CN101628914A - 新结晶形的美罗培南中间体及美罗培南的制备方法 - Google Patents

新结晶形的美罗培南中间体及美罗培南的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及新结晶形的美罗培南中间体及美罗培南的制备方法。本发明特别涉及式I化合物(4－硝基苄基(4R，5S，6S)－3－({(3S，5S)－5－[(二甲氨基)羰基]－1－[(4－硝基苯氧基)羰基]吡咯烷－3－基}硫代)－6－[(1R)－1－羟乙基]－4－甲基－7－氧－1－氮杂双环[3，2，0]庚－2－烯－2－羧酸酯)的结晶形，以及用于制备式II化合物美罗培南三水合物的改进的方法，其中，PNB表示对硝基苄基及PNZ表示对硝基苄氧基羰基。

Description

新结晶形的美罗培南中间体及美罗培南的制备方法
技术领域
本发明涉及下式I的(4-硝基苄基(4R，5S，6S)-3-({(3S，5S)-5-[(二甲氨基)羰基]-1-[(4-硝基苯氧基)羰基]吡咯烷-3-基}硫代)-6-[(1R)-1-羟乙基]-4-甲基-7-氧-1-氮杂双环[3，2，0]庚-2-烯-2-羧酸酯)的新结晶形，下文中还称为受保护的美罗培南(meropenem)，其为美罗培南的关键中间体。
Figure G200910150055XD00011
式I
其中，PNB表示对硝基苄基及PNZ表示对硝基苄氧基羰基。
此外，本发明涉及用于生产美罗培南三水合物，化学上称为下式II的((4R，5S，6S)-3-[[(3S，5S)-5-(二甲基氨甲酰基)-3-吡咯烷]硫代]-6-[(1R)-1-羟基-乙基]-4-甲基-7-氧-1-氮杂双环[3，2，0]庚-2-烯-2-羧酸))的三水合盐的改进和工业可用的方法。
Figure G200910150055XD00012
式II
背景技术
在US 4,888,344中首次公开了美罗培南，一种用于治疗多种感染包括脑膜炎和肺炎的超广谱可注射抗生素。它是β-内酰胺抗菌素并属于碳青霉烯的亚群，与亚胺培南(imipenem)和厄他培南(ertapenem)类似。
美国专利4,888,344提供了用于制备美罗培南的结晶三水合物的方法。美国专利4,943,569和5,122,604提供了用于制备美罗培南三水合物的类似方法。已知为美罗培南关键中间体的(4-硝基苄基(4R，5S，6S)-3-({(3S，5S)-5-[(二甲氨基)羰基]-1-[(4-硝基苯氧基)羰基]吡咯烷-3-基}硫代)-6-[(1R)-1-羟乙基]-4-甲基-7-氧-1-氮杂双环[3，2，0]庚-2-烯-2-羧酸酯)(式I)，化学上已知的((4R，5S，6S)-3-[[(3S，5S)-5-(二甲基氨甲酰基)-3-吡咯烷]硫代]-6-[(1R)-1-羟基-乙基]-4-甲基-7-氧-1-氮杂双环[3，2，0]庚-2-烯-2-羧酸))式II，是合成的广谱碳青霉烯抗生素。
通常已知非结晶形如无定形、油形、泡沫状固体的式I的化合物与结晶形相比，具有差的材料性质以及分离性质，所述材料性质如稳定性或纯度。在合成中，结晶形产品的获得必须的是该产品可以更高的纯度来获得。另外，晶体材料具有比无定形实质上更佳的稳定性。
WO2006/035300 A2描述了通过将两相溶剂体系用于式(V)的化合物的去保护来制备美罗培南的方法，这与US 4,943,569中提供的教导类似，在US 4,943,569中在氢化后加入乙酸乙酯以除去有机杂质。
Figure G200910150055XD00031
式-V
WO2006/035300A2进一步要求了用于制备美罗培南三水合物的方法的权利，其中不分离以上所示式-V的倒数第二个(penultimate)化合物。该教导与US 4,888,344的公开类似，该专利中，已给出至以下程度的建议：美罗培南三水合物可从所得水性浓缩液直接结晶出。
WO2005/118586 A1要求式I的结晶倒数第二个化合物以及用于制备该中间体的方法的权利。根据此公布，该中间体从在链烷酸烷基酯如乙酸乙酯中的浓缩母液或通过加入反溶剂如环己烷或庚烷至乙酸乙酯中的母液来结晶出。因为该公布描述了使用多溶剂体系，由于多溶剂回收，因而进一步增加生产成本，导致从工业观点看该方法不是商业可行的。
