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第六章 紫杉醇生产工艺电子教材

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95 第六章 紫杉醇的生产工艺

6.1 概述

6.1.1 紫杉醇类药物

1、紫杉醇

紫杉醇（Paclitaxel，Taxol®）的化学名称为5,20-环氧-1,2,4,7,13-五羟基-紫杉-11-烯-9-酮-4-乙酸酯-2-苯甲酸酯-10-乙酰基-13- [(2′R,3′S) -N-苯甲酰基-3′-苯基异丝氨酸酯]。

紫杉醇具有复杂的化学结构，属三环二萜类化合物，整个分子由三个主环构成的二萜核和一个苯基异丝氨酸侧链组成（图6－1）。分子中有11个手性中心和多个取代基团。

2、多烯紫杉醇

多烯紫杉醇（多西他赛，Docetaxel，Taxotere®，图6－2）是一种紫杉醇类似物，两者仅在母环10位和侧链上3 位上的取代基略有不同。

3、临床应用

紫杉醇被誉为是随机筛选药物的成功范例。

紫杉醇具有独特的抗癌机制，其作用靶点是有丝分裂和细胞周期中至关重要的微管蛋白。紫杉醇与β微管蛋白N端第31位氨基酸和217－231位结合，能促进微管蛋白聚合而形成稳定的微管，并抑制微管的解聚，将细胞周期阻断于G2/M期，从而抑制了细胞的有丝分裂，最终导致癌细胞的死亡。多烯紫杉醇与紫杉醇有相同的作用机制，但抑制微管解聚、促进微管二聚体聚合成微管的能力是紫杉醇的两倍。紫杉醇1992年12月被美国FDA批准用于治疗晚期卵巢癌。1998年和1999年，FDA又分别批准半合成紫杉醇与顺铂联合使用作为治疗晚期卵巢癌和非小细胞肺癌的一线用药。2004年FDA批准白蛋白修饰的紫杉醇，降低毒性，提高疗效。

6.1.2 紫杉醇的生产工艺路线

1、天然提取工艺路线

紫杉醇的来源最初以天然提取为主，主要是从由红豆杉属（Taxus）植物的树皮中分离图6－1 紫杉醇的化学结构 OHO18C6H5OOC6H5CONHC6H5COOCH3COOOOCOCH3HOOH71310116171'2'3'1214245689111531920

95 HOCH3OCOOHOAcOHOOPhCOOHOCH3OCOOHOHOHOOPhCOO

巴卡亭Ⅲ 10-去乙酰基巴卡亭 Ⅲ

图6－4 巴卡亭Ⅲ 和10-去乙酰基巴卡亭Ⅲ的化学结构式 得到。

2、生物合成工艺

目前，已有前体饲喂、添加诱导子、两相培养等技术在红豆杉细胞培养中相继使用。在进一步研究紫杉醇的生物合成途径与调控、规模反应器放大规律的基础上，提高生产率，增加经济可行性，使得细胞培养过程被认为是相当有潜力的路线。

3、化学全合成工艺路线

1994年，紫杉醇的全合成在实验室获得成功。到目前为止，文献报道的紫杉醇的全合成路线共有3条，即1994年由Holton和Nicolaou研究组几乎同时完成的2条路线以及1996年Danishefsky小组报道的路线。

（1）Holton路线

该路线的策略是A→AB→ABC，又称为线性合成路线。以倍半萜化合物（pachioulene

oxide, 商品名Pachino）为起始化合物，它具有与天然紫杉醇一致的C1-和C19-CH3构象。通过片段反应生成B环，进而合成六元环。

（2）Nicoloau路线

该路线策略是先通过Diels-Alder反应合成A环和C环，再通过McMurry反应合成八元B环，得到ABC三环化合物，所也被称为会聚式路线。

（3）Danishefsky路线

该路线与Nicoloau路线的策略基本相同。较早阶段引入四元氧环（D环），再将含有A和C、D环片段连接，最后合成八元B环。

4、半合成工艺路线

红豆杉植物中除紫杉醇外，还有大量母环结构与紫杉醇类似的化合物，其中，最重要的是巴卡亭Ⅲ（Baccatin Ⅲ）和10-去乙酰基巴卡亭Ⅲ（10－Deacetylbaccatin Ⅲ，10－DAB）（图6－4）。从它们出发，可以通过半合成方法来生产紫杉醇。

