1、三类新药苯甲酸阿格列汀绿色合成工艺及新晶型的研究项目总结报告一、项目概况1.1 项目名称：三类新药苯甲酸阿格列汀绿色合成工艺及新晶型的研究1.2 立项时间：2015-041.3 项目编号：BY2015070-091.4 项目负责人：孙柏旺（13645180627）1.5 合作企业：常州四药制药有限公司1.6 经费情况：省拨款 30W，自筹 15W 1.7 主要研究内容：苯甲酸阿格列汀原料药的制备。根据原研专利进行反应条件的优化，实现原料药的收率及纯度达到工业化的要求。苯甲酸阿格列汀绿色合成工艺路线的开发，实现反应条件温和，操作简单易行，工业三废的排放达到国家标准。研究阿格列汀，苯甲酸阿格列汀及
2、其他盐型的多晶型。研究所得到的阿格列汀系列多晶型的药学性质并筛选出最适合的晶型。二、项目实施情况序号 时间 考核指标1 2015.07 2015.12 1）苯甲酸阿格列汀相关研究资料的文献综述;2）挑选数条合适路线，就反应体系、反应时间、反应后处理的难易程度进行考察，筛选出合适的路线。2 2016.01 2016.06 将筛选出的路线进行工艺优化，并针对中试放大进行条件考察，通过液相纯度，手性纯度等关键数据来确定最适合的合成路线以及工艺参数。3 2016.07 2016.12 按照之前摸索的最佳处方进行放大试验，并进行工艺验证。4 2017.01 2017.06 1）通过不同的溶剂体系，不同的
3、物料配比，以及不同的结晶方法通过粉末衍射和单晶衍射对盐型进行表征。对其关键性能指标比如溶解度，稳定性性等进行表征。 2）整理相关资料，完成结题工作。项目已经完成，达到了合同要求的各项指标，经费执行符合合同的预算。三、项目技术情况3.1 研究方法及技术路线3.1.1 研究方法以 6-氯 -3-甲基尿嘧啶为起始原料的亲核取代反应，得到重要中间体 1，然后再以此为原料经过第二次取代反应得到 BOC 保护的阿格列汀，再通过脱BOC，和苯甲酸成盐，得到苯甲酸阿格列汀终产品。第一步亲核取代反应：通过尝试不同的体系，考察反应溶剂体系对产物溶解性以及反应温度对反应进程的影像；考察不同的有机碱（三乙胺，三正丁胺
4、，二异丙基乙胺，叔丁醇钾等）和无机碱（碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠）对反应的催化效果；考察不同的后处理方法，柱层析、打浆，重结晶等方法对反应收率以及纯度的影响。第二步亲核取代反应：以 2-(6-氯-3 甲基-2,4-二氧代-3,4-二氢-2H-嘧啶-1-基甲基)-苄腈作为起始原料，通过考察不同的有机碱对反应的催化效果以及考察不同的后处理方法对反应的收率，纯度（包括光学纯度）的影响。第三步脱 BOC 保护：通过考察不同的体系，包括三氟乙酸/二氯甲烷体系，盐酸/乙醚等常用的脱 BOC 的体系来考察，反应时间，反应温度，以及后处理的难易程度对工艺开发的影响。第四步：苯甲酸阿格列汀成盐工艺：通过考察阿格列
5、汀以及苯甲酸在有机溶剂的溶解度，选择一种或几种有机溶剂的混合体系使之达到对苯甲酸阿格列汀溶解效果差，对阿格列汀和苯甲酸有较高溶解度的体系，通过这样的体系选择，可以获得纯度尤其是光学纯度符合要求的原料药。制备光学纯度符合要求的(R)-3-Boc-氨基哌啶：通过文献调研，(R)-3-Boc-氨基哌啶的合成方法主要有两种方法，手性催化加氢，以及拆分的方法。不对称的加氢反应，主要通过考察不同的金属催化剂，不同的手性配体，以及加氢温度，压力等因素来考察不对称还原的效果。拆分的方法通过考察不同的拆分试剂，不同的溶剂体系，温度以及搅拌速度等因素来考察拆分效果，需要对反应收率，光学纯度及操作难易程度进行综合性
6、评价阿格列汀自由碱及其盐的多晶型研究1）用实验室常用溶剂，如甲醇，乙醇，乙腈，丙酮，异丙醇等对阿格列汀自由碱进行晶体培养，单晶衍射确定其晶型，并对各种自由碱晶体的溶解度，稳定性及相互转化关系进行综合考察。2）选用各种无机酸及有机酸，如盐酸、硫酸、琥珀酸等与阿格列汀自由碱形成盐或者共晶，并用相同方法对其盐类进行晶型培养，单晶衍射确定其晶型，或者用粉末衍射的方法进行确认，对各种盐或者共晶的溶解度，稳定性及相互转化关系进行综合考察。3.1.2 技术路线1）工艺开发：在对苯甲酸阿格列汀原研公司的专利，以及相关的合成文献中，筛选出几条路线，通过实验室小试对反应体系，反应时间，反应后处理的难易程度，以及是
