CN1003514B - 4-乙酰氧基-3-羟基乙基氮杂环丁-2-酮衍生物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
制备具有通式（Ⅱ）的４－乙酰氧基－３－羟乙基氮杂环丁－２－酮衍生物的方法，式中Ｒ１是羟基的保护基，该方法包括将具有通式（Ⅰ）的β－内酰胺化合物在碱存在下，有机溶剂中和乙酐反应然后除去Ｎ的保护基，式中Ｒ1同上，Ｒ2，Ｒ3和Ｒ4是Ｃ1至Ｃ4的低级烷基，苯基或芳烷基，Ｒ是Ｎ的保护基。４－乙酰氧基－３－羟基乙基氮杂环丁－２－酮衍生物是制备Ｃａｒｂａｐｅｎｅｍ β－内酰胺抗菌素（如噻吩阿霉素）和Ｐｅｎｅｍ β－内酰胺抗菌素有用的中间体。
Description
本发明涉及4-乙酰氧基-3-羟基乙基氮杂环丁-2-酮的制备方法，该酮在3位上带有羟基受到保护的羟基乙基，在4位碳上有4-乙基酰氧基。已经知道，4-乙酰氧基-3-羟基乙基氮杂环丁-2-酮衍生物是制备Carbapenem β-内酰胺抗菌素（如噻吩阿霉素）和Penem β-内酰胺抗菌素有用的中间体（参考文献如Laide等人写的“Tetrahedronletters”，第23卷，2293页，1982年版，和Yoshida等人写的“Chem.Pharm.Bull.”第29卷，2899页，1981年版）。
乞今为止，合成4-乙酰氧基-3-羟基乙基氮杂环丁-2-酮衍生物的方法已经为人所知，例如，由6-氨基青霉烷酸合成（参考Yoshida等人写的“Chem.Parm.Bull”.第29卷，2899页，1981年版）;由苏氨酸合成（参考Shiozaki等人写的“四面体”第39卷，2399页，1983年版）;由天冬氨酸合成（参考Laider等人写的“Tetrahedronletters”，第23卷，2293页，1982年版），等等，但是，这些方法不足的一点是为了在β-内酰胺环的4位碳上引进乙酰氧基而使用了工业上不受欢迎的重金属，如乙酸汞和四乙酸铅。本发明者发现了由烯醇甲硅烷醚和氯磺酰异氰酸酯反应制备一种新型β-内酰胺化合物的方法，该化合物在第3位碳上有O-被保护的羟乙基，在4位碳上有甲硅烷醚基，该方法已经申请专利。本发明者还发现，采用上述β-内酰胺化合物能够很容易地制备4-乙酰氧基-3-羟基乙基氮杂环丁-2-酮，进而实现了本发明。
本发明提供了具有通式（Ⅱ）的4-乙酰氧基-3-羟基乙基氮杂环丁-2-酮的制备方法：
式中R1是羟基保护基，将具有通式（Ⅰ）的β-内酰胺化合物在碱的存在下，于有机溶剂中和乙酐反应，然后除去N的保护基。
其中R1是羟基保护基，R2，R3，R4是C1至C4的低级烷基，苯基或芳烷基，R是N的保护基。
具有通式（Ⅰ）的β-内酰胺化合物的制备是通过在具有通式（Ⅰ′）的β-内酰胺化合物的N上引入取代基R，
式中R1，R2，R3，R4的定义同上。如本发明人的申请书（日本未审查专利公开号139797/1984）所揭示的，由下列反应步骤能够容易地得到具有通式（Ⅰ′）的，在4位碳上有甲硅醚基的β-内酰胺化合物：
