CN100398546C - 碳青霉烯类抗生素法罗培南钠的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制备法罗培南钠的方法。本发明的方法反应路线较短，此合成路线避免了使用强刺激性物质巯基化合物和氯化亚砜，同时各步反应条件温和，中间产物无需分离纯化即可直接用于下步反应，操作简便适于规模型的工业化生产。

Description

碳青霉烯类抗生素法罗培南钠的制备方法
技术领域
本发明涉及药物化学技术领域。具体涉及碳青霉烯类抗生素法罗培南钠的制备方法。
背景技术
碳青霉烯是一组新型的β-内酰胺类抗生素，结构不同于传统的β-内酰胺类产品如青霉素和青霉烯类，其母核与其他青霉烷、青霉烯不同之处在于5元环上由碳代替了硫，且2，3位之间存在一个C＝C双键。另外其6位羟乙基侧链为反式构象。研究证明，正是这个构型特殊的基团，使该类化合物对β-内酰胺酶具有高度的稳定性。与通常青霉烯的顺式构象显著不同。该类抗生素具有抗菌谱广的特点，对G+和G-菌、需氧菌、厌氧菌都有很强的抗菌活性，且对β-内酰胺菌稳定。
法罗培南在青霉烯母核的2-位上接有一个四氢呋喃基团，化学结构较稳定。它对需氧和厌氧的革兰阳性菌、革兰阴性菌显示出广谱的抗菌活性，特别是对耐药的葡萄球菌、肠球菌等革兰阳性菌和拟杆菌等厌氧菌的活性都优于现有的口服抗菌剂，对各种β-内酰胺酶都很稳定，较少产生耐药，但对绿脓杆菌的活性较弱。
法罗培南是世界上第一个口服有效的，对β-内酰胺酶稳定的青霉烯类抗生素。其体外的抗菌作用与很多抗生素进行了比较研究，如头孢特仑、头孢克肟、头孢克洛、阿莫西林等。抑制厌氧菌作用比参与试验的抗生素均强。到目前为止它是抗厌氧菌最强的β-内酰胺抗生素。它对葡萄球菌、肺炎球菌、链球菌及很多革兰氏阴性菌比头孢特仑、头孢克肟、头孢克洛、阿莫西林有效，比第三代头孢菌素强5～10倍。本品对临床分离的所有菌的MIC为0.78μg/ml，它对弯曲杆菌比红霉素、甲红霉素、罗红霉素、氧氟沙星有效得多；它抑制Peptostreptococci、艰难梭菌很有效，MIC90≤1μg/ml；对脆弱拟杆菌MIC90≤4μg/ml。抗菌作用不受食物的影响，本品具有杀菌作用。对各类β-内酰胺酶稳定，对肾肽酶(DHP-1)也很稳定。
关于法罗培南钠的制备方法现有是：以光学活性物质(3R，4R)-3-(R)-1-叔丁基二甲基硅氧乙基-4-乙酰氧基氮杂环丁-2-酮为起始原料，与(R)-四氢呋喃-2-硫代羧酸发生酰基取代反应生成硫酯，然后用常规方法硫酯转化为5，分子内Witting环化反应得到青霉烯6，再脱保护得到最终产品。
Figure C20051002724600051
但上述方法反应收率较低，总收率仅12.5％。同时侧链3为巯基化合物，气味极臭，且制备复杂，需不断通入有毒气体硫化氢得到，对人体和环境有一定的危害。另外，反应过程中使用三苯基膦进行分子内Witting环化，反应得到青霉烯主副产物较难分离，收率较低，不利于工业化生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述不足之处，设计一种成本低，操作简便的制备方法。
本发明提供了一种制备法罗培南钠的方法。该方法以光学活性物质(3R，4R)-3-(R)-1-叔丁基二甲基硅氧乙基-4-乙酰氧基氮杂环丁-2-酮为起始原料，与三苯甲硫醇在碱性条件下进行酰基取代反应得到硫代三苯甲基保护的氮杂环丁酮iii，在二异丙基乙基胺的存在下与烯丙氧基草酰氯发生缩合反应，得到草酰胺iv，不经纯化，直接转化为金属银硫化物v，v不经纯化直接与(R)-四氢呋喃-2-甲酰氯发生置换反应得到vi，vi以三乙氧磷诱导进行环化反应得到vii，vii在氟化四丁铵存在下脱去保护基硅醚烷，在四(三苯基磷)钯、三苯基磷和2-乙基己酸钠存在下脱去烯丙基得到法罗培南钠。
Figure C20051002724600061
