摘要
通过硅胶柱色谱法、溶剂提取法及制备液相色谱法等分离分析方法，从苯甲酸阿格列汀的大生产制备过程中分离得到4个新的有关物质，并根据其理化性质采用核磁共振光谱法、高分辨质谱法、傅里叶变换红外光谱法等多种波谱鉴定方法对其进行分析确证。确定了从苯甲酸阿格列汀的合成过程各步骤中所产生的4个有关物质的化学结构，将它们命名为杂质L、M、T、V，这4个杂质均为首次发现的新杂质。本研究对于苯甲酸阿格列汀生产过程中的质量控制和生产工艺的优化具有重要意义。
苯甲酸阿格列汀（alogliptin benzoate，AB），化学名为 (R)-2-{[6-(3-氨基哌啶-1-基)-3-甲基-2，4-二氧代-3，4-二氢嘧啶-1(2H)-基]甲基}苄氰苯甲酸盐（图1），是日本武田制药研发的一种治疗2型糖尿病的新药，2010年4月在日本省首次获准上市，商品名为Nesina，2013年1月美国FDA批准阿格列汀上市，2013年7月我国CFDA批准进口阿格列汀上市，商品名尼欣那。苯甲酸阿格列汀是一种高度选择性的丝氨酸蛋白酶二肽基肽酶Ⅳ（DPP-IV）抑制剂，能够抑制胰高血糖素样肽-1（GLP-1）和葡萄糖依赖性促胰岛素多肽（GIP）的分解，促进胰岛素的分泌，从而发挥降糖作用，用于2型糖尿病患者血糖的控制。临床研究表明，患者对该药的耐受性良好，不良反应轻微[1~5]。目前，苯甲酸阿格列汀在各国药典中均尚未收录，对于苯甲酸阿格列汀的杂质研究相对较少，且侧重于药物的各种降解杂质的研究[6-10] 。
Figure 1 Structure of alogliptin benzoate
本研究从苯甲酸阿格列汀大生产合成过程中分离纯化制备得到了苯甲酸阿格列汀的4种有关物质，根据其合成工艺和结构特点，经过核磁共振、高分辨质谱、红外光谱等多种光谱鉴定方法，确认了这4种化合物的结构（图2），这4种有关物质尚无文献报道，属于新发现的杂质。本研究中分离出苯甲酸阿格列汀生产工艺中产生的有关物质、确证其结构、积累充分的数据，对产品质量控制具有重要意义，同时也可为确定合理的关键工艺步骤及参数范围提供参考依据。
Figure 2 Impurities structures of alogliptin benzoate
KBr（光谱纯，国药集团化学试剂有限公司）；柱色谱硅胶（青岛美高集团有限公司）；薄层色谱硅胶板（GF254薄板，浙江台州市路桥四甲生化塑料厂）；甲醇、乙腈（色谱纯，德国Merck公司），其他试剂均为市售分析纯，水为纯净水；(R)-3-氨基哌啶二盐酸盐（工业级，成都美域高制药有限公司）；3-甲基-6-氯尿嘧啶（95%，药明康德新药开发有限公司）。
1260-6230 TOF LC-MS质谱仪（美国安捷伦公司）； UV-2550 PC紫外光谱仪（日本岛津公司）；TENSOR 27型红外光谱仪、AV-500型核磁共振仪（德国布鲁克公司）；QuikSep-PO300DII制备高效液相色谱仪（北京惠德易科技责任有限公司）；SP ODS-A制备柱（50 mm × 250 mm，5 μm，北京惠德易科技责任有限公司）。
本研究采用参考文献[11]的方法，对合成条件及溶剂进行优化，以3-甲基-6-氯尿嘧啶为原料和2-氰基溴苄反应得2-{[6-氯-3-甲基-2，4-二氧代-3，4-二氢嘧啶-1(2H)-基]甲基}苯甲腈（中间体1），再与(R)-3-氨基哌啶二盐酸盐经亲核取代反应得(R)-2-{[6-(3-氨基哌啶-1-基)-3-甲基-2，4-二氧代-3，4-二氢嘧啶-1(2H)-基]甲基}苯甲腈（中间体2），最后与苯甲酸成盐得到苯甲酸阿格列汀，避免了氨基保护、脱保护的繁琐步骤，改进后的工艺反应步骤少、条件温和、操作简单，更适合于工业化生产。
杂质L的制备：产生于生产工艺第1步中，存在于中间体1及其母液中，可以传递至第2步反应中。杂质L主要是通过对第2步二氯甲烷废液进行柱色谱分离得到。
