CN105017147B - 一种回收和利用Bedaquiline立体化学异构体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种回收和再利用Bedaquiline立体化学异构体的方法，这些异构体包括(αR,βR),(αS,βS)和(αR,βS)‑6‑溴‑α‑[2‑(二甲基氨基)乙基]‑2‑甲氧基‑α‑1‑萘基‑β‑苯基‑3‑喹啉乙醇。回收的异构体可高转化率的生成X和Y，X和Y可再次用于Bedaquiline的合成，本工艺方法能够大大降低Bedaquiline的生产成本，提高原料的利用率。

Description

一种回收和利用Bedaquiline立体化学异构体的方法
技术领域
本发明属药物化学技术领域，涉及一种回收和利用Bedaquiline立体化学异构体的工艺方法以及该方法在Bedaquiline合成中的应用。
背景技术
结核分枝杆菌是一种在世界范围内分布的严重且可能致命的感染的病原体。据世界卫生组织估计，每年有超过八百万的人感染肺结核(TB)。发病人数占前五位的国家为印度、中国、印度尼西亚、尼日利亚和南非。随着耐药性菌株的增多以及交叉耐药的出现，耐多药结核病不断扩大。在所有传染病中，只有AIDS致死人数多于结核病。据统计，2011年，约有870万人罹患结核病，140万人死于结核病。每年新增患病人数上百万。然而，对于耐多药结核病全球现时只有19％受感染的人获得治疗，其中只有48％的病人能够痊愈。
2012年12月，美国食品和药品监督管理局(FDA)批准了杨森公司的Bedaquiline用于耐多药结核病的治疗。Bedaquiline(TMC207，R207910)是由美国强生公司研制的一种新型抗结核药物，其结构如下(Ⅰ)，化学名称为(αS,βR)-6-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇。Bedaquiline作为一种口服药物，主要用于肺结核及耐多药结核病(TB)的联合治疗，是半个世纪以来第一种以新机制抗结核的药物，也是唯一一种可以治疗耐多药结核病的药物。Bedaquiline无疑会是抗结核药物研发史上一个新的里程碑。
Bedaquiline结构中含有两个相邻的大空间位阻的手性中心。共有4个立体化学异构体。其药用构型为(αS,βR)-6-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇。另外3种立体异构体的手性中心构型为(αR,βS)(αR,βR)(αS,βS)。
Bedaquiline的原始合成路线(图Ⅱ)和纯化方法公开于WO2004/011436和WO2006/125769中，由于此合成路线简单、易处理，故利于实现大规模工业生产。目前工业化生产就是采用了这种方法。此合成路线的特点是先合成了6-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇的立体异构形式的混合物，即(αS,βR)(αR,βS)(αR,βR)(αS,βS)4种立体异构体的混合物，然后在从中分离出活性异构体(αS,βR)-6-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇。
然而，此路线在合成了药用构型(αS,βR)的同时，也合成其他3种非药用构型(αR,βS)(αR,βR)(αS,βS)，文献N.Lounis et al.Médecine et maladies infectieuses40(2010),383–39报道了此方法所得非对映异构体的比例(αS,βR)(αR,βS)：(αR,βR)(αS,βS)＝2:3，由此可见非活性异构体作为废弃物浪费超过4/5的所投原料，而这些原料都是由多步化学反应制的，成本高昂！如不能对这些异构体进行回收利用，那么外消旋混合物的生产将带来巨大的成本浪费。目前对Bedaquiline的不对称合成虽也有报道，但由于其路线繁琐，试剂成本高昂，对环境污染严重，反应条件苛刻，目标产物收率低等因素限制了其工业化生产。因此异构体(αR,βS)(αR,βR)(αS,βS)的再利用就成为整个工业化生产中过程中的关键。
发明内容
本发明的目的在于回收和利用Bedaquiline的3种非药用立体异构体，使其变废为宝，解决目前该立体异构体混合物中不需要的异构体不能被重新利用的问题。