按照US 4,888,344实施例1中，将美罗培南溶解于水中，其中当形成少量的美罗培南晶体时，进一步添加丙酮生产美罗培南三水合物。因为无菌制备需要对于无菌过滤的彻底分离，所以发现此技术是不具吸引力的。
根据上述专利文献，美罗培南三水合物通过以下来获得：在保护基团去保护后使水性反应物料在高压下进行氢化，此外进行反渗透(如果需要)，然后加入水混溶性有机溶剂如乙醇、异丙醇、丙酮、四氢呋喃(THF)、二噁烷、乙腈等。
在我们的实施方案中，已避免了象在高压下氢化这种爆炸性步骤来获得美罗培南三水合物。
因此，存在提供成本有效且生态友好的方法用于制备美罗培南三水合物的需求。因此，本发明提供不使用昂贵和有害试剂以及苛刻的反应参数的方法。此外，在反应完成后较大程度地回收用作反应介质的溶剂，这进一步使得该方法可商业用于工业规模，该实施方案是去保护反应，所述去保护反应通过使用pH-7的碳酸氢钠水溶液或磷酸盐缓冲液或吗啉缓冲液在反应物料的pH为6.5至6.9下进行，从而获得最大产量和良好的纯度。
发明内容
发明要解决的问题
在一个实施方案中，本发明的主要目的是提供受保护的美罗培南的新结晶形。本发明的另一个目的是提供用于制备美罗培南三水合物的具有合适反应参数以及更少操作的商业可用的方法。本发明的另一个目的是在现有技术基础上提供有成本效率且环境友好的制备方法。
用于解决问题的方案
本发明主要涉及受保护的美罗培南的新结晶形，其具有超过无定形的良好稳定性，此外，还提供用于制备美罗培南三水合物的成本有效的且生态友好的方法。
在优选的方面，将式A的化合物和化合物B在-5至-10℃下在乙腈和二甲基乙酰胺的混合物中缩合，然后在同样温度下以逐滴方式加入二异丙基乙胺，所述式A的化合物为(4-硝基苄基(4R，5R，6S)-(3-[(二苯氧基磷酰基)氧]-6-[(1R)-1-羟乙基]-4-甲基-7-氧-1-氮杂双环[3，2，0]庚-2-烯-2-羧酸酯)，所述化合物B为(4-硝基苄基(2S’，4S)-2-[(二甲氨基)羰基]-4-巯基吡咯烷-1-羧酸酯)。反应完成后，将反应物料用乙酸乙酯萃取并且伴随在0至5℃下连续搅拌同时化学计量地添加甲基乙基酮和丙酮而完全蒸馏，然后加入水和少量的晶种以产生受保护的美罗培南的新结晶形。
用于此的方法描述在如下的示意图I中：
Figure G200910150055XD00051
另一方面，受保护美罗培南的去保护通过以下实现，从而获得预期产量和纯度的美罗培南三水合物：在反应物料的pH为6.5至7.5下，在室温下，在作为溶剂介质的四氢呋喃和水与在炭上的钯的混合物中，在大气压下氢化。
用于此的方法描述如下：
Figure G200910150055XD00061
其中，PNB表示对硝基苄基及PNZ表示对硝基苄氧基羰基。
因而，根据本发明，以在示例的条件下发现的新结晶形获得式I的化合物。具有上述优点的美罗培南三水合物的新结晶形(图1)能够用于制备美罗培南。
在前述实例中已详细描述了在特定条件下发现的特定结晶形。可如下描述新结晶形的式-I化合物的生理化学性质。
a)外观
浅黄色、针型晶体
b)熔点
151-153℃
c)X射线粉末衍射图
结晶形的式-I的化合物显示在2-θ衍射角约5.01、7.0、10.3、15.5、17.0、20.8、22.6和26.4处的特征带。
结晶形的式-I化合物的X射线粉末衍射图记录在装备有Brag-Brentano θ-θ测角计(gonion meter)的AXS-Bruker-D-8advance上，所述测角计使用40Kv的管电压和40mA的管电流，具有步尺寸0.013°，以及在2θ，3-45°角范围中步距时间为一秒。将试样暴露于Cu Kα-射线中并使用软件EVA进行评价。
以下表1提供了(4-硝基苄基(4R，5S，6S)-3-({(3S，5S)-5-[(二甲氨基)羰基]-1-[(4-硝基苯氧基)羰基]吡咯烷-3-基}硫代)-6-[(1R)-1-羟乙基]-4-甲基-7-氧-1-氮杂双环[3，2，0]庚-2-烯-2-羧酸酯)的粉末衍射图。
表1
