一种阿哌沙班及其中间体的合成方法
技术领域
本发明涉及药物化学领域,具体涉及一种新的抗血栓药物阿哌沙班的合成方法,以及相关中间体及其制备方法。
背景技术
阿哌沙班,英文名称为Apixaban(商品名:Eliquis),中文化学名为1-(4-甲氧基苯基)-7-氧代-6-[4-(2-氧代-1-哌啶基)苯基]-4,5,6,7-四氢-1H-吡唑并[3,4-c]吡啶-3-甲酰胺,CAS号为503612-47-3,具有如下化学结构式:
阿哌沙班是一种抗血栓药物,它是由美国百时美-施贵宝和辉瑞公司共同开发的Xa因子直接抑制剂,于2011年3月在欧盟批准上市,并于2012年12月FDA批准了该药在美国上市。
多篇出版物包括专利WO03026652、WO03049681、CN101967145B、CN102675314A、US7396932以及文献Ramirez A.,et.al,J.Org.Chem.2012,77,775-779、Donald J.,et al.J.Med.Chem.2007,50,5339-5356、Brad D.M.,et al.J.Label Compd Radiopharm,2010,53,355-367等报道的阿哌沙班合成路线,都包括以下氨解步骤,即由酯类化合物2经过氨解反应制备阿哌沙班1,如反应式1所示:
其中,R为甲基、乙基、异丁氧羰酰基。
由于阿哌沙班合成方法一般包括碱性和酸性条件下的反应过程,而酯基在这些条件下可能发生一些诸如酯交换、水解等副反应,不利于产品的质量控制。为抑制此类副反应,已知阿哌沙班合成技术路线中,大多采用相对稳定的具有乙酯结构的中间体或原料,用以合成1-(4-甲氧基苯基)-7-氧代-6-[4-(2-氧代-1-哌啶基)苯基]-4,5,6,7-四氢-1H-吡唑并[3,4-c]吡啶-3-甲酸乙酯(2a,R=Et),进而通过乙酯2a的氨解反应制备阿哌沙班。
已公开的阿哌沙班合成路线中,氨解反应的实施方法主要包括以下三种:
其一:专利WO03026652A报道的氨解反应如反应式2所示:
反应式2所示方法中,乙酯2a与氨气在乙二醇中,120℃下进行氨解反应,得到阿哌沙班。具体实施过程中,通常需要过量的氨气,在高温条件下和密闭压力容器中进行;为避免酯水解副反应,一般需采用无水条件。此法条件苛刻,对设备要求高。
US7396932B改进了该方法,以无水1,2-丙二醇为溶剂,乙酯2a与20当量的无水氨气在90℃下进行氨解反应,反应压力约为45psig(4.5atm)。
CN101967145B报道了类似的方法,以甲醇为溶剂,乙酯2a与过量的氨水在密闭的不锈钢压力釜中加热反应,制备阿哌沙班。与无水条件的氨解反应相比较(如US7396932),收率较低。
其二:专利WO03049681及文献Ramirez A.,et.al,J.Org.Chem.2012,77,775-779、Brad D.M.,et al.J.Label Compd Radiopharm,2010,53,355-367对该氨解反应进行改进,如反应式3所示:
反应式3所示方法,以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,采用甲醇钠和甲酰胺的混合物为氨解试剂与乙酯2a或甲酯(2b,R=Me)反应制备阿哌沙班。该方法同样需要在无水条件下,且使用过量的甲醇钠和无水甲酰胺为反应试剂,高沸点的无水DMF做溶剂。由于高沸点的甲酰胺和DMF在阿哌沙班成品中的残留不易去除,且回收和无水处理困难,不利于工业化生产。
其三:专利WO030498681报道了另一种酰胺化方法,如反应式4所示:
反应式4所示方法,以羧酸3为原料,与氯甲酸异丁酯在碱性条件下制备化合物2c;酸酐2c与氨水反应合成阿哌沙班。虽然该方法具有反应条件温和、无需压力容器和无水反应条件等优点,但需要使用毒性大的氯甲酸异丁酯,反应步骤相对复杂。
通过以上现有技术分析可见,已知阿哌沙班合成技术路线中,由酯类化合物2,特别是中间体2a,经过氨解反应制备阿哌沙班的方法,普遍存在反应条件繁琐苛刻,辅助试剂用量较大,收率偏低等弊端,不利于规模化生产。