紫杉醇的半合成过程，就是以天然存在的紫杉醇母环结构类似物巴卡亭Ⅲ和10-DAB为基本原料，在其C-13位接上化学合成的侧链，以此制备紫杉醇的方法。

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6.2 紫杉醇的侧链原料制备工艺

紫杉醇分子由一个二萜母环和一个苯基异丝氨酸侧链组成，因此半合成紫杉醇的原料分为母环和侧链两部分。在半合成过程中，紫杉醇二萜母环上的基团及其立体化学特征可以完全来自于原料巴卡亭Ⅲ和10-DAB，这样，紫杉醇的半合成过程实际上归结为在二萜环上连接具有活性结构的苯基异丝氨酸侧链的问题。

半合成紫杉醇的侧链大致分为非手性侧链、手性侧链和侧链前体物三大类。

6.2.1 非手性侧链制备工艺

这类侧链与紫杉醇的侧链有一定的差别，主要是没有立体化学特征，常用的是一些肉桂酸类化合物如反式的肉桂酸等。利用非手性侧链合成紫杉醇时，先把侧链连接到二萜母环上，然后进行立体控制的化学反应，产生紫杉醇的手性侧链结构，典型例子是肉桂酸成酯法。

6.2.2 手性侧链制备工艺

半合成紫杉醇时使用的手性侧链是2R,3S-苯基异丝氨酸衍生物。预先合成这种手性化合物，然后再与二萜母环连接来制备紫杉醇，这是半合成紫杉醇研究中探索最多的一种方法。

6.2.3 侧链前体物制备工艺

侧链前体物通常是一些环状结构，在与紫杉醇母环的连接过程中前体物开环，产生所需要的立体构型。环状侧链前体物在紫杉醇的合成中具有明显的优势，常用的环状侧链前体有－内酰胺型、噁唑烷羧酸型、噁唑啉羧酸型和噁嗪酮型等。

6.3 紫杉醇半合成工艺过程与质量控制

6.3.1 紫杉醇半合成工艺流程

半合成紫杉醇的过程可依反应顺序大致划分为三个阶段：合成紫杉醇的侧链（或前体物）、选择性保护母环巴卡亭III或10-DAB、使侧链与母环发生酯化反应并去除保护基，最后可得到紫杉醇。图6－12给出了半合成紫杉醇的工艺流程。

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7-(三乙硅基)-巴卡亭III 过滤、重结晶、真空干燥 羟基乙酸 乙酰氯 二氯亚砜

