吡喹酮（PZQ；商品名：Biltricide）被歸類為驅(qū)蟲藥，用于治療血吸蟲病和其他寄生蟲感染。 世界衛(wèi)生組織（WHO）已將其列為全球所需的基本和緊急藥物之一。 PZQ配方產(chǎn)品的價格取決于相關(guān)的制備方法以及原材料成本。 本研究描述了一種使用苯乙胺作為起始材料，采用流動化學方法制備 PZQ 的精確可靠的方法。 本研究的主要目的是找到一種新的經(jīng)濟合成 PZQ 的路線，該路線可以將生產(chǎn)時間從幾天大幅縮短到幾分鐘，并轉(zhuǎn)移到大規(guī)模生產(chǎn)。 同時，通過HPLC分析測定，無論是單一過程還是連續(xù)過程，在必要步驟中獲得的中間體的純度都在90%以上。 本研究中 PZQ 的連續(xù)制備過程比使用傳統(tǒng)方法（約 3-4 天）所需的時間（約 3-4 小時）更短。 此外，關(guān)鍵中間體二甲氧基乙胺的需求量比現(xiàn)有方法減少了40-50%。

吡喹酮 (PZQ) 是 FDA 批準的生物制藥分類系統(tǒng) II (BCS II) 類藥物，用于治療血吸蟲病、寄生蟲和其他蠕蟲感染。 根據(jù)世界衛(wèi)生組織的記錄，2020 年全球報告的感染病例超過 15 億例，預計未來幾年這一數(shù)字還會增加。 [2] 2019年抗寄生蟲藥物的市場價值估計為72.28億美元，預計2020年至2027年其市場增長將再擴大5.2%。 根據(jù)DataIntelo分析，與Oxamniquine和其他抗寄生蟲藥相比，PZQ被認為是血吸蟲病市場的主要占領(lǐng)者，是治療埃及血吸蟲感染的主要處方。它被列為“世界衛(wèi)生組織緊急藥物清單”的一部分，也被用于治療哺乳動物感染，如囊尾蚴病、后睪丸病、華支睪吸蟲病、包蟲病、絳蟲和吸蟲感染。PZQ 目前被大多數(shù)仿制藥行業(yè)配制為片劑劑型，劑量不同，例如 50、500 和 600 毫克（成人/兒童），并且具有年齡依賴性。PZQ口服分散片作為兒科劑量用于寄生蟲感染的嬰兒和兒童正在進行II期試驗。 [6] Merck KGaA 和 Bayer AG 公司于 20 世紀 70 年代報道了 PZQ 的首次獸醫(yī)用途，并于 1973 年獲得了用于人類的專利。

化學上，PZQ是一類四氫異喹啉酮支架，可溶于DMSO、乙醇和氯仿。 已證明，使用流動化學技術(shù)可以使用毫克至公斤級的不同流動反應器生產(chǎn)各種喹啉、四氫喹啉、四氫異喹啉和熔融四氫喹啉。 化學技術(shù)在連續(xù)流反應器中的應用能夠處理各種化學反應，例如 C-C 和 C-N 鍵形成、環(huán)異構(gòu)化和 1,3-偶極環(huán)加成，以提供所需的雜環(huán)。 基于基于流動化學的喹啉類制備方法的意義，目前的研究工作初步集中于實現(xiàn)PZQ中間體的合成，并進一步延伸至PZQ驅(qū)蟲藥物的生產(chǎn)。 現(xiàn)有的 PZQ合成路線（圖 [1]）涉及一系列化學過程以及在惡劣到最佳條件下使用昂貴、有害和有毒的化學中間體。 以苯乙胺為起始原料，化學試劑如 2,2′-(benzylazanediyl)diacetic acid, (2-isocyanoethyl)benzene, 2,2-dimethoxyethan-1-amine, glycinoyl chloride HCl, 2-aminoethan-1-ol, 2-(1,3-dioxoisoindolin-2-yl)acetyl chloride and hydroxymethyl polystyrene 作為酯和中間體用于生產(chǎn) PZQ。 同樣，吡喹胺和異喹啉甲腈類似物在獨特的反應條件下，也得到了 PZQ。 此外，在單獨的工藝下生產(chǎn)的苯乙胺中間體，在環(huán)化后，直接生成 PZQ。 單-N-取代的和 C1-取代的異喹啉 和雙取代的異喹啉也生產(chǎn) PZQ。還通過球磨和機械化學氮雜亨利方法實現(xiàn)了 PZQ 的大規(guī)模制備（最大對映純度 >99%）。通常采用間歇工藝需要過量的硫酸和放熱反應需要特別注意和更多的預防措施。 流動過程消除了露天處理腐蝕性試劑的危險，并且這些反應器可以有效地控制放熱過程。連續(xù)流工藝具有新技術(shù)和較小的廢水足跡的優(yōu)點。 還開發(fā)了采用羥甲基聚苯乙烯作為關(guān)鍵中間體的PZQ的固相合成方法。

