N-乙酰-L-半胱氨酸合成工艺优化_金鑫.pdf

收稿日期:2022-07-21;修订日期:2022-08-05。第一作者简介:金鑫(1977 )，男，汉族，浙江金华人，高级工程师，主要从事化药开发，E-mail:1515940 qq com。通信联系人:秦娜，工程师，E-mail:qinna555163 com。合成化学，2023，31(3)，238 243Chin J Syn Chem 2023，31(3)，238 243http/hchxcioc com研究简报N-乙酰-L-半胱氨酸合成工艺优化金鑫，郑喆，秦娜*，郑汉赟(浙江金华康恩贝生物制药有限公司，浙江 金华321016)摘要:目前 N-乙酰-L-半胱氨酸工艺在碱性条件下进行，该条件对原料 L-半胱氨酸有一定的降解作用，从而影响收率。本文对乙酰半胱氨酸合成工艺进行了优化，在近中性的条件下进行乙酰化反应，大幅度地降低了无机盐的产生，同时提高了产品质量与收率。本合成工艺乙酰半胱氨酸液相纯度达 99 89%，收率 84 32%，炽灼残渣为 0 06%，产品质量良好。该工艺全程秉持安全、环保和卫生观念，使用水作为溶剂，具有除杂效果好、操作简单、反应条件温和、产品纯度好和收率高特点，适合工业化生产。关键词:乙酰半胱氨酸;合成;工业化;酰化;原料药中图分类号:TQ463文献标志码:ADOI:10 15952/j cnki cjsc 1005-1511 22114Optimization of Synthesis Process of N-acetyl-L-cysteineJIN Xin，ZHENG Zhe，QIN Na*，ZHENG Hanyun(ZHEJIANG JINHUA CONBA BIO-PHAM CO，LTD，Jinhua 321016)Abstract:The synthesis of acetylcysteamine is generally carried out under alkaline conditions It af-fects the N-acetyl-L-cysteine s yield because the raw L-cysteine is unstable under these conditionsWe reported the optimized synthesis process of acetylcysteine The acetylation reaction was carried outunder nearly neutral condition，which greatly reduced the generation of inorganic salts，and improvedthe product quality and yield The liquid phase purity of acetyl cysteine was 99 89%，the yield was84 32%and the burning residue was 0 06%The whole process adhere to the concept of safety，en-vironmental protection，health，the whole process using water as a solvent，with good impurity removaleffect，simple operation，mild reaction conditions，good product purity，high yield，suitable for indus-trial productionKeywords:acetylcysteine;synthesis;industrialization;acylation;bulk drug乙酰半胱氨酸(acetylcysteine，NAC)为黏液溶解剂，具有较强的黏痰溶解作用。其分子中所含的巯基能使痰液中糖蛋白多肽链中的二硫键断裂，从而降低痰液的黏滞性，并使痰液化而易咳出。本品还能使脓性痰液中的 DNA 纤维断裂，因此不仅能溶解白色黏痰，也能溶解脓性痰。对于一般祛痰药无效的患者，使用本品仍可有效。因此，乙酰半胱氨酸的合成具有重要的意义。据资料显示，乙酰半胱氨酸的生产目前主要有以下三个生产路线:路线 1:以 L-胱氨酸为原料合成1，先将 L-胱氨酸溶解在氢氧化钠溶液中变成胱氨酸钠盐，再用酰化剂2，如乙酸酐乙酰化3 生成 N-乙酰-L-胱氨酸的钠盐。再加锌粉还原或用电还原方法将其还原成 N-乙酰-L-半胱氨酸的钠盐，最后调酸得到 N-乙酰-L-半胱氨酸。该路线最终收率只有图 1乙酰半胱氨酸合成路线 1Figure 1Acetylcysteine synthesis route 1图 2乙酰半胱氨酸合成路线 2Figure 2Acetylcysteine synthesis route 2图 3乙酰半胱氨酸合成路线 3Figure 3Acetylcysteine synthesis route 330%50%(图 1)。路线 2:以半胱氨酸盐酸盐一水物为原料合成，采用四氢呋喃4 5，DMF 等作为溶剂，经醋酸钠6 等试剂中和后使用乙酰氯或乙酸酐作为酰化剂5，7，进行酰化反应，后根据不同后处理得到最终产品 乙酰半胱氨酸。该路线在反应过程后处理中会大量使用有机溶剂如三氯甲烷、吡啶5 和四氢呋喃等，工艺路线复杂8(图 2)。路线 3:以半胱氨酸盐酸盐一水物为原料合成，采用水作为溶剂，经氢氧化钠调节 pH 至 11以上9，使用乙酸酐作为酰化剂，进行酰化反应，后调盐酸根据不同后处理得到乙酰半胱氨酸。该路线由于加入大量氢氧化钠，最终会产生大量的氯化钠。这在产品炽灼残渣和废水处理方面一直是一个难点(图 3)。