CN1085906A - 新颖的含季氮原子的膦酸类化合物、药物组合物以及治疗异常的钙与磷酸盐代谢作用的方法 - Google Patents

新颖的含季氮原子的膦酸类化合物、药物组合物以及治疗异常的钙与磷酸盐代谢作用的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及含季氮的膦酸类化合物及其药物上 可接受的盐和酯，它们具有以下的通式。
在此一般的结构式中，季氮原子必须通过一连接 链连接到含膦酸的碳原子上。它不能直接连接到含 膦酸的碳原子上。
本发明还涉及含安全和有效量的本发明化合物 和药物上可接受的赋形剂的药物组合物。最后，本发 明涉及治疗或防止人或其他哺乳动物其特征为不正 常的钙与磷酸盐代谢的病态情况，诸如骨质疏松和关 节炎，特别是风湿性关节炎和骨关节炎的方法。该方 法包括向需要进行这样治疗的人或其他哺乳动物给 予安全和有效量的本发明的化合物或组合物。

Description

本发明涉及新颖的含季氮原子的膦酸类化合物，包括双膦酸类、膦酰基烷基次膦酸类、膦酰基羧酸类、以及膦酰基磺酸类。本发明还涉及含这些新颖化合物的药物组合物和用本发明的化合物或药物组合物治疗某些其特征为不正常的钙与磷酸盐代谢作用的代谢性骨病。特别是，本发明涉及一种利用本发明的化合物或药物组合物治疗或防止骨质疏松和关节炎、特别是风湿样关节炎和骨关节炎的方法。
许多折磨温血动物的病态状况与不正常的钙与磷酸盐的代谢作用有关。这样的情况可以分成为两大类。
1、这类情况的特征为不正常的钙与磷酸盐流动作用导致一般的或特殊的骨损失，诸如骨质疏松和派吉特病（Paget′s  disease），或体液中的渐进性的高的钙与磷酸盐含量，诸如肿块起因的血钙过多症。这样的情况在此处往往被称为病态的硬组织脱矿物质作用。
2、由在体内不正常的钙与磷酸盐沉积作用而引起的情况，诸如关节炎、特别是风湿样关节炎和骨关节炎，这些情况有时称为病态的钙化作用。
第一类包括最常见的代谢性骨病，骨质疏松;骨质疏松是一种其中骨的硬组织被不成比例地损失而形成新的硬组织的情况。骨质疏松通常可被定义为骨量的减少或骨骼组织的萎缩。骨髓和骨空间变大、纤维状结合减弱、以及紧密的骨头变成脆性。骨质疏松可被细分为停经期的，老年的，药物引起的（例如促肾上腺皮质激素，这可能出现在类固醇治疗中），疾病引起的（关节炎和肿块）等;然而它们的表现形式基本上是相同的。
一般说来，骨质疏松有二种类型：原发的和继发的。“继发的骨质疏松”是各种疾病过程或试剂造成的结果。然而，在所有的骨质疏松病因中几乎90%是属於“原发性骨质疏松”。这样的原发性骨质疏松包括停经后骨质疏松、与老年有关的骨质疏松、废弃性骨质疏松（影响大部份年令超过70至80岁的老人）、以及影响中、青年男女的原发性骨质疏松。
对某些骨质疏松的病人来说，骨组织损失足够大以致引起骨结构的机械断裂。骨断裂通常发生在，例如，患有停经后骨质疏松的女人的臀部和脊骨上。骨质疏松还可引起脊柱后凸病（不正常地增加胸脊骨的弯曲）。
骨质疏松时的骨损失机理被认为与“骨再塑”过程的不平衡有关。在人的整个生命过程中存在骨再塑，以更新骨骼与保持骨的强度。这种再塑过程包括骨表面各别部位的磨损与充填，再塑过程涉及所谓“基本的多细胞单元”或“BMUs”的细胞活体群。BMUs主要是由“破骨细胞”、“成骨细胞”、以及它们的细胞前体组成。在再塑循环中，在“活化的”BMUs处骨被破骨细胞消溶而形成吸回腔。然后该腔与骨一起被成骨细胞充填。
一般说来，在成年人中，由于吸回腔的不完全充填，再塑循环的结果是形成少量的骨亏损。因此，甚至在健康的成年人中会出现与老年有关的骨损失。然而，在骨质疏松时，可能使被激活的BMUs的数目增加。这种增大的活化作用会促进骨的再塑循环，造成不正常的高的骨损失。
虽然其病因学尚不完全清楚，但是有许多危险因素被认为与骨质疏松有关。这些危险因素包括体重轻、低钙引入量、身体缺少运动、以及雌激素不足。
近代的骨质疏松治疗主要依赖于施以钙和雌激素。
涉及被反常的钙与磷酸盐沉积作用证明的第二类骨质疏松，包括肌炎骨化渐进症，钙质沉着综合病，以及如关节炎（包括，例如，风湿样关节炎和骨关节炎）、神经炎、粘液囊炎、腱炎、以及易患钙沉积的有关组织的那些痛苦。
除了骨质疏松外，骨损失可起因于风湿样关节炎和骨关节炎。风湿样关节炎是一种长期的、全身的和关节炎痛疾病，其特征在于关节囊和韧带变弱，接着毁坏软骨、韧带、腱和骨，并且引起滑膜液的粘度降低及其它改变。风湿样关节炎症状包括全身虚弱，疲劳、局部疼痛，身体关节的硬化、变弱、肿胀和变形。风湿关节炎在40至60岁的女人中是最常见的。
