CN104447732A - 一种阿米卡星及其中间体活性硫酯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阿米卡星及其中间体活性硫酯的制备方法。活性硫酯的结构式如式(Ⅰ)所示。以PHBA和DM为原料，在有机碱作催化剂的条件下，与吸水剂三苯基膦或亚磷酸酯类进行缩合反应，制得活性硫酯。以该活性硫酯为中间体，与卡那霉素A硅烷化衍生物进行酰化反应，经醇类试剂脱保护、肼解及结晶后得到阿米卡星。本发明的方法适宜于工业化生产，可以较大幅度地降低阿米卡星的合成成本。

Description

一种阿米卡星及其中间体活性硫酯的制备方法
技术领域
本发明涉及一种阿米卡星及其中间体的制备方法，属于医药技术领域。
背景技术
氨基糖甙类抗生素(Aminoglycoside antibiotics)具有氨基糖与氨基环醇结构，并由氨基糖分子和非糖部分的甙元结合而成，具有抗菌能力强、抗菌谱广、化学性质稳定、易于吸收和代谢等特点；同时，它们在抗菌谱、抗菌机制、血清蛋白结合率、胃肠吸收、经肾排泄及不良反应等方面也有共性。这类抗生素是临床上一类重要的广谱抗感染类药物，在临床主要用于对革兰氏阴性菌、绿脓杆菌等感染的治疗。现在仍然是治疗细菌感染尤其是结核菌和革兰氏阴性菌感染的首先药物。
自1944年Waksman发现链霉素以来，已报道的天然和半合成氨基糖甙类抗生素已超过3000种。其中，阿米卡星为卡那霉素A的半合成衍生物，属于氨基糖甙类抗生素的第三代产品，其突出的优点是对于许多革兰氏阴性菌所产生的氨基糖甙类钝化酶稳定，不会为此类钝化酶而失去抗菌活性；其与半合成的青霉素类或头孢类抗生素合用常可获得协同抗菌作用。阿米卡星作为氨基糖甙类抗生素中优良品种，其应用广泛，其发展前景十分看好，市场潜力较大。
阿米卡星的合成方法于1972年由Yagisawa在Antibiotics杂志上公开，其结构式为：
现有文献报导的阿米卡星制备方法众多，主要有CBZ法、金属离子络合盐法、硅烷化保护法等三种主要合成方法。CN1057053A公开了一种采用复合锌盐合成阿米卡星的方法，反应总收率可高达65％；同济大学蒋忠良等在《阿米卡星的新合成方法》一文中报导的合成收率可达51％；同时，国内众多制药企业和研发部门纷纷寻求工艺改进，相继提出了许多新的合成方法。
目前，国内研究最多，专利文献报道最多的阿米卡星的制备方法主要是利用硅烷化试剂来保护卡那霉素A上的羟基和氨基，并与NOP-PHBA侧链活性酯反应制得产物。其合成路线如反应方程式1所示：
反应方程式1 阿米卡星的经典合成路线
在此路线中，首先，用HMDS保护卡那霉素A上的7个羟基和4个氨基，生成卡那霉素A硅烷化物；再用PHBA与NOP在DCC的作用下脱水反应制备侧链NOP活性酯；然后将NOP活性酯与卡那霉素A硅烷化物进行酰化反应，制备1-N位带有活性酯基团的卡那霉素硅烷化物，再酸化去除硅烷保护基；接着，使用水合肼溶液脱除活性酯上的NOP保护基，得到含有产品的混合液，然后吸附到大孔树脂上，用不同浓度的氨水梯度洗脱得到终产物阿米卡星。采用此路线合成阿米卡星，反应收率为50～65％左右。