圖1使用不同關(guān)鍵中間體的PZQ制備方法示意圖

另一種方法是采用環(huán)己酰氯作為初始底物與2,2'-亞氨基二乙腈、甘氨酸乙酯、異喹啉-1-基甲胺反應制備PZQ； 然而，它們相應的中間體需要通過吡喹胺 (9) 的預環(huán)化或后環(huán)化過程來進行。 簡而言之，方案 [1] 所示的 PZQ 完整合成路線之一是 通過將 2-氯-N-苯乙基乙酰胺 （由 2 和 18 反應制備）與 2,2-二甲氧基乙胺縮合，形成環(huán)化為吡喹胺所需的關(guān)鍵偶聯(lián)乙酰胺中間體 。 吡喹胺 (9) 與環(huán)己酰氯進一步反應得到 PZQ。 PZQ類似物的去消旋過程是由吡喹胺與各種碳酰氯在不同的流動化學條件下反應引發(fā)的，對此進行了詳細闡述。現(xiàn)有的 PZQ 制備路線大多涉及消耗鹽酸、硫酸、磷酸、甲磺酸、亞硫酰氯和水合肼等試劑，在合成過程中必須小心處理。 氨基乙醛二甲縮醛等原材料的成本也非常高，影響了PZQ的整體價格。 因此，流動化學被認為是合成有機化學中用于制造化學中間體和 API 的替代且有效的方法。Adekiya 等人綜述了 PZQ 的一般制備方法。流動化學實驗也取決于流動反應器、長度、泵、管尺寸、管體積、可擴展性和多個流動反應器的組合。 此外，PZQ 工藝需要腐蝕性試劑/酸，這是大規(guī)模生產(chǎn)的速率限制標準。 同樣，PZQ 合成的間歇過程由多個步驟組成，這導致總生產(chǎn)時間增加。 因此，基于專業(yè)知識和微調(diào) PZQ 合成及其中間體的意圖，開發(fā)了一種連續(xù)流化學方法，該方法可縮短生產(chǎn)時間并適合大規(guī)模制造工業(yè)。

