马波沙星中间体的合成

毕 业 论 文学生姓名： 张 赛 学 号： 110102233 学 院： 化学与制药工程学院 专 业： 制药工程 题 目： 马波沙星中间体的合成 指导教师： 张越（教授） 评阅教师： 2015 年6 月河北科技大学毕业论文成绩评定表姓 名张赛学 号110102233成 绩专 业制药工程题 目马波沙星中间体的合成 指导教师评语及成绩 指导教师： 年 月 日 评阅教师评语及成绩 评阅教师： 年 月 日 答辩小组评语及成绩 答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见 学院答辩委员会主任： 年 月 日毕 业 论 文 中 文 摘 要喹诺酮类药物抗菌活性强，抗菌谱广，已成为广泛应用的抗菌药。马波沙星作为第三代动物专用抗菌药，具有组织渗透力强，吸收迅速，生物利用度高，半衰期长，安全剂量范围宽，蛋白结合率较低，无明显生殖和遗传毒性的特点，具有很大的市场潜力。国内外已提供多种合成马波沙星的路线，3-(甲基苄基氨基)-2-(2,3,4,5-四氟苯甲酰基)丙烯酸乙酯作为本论文中所采用路线的特有中间体，其合成方法和收率成为整个路线的关键。本论文研究了3-(甲基苄基氨基)-2-(2,3,4,5-四氟苯甲酰基)丙烯酸乙酯的合成，通过Michael加成、酰氯化和缩合反应合成目标产物，并对反应温度、配料比、滴加速率和反应时间进行了条件优化，3-(甲基苄基氨基)-2-(2,3,4,5-四氟苯甲酰基)丙烯酸乙酯的含量采用HPLC检测。研究结果显示，经过优化后的合成工艺，操作简单易控制，收率高达94.69%，对研究马波沙星的合成具有重要意义。关键词 喹诺酮； 马波沙星； 合成； 条件优化毕 业 论 文 外 文 摘 要Title Synthesis of Marbofloxacin intermediateAbstractQuinolones, with the strong antibacterial activity and broad antimicrobial spectrum, have become a widely used antibacterial drug. Marbofloxacin, as the third generation veterinary medicine, has an extensive commercial prospect because of its characteristics of great tissue-penetrating ability, rapid internal absorption, high bioavailability, long half-life, wide range of safe dosage, low rate of protein binding and no obvious reproductive and genetic toxicity. Many synthetic routes of Marbofloxacin have been reported at home and abroad. As a special intermediate of the chosen route in this paper, 3-(methylbenzylamino)-2-(2,3,4,5-tetrafluorobenzoyl) acrylic acid ethyl ester was studied on its synthesis method and yield which is a key point of the research. In this experiment, 3-(methylbenzylamino)-2-(2,3,4,5-tetrafluorobenzoyl) acrylic acid ethyl ester was synthesized through Michael addition, chloroformylation and condensation. Through optimizing the reaction temperature, ingredients ratio, adding rate and reaction time, the reaction condition which makes the highest yield was finally found by using HPLC as a detection method. The results showed that the optimal synthetic process n has the