CN101160292B - 大环多胺衍生物的合成 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备受保护的DO3A如DO3A-三叔丁基酯(1，4，7，10-四氮杂环十二烷-1，4，7-三乙酸三叔丁基酯)的改进方法。此化合物制备为盐。此方法包括得到优良纯度的作为盐的DO3A-三叔丁基酯的处理工艺。

Description

大环多胺衍生物的合成
技术领域
本发明涉及一种制备受保护DO3A的盐如DO3A-三叔丁基酯的盐的方法。
发明背景
磁共振成象(MRI)是充分确立的和有效的研究人体内部结构的技术。在MRI领域，基于大环多胺(cyclen)的大环螯合剂的各种镧系螯合物已被提出作为造影剂。这些大环螯合剂与产生造影的顺磁金属离子如钆或镝络合形成特别稳定的螯合络合物，因此适于金属离子的载体以确保适宜的生物分布和消除。
在大量这些大环螯合剂的制备中，大环多胺(1，4，7，10-四氮杂环十二烷)是关键的化合物。此类三-N-烷基化大环多胺构成另一类用于制备这种大环螯合剂的重要化合物。DO3A(1，4，7，10-四氮杂环十二烷-N，N′，N″-三乙酸)是一种这样的三-N-烷基化大环多胺化合物，其构成磁共振(MR)造影剂的基础。一类有关的化合物是受保护形式的DO3A化合物，如DO3A-三叔丁基酯(1，4，7，10-四氮杂环十二烷-1，4，7-三乙酸三叔丁基酯)，其中这三个羧基是受保护的。
在基于DO3A的MR造影剂的制备中，受保护的DO3A化合物如DO3A-三叔丁基酯及其盐是有价值的中间体，如Gd(HP-DO3A)(ProHanceTM)和Gd(DO3A-butrol)(GadovistTM)。
DO3A-三叔丁基酯是商业上可得到的产品，但是除了是昂贵的商业上可得到的产品之外，还含有二-烷基化和四-烷基化大环多胺的杂质。制备此化合物的一些方法是现有技术已知的。
US5,419,893涉及螯合剂如基于环烯(cyclene)的化合物，及其制备。提出了由大环多胺和溴代乙酸叔丁基酯制备DO3A-三叔丁基酯。制备包括快速色谱纯化。制得的产品为游离碱。
WO2005/003105提出了一种制备三-烷基化1，4，7，10-四氮杂环十二烷的方法，通过大环多胺和适当亲电子试剂反应。反应是在非质子传递溶剂如氯仿中发生。产品通过柱色谱法纯化。制备的产品为游离碱。
如以上所述，DO3A-三叔丁基酯是一种制备大环螯合剂和MR造影剂的重要的原料。商业上购得的DO3A-三叔丁基酯是昂贵的，并包含杂质。目前的合成途径需要昂贵和费时的纯化，如色谱法，大规模生产时这尤其是一个缺点。因此寻找一种制备DO3A-三-叔丁基酯的新方法，其不那么昂贵并提供改进纯度的产品。
发明概述
根据本领域的需要，本发明提供了一种制备受保护的DO3A如DO3A-三叔丁基酯(1，4，7，10-四氮杂环十二烷-1，4，7-三乙酸三叔丁基酯)的改进方法。化合物制备成盐。此方法包括得到提高纯度的作为盐的DO3A-三叔丁基酯的处理工艺。
发明详述
从一方面看，本发明提供了一种制备式I的受保护的DO3A盐的方法，
Figure S2006800127928D00021
其中R表示羧基保护基团，例如选自烷基类如C1-C6烷基、芳基和取代的芳基。甲基、丙基、苄基和叔丁基是优选的R-基团。最优选地，R是叔丁基。X表示氯、溴或碘阴离子或含磺酸根-或磷酸根的基团，优选是溴阴离子。y表示1-4的整数，优选是1。
当X包含磷酸根基团时，形成的盐是基于磷酸(H3PO4)、膦酸(R′PO3H2)或次膦酸(R′R″PO2H)，其中R′和R″是低级烷基，如C1-C6烷基。当X含有磺酸根基团时，此基团可进一步包括低级烷基如C1-C6烷基，例如形成甲基-SO3H盐。