导致关节毁坏的风湿样关节炎的发病过程由二个时期来表征：1）渗出时期，它涉及微循环和滑膜细胞，使血浆蛋白和细胞组分流入到关节，和2）长期炎症时期，发生在滑膜下和软骨下的骨中，其特征为在关节空间形成血管翳（肉芽组织），骨糜烂，和软骨破坏。血管翳会形成粘连和引起风湿样关节炎的关节畸形特征的凹痕组织。
风湿样关节炎的病原学至今仍不清楚。但已牵涉到感染剂诸如细菌与病毒。一种近代的假说为EB病毒（EBV）是风湿样关骨炎的病因。
近代的风湿样关节炎治疗主要是通过施以非类固醇的消炎药使症状消除。非类固醇消炎药治疗主要对早期风湿样关节炎有效，如果病症超过一年以上它就不可能消除关节炎症，使用金、氨甲蝶呤、免疫抑制剂和皮质类固醇只取得有限的成功。
另一方面，骨关节炎是一种特征为关节软骨损坏和磨损，以及在关节表面形成新骨的活动关节疾病。随着骨关节炎的发展，关节表面碎裂和磨损粒子得以进入滑膜液，这反过来又刺激巨噬细胞的吞噬作用。因此，最终在骨关节炎中引起炎症反应。骨关节炎常见的临床症状包括指关节的软骨和骨骼增大和睡醒时的僵化与活动困难。
骨关节炎的一般症状治疗包括镇痛药、消炎药、类固醇、以及理疗。
各种各样的膦酸衍生物已被建议用于治疗和预防有关不正常的钙与磷酸盐代谢作用疾病。举例来说，许多参考文献（它们全被编入此处供参考）公开了含多膦酸类、特别是二膦酸类如乙烷-1-羟基-1，1-二膦酸（“EHDP”）的组合物以及它们在动物组织中抑制钙与磷酸盐的不正常的沉积与流动方面的应用：属於Francis的1972年8月8日颁布的美国专利3683080号和1980年10月28日颁布的美国专利4230700号，和属於Ebetino的1989年9月19日颁布的美国专利4868164号。许多其它的参考文献介绍了用于治疗骨关节炎和/或关节炎的杂环取代的二膦酸，此处特将它们编入供参考：属於Ebetino等人的1991年12月10日颁布的美国专利5071840号;属於Ebetino等人的1989年9月19日颁布的美国专利4868164号;属於Benedict等人的1992年4月14日颁布的美国专利5104863号;属於Blum等人的1981年5月12日颁布的美国专利4267108号;属於Breliere等人的1988年5月24日颁布的美国专利4746654号;属於Barbier等人的1989年10月24日颁布的美国专利4876247号，和1984年2月15日出版的Breliere的欧州专利申请公开号100718;1986年2月5日出版的Boehringer  Mannhein  GmbH的欧州专利申请公开号170228;1986年7月2日出版的Benedict和Perkins的欧州专利申请公开号186405;1989年1月11日出版的Ebetino的欧州专利申请公开号298553;属於Bosies等人的1988年11月15日颁布的美国专利4754993号;属於Jaeggi等人的1990年7月3日颁布的美国专利4939130号;属於Bosies等人的1990年11月20日颁布的美国专利4971958号;1990年10月18日出版的Dunn等人的WO  90/12017;1991年7月25日出版的Youssefyeh.R等人的WO  91/10646;公开日为1989年6月15日的Jaeggi的AU-A-26738/88;公开日为1990年5月31日的Ciba-Geigy的AU-A-45467/89。
最后，属於Bauman的、1980年6月17日颁布的美国专利4208401号公开了用作有效的抗结石剂的非杂环环取代的二膦酸季铵盐。
1990年10月18日公开的Jaeggi的DE  40  11  777公开一种杂环环取代的二膦酸盐，其中所说的杂环环可被低级烷基所取代。所说的杂环环通过一个非环季氮原子而被桥连到膦酸基上。DE  40  11  777还公开该化合物产生明确的抑制骨的消溶作用，因此被用于治疗骨关节炎、发炎和退化的关节疾病、牙周病、以及副甲状腺机能亢进。这些参考文献的公开内容被编入此处供参考。
本发明的化合物在关节炎情况下对关节破坏处具有骨保护作用，并且本发明的化合物当治疗关节炎时具有超过以上仅仅减轻发炎症状的药物的另外的优点。此处所用的术语“骨保护作用”意指对关节破坏处的骨和周围的软组织有改善疾患的作用。
现已令人惊奇地发现，本发明的其中氮原子已被季胺化的化合物在治疗骨质疏松、风湿样关节炎和骨关节炎时具有比其中氮原子未被季胺化的含氮化合物具有更有效的抗骨消溶作用。此外，本发明的化合物显示出不寻常的溶解度特性。因此，本发明的化合物是更容易地口服吸收的化合物。化合物愈容易被吸收，在低剂量时它就愈有效。一般低剂量较好，因为此时不希望有的副作用被减低。
因此本发明的一个目的是提供新的、更有效的化合物，它们在骨质疏松的治疗中是有效的，并是抗关节炎剂，在治疗骨关节炎和风湿样关节炎时特别有效。本发明的另一个目的是提供治疗和预防骨质疏松和关节炎、特别是风湿样关节炎和骨关节炎有效的药物组合物。此外，本发明的再一个目的是提供治疗或预防骨质疏松和关节炎、特别是风湿样关节炎与骨关节炎的方法。