7、否适合中试放大进行考察，并通过液相纯度，手性纯度等关键数据来确定最适合的合成路线以及工艺参数。2）按照前面摸索的最佳处方进行放大试验，并进行工艺验证。3）阿格列汀自由碱及其盐的多晶型研究：通过不同的溶剂体系，不同的物料配比，以及不同的结晶方法通过粉末衍射和单晶衍射对盐型进行表征。对其关键性能指标比如溶解度，稳定性性等进行表征。3.2 重点解决的关键性技术问题 （1）苯甲酸阿格列汀原料药合成工艺 开发出了一条适合于苯甲酸阿格列汀两步亲核取代反应的绿色环保的工艺路线，反应每一步收率都达到了85以上。 手性中间体(R)-3-Boc-氨基哌啶的合成工艺开发，满足了ee值大于99.5%，符合国内药用中间
8、体的使用要求。 成盐工艺改进后，终产品的纯度达到99.5%，未知杂质不大于0.1%。 （2）通过不同的结晶工艺，筛选 52 种不同的酸和阿格列汀碱基的成盐情况，通过一系列的评价手段，优选了对甲基苯甲酸和对硝基苯甲酸的阿格列汀的新盐型。3.3 项目的突破性进展己创新点（1）本项目在坚持绿色安全的理念下，开发出了一种具有自主知识产权的苯甲酸阿格列汀原料药工业化合成方法，符合国内原料药的申报要求，并且实现了尽可能少的工业三废。（2）药物晶型的研究对药物早期研究与开发具有重要意义，项目系统性地对阿格列汀与52种不同酸形成的盐，进行了晶型和药学研究，通过一系列的表征及体外溶出的测试，优选了对甲基苯甲酸阿
9、格列汀，作为后续研究和开发的对象，为避开化合物专利保护打下了坚实的基础。（3）本项目所制备的苯甲酸阿格列汀纯度很高，样品的实测值99.8%，可减少患者不良反应发生的几率。 四、合同任务指标完成情况4.1 苯甲酸阿格列汀合成路线的文献调研：提供相应的文献资料，目前该项条款已经完成，向常州四药提交了相应的文献资料。4.2 苯甲酸阿格列汀合成工艺研究：提供苯甲酸阿格列汀的实验室合成工艺研究方案，目前该条款已经完成，向常州四药提交了相应的实验资料。4.3 完成了对阿格列汀的新盐型的筛选工作，并优选了新的盐型供后续开发使用。4.4 苯甲酸阿格列汀的工艺验证：提供 100 克级苯甲酸阿格列汀实验室合成工艺
10、，路线的总收率不低于 80%，产品的纯度大于 99.5%，单杂小于 0.1%，符合 CFDA 规定的原料药的一般要求，并且能够实现工业化，目前该条款已经完成，协助常州四药完成了苯甲酸阿格列汀的工艺验证及新药的申报工作，该项目已经申报至国家食品药品监督管理局。4.5 该项目申请专利一篇，发表 SCI 论文两篇，培养了一名博士，两名硕士。五、项目绩效分析本项目的研究目的在于一方面，以6-氯-3-甲基尿嘧啶为原料，在已知路线的基础上进行生产工艺的优化，得到一条苯甲酸阿格列汀绿色的工业合成路线，提高原子利用率，减少工业三废的排放；另一方面，筛选得到相对稳定的晶型作为原料药晶型，辅助合作企业完成关于苯甲
11、酸阿格列汀的相关新药申报工作，为广大遭受糖尿病痛苦的患者提供更多的希望。 目前，已公开的苯甲酸阿格列汀的制备方法或多或少存在一定的缺陷。其中，根据原研公司武田药品工业株式会社公开的相关研究专利所得的路线，主要缺点在于反应过程中要用到氢化钠，试剂的无水要求较高，同时要用到碘甲烷，为剧毒，在第一步会有副产物生成，难以除去，且会进一步生成其他副产物。而其余路线则存在步骤较多，收率低的缺点，且由于需要采用手性中间体（R） -3-氨基哌啶，提高了工业生产成本而没能得到广泛的应用。 因此，苯甲酸阿格列汀的绿色工业路线的研制以及多晶型的研究为糖尿病患者带来了新的福音，对推动经济社会的进步有着不可忽视的作用。