从一个优选的实施方案看，本发明提供了一种制备作为盐的式II的DO3A-三叔丁基酯的方法。
Figure S2006800127928D00031
更优选地，本发明提供了一种制备式I化合物的单盐如DO3A-三叔丁基酯的氢溴酸盐(4，7-二-叔-丁氧羰基甲基-1，4，7，10-四氮杂-环十二烷-1-基)-乙酸叔丁基酯氢溴化物)的方法。
本发明的制备式(I)化合物的方法提供了新的处理工艺，包含提供高纯度和高产率的物质的最佳化的沉淀。新的处理工艺选择性地提供高产率的作为盐的三-N-烷基化产品。已发现，同制备游离碱相比较，制备其为盐时，制备高纯度的受保护的式I的DO3A如DO3A-三叔丁基酯简单得多。以其盐形式沉淀产物时，发现大大地增加了纯形式的三-N-烷基化产品的获得。本发明方法的一个巨大的好处是，三-烷基化产物的盐可以通过沉淀从副产物中分离出，不需要或极少需要进一步地纯化沉淀盐的终产物。当大产量生产产品时，简单的方法是特别有益的。
所有原料、溶剂和辅助剂如碱是商业上可购得的。工艺易于实现，不需要特殊的试剂或严格的反应条件。
在第一个实施方案中，本发明提供了一种制备式I化合物的方法，包括以下步骤：
(1)使大环多胺和烷基化剂反应形成混合物，此混合物含有受保护的DO3A，烷基化剂是活化的乙酸酯；
(2)调节混合物的pH至9.0±0.5；
(3)向混合物中加入盐；
(4)收集沉淀产物。
步骤可以给定的顺序进行，或者备选地，步骤(2)和(3)的顺序可以改变，以便在调节pH(2)之前加入盐(3)。步骤优选以给定的顺序进行。所有步骤在下文中进一步描述。
在调节pH和加入盐之后，结晶物质开始沉淀。除了收集和干燥沉淀物之外，该方法进一步包括加速和完成沉淀的任选步骤，以获得高纯度和高产率的式(I)的受保护的DO3A的盐。选择性沉淀式(I)的三-烷基化产物是步骤(1)中最优化烷基化和步骤(2)中调节pH的组合的结果。
步骤(1)包括使式(III)的1，4，7，10-四氮杂环十二烷(大环多胺)
Figure S2006800127928D00041
与作为烷化剂的式(IV)的活化的乙酸酯反应，
Figure S2006800127928D00042
其中X′是易于代替的基团，选自氯、溴、碘、磺酸根和磷酸根。X′优选是溴。R是羧基保护基团，选自烷基如C1-C6烷基、芳基和取代的芳基。甲基、丙基、苄基和叔丁基是优选的R-基团。R最优选地是叔丁基。最优选地，式IV的烷化剂是式(V)的溴代乙酸叔丁基酯。
Figure S2006800127928D00043
步骤(1)的反应在溶剂存在下进行。为了优化烷基化步骤，烷化剂溶解于水可混溶的极性溶剂，例如包含酰胺、腈、酮或醇基团。溶剂优选是N，N-二甲基乙酰胺。制得大环多胺和辅助的弱碱在水可混溶的极性溶剂中的混悬液。用于大环多胺的溶剂优选与用于烷化剂的溶剂相同，即优选是N，N-二甲基乙酰胺。弱碱是例如三乙胺或醋酸钠。碱的作用是除去大环多胺质子。把烷化剂的溶液加入大环多胺的混悬液，优选是在搅拌下滴加入。
选择足以三烷基化大环多胺的组分量。步骤(1)中反应组分的比例优选是约3摩尔当量烷化剂、3摩尔当量弱碱比一摩尔当量的大环多胺。参考实施例1和2对于反应物、溶剂和助剂的合适量的进一步详述。
加入烷化剂之后，封闭含步骤(1)的反应混合物的反应容器，混悬液优选被静置直至反应完成，通常是数天如1-8天，例如3-5天。已发现3天足够制备DO3A-三叔丁基酯的盐。反应混悬液在这段时间内保持搅拌。