在该反应过程中，把中间体VII-VIII的反应分两步进行：首先中间体VII在三乙氧磷的存在下生成过度产物VII-1，使得VII-1在无水的条件下自身环合，生成中间体VIII，并根据实际反应收率选择三乙氧磷作为诱导试剂，避免了强刺激物质，同时各步反应条件温和，中间产物无需分离纯化即可直接用于下步反应，并可进行无水操作，方法简便，适合产业化生产。
用本发明的方法制得的法罗培南钠经理化分析，符合产品规定指标，见下列分析结果：
(一)元素分析
1、仪器型号：CARLO-ERBA 1106元素分析仪
2、测试结果：
表1、元素分析数据列表
  分析项目   测定值(％)   理论值(％)
  C   40.72 40.85   40.90
  H   5.43  5.41   5.43
  N   4.03  4.02   3.98
  S   8.88  9.04   9.08
样品的元素分析测定值与分子式理论值一致。
(二)紫外光谱
1、仪器型号：HP-8452A紫外可见分光光度计
2、仪器校正：钬玻璃
3、测试条件：      H2O       0.1mol/L HCl    0.1mol/L NaOH
样品浓度(μg/ml)   36.06     32.05           34.05
4、测试结果：
表2、紫外光谱数据列表
  溶剂  λmax(nm)   ε(×104)   E   归属
  H2O  306   0.64   183.0   双键
  0.1mol/L HCl  320   0.77   218.2   双键
  0.1mol/L NaOH  218   0.61   174.3   双键
5、解析：样品紫外光谱的主要吸收为π→π*跃迁，归属为双键的K带。
(三)红外光谱
1、仪器型号：Nicolet FTIR-670红外光谱仪
2、仪器校正：聚苯乙烯薄膜
3、测试条件：KBr压片法
4、测试结果：
表3、红外光谱数据列表
Figure C20051002724600071
5、解析
a、3000-3500cm-1为羟基伸缩振动和水的吸收。
b、2974，2859，1311cm-1为饱和碳氢的伸缩振动和弯曲振动。
c、1754cm-1为β-内酰胺的羰基伸缩振动。
d、1650cm-1为双键的骨架振动。
e、1578，1382cm-1的宽强峰为羧酸盐的非对称和对称伸缩振动。
f、1058cm-1为碳氧单键伸缩振动。
g、样品的红外光谱证明了羧酸盐、β-内酰胺、甲基、亚甲基、羟基和水等基团的存在
(四)核磁共振谱
1、仪器型号：Varian INOVA-400核磁共振仪
2、测试条件：溶剂D2O 1H、13C、DEPT、COSY、HMQC、HMBC谱
3、测试结果：
Figure C20051002724600082
表4、核磁共振1H、COSY谱数据列表
  序号   δH   质子数   多重性(J/Hz)   COSY(位)
  9   1.37   3   d 6.4   8
  12   1.97 2.44   2   m   13
  13   2.07 2.11   2   m   12
  14   3.90 4.01   2   q   13
  6   3.93   1   dd   5
  8   4.29   1   quintet 6.4   9
  11   5.59   1   t6.8   12
  5   5.66   1   d0.4   6
4、解析
a、结构中有一个甲基，与邻位的次甲基偶合，二重峰。
b、结构中有三个亚甲基，均显示为不等价即每个亚甲基有两个化学位移值。14位亚甲基邻氧，故其化学位移值较低场。
c、结构中有四个次甲基。β-内酰胺5位质子与6位质子偶合，二重峰；6位质子还与8位质子偶合dd峰；8位质子显示五重峰；11位质子显示三重峰。
d、由于该化合物仅在水中溶解度较好，故用重水为溶剂，活泼氢未观测到。
e、核磁共振氢谱给出了甲基、亚甲基、次甲基的信息。
