④有时有皮疹等过敏反应。
⑤长期大量使用可致肝损害。
1.1.4作用吡哌酸（PPA）对多种阴性菌有较好的抑制作用，对绿脓杆菌及金黄色葡萄球菌要较高浓度才有抑制作用。
成人口服，疗程一般为10日。
注意事项参见喹诺酮类药物。
氟哌酸（诺氟沙星）作用强于吡哌酸，对革兰氏阴性菌包括绿脓杆菌、大肠杆菌、奇异变形杆菌、肺炎克雷伯氏杆菌等均有较强作用，抑菌浓度低于其他抗菌药物，对金黄色葡萄球菌的作用强于庆大霉素，用于治疗各科多种感染。
治疗慢性泌尿系感染时，开始可按常量服2周，以后减量可持续数月。
注意事项参见喹诺酮类，一般反应程度较轻。
1.2诺氟沙星概述1.2.1背景介绍诺氟沙星( Norfloxacin) 是第3 代喹诺酮类抗菌药物，具有抗菌作用强、抗菌谱广、生物利用度高、组织渗透性好、与其他抗菌素无交叉耐药性、副作用小及口服吸收快等特点，对大肠杆菌、肺炎杆菌、产气杆菌、阴沟杆菌、变形杆菌、沙门氏菌属、志贺氏菌属、枸橼酸杆菌属及沙雷氏菌属等遥植树菌科细菌具有强大的抗菌作用。
临床用于敏感菌所致泌尿系统、肠道、呼吸系统、外科、妇科、五官科及皮肤科等感染性疾病。
1.2.2物理性质诺氟沙星(Norfloxacin，氟哌酸)，化学名1-乙基-6-氟-4-氧代-1，4-二氢-7-(1-哌嗪基)-3-喹啉羧酸(1-ethyl-6-fluoro-1，4-dihrdro-4-oxo-7-(1-piperazinyl)-3- quinolinecarboxylic acid)。
诺氟沙星为类白色至淡黄色结晶性粉末，无臭，味微苦，可吸湿，见光颜色渐深。
易溶于醋酸及氢氧化钠溶液中。
熔点218~224℃。
1.2.3药理毒理诺氟沙星为喹诺酮类抗菌药，具有广谱抗菌作用，尤其对需氧革兰阴性杆菌的抗菌活性高，对下列细菌在体外具良好抗菌作用：肠杆菌科的大部分细菌，包括枸橼酸杆菌属、阴沟肠杆菌、产气肠杆菌等肠杆菌属、大肠埃希菌、克雷伯菌属、变形菌属、沙门菌属、志贺菌属、弧菌属、耶尔森菌等。
诺氟沙星对体外多种耐药菌亦具抗菌活性。
对青霉素耐药的淋病奈瑟菌、流感嗜血杆菌和卡他莫拉菌亦有良好抗菌作用。
诺氟沙星为杀菌剂，通过作用于细菌DNA螺旋酶的A亚单位，抑制DNA的合成和复制而导致细菌死亡。
1.3发展状况诺氟沙星是日本杏林公司1978年合成的广谱、高教、低毒的喹诺酮类抗感染药物。
1984年在日本首次上市，我国于1985年由太原制药厂投产应市。
尔后，全国投产厂家众多，但大多因工艺技术水平低，存在单耗高、收率低、质量差等问题。
诺氟沙星的合成工艺路线大致有两大类型：一、经分子内亲桉取代或Deckmann环余方法先合成喹诺酮环后引入哌嗪基；二、先引入哌嗪基，再逐步形成喹诺酮环。
目前，国内外较多地采用第一类型合成路线：即以3-氯-4-氟苯胺为起始原料，经与EMME (乙氧基亚甲基丙二酸二乙酯)缩合、经烷基化剂乙基化得中间体1-乙基-6-氟-7-氯-1，4-二氢-4-氧-喹啉-3-羧酸乙酯，水解后哌嗪化得诺氟沙星。
现行工艺经过大量的研究工作，己日趋成熟。
但在哌嗪化过程中，难以避免地产生6-氟与7-氯的竞争取代。
氟被取代的副产物可达25%，给产物的分离纯化带来很大困难。
运用1-乙基-6-氟-7-氯-1，4-二氢-4-氧-喹啉-3-羧酸乙酯与硼化物形成螫台物的方法，（即利用4位羰基氧原子的P电子向硼原子的空轨道转移的特性，提高诱导效应，激活7-氯，纯化6-氟），可选择性地提高哌嗪化收率。