本发明使用合适的碱将两个彼此靠近的高度空间位阻的手性中心间的化学键断裂，特异性的转化成X和Y，转化率达可达90％以上。这使得从反应混合物中分离出的废弃异构体的回收及再利用成为可能。下文中我们将(αR,βS)-6-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇和(αS,βR)-6-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇的外消旋混合物称作非对映体A，(αR,βR)-6-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇和(αS,βS)-6-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇的外消旋混合物称作非对映体B。本发明的技术方案如下：
一种回收和利用Bedaquiline化学异构体的方法，包括如下步骤：
a.将Bedaquiline单一立体化学异构体或其混合物与合适的碱在合适的溶剂和温度下反应；
b.从反应产物中分离得到化合物X：3-苄基6-溴-2-甲氧基喹啉和化合物Y：3-二甲基氨基-1-萘基-1-丙酮；
c.将分离得到的上述X和Y用于制备Bedaquiline，即(αS,βR)-6-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇，或将其用于其它用途。如前所述的单一立体异构体选自Ⅰa，Ⅰb或Ⅰc及其药学上可接受的盐或溶剂合物
上述任意方法中，步骤a所述的碱为无机碱或有机碱；所述无机碱选自氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化锂，碳酸钾，碳酸钠，氢化钠，氨基钠，氢化钾中的一种或几种；所述有机碱选自正丁基锂，六甲基二硅基氨基锂或二异丙基氨基锂中的一种或几种。
上述任意方法中，步骤a所述的溶剂选自四氢呋喃，乙腈，二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，乙酸乙酯，丙酮，二甲亚砜，甲醇，乙醇或异丙醇；优选的其中的非质子溶剂；所述非质子溶剂更优选四氢呋喃，乙腈，二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺等有机溶剂；最优选四氢呋喃，丙酮，乙酸乙酯。
上述任意方法中，步骤a中的反应温度为-40℃-120℃。一定程度提高反应温度能够加快反应速率。考虑到绿色，经济，环保的原则，优选室温下反应。
具体反应如下：
1、原料来源：制备bedaquiline及非药用的三种立体异构体
a.使用已知的方法合成6-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇的立体异构形式的混合物，通过高效液相色谱测定混合物中非对映体A与非对映体B的比例约为40：60(附图4，色谱柱：Kromasil C18柱，流动相比例为乙腈：水：二乙胺＝40：60：0.1％，流速1.0ml/min，检测波长254nm)，然后利用自发结晶法分离出非对映体A和非对映体B，当混合物中非对映体A过量于非对映体B时，优先自发结晶出的是对映体A，其含量可达到80％-90％或更高，可反复重结晶提高纯度。反之亦然。将非对映体A利用WO2006/125769中的方法分离出(αS,βR)-6-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇，即bedaquiline，剩余的部分是(αR,βS)-6-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇。
b.回收bedaquiline中非药用的三种立体异构体
将上述分离得到的三种异构体在合适的非质子溶剂中，用合适的无机碱或有机碱处理，在适宜的温度下分解得到化合物X和化合物Y，使用最优的条件时，此步反应几乎定量完成。如下反应路线所示：
c.将X和Y，使用LDA在低温下将两化合物反应，得到6-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇立体异构形式的混合物。