本发明的这些和其他目的将从下文提供的本发明的详细介绍中明显地看出。
本发明涉及含季氮原子的膦酸类化合物、及其具有以下通式的药物上可接受的盐和酯：
Figure 931082250_IMG3
其中m为选自0-10中的一个整数;而n为选自1-10中的一个整数;m+n为1-10;
（a）R1选自由无（nil）;-SR6;-R9SR6;氢;取代的或未取代的C1-C8烷基;-OR3;-CO2R3;-O2CR3;-NR3 2;-N（R3）C（O）R3;-C（O）N（R3）2;卤素;-C（O）R3;硝基;羟基;取代的或未取代的饱和的单环或多环的杂环环;取代的或未取代的饱和的单环或多环的碳环环组成的组;
（b）R5选自由-SR6;-R9SR6;氢;取代的或未取代的C1-C8烷基;-OR3;-CO2R3;-O2CR3;-NR3 2;-N（R3）C（O）R3;-C（O）N（R3）2;卤素;-C（O）R3;硝基;羟基;取代的或未取代的饱和的单环或多环的杂环环;取代的或未取代的饱和的单环或多环的碳环环;取代的或未取代的不饱和的单环或多环的杂环环;取代的或未取代的不饱和的单环或多环的碳环环以及它们的混合基组成的组;
（c）每一个R2选自由取代的或未取代的C1-C35烷基;未取代的或取代的苯基;苄基;或R9SR6组成的组;
（d）R3选自由-H;未取代的或取代的C1-C8烷基;R9SR6组成的组;
（e）R6选自由-H;-C（O）R7;-C（S）R7;-C（O）N（R7）2;-C（O）OR7;-C（S）N（R7）2;-C（S）OR7组成的组，此处R7为氢或未取代的或取代的C1-C8烷基;
（f）R选自由-COOH;-SO3H;-PO3H2;和-P（O）（OH）R4组成的组，此处R4为具有1-3个碳原子的烷基;
（g）R9为取代的或未取代的C1-C8烷基;
（h）R8选自由氢;卤素;SR6;R9SR6;氨基;羟基;取代的和未取代的C1-C8烷基组成的组。
在此通用的结构式中，季氮原子必须通过一连接链连接到含膦酸的碳原子上。它不能直接连接到含膦酸的碳原子上。
本发明还涉及含安全和有效量的本发明化合物和药物上可接受的赋形剂的药物组合物。最后，本发明涉及用于治疗和防止人或其他哺乳动物的特征为不正常的钙与磷酸盐代谢作用的病态情况，诸如骨质疏松和关节炎、特别是风湿样关节炎和骨关节炎的方法。该方法包括向需要进行这样治疗的人或其他哺乳动物施予安全和有效量的本发明的化合物或组合物。
以下为此处所用术语定义的说明。
“杂原子”指氮、硫或氧原子。含一个或多个杂原子的基团可以含不同的杂原子。
“烃基”指一取代的或未取代的、直链或支链的、饱和或不饱和的烃链，所说的烃链可以是饱和的具有1-8个碳原子，并且最好，除非另有说明外，具有1-4个碳原子;所说的烃链可以是不饱和的具有2-8个碳原子，并且最好，除非另有说明外，具有2-4个碳原子。因此，此处所用的术语“烃基”包括具有至少一个烯属双链的链烯烃不饱和链，和具有至少一个三链的链炔烃不饱和链。优选的烃基包括，但不限于，甲基、乙基、丙基、异丙基和丁基。
此处所用的“碳环环”或“碳环”指未取代的或取代的、饱和的、不饱和的或芳族的烃环;碳环环可以是单环或多环：单环环通常含3-8个原子，优选为含5-7个原子。多环环包括含6-16、优选为10-12个原子的双环和一般含13-17、优选为14-15个原子的三环。
“杂烷基”指一含3-8个原子并包括碳原子和一个或二个杂原子的、未取代的或取代的、饱和链。
此处所用的“杂环环”或“杂环”指一未取代的或取代的、饱和的、不饱和的或芳环，它由碳原子和一个或多个在环中的杂原子组成。杂环环可以是单环或多环环。
单环环一般含3-8个原子，优选为含5-7个原子。由二个环组成的多环环体系一般含6-16个、优选为含10-12个原子。由三个环组成的多环环体系一般含13-17个原子、优选为含14-15个原子。杂环环部分可由杂环或杂环与碳环组成。每个杂环环部分必须具有至少一个氮原子。除非另有说明外，任何额外的杂原子可以独立地选自氮、硫、氧。
“芳基”指芳族碳环环。优选的芳基基团包括，但不限于，苯基、甲苯基、二甲苯基、枯烯基、以及萘基。
“杂芳基”指芳族杂环环。优选的杂芳基基团包括，但不限于，噻吩基、呋喃基、吡咯基、吡啶基、吡嗪基、噁唑基、噻唑基、喹啉基、嘧啶基、以及四唑基。
“烃氧基”指一具有烃链取代基的氧原子，此处的烃链为烷基或链烯基（例如，-0-烷基或-0-链烯基）。优选的烃氧基基团包括，但不限于，甲氧基、乙氧基、丙氧基、以及烷氧基。
“羟烷基”指具有一个羟基取代基（例如，-OH）的取代的烃链，并且它可以含有其他取代基。优选的羟烷基基团包括，但并不限于，羟乙基、羟丙基。
