概述 我們這一代藥物工作者處在國力較弱的年代，主要承擔的任務就是仿制國外已上市藥物。藥物合成除瞭確定一條好的合成路線之外，那就是要對每一步化學反應過程(較多的是單鍋反應)進行細致的工藝研究，使得盡可能在數量及質量上都最優化，這些工作主要包括：

1）對所研究反應的歷史成果的瞭解，例如它的所屬類別、是不是人名反應、反應機制和副反應、優化的一般途徑，並瞭解最新的這類反應的研究成果。計算參考文獻實例的工藝參數等：

2）瞭解要研究的反應物和生成物的化學結構，估計這獨有的結構對反應的影響；

3）設計實驗的方案，方案要反映前兩點工作的所得：每一個實驗雖然事先都要有明確的目的，但更重要的是觀察反應過程中的所有現象並記錄在案：在有限實驗後隨時修正和補充自己的想法。這就像我們走進瞭一個被人采空瞭的礦井，也要再找一找有沒有一點新發現：

4）要重視過程中的監測手段，利用分析儀器（如氣液相色譜儀、旋光儀等）、薄層層析、pH計、試紙、濾紙滲圈，等等手段擴大我們的觀察能力，這些監測最好要由做合成工藝的人親自來做：

5）除瞭對反應影響較大工藝參數如物料配比、加料方式、加料速度、各階段的溫度、持續時間進行考查外，對產物分離形式（遊離酸堿還是鹽、是固態還是液態、是結晶還是無定型，晶體大小和晶型等）、分離方法（蒸餾、分餾、過濾、萃取、吸附、層析等）、回收利用和廢料的處理等都要有所涉及。

這篇小品文我們將列舉西地那非(威哥)合成中的三個反應實例來說明如何選擇、確定、和完善這些工藝設計。

[例一] 一個利用預測反應物和生成物物化性質差別來設計反應終點控制和後處理方法典型實 例---------（ 1-甲基-3-正丙基-吡唑基-5）--甲酸的硝化

反應式見圖1

（Ⅰ） （Ⅱ）

這是西地那非（Sildenafil Citrate,Pfizer Co商品名 Viagra威哥）合成中的一步反應， 在參考文獻【1】中這步反應操作描述得非常簡單，在低於60℃溫度下將（1-甲基-3-正丙基-吡唑基-5）-甲酸（Ⅰ）慢慢加到混酸中，再在60℃保溫過夜，次日冷至室溫，倒入冰中，過濾即得硝化物。

一般我們首先都要對文獻實例進行驗證，從驗證試驗中觀察每一步驟發生的現象，體會需要這樣做的理由；看看有沒有需要完善的地方：進一步做一些補充試驗來證實自己的想法；最後改動原料的工藝並重復實驗驗證。對於這個反應我們有瞭以下想法，並用實驗證實：

1) 首先根據硝化反應的常規操作補充混酸的配制方法，考慮到為避免發煙硝酸太多的揮發，最好用發煙硝酸往發煙硫酸中加的方法，溫度不要超過40℃ ，因此要有冰鹽浴冷卻和良好效果的攪拌。

2)加1-甲基-3-正丙基-吡唑基-5）-甲酸時，因反應放熱溫度會自然上升，但為瞭防止反應物積累，引起溫度突然劇升，在加料操作過程中溫度最好控制在50-58℃。溫度過低也是要避免的，這些也是一般硝化反應為防止突然劇烈反應發生爆炸事故都要註意的地方。

3) 文獻沒有給出保溫的精確時間，當然這可以通過抽樣分析（例如液相層析或薄層層析）來解決，但由於產物硝基鄰位有羧酸基的存在，羧酸（Ⅱ）的酸性要遠強於反應物羧酸（Ⅰ）的酸性。也就是說，水溶液中具有較強酸性的產物Ⅱ隻有在相對強的酸性時才能酸析出來。我們可以取出3ml反應混合物試樣，冰浴冷卻下用與試樣等體積的冰水稀釋，析出沉淀，再用堿液慢慢中和，沉淀物會漸漸溶解，通過幾次實驗發現，如果混合物中存在有未硝化的反應物，那麼當pH=4時還會有沉淀沒有溶解，這沉淀經鑒定就是反應物（1-甲基-3-正丙基-吡唑基-5）-甲酸；如果反應已經完成，那麼pH=4時將會是基本澄清的溶液。證明用這種方法也可以方便地觀察到反應完成的狀況，我們用此法確定：60℃保溫4小時硝化反應就基本完成，因此保溫時間可定為5小時，沒有必要600℃保溫過夜。這樣得到的產物經HPLC測定，純度可達到97.5%或更高。並認為以後中試生產時也可以采用這個方法來確定反應保溫的終點。

