CN101772509B - 用于β-内酰胺化合物的硅烷基化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在包含一种或多种硅烷基化剂的有机溶剂中对β-内酰胺化合物进行硅烷基化的方法，其特征在于，所述方法在存在有效量氯化铵和/或有机胺的盐酸盐时进行。
Description
本发明涉及用于对β-内酰胺化合物进行硅烷基化的方法，涉及用于生产半合成β-内酰胺抗生素的方法，还涉及氯化铵在β-内酰胺化合物的硅烷基化方法中的用途。
半合成β-内酰胺抗生素(SSA’s)是从β-内酰胺中间产物(例如6-氨基青霉烷酸(6-APA)、7-氨基-脱乙酰氧基-头孢烷酸(7-ADCA)、7-氨基头孢烷酸(7-ACA)和7-氨基-3-氯-3-头孢烯-4-羧化物(7-ACCA)、7-氨基-3-[(Z/E)-1-丙烯-1-基]-3-头孢烯-4-羧化物(7-PACA)等等)开始，以工业规模被生产的。
通过将想要的侧链偶合至6-APA分子的6-氨基，来获得半合成青霉素(SSP’s)。公知的SSP’s是阿莫西林(羟苯基甘氨酰-6-APA)和氨苄西林(苯基甘氨酰-6-APA)。类似地，通过将想要的侧链偶合至7-ADCA、7-ACA、7-ACCA、7-PACA或其它中间产物的7-氨基，获得半合成头孢菌素(SSC’s)。公知的SSC’s是头孢氨苄(苯基甘氨酰-7-ADCA)、头孢羟氨苄(羟苯基甘氨酰-7-ADCA)、头孢雷定(二氢苯基甘氨酰-7-ADCA)、头孢克洛(苯基甘氨酰-7-ACCA)和头孢丙烯(羟苯基甘氨酰-7-PACA)。
想要的侧链与β-内酰胺中间产物的偶合传统上使用化学合成在有机溶剂体系中进行，并且现在仍在使用；最近开发了在水性体系中使用合适的酰基转移酶的酶促偶合方法。
在使用化学合成SSA的方法中，通常第一步对相应的β-内酰胺中间产物进行硅烷基化，从而保护相应的β-内酰胺中间产物中存在的游离羧基，并提高β-内酰胺中间产物在有机溶剂体系中的溶解度。在用于将侧链化学偶合至β-内酰胺中间产物上的大部分有机溶剂体系中，β-内酰胺中间产物是不溶的，而经硅烷基化的衍生物具有高得多的溶解度。在6-APA中，该羧基位于5-元环的3-位上，而在头孢菌素的中间产物(例如7-ADCA、7-ADA、7-ACCA、7-PACA等等)中，相应的羧基位于6-元环的4-位上。
GB 1,073,530(1967)公开了某些硅烷基氯化物或胺在于有机溶剂体系中制造经硅烷基化的头孢菌素中间产物的方法中的用途。这一方法在可高至170℃的温度下进行，并需要通过蒸馏去除副产物。US 3,694,437(1972)公开了在基本无水的、疏质子的液体溶剂中，在-50℃到+50℃的温度下，同时使用硅烷基酰胺化合物对若干头孢菌素中间产物例如7-ADCA和7-ACA的硅烷基化。日本专利52-59296(1979)公开了一种用于合成阿莫西林的方法，其中在无水乙酸酯溶剂(例如乙酸乙酯、乙酸丙酯等等)中使用若干硅烷基化-酰胺化合物对6-APA进行硅烷基化。该方法具有约50℃的最适反应温度，并且反应在0.5-1.5小时内完成。US 4,358,588(1982)公开了一种用于制备头孢烷酸化合物的方法，其中7-ADCA的硅烷基化反应在添加了相对小体积共溶剂(例如双极疏质子溶剂)的惰性不与水混溶的溶剂中或惰性与水混溶的溶剂(例如乙腈)中进行。US 4,358,588教导了存在叔胺或其它化合物例如三甲基硅烷基乙酰胺、N，N-双-三甲基硅烷基乙酰胺、六甲基二硅氮烷和N，N-双-三甲基硅烷基尿素时三甲基氯硅烷(trimethylchlorosilane，TMCS)作为硅烷基化剂的用途。US 4,504,657(1985)描述了一种用于生产头孢羟氨苄一水合物的方法，其中在惰性的、基本无水的疏质子溶剂(例如亚甲基氯化物、四氢呋喃、氯仿、四氯乙烷、硝基甲烷、苯、二乙基醚)中将7-ADCA硅烷基化。