综上所述，在阿米卡星的合成中，实际上主要反应是在卡那霉素A 1-N位的氨基接上PHBA侧链。在上述文献报导的制备方法中，1-N位氨基参与酰化反应的选择性低，其他位置氨基也参与反应，形成了大量副产物；最后，采用大孔树脂吸附和氨水洗脱的方式加以纯化，不仅影响了收率，还造成了大量低浓度氨水废液；所以，其生产成本高、单耗大、三废多；因此，现行阿米卡星的制备方法存在了很大的改进的空间。开发1-N位氨基酰化选择性高、合成简单、成本低廉的阿米卡星的合成方法已成为本领域技术研发者的重要目标之一。
发明内容
为了解决现有技术条件下，阿米卡星合成中酰化反应选择性差、副反应多、收率低、成本高等诸多问题，本发明提供了一种阿米卡星的制备方法，其酰化反应具有选择性高、副反应少的显著特点。为此，本发明给出了一种新型活性酯(即γ-邻苯二甲酰亚氨基-α-羟基丁酰硫代苯并噻唑活性酯)，并将其应用在阿米卡星的合成制备中。
本发明的目的之一提供了一种新型活性硫酯，其结构式如式(Ⅰ)所示：
本发明的另一目的是提供了式(Ⅰ)所示活性硫酯的制备方法。
本发明的另一个目的是提供了使用式(Ⅰ)所示活性硫酯合成阿米卡星的方法，其合成方法简单实用，适宜工业化生产。
本发明的更深目的会随着后面发明的描述而逐渐显现。
对于式(Ⅰ)所示的活性硫酯的制备方法，其特征是，在有机溶剂中，以γ-邻苯二甲酰亚氨基-α-羟基丁酸(PHBA)和二硫化苯并噻唑(DM)为原料，在有机碱作催化剂的条件下，与吸水剂三苯基膦或亚磷酸酯类进行缩合反应，制得活性硫酯。反应式如反应方程式2所示：
反应方程式2 活性硫酯的合成路线
具体反应步骤如下：在有机溶剂中，加入PHBA和DM，搅拌至少20分钟；然后在-100～100℃温度条件下，加入有机碱催化剂和吸水剂三苯基膦或亚磷酸酯类，加完后保温反应0.1～100小时，检测反应完全后，过滤除去不溶固体，即得活性硫酯溶液，此溶液可直接参与阿米卡星的合成反应；或将上述溶液减压蒸馏除去溶剂，经纯化后即可得到活性硫酯固体。
在本发明中，式(Ⅰ)所示活性硫酯的制备方法中所述PHBA、DM、有机碱催化剂和吸水剂三苯基膦或亚磷酸酯类的摩尔比为1：0.5～100：0.01～100：0.01～100；优选摩尔比为1：0.5～50：0.5～50：0.5～50。
上述有机溶剂可以使用单一溶剂，如烷烃类、苯类、腈类、酰胺类、醇类，也可以是它们的混合溶剂。如正己烷、正庚烷、环己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、乙腈、苯、甲苯、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基亚砜(DMSO)、甲醇、乙醇、异丙醇等溶剂或它们的混合溶剂。
上述有机碱催化剂可以是单一有机碱类，也可以是它们的混合液，如二乙胺、三乙胺、三丁胺、吡啶，N-甲基吗啉等，优选吡啶、三乙胺和N-甲基吗啉或它们的混合液。
反应中所用吸水剂可以是三苯基膦或亚磷酸三乙酯、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三丁酯等，优选三苯基膦、亚磷酸三乙酯。
上述加入有机碱催化剂的反应温度范围为-100～100℃，优选-50～50℃。
上述加入吸水剂的温度范围为-100～100℃，优选-50～50℃。
上述加入吸水剂的时间范围为0～10小时，优选0.5～5小时。
本发明另一目的是提供一种阿米卡星的制备方法，其特征是，
(1)硅烷化保护：卡那霉素A与硅烷化试剂(如HMDS或BSA等)进行反应(保护卡那霉素A结构上的氨基和羟基)，得到含有卡那霉素A硅烷化衍生物的反应液；
