CN102020522A

CN102020522A - 氘代药物的制备方法和应用

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Publication number: CN102020522A
Application number: CN2010102849965A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-21
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2011-04-20

Abstract

碳氢结构(C:H)是药物化学结构中最基本的结构之一，形成的碳-氢键是最基本的化学键。本发明公开了一种可改变药物化合物结构中化学键和氢键键能的氘代药物制备方法和应用，使用氢的同位核素氘原子(D)取代药物化合物结构中氢原子(H)，改变了被取代药物化学分子结构、键能，形成一类新型氘代药物。氘代药物可用于药代动力学研究；亦具有明显增强药物预防或治疗疾病的功能；减少药物毒付作用。

Description

氘代药物的制备方法和应用

技术领域

本发明属于医学药物技术领域，尤其涉及氘代药物的制备方法和应用。

背景技术

药物化合物分子结构中碳:氢结构(C:H)是最基本的结构，形成的碳-氢键(C-H)亦是最基本的化学键，氢键以X-H…Y表示，并将X-Y之间距离定为氢键的键长，氢键具有键能，氢键的结构参数如键长、键角、方问性可以在相当大范围内变化，影响键能，键长越短，氢键越强。氢键的键能虽然不大，但对物质性质的影响很大，原因有二：1.形成最多氢键原理，物质内部趋问于尽可能多生成氢键以降低体系的能量。2.因为氢键键能小，它的形成和破坏所需活化能也小，在物质内部分子间和分子内不断运动变化条件下，氢键不断地断裂和形成，在物质内保持一定数量的氢键结合。氢键的形成对物质的各种物理化学性质都会有深刻的影响，在人类和动植物的生理、生化过程中也起十分重要的作用[((结构化学基础))，第4版，322页。周公度编著，北京大学出版社]。因此，改变了药物化合物分子结构中化学键及氢键键能，即可改变药物化合物的化学、药学性质。

但是，改变药物化合物分子结构中化学键及氢键键能的技术途径和手段十分有限。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的问题在于：发明了可改变药物化合物分子结构中化学键和氢键键能的氘代药物制备方法和应用。为了详实说明本发明的技术方案，需要对本发明的原理进行相应的阐述：

氢有三种同位素：原子量为1的氕(Hydrogen，元素符号H，通称氢，是稳定的同位素)；原子量为2的氘(Deuterium，元素符号D或²H，亦称重氢，是稳定的同位素)和原子量为3的氚(元素符号T，一种放射性同位素)。

氘作为氢的一种稳定形态同位素，它的原子核由一颗质子和一颗中子组成。较氢原子核多一个中子(氘原子量＝2，氢原子量＝1)，致C-D化学键较C-H键稳定(C-H键断裂速率比C-D键快6倍；参阅1、《Nature News home，Publishedonline 16 March 2009|Nature|doi：10.1038/458269a；2、《Chemistry &，Industry》2009.March.9；Page 24-26)。比如，当药物化合物化学结构甲基C-H₃键被C-D₃取代，氢键键能变强，增强了单个分子的稳定性，虽然就单个分子来说键能很微小，但亿万个分子结合在一齐形成物质，在动力学同位素效应(Kinetic Isotope Effect)作用下，最终明显地改变药物化合物的化学、药理药代学性质。取得意想不到的效果，显著减慢药物被肝P450酶系降解速率，优化药物药代动力学，明显增强药物药效，增加药物新适应症。药效增强导致减小药物用药量，降低该药物代谢产物，减少药物毒、付作用。形成一类新型同位素取代药物：称为氘代药物。

为了达到上述目标，需要有制备氘代药物的技术。现有的制备氘代技术是采用多步合成法，步骤复杂、设备多、效率低。

合成氘代药物有两条主要途径：一是用重水(氘气)对适当的药物进行催化还原；另一是重水用(氘气)对药物的卤氏元素进行催化卤-氘置换。

为了解决以上技术问题，本发明的具体实施方案中提供了一种制备氘代药物的技术。采用重水(氘气)或其他氘化合物作为D的供体、在高效催化剂作用下、与具有合适化学结构的药物化合物取代合成，制备氘代药物，其特征包括：

