CN105712919B

CN105712919B - 酰胺缩合剂在维格列汀合成方法中的应用

Info

Publication number: CN105712919B
Application number: CN201410729026.XA
Authority: CN
Inventors: 闵涛; 车晓明; 李上; 薛峪泉; 朱素华; 张峰
Original assignee: Nanjing Yoko Biological Pharmaceutical Group Co Ltd; NANJING YOKO PHARMACEUTICAL CO Ltd; NANJING YOKO BIO-MEDICAL RESEARCH Co Ltd
Current assignee: Nanjing Yoko Biological Pharmaceutical Group Co Ltd; NANJING YOKO PHARMACEUTICAL CO Ltd; NANJING YOKO BIO-MEDICAL RESEARCH Co Ltd
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2018-12-21
Anticipated expiration: 2034-12-04
Also published as: CN105712919A

Abstract

本发明公开了一种维格列汀的新合成路线，主要是以廉价易得的L‑脯氨酸为起始原料，经Boc保护，酰胺化，脱水反应，以及脱去Boc保护等步骤得到关键中间体氰基四氢吡咯，最后与金刚烷胺羧基物之间进行酰胺缩合反应，精制后得到维格列汀纯品。值得注意的是，本路线中两次用到高效的酰胺缩合剂PyBOP，使得式II化合物的羧基转变为酰胺基和最后一步缩合的反应均能够迅速高效的完成，反应时间大大缩短，降低了金刚烷胺羧基二聚物杂质的生成，方便后续的纯化和精制步骤。本发明工艺所用的原料和试剂价廉易得，成本降低，酰胺反应的效率高，杂质减少，十分符合工业化大生产的要求。

Description

酰胺缩合剂在维格列汀合成方法中的应用

技术领域

本发明涉及药物的制备方法，特别是涉及一种维格列汀的新的合成方法。

背景技术

维格列汀（Vildagliptin），化学名为1-【2-（3-羟基金刚烷-1-基氨基）乙酰基】吡咯烷-2（S）-甲腈，是诺华公司研发的DPP-IV抑制剂，2008年获准在欧盟上市，用于治疗II型糖尿病，化学结构式如下所示。本品是一种有效且可逆的特异性DPP-IV抑制剂，通过与靶酶DPP-IV结合形成复合物，从而抑制该酶活性，并阻断DPP-IV对GLP-1的降解，在提高GLP-1浓度，促进胰岛β细胞产生胰岛素的同时，降低胰高血糖素的浓度，从而降低血糖。

如果按照维格列汀各个片段最后对接的方式来划分，维格列汀的合成路线主要分为两大类：第一类的代表文献有诺华公司的WO2004092127以及Zentiva Group公司的WO2010022690专利文件。这一类方法主要是：L-脯氨酰胺既能够氯乙酰氯酰化的（S）-N-氯乙酰基-2-氨甲酰基吡咯烷，经脱水得（S）-N-氯乙酰基-2-氰基吡咯烷，最后与3-氨基-1-金刚烷醇发生亲和取代反应制得维格列汀。这一类方法的主要问题在于最终步骤的对接反应。由于极易产生双取代吡咯烷的杂质（本文中简称杂质A），所以需要非常苛刻的控制条件。同时，如果反应不幸地产生了超出纯化限度的该双取代杂质A后，纯化操作将很难起效，且最终收率大幅降低。

