高纯磷酸哌喹合成和结构表征

郑清四,彭斌,黄军

(桂林南药股份有限公司，广西桂林541002)

高纯磷酸哌喹合成和结构表征

郑清四,彭斌,黄军

(桂林南药股份有限公司，广西桂林541002)

为探讨抗疟药磷酸哌喹制备新工艺和检测参数，采用不同的溶剂、反应条件、反应步骤合成磷酸哌喹，最终产品采用氢谱、碳谱、质谱表征结构，HPLC方法控制产品有关物质.通过一系列优化实验，确定了磷酸哌喹结构和最佳工艺路线，为合成高纯磷酸哌喹提供了一条新的有效途径，确定的合成工艺参数，操作简单，性能好，工艺对设备的要求低，适合于工业化大生产.

磷酸哌喹;合成;HPLC;有关物质;结构表征

0 引言

磷酸哌喹是治疗和控制疟疾病症的代表性药物之一，疗效确切，使用已有数十年的历史.由于单方抗药性的产生，目前广泛使用的是复方制剂［1-3］.磷酸哌喹与氯喹同属4-氨基喹啉类药，因其效价高于氯喹而毒性明显低于氯喹得到广泛应用，其制成的复方制剂如复方双氢青蒿素片、双氢青蒿素哌喹片等用于治疗耐氯喹虫株所致的恶性疟疾发挥了很大作用，在非洲被称为神药.

磷酸哌喹的合成主要是经过两次缩合反应得到1，3-双［4-(7-氯-喹啉-4-基)哌嗪-1-基］丙烷，再由1，3-双［4-(7-氯-喹啉-4-基)哌嗪-1-基］丙烷与磷酸反应制得.1，3-双［4-(7-氯-喹啉-4-基)哌嗪-1-基］丙烷的制备方法较多，主要有3条［4-8］，研究最多的合成路线如下:

该路线由上海医药工业研究院率先研究完成，经重庆康乐有限公司改进后用于生产中，但对产品过程中产生的杂质控制不严，纯度不够，标准不高，得不到世界主流市场的认可.张小松等［9］建立了磷酸哌喹有关物质的HPLC检查方法，并通过光照试验，证实了磷酸哌喹对光照的不稳定性和有关物质检查的必要性，方法采用Agilent-C18柱，以0.04 mol·L-1磷酸二氢钾一乙腈一三乙胺(90∶10∶0.2，用磷酸调节pH至2.5)为流动相，流速0.5 mL·min-1，检测波长230 nm，柱温25℃，但未对产生的杂质进行定量和定性研究.文献［10，13］用HPLC测定了磷酸哌喹含量，2015最新版的《中国药典》规定了磷酸哌喹质量标准［14］，但质量标准规定的有关物质中，只确认了3种已知杂质，规定单一杂质不超过0.5％，总杂质不超过2％.国际主流市场一般要求产品的有关物质小于0.1％，对大于0.1％杂质需要进行药理毒理试验，才能确定杂质的限度;因此，磷酸哌喹的我国药典标准跟先进国际标准有较大差距，需要更先进的工艺来制备高纯度的产品，达到国际先进水平.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

VANCE AV 500 MHz超导核磁共振仪(瑞士Bruker公司);ESQUIRE HTC型离子质谱仪(德国布鲁克道尔顿公司);岛津LC-20A高效液相色谱仪.

4，7-二氯喹啉、无水哌嗪、盐酸、碳酸钠、乙醇、甲醇、溴氯丙烷、磷酸、甲酸、氢氧化钠、乙晴、三氟乙酸，均为国产市售分析纯.