“羧烷基”指具有一个羧基取代基（例如，-COOH）的取代的烃链，并且它可含有其他取代基。优选的羧烷基基团包括羧甲基、羧乙基、以及它们的酸和酯。
“氨基烷基”指被一胺部分取代的烃链（例如烷基），例如，NH-烷基-，诸如氨基甲基。
“烷氨基”指具有一个或二个烷基取代的氨基部分（例如，-N-烷基），诸如二甲氨基。
“链烯氨基”指具有一个或二个链烯基取代基的氨基部分（例如，-N-链烯基）。
“炔氨基”指具有一个或二个炔基取代基的氨基部分（例如，-N-炔基）。
“烷亚氨基”指具有一个或二个烷基取代基的亚氨基部分（例如，-N-烷基-）。
“芳烷基”指被一芳基基团取代的烷基部分。优选的芳烷基基团包括苄基和苯乙基。
“芳氨基”指被一芳基基团取代的胺部分（例如，-NH-芳基）。
“芳氧基”指一具有芳基取代基的氧原子（例如，-O-芳基）。
“酰基”或“羰基”指一碳氧双键，例如，R-C（＝O）。优选的酰基基团包括，但不限于，乙酰基、丙酰基、丁酰基、以及苯甲酰基。
“酰氧基”指一具有酰基取代基的氧原子（例如，-O-酰基），例如，-O-C（＝O）-烷基。
“酰氨基”指一具有酰基取代基的氨部分（例如，-N-酰基），例如，-NH-（C＝O）-烷基。
“卤”、“卤素”、或“卤化物”指氯、溴、氟、或碘原子根。氯、溴以及氟是优选的卤化物。
此处所指的“低级”烃部分（例如低级烷基）是指由1-6个、优选为1-4个碳原子组成的烃链，除非另有说明。
还有，此处所用的术语“硫代-取代基”、（SR6或R9SR6）包括硫羟（-SH），此时R6＝H;硫酯（-SC（O）R7），此时R6＝C（O）R7;二硫酯（-SC（S）R7，此时R6＝C（S）R7;硫代氨基甲酸酯（-SC（O）N（R7）2），此时R6＝C（O）N（R7）2）;二硫代氨基甲酸酯（-SC（S）N（R7）2）此时R6＝C（S）N（R7）2;硫代碳酸酯（＝SC（O）OR7），此时R6＝C（O）OR7;以及二硫代碳酸酯（-SC（S）OR7），此时R6＝C（S）OR7。R7一般为氢或C1-C8烷基。任何一个SR6取代基本身可被R9部分所取代，即R9SR6，此处R9为一取代的或未取代的C1-C8烷基。因此，由R9SR6表示的额外的硫代取代基为烷基硫醇、烷基硫酯、烷基二硫酯、烷基硫代氨基甲酸酯、烷基二硫代氨基甲酸酯、烷基硫代碳酸酯、以及烷基二硫代碳酸酯。
此处所用的术语“双膦酸盐”或“双膦酸”是指具有两个被连接到同一碳原子的膦酸根基团的那些膦酸盐或膦酸化合物，它们可互换地使用术语“双膦酸盐”或“双膦酸”。此处使用所述的结构时，R部分为PO3H2
此处所用的术语“膦酸碳”指连接有膦酸基（PO3H2）的碳原子。当另一个膦酸基连接到所说的碳原子时，所生成的化合物是双膦酸盐。当磺酸基连接到所说的碳原子上时，所生成的化合物是膦酰基磺酸盐。当羧酸基连接到所说的碳原子上时，所生成的化合物是膦酰基羧酸盐。当次膦酸基连接到所说的碳原子上时，生成的化合物是膦酰基烷基次膦酸盐。
“药物上可接受的”盐是一种在任何酸性基（例如，羧基）上形成的阳离子盐，或一种在任何碱性基（例如氨基）上形成的阴离子盐。许多这样的盐在现有技术中是已知的，如在此处编入供参考的世界专利公开87/05297（JOhnston等人，公开日1987年9月11日）中所介绍的。优选的阳离子盐包括碱金属盐（例如钠和钾）碱土金属盐（如镁和钙）。优选的阴离子盐包括卤化物（例如氯化物）、乙酸盐和磷酸盐。
“可生物水解的酯”是一种含季氮原子的杂环膦酸化合物的酯，它不影响化合物的治疗活性，或者易被人或其他哺乳动物所代谢变化。许多这样的酯是现有技术中所已知的，如在此处编入供参考的世界专利公开87/05297（Johnston等人，公开日1987年9月11日）中所介绍的。这样的酯包括低级烷基酯、低级酰氧基烷基酯（例如乙酰氧甲基、乙酰氧乙基、氨羰基氧甲基、新戊酰氧甲基、以及新戊酰氧乙基酯）、lactonyl酯（例如2-苯并（C）呋喃酮基和硫代2-苯并（C）呋喃酮基酯）、低级烷氧酰氧烷基酯（例如甲氧羰氧甲基、乙氧羰氧乙基和异丙氧羰氧乙基酯）、烷氧烷基酯、胆碱酯、以及酰氨基烷基酯（例如乙酰氨基甲基酯）。
按照以上定义和此处所用的取代基本身可被取代。这样的取代作用可以用一个或多个取代基。这样的取代基包括，但并不限于，在此处编入供参考的C.Hansch和A.Leo的Substituent  Constants  for  Correlation  Analysis  in  Chemistry  and  Biology（1979）中所列出的那些。优选的取代基包括，但并不限于，烷基、链烯基、烷氧基、羟基、桥氧基、氨基、氨烷基（例如，氨甲基等）、氰基、卤素、羧基、烷氧乙酰基（例如，羰乙氧基等）、硫基、硫醇基、芳基、环烷基、杂芳基、杂环烷基（例如，哌啶基、吗啉基、哌嗪基、吡咯烷基等）、亚氨基、硫代基、羟烷基、芳氧基、芳烷基、以及它们的组合。