4）與以上第三條的理由相同，冰解得到的硝化物（1-甲基-3-正丙基-4-硝基-吡唑基-5）-甲酸（Ⅱ）過濾時，不能用冷常水來洗滌，否則酸性的降低會溶解部分產品影響收率。由於鹽酸是揮發性酸，而且下步反應還會用含氯化合物，所以我們選用1%的冷稀鹽酸來洗滌硝化產物。

根據上面的這些考慮和實驗我們初步制訂瞭以下操作方法：

在反應並中加入1-甲基-3-正丙基-吡唑基-5）-甲酸（Ⅰ）量2.06倍量的20%發煙硫酸，在攪拌及冰鹽浴冷卻下將Ⅰ的1.37倍量的98%發煙硝酸慢慢滴加進去，溫度最好在40℃以下，然後把Ⅰ分小批量慢慢加入，溫度自然上升，加料的溫度最好控制在50-58℃，時間約為1-2小時。加完以後再在60℃繼續攪拌5小時。冷卻後將反應混合物緩緩倒入Ⅰ的3.50倍量並攪拌著的碎冰水中。繼續緩慢攪拌，待碎冰完全融化後濾集沉淀物，濾餅用與Ⅰ等量的冷1%稀鹽酸分3等份洗滌3次，濾幹，出料，幹燥，得到硝化產物Ⅱ。

經小試及試產驗證，按此操作方法都可以得到94%的硝化物Ⅱ收率，產品純度可以達到97.5%（HPLC）以上。

這步反應的工藝過程一方面符合一般硝化反應共同應遵守的安全準則，另一方面利用產物的酸性強於原料的酸性這一特殊條件，用很少的實驗數目找到瞭需要的硝化反應時間，也找到瞭產物的離析條件和洗滌條件。後來在中試規模生產中也得到進一步驗證。

[ 例二] 一個通過觀察實驗現象優化反應條件的實例----- 西地那非中間體（1-甲基-3-正丙基-4-硝基-吡唑-5-）基-甲酰胺的還原反應

反應式見圖2

b897243afed212a79ed13b17820270be

Ⅲ Ⅳ

圖2 （1-甲基-3-正丙基-4-硝基-吡唑基-5）-甲酰胺的還原反應式

將例一產物Ⅱ中的羧酸基和氯化亞砜反應變成甲酰氯基,然後氨解成（1-甲基-3-正丙基-4-硝基-吡唑基-5）-甲酰胺（Ⅲ），這步反應就是把Ⅲ中的硝基還原成氨基。原參考文獻[1]是采用氯化亞錫作還原劑的，據說還原收率可達到94%，但經我們驗證並不能達到此收率，。而且錫的氫氧化物沉淀難以處理，得到的氨基物還要用乙醚研磨才能結晶，工業生產難以實現。因而我們一開始就決定改用鐵粉還原的方法代替文獻方法。最初我們根據鐵粉還原的一般知識有以下想法：

1)鐵粉還原實質上是電化學微原電池反應，需要電解質和水。我們用氯化銨做電解質，這樣較容易計量。由於反應物Ⅲ和產物Ⅳ水溶性都不大，還需要有助溶劑。根據一般鐵粉還原硝基參考文獻的方法認為乙醇可能是可用的助溶劑。

2)反應溫度可采用回流溫度，這樣溫度較為穩定。但回流溫度取決於乙醇---水比例，因此反應溫度與時間需要通過試驗來最後確定。假如需要的反應溫度低於最佳配比的乙醇—水的沸點，那麼就不得不在低於回流溫度下反應瞭