(1)重水(D₂O)、氘气(D₂)、氘代乙醇，氘代甲醇；浓度：1-99.6％；

(2)单一药物化合物；

(3)钯碳、铂碳、钌碳催化剂；含量5-10％；

(4)微波化学反应器；

(5)液相柱色谱分离系统；

作为一种优选实施方式，在本发明的是实施方式中具体给出了制备方案，包括如下部分或全技术特征：

(1)所述的D来源于重水(D₂O)、氘气(D₂)、氘代乙醇、氘代甲醇，浓度：1-99.6％，对于水溶性药物，优选重水；对于脂溶性药物，优选氘代有机溶剂；

(2)药物是指纯度大于99％单一药物化合物；

(3)钯碳、铂碳、钌碳催化剂；含量5-10％；优选钯碳催化剂；

(4)采用EYELA有机合成装置，反应体系：ph：7-12；温度：20～200℃；常压，反应时间：1-24小时；

(5)使用微波化学反应时，反应时间：30-60分钟；

反应通式：

(5)药物化合物的化学结构有一个或一个以上杂环结构时，杂环中的H被D所取代，反应条件；10％钯碳催化剂、pH：10、温度：40-180℃、常压、20小时；

(6)药物化合物的化学结构有一个或一个以上甲基时，甲基(-CH₃)中的H被D所取代，反应条件；5％钯碳催化剂、pH：7、温度：40-180℃、常压、10小时；

(7)氘代气-液化学交换：为增加氘代率，对药物化合物进行前置处理；原料：a.催化交换柱b.氘气，c.脂溶性药物。在催化交换柱内进行逆流接触反应，实现氘从气相到液相的交换；

(8)液相柱色谱分离系统，液相色谱分离精制氘代产物，重结晶获氘代药物。根据上述的制备方法，制备出氘代药物，其特征为：

(1)药物化合物的化学结构中C:H的H至少有一个以上被D所取代，形成C:D结构。化学式中：-CH，-CH₂，-CH₃，-CH_n，转变为-CD，-CD₂，-CD₃，-CD_n；

(2)氘代药物具有：用于该药物的药物结构学、代谢学、受体学、药理学、毒理学的研究作为示踪物；在药物作用上，取得意想不到的效果，即增强药物在制备预防、治疗疾病药效的应用；减少药物对人体的毒、付作用。

附图说明：

图1、本发明中D对比H结构及化学键能示意图。

图2、药物异烟肼化学结构。

图3、D取代异烟肼化学结构中H示意图。

图4、药物吡格列酮化学结构。

图5、D取代吡格列酮化学结构中H示意图。

具体实施方式

一、氘代异烟肼制备：

异烟肼曾是广泛使用的抗结核药，对结核杆菌具有杀菌作用，结核杆菌对本品易产生耐药性。由于现临床上结核病致病菌株主要是耐药菌株，巳不再单独使用异烟肼，而是与其他抗结核药物联合应用。异烟肼大剂量易造成肝损害，与利福平并用肝损害明显增高。因比，增加异烟肼对结核杆菌敏感性，减小用量有明显的临床价值。因此，选定异烟肼进行氘代，研发新型抗结核药物。

中文名：异烟肼；

英文名：Isoniazid；

化学名称：4-吡啶甲酰肼

CAS NO：54-85-3

分子式：C₆H₇N₃O

分子量：137.14

结构式：见图2；

氘代异烟肼制备：

制备原料：99.5％重水(美国剑桥同位素公司)、异烟肼(医药级、台州天端化工公司)、5％钯炭催化剂(美国杜邦化学公司)。

反应：采用EYELA个性有机合成装置，异烟肼137mg(1mmol)，重水10ml，5％钯炭催化剂14mg，pH＝10，常压、温度：145℃，反应6小时，使反应得以进行。降温，停止反应，滤纸分离催化剂，收集滤液，多段液相柱色谱分离[柱色谱硅胶(200～300目)青岛海洋化工厂]，收集分离液，干燥，即得粗品，重水、乙醚洗涤，真空干燥，获得氘代异烟肼，收率：92％；氘代率96.8％，见图3。

化合物确认：

物理性质：暗白色细小晶体，熔点：171℃(X4型显微熔点测定仪)，溶解性：易溶于水，溶于乙醇，氯仿0.1％，不溶于苯、乙醚。

定性分析：硅胶薄层色谱法GF254硅胶薄层板，将异烟肼标准品、氘代异烟肼溶液点于同一板上，水∶氯仿(75∶25)展开，用碘蒸气显色，Rf值一致。

核磁谱：1H-NMR(89MHz，DSMO-d6)，异烟肼标准品：δH 10.10(1H，s，J＝9.0)，8.69(2H，d，J＝7.7)，7.78(2H，d，J＝6.9)，4.65(1H，s，J＝4.1)。