具有通式（Ⅰ）的，带N的保护基的β-内酰胺化合物可通过将通式（Ⅰ′）的β-内酰胺化合物与通式为R-X（其中R的定义同上，X是囟素）的试剂反应得到。通式为R-X试剂的例子有三烷基甲硅烷囟（trialkyl-sily halide），例如t-丁基二甲基甲硅烷氯，异丙基二甲基甲硅烷氯，异丁基二甲基甲硅烷氯，三甲基甲硅烷氯及类似化合物，烷氧基乙二酰氯，芳烷氧基乙二酰氯或烯丙氧基乙二酰氯，如
及类似的化合物。t-丁基二甲基甲硅烷氯是特别可取的，t-丁基二甲基甲硅烷基可以做为保护基引入。
将β-内酰胺化合物（Ⅰ′）在碱存在下（如三乙胺和咪唑），在溶剂（如DMF或二氯甲烷）中与通式为R-X的试剂反应，消除氯化氢，然后蒸出溶剂，再萃取并蒸出萃取溶剂，能够得到通式（Ⅰ）的化合物。
在通式（Ⅰ）β-内酰胺化合物的3位碳上，对于羟基的R1的O-保护基例子有，通式（Ⅲ）的三烷基甲硅烷基：
（Ⅲ）
式中R5，R6，R7是C1至C4的低级烷基，如叔丁基二甲基甲硅烷基，三异丙基甲硅烷基，异丙基二甲基甲硅烷基，以及异丁基二甲基甲硅烷基，t-丁基，苄基，三氯乙氧基羰基，叔-丁氧基羰基，P-硝基苄氧基羰基，和类似的化合物。叔-丁基二甲基甲硅烷基或异丙基二甲基甲硅烷基是特别可取，它们在反应过程中稳定，并且可通过酸处理选择性去除保护。通式（Ⅰ）内酰胺化合物中的R2，R3，R4可以相同或不同，并可以从C1至C4的低级烷基中选择，如甲基，乙基，异丙基，异丁基，叔丁基，苯基，苄基或芳烷基如P-硝基苄基，但R2，R3，R4最好全部是甲基。
将按上述方法制备的通式（Ⅰ）β-内酰胺化物在有机溶剂中及碱的存在下与乙酐反应，
（式中R1，R2，R3，R4和R的定义如上述。）使所说的β-内酰胺化合物转变为需要的通式（Ⅱ′）的4-乙酰氧基-3-羟基乙基氮杂环丁-2-酮衍生物，
（Ⅱ′）
式中R1和R的定义同上，这时，碱，溶剂和反应温度是影响产率的因素。反应溶剂可采用囟化的烃或芳香烃，最好是囟化的烃，如二氯甲烷。最好的碱是二甲基氨基吡啶，也可将其与其它碱如吡啶，二甲基吡啶和甲基吡啶组合使用。使用的碱量是通式（Ⅰ）β-内酰胺化合物克分子的1至5倍，最好1至3倍，乙酐做为引入乙酰氧基试剂，其使用量是通式（Ⅰ）β-内酰胺化合物克分子的1至20倍，最好是3至15倍。
将二甲基氨基吡啶和乙酐加到通式（Ⅰ）β-内酰胺化合物中，在有机溶剂如二氯甲烷存在下进行反应，搅拌该混合物，温度为-50℃至室温，最好为-30℃至5℃，反应进行直至通式（Ⅰ）化合物消失。除二甲基氨基吡啶之外，如果还加入另一种碱如吡啶或甲基吡啶，则能够改善产率。反应完成之后，向反应混合物中加入萃取溶剂，如二氯甲烷或己烷，然后加入含水碳酸氢钠，分出有机层并洗涤之，再脱水，蒸出有机溶剂，得到在4位碳上有乙酰氧基的N-被保护的β-内酰胺化合物。所得到的通式（Ⅱ′）化合物可以进行反应，除去N-保护基。如果需要的话，可将该化合物通过硅胶柱色谱纯化。
除去N-保护基时，要求选择性地仅将N-保护基除去，而不除去在3位碳上羟乙基的O-保护基。例如，如果N-保护基是烷基甲硅烷基如叔-丁基二甲基甲硅烷基，则最好采用氟化四丁铵。将囟化季铵如氯化四丁铵，溴化四丁铵，氯化四甲铵，氯化三甲基苄基铵与氟化钾结合使用，也能产生与氟化四丁铵同样的效果，如果用甲醇做溶剂，也可以仅用氟化钾。