characteristics of simple operation and easy control with the yield of 94.69%. The research has a great development significance on the synthesis of Marbofloxacin.Key words Quinolone; Marbofloxacin; Synthesis; Process improvement 本 科 毕 业 论 文 第II页 共 II页目 录1 绪论11.1 喹诺酮类药物简介11.1.1 喹诺酮类药物发展史11.1.2 喹诺酮类药物母环及其合成研究41.1.3 喹诺酮类药物构效关系51.1.4 喹诺酮药物作用机制61.2 马波沙星简介61.2.1 马波沙星结构及名称61.2.2 马波沙星的抗菌机制71.2.3 马波沙星的药理作用71.3 合成路线的确定71.4 本实验研究内容102 实验设备及试剂112.1 实验仪器和药112.1.1 实验仪器112.1.2 实验药品122.2 试剂前处理122.2.1 甲苯的无水处理122.2.2 氯化亚砜的无水处理133 实验部分143.1 3-(甲基苄基氨基)丙烯酸乙酯的制备143.1.1 实验操作143.1.2 合成机理143.2 2,3,4,5-四氟苯甲酰氯的制备143.2.1 实验操作153.2.2 合成机理153.3 3-(甲基苄基氨基)-2-(2,3,4,5-四氟苯甲酰基)-丙烯酸乙酯的制备153.3.1 实验操作163.3.2 合成机理164 检测与结果174.1 检测前期准备174.2 高效液相色谱174.2.1 紫外检测174.2.2 检测方法184.2.2 标准曲线184.3 3-(甲基苄基氨基)-2-(2,3,4,5-四氟苯甲酰基)-丙烯酸乙酯条件优化194.3.1 反应温度的影响194.3.2 配料比的影响204.3.3 滴加时间的影响204.3.4 反应时间的影响214.4 放大反应22结 论23致 谢24参 考 文 献25 本 科 毕 业 论 文 第26页 共28页1 绪论1.1 喹诺酮类药物简介近年来，喹诺酮类药物因安全高效易吸收的特点风靡全球，世界各国对喹诺酮类药物的研究愈演愈烈。喹诺酮类药物在药理方面具有抗菌活性强、抗菌谱宽、给药方便易吸收、与其它常用抗菌药无交叉耐药性1的特点，在应用方面具有易生产、价格便宜、疗效好的优势，因此得到迅猛发展。药物研究表明，该类药物具有以下几个特点2：(1)分子相对较小，结构具有一致性；(2)分子结构中含有F原子，增加药物脂溶性，使药物更易通过血脑屏障进入脑组织，发挥作用；(3)能抑制脑内GABA与受体部位结合而增加中枢神经系统的兴奋性：(4)半衰期长。按化学结构分3，喹诺酮药物可分为萘啶酸类(naphthyridinic acids)、喹啉羧酸类(quinolinic acids)、噌啉羧酸类(cinnolinic acids)和吡啶并嘧啶羧酸类(pyridopyrimidinic acids)四类。 萘啶酸类 喹啉羧酸类 噌啉羧酸类 吡啶并嘧啶羧酸图1-1 喹诺酮药物按化学结构分类1.1.1 喹诺酮类药物发展史喹诺酮类药物作为抗菌药，自1962年发现至今已有50余年，已发展成为品种众多，药效良好的临床药物。喹诺酮类药物不但具有抗菌活性强，生物利用度高，蛋白结合率较低的特点，而且体内分布广泛，可以在保持最小抑菌浓度下分布到体内的绝大多数器官3，这些优势使得喹诺酮类药物应用范围十分广泛。从抗菌谱和抗菌活性看，喹诺酮类药物可以分为四代3。第一代喹诺酮抗菌药物（1962-1969年）：第一代喹诺酮抗菌药物以萘啶酸和吡咯米酸为代表，是通过对抗疟疾药物氯喹进行结构改造得到的，其结构特征为氮杂萘核-4-酮-3-羧酸。这类药物抗菌范围较窄，主要表现为对革兰氏阴性菌有抗菌作用，对革兰氏阳性菌几乎没有作用。抗菌活性中等，在体内容易被分解，发挥药效时间较短，对中枢系统的毒性也较大，而且易产生耐药性，这些缺陷严重限制了它们在临床上的发展使用。 氯喹 萘啶酸 吡咯米酸图1-2 第一代喹诺酮类药物结构图第二代喹诺酮抗菌药物（1970-1977年）：第二代喹诺酮抗菌药物以西诺沙星和吡哌酸为代表，抗菌谱从革兰阴性菌扩大至格兰阳性菌，药动性质得到改善，耐药性低，毒副作用小。化学结构特征为在分子中的7位引入了碱性的哌嗪基团，增加整个分子的碱性和水溶性，组织渗透性增强，对革兰阴性菌的抗菌活性也有所增加，但是对绿脓杆菌、厌氧菌等革兰氏阳性菌活性仍较弱。相对于第一代喹诺酮抗菌药，第二代药物的抗菌活性增强，抗菌谱拓宽，服用方便，体内代谢明显改善，临床用量有所减少。 