催化反应、回流、蒸馏 对氨基苯甲醚 苯甲醛

乙酰氧基乙酰氯 亚胺

反应、洗涤、过滤、柱层析、重结晶

3-乙酰氧基-4苯基-1-对甲氧苯基-2-吖叮啶酮（基础环）

氧化反应、洗涤、过滤、柱层析、重结晶

3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮（氧化环）

碱性水解、萃取、浓缩、层析、结晶

3-羟基-4苯基-2-吖叮啶酮（水解环） 三乙基氯硅烷

反应、萃取、干燥、结晶

3-(三乙基硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮（硅化环） 苯甲酰氯

反应、洗涤、干燥、柱层析、重结晶

1-苯甲酰基-3-（三乙基硅基）-4苯基-2-吖叮啶酮（对接环）

巴卡亭III

反应、洗涤、浓缩、

过滤、柱层析、重结晶

对接反应、有机相浓缩、

柱层析、分离纯化 三乙基氯硅烷

2?,7-双(三乙硅基)紫杉醇

氢氟酸、吡啶、乙腈中水解

浓缩、干燥、柱层析、重结晶

紫杉醇粗品

纯化、检验

紫杉醇

图6－12 半合成紫杉醇的工艺流程

95 6.3.2 β-内酰胺型侧链前体的制备与质量控制

1、乙酰氧基乙酰氯的制备

CH3COOCH2COClCH3COOCH2COOHPyridineCH3COClHOCH2COOHSOCl2

在10L耐酸反应罐中，羟基乙酸:乙酰氯:二氯亚砜为1:3:3。第一步反应温度控制60℃，第二步反应温度控制70℃；总收率达83%。

2、N-苯亚甲基-4-甲氧基苯胺（亚胺）的制备

CHOOMeH2N+CHNOMeMeOH

两种原料在甲醇中混合、搅拌，室温下反应4h。收率大于90 %。

3、cis-1-对甲氧基苯基-3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮（基础四元环）的制备

NCH3COPhC6H4OCH3OOCHC6H5NC6H4OCH3+Et3NCH3COCH2OCOClCH2Cl2

在5 L反应器中，投料比亚胺:乙酰氧基乙酰氯:三乙胺为1:2:3，低温（<-20℃）条件下，反应8~10 h。收率达60%。

4、cis-3-乙酰氧基-4-苯基-2-吖叮啶酮（氧化四元环）的制备

(NH4)2Ce(NO3)6NOPhCH3COC6H4OCH3OCH3CN/H2ONHOPhCH3COO

在5 L反应器中，投料比基础四元环:硝酸铈铵为1:5（质量比），收率达90%。

5、cis-3-羟基-4-苯基-2-吖叮啶酮（水解四元环）的制备

95 NaHCO3(sat.)MeOHNHPhOHONHCH3COPhOO

在5 L反应器中，投料比四元环:硝酸铈铵为1:3（摩尔比），溶剂为饱和碳酸氢钠-甲醇溶液。室温下反应，收率达85%。

6、cis-3-(三乙硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮（硅化四元环）的制备

NHPhOHO+TESClNHPhOTESOPyridineTES = Et3Si

在5 L反应器中，投料比水解四元环:三乙基氯硅烷为180 g:250 mL。室温下反应8~12 h，收率达85%。

7、cis-1-苯甲酰基-3-(三乙硅基)-4-苯基-2-吖叮啶酮（对接四元环）的制备

在5 L反应器中，投料比四元环:苯甲酰氯:三乙胺为2g:1 mL:2 mL。室温下反应8~12 h，收率大于>90%。

6.3.3 母环原料的保护与质量控制

1、巴卡亭III的保护

Baccatin IIIOHOAcOHOOOOHOOCH3OPhEt3SiCl/Py7-TES-Baccatin IIIOHOAcOHOOOOTESOOCH3OPh

+Et3N, DMAPCH2Cl2NPhOTESOPhONHPhOTESOPhCOCl

95 在1 L反应器中，投料比巴卡亭III:三乙基氯硅烷:吡啶为1g:12 mL:50 mL。室温下反应10~12 h，收率达95%。

2、10-去乙酰基巴卡亭III的选择性保护和酰化

AcCl/PyOHOAcOHOOOOTESOOCH3OPh10-DABOHOHOHOOOOTESOOCH3OPhOHOHOHOOOOHOOCH3OPhPyEt3SiCl7-TES-Baccatin III