  说明   角度   d值   强度   强度％
  2-θ°   埃   计数
  A＝5.099°   5.099   17.31756   1946   100
  A＝7.028°   7.028   12.56692   205   10.5
  A＝10.336°   10.336   8.55159   722   37.1
  A＝12.515°   12.515   7.0674   143   7.4
  A＝12.824°   12.824   6.89778   196   10.1
  A＝13.120°   13.12   6.74238   233   12
  A＝13.460°   13.46   6.57325   266   13.7
  A＝13.935°   13.935   6.35002   287   14.7
  A＝14.148°   14.148   6.25482   313   16.1
  A＝15.472°   15.472   5.72235   832   42.7
  A＝15.751°   15.751   5.62166   463   23.8
  A＝16.987°   16.987   5.21529   1407   72.3
  A＝17.561°   17.561   5.0462   615   31.6
  A＝18.335°   18.335   4.83496   482   24.8
  A＝19.085°   19.085   4.64653   230   11.8
  A＝19.719°   19.719   4.49848   519   26.7
  A＝20.101°   20.101   4.41393   445   22.8
  A＝20.769°   20.769   4.27349   777   39.9
  A＝22.112°   22.112   4.0168   226   11.6
  A＝22.541°   22.541   3.94135   595   30.6
  A＝23.300°   23.3   3.81463   622   32
  A＝24.031°   24.031   3.70026   458   23.5
  A＝24.885°   24.885   3.5751   188   9.7
  A＝25.345°   25.345   3.51129   282   14.5
  A＝26.421°   26.421   3.37066   363   18.7
  A＝27.525°   27.525   3.23795   236   12.1
  A＝28.925°   28.925   3.08437   217   11.1
  A＝31.233°   31.233   2.8615   130   6.7
式-I的化合物可通过以下获得：在作为溶剂介质的乙腈和二甲基乙酰胺并另外加入的二异丙基乙胺中缩合(4-硝基苄基(4R，5R，6S)-(3-[(二苯氧基磷酰基)氧]-6-[(1R)-1-羟乙基]-4-甲基-7-氧-1-氮杂双环[3，2，0]庚-2-烯-2-羧酸酯)和(4-硝基苄基(2S′，4S)-2-[(二甲氨基)羰基]-4-巯基吡咯烷-1-羧酸酯)。反应完成后，将该化合物蒸馏出全部溶剂介质，并添加至酮类溶剂的组合中以结晶，最后，添加至极性质子溶剂中以完全结晶。
酮类溶剂为甲乙酮、甲基丁基酮、丙酮、异丁基酮、二乙基甲酮等，或其混合物，但优选使用丙酮和甲基乙基酮以获得式-I的化合物的结晶形。
极性质子溶剂选自水、甲醇、乙酸二甲酯，但优选使用水以获得完全的结晶。以常规方式结晶和分离具有优良稳定性和具有高于99.0％的HPLC面积百分比的典型纯度的式I化合物。
本发明的另一个方面是提供通过在大气压下氢化从式I结晶化合物制备式II的美罗培南的工业可用的方法，由此受保护的美罗培南，即，式I的合物，通过在30-35℃温度下在四氢呋喃和pH-7的碳酸氢钠水溶液或磷酸盐缓冲液或吗啉缓冲液的溶剂混合物中使用在碳上的钯来去保护，且反应物料的pH应为6.5至6.9，以实现在前述和实例中已经示例的预期产量和纯度。