此外,WO03026652A公开了两种1-(4-甲氧基苯基)-7-氧代-6-[4-(2-氧代-1-哌啶基)苯基]-4,5,6,7-四氢-1H-吡唑并[3,4-c]吡啶-3-腈(化合物8)的制备方法,如反应式5所示:
如反应式5所示,CN15788660B(实施例12)以酯类化合物4为原料,在三甲基铝和氯化铵的作用下,合成酰胺5;化合物5经Vilsmeier试剂(由草酰氯和DMF制备)脱水得腈类化合物6;最后化合物6在过渡金属Pd(II)盐催化下与哌啶酮7通过偶联反应得化合物8。该路线需要使用有机碘化物、草酰氯、三甲基铝、Pd(II)盐和有机膦配体等原料,反应过程需要多次硅胶层析纯化,收率低,不适合工业生产。
此外,如反应式5所示,CN15788660B实施例36公开了另一种合成化合物8的方法,以阿哌沙班1为原料,经Vilsmeier试剂脱水,硅胶层析纯化得到化合物8。
值得注意的是,该专利没有公开化合物8的合成用途,仅局限于化合物8的生物活性研究。也未见由化合物8出发合成阿哌沙班的报道。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足,提供了新的阿哌沙班的合成方法,以及新的阿哌沙班中间体及其制备方法。。
本发明的第一个方面是提供一种阿哌沙班的合成方法,所述阿哌沙班的结构式如结构式1所示,由化合物8在碱性条件下与双氧水发生水解反应得到:
优选地,由化合物8合成阿哌沙班的反应中:所用的碱为无机碱,例如选自碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种。
优选地,由化合物8合成阿哌沙班的反应中:所用的溶剂选自C1~C4的低级醇类质子性溶剂(例如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、和1,2-丙二醇)和非质子溶剂(例如丙酮、二氯甲烷、二甲基亚砜和二甲基甲酰胺)中的一种或多种。
其中,所述双氧水中H2O2的浓度可以为5%~60%。
其中,化合物8、碱和双氧水中H2O2的摩尔比优选为1:(0.1~2.0):(1.0~10.0),反应温度为0~80℃。
优选地,化合物8按照下面方案制备而成:
其中,
化合物9与化合物10在缚酸剂存在下发生1,3-偶极环加成环合得到化合物11;
化合物11经硝基还原反应得到化合物12;
化合物12与5-卤代戊酰氯在缚酸剂存在下经酰胺化反应得到化合物13;
化合物13在缚酸剂存在下分子内发生N-烷基化关环得到化合物8。
缚酸剂是指吸收反应中产生的酸,避免酸影响反应或反应平衡的碱性物质。可以为无机碱,例如碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、氢氧化锂、氢氧化钠和氢氧化钾等,也可以为有机碱,例如吡啶、二异丙基乙基胺和三乙胺等,还可以为有机酸的盐,例如甲酸钠、乙酸钠、特戊酸钠、苯甲酸钠、叔丁醇钾和氢化钠等。
优选地,由化合物9与化合物10合成化合物11的反应中:所述缚酸剂选自有机碱、无机碱或有机酸的钠盐中的一种或多种。其中,所述有机碱可以选自三乙胺、二异丙基乙基胺和吡啶。所述无机碱可以选自碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、氢氧化锂、氢氧化钠和氢氧化钾。所述有机酸的钠盐可以选自甲酸钠、乙酸钠、特戊酸钠和苯甲酸钠。
优选地,由化合物9与化合物10合成化合物11的反应中:所用的反应溶剂选用甲苯、乙腈、二氧六环、DMF、乙二醇二甲醚中的一种或多种。
优选地,由化合物9与化合物10合成化合物11的反应中:反应温度为50~100℃。
其中,由化合物11合成化合物12的反应中可以采用非催化加氢还原体系,也可以采用催化加氢还原体系,优选采用催化加氢还原体系。
优选地,非催化加氢还原体系采用铁粉/盐酸、或硫化钠还原剂,且优选采用硫化钠还原剂。
优选地,非催化加氢还原体系中所用的反应溶剂选用C1~C4的低级醇类溶剂(例如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇)中的一种或多种。