反应后，改用氘谱(2H-NMR)，δ8.56(2D，d，J＝7.5)，δ7.41(2D，d，J＝7.2)，应归属于杂环H取代后的D。

13C-NMR(15.0MHz，DSMO-d6)：δC 163.9(s)，150.1(s)，140.2(s)，121.0(s)；

分子式：C₆H₃D₄N₃O；

分子量：141.14；

初步药效检测：

菌株：耐药性结核菌；标准菌株；

药效试验结果：

讨论：对比原药异烟肼，氘代异烟肼对耐药结核菌株的药效在低浓度(1.25ug/ml)即敏感。而异烟肼在浓度1.25ug/ml时耐药，在浓度升高到2.5ug/ml才敏感；初步显示了氘代后药效学增加效果。

综上所述，采用氘代技术制备氘代异烟肼，以D代替异烟肼杂环上的H，取得意想不到的效果，显示氘代异烟肼有可能取代异烟肼，成为抗耐药结核病新药。

二、氘代吡格列酮制备：

2型糖尿病巳成为中国流行病，抗2型糖尿病药市场大，但主要被外企专利药控制。吡格列酮属噻唑烷二酮类口服抗糖尿病药，为胰岛素增敏剂，通过提高外周组织和肝脏对胰岛素敏感性而降低血糖。吡格列酮分子结构中有易于氘代的甲基。吡格列酮又主要通过肝脏P450酶糸代谢，肝细胞色素P450的CYP2C8和CYP3A4为主要代谢酶，适合氘代药作用机理。因此，选定吡格列酮进行氘代，研发新型抗2型糖尿病药物。

中文名：吡格列酮；

英文名：Pioglitazone；Pyrithione Sodium；

CAS编号：112529-15-4

化学名称：(±)5-{4-[2-(5-乙基-2-吡啶)乙氧基]苯甲基}-2，4-噻唑烷二酮盐酸盐；

分子式：C19H20N2O3S·HCl

分子量：392.89

结构式：见图4；

氘代吡格列酮制备：

制备原料：99.5％重水(美国剑桥同位素公司)、吡格列酮(99％，浙江中美华东杭州制药公司)、10％钯炭催化剂(美国杜邦化学公司)。

(1)氘代气-液取代前置处理：

原料：催化交换柱、氘气(D₂)、含药物吡格列酮的液体。通过双向逆流接触，在催化交换柱内进行反应，实现氘原子从气相到液相的交换，获得部分氘代吡格列酮。催化交换柱(2米长，直径5公分，催化剂与亲水填料混装)，浓度99.6％氘气体预热，从催化交换柱底进入，与自上而下的药物吡格列酮溶液逆流接触，在65-95℃范围内，调节气体流量0.5-2.0m3/h，液体流量100-400ml/h，在催化交换柱内进行反应，实现氘从气相到液相的部分交换。

(2)反应：采用EYELA个性有机合成装置，吡格列酮392mg(1mmol)，重水5ml，10％钯炭催化剂40mg，pH＝7，温度：145℃，反应20小时，使反应得以进行。降温，停止反应，滤纸分离催化剂，收集滤液，多段液相柱色谱分离[柱色谱硅胶(200～300目)青岛海洋化工厂]，收集分离液，真空干燥，获得氘代吡格列酮粗品，收率：72％；氘代率94％，见图5。

将粗制品用11％盐酸/乙醇溶液8ml加热溶解，回流1h，冷却干燥，抽滤得盐酸氘代吡格列酮，

化合物确认：

物理性质：白色晶体，溶点：192℃，溶解性：溶于水、乙醇等有机溶剂。

定性分析：硅胶薄层色谱法GF254硅胶薄层板，将吡格列酮标准品、氘代吡格列酮溶液点于同一板上，氯仿∶甲醇(95∶5)展开，用碘蒸气显色，Rf值一致。

MS-ESI(m/z)，393.1，395.0[M+H]，

1H-NMR(CDCl3)：δH：12.05(1H，s)，8.72(1H，d)，8.41(1H，dd)，7.97(1H，d)，7.12(2H，d)，6.89(2H，d)，4.85(1H，dd)，4.38(2H，t)，3.49(2H，t)，3.04，3.27(2H，dd，dd)，2.78(2H，q)，1.21(3H，t)，