使用三甲基氯硅烷作为硅烷基化剂时，反应必须在存在酸(HCl)受体例如氮碱(例如三乙胺、二甲胺、喹啉、卢剔啶、吡啶)时进行。使用硅氮烷作为硅烷基化剂时，通过加热硅氮烷和7-ADCA便利地进行反应步骤，从而馏出作为反应副产物形成的氨或胺衍生物。在US 5,142,043(1992)中，通过在沸点超过100℃的溶剂(例如沸点110.6℃的甲苯和沸点138.4℃的二甲苯)中回流进行硅烷基化步骤时，以高产率获得通过7-ADCA的硅烷基化制备的头孢氨苄一水合物，并且其具有提高的纯度。在这些高温下，不需要用于硅烷基化反应的催化剂(例如糖精)。相反，在更低的温度(例如90℃的甲苯中或沸点仅40℃的二氯甲烷中)下需要催化剂。WO96/16067(1996)和US5,998,610(1999)描述了在某些羧酸酯中对6-APA和7-ADCA硅烷基化的方法。WO96/16067公开了常用于7-ADCA或6-APA的硅烷基化的许多硅烷基化剂；包括硅烷，例如三氯硅烷或烷基硅烷，例如三烷基一氯硅烷，例如三甲基氯硅烷，二烷基二氯硅烷；硅烷基化的酰胺，例如双硅烷基乙酰胺，例如N，O-双(三甲基硅烷基)乙酰胺、N，N′-双-三甲基硅烷基丙二酸酰胺、N，N′-双-三甲基硅烷基琥珀酸酰胺、N-甲基-N-三甲基硅烷基三氟乙酰胺；N，N′-双三甲基硅烷基丙二酸二酰胺、N，N′-双三甲基硅烷基琥珀酸二酰胺；硅烷基化的尿素，例如双硅烷基尿素，例如N，N-双(三甲基硅烷基)尿素、六甲基-二硅氮烷。在WO96/16067的方法中可以使用催化剂，但其并非绝对必需。提到的合适催化剂是胺，尤其是三烷基胺；酰胺，例如环状酰胺，例如糖精；酸性催化剂，例如有机酸例如三氯乙酸、三氟乙酸、草酸、对甲苯磺酸，或无机酸例如盐酸、硫酸；或盐，例如硫酸铵、乙酸钾。为了生产水含量在4-5％范围内的头孢羟氨苄，WO2004/035593公开了：作为第一步骤，使用TMCS和六甲基二硅氮烷作为烷基化剂在二氯甲烷中对7-ADCA硅烷基化，同时将混合物于38-46℃搅拌120-130分钟。为了制备多种7-氨基(对羟苯基甘氨酰基)头孢烯化合物，WO2004/083172公开了：作为第一步骤，在所述反应条件下惰性的溶剂中，用硅烷基化剂对相应的头孢菌素中间产物例如7-ADCA硅烷基化。硅烷基化剂的例子包括单硅烷基化或双硅烷基化的酰胺，例如N，0-双-(三甲基硅烷基)-乙酰胺(BSA)、N-甲基-N-三甲基硅烷基乙酰胺(MSA)；硅烷基化的尿素，例如N，N′-双-(三甲基硅烷基)尿素(BSU)；或硅氮烷例如1 1 3，3，3-六甲基二硅氮烷(HMDS)，其与卤素硅烷(例如三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷)或胺(例如三乙胺、叔辛胺)组合。
尽管硅烷基化反应技术有较长的历史，但是仍然需要针对β-内酰胺化合物、尤其是β-内酰胺中间产物的改进的硅烷基化方法。对于硅烷基化方法的工业应用而言要达到的主要改进是其能够在短时间内进行，并且所述方法尽可能廉价，即避免使用昂贵的有机溶剂、硅烷基化或催化剂。另外，低温是优选的，这一方面是因为β-内酰胺化合物在提高的温度下不稳定(降低的产率)，另一方面是因为能量消耗(成本)。我们现已目前惊讶地发现，可以通过向硅烷基化反应混合物中添加有效量的氯化铵和/或有机胺盐酸盐，大幅加速β-内酰胺化合物(例如β-内酰胺中间产物)的硅烷基化反应。