第二类方法的代表为专利申请WO2011101861中公开的另一条制备维格列汀的合成路线，其与第一类方法的区别在于最后一步对接反应的位点不同，这条路线主要是使用金刚烷胺羧基物与手性氰基四氢吡咯进行酰胺缩合反应来制备维格列汀。该方法虽然在一定程度上解决了最后一步缩合反应效率不高的缺陷，但同时带来了新的技术问题：（1）WO2011101861的方法中，由脯氨酸甲酯盐酸盐制备手性氰基四氢吡咯的过程繁琐且成本高，（2）最后一步缩合反应的投料方式以及使用缩合剂选择DCC方面存在问题，致使带来如下的缺陷：a）最后一步缩合反应的转化率低，产生较多的酰脲副产物（本文中简称杂质C）；b）缩合反应中容易出现金刚烷胺羧基二聚物杂质（本文中简称杂质B）；c）反应结束后对DCC的副产物DCU的后处理十分麻烦，虽然经多次结晶纯化，但仍难以完全去除，导致产物的纯度不高，氢谱可见小杂峰残留。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用高效缩合的方式来对接维格列汀各片段，以便高收率地制得维格列汀纯品的新工艺。本发明技术方案在专利申请WO2011101861的基础上进行了大幅度的优化设计和工艺改进，解决了专利申请WO2011101861所述工艺的缺陷及问题，具有“原料价廉易得，反应时间大幅缩短，缩合效率大大提高，反应生成杂质明显减少，后处理简单”等特点，适合规模化工业生产。本发明公开的合成路线如下所示，值得注意的是：该路线中，在两处形成酰胺的缩合反应时，申请人采用高效的酰胺缩合剂PyBOP，即：六氟磷酸苯并三唑-1-基-氧基三吡咯烷基，可以大幅提高两处反应的转化率，降低了相应步骤的杂质产生。

PyBOP作为1-羟基苯并三唑HOBT的衍生物，结构如附图1所示。它是一种很强的酰胺缩合剂，在多肽合成中具有高反应活性，可以提高反应速率，并且不会产生有毒的副产物如六甲基氨基磷酸酯（HMPA）等。

申请人请求保护PyBOP在维格列汀合成方法中的应用，其特征在于，在如下所示的合成路线中，应用PyBOP将式II化合物的羧基转变为酰胺基；并且，应用PyBOP将式IV化合物与式V化合物缩合反应形成酰胺。

进一步地，与PyBOP配合使用的还有二异丙基乙胺DIPEA和二甲氨基吡啶DMAP，申请人对该配合使用的（PyBOP，DIPEA，DMAP）的组合进行各组份配比摸索，可以达到更优的反应效果。

进一步优选地，PyBOP：DIPEA：DMAP的摩尔比为1：0.9～1.4：0.05～0.2。三者的组合最优选的，PyBOP：DIPEA：DMAP的摩尔比为1：0.9：0.1。

在使用PyBOP进行缩合反应时，需要控制试剂与底物的投料比和温度条件，以获得最优的反应效果。在应用PyBOP将式II化合物的羧基转变为酰胺基的反应中，PyBOP：式II化合物的摩尔比为1.2～1.4：1，反应温度为室温。在应用PyBOP将式V化合物与式VI化合物缩合反应形成酰胺的反应中，PyBOP：式II化合物的摩尔比为1：1，反应温度为室温。

更为详细地，所述维格列汀合成方法按照如下步骤进行：

（1）将L-脯氨酸溶解于氢氧化钠溶液中，加入（Boc）₂O的四氢呋喃溶液，搅拌反应，制得式II化合物，即Boc保护的L-脯氨酸；

（2）将式II化合物在PyBOP，DIPEA，DMAP的存在下，在乙腈与DMF的混合溶剂中与碳酸铵反应，将式II化合物的羧基转变为酰胺基，制得式III化合物；

（3）将式III化合物在三聚氯氰TCT和溶剂DMF的条件下，脱水反应制得式IV化合物；反应液不经处理，直接加入适量的水，形成酸性溶液，原位脱除Boc保护基，制得式IV化合物；

（4）将式IV化合物，PyBOP，DIPEA，DMAP加入DMF中，搅拌溶解，降温至5～10℃，滴加式V化合物的DMF溶液，严格控制滴加速度，使得内温不超过10℃，且滴加持续时间为1h，滴完，升至室温搅拌反应1h，TLC监控反应完全后，经后处理得到式I化合物，即维格列汀粗品；向粗品中加入体积比2:1的丁酮/异丙醇混合溶剂，升温至70～75℃溶解，加入硅藻土，热过滤，滤液搅拌降温至5～10℃析晶3～4h，过滤，45～50℃真空干燥3～4h，得到维格列汀精制品。