表5、核磁共振13C、DEPT、HMQC谱数据列表
  序号   δC   碳原子数   DEPT   HMQCδH δC   HMBC(位)
  9   15.02   1   ↑   1.37-15.02
  13   20.59   1   ↓   2.07 2.11-20.59
  12   28.08   1   ↓   1.97 2.44-28.08
  5   57.00   1   ↑   5.66-57.00
  8   59.66   1   ↑   4.29-59.66
  6   63.50   1   ↑   3.93-63.50
  14   69.47   1   ↓   3.90 4.01-69.47
  11   69.67   1   ↑   5.59-69.67
  2   119.92   1   11 14
  3   147.51   1   12
  10   161.00   1
  7   170.74   1   568
5、解析
a、结构中有一个甲基，DEPT谱示↑，全谱最高场的为9位甲基碳，HMQC谱示与其质子对应。
b、结构中有三个亚甲基，DEPT谱示↓。HMQC谱显示三个碳对应的六个质子存在各自的化学位移值即三个亚甲基的质子均不等价，14位邻氧的亚甲基碳化学位移稍低场。
c、结构中有四个次甲基，DEPT谱示↑，HMQC谱显示与它们的质子对应。
d、结构中有四个季碳。①羰基碳(2个)：位于全谱的最低场，HMBC谱中显示了7位碳与5，6，8位质子相关；10位碳未见相关点。③双键季碳(2个)：2和3位碳在HMBC谱上显示了与11，14位质子的相关和12位质子的相关；3位碳直接邻氮，所以其化学位移值比2位碳低场些。
e、碳谱说明甲基、亚甲基、次甲基、双键和羰基等的存在，其碳的类型与该化学结构相符。
(五)质谱
1、仪器型号：Q-Tof micro质谱仪
2、测试条件：ESI源
3、测试结果：
4、解析：该化合物C12H14NNaO5S的分子量为307(M)。准分子离子峰m/z308[M+H]+与其分子量相符。其它离子峰的归属：
m/z330[M+Na]+；m/z637[2M+Na]+。图谱中的离子峰归属合理，符合ESI规律。
(六)热分析
1、仪器型号：PE DSC-7差示扫描量热仪PE TG-7热重仪
2、测试条件：
3、测试结果
4、解析：DSC图谱显示在80-120℃之间有一吸热峰；150-180℃之间有一放热峰，Onset值为163.49℃。TG谱在100℃-170℃之间显示的失重量为12.93％，该化合物2.5份水的理论含量为12.78％，二者基本一致。
(七)粉末X射线衍射分析
1、仪器型号：Philips Analytical X-Ray B.V.
2、测试条件：Target：Cu 40kv 20mA scanspeed 0.2
3、测试结果：
表7、X-衍射数据列表
  d-value   2Theta   I/I。
  16.23   5.43   100
  8.86   9.96   20.7
  8.09   10.91   29.0
  4.67   18.98   43.2
  3.26   27.25   20.3
样品的X-射线衍射图谱给出了角度、面间距和相对强度的数椐。
(八)综合解析
1、样品的元素分析测定值与该化合物分子式理论值一致。
2、结构中
Figure C20051002724600111
的特征表现：IR谱中显示羟基、羰基和甲基的吸收峰。1HNMR谱显示甲基且为二重峰、β-内酰胺的5，6位质子。13CNMR谱低场区域显示了酰胺羰基碳、双键季碳、次甲基碳、甲基碳。这些信息支持该片段的存在。
3、结构中的特征表现：IR谱显示了醚键的吸收峰。1HNMR谱显示了呋喃环上亚甲基质子的不等价。13CNMR(DEPT)谱显示了与这些质子相应的碳。这些信息支持该片段的存在。
4、结构中