12、 我国糖尿病治疗药物市场份额主要被外资、合资企业所主导，尤其是德国拜耳公司的阿卡波糖，长期占据着国内糖尿病用药的头把交椅。而近几年来，新靶点的降糖药物上市对传统口服降糖药造成一定的冲击，尤其是GLP-1、DPP-4类药物。这些药物在一定程度上减轻了心血管疾病的并发现象，它们的原研公司绝大部分仍是传统的药业巨头。苯甲酸阿格列汀作为DPP-4类中的新成员，然而苯甲酸阿格列汀已知的路线或多或少存在一定的缺陷，包括杂质种类和含量的控制，以及工业三废的排放。因此，阿格列汀的工艺路线优化以及多晶型的研究势在必行。本项目最终目的是为了得到苯甲酸阿格列汀绿色的工业合成路线以及最稳定的晶型，从而实现产业化生产，
13、对缓解我国的糖尿病现状，促进经济发展，社会进步有着长久的影响。在设计、选择口服降糖药时，除了使血糖降至接近正常水平，还需要综合考虑不同药物的潜在副作用。礼来、赛诺菲-安万特、武田制药等药业巨头纷纷将目光转移到研制新型靶点，尤其是DPP-4及GLP-1的药物上。新型DPP-4类药物苯甲酸阿格列汀，从源头上避免了传统抗糖尿病药物副作用，不会导致低血糖、恶心、呕吐、体重增加，其心血管安全性有研究数据的支撑，更具有说服力。而对其多晶型的探究，可以更深入的了解不同晶型的溶解度、溶出速率与血药浓度和生物利用度的关系，提高用药的有效性和安全性。六、存在问题、有关建议及下一步研究设想本项目在仿创相结合理念指导
14、下，共分为苯甲酸阿格列汀工艺开发-质量研究，新盐型的开发两大部分。在苯甲酸阿格列汀工艺开发阶段，在对苯甲酸阿格列汀的合成路线深入研究后，选择了合适的路线进行开发，产品纯度可以达到 99.90%以上。在后续的质量研究方面，首先研究了苯甲酸阿格列汀相关的理化性质，进行了相关性状的检查与对比，选取了引湿性、溶解度、熔点、比旋度四个项目，针对苯甲酸阿格列汀的结构特点，采用了紫外分光光度法和高效液相色谱法进行鉴别和对比试验。在检查项目的实验中，主要涉及晶型的判定，采用了差示扫描量热法进行间接判断。所有结果都显示自制样品各项指标都和原研样品一致。有关物质检查共研究了 9 个有关物质，破坏性试验中，通过设计
15、比较完整的强制降解试验，比较全面地了解苯甲酸阿格列汀的稳定特性，为制剂处方、工艺的设计以及产品储存条件的确定等提供有益的参考，也为原料药苯甲酸阿格列汀的后续申报工作打下了坚实的基础。在工艺开发阶段，主要存在的问题如下：工艺开发阶段，重点研究了从起始原料到成品的过程控制，忽略了起始原料的质量控制，可能会导致在后续产品生产过程中，出现杂质不可控等严重影响产品质量的因素；质量研究过程中，我们所使用的生产规模相对较小，对于质量研究方面代表性不足。后续的工作将主要集中在协助企业完善苯甲酸阿格列汀的工艺开发，针对不完善的方面，例如：起始物料的的杂质研究，起始物料的工艺稳定性研究，起始物料引入的杂质的追踪，
16、以及放大生产涉及的各种工艺参数对产品质量的影响等。同时，还将开展和原研产品的全面的对比研究，不仅仅局限于各个国家公布的药品标准。立足于仿产品，而不是仿标准的理念下，全面完善苯甲酸阿格列汀原料药的开发工作。新盐型开发方面，筛选了 52 种不同的酸和阿格列汀碱基，得到了 5 个新的盐型，通过核磁进行了结构确认，并对其性质进行了研究。通过 DSC/TGA 联用，考察了阿格列汀碱基在结合各种不同酸后的相关热力学表现，五种新的盐型的热力学性质，差别不大。在影响因素实验中采用了更激烈条件进行测试，当使用对硝基苯甲酸和对甲苯甲酸时，新盐型的杂质水平在高温，高湿和强光照等条件下都相对较好。最后进行的体外溶出度测试中，通过对比整条溶出曲线，优选了新的盐型进行后续开发。在盐型开发方面，同样也存在一些不足的方面，例如：盐型开发过程中，所选用的酸的样本较少，筛选工作不够完善，理论上酸和阿格列汀碱基都应该可以形成新盐或者是共晶；只是针对新盐的化学性质进行了测试，而药物释放，吸收及代谢情况等并没有涉及，因此新盐型的开发评价方法不够全面。在后续的研究过程中，需要扩大酸的样本数，仔细考察每一种酸和药物形成盐的性质；同时还需要引入生物学评价：体外评价以及体内药物动力学和药效动力学等，全面完善新盐型的开发工作。