1.2 磷酸派喹合成

1.2.17 -氯-4-(1-哌嗪基)喹啉(A)的制备

在100 mL反应瓶中加入15 g饮用水、15 g甲醇、15 g 4，7-二氯喹啉、30 g无水哌嗪，开搅拌，开蒸汽，缓缓加热，升温至内温为60℃～75℃，回流反应5 h.反应完毕后，冷却至室温，搅拌1 h，过滤，将滤液倒入200 mL反应瓶中，加水15 g，加入盐酸调pH值为8～8.5，经复测pH值不变后，再搅拌60 min，抽滤，滤液弃去.将滤饼加入60 g饮用水，开搅拌，加入盐酸溶液调pH值为4～4.5，待固体溶解后，加入活性炭0.15 g，升温至60℃脱色30 min，过滤，滤除不溶物，滤饼弃去，滤液用8 g 30％氢氧化钠中和，将pH调至8～8.5，冷却至室温，搅拌30 min，甩滤，水洗，滤饼60℃减压干燥16 h得A，收率80％.

1.2.21 ，3-双［4-(7-氯-喹啉-4-基)哌嗪-1-基］丙烷(B)的制备

在100 mL反应瓶中加入7-氯-4-(哌嗪-1-基)喹啉10 g，95％乙醇50 g，搅拌下加入1-溴-3-氯丙烷3.2 g，碳酸钠3.2 g，继续加热至回流，反应8 h～9 h.TLC检测反应(硅胶GF254薄层板，反应液用无水乙醇稀释10倍取5 μL，展开剂为氯仿∶丙酮∶30％二乙胺水溶液=2∶2∶1(体积比)，展开距离5 cm，紫外灯254 nm检视)，7-氯-4-(哌嗪-1-基)喹啉斑点不再发生变化即达到反应终点.反应结束后降温至20℃～30℃，抽滤至干，滤饼倒入50 g水中，甲酸中和至pH5，抽滤，固体倒入40 g水中，用氢氧化钠中和至中性，抽干，70℃干燥7 h，得1，3-双［4-(7-氯-喹啉-4-基)哌嗪-1-基］丙烷(B)，收率85％.

1.2.3 磷酸哌喹的制备

在反应瓶中加入120 g纯化水，12 g哌喹二缩物，开搅拌，控温25℃～35℃，缓慢加入磷酸12 g，搅拌反应4 h，甩干，滤饼用少量冷纯化水5 g洗涤，得磷酸哌喹粗品.将粗品加入240 g纯化水中，开动搅拌，加入0.6 g活性炭脱色，加热至90℃～95℃，保温搅拌0.5 h后过滤.滤液用低温水冷却至20℃以下，搅拌析晶4 h.过滤，滤饼抽干，干燥箱中真空90℃减压干燥7 h，得成品磷酸哌喹，收率85％.

1.3 磷酸派喹结构表征

1.3.1 磷酸哌喹纯度

磷酸哌喹合成过程中，由于原料和中间体含有较多的活性基团容易发生副反应，经研究产品中残留的杂质有9种，HPLC检测方法结果如图1，图2所示，图1中1，2，3，4，6，7，8，9，10为磷酸哌喹合成中可能产生的杂质，5为磷酸哌喹，图2所示为制备的磷酸哌喹，产品纯度为99.96％.

1.3.2 磷酸哌喹结构确证

图1 磷酸哌喹HPLC杂质分离度示意图Fig.1 HPLC impurity resolution of piperaquine phosphate

图2 磷酸哌喹样品HPLC检测结果图Fig.2 HPLC determination results of piperaquine phosphate

1.3.2.1 磷酸哌喹结构式为

1.3.2.2 氢谱和碳谱测定

氢谱和碳谱测试数据如表1，表2所示.