收集中间体2制备过程中的二氯甲烷废液，无水硫酸钠干燥，减压浓缩，析出固体，直至剩余母液体积约0.5 L，过滤分出滤饼，剩余母液采用湿法上柱，玻璃色谱柱直径3.3 cm，装柱高度约 40 cm。先用二氯甲烷洗脱，至未吸附组分被完全冲出（此部分不收集），再用二氯甲烷-甲醇（20∶1）洗脱，收集Rf在0.4~0.9之间的一系列组分的混合液，减压浓缩，至二氯甲烷基本蒸出，体系为深棕色甲醇和杂质的悬浊液，过滤分离母液和滤饼。将收集的母液用湿法上柱，正己烷-乙酸乙酯 （5∶1→1∶1）冲柱，收集Rf在0.6~0.8之间的组分，合并，减压浓缩至干，然后用干法制沙，上柱，正己烷-乙酸乙酯（15∶1→1∶1）冲柱，收集Rf为0.8的组分，减压浓缩至干后即得杂质L。
杂质M的制备：产生于生产工艺第1步中，其制备过程基本与杂质L相同，在获得深棕色甲醇和杂质的悬浊液后过滤分离母液和滤饼。母液用于制备杂质L，而滤饼用于制备杂质M。滤饼烘干，取5.0 g，用二氯甲烷100 mL加热溶解，加入硅胶25 g，减压浓缩制沙。玻璃色谱柱直径约4 cm，使用120 g硅胶装柱，上样后用二氯甲烷-乙酸乙酯（20∶1→10∶1）冲柱，收集Rf为0.8的洗脱液。将洗脱液减压浓缩至干，加入乙酸乙酯30 mL，回流打浆0.5 h，室温搅拌2 h，过滤。将滤饼置于50 ℃鼓风干燥箱干燥过夜，即得到杂质M。
杂质T的制备：产生于生产工艺第2步中，为中间体2相关杂质。取第2步反应二氯甲烷废液，减压浓缩至干，用残留物3倍质量的硅胶和适量二氯甲烷制沙，装柱，用乙酸乙酯-二氯甲烷-正己烷（1∶1∶7→1∶1∶2）洗脱，收集含有47.2 min组分的洗脱液，减压浓缩。将收集的浓缩物用甲醇溶解，配制成20 mg/mL的溶液，进样量3 mL，用制备液相进行分离。柱温30℃，以乙腈-水（60∶40），流速 40 mL/min，检测波长278 nm，收集主成分（17~ 19 min），减压浓缩至干，即得杂质T。
杂质V的制备：产生于生产工艺第1步中，是从中间体1的甲苯母液中分离获得。取第1步反应的甲苯母液2 L，用2 mol/L盐酸洗涤至洗涤液呈酸性，然后将甲苯层用无水硫酸钠干燥，减压浓缩至干，加入残留物质量3倍的硅胶和适量二氯甲烷，加热搅拌使残留物溶解并吸附至硅胶上，然后减压浓缩除去二氯甲烷，得到负载上样品的硅胶，然后上柱。用二氯甲烷-乙酸乙酯（30∶1→10∶1）洗脱，收集中间体1检测方法下保留时间9.9 min的洗脱液。将洗脱液减压浓缩至干，即得杂质V。
白色粉末状固体，由其高分辨质谱图得到准分子离子峰m/z：330.099 44 [M+H]+(计算值：330.100 38)，化合物1的分子量为奇数，分子中应含奇数个N原子，同时由m/z 332的峰强度约为 m/z 330峰强度的1/3，可以推断出杂质L含有一个氯原子，推断其分子式为C17H16ClN3O2，不饱和度为11。在UV光谱中，最大吸收峰λmax在293.6 nm，227.2 nm处，说明结构中含有共轭体系。在IR光谱中，显示出了羰基(1 712 cm-1)，芳腈基(2 229 cm-1)，碳碳双键(1 658，1 635 cm-1)，苯环骨架且为1，2-取代苯 (1 602，1 572，1 487 cm-1)，以及嘧啶环呼吸振动(1 009 cm-1)的特征吸收峰。
1H NMR(表1)谱中，给出10组峰，在低场区 δH 8~7的4个质子δ 7.88(1H，d)、7.68(1H，t)、7.50(1H，t)和7.42(1H，d)为一个自旋体系，为邻-二取代苯上的4个芳质子，即2-氰基溴苄中的芳环质子。COSY谱表明δ 6.87(1H，m)、6.16(1H，d)、2.18(2H，m)和1.01(3H，t )它们为一个自旋体系，为片段CH3CH2CH==CH--上的7个质子；δ 5.46(2H，s)和3.24(3H，s)是2组孤立信号，δH 5.46(s ，2H)是2个质子，判断其为2-甲基-苄氰单元中的仲碳质子；δH 3.26(s，3H)是3个质子，可判断其为起始原料3-甲基-6氯尿嘧啶中的孤立甲基单元。
Table 1 1H NMR and 13C NMR （500/500 MHz） data of Impurities of alogliptin benzoate
| No. | Imp L | | Imp M | | Imp T | | Imp V |
|---|