本文以路线 3 的合成路线为基础，针对目前报道的乙酰半胱氨酸合成工艺收率低4，9、无机固废多9、操作繁琐10、反应溶剂毒性大7 和反932第 3 期金鑫等:N-乙酰-L-半胱氨酸合成工艺优化图 4乙酰半胱氨酸合成路线 4Figure 4Acetylcysteine synthesis route 4应条件苛刻11 等问题，以 L-半胱氨酸盐酸盐为原料，全程使用水作为溶剂12，在反应液调节为弱碱性-弱酸性溶液13 之后，与乙酸酐进行乙酰化14 反应，通过蒸出反应体系中生成的醋酸，再次调碱反应，以控制反应体系中碱的用量并使乙酰化过程中产生的副产物转化为目标产物15 16，继而使用盐酸调节 pH 析晶得到目标产物粗品，精制后得到成品。由于反应体系在弱碱性-弱酸性溶液中，且蒸出乙酰化过程产生冰醋酸，因此投入反应的氢氧化钠可减少 1/3，收率也根据工艺的改进有适当的提升。同样的，近中性环境可有效抑制原料 L-半胱氨酸在碱性环境下的降解，避免杂质的增多;并在反应过程中通过工艺操作可有效转化杂质 N，S-二乙酰半胱氨酸为乙酰半胱氨酸，降低杂质的同时提高产品收率。具体合成路线见图 4 所示。1实验部分1 1仪器与试剂DF-101s 型集热式恒温加热磁力搅拌器(巩义市予华仪器有限责任公司);502B 型旋转蒸发器(上海申生科技有限公司);Acquity h，UPLCClass PDA 型超高效液相色谱仪(waters);S220 型酸度计(梅特勒);MP70 型熔点仪(梅特勒);MCP500 型旋光仪(安东帕)。L-半胱氨酸盐酸盐一水物(食品级，峨眉山市龙腾生物科技有限公司);高纯氮气;氢氧化钠(CP);乙酸酐(A);盐酸(A);液相标准对照品(胱氨酸(杂质 A)，乙酰半胱氨酸(中检院提供);L-半胱氨酸(购于 SIGMA 公司);乙酰半胱氨酸杂质 C，乙酰半胱氨酸杂质 D(欧洲药典标准官方对照品)。用于液相检测定位。1 2合成(1)解离反应反应瓶中加入120 0 g 质量分数为50%的 L-半胱氨酸盐酸盐一水物的水溶液(含 L-半胱氨酸盐酸盐一水物 60 0g)，氮气置换三次。向溶液中滴加 30%的氢氧化钠溶液调节 pH=8。(2)酰化反应向反应液中滴加 34 9g 乙酸酐(反应体系中半胱氨酸和乙酸酐的物质的量之比为 1 1)，控制体系温度小于 60，乙酸酐滴加时间 60 min，滴加结束后 80 保温搅拌 0 5 h。(3)副产物转化控制反应瓶中内温 50 60，真空度 0 08MPa，开始浓缩出水和醋酸，浓缩至干后加 90 0 g水溶解，在向反应液中滴加 30%的氢氧化钠溶液调节 pH=6，然后在80 下继续保温搅拌1 h，取样液相检测反应终点。(4)粗品析晶将反应液降温到 20，加入 36%的盐酸调节 pH=1 8，再降温至 0 5，搅拌至结晶完全，将结晶液过滤，晶体干燥得 N-乙酰半胱氨酸粗品52 0 g，收率 93 29%。(5)粗品精制将干燥后的粗品 52 0 g，加入 60 0 g 纯化水，搅拌加热至50 溶解，再降温至0 5 析晶2h，过滤，干燥得N-乙酰半胱氨酸47 0g，收率042合 成 化 学Vol 31，2023表 1产品质量检测结果Table 1The results of product quality外观结果标准CPUSP熔点108 109 104 110/比旋度+25 3+21 0 +27 0+21 0 +27 0酸度2 11 5 2 52 0 2 8纯度99 89%99 50%99 50%含量100 70%98 00%102 00%98 00%102 00%炽灼残渣0 06%0 10%0 50%表 2各步骤液相纯度Table 2The purify of each step(HPLC)步骤原料(杂质 B)NAC杂质 A杂质 C杂质 D解离反应后98 69%/1 03%/乙酰化反应后4 15%63 58%0 042 4426 93%副产物转化后0 93%96 26%/1 380 26%粗品0 05%99 51%/0 050 03%*备注:杂质 A:L-胱氨酸;杂质 B:L-半胱氨酸;杂质 C:N N-二乙酰-L-胱氨酸;杂质 D:N S-二乙酰半胱氨酸。表 3不同 pH 条件下产品质量情况Table 3The quality in different pH序号解离 pH30%NaOH 溶液总用量/g产品纯度杂质 D含量炽灼残渣总摩尔收率无机盐产生量/g111 6136 699 57%0 07%0 37%74 81%60 0210 0114 699 66%0 06%0 15%77 66%50 238 082 099 89%0 00%0 06%84 32%36 046 071 099 76%0 03%0 05%83 06%31 190 38%，总收率为 84 32%。2结果与讨论2 1产品检测结果分析由表 1 可知，本工艺合成的乙酰半胱氨酸熔点在 108 109 之间;比旋度为+25 3;酸度按药典标准配样后，经酸度计检测为 2 1;纯度为99 89%;含量 100 70%;炽灼残渣为 0 06%;各指标均达到了中国和美国药典的标准，产品质量良好。2 2各步骤反应液及粗品液相结果分析由表 2 数据可以看出，原料 L-半胱氨酸在乙酸酐加毕后大部分转化为乙酰半胱氨酸和 N，S-二乙酰半胱氨酸(杂质 D)，经后续反应与调碱后，在加热条件下，原料与副产物杂质(如 N，S-二乙酰半胱氨酸)基本完全转化为目标产物乙酰半胱氨酸，到反应终点后乙酰半胱氨酸纯度达到了96 26%，转化率极高。由此可看出在反应过程中，反应液中的大部分杂质，如 N，S-二乙酰半胱氨酸可有效转化为乙酰半胱氨酸，降低杂质的同时提高了产品收率。2 3解离 pH 的选择分析在氮气的保护下，使用 30%的氢氧化钠溶液分别调节反应液 pH 为 11 6、10、8 和 6，其他条件同合成方法。其中第 1 组实验为文献报道的解离pH10，反应终点pH=6，不需要第二次调碱。142第 3 期金鑫等:N-乙酰-L-半胱氨酸合成工艺优化表 4第二次调碱 pH 对产品的影响Table 4The eff