Figure C20051002724600113
的特征表现：IR谱显示COO-的对称和非对称吸收峰。13CNMR谱显示羰基碳。
5、结构中2.5H2O的特征：IR谱显示在约3000-3500波数之间水的吸收宽峰。TG谱显示了2.5份水的失重。
6、核磁共振氢谱的质子数，碳谱的碳原子数，DEPT谱碳的类型均与该化合物相符。
7、质谱的准离子峰，分子量加钠峰，与该化合物的分子量相符。
8、综上所述，样品的化学结构可以确证为法罗培南钠。
通过本发明方法制得的法罗培南钠，经理化分析得以确证。
具体实施方式
实施例1、制备(3S，4R)-3-[(R)-1-叔丁基二甲基硅氧乙基]-4-三苯甲硫基-氮杂环丁-2-酮(III)
Figure C20051002724600121
7.65g钠氢溶于164ml DMF中，于0℃滴加到52.77g三苯基硫醇(294.35)/287ml DMF溶液，在0.5小时内滴加完毕，混合物搅拌10分钟后，在15分钟内加入50g 4AA/164ml DMF溶液，保持0℃，继续搅拌45分钟，将反应混合物到入900g饱和氯化铵的冰水溶液中，用1000ml乙醚萃取(三次)，乙醚层用水洗涤两次，饱和食盐水洗涤两次，无水硫酸钠干燥，蒸干，固体残留物用300ml乙醚洗涤两次，抽干，干燥，称重，得72g固体，收率82.2％。熔点：94-96℃
TLC：石油醚∶乙酸乙酯＝4∶1 Rf＝0.3
实施例2、制备(3S，4R)-1-(烯丙氧草酰基)-3-[(R)-1-叔丁基二甲基硅氧乙基]-4三苯甲硫基-氮杂环丁-2-酮(IV)
Figure C20051002724600122
Figure C20051002724600131
在1000ml的三口瓶中，加入50g“III”和50ml二氯甲烷溶解，在冰盐浴中冷却到-10℃，滴加单草酰氯烯丙酯25g的二氯甲烷(40ml)溶液，再滴加三乙胺18g的二氯甲烷(40ml)溶液，保持滴加温度不超过-5℃，混合物于-5℃--10℃反应1.5小时，加水(150ml)稀释，用二氯甲烷(100ml)提取，合并有机相，用水洗，碳酸氢钠饱和溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，旋蒸得淡黄色固体58g，收率95％。
TLC：石油醚∶乙酸乙酯＝4∶1  Rf＝0.4
实施例3、制备(3S，4R)-1-(烯丙氧草酰基)-3-[(R)-1-叔丁基二甲基硅氧乙基]-4-硫银基-氮杂环丁-2-酮(V)
Figure C20051002724600132
将上步产物“IV”溶于1000ml甲醇中，加入吡啶2ml(25mmol)和硝酸银(100g)的甲醇(500ml)溶液。混合物再10℃以下避光搅拌3小时，浓缩，二氯甲烷(1000ml)提取。有机层用水(800ml)洗，无水硫酸镁干燥，蒸干得银盐。无需纯化，直接用于下步反应。
实施例4、制备(3S，4R)-1-(烯丙氧草酰基)-3-[(R)-1-叔丁基二甲基硅氧乙基]-4-[(2R)-四氢呋喃基硫基]氮杂环丁-2-酮(VII)
Figure C20051002724600141
R-四氢呋喃-2-甲酸31.9g与60ml氯化亚砜在室温下混合，搅拌至无气泡冒出，加热回流15小时后，将溶液减压蒸干，加入350ml二氯甲烷溶解，在0℃下滴加入产物V的700ml二氯甲烷溶液中。加毕，避光搅拌15分钟，有黑灰色固体产生。抽滤，滤液以饱和碳酸氢钠水溶液(500ml)洗涤，水(500ml)洗，无水硫酸钠干燥，减压蒸去溶剂，得黄色油状物，可直接投下一步反应。TLC：石油醚∶乙酸乙酯＝2∶1  Rf＝0.4。
实施例5、制备(5R，6S)-6-[(1R)-1-叔丁基二甲基硅氧乙基]-2-[(2R)-四氢-2-呋喃]青霉烯-3-羧酸烯丙酯(VIII)
Figure C20051002724600142