进一步优化地，在上述步骤（3）中，三聚氯氰：式III化合物的摩尔比为3：1，且所述的“水”选自饱和食盐水，水的加入重量为三聚氯氰重量的0.3～0.5倍，加水时需等到溶液降温至0～5℃才能缓慢滴加，滴加过程控制反应溶液温度在5～10℃之间。

国际专利申请WO2011101861报道了与本发明主题路线相关的合成方法，详见其说明书第9页的Scheme-1和第12页的Scheme-3，其方法可简述为步骤A-D：

步骤A（WO2011101861的实施例4）：将L-脯氨酸甲酯盐酸盐悬浮于正丁醇溶剂中，加入氨水，室温搅拌10h，分液之后浓缩，制得L-脯氨酰胺；

步骤B（WO2011101861的实施例5）：将L-脯氨酰胺溶于二氯甲烷中，加入三乙胺，滴加Boc酸酐，制得Boc保护的脯氨酰胺；

步骤C（WO2011101861的实施例6）：将Boc保护的脯氨酰胺溶于四氢呋喃，加入三氟乙酸酐，室温反应3h，加入碳酸氢铵，后处理得到氰基四氢吡咯。或者，根据WO2011101861的实施例7和8，欲制得氰基四氢吡咯，也可先采用L-脯氨酰胺直接加三氟乙酸酐脱水反应，再通过碱性盐，如碳酸钠或者碳酸钾，来水解吡咯烷氮上的三氟乙酰基。

步骤D：（WO2011101861的实施例9）：在最后一步缩合时，将金刚烷胺羧基物，氰基四氢吡咯，DCC，DMAP一锅搅拌，室温反应6h，后处理得到维格列汀。

本发明方案跟上述路线相比，作出了多处改进，并取得了更优的技术效果：

（1）以L-脯氨酸为起始原料，其价格比L-脯氨酸甲酯盐酸盐低很多；同时，在脱水剂选择方面，本发明选择使用的三聚氯氰，价格比三氟乙酸酐也较为便宜；本发明由于使用价廉易得的原料和试剂，大大降低了生产成本。

（2）本发明将脯氨酸的羧基转变为关键的酰胺式III化合物时，酰胺缩合剂PyBOP和固体氨源碳酸铵。令人惊喜地发现，缩合的转化效率提高，反应完成时间大幅缩短，总共仅需约2h即可基本完全，反应液中目标物含量约为96%。然而，申请人在重复WO2011101861的实施例4方法时，发现正丁醇和氨水层是不相互混溶的两相体系，室温搅拌的反应效率不高，且反应时间太长需10h，仍有10%原料没有反应完全，反应液中产物含量为88%。

（3）本发明采用一锅煮方式合并了式III化合物的脱水反应和脱除其Boc保护基，缩短了步骤，提高了效率，也即：采用三聚氯氰-DMF体系进行脱水反应完成后，原位加入适量饱和食盐水，发明人通过精确控制加入的水量，以及水解三聚氯氰成为盐酸时的反应液温度，可在较为温和的件下在有机溶剂和水的混合酸性溶液中将Boc保护基脱除，不至于使水解出过多的浓盐酸和偏高的温度，引入不必要的副产物。

（4）更觉得麻烦的是，申请人在重复WO2011101861的实施例9，即将金刚烷胺羧基物，氰基四氢吡咯，DCC，DMAP一锅缩合时，发现该反应存在如下缺陷：a）缩合效率不高，室温反应6h，剩余8%的金刚烷胺羧基物没有反应完全，反应液中目标产物的纯度为85%；b）反应液中两种相关杂质较多，即金刚烷胺二聚物，即杂质B含量3%，金刚烷胺的酰脲物，即杂质C含量2%；c）DCC使用后的副产物二环己基脲，即DCU在后处理中难以去除，经多次沉淀过滤仍除不干净，所得目标产物的氢谱中在高场显有一段小杂质峰。然而，本发明应用酰胺缩合剂的组合物，即（PyBOP，DIPEA，DMAP）可以很好地解决上述三个缺点，缩合效率大幅提高，室温3h后，剩余原料金刚烷基羧基物仅剩0.2%，反应液中目标产物纯度为96%，金刚烷胺的酰脲物杂质当然不存在；同时，由于优化了各试剂的投料比，和采用将金刚烷胺羧基物的溶液慢慢滴加的方式，以及PyBOP缩合剂结合后的空间位阻较大等原因，使得金刚烷胺羧基二聚物杂质极不容易生成，液相未检出。