(2)酰化：上述反应液中加入活性硫酯溶液或者固体活性硫酯，在有机碱的催化作用下，进行酰化缩合反应，反应完全后得到酰化反应液；
(3)脱保护：酰化反应液中加入醇类试剂进行反应，脱除硅烷化保护基；反应完全后采用纯化水提取产物，得到富集产物的水溶液，直接进行下步反应或者是经蒸馏干燥得到固体产品，用于下步反应；
(4)肼解及结晶：上述水溶液加入水合肼和盐酸进行肼解反应得到含有阿米卡星的水溶液；水溶液浓缩后，加入醇类结晶溶剂，并加酸调解pH为3.0-4.0进行析晶，再经过滤、干燥，即可得到阿米卡星。
本发明中阿米卡星的合成路线如反应方程式3所示：
反应方程式3 阿米卡星的合成
上述步骤(4)中如果加入硫酸调解pH为2.0左右，则得到硫酸阿米卡星。
所述酰化反应的溶剂可以使用单一溶剂，如烷烃类、苯类、腈类、酰胺类，也可以是它们的混合溶剂；如正己烷、正庚烷、环己烷、二氯乙烷、二氯甲烷、三氯甲烷、乙腈、苯、甲苯、DMF、DMAC、DMSO等单一溶剂或它们的混合溶剂；优选为二氯甲烷和乙腈。酰化反应中可以直接使用保护反应的溶剂，不再增加溶剂；为了增强酰化反应的反应效果，也可以增加新的溶剂。
反应原料卡那霉素A、活性硫酯和有机碱的摩尔比为1：0.5～10：0.5～50，优选范围为1：0.5～5.0：0.5～10。
酰化反应温度范围为-50～100℃，优选范围为-50～50℃。
酰化反应时间为0.5～100小时，优选范围为0.5～50小时。
酰化反应加入的有机碱可以是吡啶类、胺类等，如吡啶、4-二甲氨基吡啶、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、三甲胺、三乙胺，二乙胺、正丁胺、羟胺等；也可以是其他有机碱，如N-甲基吗啉、二异丙基乙基氨、四甲基氢氧化铵、吡咯等。
上述酰化反应结束后脱去硅烷保护基采用醇类试剂，优选甲醇和异丙醇。
上述醇类结晶溶剂优选为乙醇、异丙醇。
在阿米卡星的合成中，酰化反应的选择性是决定最终产品收率的关键因素。从理论上分析，卡那霉素A的硅烷化保护改变了其结构上氨基活性的正常次序，卡那霉素A上的6＇-N位置上的氨基是最活泼的，因为6＇-N位的氨基接在亚甲基的后面，旁边没有其他的位阻阻碍，故它的活性最大；如果未保护的卡那霉素A发生酰化反应，主要产物是6＇氨基酰化的卡那霉素；但当硅烷化保护卡那霉素A发生酰化反应时，由于相邻或附近的硅烷化羟基的位阻效应所致，主要产物是1-N位氨基酰化的产物。具体来说，卡那霉素A结构上氨基活性顺序为：6＇＞1＞4＞3＂，而在硅烷化后，卡那霉素A结构上氨基活性顺序变为：1＞3＞6＇＞3＂。这是因为6＇-N位的氨基接在亚甲基的后面，附近没有其他的位阻阻碍，故硅烷化后其基团非常稳定；而3-N位的氨基受到左边吡喃糖及旁边的硅烷化保护的羟基和氨基的空间位阻效应的共同影响，其活泼性较小。对应3＂-N位的氨基，它分别被4＂-N和2＂位的羟基硅烷化后的较大空间位阻阻碍，相对空间位置非常有限，故最不活泼，从而只有1-N位置的硅烷化氨基相对最活泼，这为活性酯接入1-N位的氨基提供了理论依据。同时，酰化活性酯的活性也是决定酰化收率的关键因素。本发明中的活性硫酯和NOP活性酯比较，活性相对降低，从而抑制了其他位置氨基发生酰化反应的能力，降低了副反应的发生。
在使用式(Ⅰ)结构的活性硫酯合成阿米卡星的过程中，令人惊奇地发现，酰化反应具有高度的选择性。在合成中，式(Ⅰ)结构的活性硫酯与硅烷化保护后的卡那霉素A发生的酰化缩合，主要是1-N位氨基参与反应，其他位置氨基基本不参与酰化反应，基本抑制了副反应的发生，从而提高了酰化收率。
