CN100383142C - 一种制备亚胺培南的方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了如下结构式II的化合物或其衍生物：其中R1为对硝基苄基或对甲氧基苄基；R2和R3可以彼此相同或不同，并且各自独立地为C1-6烷基或芳基，以及制备结构式II的化合物的方法。本文进一步公开了使用结构式II的化合物制备以下结构式I的亚胺培南的方法。

Description

一种制备亚胺培南的方法
技术领域
本发明涉及一种如下结构式II的化合物或其衍生物：
结构式II
Figure C20048002174500051
其中，R1为对硝基苄基或对甲氧基苄基；R2和R3可以彼此相同或不同，并且各自独立地为C1-6烷基或芳基基团，
并且涉及一种制备结构式II的化合物的方法。
本发明还涉及一种使用结构式II的化合物制备如下结构式I的亚胺培南(imipenem)的方法：
结构式I
Figure C20048002174500052
结构式I的亚胺培南是一种碳青霉烯(carbapenem)抗生素，其是β-内酰胺抗生素一员。
背景技术
第一个被发现的碳青霉烯抗生素是硫霉素(thienamycin)，其是由美国的Merck公司在1976年从天然卡特利链霉菌(streptomycescattleya)中分离出来的。
由于尽管硫霉素具有优越的药理效果，其在化学上却是高度不稳定的，因此其没有发展成为药物。已经进行了许多尝试，以在保持硫霉素药理效果的同时克服硫霉素的化学不稳定性。例如，亚胺培南，其是Merck公司合成的一种新型硫霉素衍生物，是通过将硫霉素的胺基改性成N-亚胺甲基来合成的。亚胺培南是一种稳定性有保证的新概念抗生素。迄今，亚胺培南已经被广泛地用作治疗剂。亚胺培南作为碳青霉烯抗生素是具有碳青霉烯环体系的新型β-内酰胺抗生素当中第一个可供使用的化合物，并且即使在β-内酰胺酶的存在下也表现出高稳定性。另外，亚胺培南对革兰氏阳性和革兰氏阴性的需氧和厌氧物种表现出极为广谱的抗生素活性。与传统的头孢菌素抗生素不同，亚胺培南仅仅通过化学全合成来制备。
亚胺培南的第一种工业合成法于1981年见诸报导。自1989年以来，人们提出了多种改进的亚胺培南合成方法。
美国专利第4,292,436号公开了一种原位制备亚胺培南一水合物的方法，包括活化双环酮酸酯，使活化的酯与胺基被保护(amine-protected)的N-亚胺甲基-2-氨基乙硫醇化合物反应，随后使用氧化铂作为催化剂进行催化氢化，从而除去2-羧基和氨基的保护基团而不用分离任何中间体，该方法如以下反应方案1所述：
反应方案1
Figure C20048002174500061
其中R是氢或保护基团；X是离去基团。
但是，该方法的缺点在于，从双环酮酸酯制备亚胺培南的产率低至35％，并且该方法还包括制备被保护的N-亚胺甲基-2-氨基乙硫醇化合物的四个步骤。另外，该方法的另一个缺点在于，在引入N-亚胺甲基-2-氨基乙硫醇化合物之后，必须耗费大大过量的水(起始物料660倍的量)以便进行洗涤萃取，这导致了经济上的不利。
另一方面，美国专利第4,845,261号和第4,894,450号公开了一种经由四个阶段从双环酮酸酯连续合成亚胺培南而不用分离和提纯任何中间体的新方法。该方法的过程如以下反应方案2中所述：
反应方案2
Figure C20048002174500071
其中R1为对硝基苄基。
如反应方案1中所述，由于由四个阶段组成的方法不用经历任何分离和提纯而原位(in situ)进行，最终产物中不可避免地含有大量杂质，这使得最终产物难以分离和提纯。另外，为了活化双环酮酸酯前体，该方法伴随着昂贵的双(二氯苯基)磷酰氯(phosphorochloridate)的使用。