接著我們再通過一些試驗有瞭以下一些新認識：

1）硝基反應物Ⅲ與95%乙醇及水的重量比為1:3.53:2.63時，證明能將不同比例的反應物和產物溶解成均一溶液，因此三者之間的重量比是合適的。

2）在開始的試驗中采用回流溫度進行反應，得到的還原產物和產物母液帶有很深的紅顏色，當時認為這可能是反應中間產物的顏色（類似於氧化偶氮苯），因而進一步加強反應供能，曾延長回流時間到8小時，結果反而更紅，回流時間為6.5小時的試驗得到還原物Ⅳ的平均收率僅為59.4%.(當時用二氯甲烷提取法除無機鹽類)。最後證明變紅是因為反應條件過於強烈，於是將反應溫度改成70℃，反應時間改為4小時。

3）反應完成後可先趁溫熱濾去固體鐵泥，並用乙醇洗滌，含水的濾液和洗滌液會溶解無機鹽類。為瞭除去無機鹽類，一種方法是用與水不混溶的有機溶劑來提取，分去水層並水洗；這種方法常因有與水相混溶的有機溶劑（如乙醇）存在而受幹擾，容易損失被提取的反應產物；另外一種方法則是先將餘下的反應混合物中的水和乙醇都蒸去，再用極性較低的有機溶劑溶解產物，過濾除去無機鹽類。後一種方法更為簡單，而且回收的乙醇還可以利用。我們采用的溶解用有機溶劑是甲苯，甲苯還可以直接用於還原物Ⅳ的重結晶。

通過以上分析和實驗我們確定瞭以下操作工藝：

在反應並中加入Ⅲ重量2.63倍的水和3.53倍的乙醇，攪拌下依次加入Ⅲ、Ⅲ的0.0237倍量的氯化銨及1,58倍的還原鐵粉，水浴升溫到70℃攪拌反應4小時。在佈氏漏鬥的濾紙上鋪墊一層矽藻土，趁熱過濾出鐵泥並用95%的熱乙醇充分洗滌鐵泥。合並濾液和洗液，在較低真空度下蒸出乙醇，回收乙醇可用於以後的反應。在留下的殘留物中加入一定量的甲苯（約為Ⅲ的4倍量），裝好回流分水器，加熱回流至不再有水分出，再在減壓下蒸出全部的甲苯，然後另加入2倍量的幹燥甲苯，加熱溶解淺棕色的含Ⅳ混合物，趁熱過濾，用少量熱的幹燥甲苯洗滌濾餅和濾器（中試生產要用保溫壓濾器）。將含還原物的甲苯濾液倒出，冷卻結晶，於10℃以下過濾，濾餅用冷甲苯翻洗，抽幹，取出先晾幹後再烘幹。得到淺灰色的產物Ⅳ。小試收率可達到86-89%（不包括甲苯母液中回收收率），純度在98%（HPLC）以上。

這步反應我們一開始就果斷改用鐵粉做還原劑：根據反應的機制正確選擇電解質和反應溶劑：觀察到紅色產物隨反應溫度及時間變化的規律，斷定紅色的出現反映瞭反應條件是過於強烈，用很少的實驗確定瞭最好的溫度和時間 ：並完善瞭後處理過程中分離無機鹽和回收有機溶劑這兩個問題。

[例三] 通過改變關鍵縮合試劑避免副反應，並根據分析產物的結構和性質來設計分離和純化產物的新方法----- 西地那非中間體[4-（2-乙氧基-苯甲酰胺基）-1-甲基-3-正丙基吡唑基-5]-甲酰胺的縮環反應

反應式見圖3：

f11fdb92d838076a8d797c0afaa0c9f7

圖3 [4-（2-乙氧基-苯甲酰胺基）-1-甲基-3-正丙基吡唑基-5]-甲酰胺的縮環反應

這個反應是一個堿性條件下的縮水反應，按常理應該在無水條件下進行，而原參考文獻[1]卻采用氫氧化鈉和過氧化氫的水溶液作為反應介質，經初步驗證發現副反應較多，操作復雜，粗品還要經柱層析梯度洗脫，最後用乙醚研磨出固體，收率低（72%），產物質量差。因而我們改用含乙醇鈉的乙醇溶液做反應介質進行試驗，試驗過程中得到瞭以下認識：

