本文介绍了一种通过连续流合成法制备核苷化疗药物司他夫定（Stavudine, d4T）的多步工艺，该合成方法使用价格低廉的5-甲基尿苷为起始原料，通过在五个连续连续流反应器中进行六次化学转化，高效制备司他夫定。单步连续流合成方法的平均产率为97%，每步吞吐量为21.4 g/h，总停留时间为15.5分钟。多步连续流合成方法的总产率为87%，总停留时间为19.9分钟，吞吐量为117 mg/h，无需中间纯化。
背景
司他夫定的作用与现状：司他夫定（d4T）是一种有效的抗HIV/AIDS的核苷类化疗药物，1994年被美国FDA批准上市，虽因副作用被WHO建议逐步淘汰，但因其价格低廉，在一些发展中国家仍有使用。
合成方法的改进需求：早期合成方法使用昂贵原料，后续虽开发了以5-甲基尿苷为原料的方法，但存在反应时间长、副产物多、纯化繁琐等问题，而连续流动合成技术可克服传统批次技术的一些挑战，在合成复杂化合物和活性药物成分方面优势明显，因此作者设想用该技术高效低成本地合成d4T5。
单步连续流合成：
图1. 三甲磺酸酯3的连续流动合成
(1) 三甲基磺酸酯化（trimesylation）：5-甲基尿苷2在PTFE盘管反应器中与MsCl在合适碱存在下反应生成三甲基磺酸酯3。实验发现超声处理可避免氯化铵沉淀导致的反应器堵塞问题，通过优化反应条件，确定最佳条件为MsCl（4.5当量）、TEA（6当量）、室温、15秒停留时间，使用DMF和DCM作为溶剂，产物3的分离产率为97%，通量为6.4g/h，此方法比文献报道的批次法更高效。
图2. 化合物4的连续流合成
(2) 分子间亲核取代：三甲基磺酸酯3（1M）在DMF中与DBU（1当量）反应生成化合物4，通过优化温度和停留时间，发现120 °C和30秒停留时间为最佳条件，此时化合物4的转化率为100%（HPLC分析），分离产率为97%，且DBU对反应不可或缺，其他碱在最佳条件下无法得到产物。
图3. 由三甲磺酸酯3合成5′-苯甲酰-5-甲基尿苷5
(3) 化合物4转化为5′-苯甲酰基-5-甲基尿苷5：化合物4（1M）在DMF中通过Amberlite IRA 400 - OBz离子交换树脂填充柱反应器（80 °C，2分钟停留时间）反应得到化合物5，转化率为17%，增加停留时间和温度可提高转化率，最佳条件为120 °C和8分钟停留时间，转化率达100%。此外，还尝试了从三甲基磺酸酯3原位生成化合物4并转化为5，发现无DBU时也能得到类似产物5，最佳条件为120 °C和8分钟停留时间，化合物5的分离产率为97%，通量为24.7 g/h，该方法比文献报道的更高效。
图4. 由5′-苯甲酰-5-甲基尿苷5合成化合物6。
(4) 化合物5的2′-溴化反应：化合物5在连续流动中使用AcBr或HBr进行2′-溴化反应生成化合物6，初步研究发现120 °C反应效果较好且溴化剂过量有必要，通过优化反应条件，确定使用AcBr（5当量）在120 °C、5分钟停留时间为最佳条件，化合物6的分离产率为98%，通量为5.9 g/h，AcBr的溴化效果优于HBr，且过量使用AcBr与文献报道一致。
图5. 6 2′,3′-烯烃化生成5′-苯甲酰-d4T
(5) 化合物6的2′,3′-烯基化反应生成：化合物6在加热的Zn/Celite填充柱反应器中进行2′,3′-烯基化反应生成5′-苯甲酰基-d4T（7），增加温度可提高反应效果，最佳条件为100 °C和15秒停留时间，化合物7的分离产率为97%，通量为57.2 g/h，比文献方法更快。
图6. 5′-苯甲酰-d4T（7）脱保护为司他夫定（d4T, 1）
(6) 5′-苯甲酰基-d4T（7）的脱保护反应生成d4T（1）：5′-苯甲酰基-d4T（7）在连续流动中使用NaOMe进行脱保护反应生成d4T（1），优化停留时间和反应温度后，最佳条件为120 °C和2分钟停留时间，化合物1的分离产率为94%，通量为12.6g/h，比文献方法更高效。
多步连续流动合成工艺：
图7. 司他夫定(d4T)的多步连续流合成
将上述优化后的各步反应组合成多步连续过程，总停留时间为19.9分钟，从5-甲基尿苷（2）到d4T（1）的总收率为87%，通量为117mg/h。尽管多步连续流动过程的总停留时间略长于五步单步过程（15.5分钟），但总收率更高，且避免了中间纯化和分离步骤，减少了产品损失，体现了时间经济性。此外，作者推测在更灵活的流动系统中可进一步缩短总停留时间。
参考文献：Cloudius R. Sagandira, Faith M. Akwi, Mellisa B. Sagandira, and Paul Watts. Multistep Continuous Flow Synthesis of Stavudine[J]. J. Org. Chem. 2021, 86, 13934−13942 https://doi.org/10.1021/acs.joc.1c01013