在消除反应中使用的溶剂最好是四氢呋喃，乙腈或二氯甲烷，这样反应在搅拌和室温下顺利进行。移除保护基时采用乙酸使得产率有所改善。反应完成后，向反应混合物中加入萃取溶剂，如乙酸乙酯，然后加入稀碱溶液。再萃取有机层，用水洗涤之，并且脱水，干燥，最后，将有机溶剂蒸除出，得到所需的化合物-4-乙酰氧基-3-羟基乙基氮杂环丁-2-酮衍生物。4-乙酰氧基-3-羟基乙基氮杂环丁-2-酮衍生物可以通过从正己烷或石油醚中结晶或通过硅胶柱色谱而纯化。
下列无限定的实施例将特别解释本发明。能够做出任何变更和改进，而不超过本发明的实质和范围，这是人所理解的。
实施例1
（3R，4R）-4-乙酰氧基-3-[（R）-1-叔-丁基-二甲基甲硅烷氧基乙基]-氮杂环丁-2-酮的制备。
在10ml DMF中溶解1.0克（3R，5R）-3-（1-叔丁基二甲基甲硅烷氧基乙基）-4-三甲基甲硅烷氧基氮杂环丁-2-酮，向其中加入0.89克三乙胺和0.61克叔丁基二甲基甲硅烷基氯，将该混合物在室温下搅拌9小时。反应完成后，减压下蒸出DMF，再加入30ml己烷。相继用2.5%溶液，并用硫酸镁干燥，然后蒸出溶剂，得到1.24克粗产品液体。
将1.0克上述液体加入到5ml二氯甲烷中，再加入0.85克二甲基氨基吡啶和1.1ml乙酐，得到的混合物在室温下反应6小时。然后将反应混合物相继用5%NaHCO3水溶液，PH值为3的盐酸水溶液和饱和盐溶液洗涤，并用硫酸镁干燥，蒸出溶剂后，得到0.8克粗产品液体。用硅胶柱色谱纯化液体（苯∶己烷＝2∶1），得到0.5克（3R，4R，5R）-4-乙酰氧基-1-（叔丁基二甲基甲硅烷基）-3-（1-叔丁基二甲基甲硅烷氧基乙基）-氮杂环丁-2-酮液体。
向2ml THF中加入0.5克上述液体，再加入0.4克氟化四丁铵和0.17克乙酸（在2毫升THF溶液中，然后在室温下搅拌该混合物30分钟。向反应混合物中加入20ml醋酸乙酯后，反应物依次用5%NaHCO3水溶液和饱和盐溶液洗涤，并用硫酸镁干燥，蒸出溶剂，得到0.30克所需的结晶化合物。将得到的结晶通过硅胶柱色谱纯化（苯∶醋酸乙酯＝6∶1），给出0.27克所需的β-内酰胺固体。
熔点：107℃～108℃
[α]：＝+50°（C＝0.5CHCl3）
IHNMR（90MHZ CDCl3）δ，（ppm）
0.08（6H，S），0.84（9H，S），1.20（3H，d），
2.01（3H，S），3.04（1H，dd），4.12（1H，m），
5.76（1H，d）和6.73（NH）
实施例2
（3R，4R）-4-乙酰氧基-3-[（R）-1-叔丁基-二甲基甲硅烷氧基乙基]-氮杂环丁-2-酮的制备
将1克（3R，4R）-1-叔丁基-二甲基甲硅烷基-3-[（R）-1-叔丁基二甲基甲硅烷氧基乙基]-4-三甲基甲硅烷氧基氮杂环丁-2-酮溶于10ml二氯甲烷中，再向其中加入0.85克二甲基氨基吡啶和0.71克乙酐。得到的混合物在0℃下反应1天。反应混合物用己烷稀释后，相继用5%NaHCO3水溶液，PH值为4的盐酸水溶液和饱和盐溶液洗涤，然后用硫镁干燥反应产物，蒸出溶剂，得到0.85克粗产品液体。通过硅胶柱色谱将该液体纯化（己烷∶乙醚＝30∶1），得到0.40克（3R，4R）-4-乙酰氧基-1-叔丁基-二甲基甲硅烷基）-3-[（R）-1-叔丁基二甲基甲硅烷氧基乙基）氮杂环丁-2-酮无色液体。