本发明的优点为：
(1)提供了一种全新的活性酯及其制备方法，并将此活性酯应用于阿米卡星的制备；
(2)反应的选择性高，降低了副反应，提高了反应收率；
(3)反应条件温和，产物易于分离纯化，无特殊设备要求；
(4)摒弃了传统的树脂分离工序，采用结晶法得到阿米卡星。
以上优点尤其适宜于工业化生产，可以较大幅度地降低阿米卡星的合成成本。
具体实施方式
以下通过实施例的具体实施方式再对本发明阐述的内容作进一步的详细说明，下面的实施例可使本领域技术人员全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。
实施例1：活性硫酯的制备
在1000ml干燥烧瓶中依次投料：200ml二氯甲烷、50g PHBA和100g DM，充分搅拌30分钟；然后在5～10℃下，缓慢滴加30ml吡啶、50ml三乙胺和60ml亚磷酸三乙酯的混合液，控制滴加速度在2小时后滴完。继续保温5～10℃反应3～5小时，然后将反应液过滤，滤饼用二氯甲烷洗涤；将所得滤液减压蒸除溶剂，50℃下真空干燥得到黄色固体；将固体置于80ml甲醇中打浆1小时，过滤，50℃下真空干燥，得到淡黄色活性硫酯固体78g，含量＞98％，摩尔收率为98％。产物的mp：168～172℃。MS(m/z)：398.4；1HNMR(DMSO，300MHz)：2.18(m,2H),3.381(t,2H),4.44(t,1H),5.56(s,1H),7.58～7.64(d,2H),7.91～7.91(s,4H),8.15～8.26(d,2H)。
实施例2：活性硫酯的制备
在干燥的500ml烧瓶中加入35g DM、25g PHBA和350ml 1,2-二氯乙烷，室温下搅拌30分钟，然后冷却至0℃，滴加30ml三乙胺，滴加完毕，于2小时内分批加入31.5g三苯基膦，加完后继续反应4小时，过滤，将滤饼用1，2-二氯乙烷洗涤，将所得滤液减压蒸馏溶剂，得到黄色固体；将黄色固体加入50ml甲醇中，0℃搅拌1小时，过滤，冷甲醇洗涤，50℃真空干燥，得到淡黄色活性硫酯固体36.5g，含量＞99％，收率92％。
实施例3：活性硫酯的制备
在干燥的烧瓶中加入7.5g PHBA、12.5g DM、40g甲苯和60g乙腈的混合液，室温下搅拌30分钟，然后降温至10～15℃，于2小时内加入5ml三乙胺和7g亚磷酸三乙酯的混合液，保温反应4小时；反应完毕，将料液过滤，滤饼用甲苯洗涤至无色，减压蒸馏溶剂，然后将所得固体置于30ml甲醇中打浆1小时，过滤，得到黄色活性硫酯固体11.8g，含量＞99％，收率98％。
实施例4：由活性硫酯制备阿米卡星
(1)将10g卡那霉素A和100ml乙腈投入到250ml烧瓶中，通入氮气回流，然后加入25ml HMDS和0.1ml TMCS，反应液升温90℃回流反应15小时至无氨气放出；
(2)将反应液冷却，静置3小时，逐渐分为两层，分出下层料液，加入二氯甲烷100ml，搅拌均匀后，降温至0℃，加入γ-邻苯二甲酰亚氨基-α-羟基丁酰硫代苯并噻唑活性酯8.5g，然后滴加三乙胺3ml，保温0～5℃反应5小时，TLC跟踪反应完全后，向料液中加入20ml异丙醇，搅拌30分钟；然后向反应液中加入纯化水80ml×2萃取，得到含有产物的水溶液；