硅化反应：在5 L反应器中，投料比10-DAB:三乙基氯硅烷为1:40（摩尔比）。通入惰性气体保护，室温反应10~12 h，收率达95%。

酰化反应：在5 L反应器中，投料比7-三乙基硅-10-DAB:乙酰氯=1:1.5（摩尔比）。在0℃下反应5 h，收率达90%。

6.3.4 紫杉醇的制备工艺与质量控制

1、2′-三乙基硅-7-三乙基硅-紫杉醇的制备

NPhOTESOPhO+OHOAcOHOOOOTESOOCH3OPhPhCOOHOAcOOOOOTESOOCH3OPhPhOOTESNHn-BuLiTHF

在1 L反应器中，投料比7-三乙基硅巴卡亭III: 四元环:丁基锂为1:5:2.5。滴加丁基锂控温-45℃～-30℃；在1～1.5 h时内自然升温至0℃，继续反应至完全。收率大于90%。

2、紫杉醇的制备

乙氧乙基和三乙基硅基保护基都可以在温和的条件下，通过水解反应除去，得到紫杉醇。三乙基硅保护的紫杉醇可以用氢氟酸水解，在2L反应器中，反应溶剂为乙腈和吡啶的混合液。投料比双保护紫杉醇:氢氟酸为1 g : 10 mL。0℃反应8 h，升至室温再反应10 h，收率

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紫杉醇

紫杉醇

抗癌药物

——紫杉醇

一、前沿

1963年美国化学家瓦尼（M.C. Wani）和沃尔（Monre E. Wall）首次从一种生长在美国西部大森林中称谓太平洋杉（Pacific Yew）树皮和木材中分离到了紫杉醇的粗提物。在筛选实验中，Wani和 Wall发现紫杉醇粗提物对离体培养的鼠肿瘤细胞有很高活性，并开始分离这种活性成份。由于该活性成份在植物中含量极低，直到1971年，他们才同杜克（Duke）大学的化学教授姆克法尔（Andre

T. McPhail）合作，通过x-射线分析确定了该活性成份的化学结构——一种四环二萜化合物，并把它命名为紫杉醇（taxol）。

紫杉醇具有显著的抗癌活性和独特的作用机理，现主要用于治疗晚期乳腺癌和卵巢癌等癌症。紫杉醇分子结构复杂，具有特殊的三环[6+8+6]碳架和桥头双键以及众多的含氧取代基。其全合成引起国内外许多有机化学家的兴趣。先后共有30多个研究组参与研究，实属罕见。经20多年的努力，于1994年才由美国的R．A．Holton与K．C．Nicolaou两个研究组同时完成紫杉醇的全合成。随后，S．T．Danishefsky(1996年)、P．A．Wender(1997年)、T．Mukaiyama(1998年)和I．Kuwajima(1998年)4个研究组也完成这一工作。6条合成路线虽然各异，但都具有优异的合成战略，把天然有机合成化学提高到一个新水平。

紫杉醇是目前已发现的最优秀的天然抗癌药物,在临床上已经广泛用于乳腺癌、卵巢癌和部分头颈癌和肺癌的治疗.紫杉醇作为一个具有抗癌活性的二萜生物碱类化合物,其新颖复杂的化学结构、广泛而显著的生物活性、全新独特的作用机制、奇缺的自然资源使其受到了植物学家、化学家、药理学家、分子生物学家的极大青睐,使其成为20世纪下半叶举世瞩目的抗癌明星和研究重点,包括寻找新的生物资源、化学全合成、半合成、衍生物制备、生物转化、生物合成、生物工程、构-效关系研究、作用机制研究、药理学和药效学等研究.2011年是发现紫杉醇结构40周年,对紫杉醇发现的曲折历史过程进行回顾和总结,以纪念这一伟大发现并纪念为紫杉醇的研究与第二代紫杉醇的开发作出贡献的科学家。