d.可选择循环a，b，c步骤。
可选择的溶剂及溶剂与碱的组合物举例如下(其目的仅在于更好的理解本发明而绝非限制本发明的保护范围,本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形,只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明的权利要求所定义的范围)：
1)可选择的溶剂可为溶剂偶极矩大于5.17的溶剂，如四氢呋喃，乙腈，二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，乙酸乙酯，丙酮，二甲亚砜，甲醇，乙醇，异丙醇，水，六甲基磷酰三胺，硝基甲烷，吡啶等。
2)可选择的溶剂和碱的组合方式举例，如下：
序号 溶剂 碱
1 THF LiOH
2 THF NaOH
3 THF KOH
4 THF KOBu-t
5 THF LDA
7 DMF LiOH
7 DMF NaOH
8 DMF KOH
9 DMF K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>
10 DMF Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>
11 乙腈 NaOH
12 乙酸乙酯 NaOH
13 丙酮 NaOH
14 丙酮(含10％水) NaOH
15 DMSO NaOH
本发明有益技术效果
本发明旨在提供一种回收废弃异构体的方法，此方法提高原料的利用率，解决生产中废弃物的再利用问题。比如，可将两批或多批产生的废弃异构体进行回收，然后将得到的3-苄基6-溴-2-甲氧基喹啉和3-二甲基氨基-1-萘基-1-丙酮用于下一批反应或者贮存用于其它用途。工艺流程路线如下：
术语和简称：
DMSO 二甲基亚砜
DMF 二甲基甲酰胺
THF 四氢呋喃
LDA 二异丙基氨基锂
(R)-(-)-BNP ACID (11bR)-4-羟基二萘并[2,1-d：1′,2′-f][1,3,2]二氧杂磷
杂 　4-氧化物
附图说明：
图1 3-苄基-6溴-2-甲氧基喹啉1H-NMR
图2 3-二甲基氨基-1-萘基-1-丙酮1H-NMR
图3反应液HPLC
图4非对映体A和B的混合物的HPLC
具体实施方式
实施例旨在阐述本发明采用的条件和实验方法，而不是限制本发明的范围。
制备例
6-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇的立体异构体的制备
步骤1中间体N-(4-溴苯基)-3-苯丙酰胺的制备
在500ml单口瓶中，加入对溴苯胺(40g,0.232mol)和二氯甲烷(200ml)，搅拌溶解，加入三乙胺(32ml)，冰浴下滴加苯丙酰氯(37.5g，0.223mol)搅拌反应过夜，将反应液倒入大烧杯中，加入适量10％的盐酸析出大量白色絮状固体，抽滤，滤饼用少量乙醚洗涤，烘干得白色固体N-(4-溴苯基)-3-苯丙酰胺62g，收率92％。mp103-105℃。
步骤23-苄基-6-溴-2-氯喹啉的的制备
于500ml单口瓶中加入无水DMF(32.6ml，0.420mol)，冰浴下，缓慢滴加POCl3(129g，0.840mol)，滴毕，剧烈搅拌反应1h，升至室温，加入N-(4-溴苯基)-3-苯丙酰胺(32g，0.105mol)和乙腈(50ml)，于80℃反应过夜。减压蒸干乙腈，往残渣中加入冰水(300ml)，并快速搅拌(冒出大量白雾)。析出大量棕色固体，过滤，滤饼用少量甲醇洗涤得白色固体粗品。用二氯甲烷和甲醇体系重结晶得25g白色固体3-苄基-6-溴-2-氯喹啉。收率71％。mp110-112℃，ESI-MS(m/z)：333[M+H]+。
步骤33-苄基-6溴-2-甲氧基喹啉的制备
于单口瓶中加入3-苄基-6-溴-2-氯喹啉(20g，0.06mol)，无水甲醇(100ml)，108g15％的甲醇钠溶液，悬浮液回流反应过夜，冷却至室温，于-20℃冰箱放置过夜析出白色针状结晶，抽滤，滤饼用少量水洗，干燥得19g白色固体3-苄基-6溴-2-甲氧基喹啉收率96％。mp82-83℃，ESI-MS(m/z)：329[M+H]+。
步骤43-二甲基氨基-1-萘基-1-丙酮的制备