步骤(1)的反应可以在宽泛的温度范围例如0-30℃内完成。在向大环多胺中加入烷化剂的过程中，温度优选是保持在0-10℃，例如0-5℃。当烷化剂的加入完成后，反应混悬液的温度优选上升至约室温，例如至18-30℃，更优选是至20-25℃，且在反应完成的过程中保持在此温度。如果温度显著地增加至此水平以上，过度烷基化变得更常见，更可能产生杂质如四烷基化产物。使用本发明的方法，步骤(1)中产生的四-烷基化产物的量是维持在最低水平。特别是在大规模生产中，建议在进行最初加入烷化剂时降低温度以避免四-烷基化产物的杂质。得自烷化步骤(1)的主要产物是其非盐形式的式(I)的三-烷基化大环多胺。主要的副产物是二-烷基化产物。然而这种副产物较三-烷基化产物更能溶于步骤(1)的混合物中，当在下一步骤中调节pH和加入盐时将不会沉淀。
步骤(1)的混合物，其是混悬液或浆液，可以在其他条件下使用不同于上述的溶剂和助剂制得，取决于制得的非盐形式的式(I)的产物。例如，备选的溶剂可以基于所用的羧基保护基团选择。
步骤(1)之后，步骤(1)的反应混合物任选地倾入水中。加入水是优选的，因为其提供了均一澄清的溶液。水的量例如是反应混悬液体积的1-10倍，或更优选是反应混悬液体积的3-8倍。当大数量生产时，水的量可有利地保持在建议范围的较低部分，因为主要目的是获得均一的溶液。水的温度是约室温，例如18-30℃或20-25℃。
在步骤(2)中，加入碱调节pH至9.0±0.5，优选是8.7-9.3，更优选是8.9-9.1，最优选是约9.0。一-、二-、三-和四-烷基化产物的氮分子的pKa值是不同的。已发现，对所提供的范围的pH的最优化确保从步骤(1)的反应混合物中存在的任何低级或高级烷基化的副产物中分离出三-烷基化产物，因为在给定的pH下一、二-、三-和四-烷基化产物沉淀到不同的程度。更可溶的二-烷基化产物的任何杂质，其是可能主要的副产物，在优选的pH下作为结果保持在溶液中，在制备盐终产物时将不沉淀。所用的碱优选是以固体形式加入，并选自碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碱氢氧化物或磷酸钠。更优选是加入固体形式的NaHCO3。
在步骤(3)中，把含有阴离子X的盐加入混合物，如加入步骤(2)的溶液，其中X是选自含氯、溴和碘阴离子或磺酸根-或磷酸根-的基团，且优选是溴阴离子。磺酸根和磷酸根基团可含低级烷基，如C1-C6烷基链。X优选是同活化的式IV的乙酸酯中的X′相同的部分。所加的盐是例如钾盐(即，KX)，因为钾盐通常具有良好稳定性。最优选地在步骤(3)中加入KBr，且在步骤(1)中优选使用叔丁基溴代乙酸酯。
在本发明的一个实施方案中，步骤(3)包括调节pH(步骤(2))之前向步骤(1)的混合物中加入盐。在此实施方案中，步骤(1)的反应混合物优选倾入含盐的水中。水具有能够溶解盐或允许Ostwald熟化的温度。水的温度是例如26-100℃，更优选是40-100℃，且最优选是45-55℃。优选获得澄清的溶液。该实施方案方法的益处是包括收集产物的步骤(4)将加快，因为由于制备更大的颗粒简化了过滤方法。
例如，步骤(3)中加入盐的量是步骤(1)中烷化剂摩尔量的0.3-4倍，且优选是烷化剂摩尔量的0.6-3倍。
盐优选是在搅拌下加入混合物。当调节pH和加入盐时，将开始形成结晶的沉淀物。为了获得快速和完全的沉淀，步骤(4)优选包括向步骤(3)的盐溶液中加入非极性溶剂如醚的任选的加入步骤。当步骤(3)中所加的盐完全溶解时，优选加入醚化合物。例如，醚是选自标准的醚类如低级烷基醚、二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、THF、t-BuOMe、异丙基醚和二乙醚。最优选的是加入二乙醚。约10％-20％体积的总溶剂体积量是适宜的。已发现加入醚改善了大规模合成的收率，还增加了极性盐沉淀的速率。