在第一方面中，本发明提供了用于在包含一种或多种硅烷基化剂的有机溶剂中对β-内酰胺化合物进行硅烷基化的方法，其特征在于，所述方法在存在有效量氯化铵和/或有机胺的盐酸盐时进行。β-内酰胺化合物可以是具有下述基团的任何β-内酰胺化合物，所述基团例如为羧基，其可以被用于进行硅烷基化。优选地，β-内酰胺化合物是半合成β-内酰胺抗生素的化学合成工业中可以使用的β-内酰胺中间产物。用于生产半合成β-内酰胺抗生素的工业中使用的公知β-内酰胺中间产物是6-APA、7-ADCA、7-ACA、7-ACCA和7-PACA。优选的β-内酰胺中间产物是6-APA或7-ADCA，最优选的是7-ADCA。优选地，β-内酰胺化合物的青霉烯(例如6-APA)或头孢烯(例如7-ADCA、7-ACA、7-ACCA和7-PACA)环结构上存在的羧基被硅烷基化，优选地达到至少90％，更优选地至少95％，最优选地至少99％的程度。尽管可以对β-内酰胺中间产物(例如上文列出的β-内酰胺中间产物)的游离氨基进行硅烷基化，但是在本发明的范围内高度不期望游离氨基被硅烷基化。优选地，游离氨基被硅烷基化至少于10％，优选地少于5％，更优选地少于1％，最优选地少于0.1％的程度。
使用有效量氯化铵和/或有机胺盐酸盐的优点是，如通过不溶性β-内酰胺化合物(例如β-内酰胺中间产物)的溶解率所测量的，所述硅烷基化反应与不存在有效量氯化铵和/或有机胺盐酸盐时的硅烷基化反应相比，进行得更快。
本发明的方法可以在包含一种或多种硅烷基化剂的有机溶剂中并且存在有效量氯化铵和/或有机胺盐酸盐时进行。硅烷化剂可以是已知能够硅烷基化如前文所述的β-内酰胺化合物的羧基的任何试剂。合适的硅烷基化剂的例子为例如硅烷，三氯硅烷或烷基硅烷(例如三烷基一氯硅烷，例如三甲基氯硅烷(TMCS)和二烷基二氯硅烷)；经硅烷基化的酰胺，例如双硅烷基乙酰胺(例如N，O-双(三甲基硅烷基)乙酰胺、N，N′-双-三甲基硅烷基丙二酸酰胺、N，N′-双-三甲基硅烷基琥珀酸酰胺、N-甲基-N-三甲基硅烷基三氟乙酰胺；N，N′-双三甲基硅烷基丙二酸二酰胺、N，N′-双三甲基硅烷基琥珀酸二酰胺；经硅烷基化的尿素，例如双硅烷基尿素，例如N，N-双(三甲基硅烷基)尿素、六甲基-二硅氮烷)。优选地，该方法在仅包含硅烷基化剂的有机溶剂中和存在有效量氯化铵和/或有机胺盐酸盐时进行。在该实施方案中，硅烷基化剂优选地含有两种或更多的三甲基硅烷基，例如双硅烷基乙酰胺(例如N，O-双(三甲基硅烷基)乙酰胺、N，N′-双-三甲基硅烷基丙二酸酰胺、N，N′-双-三甲基硅烷基琥珀酸酰胺、N-甲基-N-三甲基-硅烷基三氟乙酰胺；N，N′-双三甲基硅烷基丙二酸二酰胺、N，N′-双三甲基硅烷基琥珀酸二酰胺)或硅烷基化的尿素，例如双硅烷基尿素(例如N，N-双(三甲基硅烷基)尿素)或六甲基-二硅氮烷。优选地，本发明的方法在下述有机溶剂中和存在有效量氯化铵和/或有机胺盐酸盐(最优选氯化铵)时进行，所述有机溶剂包含N，N-双(三甲基硅烷基)尿素或六甲基-二硅氮烷，最优选地包含N，N-双(三甲基硅烷基)尿素。
在本发明的方法中，硅烷基化反应在存在有效量氯化铵和/或有机胺盐酸盐(例如三乙胺的盐酸盐)时进行。优选地，使用氯化铵。技术人员不需过多的实验就能够容易地针对给定的硅烷基化反应确定氯化铵和/或有机胺盐酸盐的有效量。将通过硅烷基化反应的特定反应条件等来测定有效量，所述条件例如使用的溶剂，β-内酰胺化合物的类型和用量，硅烷基化剂的浓度，以及反应期间的温度和期望的反应时间。在一个优选的实施方案中，使用0.05和0.5克/升之间的氯化铵和/或相应量的有机胺盐酸盐(以分子量为基础)进行硅烷基化反应。
在本领域中，已描述了用于硅烷基化反应的许多有机溶剂。优选地，使用疏质子、非极性的惰性溶剂，例如DMF、二氯甲烷、有机酯等等。