粗品“VII”在室温下同47g三乙氧磷混合，升温至70℃搅拌1小时，减压蒸掉多余三乙氧磷，反应混合物在200ml的二甲苯中回流3小时，到入100ml水中，乙酸乙酯(600ml)萃取，合并有机层，无水硫酸钠干燥，蒸掉溶剂，快速柱(100-200目硅胶2000g)色谱(乙酸乙酯∶石油醚＝1∶4)纯化，得白色固体“VIII”31g，mp＝70～72℃。收率55～60％。
TLC：石油醚∶乙酸乙酯＝5∶1  Rf＝0.7
实施例6、制备(5R，6S)-6-[(1R)-1-羟乙基]-2-[(2R)-四氢呋喃-2-基]青霉烯-3-羧酸烯丙酯(IX)
Figure C20051002724600151
90g“VIII”溶于1000ml THF中，室温下分别加入四丁基氟化铵的THF(174g/500ml)，室温下搅拌72小时，TLC检测至原料点消失，待反应结束，蒸掉THF，乙酸乙酯(1000ml)稀释，碳酸氢钠水(500ml×4)溶液洗涤，干燥，蒸干得目标物“IX”45g。
TLC：石油醚∶乙酸乙酯＝3∶1  Rf＝0.4
实施例7、制备(5R，6S)-6-[(1R)-1-羟乙基]-7-氧代-3-[(2R)-四氢呋喃-2-基]-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-2-甲酸钠二倍半水合物
“IX”41g溶于370ml二氯甲烷中，分别加入三苯基磷1.64g和四(三苯基磷)钯1.5g，异辛酸钠20g的乙酸乙酯(230ml)溶液，室温搅拌3.5小时，TLC检测原料点消失，加入150ml水，搅拌分层，水层用乙酸乙酯(100ml×3)洗涤，控温50℃以下，减压蒸除水，残余物加入丙酮(200ml)，搅拌，有固体析出，抽滤，丙酮洗涤，室温减压干燥得粗品。

Claims (3)

1.一种法罗培南钠的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
(1)以光学活性物质(3R，4R)-3-(R)-1-叔丁基二甲基硅氧乙基-4-乙酰基氧基氮杂环丁-2-酮为起始原料，与三苯甲硫醇在碱性条件下进行酰基取代反应得到硫化三苯甲基保护的氮杂环丁酮iii；
(2)在二异丙基乙基胺的存在下化合物iii与烯丙氧基草酰氯发生缩合反应，得到草酰胺iv；
(3)化合物iv不经纯化，直接转化为金属银硫化物v；
(4)化合物v不经纯化直接与(R)-四氢呋喃-2-甲酰氯发生置换反应得到vi；
(5)化合物vi以三乙氧磷诱导进行环化反应得到vii；
(6)制备化合物viii：
化合物vii与三乙氧磷混合，升温至70℃搅拌1小时，减压除去多余三乙氧磷，反应物在二甲苯中回流3小时，反应毕，将反应物倒入水中，乙酸乙酯萃取，合并有机层、干燥，除溶剂，经柱层析及色谱纯化后得化合物viii；
(7)制备化合物ix
化合物viii溶于THF，加入四丁基氟化铵的THF溶液，室温搅拌72小时，用TCL控制反应结束，除去THF，乙酸乙酯稀释，碳酸氢钠水溶液洗涤、干燥、蒸干得化合物ix；
(8)制备法罗培南钠2.5水合物
化合物ix溶于二氯甲烷，加入三苯基磷、四(三苯基磷)钯和异辛酸钠的乙酸乙酯溶液，室温搅拌3.5小时，TCL控制反应结束，加水，分层，水层用乙酸乙酯洗涤三次，50℃温度下减压蒸除水，残余物加丙酮，搅拌，析出固体，过滤，滤饼用丙酮洗涤，室温干燥后得法罗培南钠2.5水合物。
Figure C2005100272460003C1
2.根据权利要求1所述的一种法罗培南钠的制备方法，其特征在于其中步骤(1)的反应温度为0℃，碱性条件为pH＝8-10，采用弱碱为：硫酸铵或氯化铵。
3.根据权利要求1所述的一种法罗培南钠的制备方法，其特征在于其中所述的步骤(2)的反应，在反应器中先放入化合物iii和溶剂，然后于-5--10℃条件下，先滴加单草酰氯烯丙酯的二氯甲烷溶液，再滴加三乙胺的二氯甲烷溶液，反应温度为-5--10℃。
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