由于反应方案2中用作反应溶剂的昂贵的N-乙基吡咯烷酮是强极性有机溶剂，反应完成后难以将该溶剂从生成的水溶液中除去。而且，反应溶剂的过量使用(起始物料量的200倍)在该方法的工业化过程中产生了经济负担。
美国专利第4,373,772号中提出了使用自卡特利链霉素分离出来的硫霉素作为起始原料的亚胺培南一水合物的半合成方法。该方法的整体过程如以下反应方案3中所述：
反应方案3
Figure C20048002174500072
但是，如反应方案3所述，由于化学上不稳定的硫霉素是由微生物体中少量获取的，该方法的缺点在于经济效率低下。另外，使用过量的水(起始物料量的214倍)作为反应溶剂造成了反应、分离和提纯中的困难。而且，该方法的缺点在于，5％或更多的双-硫霉素甲脒二聚体作为不受欢迎的反应副产品与预期产物亚胺培南一起形成。
Dr.Ranbaxy提交了涉及制备亚胺培南的方法的国际PCT申请(WO02/36594)。除了使用四氢呋喃和昂贵的1，3-二甲基-3，4，5，6-四氢-(2H)-嘧啶酮的混合溶剂作为反应溶剂之外，该方法与Merck公司的方法相类似。但是，该公开内容并未提及氢化催化剂。另外，结晶形态的最终产物亚胺培南是由双环酮酸酯作为起始物料通过吸附色谱以23％的非常低的产率而制备的。
发明内容
如上所述，根据传统的亚胺培南制备方法，由于中间体无法进行分离或提纯或者不稳定，产物亚胺培南是通过连续反应阶段(原位反应)而制备的。因此，大量杂质的形成是不可避免的。
出于这些原因，大量的杂质造成了制备、分离和提纯中的困难，从而导致了最终产物的低产率和低纯度。
换句话说，根据传统的亚胺培南合成方法，因为由于中间体低下的化学稳定性，整个反应阶段不经任何中间体的分离而连续进行，亚胺培南的分离和提纯是在杂质的存在下进行的。另外，由于杂质的存在，难以通过结晶来进行分离，从而导致了最终产物的低产率和低纯度。
而且，由于传统方法要求使用昂贵的反应溶剂和大大过量的溶剂(起始物料量的200倍)，其存在经济效率低下和工业应用方面的问题。
因此，基于以上问题而做出本发明，并且本发明的一个目的是提供可用于制备结构式I的亚胺培南一水合物的结构式II的新的胺基受保护的硫霉素化合物，以及制备结构式II的硫霉素化合物的方法。
本发明的另一个目的是提供使用结构式II的胺基受保护的硫霉素化合物制备亚胺培南的方法。
如上所述，根据本发明的结构式II的化合物或其衍生物，可以在硫霉素的羧基和胺基上有效地引入不同的保护基团，从而得到结构式II的胺基受保护的硫霉素化合物作为亚胺培南中间体，其可用于制备结构式I的亚胺培南一水合物。根据本发明的方法，由于不分离和提纯中间体所导致大量杂质的存在而导致的亚胺培南一水合物产率低的问题可以得到解决。另外，可以以简单的方式从新的结构式II的中间体化合物制备高纯度的亚胺培南一水合物。而且，结构式I的亚胺培南一水合物的产率和质量可以极大地改进。
由于本发明的方法使用常见的有机溶剂和水，反应完成后可以容易地除去溶剂。另外，由于在除去保护基团的氢化过程中使用含有大量水的钯催化剂，处理的危险大为降低，使本发明的方法可以在温和的反应条件下进行。因此，本发明的方法在经济上是有利的，并且使人们能够毫不困难地制备亚胺培南。
附图说明
从以下的详细说明结合附图，将可以更清楚地理解本发明的以上和其它的目的、特征和其它优点，其中：
图1是显示酮化合物纯度的LC色谱图；
图2是显示亚胺化合物纯度的LC色谱图；
图3是显示Merck-亚胺甲基化(亚胺甲基化)的LC色谱图；
图4是显示Merck-氢化的LC色谱图；
图5是显示CWP(Choongwae Pharma Corp.)-亚胺甲基化的LC色谱图；和
图6是显示CWP-氢化的LC色谱图。
具体实施方式
<实施例1>