附图说明
图1是新结晶形的式-I化合物的X射线粉末衍射图。
具体实施方式
虽然现将连同特定优选和任选的实施方案来详细描述本发明，以使得可以更充分地理解和评价其各方面，但这并不有意将本发明限于这些特定实施方案。
相对于之前使用的或提议的生产方法，如下描述的方法提供了实质优点。例如，如果需要，使用的起始材料、中间体、液体介质和催化剂相对更易处理和处置。重要的是，本方法提供高产量的预期产品，以致实现相当的方法效率。
如下描述受保护的美罗培南的新结晶多晶形物(polymorph)的制备：
在优选实施方案中，在-10至-5℃的温度下，在极性质子溶剂二甲基乙酰胺和作为反应促进剂添加的二异丙基乙胺的存在下，在溶剂介质乙腈中将式A与式B缩合直到反应完成。该反应通过HPLC(高效液相色谱)监测，然后通过乙酸乙酯萃取。此外，完全蒸馏乙酸乙酯，加入化学计量比的甲基乙基酮和丙酮至所述反应物料，继续在0-5℃的下搅拌14小时。最后，加入冷水和少量的晶种并在同样温度下搅拌以完全结晶。
因而，根据优选实施方案，式A和式B的摩尔比是化学计量比。相对于式A使用2至4倍，优选4倍作为溶剂介质的乙腈，且极性质子溶剂为DMSO、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺等，但优选相对于式A至少1至2倍使用二甲基乙酰胺，然后加入相对于式B2至4倍，优选2倍比例的二异丙基乙胺，以这样的方式保持反应温度以迅速加速。最后，在反应完成后，反应物料通过乙酸乙酯萃取并完全蒸馏，然后以化学计量比，优选1∶1.25加入甲基乙基酮和丙酮，以设定结晶点，并且为了完全结晶，以相对于甲乙酮和丙酮的混合物至少一个比例加入极性可混溶性溶剂如水。
使用如上所述的方法来以约90至95％的预期产量和高于99％的纯度制造结晶形的受保护的美罗培南。此外，在四氢呋喃和pH-7的碳酸氢钠水溶液或磷酸盐缓冲液或吗啉缓冲液的混合物中，将受保护的美罗培南用在碳上的钯(Pd/C)来处理，从而保持反应物料pH为6.5至6.9在30至35℃温度下2至3小时以获得最大产量。在反应完成后，将反应物料脱气并碳化以形成清晰水层，该水层通过蒸馏进一步减少，最后在0至5℃的保持温度下加入丙酮3小时以获得纯态的结晶美罗培南三水合物。
因而，在另一实施方案中，本发明提供了从反应物料分离美罗培南三水合物，其包括以下步骤：
a)反应完成后，需要时通过使用碳酸钠溶液调节反应物料的pH为6至7；
b)使反应物料脱气然后碳化并在环境温度下过滤；
c)在低于35℃的真空下减少水层；
d)在0-5℃的温度下添加丙酮至上述水层并持续搅拌3小时以完全沉淀；
e)通过丙酮过滤和洗涤块状物以获得纯美罗培南三水合物。
Figure G200910150055XD00111
其中，PNB表示对硝基苄基及PNZ表示对硝基苄氧基羰基。
如上所述的去保护步骤在30至35℃温度下在单相溶剂体系中以受保护美罗培南与在碳上的钯为1∶0.25的摩尔比来进行。反应物料的pH在加速反应从而获得良好产量中起到至关重要的作用。反应物料的pH应为6至7，从而获得最大产量，副产物对硝基甲苯在非水层中，通过维持水为pH 7，最多的美罗培南将进入水层中，从而获得最大产量。
在前述实例中已很好地描述本发明的制造的美罗培南三水合物的方法。
提供以下实施例以提供制备美罗培南三水合物的通常状态，从而本领域普通技术人员具有本发明的足够清楚和完全的解释，但不应认为是对其目的的基本方面的限制，如下解释。
实施例-I
制备受保护的美罗培南