方案 1通往PZQ的常見高效合成路線

本文描述了使用連續(xù)步驟中的流動化學方法開發(fā)而無需分離中間體來制備PZQ，重點是減少總生產(chǎn)時間。 與傳統(tǒng)的間歇工藝相比，該方法使用最少量的昂貴試劑，并且中間體和產(chǎn)物的產(chǎn)率很高。 為了實現(xiàn) PZQ 的最終生產(chǎn)，使用了流動反應器/微型反應器的集成系統(tǒng)以多步驟的方式進行一系列反應。 本發(fā)明的 PZQ 合成方法優(yōu)于現(xiàn)有路線，因為它不需要與固體物質(zhì)分離，并且產(chǎn)物中間體在直接進入流動化學反應的下一階段之前保留在溶液相中。 目前 PZQ 工藝開發(fā)創(chuàng)新方法的主要目標是盡量減少露天處理以及原材料、試劑、中間體和溶劑對環(huán)境和操作員的暴露。 這項研究的另一個目標是將二甲基縮醛和氨基乙醛等起始原料的摩爾量從2當量濃縮至1.2當量，從而降低生產(chǎn)成本。 它還減少了溶劑用量，減少了廢物和廢水的產(chǎn)生，并有可能滿足綠色化學方法的要求。 重要的是，這種方法縮短了反應時間，并且被認為具有較少的下游工藝，這最終提高了整體工藝效率并使工藝更加經(jīng)濟。 微反應器為合成有機化學家提供精確的測量，例如調(diào)節(jié)化學過程中試劑/化學成分的濃度和溫度、監(jiān)測傳熱和傳質(zhì)，并對選擇性產(chǎn)物形成提供高度的反應控制。 目前 PZQ 的流動化學工藝開發(fā)是使用 Vapourtec R 系列模塊化流動系統(tǒng)進行的，該系統(tǒng)由 PFA（全氟烷氧基）盤管組成，配備活塞泵（0.20–50 mL/min，壓力高達 42 bar）。 管式反應器由不銹鋼、聚四氟乙烯和哈氏合金 C 盤繞而成，具有良好的傳熱傳質(zhì)能力，可用于大規(guī)模制備 PZQ。 另一方面，以連續(xù)方式維持連續(xù)流動化學反應不僅是有利的，而且還集成了在 PZQ 生產(chǎn)過程中有效發(fā)揮各自作用的多反應器設置。 例如，反應溫度、反應器盤管長度和直徑、加熱/冷卻系統(tǒng)、停留時間、混合器和在線分離等參數(shù)對于 PZQ 合成中涉及的每個步驟都至關(guān)重要。 考慮到流動化學特征以及現(xiàn)有 PZQ 制備方法的信息，開發(fā)了一種基于連續(xù)流動化學的 PZQ 合成方法，據(jù)我們所知，迄今為止尚未有報道。

大規(guī)模連續(xù)法制備 PZQ

根據(jù)優(yōu)化的關(guān)鍵中間體和PZQ的流動反應條件，對整個過程進行了研究，以連續(xù)模式原位實現(xiàn)PZQ。 將 2-苯乙胺 (2)（5.0 M 在 DMF 中）以 4.54 mL/min 的流速和 2.6 M 碳酸鉀（以 10.47 mL/min 的流速）在 0 °C 和 5 秒下引入管式反應器 將 DMF 中的 5 M 氯乙酰氯 (18)（流速為 5.0 mL/min）在 0 °C 下連續(xù)引入同一管式反應器，停留時間為 5 分鐘。 2,2-二甲氧基乙烷-1-胺 (20) (8.86 M) 通過連接到前一過程輸出的另一個劑量泵以 1.45 mL/min 引入，停留時間為 10 分鐘，溫度為 75 °C，然后洗脫混合物 使用乙酸乙酯萃取。 用HCl將乙酸乙酯溶液的pH調(diào)節(jié)至1-2，同時保持溫度在10-15℃，過濾所得固體。 將粗過濾產(chǎn)物21在水中的1M溶液以6.4mL/min的流速和17.8M硫酸以1:10當量的方式在5分鐘停留時間和70℃下連續(xù)泵入管式反應器以形成吡喹胺 （9）。 完成后，用冷水淬滅反應，并用 20% NaOH 溶液將 pH 值調(diào)節(jié)至 8-9。 將所得產(chǎn)物溶解在二氯甲烷中并向溶液中添加1.3當量三乙胺以得到0.5M濃度。 然后將 1:1.1 當量的 0.5 M 吡喹胺溶液和 7.3 M 純環(huán)己酰氯 (17) 溶液以 13.28 mL/min 和 1.0 mL/min 的流速引入管式反應器中，停留時間為 7 分鐘和 25 ° C。 然后用水猝滅反應，分離有機層，加入硫酸鈉以除去水，然后蒸餾。 該流動反應過程提供了干重 242 g PZQ，收率 95%，HPLC 純度為 99.5%。