西诺沙星 吡哌酸 图1-3 第二代喹诺酮类药物结构图第三代喹诺酮抗菌药物（1978-1996年）：第三代喹诺酮抗菌药物以诺氟沙星、环丙沙星、氧氟沙星、依诺沙星、芦氟沙星为主要代表，化学结构特征为用F原子取代喹啉环的6位，7位连接哌嗪环或其电子等排体，1位、5位、8位取代基改变。相较于前两代药物，由于6位氟原子和7位哌嗪基团的存在，使得第三代药物的脂溶性增强，对细胞壁的穿透力明显提高，药物代谢动力学性质明显改善。6位引入的氟原子后来被证明不仅具有增加喹诺酮药物与靶酶DNA聚合酶的作用，还会增加药物侵入细菌细胞的性能，从而使抗菌活性大大增加。第三代药物的抗菌谱也更为广泛，不仅对革兰阳性与阴性菌有抗性，而且对支原体、衣原体、军团菌及分枝菌都有一定的作用。此代药物的共同特点是高效广谱，杀菌力强，在低浓度时即有较高抗菌活性，使用方便，口服吸收效果好2。但是近年来，澳大利亚不良反应监测委员会提出此代药物可能与肌腱病损有一定关联，其他危险性也在逐渐凸显4。诺氟沙星，又名氟哌酸，是第一个氟喹诺酮类药物，具有阻碍消化道内致病细菌DNA旋转酶的作用，抑制消化道细菌的滋长，是治疗肠炎痢疾的常用药，也是广泛用于各种感染的第一个药物，氧氟沙星则是广泛用于感染的第二个药物。将氧氟沙星中的O原子用S取代，得到芦氟沙星，尽管活性低于诺氟沙星，半衰期却是喹诺酮药物中最长的。 诺氟沙星 环丙沙星 氧氟沙星 依诺沙星 芦氟沙星图1-4 第三代喹诺酮类药物结构图第四代喹诺酮抗菌药物（1997年至今）：第四代喹诺酮抗菌药物以莫西沙星、西他沙星、曲伐沙星、左氧氟沙星、吉米沙星为代表药物。化学结构特征为对母核结构的萘啶环进行剪切，并在8位引入甲氧基。这代抗菌药物的抗菌谱更宽，抗菌活性更好，药代动力学更稳定，主要体现在对厌氧菌的抗菌活性增强，过敏反应和毒副作用减少，几乎没有光敏作用。其中莫西沙星对金葡萄球菌、肺炎球菌、肠球菌等革兰氏阴性菌有非常强的活性，是第四代喹诺酮抗菌药物的最强者之一。吉米沙星可用于厌氧菌的治疗，临床疗效甚至超过了-内酰胺类抗生素。左氧氟沙星是氧氟沙星的左旋体，体外抗菌活性约是氧氟沙星的2倍，治疗急、慢性呼吸道感染的有效率和细菌清除率高达80%5。 莫西沙星 西他沙星 曲伐沙星 左氧氟沙星 吉米沙星 图1-5 第四代喹诺酮类药物结构图1.1.2 喹诺酮类药物母环及其合成研究喹诺酮类药物结构的基本骨架为氮（杂）双并环结构，如图图1-6 喹诺酮类药物母环喹诺酮类药物的合成多是通过喹诺酮母环与哌嗪衍生物反应制得的2，那么喹诺酮母环的制备就非常重要了。文献中对于其合成有如下几种6,7：（一）取代芳胺与EMME（乙氧亚甲基丙二酸二乙酯）缩合成环（二）催化重氮化成环（三）经Dieckmann反应环化成环8（4） 分子内亲核取代成环（五）由苯并噁嗪二酮与丙二酸型化合物反应制得（六）由邻氨基苯乙酮与原甲酸三乙酯反应成环91.1.3 喹诺酮类药物构效关系大量的研究显示，喹诺酮类药物的构效关系如下2： 图1-7 喹诺酮类药物母环(1) 双环中的A环是药效团，变动基本较小，3位和4位基团改变均会使药物活性减弱甚至丧失。(2) B环可作较大改变，可以是并和的苯环、吡啶环、嘧啶环等。(3) 1位取代基对药物活性影响最大，当R1为烃基时，乙基、乙烯基、氟乙基时药物抗菌活性最好；当为环烃基时，环丙基的活性最好；还可引入苯基或其他芳香基团，对革兰氏阳性菌的抗菌作用较强；若引入手性碳原子，S构型活性高于R构型。(4) 2位引入取代基会使药物活性降低甚至消失。(5) 从空间张力角度看，5位取代基的存在会干扰4位羰基与靶位的结合，且取代基体积越大干扰就越强，抗菌活性因此减弱。但从电性效应角度看，5位取代基若为供电基团会增大4位羰基氧原子的电荷密度，表现为增加其与靶位的结合力，使抗菌活性增强。综合两因素考虑，当5位取代基为氨基时抗菌活性最好。(6) 在6位可引入取代基，但是不同的取代基对药物活性影响影响较大，以氟原子取代效果最佳，其排列顺序为FClCNNH2H。(7) 7位引入取代基可以提高药物与细菌DNA回旋酶的结合力，从而增强抗菌活性。当取代基是五元或六元杂环时，抗菌活性显著提高，尤以哌嗪取代基效果最佳。(8) 8位引入氟原子可以促进药物吸收，若引入甲基、甲氧基等可以减少药物光毒性，若1位与8位成环，会使药物产生光学异构体，且活性差异明显。1.1.4 喹诺酮药物作用机制喹诺酮类药物的作用靶点2,3是拓扑异构酶，包括细菌DNA回旋酶（gyrase）和拓扑异构酶（topoisomerase ）。细菌DNA回旋酶由四个亚基构成（2个A和2个B），A亚基会使DNA链的后链断裂形成缺口，B亚基使ATP水解，前链移至缺口之后，扰乱DNA的原本复制过程。喹诺酮抗菌药以氢键和DNA回旋酶-DNA复合物结合，使细菌的DNA回旋酶的活性丧失，中断细菌基因转录，干扰染色体的复制，从而发挥抗菌作用。