紫杉醇聚合物胶束 -回复

紫杉醇聚合物胶束 -回复

紫杉醇聚合物胶束 -回复

步骤1：制备聚合物前驱体

a) 将适量的聚合物单体（如甲基丙烯酸甲酯）溶解在有机溶剂中。

b) 添加引发剂（如过氧化苯甲酰）到溶液中，并进行充分混合。

c) 将混合溶液置于反应器中，在适当的温度和时间下进行聚合反应。反应结束后，得到聚合物前驱体。

步骤2：合成紫杉醇聚合物胶束

a) 将聚合物前驱体溶解在适量的有机溶剂中。

b) 将紫杉醇溶解在有机溶剂中，形成紫杉醇溶液。

c) 将紫杉醇溶液滴加入聚合物前驱体溶液中，并进行充分混合。

d) 将混合溶液置于超声波浴中，使其产生较小的聚合物胶束。

e) 使用离心机将聚合物胶束从溶液中分离出来，并用纯水重悬。

步骤3：性质表征和应用

a) 使用粒径分析仪测定聚合物胶束的粒径。

b) 利用紫外-可见分光光度计检测聚合物胶束中紫杉醇的含量。

c) 进行生物相容性和药物释放等相关实验，评估紫杉醇聚合物胶束作为药物载体的性能。

以上是制备紫杉醇聚合物胶束的一种方法，但请注意该方法仅为示意，实际操作应根据具体需求和实验条件进行调整。

紫杉醇的合成研究进展

紫杉醇的合成研究进展

化工能源化 工 设 计 通 讯Chemical EnergyChemical Engineering Design Communications

·163·第47卷第1期2021年1月

紫杉醇由于其良好的抗肿瘤作用，得到广大的关注，广泛应用于治疗乳腺癌、头颈癌、卵巢癌、肺癌等。紫杉醇注射液、紫杉醇酯质体、紫杉醇（白蛋白结合型）等产品不断更迭换代、提高疗效，将紫杉醇更好地应用于临床实践。紫杉醇结构化学名为5β，20-环氧-1，2α，4，7β，10β，13α-六羟基紫杉烷-11-烯-9-酮-4，10-二乙酸酯-2-苯甲酸酯-13[（2’R，3’S）-N-苯甲酰-3-苯基异丝氨酸酯]，结构如图1所示。0/)0)000)0000))00)000图1 紫杉醇结构式1 紫杉醇的全合成紫杉醇母核骨架为6-8-6碳环结构，其全合成自20世纪开始，全世界众多化学家致力于其合成路线的研究。其全合成路线主要分为三个过程：紫杉醇母核骨架的合成；对骨架进行官能团反应，对其进行修饰；最后加上侧链苯基异丝氨酸完成全合成。其全合成过程复杂、烦琐，耗时长，且效率低下。Wender