类型一的三种合成路线：方法一：以3-氯4-氟苯胺为原料，与乙氧亚甲基丙二酸二乙酯反应，经环合、N-乙基化、水解，再与哌嗪缩合而得。
优缺点：方法(1)原料价廉易得，操作简单，是各厂家经常使用的方法，但缺点是收率偏低，仅为52% 左右。
方法二：以2-氟-5-硝基苯胺为原料，经重氮化、氯化，与哌嚷反应得3-哌嗪基-4-氟硝基苯，经还原、环合、N-乙基化、水解而得。
优缺点：原料来源困难，操作较烦琐，收率也较低。
方法三：将水解产物(1-乙基-6-氟-7-氯-1，4二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸)与醋酸、硼酸制成硼螯合物，再与哌嗪缩合，最后经水解而得。
优缺点：原料仍可使用3-氯-4-氟苯胺，且前三步与最后一步完全用方法一的成熟工艺，只在第三步水解反应产物(1-乙基-6-氟-7-氯-1，4二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸)生成后再与乙酐、醋酸形成一个硼螯合物。
实践证明，这一步的反应很充分，平均收率达98.38 %，并且与哌嗪的缩合更容易进行，从而使总收率可达到62 %以上。
2 制备工艺的优化2.1 环合反应的优化张为革等将羟基亚甲基丙二酸二乙酯替代乙氧基亚甲基丙二酸二乙酯与氟氯苯胺反应也制得中间体3-氯-4-氟苯胺基甲叉基丙二酸二乙酯，其反应机理见图1[1]。
图1 环合反应优化采用该合成方法的优点是反应温度低，反应时间短，原料易得，操作简便；但副反应较多，收率仍不够理想，为51.17%。
此外，中间体 3 进一步环合成 4 过程中环合定位的不唯一性，在7-Cl 的对位或邻位均可，分别产生目标中间体4( 环合物) 和副产物4a(反环物)，且两者分离困难，使收率降低。
见图2。
图2 环合反应主产物跟副产物有文献表明[2]，中间体3在高沸点惰性溶剂中进行Gould-Jacobs反应，所得到的4 与 4a的相对含量主要取决于溶剂及其用量。
不同的溶剂，即使用量相同，二者比例也不同。
对于同一种溶剂，其用量不同，4与4a的比例不同，且随着溶剂用量增加，4a相对含量降低。
在实际生产中，溶剂用量过大显然是不合理的，采用在反应温度下滴加中间体3 的办法可以达到相对增加溶剂用量、降低副产物含量的目的。
2.2 乙基化反应的优化由于中间体4 存在酮式与烯醇式，故进行乙基化反应时，可产生N-乙基化物和O-乙基化物( 5a)。
一般讲，烯醇式不稳定而酮式稳定，但反应受许多因素影响，如溶剂、试剂亲核性的强弱、反应温度等。
见图3。
图3 乙基化反应产物一般而言，碱性条件有利于烯醇式生成，而酸性条件有利于酮式生成，基于此原理有相关报道[3]表明，如果使用比常规应用的无水K2CO3碱性弱的无水Na2 CO3作为乙基化的脱酸剂，将会使5a的生成含量比例大为减少，并且当乙基化溶剂采用二甲亚砜、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮，Na2CO3为脱羧剂，溴乙烷为烷化剂时，可基本免于5a的生成，其中选用DMSO和二甲基乙酰胺时效果最好，5a 分别仅占总生成收率的1.57%和 0.82%。
此外原料药中的主要杂质 6-氟-1，4-二氢-7-氧代-( 1-哌嗪基) 喹啉，下称脱羧物，亦源于乙基化反应的副产物( 4a， 4b)[4]。