于单口瓶中加入1-乙酰基萘(8g，0.047mol)，多聚甲醛(2g，0.065mol)，二甲胺盐酸盐(5.3g，0.065mol)，加入乙醇(15ml)和浓盐酸(0.6ml)，80℃加热回流反应12h，慢慢冷却至室温，放入-20℃冰箱中，24h后过滤析出的白色固体，得到3-二甲基氨基-1-萘基-1-丙酮盐酸盐10g。将其溶于水中，加入Na2CO3(5.8g，0.054mol)的50％的水溶液，将反应混合物搅拌10-15分钟，加入乙酸乙酯(20ml×3)，合并有几层，水洗(15ml×2)，饱和食盐水洗(15ml×2)，无水硫酸镁干燥，过滤，滤液减压浓缩，得到8g油状物3-二甲基氨基-1-萘基-1-丙酮。收率70％。
步骤56-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇的立体异构体的制备
氮气保护，冷却至-78℃，于250ml三口瓶中加入30ml2M的LDA(0.06mol)以及30ml无水THF，缓慢滴加3-苄基-6溴-2-甲氧基喹啉(12g，0.036mol)的无水THF溶液(40ml)，滴完后继续反应1h，将现制的3-二甲基氨基-1-萘基-1-丙酮(14g，0.061mol)的无水THF(40ml)溶液于1h内缓慢滴加进反应液，滴完在-78℃下搅拌反应12h，升温到-40℃，加入乙酸(6.4g，0.108mol)在THF(10ml)中的预冷溶液，反应0.5h，升至室温，减压旋蒸除去THF，加入60ml水，二氯甲烷(50ml×3)萃取，合并有机层。减压浓缩，残余物加入100ml预冷乙醇，剧烈搅拌析出白色固体，于低温下静置一天，过滤得白色固体粗品9g。用乙醇和二氯甲烷体系重结晶，由于粗品中非对映体B过量于非对映体A，故优先结晶，过滤得到的晶体，真空干燥得5.3g白色固体，其中含90％的非对映体B和5％的非对映体A。滤液再次结晶(使用相同的溶剂)得3.1g白色固体，其中含95％的非对映体A。
步骤5bedaquiline，即(αS,βR)-6-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇的制备
将非对映体A悬浮在丙酮中，向此悬浮液中加入(R)-(-)-BNP ACID(1当量)的二甲基亚砜溶液，加入(αS,βR)-6-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇*(R)-(-)-BNP ACID进行加核物析晶，将形成的悬浮液加热回流搅拌1h，逐渐将至室温，室温下继续搅拌1h，滤出形成的固体，用少量丙酮洗，得到的固体悬浮于甲苯中，用10％的碳酸钾溶液处理，混合物80℃反应半小时，分离出水层。有机层用水洗，饱和食盐水洗。减压浓缩，用乙醇处理，低温静置，滤出形成的固体，真空干燥得αS,βR)-6-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇。
实施例
实施例1
非对映体B(0.5g，0.9mmol)溶于20ml无水THF中，常温下加入NaOH粉末(90mg，2.3mmol)，常温反应2小时，TLC检测，反应完全后(液相图谱见附图3)，加入0.5M的盐酸调pH至酸性，用乙酸乙酯萃取，分离有机相和水相，有机层减压蒸干，残余物用甲醇重结晶，分离得233mg3-苄基-6溴-2-甲氧基喹啉(X)，收率80.5％。水相用饱和碳酸钠溶液调至碱性，加入乙酸乙酯萃取，分离有机相，无水硫酸镁干燥，蒸干得168mg3-二甲基氨基-1-萘基-1-丙酮(Y)，收率82.3％。
产物3-苄基-6溴-2-甲氧基喹啉(核磁图谱见附图1)和3-二甲基氨基-1-萘基-1-丙酮核磁(核磁图谱见附图2)核磁共振氢谱数据如下：
1HNMR(400MHz,DMSO-d6):δ7.74(d,J＝2.0Hz,1H),7.69(d,J＝8.9Hz,1H),7.61(dd,J＝8.9,2.0Hz,1H),7.48(s,1H),7.30–7.33(m,2H),7.26–7.20(m,3H),4.08(s,3H),4.02(s,2H).
1H NMR(300MHz,CDCl3):δ8.57(d,J＝8.4Hz,1H),7.98(d,J＝8.4Hz,1H),7.87(d,J＝7.3Hz,2H),7.65–7.40(m,3H),3.24(t,J＝7.3Hz,2H),2.81(t,J＝7.3Hz,2H),2.29(s,6H).