综上，本发明方案在专利申请WO2011101861的基础上进行优化设计和工艺改进，解决了专利申请WO2011101861所述工艺的缺陷及问题，具有原料价廉易得，反应时间大幅缩短，缩合效率大大提高，反应生成杂质明显减少，后处理简单等优点，适合于维格列汀的工业化大生产。

附图说明

图1是PyBOP的化学结构式。

图2是实施例4所得维格列汀的氢谱。

图3是对比实施例9所得维格列汀的氢谱。

具体实施方式

实施例1 Boc保护的脯氨酸的制备

将L-脯氨酸（200g，1.74mol）溶解在水800mL中，加入氢氧化钠溶液约800mL（含氢氧化钠80g，2mol），搅拌均匀，冰浴下滴加（Boc）₂O（560g，2.6mol）的四氢呋喃溶液1000mL，约1.5h滴完，常温搅拌14～16h，旋蒸除去有机溶剂，加入乙酸乙酯800mL，在0～5℃搅拌下，滴加1moL/L 稀盐酸调节pH至1～2，分取乙酸乙酯层，有机层用水洗两遍后干燥，过滤，滤液浓缩后加入适量石油醚，析出白色固体，得式II化合物316g，收率85%。

实施例2 Boc保护的脯氨酰胺的制备

将式II化合物（316g，1.46mol），DIPEA（204g，1.58mol），DMAP（20.8g，0.17mol）溶解于乙腈800mL中，在0～5℃下，缓慢滴加PyBOP（910g，1.75mol）的DMF溶液1200mL，0.5h滴完，升至室温搅拌1h，依次加入碳酸铵固体（192g，2mol）和DMF溶剂200mL，搅拌均匀，室温搅拌反应2h，TLC监控反应完全后，减压旋蒸去除大部分有机溶剂，加入水500mL和乙酸乙酯600mL，萃取分液，取有机层干燥后，浓缩至干，得到式III化合物244g，收率90%。

实施例3 氰基四氢吡咯的制备

将式III化合物（244g，1.31mol）溶于干燥的DMF1000mL中，在温度5～10℃下，分批加入三聚氯氰（723g，3.93mol），加完，升温至37～42℃搅拌反应3～4h，反应液降温至0～5℃，缓慢滴加饱和食盐水220mL，滴完，维持0～5℃搅拌1h，自然升温反应1h，TLC监测反应完全，将反应液缓慢倒入水800mL和乙酸乙酯1000mL中，用乙酸乙酯萃取水相多次，收集有机层，用饱和碳酸氢钠溶液500mL洗涤两次，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩滤液得到黄色油状物，35～45℃浓缩至干，得到式IV化合物100g，收率79%。

实施例4 维格列汀的制备

将式IV化合物（100g，1.05mol），PyBOP（520g，1mol），DIPEA（116g，0.9mol），DMAP（12.2g，0.1mol）加入无水四氢呋喃1000mL中，搅拌溶解，降温至5～10℃，滴加式V化合物（225g，1mol）的DMF溶液，（其中，式V化合物的合成详见专利申请WO2011101861说明书第17页的Example 1～3）严格控制滴加速度，使得内温不超过10℃，滴加持续时间为1h，滴完，升至室温搅拌反应2h，TLC监控反应完全后，取少量反应液进行HPLC纯度检查，剩余0.2%金刚烷胺羧基物式V化合物没有反应完全，反应液中目标产物的纯度为96%；反应液中未检出两种相关杂质，也即：由于反应试剂与条件的优化，金刚烷胺二聚物（杂质B）和金刚烷胺的酰脲物（杂质C）几乎未产生。向反应液中加入冰水淬灭，旋蒸除去大部分有机溶剂，加入正丁醇萃取两遍，合并有机层，干燥，浓缩至干，残余物中加入体积比2:1的丁酮/异丙醇1000mL混合溶剂，升温至70～75℃溶解，加入硅藻土80g，热过滤，滤液搅拌降温至5～10℃析晶3～4h，过滤，45～50℃真空干燥3～4h，得式I化合物267g，收率85%，HPLC纯度为99.7%。