向得到的液体中加入2ml THF，再加入于2ml THF中的0.26克氟化四丁铵和0.12克醋酸，将混合物在室温下搅拌30分钟。向反应混合物中加入20毫升醋酸乙酯之后，反应产物逐次用5%NaHCO3水溶液和饱和盐溶液洗涤，并用硫酸镁干燥。蒸出溶剂，得到0.29克固体。将得到的固体于己烷中重结晶，得到0.20克所需的β-内酰胺无色针状结晶。
该β-内酰胺的性质与例1中示出的数值相符。
实施例3
（3R，4R）-4-乙酰氧基-3-[（R）-1-叔丁基-二甲基甲硅烷氧基乙基]-氮杂环丁-2-酮的制备
将1克（3R，4R）-1-叔丁基-二甲基甲硅烷基-3-[（R）-1-叔丁基二甲基甲硅烷氧基乙基]-4-三甲基甲硅烷氧基氮杂环丁-2-酮溶于10ml二氯甲烷中，再向其中加入0.85克二甲基氨基吡啶和0.75克2，6-二甲基吡啶和1.42克乙酐，该混合物在-15℃下反应44小时。反应混合物用醚稀释，并逐次用5%NaHCO3水溶液，PH值为4的盐酸水溶液及饱和盐溶液洗涤，之后用硫酸镁干燥反应产物。蒸出溶剂，得到0.88克粗产品液体。通过硅胶柱色谱纯化该液体（己烷∶醋酸＝100∶1），得到0.58克（3R，4R）-4-乙酰氧基-叔丁基二甲基甲硅烷基）-3-[（R）-1-叔丁基二甲基甲硅烷氧基乙基）氮杂环丁-2-酮液体
将得到的液体溶于2ml THF中，再向其中加入2ml THF中的0.38克氟化四丁铵和0.17克醋酸，将混合物在室温下搅拌30分钟。向反应混合物中加入20ml醋酸乙酯之后，再用5%NaHCO3水溶液和饱和盐水溶液依次洗涤反应产物，并用硫酸镁干燥，蒸出溶剂之后，得到0.42克固体。将得到的固体通过硅胶柱色谱纯化（己烷∶醚＝10∶3），得到0.39克所需的β-内酰胺针状结晶。
所得β-内酰胺的性质与例1中示出的数值相符。
实施例4
（3R，4R）-4-乙酰氧基-3-〈＆＆〉-1-异丙基二甲基甲硅烷氧基乙基]-氮杂环丁-2-酮的制备
将1.2克3[（R）-1-异丙基二甲基甲硅烷氧基乙基-4-三甲基甲硅烷氧基氮杂环丁-2-酮[（3R，4R，5R）一型∶（3S，4S，5R）-型＝5∶1]溶于12ml DMF中，再向其中加入0.52克三乙基胺和0.79克叔-丁基二甲基甲硅烷氯，混合物在室温下搅拌9小时。反应完成后，减压下蒸出DMF，并向其中加入30ml己烷。反应混合物依次用2.5% NaHCO3水溶液，PH值为5的盐酸水溶液及饱和盐溶液洗涤，并用硫酸镁干燥，之后蒸出溶剂，得到1.13克粗产品液体。
将0.90克得到的液体加到10ml二氯甲烷中，再加入0.79克二甲基氮基吡啶和0.61毫升乙酐，混合物在4℃下反应16小时。然后依次用5%NaHCO3水溶液，PH值等于5的盐酸水溶液和饱和盐溶液洗涤反应混合物，并用硫酸镁干燥。蒸出溶剂后，得到0.70克粗产品液体。通过硅胶柱色谱（己烷∶乙醚＝100∶3）纯化所得液体，得到0.20克4-乙酰氧基-1-叔丁基二甲基甲硅烷基）-3-（1-异丙基二甲基甲硅烷氧基乙基）氮杂环丁-2-酮液体。