实施例2
用非对映体A代替非对映体B，重复实施例1步骤(收率X：83％，Y：85％)。
实施例3
用非对映体A和非对映体B以任意比例的混合物参与反应，重复实施例1步骤。因为非对映体A和B均可分解为X和Y。
实施例4-27
在本发明提供的方法中，不同的实验条件可以替换来实施本发明。结果见表1。
表1不同的溶剂和碱对反应的影响结果
结果与讨论：
1.溶剂对反应的影响
反应溶剂的性质包括介电常数和偶极矩以及所使用的碱对于底物的转化以及产物的生成有着重要的选择性。通过考察一系列不同种类的溶剂和碱对该步反应的影响(见表1)，发现以二氯甲烷，氯仿，1,4-二氧六环，甲苯等溶剂作为反应溶剂时此反应不能引发或反应极为缓慢，使用DMF和DMSO作为溶剂时可以加快裂解反应速度，由于反应剧烈，副产物也会增多，收率因此降低，使用乙腈做溶剂为对底物的溶解度较差，因此这些溶剂不是优选的溶剂。使用THF，乙酸乙酯，丙酮做溶剂时底物具有非常好的溶解度，反应比较温和，反应完全、转化率高，是优选的溶剂。
溶剂 偶极矩μ/10<sup>-30</sup>C·m 反应时间或反应性
苯 0 不反应
四氯化碳 0 不反应
二氧六环 1.50 不反应
乙醚 3.83 不反应
氯仿 3.83 不反应
二氯甲烷 5.17 不反应
乙酸乙酯 5.77 60
四氢呋喃 6.03 40
丙酮 9.07 40
丙酮(含水) 9.07(6.17) 120
DMF 12.73 5
乙腈 13.07 20(溶解性差)
DMSO 11.57 3
注：溶剂偶极矩的值参考《基础有机化学》邢其毅编，第三版，P267。
通过考察一系列溶剂对反应的影响，我们发现溶剂的偶极矩(μ)是影响反应的主要因素：
当溶剂偶极矩小于5.17时，反应不能发生；
当溶剂偶极矩大于5.17时，反应可以发生，并随着偶极矩的增大，反应速度加快。
当反应体系中含水及溶剂溶解性较差时，反应速率会有一对程度下降。
2.碱对反应的影响
若使用K2CO3、Na2CO3、Et3N、二乙胺等弱碱不能使反应发生或收率很低，使用K2CO3、Na2CO3在偶极矩较小的溶剂中如THF不能使反应发生，但在较大偶极矩溶剂如DMF中反应可顺利进行。使用氢氧化钠和氢氧化钾则反应时间适中，收率高，是优选的碱，相对而言氢氧化锂做碱时反应时间就比较长。但碱性增加到叔丁醇钾程度时，反应虽然很快，但副产物也相应增多。可见碱性强弱同样是影响反应的另一因素。
3.温度对反应的影响温度
温度对反应的影响体现在反应速率上，一定程度提高反应温度能够加快反应速率。
3.碎裂化反应机理
如上所述，底物的碎裂化反应对溶剂及碱比较敏感，因此深入研究此类裂解反应的机理及更广泛的适用性也是极其必要的。因此我们通过变换含有不同官能团的二芳基喹啉化合物作为反应底物，研究了底物结构对此反应敏感性，推测二芳基喹啉乙醇类化合物碎裂化反应的可能机理，如下：
ML为碱，R，R1，R2为烷基，卤素，芳香基团或杂环等取代基。

Claims (2)

1.一种回收和利用Bedaquiline化学异构体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、将Bedaquiline单一立体化学异构体或其混合物与合适的碱在合适的溶剂和温度下反应；
B、从反应产物中分离得到化合物X：3-苄基6-溴-2-甲氧基喹啉和化合物Y：3-二甲基氨基-1-萘基-1-丙酮；
C、将分离得到的上述X和Y用于制备Bedaquiline，即(αS,βR)-6-溴-α-[2-(二甲基氨基)乙基]-2-甲氧基-α-1-萘基-β-苯基-3-喹啉乙醇；
所述碱选自氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化锂，叔丁醇钾，碳酸钾，碳酸钠或二异丙基氨基锂；
所述的溶剂选自四氢呋喃，乙腈，二甲基甲酰胺，乙酸乙酯，丙酮，二甲亚砜；反应温度为-40℃-120℃，温度对反应的影响体现在反应速率上，一定程度提高反应温度能够加快反应速率。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的单一立体异构体选自Ⅰa，Ⅰb或Ⅰc
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