| δH(J in Hz) | δC | | δH(J in Hz) | δC | | δH(J in Hz) | δC | | δH(J in Hz) | δC |
|---|
|
1 |
|
109.5 |
|
|
109.5 |
|
|
109.7 |
|
|
109.5 |
|
2 |
|
139.7 |
|
|
139.6 |
|
|
140.7 |
|
|
139.2 |
|
3 |
7.42(1H, d, J=8.0, Ar-H) |
126.6 |
|
7.49(1H, d, J=8.3, Ar-H) |
126.7 |
|
7.41(1H, d, J=7.5, Ar-H) |
126.8 |
|
7.49(1H, d, J=7.7, Ar-H) |
126.7 |
|
4 |
7.68(1H, t, J=7.7, Ar-H) |
133.7 |
|
7.71(1H, t, J=7.7, Ar-H) |
133.7 |
|
7.69(1H, t, J=7.7, Ar-H) |
133.6 |
|
7.69(1H, t, J=7.7, Ar-H) |
133.7 |
|
5 |
7.50(1H, t, J=7.6, Ar-H) |
128.2 |
|
7.52(1H, t, J=8.0, Ar-H) |
128.2 |
|
7.49(1H, t, J=7.6, Ar-H) |
128.0 |
|
7.52(1H, t, J=7.4, Ar-H) |
128.3 |
|
6 |
7.88(1H, d, J=7.7, Ar-H) |
133.2 |
|
7.89(1H, d, J=7.3, Ar-H) |
133.2 |
|
7.86(1H, d, J=7.6, Ar-H) |
133.06 |
|
7.89(1H, d, J=7.7, Ar-H) |
133.2 |
|
7 |
|
116.8 |
|
|
116.9 |
|
|
117.1 |
|
|
116.8 |
|
8 |
5.46(2H, s, CH2) |
48.5 |
|
5.47(2H, s, CH2) |
48.7 |
|
5.24(2H, s, CH2) |
44.4 |
|
5.46(2H, s, CH2) |
49.8 |
|
9 |
|
149.8 |
|
|
150.6 |
|
|
150.8 |
|
|
150.1 |
|
10 |
3.24(3H, s, CH3) |
28.4 |
|
3.24(3H, s, CH3) |
28.5 |
|
3.20(3H, s, CH3) |
28.1 |
|
3.26(3H, s, CH3) |
29.4 |
|
11 |
|
159.8 |
|
|
160.9 |
|
|
163.3 |
|
|
157.7 |
|
12 |
|
108.8 |
|
|
109.3 |
|
|
97.0 |
|
|
98.2 |
|
13 |
|
141.3 |
|
|
144.0 |
|
|
158.6 |
|
|
144.4 |
|
14 |
6.16(1H, d, J=15.8, CH) |
119.4 |
|
4.02(2H, s, CH2) |
31.1 |
|
3.89(2H, s, CH2) |
27.9 |
|
|
|
|
15 |
6.87(1H, m, CH) |
138.2 |
|
|
141.6 |
|
|
143.4 |
|
|
|
|
16 |
2.18(2H, m, J=7.38, CH) |
26.5 |
|
7.39(1H, d, J=8.0, Ar-H) |
128.1 |
|
7.36(1H, d, J=8.3, Ar-H) |
128.3 |
|
|
|
|
17 |
1.01(3H, t, J=7.4, CH3) |
13.4 |
|
7.61(1H, t, J=7.7, Ar-H) |
133.3 |
|
7.59(1H, t, J=7.7, Ar-H) |
133.13 |
|
|
|
|
18 |
|
|
|
7.42(1H, t, J=7.8, Ar-H) |
127.2 |