表1 磷酸哌喹氢谱测定结果Tab.11H-NMR determination results of piperaquine phosphate

表2 磷酸哌喹碳谱测定结果Tab.213C-NMR determination results of piperaquine phosphate

1)氢谱数据解析

由表1可知，除磷酸上的活泼质子和水合质子外，1H-NMR给出9组峰，其积分比(由低场至高场)为2∶2∶2∶2∶2∶8∶8∶4∶2，共32个质子，与哌喹的质子数相符.由化学位移值、偶合常数值和各种二维谱可知:

①δ8.81(2H，d)和δ7.41(2H，d)，COSY谱表明它们为一个自旋体系，为2个三取代吡啶环上的4个质子.由其化学位移值可知，它们分别为2H7和2H6;

②δ8.25(2H，d)，δ8.18(2H，d)和δ7.75(2H，dd)，COSY谱表明它们为一个自旋体系，为2个三取代苯环上的6个质子.由其化学位移值、峰型和偶合常数值可知，它们分别为2H12，2H9和2H11;

③δ3.48(4H，s，br)和δ2.43(2H，s，br)，COSY谱表明它们为一个自旋体系，由其化学位移值和质子数可知，它们分别为4H2和H1;

④δ4.19(8H，s，br)和δ3.73(8H，s，br)，它们为2个哌嗪环上的16个质子，结合HMBC谱可知，H2(3.48 ppm)与δ51.8的仲C有远程相关关系，则δ51.8为C3，由HSQC谱可确定C3的直接相连的质子为δ3.73，即δ3.73(8H，s，br)为8H3，δ4.19则为8H4.

2)碳谱数据分析

由表2知13个峰，本品分子中含29个C，这是由本品结构的高度对称性引起的.由DEPT谱可知，本品结构中含4种11个仲C，5种10个不饱和叔C和4种8个不饱和季C，δ20～δ60为饱和C，δ100～δ170为不饱和C.

3)通过碳谱、氢谱、各种二维谱可知

①δ19.6，δ49.5，δ51.8和δ54.3:四种11个仲C，由HSQC谱可知，它们分别为C1，4C4，4C3和2C2;

②δ108.4，δ121.0，δ128.7，δ129.0和δ144.4:五种10个不饱和叔C，由HSQC谱可知，它们分别为2C6，2C9，2C11，2C12和2C7;

③δ119.4，δ140.2，δ141.1和δ162.1:四种8个不饱和季C，它们的归属可由化学位移值和HMBC谱得到:ⓐ由化学位移值可确定最高场的δ119.4的季C为2C13，它与H6(7.41 ppm)，H9(8.18 ppm)和H11(7.75 ppm)均有远程相关关系;ⓑδ140.2与H9(8.18 ppm)和H12(8.25 ppm)有远程相关关系，为2C10;ⓒδ141.1和δ162.1均与H7(8.81 ppm)和H12(8.25 ppm)有远程相关关系，为C5和C8，再结合化学位移值可知，它们分别为2C5和2C8.

1.3.2.3 质谱(MS)测定

磷酸哌喹质谱测试单位为中国药科大学分析测试中心，仪器使用Waters Q-TOF micro质谱仪，溶剂为甲醇，离子化方式为ESI(+)20 V，数据如表3所示.

本品为哌喹的磷酸盐，在溶液中以游离碱的形式存在.由表3可知，本品胺的［B+H］+和［B+2H］2+峰的质荷比分别为535和268，本品胺的分子量为534，与哌喹的分子量相符;本品胺的分子量为偶数，分子中应不含或者含偶数个N原子，上述结果与哌喹含6个N原子相符;由m/z 537的峰强度为m/z 535峰强度的2/3可知，本品应含2个氯原子(Cl)，上述结果与哌喹的结构相符.

表3 磷酸哌喹精制品的质谱测定结果Tab.3 MS determination results of piperaquine phosphate

图3 杂质分子结构式Fig.3 Formula structure of impurity

2 讨论

2.1 产品可能存在的杂质

从合成用的原料可知，第一步反应的副反应有:生成的产物A可以与原料哌嗪继续反应生成H，原料4，7-二氯喹啉在碱性中可以水解生成C;第二步产生的副反应:C可以与第二步原料反应生成D，D与A反应生成E，残留的哌嗪与溴氯丙烷生成F，F与A反应生成G，A与溴氯丙烷生成I，K缩合生成L.H，C，D，E，F，G，I，K，L结构式如图3所示.