在环境温度下将式-A 4-硝基苄基(4R，5R，6S)-3-[(二苯氧基磷酰基)氧]-6-[(1R)-1-羟乙基]-4-甲基-7-氧-1-氮杂双环[3，2，0]庚-2-烯-2-羧酸酯(10gm)，和式-B 4-硝基苄基(2S′，4S)-2-[(二甲氨基)羰基]-4-巯基吡咯烷-1-羧酸酯(6.122gm)，溶解于60ml乙腈和3ml二甲基乙酰胺中。在同样条件下搅拌该溶液10分钟以获得清晰溶液并冷却至-10℃的温度。在搅拌条件下逐滴加入二异丙基乙胺(9.15ml)至在-10℃的上述溶液，并在同样的反应参数下继续该反应90分钟。反应完成后，在所述反应物料中加入150ml乙酸乙酯，该乙酸乙酯层通过酸性水萃取直到获得萃取的酸性水pH为6至7，然后在硫酸钠上干燥并蒸馏至无固体。接下来，加入50ml甲基乙基酮和丙酮的1∶1的混合物并保持14小时以在0至5℃下结晶，最后加入带有少量晶种的30ml冷水以完全结晶。将该固体过滤并用10ml二乙醚和乙酸乙酯的混合物洗涤以获得纯4-硝基苄基(4R，5S，6S)-3-({(3S，5S)-5-[(二甲氨基)羰基]-1-[(4-硝基苯氧基)羰基]吡咯烷-3-基}硫代)-6-[(1R)-1-羟乙基]-4-甲基-7-氧-1-氮杂双环[3，2，0]庚-2-烯-2-羧酸酯(称为受保护的美罗培南)。
产量＝10.20gm，纯度＝99％以上。
实施例-II
制备美罗培南三水合物
在50ml四氢呋喃和2.5gms在活性炭上的10％钯中，装入从实施例-I中获得的4-硝基苄基(4R，5S，6S)-3-({(3S，5S)-5-[(二甲氨基)羰基]-1-[(4-硝基苯氧基)羰基]吡咯烷-3-基}硫代)-6-[(1R)-1-羟乙基]-4-甲基-7-氧-1-氮杂双环[3，2，0]庚-2-烯-2-羧酸酯(称为受保护的美罗培南)，并加入50ml碳酸氢钠水溶液或磷酸盐缓冲液或吗啉缓冲液以维持pH为约6.5至6.9。将上述反应混合物在大气压下在30至35℃下氢化3小时。反应完成后，将该混合物过滤并完全脱气。将水层碳化30分钟以获得清晰透明层，然后用20ml乙酸乙酯洗涤该水层。在低于35℃的真空下浓缩该水层并在约0至5℃的温度下将400ml丙酮缓慢添加至该水层。将所得物料在同样温度下搅拌3小时。将分离的固体过滤，用冷的丙酮洗涤，并在环境温度下干燥以获得美罗培南三水合物。
产量＝5.10gm。
实施例-III
制备无菌美罗培南三水合物
在50ml四氢呋喃和2.5gms在活性炭上的10％钯中，装入从实施例-I中获得的4-硝基苄基(4R，5S，6S)-3-({(3S，5S)-5-[(二甲氨基)羰基]-1-[(4-硝基苯氧基)羰基]吡咯烷-3-基}硫代)-6-[(1R)-1-羟乙基]-4-甲基-7-氧-1-氮杂双环[3，2，0]庚-2-烯-2-羧酸酯(称为受保护的美罗培南)，并加入50ml pH-7的碳酸氢钠水溶液或磷酸盐缓冲液或吗啉缓冲液以维持pH为6.5至6.9。将上述反应混合物在大气压下在30至35℃下氢化2小时。反应完成后，将该混合物过滤并完全脱气。将该水层碳化30分钟以获得清晰透明层，所述清晰透明层用20ml乙酸乙酯洗涤。在无菌条件下通过一系列0.45和0.22μ过滤该组合的水层，在低于35℃的真空下浓缩该滤液。将之前通过0.22μ过滤的400ml丙酮在无菌条件下在约0至5℃的受控温度下缓慢加入至水层中，在同样温度下搅拌所得物料3小时。将分离的固体过滤，用冷的丙酮洗涤，并在环境温度下干燥以获得美罗培南三水合物。

Claims (9)

1.一种受保护的美罗培南的结晶形的化合物，其具有以下结构：
Figure A2009101500550002C1
所述化合物通过XRD表征，具有在约5.01、7.0、10.3、15.5、17.0、20.8、22.6和26.4处的2θ衍射角，其中，PNB表示对硝基苄基及PNZ表示对硝基苄氧基羰基。
2.根据权利要求1所述的化合物，其包含如下X射线衍射图案：
  说明   角度   d值   强度   强度％   2-θ°   埃   计数   A＝5.099°   5.099   17.31756   1946   100   A＝7.028°   7.028   12.56692   205   10.5   A＝10.336°   10.336   8.55159   722   37.1   A＝12.515°   12.515   7.0674   143   7.4   A＝12.824°   12.824   6.89778   196   10.1   A＝13.120°   13.12   6.74238   233   12   A＝13.460°   13.46   6.57325   266   13.7   A＝13.935°   13.935   6.35002   287   14.7   A＝14.148°   14.148   6.25482   313   16.1   A＝15.472°   15.472   5.72235   832   42.7   A＝15.751°   15.751   5.62166   463   23.8