将0.2克得到的液体加入到2ml THF中，再加入于2ml THF中的0.13克氟化四丁铵和0.03克醋酸，混合物在室温下搅拌30分钟。在将60ml醋酸乙酯加入到反应混合物中，依次用5%NaHCO水溶液和饱和盐溶液洗涤混合物，并用硫酸镁干燥之。蒸出溶剂，得到0.14克所需的粗产品[（3R，4R，5R）-型：（3S，4S，5R）-型＝5∶1]。该产品于己烷中重结晶，得到0.58克（3R，4R，5R）-型白色结晶。
1HNMR（90MHZ，CDCl3）[（3R，4R，5R）-型]
δ（ppm）：0.04（6H，S），0.90（7H），1.23（3H，d），2.06（3H，S），
3.13（1H，dd），4.13（1H，m）
5.76（1H，d）和6.40（NH）
[α] <math><msup><mi></mi><msub><mi>25</mi></msup><mi>D</mi></msub></math> ＝+54.2°（C＝0.5，CHCl3）
熔点：92℃～94℃。
Claims (22)
1、制备具有通式（Ⅱ）的4-乙酰氧基-3-羟乙基氮杂环丁-2-酮衍生物的方法，
其中R1是羟基保护基，该方法包括将具有通式（Ⅰ）的β-内酰胺化合物在碱的存在和-30℃至5℃下，于有机溶剂中与乙酐反应，然后除去N的保护基，乙酐用量是β-内酰胺化合物（Ⅰ）摩尔量的1至20倍，所说碱量是β-内酰胺化合物（Ⅰ）摩尔量的1至5倍。
（Ⅰ）
式中R1的定义同上，R2，R3和R4是C1至C4的低级烷基，苯基或芳烷基，R是N的保护基，
2、权利要求1的方法，其特征在于式（Ⅰ）化合物中的R1是通式（Ⅲ）基团：
（Ⅲ）
式中R5、R6和R7是C1至C4的低级烷基。
3、权利要求1的方法，其特征在于式Ⅰ化合物中的R1是叔丁基甲基甲硅烷基。
4、权利要求1的方法，其特征在于式Ⅰ化合物中的R1是异丙基二甲基甲硅烷基。
5、权利要求1的方法，其特征在于式（Ⅰ）化合物中的R是叔丁基甲基甲硅烷基。
6、权利要求1的方法，其特征在于式（Ⅰ）化合物中的R2、R3和R4是甲基。
7、权利要求1的方法，其特征在于碱是二甲基氨基吡啶。
8、权利要求1的方法，其特征在于碱还包括吡啶，甲基吡啶或二甲基吡啶。
9、权利要求1的方法，其特征在于有机溶剂是卤化的烃。
10、制备具有通式（Ⅱ）的4-乙酰氧基-3-羟乙基氮杂环丁-2-酮的方法，
（Ⅱ）
其中R1是羟基保护基，该方法包括将具有通式（Ⅰ′）的化合物与通式为R-X的试剂（R是N的保护基，X是卤原子）反应，
（式中R1同上，R2，R3和R4是C1至C4的低级烷基，苯基或芳烷基）形成具有通式（Ⅰ）的化合物：
（Ⅰ）
式中R，R1，R2，R3和R4同上，再将通式（Ⅰ）化合物在碱存在和-30℃至5℃温度下，于有机溶剂中与乙酐反应，然后除去N的保护基，乙酐的用量是β-内酰胺化合物（Ⅰ）摩尔量的1至20倍，碱量是β-内酰化合物（Ⅰ）摩尔量的1至5倍。
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