其中,催化加氢还原体系中使用的催化剂可以为雷尼镍、钯/碳、氢氧化钯/碳、铂/碳或铑/碳,且优选为钯/碳。
优选地,催化加氢还原体系中氢气的压力范围在0.1~1.0mPa
优选地,催化加氢还原体系中催化剂的用量为0.1%~10%w/w
优选地,催化加氢还原体系中反应温度为20~60℃。
优选地,催化加氢还原体系中所用的反应溶剂选用C1~C4的低级醇类溶剂(例如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇)中的一种或多种。
优选地,由化合物12合成化合物13的反应中:所用的缚酸剂选自有机碱、无机碱中的一种或多种,所述有机碱选自三乙胺、二异丙基乙基胺和吡啶,所述无机碱选自碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、氢氧化锂、氢氧化钠和氢氧化钾。
优选地,由化合物12合成化合物13的反应中:所用的反应溶剂选用二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、甲苯中的一种或多种。
优选地,由化合物12合成化合物13的反应中:反应温度为-5~30℃。
其中,5-卤代戊酰氯中的卤素可以为氯、溴或碘。
优选地,化合物13合成化合物8的反应中:所用的缚酸剂选自无机强碱中的一种或多种,所述无机强碱选自碳酸钾、碳酸铯、氢氧化钠、氢氧化钾和氢化钠等。
优选地,化合物13合成化合物8的反应中:所用的反应溶剂选用乙腈、二氧六环、DMF、DMSO中的一种或多种
优选地,化合物13合成化合物8的反应中:反应温度为50~120℃。
本发明的第二个方面是提供一种阿哌沙班中间体的制备方法,所述阿哌沙班中间体为1-(4-甲氧基苯基)-7-氧代-6-[4-(2-氧代-1-哌啶基)苯基]-4,5,6,7-四氢-1H-吡唑并[3,4-c]吡啶-3-腈,如结构式8所示,按照下述方案制备而成:
其中,
化合物9与化合物10在缚酸剂存在下发生1,3-偶极环加成环合得到化合物11;
化合物11经硝基还原反应得到化合物12;
化合物12与5-卤代戊酰氯在缚酸剂存在下经酰胺化反应得到化合物13;
化合物13在缚酸剂存在下分子内发生N-烷基化关环得到化合物8。
缚酸剂是指吸收反应中产生的酸,避免酸影响反应或反应平衡的碱性物质。可以为无机碱,例如碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、氢氧化锂、氢氧化钠和氢氧化钾等,也可以为有机碱,例如吡啶、二异丙基乙基胺和三乙胺等,还可以为有机酸的盐,例如甲酸钠、乙酸钠、特戊酸钠、苯甲酸钠、叔丁醇钾和氢化钠等。
优选地,由化合物9与化合物10合成化合物11的反应中:所述缚酸剂选自有机碱、无机碱或有机酸的钠盐中的一种或多种。其中,所述有机碱可以选自三乙胺、二异丙基乙基胺和吡啶。所述无机碱可以选自碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、氢氧化锂、氢氧化钠和氢氧化钾。所述有机酸的钠盐可以选自甲酸钠、乙酸钠、特戊酸钠和苯甲酸钠。
优选地,由化合物9与化合物10合成化合物11的反应中:所用的反应溶剂选用甲苯、乙腈、二氧六环、DMF、乙二醇二甲醚中的一种或多种。
优选地,由化合物9与化合物10合成化合物11的反应中:反应温度为50~100℃。
其中,由化合物11合成化合物12的反应中可以采用非催化加氢还原体系,也可以采用催化加氢还原体系,优选采用催化加氢还原体系。
优选地,非催化加氢还原体系采用铁粉/盐酸、或硫化钠还原剂,且优选采用硫化钠还原剂。
优选地,非催化加氢还原体系中所用的反应溶剂选用C1~C4的低级醇类溶剂(例如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇)中的一种或多种。
其中,催化加氢还原体系中使用的催化剂可以为雷尼镍、钯/碳、氢氧化钯/碳、铂/碳或铑/碳,且优选为钯/碳。
优选地,催化加氢还原体系中氢气的压力范围在0.1~1.0mPa