细菌的拓扑异构酶也由四个亚基构成（2个parC和2个parE)，作用与DNA回旋酶类似，喹诺酮抗菌药也会与拓扑异构酶形成稳定的化合物，达到抑制细菌细胞生长和增殖的目的。1.2 马波沙星简介1.2.1 马波沙星结构及名称名称：Marbofloxacin，中文名为马波沙星，又称麻保沙星或马保沙星。化学名：9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-(4-甲基-1-哌嗪)-7-氟-7H-吡啶-3,2,1-ij4,1,2-苯并噁二嗪-6-羧酸结构： 分子式：C17H19FN4O4分子质量：362.35CAS：115550-35-1性质：一般为白色或淡黄色结晶性粉末，熔点268-271C，在水中极微溶解，在盐酸或氢氧化钠溶液中易溶解，制成钠盐后易溶于水，水溶液显碱性。作用：适用于治疗和预防呼吸系统、泌尿系统、消化系统、皮肤、眼和耳等细菌性感染疾病感染，是美国FDA批准的动物专用抗菌药。1.2.2 马波沙星的抗菌机制5快速杀菌是第四代喹诺酮抗菌药物最具诱惑力的特性之一。研究表明马波沙星主要抑制了细菌DNA回旋酶（也称拓扑异构酶）A亚单位和解旋酶（拓扑异构酶）e亚基的作用，从而破坏了其活性，使细菌脱氧核糖核酸，核糖核酸及蛋白质的合成受到干扰，使细胞不能进行再分裂，而起到杀菌作用。微观上，对细菌的产生形态，改变包括降低细胞分裂，丝状化及细胞的消散。超微结构上来说，改变了细胞的分裂也是明显的。1.2.3 马波沙星的药理作用药效学：马波沙星的抗菌谱广，不仅对革兰阴、阳性菌均有抗菌作用体对某些酶形体、厌氧菌也有效。抗菌活性强，其中对肠杆菌科的MIC90为0.027 g/mL，对链球菌科的MIC90为0.21 g/mL，对中间葡萄球菌的抗菌活性与恩诺沙星相当（敏感度为98%），优于环丙沙星（敏感度为96%）。也有研究显示，马波沙星对厌氧菌的抗菌活性比氧氟沙星更强8。药动学：马波沙星具有脂溶性好，组织渗透力强，体内吸收迅速完全而且分布广泛，消除半衰期长，生物利用度高，安全剂量范围宽，无明显生殖和遗传毒性的特点。与青霉素类和氨基糖苷类抗菌药无交叉耐药性9,10，临床研究不良反应也不明显。马波沙星的药理研究表明其临床使用安全有效。1.3 合成路线的确定查阅国内外资料，总结马波沙星的合成路线分为两类：一类是以2,3-二氟-6-硝基苯酚原料，一类是以2,3,4,5-四氟苯甲酸为原料13。路线一（本实验选定的合成路线）：此路线以2,3,4,5-四氟苯甲酸为原料,经过酰氯化反应，缩合反应得到3-二烷基氨基-2-（2,3,4,5-四氟苯甲酰基）丙烯酸乙酯，然后经过胺交换，与N-甲基哌嗪缩合得到产品。与步骤较少，操作简单，总收率较高。原料易得且相对便宜，研究成本也相对较低。本次反应中R1、R2分别为甲基、苄基，反应过程中没有涉及有剧烈毒性的药品，也没有特别易燃易爆药品，反应条件相对温和，所需温度均不太高，反应过程易于控制。对环境的影响并无恶劣影响，综合评定该路线操作简便，经济效益较高，所以选用此条路线进行研究。反应路线如下：图1-8 文献合成路线一路线二：本路线只在起始阶段与路线一稍有不同，差别在于本路线是酰氯与胺交换后的中间体直接亲核取代，然后与N-甲基哌嗪缩合，最后水解得到马波沙星粗产品。反应路线如下：图1-9 文献合成路线二路线三：此路线较为繁琐，步骤较多，总收率较低，胺化试剂O-（2,4-二硝基甲苯基）羟胺易爆炸，存在安全威胁，只适合实验室少量制备，无工业价值14。图1-10 文献合成路线三1.4 本实验研究内容探究2,3,4,5-四氟苯甲酰氯与3-(甲基苄基氨基)丙烯酸乙酯反应的最佳条件。2,3,4,5-四氟苯甲酰氯与3-(甲基苄基氨基)丙烯酸乙酯作为本论文中所采用路线的特有中间体，其合成方法和收率成为整个路线的关键。该反应属于缩合反应，缩合反应是非常重要的一类有机反应，在有机合成中应用很广，是由较小分子合成较大分子有机化合物的重要方法，常见的缩合反应类型15有：羟醛缩合反应，克莱森缩合反应，珀金缩合反应，苯偶姻缩合反应，乌尔曼缩合反应，迈克尔加成反应等。本课题对马波沙星中间体的合成研究，主要考察不同反应条件16对产物产率的影响。本课题文献的反应条件进行操作然后通过条件实验进行改进，寻找出反应的最佳条件。比如反应温度，反应时间，加料时间以及反应物配比关系等条件，在此基础上进行优化，从而提高中间体的收率和纯度。