|
7.39(1H, t, Ar-H) |
126.9 |
|
|
|
|
19 |
|
|
|
7.80(1H, d, J=7.6, Ar-H) |
132.8 |
|
7.78(1H, d, J=7.5, Ar-H) |
132.7 |
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
111.5 |
|
|
111.3 |
|
|
|
|
21 |
|
|
|
|
117.6 |
|
|
117.7 |
|
|
|
|
22 |
|
|
|
|
|
|
4.01(2H, q, J=7.0, CH2) |
72.2 |
|
|
|
|
23 |
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|
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|
1.15(3H, t, J=7.0, CH3) |
14.7 |
|
|
|
13C NMR(表1)和DEPT谱提示化合物1的结构中，含有17个C，其中包含2个伯碳、2个仲碳、6个不饱和叔碳和7个不饱和季碳。δC 28.4，13.4为两个甲基碳，δC 48.5，26.5为2个亚甲基碳；δC 138.2、133.7、133.2、128.2、126.6和119.4为6个不饱和叔C；δC 159.8、149.8、141.3、139.7、116.8、109.5和108.8为7个不饱和季碳。δC 159.8和149.8的2个季C为羰基碳，HMBC谱中，H-10(δH 3.24)与C-11(δC 159.8)和C-9(δC149.8)相关，H-14(δH 6.16)与C-11(δC 159.8)相关，δC 159.8的季碳为C-11；H-14(δH 6.16)和H-15(δH 6.87)与C-12(δC 108.8)相关，故C-12上连接--CH==CHCH2CH3基团；δC 116.8和109.5的2个季碳分别为-CN及与-CN相连的季碳，δC 109.5的季碳与H-8(δH 5.46)远程相关，为C-1，则δC 116.8为C-7；δC 141.3和139.7的两个季碳分别与H-14(δH 6.16)和H-6(δH 7.88)远程相关，因此它们分别为C-13和C-2。该杂质比中间体1（图3）多出1个丁烯基，可能是合成第一步反应所得中间体1与三正丁胺反应得到的产物，确定该杂质为(E)-2-{[5-(1-丁烯-1-基)-3-甲基-6-氯-2，4-二氧代-3，4-二氢嘧啶-1(2H)-基]甲基}苯甲腈。
Figure 3 Synthetic route of alogliptin benzoate
类白色粉末状固体，由其高分辨质谱图得到准分子离子峰m/z：391.095 27 [M+H]+(计算值：391.095 63)，杂质M的分子量为偶数，分子中应含偶数个N原子，同时由m/z 393的峰强度约为m/z 391峰强度的1/3，杂质M中含有一个氯原子，推断其分子式为C21H15ClN4O2，不饱和度为16。在UV光谱中，最大吸收峰λmax在275.6 nm，225.2 nm处，说明杂质M的结构中含有共轭体系。在IR光谱中，显示出羰基(1 707 cm-1)，腈基(2 225 cm-1)，嘧啶环伸缩振动(1 647，1 622 cm-1)，苯环骨架碳碳双键(1 622，1 601，1 487 cm-1)和环呼吸振动(980 cm-1)的特征吸收峰。
由杂质M的1H NMR、 13C NMR(表1)可知，δH 3.24(3H，s)及δC 28.5、δC 150.6、δC 160.9等表明杂质M中存在3，4-二氢-3-甲基-2，4-二氧代-1(2H)-嘧啶片段；COSY谱表明δ 7.89(1H，d)、7.71(1H，t)、7.52(1H，t)和7.49(1H，d)这4个芳质子为一个自旋体系，δ 7.80(1H，d)、δ 7.61(1H，t)、δ 7.42(1H，t)和δ 7.39(1H，d)这4个芳质子为一个自旋体系，δH 5.47(2H，s)和δH 4.02(2H，s)表明杂质M中存在两个邻氰基苄基片段。杂质M与中间体1相比，少了1个烯质子、多了1个邻氰基苄基片段，说明12位烯质子被邻氰基苄基所取代。这个结果与高分辨质谱得到的结果相吻合，即与中间体1相比，增加了8个碳原子、5个氢原子和1个氮原子。所以确定了杂质M为2-{[5-(2-氰基苄基)-3-甲基-6-氯-2，4-二氧代-3，4-二氢嘧啶-1(2H)-基]甲基}苯甲腈。该杂质可能是生产工艺第一步中1分子3-甲基-6氯尿嘧啶与2分子2-氰基溴苄反应得到的中间产物。
