CN102391289B - 头孢他啶中间体及头孢他啶的合成方法 - Google Patents

头孢他啶中间体及头孢他啶的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及头孢他啶中间体的合成方法,以7-氨基头孢烷酸为原料,经过硅烷化反应、碘代反应、与吡啶反应,所得到的产物加入氧化剂、盐酸或者加入到有机溶剂与水的混合溶剂中,制得头孢他啶中间体(6R,7R)-7-氨基-3-吡啶甲基-头孢-3-烯-4-羧酸的氢卤酸盐。本发明还提供利用所得中间体氢卤酸盐制备头孢他啶的方法。本方法制备的头孢他啶中间体及头孢他啶收率高,生产成本低,并且操作简单、三废排放少,易于处理回收,适合工业化生产。

Description

头孢他啶中间体及头孢他啶的合成方法
技术领域
本发明涉及头孢他啶中间体高纯度氢卤酸盐及头孢他啶的合成方法,属于药物合成技术领域。
背景技术
头孢菌素类(Cephalosporins)是由冠头孢菌素培养液中提取的头孢菌素C,经改造侧链而得到的一系列半合成抗生素。其优点是:抗菌谱广,对酸及各种细菌所产生的β-内酰胺酶较稳定。二十世纪七十年代以来,多种头孢菌素广泛应用于临床,为治疗细菌感染,特别对青霉素类等抗菌药耐药的菌株所致感染、院内感染和青霉素过敏者感染提供了良好的抗菌品种。它不仅具有类似青霉素的优良药理特点,而且更适合临床需要,是当前开发较快的一类抗生素,目前已发展到第四代。
在已上市的几种头孢菌素中,鎓盐类头孢菌素化合物(头孢他啶、头孢吡肟、头孢匹罗)占有举足轻重的地位。头孢他啶是葛兰素史克公司创制的第三代头孢菌素中抗绿脓杆菌作用最强的抗生素,用于敏感革兰阴性杆菌所示的败血症、下呼吸道感染、腹腔和胆道感染、复杂性尿路感染和严重皮肤软组织感染等。对于有多种耐药革兰阴性杆菌引起的免疫缺陷者感染、院内感染以及革兰阴性杆菌或铜绿假单细胞菌所致中枢神经系统感染尤为适用。合成头孢他啶的关键中间体是:(6R,7R)-7-氨基-3-吡啶甲基-头孢-3-烯-4-羧酸,结构式如下(简称式1化合物):
Figure BDA0000115777580000011
式1中HX为HCl或HI。
目前,对于式1化合物的合成方法,文献中报道主要是以下合成路线制备:
Figure BDA0000115777580000012
以7-氨基头孢烷酸(式2)为初始原料,经硅烷化试剂保护氨基和羧基得式3化合物,与三甲基硅碘(TMSI)反应生成式4化合物,式4化合物与吡啶反应生成式5化合物,然后脱除保护基经萃取、结晶得头孢他啶中间体(式1)。
目前用于合成头孢他啶的中间体(式1)主要包括二盐酸盐二水合物、二氢碘酸盐水合物,美国专利US4540779A提到了单盐酸盐一水合物的结晶方法,但该专利中提到是由二盐酸盐二水合物在甲醇、乙醇、丙酮分别和水的混合溶剂中重结晶得到的中间体单盐酸盐一水合物,产品收率损失较大。另外,有文章中提到头孢他啶的中间体的氢碘酸盐是在取代结束后的反应液中直接加入乙醇或甲醇脱保护得到,参见刘煜婷,胡春,程卯生.7-氨基-3-(1-吡啶甲基)头孢烯酸(7-APCA)卤化物的合成路线[J].黑龙江医药,2004,17(5):359-362。但是该工艺收率低,产品纯度只有72%~80%,不能用于下一步的反应。
发明内容:
针对上述现有技术的不足,本发明提出一种适合工业化生产的头孢他啶中间体(式1化合物)的合成方法。
本发明还提供一种用头孢他啶中间体制备头孢他啶的方法。
本发明所述头孢他啶中间体是(6R,7R)-7-氨基-3-吡啶甲基-头孢-3-烯-4-羧酸的氢卤酸盐,结构式如式1所示。优选包括(6R,7R)-7-氨基-3-吡啶甲基-头孢-3-烯-4-羧酸的单盐酸盐一水合物或氢碘酸盐一水合物。
本发明的技术方案如下:
一种头孢他啶中间体(式1化合物)的合成方法,包括如下步骤:
(1)以7-氨基头孢烷酸(式2)为原料,使用硅烷化试剂保护氨基和羧基于溶剂中硅烷化反应得式3化合物;在缚酸剂存在下与三甲基碘硅烷(TMSI)反应得到碘代产物(式4化合物);然后与吡啶进行反应得到式5化合物;式3、式4、式5结构式如下:
Figure BDA0000115777580000021
式3    式4    式5
其中,有机溶剂优选二氯甲烷,硅烷化温度优选20~80℃;与三甲基碘硅烷反应温度优选为0~30℃;加入吡啶后反应温度优选为-10~30℃。
(2)在步骤(1)反应所得的式5化合物的溶液中滴加甲醇,再加入氧化剂,氧化剂与三甲基碘硅烷摩尔比0.5~5∶1,然后加入盐酸进行萃取、结晶后处理,得到头孢他啶中间体(6R,7R)-7-氨基-3-吡啶甲基-头孢-3-烯-4-羧酸的单盐酸盐水合物(式1中HX为HCl);或者,
(3)将步骤(1)反应所得的式5化合物的溶液投入有机溶剂与水的混合溶液中,搅拌0.5~5hr,得到头孢他啶中间体(6R,7R)-7-氨基-3-吡啶甲基-头孢-3-烯-4-羧酸的氢碘酸盐一水合物(式1中HX为HI);所述的有机溶剂选自醇、酮、腈或酰胺等有机溶剂,所述混合溶剂中有机溶剂与水的体积比为(1~10)∶1。
步骤(1)中所述的硅烷化试剂包括:六甲基二硅氨烷、N,O-双三甲硅基乙酰胺、三甲基氯硅烷、三甲基溴硅烷或三甲基碘硅烷等;傅酸剂包括N,N-二甲基苯胺、N,N-二乙基苯胺、三乙胺、三丁胺、乙烯、环戊烯、环己烯或环氧丙烷等;
步骤(2)中所述的氧化剂包括硝酸、双氧水、重铬酸钾、次氯酸钠、高锰酸钾、过氧乙酸或三价铁离子等能将含碘离子氧化为碘单质的氧化物。
进一步优选的,步骤(1)中所述硅烷化试剂选自六甲基二硅氨烷、N,O-双三甲硅基乙酰胺或三甲基氯硅烷;
进一步优选的,步骤(1)中所述傅酸剂选自N,N-二甲基苯胺、N,N-二乙基苯胺、三乙胺或环己烯;
进一步优选的,步骤(2)中所述氧化剂选自双氧水、三氯化铁或过氧乙酸。其用量优选为步骤(1)反应中三甲基碘硅烷(TMSI)的0.9~2倍摩尔量。其中,所述氧化剂特别优选浓度为40~52wt%的双氧水。
根据本发明优选的,步骤(2)中所述滴加甲醇的用量与步骤(1)原料7-氨基头孢烷酸用量的比为7-氨基头孢烷酸∶甲醇=1∶1~1.5质量体积比,单位g/ml。
进一步优选的,步骤(2)中所述的盐酸为浓盐酸,质量百分浓度为35~37%。
进一步优选的,步骤(3)中所述的混合溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、丙酮、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)与水的混合物;混合溶剂中有机溶剂与水的比例优选为1~5∶1体积比。所述的混合溶剂特别优选甲醇与水1~2∶1体积比的混合物。
利用本发明合成的头孢他啶中间体式1化合物制备头孢他啶,继续以下步骤:
(4)将所制备的头孢他啶中间体式1化合物(HX为HCl或HI)投入到二氯甲烷与甲醇的混合液中,冰浴下滴加三乙胺,冰浴反应18~24hr,过滤,二氯甲烷洗涤,真空干燥得头孢他啶叔丁酯;冰浴下将所得头孢他啶叔丁酯投入浓盐酸与甲酸的混合液中,15~20℃搅拌3hr,加入丙酮结晶,过滤,丙酮洗涤,产品真空干燥得头孢他啶二盐酸盐;冰浴下将头孢他啶二盐酸盐投入水中,加入氢氧化钠溶液调pH为5.8~6.0,搅拌至全溶,除菌过滤,加入磷酸调pH为3.5~3.6,冰浴下养晶10hr,过滤,丙酮洗涤,产品真空干燥得头孢他啶五水合物。
步骤(4)中所述的浓盐酸质量百分浓度为35~37%。
步骤(4)中所述浓盐酸与甲酸的混合液中浓盐酸与甲酸的体积比为30~40∶50。
根据本发明进一步优选的方案,一种头孢他啶中间体(式1化合物)的合成方法,步骤如下:
(1)7-氨基头孢烷酸30~32g、二氯甲烷280~320ml、六甲基二硅氨烷34~36ml置反应瓶中,加热至回流8小时,冰浴下加入N,N-二乙基苯胺28~30ml、三甲基硅碘31~33g,室温反应3hr,冰浴下加入吡啶17~19ml,继续反应1hr;
(2)滴加甲醇35ml,加入浓度为45~50wt%的双氧水6~8ml、浓度为35~37wt%的浓盐酸80~90ml、水100ml,搅拌至固体全部溶解,静置分层,水相加入丙酮500ml,加三乙胺调pH至3.0,过滤,100ml丙酮洗涤,真空干燥得淡黄色固体,纯度>98%(HPLC),即为头孢他啶中间体(式1,其中HX为HCl)单盐酸盐一水合物。或者,
(3)常温下将步骤(1)所得反应物料液滴入甲醇100~120ml、水100ml的混合溶剂中,加完后搅拌lhr,过滤,滤饼用甲醇100ml洗涤,真空干燥得黄色产品,纯度>98%(HPLC),即为头孢他啶中间体(式1,其中HX为HI)氢碘酸盐一水合物。
本发明的技术特点及优良效果如下:
1、收率高,产品纯度高
经过步骤(2)得到的头孢他啶中间体(式1)的单盐酸盐一水合物重量收率超过1.15,摩尔收率达到90%,产品的纯度≥98%,收率和质量明显高于现有技术文献记载的水平。步骤(3)得到的式1的氢碘酸盐一水合物重量收率超过1.5,摩尔收率超过90%,产品收率明显高于文章中报道的重量收率1.0的收率,而且所得中间体式1化合物的纯度高于98%,明显高于现有技术文献报道的72~80%。
2、步骤(2)中选择环保又无毒的氧化物,既能一步得到高纯度的单盐酸盐一水合物,又对环境无毒无害,避免了现有技术中由于重结晶而造成的收率的损失和溶剂的浪费以及对环境的污染。
3、操作简单、收率高,三废排放少,易于处理回收,更适用于工业化生产。步骤(3)中得到式1化合物的方法省去了传统工艺中加入甲醇脱保护,盐酸萃取,最后加入大量丙酮结晶的繁琐流程,而是采用脱保护与结晶同步进行的方法,不仅操作简单,还节省了大量结晶溶剂,减少了三废的排放,而且大大简化了工艺流程,有效提高了收率,同时避免了浓酸的使用,有利于生产设备的保护,整个工艺更适用于工业化生产。
附图说明
图1是实施例1制备的头孢他啶中间体单盐酸盐一水合物产品的高效液相色谱图(HPLC);图2是实施例5制备的头孢他啶中间体氢碘酸盐一水合物(式1中HX为HI)产品的高效液相色谱图(HPLC);图中,纵坐标是强度(任意单位),横坐标是时间(单位min)。
图3是对照标准品头孢他啶二盐酸盐产品的红外光谱图;图4是实施例4制备的头孢他啶二盐酸盐产品的红外光谱图。其中,纵坐标是透过率(%),横坐标是波数(单位:cm-1)。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式,对本发明的上述内容做进一步的说明,但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例,凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。实施例中所用的浓盐酸质量浓度为36%,双氧水浓度为50wt%。
【实施例1】头孢他啶中间体(式1,其中HX为HCl)一水合物的合成:
7-氨基头孢烷酸30g(0.1lmol)、二氯甲烷300ml、六甲基二硅氨烷35ml(0.16mol)置反应瓶中,加热至回流8小时,冰浴下加入N,N-二乙基苯胺29ml(0.18mol)、三甲基硅碘32g(0.16mol),室温反应3hr,冰浴下加入吡啶18ml(0.22mol),继续反应1hr;
滴加甲醇35ml,加入双氧水6ml(0.13mol)、浓盐酸80ml、水100ml,搅拌至固体全部溶解,静置分层,水相加入丙酮500ml,加三乙胺调pH至3.0,过滤,100ml丙酮洗涤,真空干燥得淡黄色固体34.4g(91%),含量83.5%,纯度>98%,水分:5.5%,产品经电位滴定检测得氯离子含量为:10.5%,即为头孢他啶中间体(式1,其中HX为HCl)单盐酸盐一水合物。