本发明的化合物是含季氮原子的膦酸类化合物，以及它们的药物上可接受的盐和酯，它们具有一季氮原子。此季氮原子通过一连接链而被连接到含膦酸的碳原子上。
此连接有膦酸基的碳原子可以是未被取代的（即，一个氢原子）或是被取代的。此膦酸碳可含二个膦酸基，使之成为双膦酸化合物;可含一个膦酸基和一个羧酸基，使之成为膦酰基羧酸化合物;可含一个膦酸基和一个磺酸基，使之成为膦酰基磺酸化合物;可含一个次膦酸基和一个膦酸基，使之成为磷酰基烷基次膦酸化合物。
因此，本发明的含季氦原子的膦酸化合物，及其药物上可接受的盐和酯，具有一般的结构式：
Figure 931082250_IMG4
在此一般的结构式中，R1选自各种非环部份，诸如无（Nil）、-SR6、-R9SR6、氢、具有1-8个碳原子的烷基、-OR3、-CO2R3、-O2CR3、-NR3 2、-N（R3）C（O）R3、-C（O）N（R3）2、卤素、-C（O）R3、硝基、羟基、取代的或未取代的饱和的单环或多环的杂环环、取代的或未取代的饱和的单环或多环的碳环环。
还有，在此一般的结构式中，季氮原子是通过一连接链而连接到膦酸碳上的。此外，在此一般的结构式中，n为1-10中的整数，它代表所说的连接链。
所说的连接链的成员选自各种各样的R5部分。R5可以是-SR6、-R9SR6、氢、C1-C8烷基、-OR3、-CO2R3、-O2CR3、-NR3 2、-N（R3）C（O）R3、-C（O）N（R3）2、卤素、-C（O）R3、硝基、氢、取代的或未取代的饱和的单环或多环的杂环环、未取代的或取代的饱和的单环或多环的碳环环、未取代的或取代的不饱和的单环或多环的杂环环、未取代的或取代的不饱和的单环或多环的碳环环以及它们的组合。
最后，在本发明的含季氮原子的膦酸类化合物中，R可以是-COOH、-SO3H、-PO3H2和-P（O）（OH）R4，此处R4是C1-C8烷基。优选的R是-PO3H2和P（O）（OH）R4。R8是含膦酸碳上的取代基，它选自氢、卤素、SR6、R9SR6、氨基、羟基、取代和未取代的C1-C8烷基。优选的R8是羟基、卤素和氨基。R2是取代的或未取代的C1-C35烷基、取代的或未取代的苯基、苄基或R9SR6。优选的R2是取代的或未取代的C1-C8烷基和R9SR6。
优选的带有选自以前所述的R1部分的R1的含季氮原子的膦酸类化合物包括
Figure 931082250_IMG5
N-（3-羟基-3，3-二膦酰基丙基）-N，N-二甲基-N-戊基氯化铵
Figure 931082250_IMG6
N-（4-羟基-4，4-二膦酰基丁基）-N，N，N-三烷基铵盐
Figure 931082250_IMG7
N-（3-羟基-3，3-二膦酰基丙基）-N，N，N-三烷基铵盐
还有，在此一般结构中，R1部分还可以是饱和的单环或多环的杂环。
优选的具有一个饱和的单环或多环杂环作为R1部分、其中季氮原子是通过一连接链而被连到膦酸碳上的含季氮的膦酸类化合物包括：
Figure 931082250_IMG8
N-（3-羟基-3，3-二膦酰基丙基）-N，N-二甲基-N-（2-吡啶甲基）氯化铵。
另外，优选的本发明化合物包括具有以下结构式的化合物：
Figure 931082250_IMG9
优选的本发明化合物还包括硫代基取代的含季氮的膦酸类化合物。
Figure 931082250_IMG10
本发明化合物的具体例子包括：
N-（4-羟基-4，4-二膦酰基丁基）-N，N，N-三甲基碘化铵;
N-（3-羟基-3，3-二膦酰基丙基）-N，N-二甲基-N-戊基碘化铵;
N-（3-羟基-3，3-二膦酰基丙基）-N，N，N-三甲基碘化铵;
N-环庚基-N，N-二甲基-N-（二膦酰基甲基）碘化铵;
N-（2-乙酰基硫代乙基）-N-（4-羟基-4，4-二膦酰基丁基）-N，N-二甲基溴化铵;
N-（2-乙酰基硫代乙基）-N-（3-羟基-3，3-二膦酰基丙基）-N-甲基-N-戊基溴化铵;
N-（4-羟基-4，4-二膦酰基丁基）-N-（3-巯丙基）-N，N-二甲基氯化铵;
N-（4-羟基-4，4-二膦酰基丁基）-N-（巯甲基）-N，N-二甲基氯化铵;
N-（4-羟基-4，4-二膦酰基丁基）-N-（4-甲氧丁基）-N，N-二甲基氯化铵;
N-（4-羟基-2-巯基-4，4-二膦酰丁基）-N，N，N-三甲基氯化铵;
N-（4-羟基-2-乙酰硫代基-4，4-二膦酰基丁基）-N，N，N-三甲基氯化铵;
N-（3-羟基-2-巯基-3，3-二膦酰基丙基）-N，N-二甲基-N-戊基氯化铵;
N-（3-羟基-2-乙酰硫代基-3，3-二膦酰基丙基）-N，N-二甲基-N-戊基氯化铵;
N-（3-羟基-3，3-二膦酰基丙基）-N-甲基-N-戊基-N-（2-（3-吡啶基）乙基）氯化铵;