实施例5 （仅用PyBOP）

将式II化合物（100g，0.46mol）溶解于DMF 250mL中，在0～5℃下，缓慢滴加PyBOP（332g，0.64mol）的乙腈400mL溶液，0.5h滴完，升至室温搅拌1h，依次加入碳酸铵固体（57.6g，0.6mol）和DMF溶剂80mL，搅拌均匀，室温搅拌反应2h，TLC监控反应完全后，旋蒸除去大部分有机溶剂，加入水400mL和乙酸乙酯400mL，萃取分液，取有机层干燥后，浓缩至干，得到式III化合物75.7g，收率89%。

将式III化合物(75.7g，0.40mol)溶于干燥的DMF400mL中，在温度5～10℃下，分批加入三聚氯氰（220g，1.2mol），加完，升温至37～42℃搅拌反应3～4h，反应液降温至0～5℃，缓慢滴加饱和食盐水110mL，滴完，维持0～5℃搅拌1h，自然升温反应1h，TLC监测反应完全，将反应液缓慢倒入水800mL和乙酸乙酯800mL中，收集有机层，用饱和碳酸氢钠溶液500mL洗涤两次，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩滤液得到黄色油状物，35～45℃浓缩至干，得到式IV化合物29g，收率75%。

实施例6 维格列汀的制备（仅用PyBOP）

将式IV化合物（29g，0.3mol），PyBOP（146g，0.28mol），加入无水四氢呋喃350mL中，搅拌溶解，降温至5～10℃，滴加式V化合物（63g，0.28mol）的DMF 150mL溶液，严格控制滴加速度，使得内温不超过10℃，滴加持续时间为1h，滴完，升至室温搅拌反应2h，TLC监控反应完全后，加入冰水淬灭，旋蒸除去大部分有机溶剂后，加入正丁醇400mL萃取两次，合并有机层，干燥，浓缩至干，残余物中加入体积比2:1的丁酮/异丙醇1000mL混合溶剂, 升温至70～75℃溶解，加入硅藻土60g，热过滤，滤液搅拌降温至5～10℃析晶3～4h，过滤，45～50℃真空干燥3～4h，得式I化合物200g，收率82%。HPLC纯度为99.5%。

实施例7 结构确证

以本发明实施例4的制备方法为例，所得维格列汀的理化性质和结构确证信息如下。

熔点149～150℃。

ESI-MS（m/z）: 304 [M+H]⁺

核磁氢谱 ¹H-NMR（500MHz，CDCl₃，附图2所示）：

δ ppm：1.52～1.67（m，12H，10,12,14,16,17,18-H）； 1.88（s，1H，-NH-）；2.09～2.37（m，6H，3,4,11,15-H）；3.37～3.67（m，5H，5，8-H,-OH）；4.75～4.89（dd，1H，2-H）。

对比实施例8 重复WO2011101861实施例4的方法以及投料比试验，考察酰胺转化率。

将L-脯氨酸甲酯盐酸盐10g悬浮于正丁醇120mL中搅拌10min，加入氨水65mL，室温搅拌10h，分液，有机层干燥，浓缩后，加入30mL环己烷搅拌30min，收集所得固体，制得L-脯氨酰胺约4.8g，收率69%。