(5R，6S)-3-(二苯基膦酰基)-6-[(1R)-1-羟乙基]-1-氮杂二环[3.2.0]庚-2-烯-7-酮-2-羧酸对硝基苄酯的制备
将20.0g的以下结构式III的(5R，6S)-6-[(1R)-1-羟乙基]-1-氮杂二环[3.2.0]庚-3，7-二酮-2-羧酸-对硝基苄酯溶解在乙腈(100ml)和四氢呋喃(100ml)的混合溶液中。将反应物温度降低至0℃～-10℃。随后向反应混合物中加入11.1g的N，N-二异丙基乙胺和18.5g的氯磷酸二苯酯。将生成的混合物搅拌1.5-2小时，同时使反应温度保持在-10℃，从而得到以下结构式IV的磷酸烯醇酯。结构式IV的磷酸烯醇酯不经进一步分离即用于下一步。
结构式III
其中，R1为对硝基苄基。
结构式IV
Figure C20048002174500102
其中，R1为对硝基苄基。
<实施例2>
(5R，6S)-6-[(1R)-1-羟乙基]-3-({2-[1-异亚丙基]氨基}乙基}硫代)-1-氮杂二环[3.2.0]庚-2-烯-7-酮-2-羧酸对硝基苄酯的制备
将实施例1中制备的结构式IV的磷酸烯醇酯衍生物的反应溶液的温度降低至-40℃至-60℃，然后向其中加入7.8g的2-氨基乙硫醇盐酸盐和11.1g的二异丙胺。将反应混合物在相同的温度下搅拌0.5-1小时。在碱的存在下向反应混合物中加入酮型溶剂，搅拌，并且结晶。将得到的沉淀过滤，用己烷洗涤，并且在室温下减压干燥，得到20.5g(产率：80％)结构式II的胺基被保护(amine-protected)的硫霉素。
1H-NMR(DMSO-d6，300MHz，ppm)δ1.14(d，J＝6.3Hz，3H)，1.78(s，3H)，1.90(s，3H)，3.12(m，2H)，3.28-3.32(m，2H)，3.37-3.40(m，2H)，3.94(m，1H)，4.13(dt，J＝2.4，8.7Hz，1H)，5.07(d，J＝5.1Hz，1H)，5.27(d，J＝14.1Hz，1H)，5.43(d，J＝14.1Hz，1H)，7.70(d，J＝8.7Hz，2H)，8.22(d，J＝8.7Hz，2H)。
分子量：447.51
熔点：148-151℃
颜色：浅黄色。
<实施例3>
(5R，6S)-3-[[2-[(亚胺甲基氨基)乙基]硫代]-6-[(1R)-1-羟乙基]-1-氮杂二环[3.2.0]庚-2-烯-7-酮-2-羧酸对硝基苄酯的制备
在将20.0g的在实施例2中制备的结构式II的中间体化合物加入到蒸馏水和四氢呋喃的混合溶剂中之后，将反应温度降低到5℃至-5℃或者更低。向反应混合物中加入18ml的N-甲基吗啉和30.8g的亚胺甲酸苄酯(benzylformimidate)盐酸盐。将生成的混合物在0-10℃下搅拌2-3小时，得到结构式V的化合物，其不经进一步分离而用于下一步。
结构式V
Figure C20048002174500111
其中，R1为对硝基苄基。
<实施例4>
(+)-(5R，6S)-3-{[2-(亚胺甲基氨基)乙基]硫代}-6-[(R)-1-羟乙基]-7-氧代-1-氮杂二环[3.2.0]庚-2-烯-2-羧酸(亚胺培南)的制备
向实施例3中制备的结构式V的羧基被保护的N-亚胺甲基硫霉素反应溶液中加入16g的N-甲基吗啉，以便将pH调节至7.0-8.0。将含水的钯催化剂加入到反应混合物中，从而在10-25℃下进行脱保护反应。这时，反应持续3小时同时将氢气压力保持在4-6kg/cm2，然后通过过滤除去催化剂。反应溶液的HPLC分析表明，以82％的产率制备了亚胺培南。将反应溶液用乙酸乙酯洗涤数次，并且在减压下蒸发以除去残余的有机溶剂。通过反相柱色谱，接下来使用反相渗透技术浓缩来对生成的水溶液进行提纯。将丙酮加入到浓缩物中，搅拌2-3小时，并且结晶。将结晶的亚胺培南一水合物过滤，洗涤，并且减压干燥，得到8.6g预期的结构式I的亚胺培南一水合物(产率：60％，纯度(通过HPLC)：99％)。