2 实验设备及试剂2.1 实验仪器和药品2.1.1 实验仪器表2-1 实验仪器一览表仪器型号生产厂家四口瓶250 mL天津市北方化学试剂玻璃仪器公司三口瓶50 mL天津市北方化学试剂玻璃仪器公司单口瓶50 mL天津市北方化学试剂玻璃仪器公司量筒25 mL蜀牛恒压滴液漏斗30 mLBomex玻璃仪器厂滤瓶250 mL蜀牛烧杯250 mL蜀牛布氏漏斗小型石家庄光明化工设备有限公司容量瓶10 mlBomex玻璃仪器厂冷凝管直型光明仪器厂电子天平JJ1000常熟市双杰测试仪器厂分析天平AB204-NMETTLER TOLEDO旋转蒸发器RE-2000A巩义市予华仪器有限责任公司集热式恒温磁力搅拌器DF-101S巩义市予华仪器有限责任公司循环水真空泵CWP-长城科工贸狮鼎牌循环水式多用真空泵SHZ-CB巩义市予华仪器有限责任公司电热恒温鼓风干燥箱DHG-9423A上海精宏实验设备有限公司紫外分光光度计UV-250日本岛津紫外检测器SPD-10A vp plus日本岛津高效液相色谱仪LC-10AT vp plus日本岛津2.1.2 实验药品表2-2 实验药品一览表试剂纯度生产厂家丙炔酸乙酯工业级上海嘉辰化工有限公司N-甲基-N-苄基胺工业级上海嘉辰化工有限公司2,3,4,5-四氟苯甲酸工业级上海嘉辰化工有限公司氯化亚砜分析纯天津市永大化学试剂有限公司甲苯分析纯石家庄市北方化学试剂有限公司金属钠分析纯天津市大茂化学试剂厂二苯甲酮分析纯天津博迪化工有限公司甲醇色谱纯天津彪仕其科技发展有限公司乙腈色谱纯天津彪仕其科技发展有限公司N,N-二甲基甲酰胺分析纯天津市达森化工产品有限公司2.2 试剂前处理在本次实验中，需要用2,3,4,5-四氟苯甲酸和氯化亚砜制备2,3,4,5-四氟苯甲酰氯，氯化亚砜遇水迅速反应生成HCl和SO2，酰氯遇水则会迅速分解为2,3,4,5-四氟苯甲酸，既影响本次反应收率，还不安全，又影响后续反应，因此在本次反应中应严格避水，那么对溶剂的无水化处理就非常必要了。2.2.1 甲苯的无水处理查阅资料，甲苯的无水处理主要有三种方法，第一种是加入CaH2加热回流蒸出甲苯，第二种利用浓硫酸的强吸水性除去甲苯中水分，第三种是利用金属Na与水的反应，加热回流，得到无水的甲苯。考虑到浓硫酸的强腐蚀性以及实验室资源有限，我选用了第三种方法。具体操作：先向甲苯中加入一定量的无水硫酸镁，静置12 h，将金属Na剪成丝状加入到四口瓶中，倒入甲苯，使用二苯甲酮作为指示剂，搅拌升温，待溶液变成蓝色，说明水分除净，弃去前几滴馏出液后收集纯净的甲苯。甲苯蒸尽，四口瓶晾至常温，用乙醇处理剩余的金属Na。2.2.2 氯化亚砜的无水处理查阅资料，氯化亚砜的除水方式与甲苯类似，加入CaH2加热回流蒸出氯化亚砜，但因实验室资源有限，不能采取本方法。考虑到氯化亚砜的沸点低于水的沸点，采取了直接蒸馏的方法。具体操作：将氯化亚砜直接加入到四口瓶中，升温搅拌至回流温度（氯化亚砜沸点78.8C），弃去前几滴馏出液后，收集馏分，若溶液温度降低后又突然升高，说明氯化亚砜已完全蒸出，停止收集。3 实验部分3.1 3-(甲基苄基氨基)丙烯酸乙酯的制备原料：丙炔酸乙酯、N-甲基-N-苄基胺配料比：n（丙炔酸乙酯）: n（N-甲基-N-苄基胺）=1.1 : 1设备：低温恒温槽 反应方程式：图3-1 制备烯胺酯反应方程式3.1.1 实验操作17-20 在250 mL四口瓶中加入2.00 g（0.0165 mol）的N-甲基-苄基胺，将四口瓶置入恒温低温槽中。量取1.78 g（0.0182 mol）丙炔酸乙酯置入30 mL恒压滴管中，待N-甲基-苄基胺温度降到05C时开始缓慢滴加丙炔酸乙酯，并使溶液温度始终保持在05C。滴加结束后，原料基本反应完全时关停反应，得黄色粘稠液体，称重，充N2后冷藏保存待用。采用薄层色谱法监测反应进程，展开剂为V（石油醚）: V（乙酸乙酯）=3 : 1。3.1.2 合成机理图3-2 烯胺酯合成机理此反应为Michael反应，N-甲基-N-苄基胺中的N原子带有孤对电子可作为亲核试剂。丙炔酸乙酯中的酯基作为强吸电子基使炔基的电子云向酯基偏离，则末位C原子显电正性。那么N-甲基-N-苄基胺N原子就会进攻丙炔酸乙酯的末位C原子，发生反应。3.2 2,3,4,5-四氟苯甲酰氯的制备原料: 2,3,4,5-四氟苯甲酸、氯化亚砜配料比：n（2,3,4,5-四氟苯甲酸）: n（氯化亚砜）=1 : 1.2 催化剂：DMF反应设备：集热式恒温磁力搅拌器反应方程式：图3-3 制备酰氯反应方程式3.2.1 实验操作在250 mL的四口瓶中加入5.00 g（0.0258 mol）2,3,4,5-四氟苯甲酸，并加入4.00 g甲苯将其溶解，四口瓶置入集热式恒温磁力搅拌器中搅拌升温至40C。取3.68 g（0.0309 mol）氯化亚砜置于30 mL恒压滴管中。待四口瓶溶液温度升至预定温度，加入几滴催化剂DMF（N,N-二甲基甲酰胺），并开始滴加氯化亚砜，滴加结束后升温至回流温度，原料反应完全时关停反应，得淡黄色液体。充氮气保存冷藏，待用。