2.2 改进措施

1)7-氯-4-(1-哌嗪基)喹啉(A)的制备，文献和专利采用的溶剂为水或异丙醇、正丁醇、乙醇并加入无机碱碳酸钠或碳酸钾，也有加入KI催化反应，升温至50.0℃，开启搅拌.再升温至回流，回流反应4 h后降温至80.0℃，停止搅拌.后处理方法有2种:第1种，反应完后静置分层，将上层哌嗪水抽出，再加水洗涤，静置分层、抽水，重复2次，直至洗液pH值为7～8，存在的问题是油层和水层常常分层不清，放置时间长，分离不彻底，残留的水中带有大量未反应完的哌嗪和其他杂质参与第二步反应而产生许多杂质，难以精制;第2种，加入二氯甲烷或乙酸乙酯进行萃取，静置分层，弃去水层，加水洗有机层，分层将有机层浓缩干，加入环己烷重结晶，得到的产品纯度较高，缺点是使用大量的有机溶剂，污染环境，提高成本.参照文献［15-16］，经改进，采用50％甲醇水溶液，产生的杂质H可以在反应过程中析出，通过过滤除去，滤液加酸析出A的盐酸盐，过滤洗涤得到纯度好的A盐酸盐.

2)二缩反应的反应条件与文献基本一致，后处理方法做了较大改进.反应完后，冷却，抽滤，固体先用95％乙醇洗涤，再用60℃的热水洗涤至水的pH为7～8，抽滤烘干即可.文中采用水和甲酸代替95％酒精，甲酸与杂质可以生成盐溶于水中，抽滤固体再用碱中和水洗至中性，可以较好地除去产生的杂质，得到中间体哌喹.

3)成盐反应，主要控制冷却速度为慢慢冷却，结晶温度为15.0℃～20.0℃，养晶时间4 h～5 h.

3 结论

1)采用甲醇和水混合溶剂反应制备A，可以除去该步反应过程中副反应产生的杂质1，4-二(7-氯喹啉-4-基)哌嗪，通过制备A的一盐酸盐可以除去其他杂质，得到较纯的中间体A;

2)中间体A盐酸盐与溴氯丙烷、碳酸钠混合，在乙醇溶剂中回流反应7 h，经酸溶碱析，可以得到质量好的哌喹;

3)哌喹与磷酸在水中反应，控制析晶和养晶温度可以得到高纯磷酸哌喹，经HPLC测定纯度达99.6％，氢谱、碳谱、质谱表征后确定为磷酸哌喹.

新的合成方法提高了产品质量，降低了原料成本，简化了操作步骤，解决了传统合成方法在反应过程中产生杂质过多的问题，可以有效降低临床药物副作用的发生，为临床提供安全有效的药物提供了保障.

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The synthesis method and structure representation of high purity piperaquine phosphate

ZHENG Qing-si，PENG Bin，HUANG Jun
(Guilin Pharmaceutical Co.Ltd.，Guilin 541002，China)

To investigate the new preparation process and testing parameters of antimalarial piperaquine phosphate，piperaquine phosphate which is determined by 1H-NMR，13C-NMR，mass spectrometry with the related substances controlled by HPLC method，is synthesized by different solvents，different reaction conditions and different reaction steps.A new piperaquine phosphate synthetic optimum process is established by a series of optimization experiments，the synthesis technology of high purity piperaquine phosphate and provided a new effective way.Determined process parameter is of a good operation and performance，and is not only low on the requirements for the equipment，but also suitable for industrialized production.

piperaquine phosphate;synthesis;HPLC;relevant material;structure representation

R914.5

A

2095-7335(2016)02-0107-06

10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2016.02.019

(学科编辑:黎娅)

2015-11-30

广西科技研究开发项目(桂科合0992033-7)资助.

郑清四，硕士，高级工程师，研究方向:化药研究开发，E-mail:zhengqs@guilinpharma.com.