类白色絮状固体，由其高分辨质谱图得到其[M+Na]+峰m/z：423.142 61[M+Na]+(计算值：423.142 76)，杂质T的分子量为偶数，分子中应含偶数个N原子，推断其分子式为C23H20N4O3，不饱和度为16。
1H NMR(表1)谱可以看出其比杂质M多出一个自旋体系，δ4.01(2H，q)和1.15(3H，t)为乙氧基(--OCH2CH3)上的5个质子，这正好与其分子式比化合物2的分子式多出C2H5O相吻合。在杂质T的13C NMR(表1)，HMBC谱中，δC 158.6的季碳与H-22(δH 4.01)、H-14(δH 3.89)、H-8(δH 5.24)均远程相关，即为C-13；δC 143.4、111.3和97.0的3个季碳均与H-14(δH 3.89)远程相关，但其中只有δC 97.0的C不与苯环上的质子远程相关，为C-12；由于连接基团的改变，杂质T中C-12、C-13的化学位移改变较大，因此确定了杂质T为2-{[6-乙氧基-5-(2-氰基苄基)-3-甲基-2，4-二氧代-3，4-二氢嘧啶-1(2H)-基]甲基}苯甲腈。杂质T是在合成反应的第2步由杂质M与乙醇反应转化而来。
类白色粉末状固体，由其高分辨质谱图得到准分子离子峰m/z：353.964 40 [M+H]+(计算值：353.963 94)，同时由m/z 356的峰强度约为m/z 354峰强度的4/3，可以推断出杂质V中含有1个氯原子和1个溴原子，其分子式为C13H9BrClN3O2，不饱和度为10。那么杂质V的分子式比中间体1多1个Br原子，少1个H原子，与杂质L的分子式相比少了C4H7片段，多1个Br原子。
1H NMR(表1)谱中，其与杂质L相比少一个自旋体系，即片段CH3CH2CH==CH--上的7个质子，这正好与其分子式比杂质L的分子式少了C4H7相吻合。13C NMR(表1)谱，HSQC、HMBC相关谱中，δC 157.7和150.1的2个季碳为羰基碳，它们来自于原料3-甲基-6氯尿嘧啶结构单元；H-8(δH 5.46)与C-13(δC 144.4)、C-2(δC 139.2)和C-1(δC 109.5)的3个季C远程相关，C-2(δC 139.2)还与H-6(δH 7.89)远程相关；C-7(δC 116.9)也与H-6(δH 7.89)远程相关，δC 98.2则为C-12，Br原子与12位碳相连，Br原子取代了12位的烯质子。所以确定杂质V为2-{[5-溴-6-氯-3-甲基-2，4-二氧代-3，4-二氢嘧啶-1(2H)-基]甲基}苯甲腈。该杂质由中间体1的母液中分离制得，可能是中间体1与起始物料2-氰基溴苄降解后产生的Br2反应而来。
研究利用各种分离分析技术，从苯甲酸阿格列汀药物的大生产工艺过程中分离鉴定了4个新的有关物质，其中3个化合物为中间体1的相关杂质，1个化合物为中间体2的相关杂质。对于如何在生产工艺中控制这4个杂质的产生，有待进一步研究。
中国药科大学2020年1~7月获授权专利情况(3)
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|---|
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食用菌菌根提取物及利用其制备的漱口水 |
程抒劼,黄睿洁,胡凯宇,徐辉,崔晨,向雨,陈韡亚,文质,李炳轩,蒋耀瑛,陈贵堂,王岁楼 |
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CN201711314446.1 |