1）改用含乙醇鈉的乙醇溶液做反應介質後反應能順利進行，並得到所要縮環 產物Ⅶ。

2）縮環物Ⅶ具有嘧啶並吡唑結構，可能存在另一個互變異構體Ⅷ(見圖4)：

bce3af9225d54ab0e65a011041e479a1

Ⅶ Ⅷ

圖4 縮環物的互變異構體

由於異構體Ⅶ的嘧啶環上有一個氮原子處在羰基和苯取代基的中間，兩個吸電子基團的作用下，這個氮原子上的氫是一個弱酸的氫，它能夠與強堿成鹽（Ⅵ）。在強堿性水溶液中應當能溶於水，這就解釋瞭為什麼反應完畢加進一定量水後，混合物是一個澄清的溶液；當用稀鹽酸將溶液的pH值中和到9時，這個強堿弱酸生成的鹽就會完全水解，得到的縮環物Ⅶ就會沉淀出來。

3）由於反應用的醇鈉量較大，反應結束時加水稀釋後，產物是完全溶解在稀釋液中的，本可以在這時加活性炭脫色，但因為過強的堿會使濾紙溶脹或破碎，不好將活性炭濾除。我們可以先定量滴加一部分稀鹽酸，當堿性變弱但尚無產物析出時加入活性炭脫色。

4）脫色後的產物溶液繼續滴加稀鹽酸，我們通過試驗證明當pH=9時，縮環物Ⅶ已經沉淀完全。好的反應結果時，濾除縮環物後的母液如繼續酸化不會再有沉淀析出。與此相反，采用文獻[1]氫氧化鈉和過氧化氫水溶液做縮合試劑的方法，母液繼續酸化就還會有沉淀析出。這可能是原料Ⅴ的兩個酰氨基發生水解，得到羧酸副產物(Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ或Ⅻ)的酸性較強，隻有在偏酸性時才能以遊離羧酸形式析出的緣故（見圖5）。

圖5 原料Ⅴ堿性水解可能得到的副產物

通過以上分析和實驗我們確定瞭以下操作方法：

在反應並中加入Ⅴ的2.73倍量的無水乙醇和0.100倍量的金屬鈉，適當加熱，按常規方法制備乙醇鈉-乙醇溶液，冷卻到50℃左右，攪拌下一次加入Ⅴ，升溫，於78-81℃回流反應7小時，降溫到40℃，加入3.45倍量的水，攪拌下慢慢加入含0.0429倍量的純HCl的鹽酸，繼續攪拌10分鐘，此時不應有沉淀析出。加入0.0449倍量的活性炭，於50-55℃攪拌20分鐘，趁熱過濾，濾餅用0.5%氫氧化鈉溶液（約0.5倍量）洗滌，濾液和洗水合並置另一反應並中，攪拌下慢慢滴加約含0.116倍量純HCl的鹽酸，小心調節混合物的pH值至9.0，繼續攪拌10分鐘，復測pH值，確認不再變化時，間斷攪拌陳化30分鐘。過濾，濾餅用水洗滌，至洗水呈中性，抽幹，出料烘幹。得到白色結晶狀的Ⅶ。小試平均收率為98%,純度達到98.5%(HPLC)以上。中試規模試產也得到基本相同的結果。

本研究根據脫水反應的一般做法為保證產物質量，擯棄氫氧化鈉和過氧化氫水溶液做縮合劑；並利用產物具有弱酸性，它的鈉鹽水溶液在 一定的pH范圍內不被水解而析出，在中和過程中正好插入活性炭吸附去雜步驟；最後在pH9.0時結束中和，確保瞭產物質量，改進瞭原文獻工藝。

小結

通過列舉的西地那非合成中三個反應的實例想要說明：即便是重復別人的工作也要做好概述中提到的那些工作，細心觀察並解釋現象，從而不斷修正自己的認知，提出自己新的做法，總結一些經驗，這些經驗可能會永遠被記住，也許這些能幫助今後的自己。

參考文獻

[1]EP 463756A1, US 5250534.