采用薄层色谱法监测反应进程，展开剂为V（石油醚）: V（乙酸乙酯）=15 : 1，检测时将2,3,4,5-四氟苯甲酸溶于乙酸乙酯，反应液则与甲醇反应后检测其生成物。3.2.2 合成机理酰氯作为十分活泼的酰化试剂尤其适用于不易形成酐的羧酸。因反应会生成氯化氢，反应通常需在碱性条件下进行，本实验采用DMF（N,N-二甲基甲酰胺）作为催化剂能与氯化亚砜形成N-酰基氨基盐活性中间体，催化反应的进行。图3-4 酰氯合成机理3.3 3-(甲基苄基氨基)-2-(2,3,4,5-四氟苯甲酰基)-丙烯酸乙酯的制备原料:自制的3-(甲基苄基氨基)丙烯酸乙酯和2,3,4,5-四氟苯甲酰氯缚酸剂：三乙胺反应设备：集热式恒温磁力搅拌器反应方程式：图3-5 合成目标产物方程式3.3.1 实验操作在50 mL三口瓶中加入1.5 g（0.0068 mol）的 3-(甲基苄基氨基)丙烯酸乙酯，加入2.0 g甲苯再加入不同配料比的缚酸剂三乙胺，最后再用2.00 g甲苯洗涤量筒加入到三口瓶中。在30 mL的恒压滴管中加入与三乙胺相同配料比的制得得酰氯溶液，再加入6.00 g甲苯稀释并洗涤量筒。将三口瓶置入集热式恒温磁力搅拌器中，安装温度计，待溶液温度升至预定温度并稳定后，打开恒压滴管，控制流速，使其在规定时间滴加完毕。之后使溶液在预定温度下反应达到时间后，关停反应。借助循环水式多用真空泵抽滤反应液，并用15 mL（35 mL）的甲苯洗涤滤饼，滤饼为三乙胺的盐酸盐。抽滤结束，将滤液转移到已称重的50 mL单口瓶中，借助旋转蒸发器旋蒸20 min，蒸出部分溶剂后，单口瓶晾至常温，称重，待测收率。3.3.2 合成机理反应过程中，缚酸剂三乙胺中游离的胺会增强羰基的反应活性，并且可以中和反应生成的氯化氢，既提高主反应的反应速率，同时又使介质保持弱碱性，因而提高反应活性。三乙胺本身虽性质活泼，但因空间位阻大不会与反应物发生反应。图3-6 目标产物合成机理4 检测与结果4.1 检测前期准备将3-(甲基苄基氨基)-2-(2,3,4,5-四氟苯甲酰基)-丙烯酸乙酯的浓缩液经过柱层析分离提纯，流动相先后采用纯石油醚，V（石油醚）: V（乙酸乙酯）=15 : 1，V（石油醚） ：V（乙酸乙酯）=5 : 1，V（石油醚） ：V（乙酸乙酯）=3 : 1，收集产品流动相，旋蒸浓缩得到淡黄色晶体即为纯品。纯品采用核磁图谱进行表征，结果表明所得产品确为目标产物。图4-1 目标产品核磁谱图4.2 高效液相色谱4.2.1 紫外检测图4-2 目标产品紫外谱图研究显示目的产物即3-(甲基苄基氨基)-2-(2,3,4,5-四氟苯甲酰基)-丙烯酸乙酯最大吸收波长为269 nm和325 nm。我们分别在269 nm和325 nm处做了产品的高效液相检测，图谱显示检测波长为325 nm时液相图出峰相对少，鉴于本实验只需计算产品收率的实验目的，我们选择325 nm作为检测波长。4.2.2 检测方法溶剂：先后尝试了产品在甲醇和乙腈中的稳定性，研究发现产品溶于甲醇后分解迅速，稳定性极差；而将产品溶于乙腈中则稳定性良好，因此选择乙腈作为配样溶剂。流动相：V（乙腈） ：V（水）=60 : 40，流速：1.000 mL/min柱温：室温检测波长：325 nm进样量：20 L进样方式：手动进样4.2.2 标准曲线所配纯品的浓度分别为32.6 ppm、67.4 ppm、100.5 ppm、138.8 ppm、163.0 ppm、202.2 ppm、234.5 ppm，下面为液相检测的峰面积数据。表4-3 目标产品标准曲线数值表浓度/ ppm峰面积1峰面积2平均峰面积32.6486644.531500319.094493481.81267.41223363.0001223964.5001223663.750100.51812347.1251830311.2501821329.188138.82344034.7502346372.0002345203.375163.02808561.7502841481.0002825021.375202.23746087.7503790845.5003768466.625234.54390915.5004359393.0004375828.750图4-4 目标产品标准曲线图计算公式：4.3 3-(甲基苄基氨基)-2-(2,3,4,5-四氟苯甲酰基)-丙烯酸乙酯条件优化根据实验目的，本实验分别从反应温度、3-(甲基苄基氨基)丙炔酸乙酯和2,3,4,5-四氟苯甲酰氯的配料比，滴加2,3,4,5-四氟苯甲酰氯的速度以及反应时间四个条件进行优化，寻找收率最佳的反应条件。反应收率以N-甲基-N-苄基胺记（每次反应用量均为0.8 g即0.0066 mol）。4.3.1 反应温度的影响对于化学反应，一般温度每升高10C，反应速率会增加原来的24倍，可知，升高温度可使化学反应速率加快。