优选地,催化加氢还原体系中催化剂的用量为0.1%~10%w/w
优选地,催化加氢还原体系中反应温度为20~60℃。
优选地,催化加氢还原体系中所用的反应溶剂选用C1~C4的低级醇类溶剂(例如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇)中的一种或多种。
优选地,由化合物12合成化合物13的反应中:所用的缚酸剂选自有机碱、无机碱中的一种或多种,所述有机碱选自三乙胺、二异丙基乙基胺和吡啶,所述无机碱选自碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、氢氧化锂、氢氧化钠和氢氧化钾。
优选地,由化合物12合成化合物13的反应中:所用的反应溶剂选用二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、甲苯中的一种或多种。
优选地,由化合物12合成化合物13的反应中:反应温度为-5~30℃。
其中,5-卤代戊酰氯中的卤素可以为氯、溴或碘。
优选地,化合物13合成化合物8的反应中:所用的缚酸剂选自无机强碱中的一种或多种,所述无机强碱选自碳酸钾、碳酸铯、氢氧化钠、氢氧化钾和氢化钠等。
优选地,化合物13合成化合物8的反应中:所用的反应溶剂选用乙腈、二氧六环、DMF、DMSO中的一种或多种。
优选地,化合物13合成化合物8的反应中:反应温度为50~120℃。
本发明的第三个方面是提供一种阿哌沙班中间体,所述阿哌沙班中间体如结构式11所示:
本发明的第四个方面是提供另一种阿哌沙班中间体,所述阿哌沙班中间体如结构式12所示:
本发明的第五个方面是另一种阿哌沙班中间体,所述阿哌沙班中间体如结构式13所示:
其中,X为Cl、Br或I。
本发明相比现有阿哌沙班的制备工艺,具有如下有益效果:
(1)由化合物8代替化合物2制备阿哌沙班可有效避免合成阿哌沙班的工艺过程中诸如酯交换、水解等副反应,有利于产品质量的控制;
(2)由化合物8制备阿哌沙班的反应条件更为简便,温和,环保,对设备要求不高,辅助试剂用量较少且避免了氨源的使用,适合工业化生产;
(3)化合物8的合成方法反应条件温和、收率较高、原辅料廉价易得、适合工业化生产。
(4)本发明各步反应收率较高,辅料较少,总体成本较低,适合工业化生产;
(5)本发明提供了三种新的合成阿哌沙班的中间体(化合物11、化合物12和化合物13),开拓了阿哌沙班重要中间体的研究领域。
具体实施方式
下面参照具体的实施方式对本发明作进一步的描述,以更好地理解本发明。
实施例1:1-(4-甲氧基苯基)-7-氧代-6-[4-(2-氧代-1-哌啶基)苯基]-4,5,6,7-四氢-1H-吡唑并[3,4-c]吡啶-3-腈(即化合物8)的合成,按照下述方案进行:
1)化合物11的制备
向反应瓶中加入52g(0.25mol)化合物9,75g(0.30mol)化合物10,25g(0.30mol)乙酸钠(或如前所述的无机碱或无机碱),600mL甲苯,加毕,升温至90~95℃搅拌4小时,液相监控至反应完全,而后将反应液缓慢降温至0℃,有大量浅黄色固体析出,将所得固体过滤,用200mL 50~60℃的水洗一次,再用乙酸乙酯重结晶,得到浅黄色固体84g,收率86%。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ:8.16(dd,J=4.8Hz,J=1.6Hz,2H),7.43(dd,J=4.8Hz,J=1.6Hz,2H),7.37(dd,J=4.8Hz,J=1.6Hz,2H),6.88(dd,J=4.8Hz,J=1.6Hz,2H),4.16(t,J=4.4Hz,2H),3.76(s,3H),3.14(t,J=4.4Hz,2H)。
13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ:163.07,158.78,149.53,147.94,134.57,134.25,131.39,129.23,127.22,126.93,124.86,116.56,115.01,58.23,53.11,23.04。