  A＝16.987°   16.987   5.21529   1407   72.3   A＝17.561°   17.561   5.0462   615   31.6   A＝18.335°   18.335   4.83496   482   24.8   A＝19.085°   19.085   4.64653   230   11.8   A＝19.719°   19.719   4.49848   519   26.7   A＝20.101°   20.101   4.41393   445   22.8   A＝20.769°   20.769   4.27349   777   39.9   A＝22.112°   22.112   4.0168   226   11.6   A＝22.541°   22.541   3.94135   595   30.6   A＝23.300°   23.3   3.81463   622   32   A＝24.031°   24.031   3.70026   458   23.5   A＝24.885°   24.885   3.5751   188   9.7   A＝25.345°   25.345   3.51129   282   14.5   A＝26.421°   26.421   3.37066   363   18.7   A＝27.525°   27.525   3.23795   236   12.1   A＝28.925°   28.925   3.08437   217   11.1   A＝31.233°   31.233   2.8615   130   6.7
3.一种用于制备具有以下结构的受保护的美罗培南的结晶形的化合物的方法：
Figure A2009101500550003C1
其包含以下步骤：
a)将所述化合物的非结晶或泡沫状固体溶解于选自由以下组成的组的酮溶剂的有效组合中：甲乙酮、甲基丁基酮、丙酮或二乙基甲酮或其混合物；
b)在0℃至5℃的温度下，使反应物料结晶；和
c)加入选自由水、甲醇或DMSO组成的组的极性质子溶剂，以趋于完全结晶，从而获得所述化合物的结晶形。
4.根据权利要求3所述的制备所述化合物的方法，其中所述酮溶剂的有效组合是以化学计量比的甲乙酮和丙酮。
5.根据权利要求3所述的制备所述化合物的方法，其中所述用于完全结晶的极性质子溶剂是水。
6.一种用于制备具有以下结构的美罗培南化合物的方法：
Figure A2009101500550004C1
其包含以下步骤：
a)在大气压下在30℃至35℃的温度下，在水混溶性溶剂体系如丙酮、水、甲醇、四氢呋喃、乙醇或其混合物中，在pH 6.5至6.9下，通过氢化使受保护的美罗培南去保护，以获得最大产量；
b)在去保护反应中，反应物料的pH通过使用pH为7的碳酸氢钠水溶液或磷酸盐缓冲液或吗啉缓冲液保持在6.5至6.9；
c)使所述反应物料脱气和碳化以获得清晰的水层，然后在0℃至5℃的温度下加入丙酮以获得美罗培南三水合物。
7.根据权利要求6所述的制备美罗培南的方法，其中所述混溶性溶剂体系是pH为7的碳酸氢钠水溶液或磷酸盐缓冲液或吗啉缓冲液以及四氢呋喃。
8.根据权利要求6所述的制备美罗培南的方法，其中所述去保护优选在30℃至32℃的温度下进行，以获得最大产量。
9.根据权利要求6所述的制备美罗培南的方法，其中所述去保护优选在pH 6.5至pH 6.9下的pH下在大气压下通过氢化而进行，以获得最大产量。
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