(3)将上步制得水溶液用2N水合肼将料液pH调节到11.0，将料液在70℃加热1小时；降至室温，用盐酸将pH调至7.0后继续搅拌1小时；向肼解液中加入活性炭10g，室温脱色30分钟，过滤，碳层用适量水洗涤；
(4)将水溶液浓缩至体积的1/4，然后加入等体积异丙醇，用3N盐酸溶液调节pH3.0～4.0，析出白色固体，降温至0～5℃，过滤，水洗涤，将得到固体置于50℃下真空干燥，最终得到白色固体10.5g，最终阿米卡星总收率为86％。实施例5：由活性硫酯制备阿米卡星
(1)将48g卡那霉素A和300ml二氯甲烷投入到1000ml烧瓶中，于30分钟内加入180m BSA，料液保温30～35℃，反应3～5小时，料液澄清；
(2)然后向料液中加入44gγ-邻苯二甲酰亚氨基-α-羟基丁酰硫代苯并噻唑活性酯，向料液中滴加20ml N-甲基吗啉，用时30分钟；加完后，料液降温至0～5℃，保温反应3小时，TLC跟踪反应；反应完全后，向料液中加入50ml甲醇，搅拌30分钟；然后加入纯化水100ml×2萃取，得到含有产物的水溶液；
(3)用2N水合肼将料液pH调节到11.0，将料液在70℃加热1小时；降至室温，用盐酸将pH调至7.0后继续搅拌1小时，将料液中加入活性炭10g，脱色30分钟后过滤，用水20ml洗涤，得到含有阿米卡星的水溶液；
(4)将水溶液浓缩至体积的1/5，加入等体积的乙醇，然后滴加40％硫酸，调节pH至3.0～4.0，析出固体，过滤，水洗涤，将得到固体置于50℃下真空干燥，得到阿米卡星47g，含量＞98％，收率为82％。
实施例6：由活性硫酯制备硫酸阿米卡星
操作同实施例(1)-(3)，将得到水溶液浓缩至体积的1/5，加入等体积的乙醇，然后滴加40％硫酸，调节pH至2.0，析出固体。得到65g硫酸阿米卡星，含量＞98％，收率为85％。
实施例7：阿米卡星的制备
(1)将48g卡那霉素A和300ml二氯甲烷投入到1000ml烧瓶中，于30分钟内加入180m BSA，料液保温30～35℃，反应3～5小时，料液澄清，备用；
(2)在1000ml干燥烧瓶中依次投料：200ml二氯甲烷、65g PHBA、130g DM、30ml吡啶，充分搅拌30分钟，缓慢滴加50ml三乙胺和60ml亚磷酸三乙酯的混合液，控制滴加速度在2小时后滴完。继续保温5～10℃反应3～5小时，然后将反应液过滤，滤饼用二氯甲烷洗涤，得到活性硫酯溶液；
(3)将卡那霉素A硅烷化液滴加到活性硫酯溶液中，用时1小时，滴加完毕，然后滴加三乙胺15ml；料液保温0～5℃反应5小时；TLC检测反应完全后，向料液中加入60ml甲醇，搅拌30分钟；然后加入纯化水160ml×2提取，得到含有产物的水溶液；
(4)用2N水合肼将料液pH调节到11.0，将料液在70℃加热1小时；降至室温，用盐酸将pH调至7.0后继续搅拌1小时，将料液中加入活性炭15g，脱色30分钟后过滤，用水20ml洗涤，得到含有阿米卡星的水溶液；
(5)将水溶液浓缩至体积的1/5，加入等体积的乙醇，然后滴加40％硫酸，调节pH至3.0～4.0，析出固体过滤，水洗涤，将得到固体置于50℃下真空干燥，得到阿米卡星56.4g，含量＞98％，收率为88％。

Claims (10)

1.如式(Ⅰ)所示的活性硫酯：
2.权利要求1所述的活性硫酯的制备方法，其特征是，在有机溶剂中，以γ-邻苯二甲酰亚氨基-α-羟基丁酸和二硫化苯并噻唑为原料，在有机碱作催化剂的条件下，与吸水剂三苯基膦或亚磷酸酯进行缩合反应，制得活性硫酯。