可以以干燥固体的形式，或者与包含β-化合物例如β-内酰胺中间产物的组合物一起，向硅烷基化反应混合物中添加有效量的氯化铵和/或有机胺盐酸盐。在后一情况下，可以在添加至硅烷基化反应混合物之前将氯化铵和/或有机胺盐酸盐与包含β-内酰胺化合物的组合物混合，或者可以在单独的生产过程中以下述方式生产包含β-内酰胺的组合物，所述方式使其以需要的水平含有氯化铵和/或有机胺盐酸盐。在该实施方案中，包含β-内酰胺化合物(优选地包含β-内酰胺中间产物，例如6-APA、7-ADCA、7-ACA、7-ACCA或7-PACA)的组合物优选地包含至少90％、至少95％，更优选地至少96％，更优选地至少97％，更优选地至少98％和最优选地至少99％的β-内酰胺中间产物，和0.02wt％和5wt％的氯化铵和/或相应量的有机胺盐酸盐(以分子量为基础)。包含β-内酰胺中间产物的组合物的氯化铵含量优选地包含0.02和4wt％之间，更优选地0.03和3wt％之间，更优选地0.04和2wt％之间，最优选地0.05和1wt％之间的氯化铵和相应量的有机胺盐酸盐(以分子量为基础)。本发明的组合物还可包含水。优选地，水含量等于或少于0.5wt％，更优选地等于或少于0.4wt％，更优选地等于或少于0.3wt％，最优选地等于或少于0.2wt％。
在第二方面中，本发明提供了生产半合成β-内酰胺抗生素的方法，所述方法包括以下步骤：
a.使用前文所述的本发明的方法硅烷基化β-内酰胺中间产物；
b.衍生步骤(a)中获得的经硅烷基化的β-内酰胺中间产物，以获得经硅烷基化的形式的半合成β-内酰胺抗生素；和
c.水解来自步骤(b)中获得的经硅烷基化的半合成β-内酰胺抗生素的硅烷基，以获得半合成β-内酰胺抗生素。
β-内酰胺中间产物可以是用于生产半合成β-内酰胺抗生素的任何合适的β-内酰胺中间产物，这已在前文中描述过。半合成β-内酰胺抗生素可以是任何公知的半合成β-内酰胺抗生素；优选地，半合成β-内酰胺抗生素选自由阿莫西林、氨苄西林、头孢氨苄、头孢羟氨苄、头孢雷定、头孢克洛和头孢丙烯组成的组。
本发明的方法中使用的β-中间产物可以由任何合适的工业生产方法获得。例如，6-APA可以通过苯乙酸侧链或羟苯乙酸侧链的化学切割或酶切割分别从青霉素G(PenG)或青霉素V(PenV)获得。Pen G和PenV二者均为丝状真菌Penicillium chrysogenum在大规模工业发酵方法中生产和分泌的次级代谢产物(综述见R.P.Elander in Appl.Microbiol.Biotechnol(2003)61：385-392)。这些方法中的一些中，PenG作为中间产物以晶体形式被生产，在其它一些方法中，避免了该步骤，在从发酵液中提取和反提取(backextraction)Pen-G后获得的水性PenG溶液中直接切掉侧链(例如WO98/40839)。第一代7-ADCA制品来自于PenG，其中使用化学反应完成5-元青霉烯环成为6-元头孢烯环的扩展和之后苯乙酰基-7-ADCA的苯乙酸侧链的切割。下一代7-ADCA制品仍然得自PenG，但是在化学环扩展之后，使用合适的(青霉素)酰基酶酶促切除苯乙酰基7-ADCA的苯乙酸侧链。已开发了下述方法，其中还使用合适的扩环酶体外来实现PenG环成为苯乙酰基-7-ADCA的扩展，但是这些方法的工业重要性很低。最近和最好的7-ADCA生产方法包括培养下述Penicillium chrysogenum，所述Penicillium chrysogenum用编码合适扩环酶的基因转化并表达所述基因。在存在作为侧链前体的脂肪酸的发酵罐中培养时，Penicillium chrysogenum菌株生产并分泌己二酰基-7-ADCA(见WO93/05158)。在该生产方法中，从发酵液中回收己二酰基-7-ADCA，用合适的酰基酶切割脂肪酸侧链，之后对藉此获得的7-ADCA进行进一步纯化、结晶并干燥，如例如WO98/48035和WO98/48036中所述。对其它β-内酰胺中间产物例如7-ACA、7-ACCA和7-PACA的生产已充分记录在专利和科学文献中，并且是技术人员已知的。
上文已描述了根据本发明方法对β-内酰胺中间产物的硅烷基化。