在下文中，将根据本发明的亚胺培南的制备方法(下文中称为“本发明的方法”)与Merck公司的方法(参见美国专利第4,845,261号和第4,894,450号，下文中称为“Merck法”)进行比较。
<实验>
根据Merck法，不经任何中间体的分离来制备亚胺培南。与此相反，根据本发明的方法，从羧基被保护的硫霉素来制备亚胺化合物，并将其分离出来，用于制备亚胺培南。然后，比较亚胺培南的产率和含量。
<实验过程>
在Merck法的情况下，除了使用TCI出售的双(二氯苯基)磷酰氯之外，根据美国专利第4,845,261号和第4,894,450号中所述的过程制备亚胺培南。
<结果>
为了对本发明的方法与Merck法的实验结果进行比较，使用以下样品：
-酮化合物(结构式III)
-亚胺化合物(结构式II)
-Merck法：亚胺甲基化物(formimidation)&亚胺培南
-本发明的方法：亚胺甲基化物&亚胺培南
对本发明的方法与Merck法的实验结果进行比较所采用的LC分析仪器和条件如下：
1)分析仪器
-Alliance 2695 & 2996PDA系统
-工作站：Empower
-柱子：C18，ODS，4.6×260mm，5μm
2)分析条件
i)HPLC
-流速：1.0mL/min
-注射体积：5μL
-取样：1/10稀释(用流动相B)
-运行时间：50分钟
-柱温：室温
-自动进样器温度：4℃
-检测器：254nm
ii)流动相
-流动相A：(NH4)2HPO4缓冲液
-流动相B：MeOH/ACN＝1∶1
-流动相梯度条件如下表1所示：
表1
  0(分钟)   5(分钟)   35(分钟)   40(分钟)   45(分钟)   50(分钟)
 流动相A   95   95   20   20   95   95
 流动相B   5   5   80   80   5   5
<实验结果>
1)酮化合物的纯度
酮化合物是Merck法和本发明的方法二者均使用的反应化合物。将本发明的方法中制备的酮化合物用于Merck法。酮化合物的纯度如下表2所示。
表2
  酮化合物的纯度
  未知(％)   主要(％)
  13.2   86.2
显示酮化合物纯度的LC色谱图如图1所示。
2)亚胺化合物的纯度：
根据本发明的方法分离的亚胺化合物是使本发明不同于Merck法的化合物，并且是本发明实验目的的关键化合物。表3显示了亚胺化合物的纯度。
表3
  亚胺化合物的纯度
  96.3(％)
显示亚胺化合物纯度的LC色谱图如图1所示。
3)基于Merck法和本发明的方法各步骤的纯度的比较
表4显示了两种方法中各步骤的纯度。
表4
  酮   亚胺   亚胺甲基化物
  Merck法   86.2％   -   72.1％
  本发明的方法   86.2％   96.3％   87.5％
4)基于Merck法和本发明的方法各步骤的产率的比较(相对于理论值)
表5显示了两种方法中各步骤的产率。
表5
由于Merck法不包括制备亚胺化合物的步骤，亚胺化合物的含量无法计算。基于各步骤的理论含量是指当相应的产率为100％时所获得的含量。
基于亚胺培南酸酐的含量来计算亚胺培南的含量。从校准中排除含水量和其它因子(由于状态为液体，不能精确计算因子的值)。
通过比较计算的峰面积和USP标准试剂的峰面积来得到亚胺培南的含量。
图3到6分别是显示Merk-亚胺甲基化、Merck-氢化、CWP-亚胺甲基化和CWP-氢化的LC色谱图。