MS(ESI+):m/z 390.1(M+H)。
2)化合物12的制备(催化氢化体系)
向高压氢化釜中加入39g(0.10mol)化合物11,5g 5%Pd/C,200mL甲醇,加毕,将反应釜用氮气置换2次,再用氢气置换2次后,调试氢气压力到0.3mPa后室温反应6小时,液相监控至反应完全,而后将反应液中的Pd/C催化剂过滤,滤液减压脱干,得到浅黄色固体34g,收率96%。
1H-NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:7.50(dd,J=6.8Hz,J=2.0Hz,2H),7.01(dd,J=6.8Hz,J=2.0Hz,2H),6.96(dd,J=4.8Hz,J=2.0Hz,2H),6.54(dd,J=4.8Hz,J=2.0Hz,2H),5.16(br,2H),3.98(t,J=6.8Hz,2H),3.80(s,3H),3.08(t,J=6.8Hz,2H)。
13C-NMR(100MHz,DMSO-d6)δ:159.56,155.62,147.32,133.12,131.85,130.26,128.72,126.80,126.59,120.94,113.50,113.48,113.10,55.49,51.06,19.66。
MS(ESI+):m/z 360.1(M+H)。
化合物12的制备(非催化氢化体系)
向反应瓶中加入39g(0.10mol)化合物11,300mL甲醇,搅拌下缓慢滴入21.7g(0.10mol)Na2S.9H2O的100mL水溶液,滴毕,升温至50~60℃反应6小时,液相监控至反应完全,而后将反应液冷却至室温后减压脱干,得到浅黄色固体残渣,固体残渣用50mL水洗涤两次,所得固体用甲醇重结晶,得到浅黄色粉末32g,收率90%,所得产物的分子结构经1H-NMR,13C-NMR,MS表征与上述催化氢化体系所得产物的谱图一致。
3)化合物13的制备
向反应瓶中加入18g(0.05mol)化合物12,7.4g(0.07mol)碳酸钠(或如前所述的无机碱或有机碱),100mL二氯甲烷,加毕后降温到0~5℃,向反应液中缓慢滴加9.3g(0.06mol)5-氯戊酰氯(或5-溴戊酰氯或5-碘戊酰氯),滴毕后缓慢升至室温反应3小时,液相监控至反应完全,而后将反应液用100mL水洗涤二次,静置分层,二氯甲烷层用无水硫酸钠干燥,减压脱干,得到浅黄色固体23g,收率95%。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ:7.83-7.78(m,1H),7.45(d,J=8.8Hz,2H),7.39(d,J=8.4Hz,2H),7.15(d,J=8.4Hz,2H),6.92(d,J=8.8Hz,2H),4.08(t,J=6.4Hz,2H),3.80(s,3H),3.51(m,2H),3.14(t,J=6.4Hz,2H),2.21(m,2H),1.77(m,4H)。
13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ:170.94,160.27,156.56,136.96,136.80,132.49,131.87,128.64,126.71,126.04,122.11,120.54,113.77,112.64,55.62,51.07,44.68,36.24,31.86,22.70,20.40。
MS(ESI+):m/z 478.7(M+H)。
4)化合物8的制备
向反应瓶中加入19g(0.04mol)化合物13,6.9g(0.05mol)碳酸钾(或如前所述的无机碱),100mL乙腈,加毕后升温回流反应8小时,液相监控至反应完全,而后将反应液用80mL水洗涤二次,静置分层,二氯甲烷层用无水硫酸钠干燥,减压脱干,残留物用乙醇重结晶,得到白色固体16g,收率90%。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ:7.45(dd,J=6.8Hz,J=2.0Hz,2H),7.31(d,J=8.8Hz,2H),7.27(d,J=8.8Hz,2H),6.93(dd,J=6.8Hz,J=2.0Hz,2H),4.14(t,J=6.4Hz,2H),3.81(s,3H),3.59(t,J=5.6Hz,2H),3.15(t,J=6.4Hz,2H),2.55(t,J=5.6Hz,2H),1.93(m,4H)。