【实施例2】头孢他啶中间体(式1,其中HX为HCl)一水合物的合成:
如实施例1所述,所不同的是氧化剂换为FeCl326g(0.16mol),萃取后水相加入丙酮500ml,加三乙胺调pH至3.0,过滤,100ml丙酮洗涤,真空干燥得淡黄色固体34.1g(90%),含量83.9%,纯度>98%,KF:5.6%,氯离子含量:10.84%,即为头孢他啶中间体(式1,其中HX为HCl)单盐酸盐一水合物。
【实施例3】头孢他啶中间体(式1,其中HX为HCl)一水合物的合成:
如实施例1所述,所不同的是氧化剂换为质量浓度20%的过氧乙酸12ml(0.08mol),萃取后水相加入丙酮500ml,加三乙胺调pH至3.0,过滤,100ml丙酮洗涤,真空干燥得淡黄色固体33.9g(90%),含量84.3%,纯度>98%,KF:5.2%,氯离子含量:10.2%,即为头孢他啶中间体(式1,其中HX为HCl)单盐酸盐一水合物。
【实施例4】头孢他啶五水合物的制备
取二氯甲烷200ml、甲醇20ml、实施例1制备的中间体式1化合物(其中HX为HCl)单盐酸盐一水合物30g,与他啶侧链酯50g一起置于反应瓶中,控温0~5℃滴加三乙胺20ml。加完后保温反应20hr,过滤,滤饼用150ml二氯甲烷洗涤,真空干燥得产品55g(90%),含量86.1%,即为头孢他啶叔丁酯。
取浓盐酸35ml、甲酸50ml置于反应瓶中,冰浴下投入上述头孢他啶叔丁酯50g,15~20℃搅拌3hr,加入丙酮500ml,养晶1hr,过滤,滤饼用150ml丙酮洗涤,真空干燥得产品42.6g(85%),含量81.2%,纯度>99%(HPLC),即为头孢他啶二盐酸盐;
冰浴下将30g头孢他啶二盐酸盐投入100ml水中,用质量浓度为15%的氢氧化钠调pH至5.8~6.0,搅拌至固体溶解,除菌滤膜过滤,10ml水洗涤,合并滤液,冰浴下用15wt%磷酸调pH至3.5~3.6,保温养晶10hr,过滤,50ml丙酮洗涤滤饼,产品35℃真空干燥得27.2g(94%),含量85.1%,纯度>99%(HPLC),即为头孢他啶五水合物。
【实施例5】头孢他啶中间体(式1,其中HX为HI)一水合物的制备
常温下将前述所得反应物料液滴入甲醇100ml、水100ml的混合溶剂中,加完后搅拌1hr,过滤,滤饼用甲醇100ml洗涤,真空干燥得黄色产品44.7g(90.4%),含量64.3%,纯度>98%(HPLC),KF:4.1%,碘离子含量:29.2%,即为头孢他啶中间体(式1,其中HX为HI)氢碘酸盐一水合物。
【实施例6】头孢他啶中间体(式1,其中HX为HI)一水合物的制备
如实施例5所述,所不同的是混合溶剂为乙醇500ml、水100ml;滤饼用乙醇100ml洗涤,真空干燥得黄色产品44g(90.3%),含量65.1%,纯度>98%(HPLC),KF:4.4%,碘离子含量:29%,即为头孢他啶中间体(式1,其中HX为HI)氢碘酸盐一水合物。
【实施例7】头孢他啶中间体(式1,其中HX为HI)一水合物的制备
7-氨基头孢烷酸30g(0.11mol)、二氯甲烷300ml、N,O-双三甲硅基乙酰胺(BSA)60ml(0.24mol)置反应瓶中,20~25℃反应2小时,冰浴下加入环己烯16.2ml(0.16mol)、三甲基硅碘32g(0.16mol),室温反应3hr,冰浴下加入吡啶18ml(0.22mol),继续反应1hr;
常温下将前述所得反应物料液滴入甲醇800ml、水100ml的混合溶剂中,加完后搅拌1hr,过滤,滤饼用甲醇100ml洗涤,真空干燥得黄色产品45.7g(91%),含量63.3%,纯度>98%(HPLC),KF:4.3%,碘离子含量:29.1%,即为头孢他啶中间体(式1,其中HX为HI)氢碘酸盐一水合物。