但是因此反应为放热反应，升高温度会使反应物转化率降低，在转化率和反应速率的双重影响下，该反应需要一个适合的反应温度。为了讨论本实验的最佳反应温度，分别设定反应温度为60C、70C、80C、90C、100C，同时保证其他条件不变：n（3-(甲基苄基氨基)丙炔酸乙酯）: n（2,3,4,5-四氟苯甲酰氯）= 1 : 2.0，2,3,4,5-四氟苯甲酰氯溶液的滴加时间为30 min，反应时间为2 h。实验结果见下表。表4-5 温度条件实验收率表温度/C60708090100收率/%91.9092.6494.1089.2785.31由表4-5可知，随着反应温度的升高，产品收率逐步提高，但当温度升至80C时，收率最高，超过此温度，产品收率明显下降。因此可将反应温度控制在80C左右。4.3.2 配料比的影响3-(甲基苄基氨基)丙烯酸乙酯与2,3,4,5-四氟苯甲酰氯的配料比：不同配料比会使反应的转化率不同，根据反应化学计量方程式可知理想状态的配比为1:1。由于实际反应一般为可逆反应，而且2,3,4,5-四氟苯甲酰氯容易发生副反应变质，因此若要提高3-(甲基苄基氨基)丙炔酸乙酯的转化率，应使2,3,4,5-四氟苯甲酰氯处于过量状态。此外还要药品的安全性与经济型，故反应需要测定最佳的配料比。在此条件试验中考虑3-(甲基苄基氨基)丙烯酸乙酯与2,3,4,5-四氟苯甲酰氯的配料比为1 : 1.4、1 : 1.6、1 : 1.8、1 : 2.0、1 : 2.2，同时保证其他条件不变：反应温度80C，2,3,4,5-四氟苯甲酰氯溶液的滴加时间为30 min，反应时间为2 h。反应结果如下表。表4-6 配料比条件试验收率表配料比1 : 1.41 : 1.61 : 1.81 : 2.01 : 2.2收率/%76.9487.8894.6991.2988.93由上表可知，随着2,3,4,5-四氟苯甲酰氯的量逐渐增加，反应收率明显提高，但当二者配料比为1 : 1.8时，收率最高，若持续增加2,3,4,5-四氟苯甲酰氯的反而会使收率降低，因此二者的配料比应为1 : 1.8。4.3.3 滴加时间的影响2,3,4,5-四氟苯甲酰氯溶液的滴加时间：由于为了能够使酰氯更加均匀的加入体系中，因此酰氯溶液采用用恒压滴液漏斗进行添加，如是酰氯溶液的滴加速率可能会影响目标产物的收率。加料速度过快会使体系中2,3,4,5-四氟苯甲酰氯的局部浓度过高，易产生副反应，且局部放热会使反应体系中温度不均匀且不稳定。滴速过慢会使反应周期拉长，影响经济效益。在本条件实验中，我们将在不同的时间内将2,3,4,5-四氟苯甲酰氯溶液添加到反应体系中，滴加时间分别为一次性加料，15 min、30 min、45 min、60 min，并保持其他条件不变：反应温度80C，n（3-(甲基苄基氨基)丙炔酸乙酯）: n（2,3,4,5-四氟苯甲酰氯）= 1 : 1.8，反应时间2 h。实验结果如下表。表4-7 滴加时间条件实验收率表滴加时间/ min015304560收率/ %78.3090.2292.7489.9885.65由上表，将酰氯溶液一次性加料时产品收率最低，滴加时间在30 min时收率最高，且随着时间加长，收率逐渐变低。由此可以分析得出该反应的反应速率不快，一次性加料时，短时间内局部酰氯浓度过高，反应体系内部温度不均且波动较大，使产品收率降低。随着滴加时间的延长，酰氯溶液变质挥发，总反应时间的延长都会导致产品收率的降低，因此，可以将2,3,4,5-四氟苯甲酰氯溶液控制在30 min左右滴加完成。 4.3.4 反应时间的影响反应时间过短，原料则不能完全反应，不能尽大程度转化为目的产物，转化率降低；而反应时间过长，又易引入杂质，浪费时间，降低反应的经济效益，故我们有必要确定最佳的反应时间。在本实验中，我们依次研究了一系列反应时间，并保持其他条件不变：反应温度80C，n（3-(甲基苄基氨基)丙炔酸乙酯）: n（2,3,4,5-四氟苯甲酰氯）= 1 : 1.8，滴加时间 30 min时的产品收率。实验结果如下表。表4-8 反应时间条件实验收率表反应时间/ h1.52.02.53.03.5收率/ %89.0192.5093.7794.0191.20由上表可知，随着反应时间的延长，产品收率随之增加，但是当反应时间为3 h时产品收率最好，再增加反应时间产品收率反而下降，可能是由于反应时间过长，杂质产生增多，原料转化率和选择性降低，收率也随之降低。综合考虑以上四个因素，得出结论：在本次条件实验中当反应温度为80C，烯胺酯和酰氯的配料比为1 : 1.8，滴加时间为30 min，反应时间为3 h时，产品有最大收率。4.4 放大反应(1) 3-(甲基苄基氨基)丙烯酸乙酯的制备在500 mL四口瓶中加入40.00 g（0.3301 mol）的N-甲基-苄基胺，将四口瓶置入恒温低温槽中。