步骤(4)包括收集沉淀的盐的步骤，例如通过过滤或离心，例如在0.5-4小时之后，例如约2小时之后。随后，从收集的产物中除去所用的溶剂，优选通过蒸发，例如在升温和/或减压(例如，真空)下蒸发以获得干燥形式的产物。
商业上可购得的DO3A-三叔丁基酯包含一些杂质，四-烷基化大环多胺(1，4，7，10-四氮杂-环十二烷-四乙酸四-叔丁基)及一些二-烷基化大环多胺(1，4，7，10-四氮杂-环十二烷-二乙酸二-叔丁基)。本发明的处理工艺提供了高纯度的DO3A-三-叔丁基酯的盐。所公开的处理工艺确保了从反应混合物中分离出期望的三-取代的产物，反应混合物还可包含一-、二-和四-取代的衍生物。根据检测的标准水平，获得的产物在商业上购得的DO3A-三叔丁基酯中没有发现含有不需要的量的二烷基化产物。来自步骤(1)的四-烷基化的产物的任何杂质不作为盐沉淀。得到的产物的纯度可以通过不同分析方法控制，例如证实产物的结构和确定纯度的NMR，测定纯度的HPLC和测定残留溶剂的GC。由公开的方法制得的产物如DO3A-三叔丁基酯氢溴酸盐，具有至少95％的纯度，更优选是至少99％，更优选是至少99.9％。
本发明制备方法得到高收率的式(I)的受保护的DO3A盐，优选60％以上的收率，更优选是70％以上，最优选是80％以上，基于大环多胺的摩尔量计。取得了作为氢溴酸盐的DO3A-三-叔丁基酯的高达81.5％的收率。典型的结果是73％的收率。
本发明的另一个方面是式I化合物，作为盐，优选的化合物是DO3A-三叔丁基酯的盐，优选是氢溴酸单盐。
而本发明的另一个方面是根据公开的方法制得的式I化合物。
受保护的DO3A或其盐，通过脱保护乙酸基团可用于制备DO3A。通过标准技术例如水解、氢解等，可以除去保护基团，如用三氟乙酸或甲酸处理以得到游离酸。DO3A及衍生物，可以络合顺磁的金属原子，用作磁共振成象的弛豫增强剂。备选地，MR造影剂如商业上可购得的产品ProHanceTM，可以由DO3A-三叔丁基酯的盐例如由氢溴酸盐制得，通过包括在碱存在下的DO3A-三叔丁基酯盐的烷基化或环氧化物开环步骤，或备选地通过在分离步骤中释放DO3A-三叔丁基酯的游离碱。烷基化包括例如，在反应性仲胺处连接羟丙基。可接着脱保护并最终络合Gd3+或另外的顺磁金属离子。
根据以下的非限制的实施例，现在将进一步说明本发明。
实施例
实施例1：制备DO3A-三叔丁基酯的氢溴酸盐
Figure S2006800127928D00081
在0℃下25分钟内，把N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)(150ml)中的叔丁基溴代乙酸酯(77.1ml，522mmol)滴加入含1，4，7，10-四氮杂环十二烷(30g，174mmol)和醋酸钠(NaAc)(42.9g，522mmol)的N，N-二甲基乙酰胺(400ml)的搅拌的混悬液中。最后加入之后，反应的浆液升温至室温。反应器使用玻璃塞子封口，让白色的混悬液搅拌5天。反应浆液倾倒入水(2000ml)中以得到澄清的黄色溶液。
加入固体NaHCO3调节pH至9。在机械搅拌下加入KBr(30.0g，252mmol)，当盐完全溶解后，加入二乙醚(10ml)。几分钟之后，沉淀出白色的结晶物质。一小时之后，滤出沉淀物，真空下干燥以得到(4，7-二-叔丁氧羰基甲基-1，4，7，10-四氮杂-环十二烷-1-基)-乙酸叔丁基酯氢溴化物，为白色粉末(77.3g，73％)。
分析计算值C26H53BrN4O6C，52.25％；H，8.94；N，9.37；O，16.06。实测值C，52.2；H，8.7；N，9.0；O，16.6。
实施例2：DO3A-三叔丁基酯的氢溴酸盐的备选制备方法
Figure S2006800127928D00091