N-环庚基-N-（2-巯乙基）-N-甲基-N-（二膦酰基甲基）氯化铵;
N-环庚基-N-（巯甲基）-N-甲基-N-（二膦酰基甲基）氯化铵;
N，N-二甲基-N-（4，4-二膦酰基丁基）-N-（2-（3-哌啶基）乙基）氯化铵。
为了测定和评价药物活性，膦酸类化合物在动物中的试验是使用本领域熟练技术人员已知的种种试验进行的。因此，使用一种被用来测定这些化合物抑制骨消溶作用能力的试验可以方便地表明体内的骨抗消溶性，这种骨消溶作用是不正常的钙与磷酸盐代谢的特征。现有技术中已知的一种这样试验是施肯克模型（Schenk  model）。另一个有用的现有技术试验是辅助的关节炎试验。还有一种有用的试验是试管内羟磷灰石晶体生长抑止试验。这些和其他合适的药理作用试验在下述文献中公开和/或提出：Shinoda等人的Calcifieed  Tissue  International，35，87-99页（1983）;Schenk等人的Calcified  Tissue  Research，11，196-214页（1973）;Russell等人的Calcified  Tissue  Research，6，183-196页（1970）;Muhlbauer和Fleisch的Mineral  Electrolyte  Metab.，5，296-303页（1981）;Nancollas等人的Oral  Biol.，15  731（1970）;Francis的美国专利3683080号，颁布日1972年8月8日;Schmidt-Dunker的美专利4134969号，颁布日1979年1月16日;以及EPO专利申请公开号189662，公开日1986年8月6日。所有这些文献和专利说明书的公开内容全被编入于此处供参考。在下文提供的实施例中对这些药理作用的某些试验将加以更详细的说明。
除了能有效治疗和预防特征为不正常的钙或磷酸盐代谢的病态情况外，本发明的化合物还具有其他用途。例如，本发明的化合物被认为在以99M-锝标记后是有效的骨扫描剂。此外，本发明的化合物是有效的多价金属离子螯合剂、特别是二价（例如，钙和镁）和三价（例如，铟）金属离子的螯合剂。因此，本发明的化合物是洗涤剂和清洗剂中有效的助洗剂，或被用于水处理，它们还被用作混合物的稳定剂。此外，它们可用于防止在牙上形成酒石（即，结石）和/或牙斑。最后，本发明的化合物可用作除草剂，它们对动物是无毒的。
被包含在本发明的药物组合物中的含季氮的膦酸类化合物可以根据以下非限制性的实施例1-5来制造。
全新的季氮膦酸类化合物的组合物
本发明的新颖的含季氮膦酸类化合物可以通过各种途径施予给人或其他哺乳动物，这些途径包括，但并不限于，口服剂量形式和注射（静脉的、肌肉的、腹膜内的和皮下的注射）。许多其他的含本发明的新的含季氮的膦酸类化合物的剂量形式可以方便地被技术熟练人员利用合适的如下文所规定的赋形剂来配制。考虑到病人的意愿，通常优选口服的剂量形式。
此处所用的术语“药物组合物”意指由安全和有效量的含季氮的膦酸类化合物活性成分、或其混合物，与药物上可接受的赋形剂组成的混合物。
此处所用的短语“安全和有效量”意指一化合物或配方的量足够大，大到能大大地积极改善被治疗的症状和/或情况，但又足够少，少到能避免严重的副反应（达到合理的好处/危险比），而处于安全可靠的药物评价范围。被用于本发明方法的药物组合物中的活性成分的安全和有效量将随下述诸因素而变化，即随被治疗的具体情况、被治疗病人的年令与身体状况、病情严重程度、治疗持续时间、现行治疗的性质、所使用的具体的活性成分、所使用的具体的药物上可接受的赋形剂、以及属於临床医生的知识与经验的其他因素等而变化。
此处所用的术语“药物上可接受的赋形剂”包括熟练技术人员已知的任何生理惰性、无药物活性的材料，它与被选用的具体的含季氮的膦酸类化合物话性成分的物理和化学特性是相容的。药物上可接受的赋形剂包括，但并不限于，聚合物、树脂、增塑剂、填料、粘合剂、润滑剂、助流剂、崩解剂、溶剂、助溶剂、缓冲剂、表面活性剂、防腐剂、增甜剂、调味剂、药用染料或颜料、以及增稠剂。
此处所用的术语“口服剂量形式”意指将系统地施予各别人的药物组合物经口腔而送入到各人的胃肠道系统。就本发明来说，送入的形式可以是包覆或未包覆的药片，溶液，悬浮液，或包覆的或未包覆的胶囊。
此处所用的术语“注射”意指通过穿过皮肤送入含这种活性成分的溶液或乳液，而将预定的任何药物组合物有系统地施予给人或其他哺乳动物，为了将所说的溶液或乳液输送到各别人（或动物）的循环系统可以通过静脉、肌肉、腹膜内或皮下注射。
全身输入速度可令人满意地由本领域熟练技术人员通过调节一项或多项以下因素来加以控制：
（a）活性成分性质;
（b）药物上可接受的赋形剂;只要该变量不影响选定的具体话性成分的作用;