对硅烷基化的β-内酰胺中间产物进行衍生获得期望的硅烷基化形式的半合成β-内酰胺抗生素，和对来自硅烷基化的半合成β-内酰胺抗生素的硅烷基进行水解获得半合成β-内酰胺抗生素是本领域公知的方法。见例如上文中引用的现有技术文件。
第三方面，本发明涉及氯化铵和/或有机胺盐酸盐在下述方法中的用途，所述方法用于在存在一种或多种硅烷基化剂时在有机溶剂中对β-内酰胺化合物进行硅烷基化。
实施例
实施例1作为TMCS和氯化铵的函数的硅烷基化时间
如下测量7-ADCA的硅烷基化时间。借助于粉末漏斗，向500ml的三颈圆底烧瓶(Duran Scott NS29.2/32)中添加约16克7-ADCA结晶和约19克双-三甲基硅烷基-尿素(BSU)。将带有特氟隆桨片的搅拌棒(型号SovirelCN 29/32)和控制温度计(装在玻璃塞29/32中的LET 5450 DIN 12778)置于烧瓶中。将烧瓶置于调节至25.5±0.5℃(得到25.0±0.5℃的反应温度)的水浴中。随后添加277ml DMF(化学级)。搅拌棒与搅拌器(Janke and Kunkel，IKA werk，型号RW 20 DZM)相连，并将搅拌速度调节为205和215rpm之间。
向烧瓶中添加TMCS(三甲基氯硅烷)(用量见下表)并用橡胶塞盖上烧瓶，所述橡胶塞中装有光纤探头(fiber optic probe)。光纤探头与Metrohm 662型光度计连接，所述光度计被调节至625nm的波长。
以规则的间隔(约10分钟)测量反应混合物的吸光度。初始反应混合物的吸光度值非常高(＞2 AU＝吸光度单位)。随着硅烷基化反应的进行，不溶的7-ADCA溶解，这导致吸光度的降低。硅烷基化时间被定义为反应开始和吸光度降至0.1的AU-值的时间点之间的时间。结果总结在下表中。
| 实验 | TMCS(ml) | NH4Cl(mg) | 硅烷基化时间(分钟) |
| 对照 | 0.10 | 无 | ＞240 |
| 1 | 0.10 | 200 | 150 |
| 2 | 0.05 | 200 | 150 |
| 3 | 无 | 200 | 150 |
在对照实验(即不添加氯化铵)中，AU在＞2的初始值下保持至少240分钟(实验结束)。在添加氯化铵的实验中，某一时间后反应混合物的吸光度降至低于2的值，进一步下降并在约150分钟后达到0.1的值(定义的硅烷基化时间)。TMCS没有做出贡献，甚至在没有TMCS时获得了相同的硅烷基化时间。
Claims (6)
1.在包含一种或多种硅烷基化剂的有机溶剂中对β-内酰胺化合物进行硅烷基化的方法，其特征在于，所述方法在存在有效量的氯化铵时进行。
2.根据权利要求1的方法，其中所述β-内酰胺化合物是优选地选自下组的β-内酰胺中间产物，所述组由6-APA、7-ADCA、7-ACA、7-ACCA和7-PACA组成。
3.用于生产半合成β-内酰胺抗生素的方法，所述方法包括下述步骤：
a.使用权利要求1或权利要求2的方法硅烷基化β-内酰胺中间产物；
b.对步骤a中获得的经硅烷基化的β-内酰胺中间产物进行衍生化，以获得想要的经硅烷基化形式的半合成β-内酰胺抗生素；和
c.水解来自步骤b中获得的经硅烷基化的半合成β-内酰胺抗生素的硅烷基，获得所述半合成β-内酰胺抗生素。
4.根据权利要求3的方法，其中所述β-内酰胺中间产物选自权利要求2中定义的组。
5.根据权利要求3或4中任一项的方法，其中所述半合成β-内酰胺抗生素选自由阿莫西林、氨苄西林、头孢氨苄、头孢羟氨苄、头孢雷定、头孢克洛和头孢丙烯组成的组。
6.氯化铵在用于在存在一种或多种硅烷基化剂时在有机溶剂中对β-内酰胺化合物进行硅烷基化的方法中的用途。
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