圖 基于連續(xù)流動化學的PZQ合成

知工藝中的一些缺點是使用氯仿等溶劑，氯仿是2類溶劑，被懷疑致癌，而且不環(huán)保。 此外，使用兩當量或更多當量的氨基乙醛二甲縮醛(一種昂貴的原材料)，其中一個當量在反應中消耗，第二個當量作為廢物損失，會影響商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的成本。 報道的最先進的工藝是間歇式工藝并且能耗很大。 這里描述的吡喹酮的制備方法采用了占地面積較小的流動反應器，能源效率高，并且需要較少的試劑當量。 此外，可選地，所有步驟都可以以伸縮方式進行，使得該過程更加經(jīng)濟。

總之，已經(jīng)證明了一種用于制備 PZQ 及其中間體的新的連續(xù)流化學方法。 對溫度、停留時間、反應器體積、當量、流速和溶劑進行了優(yōu)化，以實現(xiàn)大規(guī)模高純度的最大收率。 因此，流動化學繼續(xù)吸引專注于原料藥和中間體工藝開發(fā)的行業(yè)，并在未來開啟廣泛的應用。

吡喹酮的連續(xù)制備

將 2-苯乙胺（2；100 g）以 4.54 mL/min 的流速溶解在 1650 mL DMF（5.0 M DMF 溶液）中，并用 DMF（5.0 M DMF 溶液）將氯乙酰氯（18；100 g）稀釋至 1770 mL ）以5.0mL/min的流速與碳酸鉀（2.6M在水中）一起以10.47mL/min的流速連續(xù)引入到100mL體積的管式反應器中。 T=0℃時，在反應器中的停留時間為5分鐘。 通過另一個泵以 1.45 mL/min 的流速在 75 °C 下引入 2,2-二甲氧基乙烷-1-胺（20；8.55 M），停留時間為 10 分鐘。 收集完成后，加入EtOAc和水，將反應混合物攪拌10分鐘，并分離各層。 合并有機層，用水洗滌，并真空濃縮。 將殘余物溶解在 EtOAc 中，攪拌，并在 10-15 °C 下用 HCl 溶液將反應混合物的 pH 調(diào)節(jié)至 1-2。 通過過濾分離固體，然后以 6.4 mL/min 的流速加入水中以制備 1 M 溶液，并以 3.6 mL/min 的流速以 1:10 eq 的當量連續(xù)加入硫酸（純 17.8 M）。 引入100mL的管式反應器中。 在T=70℃下，在反應器中的停留時間為5分鐘。 通過TLC確認反應的轉(zhuǎn)化。 將反應混合物在冷水中淬滅，并在 0–25 °C 下用 20% NaOH 溶液將反應物質(zhì)的 pH 值調(diào)節(jié)至 8–9。 添加二氯甲烷并將混合物在室溫下攪拌30分鐘。 將有機層作為吡喹胺(9)的溶液用于下一階段，并添加TEA(1.3當量)以制備二氯甲烷(0.5M)溶液。 將9和環(huán)己酰氯(17)(7.3M純)以1:1.1當量的溶液連續(xù)引入100mL的流動反應器中，并分別以13.28mL/min和1.0mL/min的流速泵送 。 T = 25 °C 時，在反應器中的停留時間為 7 分鐘。 記錄反應的轉(zhuǎn)化率并通過HPLC確認。 用水猝滅反應，用二氯甲烷萃取混合物，分離有機層并用碳酸鈉溶液洗滌。 將有機層在低于50℃、600mm Hg真空下蒸餾，并將固體在甲醇-水混合物中攪拌，過濾，并在真空烘箱中干燥，得到吡喹酮。 干重：245克。 收率百分比：95%，HPLC純度：99.5%。

Multi-step Flow Synthesis of the Anthelmintic Drug Praziquantel （2023）

DOI: 10.1055/s-0042-1751479