13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ:170.20,160.24,156.39,141.76,139.45,132.49,131.84,128.58,126.95,126.71,126.22,122.11,113.80,112.62,55.59,51.60,50.77,32.86,23.50,21.42,20.43。MS(ESI+):m/z 442.2(M+H)。
实施例2:阿哌沙班的制备
向反应瓶中加入4.4g(0.01mol)化合物8,1.5g(0.011mol)碳酸钾(或如前所述的其他碳酸盐),20mL乙醇,加毕后将反应液降温至0~5℃,缓慢滴加8g 30%双氧水,滴毕缓慢升至室温后保温反应5小时,液相监控至反应完全,减压浓缩,所得固体用50mL水洗涤2次,过滤,所得固体用乙醇重结晶,真空干燥后得到白色晶体4.0g,收率89%。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ:7.49(d,J=8.8Hz,2H),7.37(d,J=9.1Hz,2H),7.26(d,J=8.8Hz,2H),6.98(s,1H),6.95(d,J=9.2Hz,2H),6.28(s,1H),4.14(t,J=6.6Hz,2H),3.81(s,3H),3.61(m,2H),3.39(t,J=6.6Hz,2H),2.63(t,J=6.2Hz,2H),1.96(m,4H)。
13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ:170.17,163.71,159.85,157.35,141.39,140.63,139.95,133.37,132.48,129.05,128.23,126.77,126.20,125.86,113.75,55.57,51.61,51.18,32.84,23.51,21.35。MS(ESI+):m/z 460.2(M+H)。
实施例3:阿哌沙班的制备
向反应瓶中加入4.4g(0.01mol)化合物8,0.44g(0.011mol)氢氧化钠(或如前所述的其他氢氧化物),30mL乙醇(或如前所述的其他低级醇),加毕后将反应液降温至0~5℃,缓慢滴加8g 30%双氧水,滴毕缓慢升至室温后保温反应4小时,液相监控至反应完全,减压浓缩,所得固体用60mL水洗涤2次,过滤,所得固体用乙醇重结晶,真空干燥后得到白色晶体4.3g,收率94%。所得产物的分子结构经1H-NMR,13C-NMR,MS表征与实施例2所得产物的谱图一致。
实施例4:阿哌沙班的制备
向反应瓶中加入4.4g(0.01mol)化合物8,0.44g(0.011mol)氢氧化钠(或如前所述的其他氢氧化物),30mL丙酮,加毕后将反应液降温至0~5℃,缓慢滴加8g 30%双氧水,滴毕缓慢升至室温后保温反应6小时,液相监控至反应完全,减压浓缩,所得固体用60mL水洗涤2次,过滤,所得固体用乙醇重结晶,真空干燥后得到白色晶体4.2g,收率91%。所得产物的分子结构经1H-NMR,13C-NMR,MS表征与实施例2所得产物的谱图一致。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述,但其只是作为范例,本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言,任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此,在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改,都应涵盖在本发明的范围内。