3.权利要求2所述的活性硫酯的制备方法，其特征是，在有机溶剂中，加入γ-邻苯二甲酰亚氨基-α-羟基丁酸和二硫化苯并噻唑，搅拌至少5分钟；然后在-100～100℃温度条件下，加入有机碱催化剂和吸水剂三苯基膦或亚磷酸酯，加完后保温反应，检测反应完全后，过滤除去不溶固体，即得活性硫酯溶液。
4.权利要求3所述的活性硫酯的制备方法，其特征是，活性硫酯溶液减压蒸馏除去溶剂，经纯化后得到固体活性硫酯。
5.如权利要求2-4中任意一项所述的活性硫酯的制备方法，其特征是，所述有机溶剂为正己烷、正庚烷、环己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、乙腈、苯、甲苯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或它们的混合溶剂；所述有机碱催化剂为二乙胺、三乙胺、三丁胺、吡啶和N-甲基吗啉中的一种，或者它们的混合液；所述亚磷酸酯为亚磷酸三乙酯、亚磷酸三甲酯或者亚磷酸三丁酯。
6.如权利要求2-4中任意一项所述的活性硫酯的制备方法，其特征是，所述γ-邻苯二甲酰亚氨基-α-羟基丁酸、二硫化苯并噻唑、有机碱催化剂和吸水剂三苯基膦或亚磷酸酯类的摩尔比为1：0.5～100：0.01～100：0.01～100。
7.一种阿米卡星的制备方法，其特征是，
(1)硅烷化保护：卡那霉素A与硅烷化试剂进行反应，得到含有卡那霉素A硅烷化衍生物的反应液；
(2)酰化：上述反应液中加入权利要求3制备的活性硫酯溶液或者权利要求4制备的固体活性硫酯，在有机碱的催化作用下，进行酰化缩合反应，反应完全后得到酰化反应液；
(3)脱保护：酰化反应液中加入醇类试剂进行反应，脱除硅烷化保护基；反应完全后采用纯化水提取产物，得到富集产物的水溶液；
(4)肼解及结晶：上述水溶液加入水合肼和盐酸进行肼解反应得到含有阿米卡星的水溶液；水溶液浓缩后，加入醇类结晶溶剂，并加酸调解pH为3.0-4.0进行析晶，再经过滤、干燥后，即可得到阿米卡星。
8.如权利要求7所述的一种阿米卡星的制备方法，其特征是，所述有机碱为吡啶、4-二甲氨基吡啶、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、三甲胺、三乙胺，二乙胺、正丁胺、羟胺、N-甲基吗啉、二异丙基乙基氨、四甲基氢氧化铵或者吡咯；所述醇类试剂为甲醇或者异丙醇；所述醇类结晶溶剂为乙醇或者异丙醇。
9.如权利要求7或8所述的一种阿米卡星的制备方法，其特征是，所述卡那霉素A、活性硫酯和有机碱的摩尔比为1：0.5～10：0.5～50。
10.一种硫酸阿米卡星的制备方法，其特征是，
(1)硅烷化保护：卡那霉素A与硅烷化试剂进行反应，得到含有卡那霉素A硅烷化衍生物的反应液；
(2)酰化：上述反应液中加入权利要求3制备的活性硫酯溶液或者权利要求4制备的固体活性硫酯，在有机碱的催化作用下，进行酰化缩合反应，反应完全后得到酰化反应液；
(3)脱保护：酰化反应液中加入醇类试剂进行反应，脱除硅烷化保护基；反应完全后采用纯化水提取产物，得到富集产物的水溶液；
(4)肼解及结晶：上述水溶液加入水合肼和盐酸进行肼解反应得到含有阿米卡星的水溶液；水溶液浓缩后，加入醇类结晶溶剂，并加硫酸调解pH为2.0进行析晶，再经过滤、干燥后，即可得到硫酸阿米卡星。
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