以上试验结果可以明显看出，本发明的方法，其中将亚胺化合物分离出来以制备亚胺培南，在亚胺甲基化后得到的化合物和最终产物亚胺培南的含量方面优于Merck法。
根据本发明的一个方面，以上目的可以通过以下结构式II的化合物或其衍生物来实现：
Figure C20048002174500151
其中，R1是对硝基苄基或对甲氧基苄基；R2和R3彼此可以相同或不同，并且各自独立地为C1-6烷基或芳基。
根据本发明的另一个方面，提供了一种通过在碱的存在下使以下结构式IV的化合物或其衍生物与2-氨基乙硫醇盐酸盐偶联，随后与酮反应来制备结构式II的化合物的方法：
Figure C20048002174500152
其中R1是对硝基苄基或对甲氧基苄基。
酮选自丙酮、甲基乙基酮、二苯基酮及其混合物。
结构式IV的化合物或其衍生物是通过在碱的存在下使以下结构式III的化合物与氯磷酸二苯酯缩合而得到的：
Figure C20048002174500161
其中R1是对硝基苄基或对甲氧基苄基。
使用乙腈和四氢呋喃的混合溶剂作为反应溶剂。
反应温度在0℃到-10℃范围之内。
根据本发明的仍然另一个方面，提供了一种制备以下结构式I的化合物的方法：
Figure C20048002174500162
该方法是通过在碱的存在下使结构式II的化合物与甲基亚胺酸异丙酯(isopropylformimidate)或甲基亚胺酸苄酯(benzylformimidate)反应以得到以下结构式V的化合物，在金属催化剂的存在下使结构式V的化合物氢化，分离氢化的化合物，在醇或酮的存在下使分离的化合物结晶来进行的。
Figure C20048002174500163
其中，R1是对硝基苄基或对甲氧基苄基，
氢化在4-6kg/cm2的氢气压力下在含有过量水的钯催化剂的存在下进行。
使用水和四氢呋喃的混合溶剂作为反应溶剂。
现在对本发明进行更为详细的描述。
根据本发明，结构式II的胺基被保护的硫霉素化合物是通过将结构式IV的磷酸烯醇酯衍生物与2-氨基乙硫醇盐酸盐偶联，然后与适当的酮反应来制备的。这样制备的胺基被保护的硫霉素化合物可以用于制备结构式I的亚胺培南一水合物。
根据本发明，将不同的保护基团有效地引入到传统的亚胺培南制备方法中所使用的硫霉素衍生物的羧基和胺基上，以制备作为碳青霉烯中间体的结构式II的胺基被保护的硫霉素化合物。这样制备的胺基被保护的硫霉素化合物在室温下是稳定的，并且可以在低温下保存很长一段时间。
也就是说，根据本发明，在碱的存在下使结构式III的双环酮酸酯与氯磷酸二苯酯缩合以制备结构式IV的磷酸烯醇酯化合物。
结构式IV的磷酸烯醇酯衍生物是在选自例如四氢呋喃、二异丙醚和二氧六环的醚和乙腈的极性溶剂中制备的，然后在碱的存在下使该磷酸烯醇酯衍生物与2-氨基乙硫醇盐酸盐偶联，从而制备硫霉素衍生物。此后，将例如丙酮、甲基乙基酮或者二苯基酮的常见的酮加入到硫霉素衍生物中，从而制备结构式II的胺基被保护的硫霉素衍生物，然后将其分离并结晶。
与传统的亚胺培南制备方法不同，将不同的保护基团有效地引入到硫霉素的羧基和氨基上以制备作为碳青霉烯中间体的结构式II的胺基被保护的硫霉素化合物。结构式II的化合物是一种浅白色晶体形态的新的化合物，其在室温下稳定并且可以在低温下保存很长一段时间。另外，结构式II的化合物可以用作制备亚胺培南中间体的中间体和制备其它碳青霉烯抗生素的中间体。
而且，根据本发明，胺基被保护的硫霉素化合物作为新型中间体有效地用于制备结构式I的亚胺培南一水合物。
而且，根据本发明，在碱的存在下使结构式II的化合物与甲基亚胺酸异丙酯盐酸盐或甲基亚胺酸苄酯盐酸盐反应，从而制备结构式V的羧基被保护的亚胺培南，在金属催化剂的存在下使该羧基被保护的亚胺培南氢化以除去保护基，随后进行适当的处理以得到水溶液，然后将其通过反相柱色谱分离并且在适当的醇或酮中结晶，从而高产率地制备高纯度的结构式I的亚胺培南一水合物。