【实施例8】头孢他啶五水合物的制备
反应同【实施例4】,所不同的是使用实施例5制备的头孢他啶中间体(式1,其中HX为HI)氢碘酸盐一水合物26.5g,他啶侧链酯33g置于反应瓶中,控温0~5℃滴加三乙胺10ml。加完后保温反应20hr,过滤,滤饼用150ml二氯甲烷洗涤,真空干燥得产品36.3g(88%),含量87.1%,即为头孢他啶叔丁酯。
取浓盐酸35ml、甲酸50ml置于反应瓶中,冰浴下投入头孢他啶叔丁酯30g,15~20℃搅拌3hr,加入丙酮900ml,养晶1hr,过滤,滤饼用100ml丙酮洗涤,真空干燥得产品25.2g(84.8%),含量80.9%,纯度>99%,即为头孢他啶二盐酸盐;
冰浴下将20g头孢他啶二盐酸盐投入70ml水中,用质量浓度为15%的氢氧化钠调pH至5.8~6.0,搅拌至固体溶解,除菌滤膜过滤,7ml水洗涤,合并滤液,冰浴下用15wt%磷酸调pH至3.5~3.6,保温养晶10hr,过滤,40ml丙酮洗涤滤饼,产品35℃真空干燥得17.6g(92%),含量85.3%,纯度>99%(HPLC),即为头孢他啶五水合物。

Claims (1)

1.一种头孢他啶中间体式1化合物的一水合物的合成方法,包括如下步骤:
式1中HX为HCl;
(1)以7-氨基头孢烷酸为原料,使用硅烷化试剂保护氨基和羧基于溶剂中硅烷化反应得式3化合物,在缚酸剂存在下与三甲基碘硅烷反应得到碘代产物式4化合物,然后与吡啶进行反应得到式5化合物;式3、式4、式5结构式如下:
Figure 2011103965953100001DEST_PATH_IMAGE004
     
Figure 2011103965953100001DEST_PATH_IMAGE006
       
所述的傅酸剂为N,N-二乙基苯胺或环己烯;
(2)在步骤(1)反应所得的式5化合物的溶液中加入氧化剂,所述的氧化剂为双氧水、三氯化铁或过氧乙酸;氧化剂与三甲基碘硅烷摩尔比0.5~5:1,然后加入盐酸进行萃取、结晶后处理,得到头孢他啶中间体(6R,7R)-7-氨基-3-吡啶甲基-头孢-3-烯-4-羧酸的单盐酸盐一水合物。
2、如权利要求1所述的头孢他啶中间体式1化合物的一水合物的合成方法,其特征在于步骤(1)中所述的反应溶剂为二氯甲烷,硅烷化反应温度为20~80℃,与三甲基碘硅烷反应温度为0~30℃,加入吡啶后反应温度为-10~30℃。
3、如权利要求1所述的头孢他啶中间体式1化合物的一水合物的合成方法,其特征在于步骤(1)中所述的硅烷化试剂为六甲基二硅氨烷、N,O-双三甲硅基乙酰胺、三甲基氯硅烷、三甲基溴硅烷或三甲基碘硅烷。
4、如权利要求1所述的头孢他啶中间体式1化合物的一水合物的合成方法,其特征在于步骤(2)中所述的氧化剂用量为步骤(1)反应中三甲基碘硅烷的0.9~2倍摩尔量。
5、如权利要求1所述的头孢他啶中间体式1化合物的一水合物的合成方法,其特征在于步骤如下: 
(1)7-氨基头孢烷酸30~32g、二氯甲烷280~320ml、六甲基二硅氨烷34~36ml置反应瓶中,加热至回流8小时,冰浴下加入N,N-二乙基苯胺28~30ml、三甲基硅碘31~33g,室温反应3hr,冰浴下加入吡啶17~19ml,继续反应1hr;
(2)滴加甲醇35ml,加入浓度为45~50wt%的双氧水6~8ml、浓度为35~37wt%的浓盐酸80~90ml、水100ml,搅拌至固体全部溶解,静置分层,水相加入丙酮500ml,加三乙胺调pH至3.0,过滤,100ml丙酮洗涤,真空干燥得淡黄色固体,HPLC纯度>98%,即为头孢他啶中间体单盐酸盐一水合物。
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