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【名家案例】連續流技術合成高純度手性藥物

更新時間:2023-08-25      點擊次數:960

研究背景


Δ9-四氫大麻酚(Δ9-THC)是大麻素受體的部分激動劑,可作為精神活性作用的調節劑和免疫和抗炎作用的調節劑。它可用于治療艾滋病引起的厭食癥和化療引起的心和嘔吐。Δ8-四氫大麻酚(Δ8-THC)在體外和體內的藥效與Δ9-四氫大麻酚相當,這兩種四氫大麻酚類似物在有機合成中受到了越來越多的關注。
 

制備四氫大麻酚類似物的一個具有挑戰性的步驟是大麻二酚前體(CBD)的酸催化分子內環化。該步驟通常提供產物的混合物,其需要大量純化以獲得高純度產物。

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 圖1. 由CBD合成Δ9-THC和Δ8-THC的反應

 

格拉茨大學化學研究所,歐洲著名連續流專家C. Oliver Kappe教授研究小組在2023年4月在J. Org. Chem. 上發表了文章,從CBD高產量制備Δ9-THC和Δ8-THC的連續流合成方案,利用連續流技術精確控制對產品選擇性有關鍵影響的反應參數,該方法大大提高了反應性能,具備大規模的生產潛力。


研究過程

01

反應機理

由大麻二酚前體(CBD)合成四氫大麻酚主要有兩種途徑:

Path A:在酸性催化劑條件下,活化δ8雙鍵形成Δ9-THC;

Path B:在酸性條件下,活化δ1雙鍵形成Δ8-iso-THC;


 

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圖2. 合成Δ9-THC和Δ8-THC的反應途徑

在酸性條件下兩者都會過度反應生成更穩定的產物——Δ9-THC異構化生成Δ8-THC,Δ8-iso-THC則進一步反應生成Δ4(8)-iso-THC。該步驟通常提供產物的混合物,其需要大量純化以獲得任何純產物。因此控制反應停留時間對該反應過程十分重要。

02

釜式條件CBD環化催化劑及反應條件篩選

作者在間歇釜條件下考察了酸的種類、溫度和反應時間等反應參數對CBD酸催化環化反應的影響。

 

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圖3. 釜式條件下反應參數的篩選

 

  • 實驗研究表明,三氟化硼醚(BF3·OET2)作為CBD制取Δ9-THC的常用酸,在二氯甲烷溶劑中具有較好的轉化率和對Δ9-THC的選擇性;但是在甲苯溶劑中表現出對Δ8-THC較高的活性。

  •  隨后作者探究了三氟甲磺酸酯和金屬氯化物的催化活性,發現三氟甲磺酸三甲基硅酯(TMSOTf)和AlCl3這兩類催化劑都表現出較好的轉化率和選擇性,其中發現了AlCl3比較特殊,因為之前沒有報道用AlCl3從CBD中制備Δ9-THC。

  • 接著作者探究了負載酸試劑的應用,負載的試劑和催化劑有一個潛在的好處就是提純更簡單,結果表明與蒙脫土K10(MK10)和聚乙烯吡咯烷酮負載三氟化硼(PVP-BF3)的使用能顯著提升反應活性,獲得了較好的轉化率和選擇性。

03

選擇性制備Δ9-THC和Δ8-THC的連續流方案的開發


接下來,作者研究了在連續流中的工藝條件,從批量篩選中選出了5種反應效果較佳的酸:MK10、PVP-BF3、BF3·Et2O、TMSOTf和AlCl3。

 

3.1固定床連續流研究

對于負載酸催化劑MK10和PVP-BF3,作者采用固定床連續流構型。

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圖4. 固定床流動配置

實驗結果顯示,負載型酸催化劑沒有表現出足夠的穩定性,反應性能會隨著時間的變化而下降,固體酸的失活是限制其合成應用的一個重要缺點。

 

3.2 雙進料連續流研究

對于BF3·Et2O、TMSOTf和AlCl3催化劑,作者采用雙進料連續流裝置.

 

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圖5. 雙進料連續流配置

 

研究表明:

(1)在連續流中,BF3·Et2O催化劑的性能沒有得到顯著提升;

(2)對于TMSOTf,通過控制停留時間,在室溫下2分鐘停留時間內Δ8-THC的選擇性可以達到91%,收率達到98%;

(3)通過優化AlCl3的當量,發現提高反應溫度,在0.2當量的AlCl3下可以獲得良好的性能,在37℃和18分鐘停留時間下,反應轉化率>99%,Δ9-THC的選擇性為92%。

研究小結

  • 作者開發了從CBD的酸催化分子內環化,高收率制備δ9-THC和δ8-THC的連續流新方法;

  • 利用連續流技術精確控制反應參數,大大提高了反應的選擇性和收率;

  • 該方法克服了傳統的合成方法會產生難以純化的混合物的問題,就有良好的應用前景。