利用食用菌来源复合敷料制备的粉饼及其制备方法 |
程抒劼,徐辉,曹崇江,郭子君,李敏,杨帆,温海鑫,陈贵堂,王岁楼 |
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CN201811073124.7 |
氘代-3-硝基苯硼酸及其制备方法与应用 |
郝海平,徐小为,郑秋凌,朱梦乐,韩佳玲 |
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一种银杏黄酮类化合物 |
李萍,杨华,梁金秀,曲玮,宋慧鹏 |
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CN201710164071.9 |
依帕司他在制备治疗高尿酸血症和痛风药物中的应用 |
王广基,阿基业,何骏 |
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CN201711201486.5 |
神经氨酸酶及抑制剂在制备治疗心肌纤维化和心室肥厚的药物中的应用 |
齐炼文,张蕾,李萍 |
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CN201810920129.2 |
叶黄素及其衍生物在制备抗脑胶质瘤药物中的应用 |
刘煜,闫忠辉,李小平,别雨薇,纪雪梅 |
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CN201510946100.8 |
抗人Delta like 4单克隆抗体及其应用 |
王旻,吴旻,许卓斌,贾雪莲,王世静,王泽根,张娟,罗晨 |
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CN201711097889.X |
一种双苯环类化合物、其制备方法和医药用途 |
张灿,康子圣,王聪,鞠曹云,薛玲静,韩晓琳,王斌 |
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CN201711314432.X |
利用功能性食用菌来源敷料制备的面膜与制备方法 |
程抒劼,徐辉,曹崇江,郭子君,朱震菡,肖翰锟,向雨,陈贵堂,王岁楼 |
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CN201710565107.4 |
萘醌二聚体及其制备方法与应用 |
谭宁华,汪哲,赵思蒙,宋立华,陈小强 |
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放射性同位素标记苝醌类在制备坏死心肌显像剂中的应用 |
殷志琦,赵苑余,段兴华,赵娟芝 |
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一种测定C反应蛋白的化学发光免疫方法 |
李萍,宗晨,张多多,杨华 |
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超临界抗溶剂法制备阿齐沙坦固体分散体的方法 |
王志祥,宋雅琴,徐文博,陈震,缪虹刚,王为彦 |
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一种包含α-倒捻子素的化妆品组合物、其制备方法及其用途 |
王进欣,张婷婷 |
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灵仙新苷在制备治疗或预防炎性肠病的药物中的应用 |
李运曼,方伟蓉,胡雅慧,李丰文,刘丽芳,朱兴祥 |
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细胞自噬抑制剂及其制备方法与应用 |
谭宁华,陈俐娟,宋立华,杨建洪,汪哲 |
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