合成是目前公开最短的紫杉醇全合成路线。以化合物2为起点，经过系列反应得到化合物7，完成AB环的合成。经过C-3位反应和氧化反应得到10，经醇醛缩合得到12，完成

C环的建立。然后经过C-5的溴取代，C-4、C-20臭氧化完成对含氧D环的建立，得到13，再进一步得到巴卡亭Ⅲ（14），最后完成

C-10乙酰化及侧链的加成得到紫杉醇。其合成路线，如图2所示。23OOOOHOHOTMSOOOOCHO45678OOOOOOOOOOOTBSTIPSOOTBSTIPSOCHOOHTIPSOTIPSOOBOMOHHOOBzOAcOTESOOOOOO910TIPSOHOOHOHOHBrOTroeAcOAcOOOHO1211OBzOBzHHOBOMTIPSOTIPSOHOHOHO1314OCOPhOAcOBzHHHHOOOTES1OOONPhAcOAcOOHBzOTroe图2 Wender合成路线2 紫杉醇的半合成紫杉醇的全合成烦琐且收率低，不适合大生产，于是应寻求更佳的合成方法。天然植物红豆杉中紫杉醇含量极低，但巴卡亭Ⅲ含量较高，且从中国松科马尾松和粗榧科中国粗榧的树叶中可提取分离丰富的巴卡亭Ⅲ。如此极大增加了巴卡亭Ⅲ的来源，为紫杉醇的半合成提供物质基础。Cordova等用高对映选择性缩合反应得到紫杉醇侧链前摘　要：紫杉醇是一种从天然红豆杉类植物中提取分离得到的二萜类有机化合物，为世界上使用最广泛的抗癌药物之一。但由于红豆杉类植物的紧缺且紫杉醇含量的微小，其从天然植物中提取的路径用于大生产不可取，因此从其他途径合成紫杉醇成为研究热点。就紫杉醇的全合成、半合成、生物合成进行综述，为追求更优的合成方式提供参考和思路。关键词：紫杉醇；全合成；半合成；生物合成中图分类号：TQ463 文献标志码：B 文章编号：1003–6490（2021）01–0163–02Advances in the Synthesis of PaclitaxelLi Xian-deng，Zhang LiAbstract：Paclitaxel is one of the most widely used anticancer drugs in the world.However，due to the shortage of taxus and the tiny content of paclitaxel，the extraction route from natural plants is not suitable for large-scale production，so paclitaxel synthesis from other approaches has become a research hotspot.In this paper，the total synthesis，semi-synthesis and biosynthesis of paclitaxel are reviewed，which will provide references and ideas for the pursuit of better synthesis methods.Key words：paclitaxel；Total synthesis；Half synthesis；biosynthesis紫杉醇的合成研究进展李先登1，张 黎2（1.成都中医药大学 药学院，四川成都 611137；2.内江师范学院 建筑工程学院，四川内江 641100）

紫杉醇 2

紫杉醇 2

紫杉醇的研究进展

【摘要】：紫杉醇是存在于红豆杉树中的一种化学物质，其独特的抗癌疗效日益被人们重视，被誉为20世纪90年代国际上的抗癌药三大成就之一。作为抗肿瘤药物应用于临床，特别是紫杉醇的化学结构与其药理活性的构效关系获得了重要成果。恶性肿瘤患者应用紫杉醇的临床资料,观察药物的毒副作用,总结紫杉醇临床应用特点。探讨紫杉醇的作用机理及其获得方法。

【关键词】：红豆杉 紫杉醇 抗癌 次生代谢产物 生物合成 机理

紫杉醇简介

紫杉醇最早由太平洋红豆杉Taxus brevifolia的树皮中分离提取的新型抗癌植物药，1992年12月29日，美国FDA批准紫杉醇上市，美国BMS公司，商品名Taxol，用于治疗卵巢癌。紫杉醇的特点是广谱抗癌。对肺癌、食管癌、膀胱癌、头颈部癌、黑色素瘤、结肠癌和HIV引起的卡波济肉瘤也有效【1】。

紫杉醇(Paclitaxel，商品名为Tax01)分子式为C47H5lNOl4，是1963年美国化学家Wall等首先从短叶红豆杉(Taxus brevifolia)树皮中分离出来的具有独特抗癌活性的二萜类化合物，命名为紫杉醇,1971年利用X射线确定了它的结构，紫杉醇为针状结晶，具有高度的亲脂性，不溶于水(在水中溶解度为0.006 mg／mL) ，不溶于石油醚，可溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、二氯甲烷等有机溶剂。与糖结合成苷后的水溶性大大提高，紫杉醇分子中虽有含氮取代基，但氮原子处于酰胺状态，邻近又有吸电子基，故不显碱性而为中性化合物。紫杉醇对酸相对稳定(pH4-8范围内)，碱性条件很快分解【9】。

紫杉醇在植物体内的含量相当低，目前公认含量最高的短叶红豆杉树皮中也仅含0．069％ ，资源很匮乏 。由于美国、加拿大等国家对红豆杉立法保护，药源地转向了中国等 国家。在中国，８０％的红豆杉集中在云南，而且云南红豆杉的紫杉醇含量 最高。从1992年到2001年，将近10年时间，云南红豆杉遭到了毁灭性的破坏，分布在滇西横断山区中的300多万棵红豆杉，绝大部分被剥了皮（有调查数据认为是92.5%），已慢慢死去。 紫杉醇作用机制