（c）赋形剂的类型，附随物质的理想厚度以及所说的赋形剂的渗透性（膨胀性）;
（d）赋形剂本身和/或赋形剂中的与时间有关的情况;
（e）颗粒状活性成分的粒径;以及
（f）赋形剂的与PH有关的情况。
特别是，不同的含季非环氮的膦酸类活性成分诸如酸加成盐，与羧酸基形成的盐，例如，碱金属盐、碱土金属盐等，以及酯，例如，烷基酯、芳基酯、芳烷基酯的溶介度、酸度以及对水介的敏感性，均可被作为性质选择的准则。此外，按照理想的释放模式通过添加合适的缓冲剂到活性成分中，可以在口服剂量形式中达到合适的PH条件。
如上文所说那样，药物上可接受的赋形剂包括，但并不限于，树脂、填料、粘合剂、润滑剂、溶剂、助流剂、崩解剂、助溶剂、表面活性剂、防腐剂、增甜剂、调味剂、缓冲剂、药用染料或颜料、以及增稠剂。
优选的溶剂是水。
此处有用的调味剂包括Remington′s  Pharmaceutical  Sciences，18th  Edition，Mack  Publishing  Company，1990，pp.1288-1300中所介绍的那些在此作为参考文献编入。此处适用的药物配方一般含0-2%的调味剂。
在此处有用的染料或颜料包括，Handbook  of  Pharmaceutical  Excipients，pp.81-90，1986  by  the  American  PharmaceuticalAssociation  &  the  Pharmaceutical  Society  of  Great  Britain中所述的那些，在此编入供参考，此处的药物配方一般含0-2%的染料或颜料。
优选的助溶剂包括，但并不限于，乙醇、甘油、丙二醇、聚乙二醇。本发明的药物组合物包括0-50%的助溶剂。
优选的缓冲剂包括，但并不限于，乙酸、硼酸、碳酸、磷酸、琥珀酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸、乙酸、苯甲酸、乳酸、甘油酸、葡糖酸、戊二酸和谷氨酸以及它们的钠、钾和铵盐。特别优选的是磷酸、酒石酸、柠檬酸、以及乙酸和盐类。本发明的药物组合物一般含0-5%的缓冲剂。
优选的表面活性剂包括，但并不限于聚氧乙烯脱水山梨糖醇脂肪酸酯，聚氧乙烯单烷基醚、蔗糖单酯、羊毛酯和醚、烷基硫酸盐、脂肪酸的钠、钾、以及铵盐。本发明的药物配方包含0-2%的表面活性剂。
优选的防腐剂包括，但并不限于，苯酚、对羟基苯甲酸的烷基酯、 苯基苯酚苯甲酸及其盐、硼酸及其盐、山梨酸及其盐、氯丁醇、苄醇、乙基汞硫代水杨酸钠、乙酸苯汞和硝酸苯汞、硝基汞甲酚、新洁尔灭、氯化十六烷基吡啶鎓、羟苯甲酸甲酯、以及羟苯甲酸丙酯。特别优选的防腐剂是苯甲酸盐、氯化十六烷基吡啶鎓、羟苯甲酸甲酯和羟苯甲酸丙酯。本发明的组合物一般包括0-2%的防腐剂。
优选的增甜剂包括，但并不限于，蔗糖、葡萄糖、糖精、山梨醇、甘露糖醇、以及天冬酰胺。特别优选的是蔗糖和糖精。本发明的药物组合物包含0-5%的增甜剂。
优选的增稠剂包括，但并不限于，甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、羟丙基纤维素、藻酸钠、carbomer、聚乙烯吡咯烷酮、阿拉伯胶、瓜耳胶、Xanthan  gum、和黄蓍胶。特别优选的是甲基纤维素、carbomer、Xanthan  gum、瓜耳胶、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠、以及硅酸铝镁。本发明的组合物包含0-5%的增稠剂。
优选的填料包括，但并不限于，乳糖、甘露糖醇、山梨醇、磷酸三钙、磷酸二钙、可压缩糖（Compressible  sugar）、淀粉、硫酸钙、右旋的和微晶纤维素。本发明的组合物含0-75%的填料。
优选的润滑剂包括，但并不限于，硬脂酸镁、硬脂酸、以及滑石。本发明的药物组合物包含0.5-2%的润滑剂。
优选的助流剂包括，但并不限于，滑石和胶态二氧化硅。本发明的组合物包含1-5%的助流剂。
优选的崩解剂包括，但并不限于，淀粉、羟基乙酸淀粉钠、Crospovidone、Croscarmelose  Sodium、以及微晶纤维素。本发明的药物组合物包含4-15%的崩解剂。
优选的粘合剂包括，但并不限于，阿拉伯胶、黄蓍胶、羟丙基纤维素、预胶化淀粉、明胶、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、羟丙基纤维素、甲基纤维素、糖溶液（例如蔗糖和山梨醇）、以及乙基纤维素。本发明的组合物包括1-10%的粘合剂。
本发明的化合物可占本发明的药物组合物重量的约0.1%至约99.9%。
最好本发明的化合物占本发明的药物组合物重量的约20%至约80%。