对比实施例9 参照WO2011101861实施例9的方法及投料比，将式V化合物和式IV化合物进行缩合反应，考察酰胺转化率和杂质生成情况。

将金刚烷胺羧基物式V化合物 5g和氰基四氢吡咯式IV化合物 2.2g溶解在二氯甲烷 50mL中，再加入DCC 4.5g和DMAP 2.8g，将该反应混合物室温搅拌6h，此时，取少量反应液进行HPLC纯度检查，剩余8%的金刚烷胺羧基物没有反应完全，反应液中目标产物的纯度为85%；反应液中两种相关杂质较多，采用面积归一化法，发现金刚烷胺二聚物（杂质B）液相纯度为3%，金刚烷胺的酰脲物（杂质C）液相纯度为2%。反应液中加水和正丁醇萃取分液，取有机层浓缩，加入甲基叔丁基醚100mL，收集析出的固体，即得维格列汀粗品。将该粗品采用丁酮约120mL重结晶后，检测液相纯度为97.5%。将重结晶产物进行核磁共振氢谱的检测，得到如附图3所示的氢谱。

将其与经本发明实施4方法制得的维格列汀的核磁氢谱（附图2）相比，不难发现，附图3中在ppm1.52～1.67这个主要的多重峰两侧出现了较多的小杂峰。据分析，由于DCC的使用，反应产物中很有可能残余少量DCU，导致二环己基脲DCU中的环己基在这些位置出峰，影响目标产物的纯度。

以上实施例，仅是对本发明技术的进一步阐述，本发明技术并不限于此，本领域的人员根据本发明所作的显而易见的改变和修饰同样包含在本发明范围之内。

Claims

1.PyBOP在维格列汀合成方法中的应用，其特征在于，在如下所示的合成路线中，应用PyBOP将式II化合物的羧基转变为酰胺基；并且，应用PyBOP将式V化合物与式IV化合物缩合反应形成酰胺；其中，PyBOP是“六氟磷酸苯并三唑-1-基-氧基三吡咯烷基”的缩写，PyBOP：DIPEA：DMAP的摩尔比为1：0.9～1.4：0.05～0.2，

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，PyBOP：DIPEA：DMAP的摩尔比为1：0.9：0.1。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，在应用PyBOP将式II化合物的羧基转变为酰胺基的反应中，PyBOP：式II化合物的摩尔比为1.2～1.4：1，反应温度为室温。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，在应用PyBOP将式IV化合物与式V化合物缩合反应形成酰胺的反应中，PyBOP：式V化合物的摩尔比为1：1，反应温度为室温。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述维格列汀合成方法按照如下步骤进行：

(1)将L-脯氨酸溶解于氢氧化钠溶液中，加入(Boc)₂O的四氢呋喃溶液，搅拌反应，制得式II化合物，即Boc保护的L-脯氨酸；

(2)将式II化合物在PyBOP，DIPEA，DMAP的存在下，在乙腈与DMF的混合溶剂中与碳酸铵反应，将式II化合物的羧基转变为酰胺基，制得式III化合物；

(3)将式III化合物在三聚氯氰TCT和溶剂DMF的条件下，脱水反应；反应液不经处理，降温后缓慢滴加适量的水溶液，形成酸性反应液，原位脱除Boc保护基，制得式IV化合物；

(4)将式IV化合物，PyBOP，DIPEA，DMAP加入DMF中，搅拌溶解，降温至5～10℃滴加式V化合物的DMF溶液，严格控制滴加速度，使得内温不超过10℃，且滴加持续时间为1h，滴完，升至室温搅拌反应1h，TLC监控反应完全后，经后处理得到式I化合物，即维格列汀粗品；向粗品中加入体积比2:1的丁酮/异丙醇混合溶剂，升温至70～75℃溶解，加入硅藻土，热过滤，滤液搅拌降温至5～10℃析晶3～4h，过滤，45～50℃真空干燥3～4h，得到维格列汀精制品。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，步骤(3)中，三聚氯氰：式III化合物的摩尔比为3：1，且所述的水溶液选自饱和食盐水，水溶液的加入重量为三聚氯氰重量的0.3～0.5倍，加水溶液时需等到溶液降温至0～5℃才能缓慢滴加，滴加过程控制反应溶液温度在5～10℃之间。