量取35.62 g（0.3631 mol）丙炔酸乙酯置入100 mL恒压滴管中，待N-甲基-苄基胺温度降到05C时开始缓慢滴加丙炔酸乙酯，并使溶液温度始终保持在05C。滴加结束后，通过TLC检测反应，当原料基本反应完全时关停反应，得黄色粘稠液体，称重，充N2后冷藏保存待用。(2) 2,3,4,5-四氟苯甲酰氯的制备在500 mL的四口瓶中加入115.32 g（0.5942 mol）2,3,4,5-四氟苯甲酸，并加入90.00 g甲苯将其溶解，四口瓶置入集热式恒温磁力搅拌器中搅拌升温至40C。取84.80 g（0.5942 mol）氯化亚砜置于100 mL恒压滴液漏斗中。待四口瓶溶液温度升至预定温度时加入5 mL催化剂DMF，打开恒压滴液漏斗使其保持2s/ 滴的速度均匀添加，滴加结束后升温至回流温度，采用TLC监测反应进程，原料反应完全时关停反应，得淡黄色液体。充氮气保存冷藏，待用。(3) 3-(甲基苄基氨基)-2-(2,3,4,5-四氟苯甲酰基)-丙烯酸乙酯的制备在1000 mL四口瓶中加入(1)制得的3-(甲基苄基氨基)丙烯酸乙酯，60.14 g三乙胺，最后添加200 g溶剂甲苯。在100 mL的恒压滴液漏斗分多次加入(2)制得的并用100 g甲苯稀释的酰氯溶液，将三口瓶置入集热式恒温磁力搅拌器中，安装温度计，待反应体系升至80C，打开恒压滴液漏斗，控制流速2 s/滴，反应3 h后关停反应。借助循环水式多用真空泵抽滤反应液，并用100 mL甲苯洗涤滤饼。抽滤结束，将滤液转移至单口瓶中，借助旋转蒸发器旋蒸30 min，蒸出部分溶剂后，晾至常温，称重，测其收率为94.16%。结果讨论：按照经验放大反应的收率应该大于微型反应，本次实验则基本一致，根据放大的条件来看，可能是由于反应放大后酰氯滴加时间过长所致，观察其液相色谱图证实推测基本属实。结 论本文主要对马波沙星中间体3-(甲基苄基氨基)-2-(2,3,4,5-四氟苯甲酰基)-丙烯酸乙酯的合成进行研究，因3-(甲基苄基氨基)丙烯酸乙酯和2,3,4,5-四氟苯甲酰氯作为原料，在研究过程中对其反应条件也借助TLC检测方法进行了简单探索，得出如下结论：(1) 合成3-(甲基苄基氨基)丙烯酸乙酯时，原料配比n（N-甲基-N-苄基胺） ：n（丙炔酸乙酯）=1 : 1.1，反应温度为05C时反应效果最佳。(2) 合成2,3,4,5-四氟苯甲酰氯时，原料配比n（2,3,4,5-四氟苯甲酸）：n（氯化亚砜）=1 : 1.2，氯化亚砜滴加温度为40C，反应温度为回流温度时，反应效果最佳。对于3-(甲基苄基氨基)-2-(2,3,4,5-四氟苯甲酰基)-丙烯酸乙酯的研究我们首先利用柱层析的方法分离得到纯品，并用核磁图谱做出表征，证明其确为目标产物。之后根据其反应所涉及到的机理找出了影响收率主要因素为反应温度、配料比、滴加时间、反应时间，并对其进行条件优化，得出如下结论：当反应温度80C，n(3-(甲基苄基氨基)丙烯酸乙酯): n(2,3,4,5-四氟苯甲酰氯)=1 : 1.8，滴加时间30 min，反应时间为3 h时，产品达到最大收率为94.69%。致 谢时光如梭，随着毕业论文马波沙星中间体的合成的定稿，历时3个多月的毕业设计即将完成，我也即将离开这个对我以后人生有重大影响的实验室。这学期初便进入张老师的实验室跟随师哥做毕业设计，十分感谢张老师这段时间对我的照顾和帮助，初进实验室就被张老师的兢兢业业的工作态度，一丝不苟的治学精神，严谨优秀的专业素养深深震撼了。在我准备考研复试的时间，张老师对我推心置腹，提出很多专业性的意见，对我以后的人生产生重要的指导作用。在我实验处于瓶颈期的时候，张老师每天询问好几遍，帮我们分析问题，带着我们一步步又向真相，又帮我们寻找合适的解决办法，最终成功解决的问题，使我的实验顺利往下进行。同样要感谢的是我的师哥，带我走进实验大门的引路人，手把手的教我做实验，认真讲解实验规范，让之前对实验室丝毫没有概念的我迅速对实验室熟悉起来，每天带领监督我完成实验，遇到问题第一时间给我最大的帮助。可以说没有师哥的敦促与帮助，我不可能顺利完成毕业设计，再次感谢师哥对我的认真指导。实验室的其他师哥师姐和小伙伴们，在我实验遇到困难的时候，也都关切询问，积极帮我想办法，在实验遇到棘手问题时，也都热情的伸出援助之手，没有他们，我不可能这么快乐的完成此次实验。除实验室的老师和师哥师姐外，感谢学校给我这次真正进实验室学习操作的机会，让我对本专业有了更为明确清晰的认识。感谢我的父母家人们，感谢他们对我生活和学习上的无私支持，无论遇到什么，我的身后拥有你们。最后，再一次对毕业设计期间给予我无限帮助和指导的老师及师哥表示感谢。参 考 文 献1 吕曾春, 邢玉斌. 喹诺酮类抗真菌药