反应后，改用氘谱2H-NMR(CH2Cl2)，其中δ4.39、4.40，4.42(3D，t)归属于甲基H-D取代后的D；8.71(1D，s)归属于NH上H-D交换的D。

13C-NMR(CDCl3)：δC 175.33(s)，171.30(s)，156.95(s)，151.13(s)，144.96(s)，141.13(s)，140.09(s)，130.27(s)，129.03(s)，126.95(s)，114.42(s)，65.42(s)，52.72(s)，36.17(s)，32.29(s)，24.5(s)，14.4(s)。

分子式：C19H16D4N2O3S·HCl

分子量：396.89

初步药效检测：

2型糖尿病大鼠模型：小剂量链脲佐菌素(Streptozotocin，STZ、30mg/kg)加高脂饮食诱导Wistar大鼠造模；造模成功后，给予吡格列酮、或氘代吡格列酮连续灌胃2周，10mg/kg/日；

检测：空腹血糖；空腹血清胰岛素。

药效试验结果：

氘代吡格列酮对比吡格列酮：

*空腹血糖：14.4±3.3vs.17.3±2.9；P＜0.05；

#空腹血清胰岛素：21.5±5.5vs.27.54±8.7；P＜0.01。

讨论：吡格列酮为胰岛素增敏剂，通过提高外周组织和肝脏对胰岛素敏感性，发挥胰岛素作用，降低血糖，治疗2型糖尿病，特别是伴有胰岛素抵抗、体内胰岛素水平高的病人。一般用药2周才起效，4周可见明显效果，血糖水平下降同时，胰岛素水平亦下降。在本试验中，可见吡格列酮使用2周，糖尿病大鼠血糖轻度下降，胰岛素水平变化不大，5只大鼠中仅1只血糖明显下降，符合吡格列酮药效学规律。

但吡格列酮经氘代后，成为氘代吡格列酮，相同剂量使用2周，6只大鼠中有3只血糖明显下降，胰岛素水平亦明显下降，提示氘代吡格列酮增加了药效。由于肝细胞色素P450的CYP2C8和CYP3A4为吡格列酮主要降解代谢酶，推测氘代减慢吡格列酮降解，提升吡格列酮血药水平，增加了药效。

Claims

1.一种用于药物化合物的化学结构中氢原子(H)被稳定同位素氘原子(D，亦称²H)取代的制备方法，其特征在于包括：

(1)所述的D来源于重水(D₂O)、氘气(D₂)、氘代乙醇、氘代甲醇，浓度：1-99.6％；

(2)单一药物化合物；

(3)钯碳、铂碳、钌碳催化剂；含量5-10％；

(4)微波化学反应器；

(5)液相柱色谱分离系统。

2.根据权利要求1所述的药物化合物的化学结构中H被D取代的制备方法，其特征在于包括：

(1)反应体系；ph：7-12；温度：20～200℃；反应时间：1-24小时；或微波化学反应时，30-60分钟；

反应通式：

(2)药物化合物的化学结构有一个或一个以上杂环结构时，杂环中的H被D所取代，反应条件：10％钯碳催化剂、pH：10、温度：40-180℃、20小时；

(3)药物化合物的化学结构有一个或一个以上甲基时，甲基(-CH₃)中的H被D所取代，反应条件；5％钯碳催化剂、pH：7、温度：40-180℃、10小时；

(4)对于水溶性药物化合物，优选重水；对于脂溶性药物化合物，优选氘代有机溶剂；

(5)氘代气-液化学交换：为增加氘代率，可对药物化合物进行前置处理；在含有催化剂的交换柱内进行氘气和药物化合物逆流接触交换反应。

(6)液相柱色谱分离系统，过滤分离催化剂与反应产物，液相柱色谱分离部分氘代产物，重结晶获固体氘代药物化合物。

3.根据权利要求1所述的制备方法，可制备出氘代药物，其特征为：

(1)药物化合物的化学结构中C:H的H至少有一个以上被D所取代，形成C:D结构。化学式中：-CH，-CH₂，-CH₃，-CH_n，转变为-CD，-CD₂，-CD₃，-CDn；

(2)氘代药物具有：用于药物结构学、代谢学、受体学、药理学、毒理学的研究作为示踪物；在药物作用上，取得意想不到的效果，即增强该药物在制备预防、治疗疾病药效的应用；减少该药物对人体的毒、付作用。