工业实用性
如上所述，根据本发明的结构式II的化合物或其衍生物，将不同的保护基团有效地引入到硫霉素的羧基和胺基上以得到作为碳青霉烯中间体的结构式II的胺基被保护的硫霉素化合物，其用于制备结构式I的亚胺培南一水合物。根据本发明的方法，由于不分离和提纯中间体所导致的大量杂质的存在而带来的亚胺培南一水合物产率低的问题可以得到解决。另外，可以以简单的方式从结构式II的新的中间体化合物来制备高纯度的亚胺培南一水合物。而且，结构式I的亚胺培南一水合物的产率和质量可以极大地改进。
由于本发明的方法使用常见的有机溶剂和水，在反应完成后可以容易地除去溶剂。另外，由于在除去保护基团的氢化过程中使用含有大量水的钯催化剂，处理的危险极大地降低，使得本发明的方法可以在温和的反应条件下进行。因此，本发明的方法在经济上是有利的，并且使人们能够毫不困难地制备亚胺培南。

Claims (9)

1.一种如下结构式II的化合物：
Figure C2004800217450002C1
其中，
R1为对硝基苄基或对甲氧基苄基；R2和R3彼此可以相同或不同，并且各自独立地为C1-6烷基或芳基。
2.一种制备如下结构式II的化合物的方法：
Figure C2004800217450002C2
其中，
R1为对硝基苄基或对甲氧基苄基；R2和R3彼此可以相同或不同，并且各自独立地为C1-6烷基或芳基，该方法是通过在碱的存在下使如下结构式IV的化合物与2-氨基乙硫醇盐酸盐反应，随后与酮反应而进行的：
Figure C2004800217450002C3
其中R1为对硝基苄基或对甲氧基苄基。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述的酮选自丙酮、甲基乙基酮、二苯基酮及其混合物。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述的结构式IV的化合物是通过在碱的存在下使如下结构式III的化合物与氯磷酸二苯酯缩合而得到的：
Figure C2004800217450003C1
其中，R1为对硝基苄基或对甲氧基苄基。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述的反应溶剂是乙腈和四氢呋喃的混合溶剂。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述反应温度在0℃至-10℃的范围之内。
7.一种制备如下结构式I的化合物的方法：
Figure C2004800217450003C2
该方法是通过在碱的存在下使以下结构式II的化合物与甲基亚胺酸异丙酯或甲基亚胺酸苄酯反应
Figure C2004800217450003C3
其中，R1是对硝基苄基或者对甲氧基苄基；R2和R3可以彼此相同或不同，并且各自独立地是C1-6烷基或芳基，
以得到以下结构式V的化合物：
Figure C2004800217450004C1
其中，R1是对硝基苄基或者对甲氧基苄基，
在金属催化剂的存在下使结构式V的化合物氢化，分离氢化的化合物，在醇或酮的存在下使分离的化合物结晶而进行的。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述的氢化在4-6kg/cm2的氢气压力下在含有过量水的钯催化剂的存在下进行。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述的反应溶剂是水和四氢呋喃的混合溶剂。
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