在0℃下25分钟内，把含叔丁基溴代乙酸酯(77.1ml，522mmol)的N，N-二甲基乙酰胺(150ml)滴加入含1，4，7，10-四氮杂环十二烷(30g，174mmol)和醋酸钠(NaAc)(42.9g，522mmol)的N，N-二甲基乙酰胺(400ml)的搅拌混悬液。最后的加入之后，升温反应的浆液至室温。反应器使用玻璃塞子封口，让白色的混悬液搅拌5天。
反应浆液倾倒入含溶解的KBr(30.0g，252mmol)的温水(50℃，2000ml)中以得到澄清的黄色溶液。
加入固体NaHCO3调节pH至9。几分钟之后，沉淀出白色的结晶物质。使浆液在缓慢搅拌下冷却至室温，然后在没有搅拌下的4小时内使沉淀物沉积。滤出沉淀物，并在真空下干燥以得到(4，7-二-叔丁氧羰基甲基-1，4，7，10-四氮杂-环十二烷-1-基)-乙酸叔丁基酯氢溴化物，为白色粉末(77.3g，73％)。
NMR结果：DMSO-D6(400MHz)；8.92(2H)，3.41(4H)，3.35(2H)，2.98(4H)，2.84(4H)，[2.71(4H)2.67(4H)]未分辨的(Unresolved)ABsys.，1.42(27H)。

Claims (8)

1.一种制备式(I)化合物的方法
Figure FSB00000128798200011
其中R表示叔丁基；X表示氯、溴或碘阴离子；且y表示1；
所述方法包括以下步骤：
(1)用N，N-二甲基乙酰胺作为溶剂在0-30℃使大环多胺和活化的乙酸酯反应以制备混合物，其中所述活化的乙酸酯是式(IV)的烷化剂
Figure FSB00000128798200012
其中X′是易于替代的基团，选自氯、溴、或碘；
(2)调节混合物的pH至9.0±0.5；
(3)把KBr加入混合物；
(4)收集沉淀产物；
其中步骤(3)在步骤(2)之前或之后进行。
2.权利要求1的方法，其中步骤(2)在步骤(3)之前进行。
3.权利要求1的方法，其中步骤(3)在步骤(2)之前进行。
4.权利要求1-3任一项的方法，其中步骤(2)包括通过加入碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碱金属氢氧化物或磷酸钠来调节pH。
5.权利要求1-4任一项的方法，其中步骤(4)包括向步骤(3)的混合物中加入非极性溶剂。
6.权利要求1-5任一项的方法，其中步骤(4)包括通过过滤或离心收集产物，然后干燥产物。
7.权利要求1-6任一项的方法，其中式(I)化合物所得收率是60％以上，基于大环多胺原料的摩尔量计。
8.权利要求1-6任一项的方法，提供具有至少95％纯度的式(I)的化合物。
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Anjum Dadabhoy, et.al..Long wavelength sensitizers for europium(III) luminescencebased on acridone derivatives.J. Chem. Soc., Perkin Trans.2002 2.2002,2002(2),348-357.
Anjum Dadabhoy, et.al..Long wavelength sensitizers for europium(III) luminescencebased on acridone derivatives.J. Chem. Soc., Perkin Trans.2002 2.2002,2002(2),348-357. *

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