Monobactam 1是辉瑞公司开发的一款新型抗菌药物，具有独特的吡啶酮结合β内酰胺结构，可用于铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌和埃希氏菌等多种耐药革兰氏阴性菌感染的治疗。由于最初工艺的总产率仅为0.2%，为了满足进一步的临床开发及应用，辉瑞公司必须对该药物分子的工艺进一步开发。最近，辉瑞报道了一条Monobactam 1的公斤级工艺路线，让我们一起来看一看。

       图一 Monobactam 1分子结构及及其逆合成分析

       Monobactam 1的两代逆合成分析如图一所示，考虑到片段3叔丁酯在酸性条件下不稳定，在新的策略中，研究人员考虑首先构建片段14的脲键；然后片段14与3缩合构建酰胺键，并随后引入N-磺酸基团；最后脱除多个保护基即可得到目标产物Monobactam 1。

       一． 脲键的构建

       根据新的逆合成分析，研究人员首先对脲键的构建条件进行了探索。

       图二 脲键的构建

       如图二所示，研究人员首先让中间体4的加磺酸盐在磷酸钾条件下碱化游离得到4后，首先与CDI缩合得到咪唑中间体10；中间体10再与片段2缩合得到中间体7。在该步骤中，主要是要尽量控制副产物8和9的生成（图三）。经过探索，研究人员发现CDI、4和2的最佳投料比为1.5：1：1。

       图三 脲键形成中副产物8和9

       二．保护基2，4-二甲氧基苄基（DMB）和N-Boc基团的脱除

       接下来要做的工作是要探索中间体7中保护基DMB、Boc的脱除。

       图四 2，4-二甲氧基苄基（DMB）的脱除及副产物12

       在2，4-二甲氧基苄基（DMB）脱除的过程中，最主要是要避免氧化产物12的生成。经过探索，研究人员发现在过硫酸钾（4.0当量）和过量K2HPO4条件下，以2：1乙腈和水做为溶剂，70℃，可以以61%的产率得到目标产物11（纯度96.6%），单次生产规模达4公斤。

       图五 保护基Boc的脱除

       对于保护基Boc的脱除，最主要的是要防止产物14在酸性条件下分解得到副产物16。此外，副产物15的高效除去也是研究人员需要探索的。经过探索，研究人员发现在反应后可以将反应液经甲基叔丁基醚（MTBE）及硅藻土处理，可以极大限度的除去TFA，并获得更高纯度的14。使用该方法，可以以81％的收率得到3.1 kg产物14（纯度为86.5％，负载于8.2 kg硅藻土）。

       三．酰胺19的制备

       图六 酰胺19的制备

       如图六所示，研究人员探索了两条不同的路线来制备酰胺19。方案A是让片段3先形成琥珀酸酯18，然后在DMAP作用下与14的盐酸盐缩合得到目标产物19。该方案的不足之处是第二步缩合产率仅为53%，且不易于纯化，需要色谱柱分离。

       与方案A不同，方案B首先让片段3形成3,3,5-三嗪（CDMT）活化酯，然后与碱化游离的化合物14缩合得到产物19。该方案成功绕过了色谱柱分离，并将产率提升至69%。

       四．N-磺酸基团的引入

       图七 N-磺酸基团的引入

       如图七所示，在N-磺酸基团引入步骤中，主要需要解决的问题是二磺酸基副产物22的生成问题。幸运的是，研究人员发现通过MgSO4水溶液处理可以成功将副产物22转换为产物21。因此，研究人员将该反应水洗除去DMF后，加入MgSO4水溶液剧烈搅拌1小时，可以以87%的产率得到中间体21，单次生产规模达2.3公斤。

       五．Monobactam 1的最终合成

       图八 Monobactam 1的最终合成

       如图八所示，研究人员在最终脱除保护基团制备目标产物Monobactam 1的过程中尝试了3中方法：其一是现在酸性条件下脱除Boc及叔丁基，但进一步催化氢化脱除苄基未获得成功；其次，研究人员首先在催化氢化下脱除苄基，然后在酸性条件下脱除Boc及叔丁基，但不足的是酸性脱除Boc及叔丁基的过程中会产生多种杂质；因此，研究人员又探索了三氯化硼催化条件，幸运地发现在该条件下可以同时高效脱除Boc、叔丁基及苄基。

       小结

       除上述路线探索，研究人员对最终产物的结晶工艺及晶型的稳定性进行了探索。改进后的工艺，可以公斤级制备高纯度的抗菌药物分子Monobactam 1，这位该分子进一步的临床开发及临床应用提供了强有力的保障。

       参考文献：

       1. Enabled Process To Synthesize Monobactam 1 for Early Development，2019；

       2. Preparation of Monobactams for the Treatment of Bacterial Infections. WO2012073138；

       3. Process Development for the Synthesis of Monocyclic βLactam Core 17. 2018.

       作者简介：云天，药物化学博士，主要从事小分子药物研究，尤其擅长小分子药物的合成工艺及后期药物开发研究，已完成多个抗癌药物分子的合成和活性评估。