因此，本发明的药物组合物包含15-95%的含季氮的膦酸类化合物活性成分或其混合物;0-2%的调味剂;0-50%的助溶剂;0-5%的缓冲剂;0-2%的表面活性剂;0-2%的防腐剂;0-5%的增甜剂;0-5%的增稠剂;0-75%的填料;0.5-2%的润滑剂;1-5%的助流剂;4-15%的崩解剂;和1-10%的粘合剂。
合适的药物组合物在本文的实施例9至11中叙述。最好在本领域技术熟练人员的能力范围去变化此处所介绍的非限制性实施例，以得到各式各样的药物组合物。
与本发明的含季氮的膦酸类化合物一起使用的药物赋形剂的选择主要取决于膦酸化合物被施给的形式。如果化合物是注射的话，优选的载体是无菌的生理盐水，其PH调整到7.4左右。然而，施予本发明膦酸化合物的优选模式是口服，因此优选的单位剂量形式是片、胶囊等，每一片或胶囊包含约0.1mg磷至约600mg磷的此处所述的膦酸化合物。适于制备用于口服的单位剂量形式的药物载体是现有技术中熟知的。它们的选择取决于次要的考虑，如味道、成本、以及搁置稳定性，药物载体的选择对本发明来说并不是决定性因素，本领域技术熟练人员能毫不困难作出选择。
此处所用的术语“mg磷”意指存在于本发明的膦酸化合物量中的磷原子重量。此单位使用于本发明的药物组合物和方法中的本发明的膦酸化合物的量标准化。例如，N-（4-羟基-4，4-二膦酰基丁基）-N，N-二甲基-N-（2-巯乙基）氯化铵的分子量为373.5g/mol，其中17%（62g/mol）是由于此分子中存在二个磷原子。因此1毫克此化合物根据计算含有0.17mg磷，于是，为了制备含0.17mg磷的这种化合物的组合物，该组合物应含1mg的这种化合物;而按0.17mg  p/kg的剂量对-50kg病人给药的话，该病人应服用50mg的这种化合物。
与本发明的二膦酸盐一起应用的药物上可接受的赋形剂是以足以提供按剂量关系的实用量的某一浓度被使用的。优选的是，药物上可接受的载体总计可占组合物总重量的约0.1%至约99.9%，更优选的为占组合物总重量的约20%至约80%。
治疗或防止以不正常的钙和磷酸盐代谢为特征的疾病的方法
本发明的另一个方面是治疗或防止以不正常的钙与磷酸盐代谢表征的疾病的方法。这样的方法包括向需进行这样治疗的人或低等动物给予安全和有效量的本发明的膦酸化合物。
优选的给药模式是口服，但是其他已知的给药方法同样也被考虑，例如，皮粘膜给药（例如，皮肤、直肠内等）和胃肠外给药（例如，通过皮下注射、肌肉注射、关节内注射、静脉注射等）。也包括吸入法。因此，具体的给药方式包括，但并不限于，口服的、皮内的、粘膜的、舌下的、肌肉的、静脉的、腹膜内的、皮下给药、以及局部的应用。
此处所用的术语“不正常的钙与磷酸盐代谢”意指（1）特征为导致一般和特殊的骨损失的不正常的钙与磷酸盐代谢，或体液中过分高的钙与磷酸盐含量的情况;和（2）由钙与磷酸盐在体内的不正常沉积而引起的情况。第一种类型包括，但并不限于，骨质疏松、派吉特病、副甲状腺机能亢进、恶性生长的血钙过多症、异位移植的骨化、以及骨质溶解的骨移位。第二种类型包括，但并不限于，肌炎骨化渐进症、钙质沉着综合症，以及诸如关节炎、骨关节炎、神经炎、粘液囊炎、腱炎和其他易受钙和磷酸盐沉积感染组织的发炎情况引起的痛苦。
此处所用的术语“风湿样关节炎”意指不明病因的长期全身的和骨节炎症疾病。其特征为关节软骨、韧带、筋、和骨的破坏。
此处所用的术语“骨关节炎”意指活动关节的非炎性疾病。其特征为关节软骨退化和磨损，以及在关节表面形成新骨。
此处所用的术语“治疗对象”（person  at  risk）和“需要这样治疗的人”意指任何如果未经治疗而处于不正常的钙与磷酸盐代谢严重危险的人或低等动物，和任何被诊断为受不正常的钙与磷酸盐代谢折磨的人或低等动物。例如，绝经后的女人;受某些类固醇治疗的人;使用抗惊厥药物的人;被诊断为派吉特病患者;副甲状腺机能亢进患者;恶性生长的血钙过多症患者，或骨质溶介移位患者;被诊断为患各种形式的一种或多种形式的骨质疏松的患者;被认为属於高于平均患骨质疏松机会的人口组的人，例如，停经后的女人、65岁以上的老年人、经受认为会引起副反应的骨质疏松的药物治疗的人、被诊断为患肌炎骨化渐进症或钙质沉着综合症患者;以及受关节炎、骨关节炎、神经炎、粘液囊炎、腱炎和其他易受钙与磷酸盐沉积作用感染组织发炎情况引起的痛苦的患者。
此处所用的短语“安全和有效量”意指本发明的化合物或组合物的量足够大，大到能明显地积极改善被治疗的症状和/或情况，但又足够少，少到能避免严重的副反应（达到合理的好处/危险比），而处于安全可靠的药物评价范围。本发明的膦酸类化合物的安全和有效量将随被治疗的具体情况、被治疗病人的年令与身体状况、病情的严重程度、治疗持续时间、现行治疗的性质、所用的具体的膦酸化合物、所使用的具体的药物上可接受的载体、以及属於临床医生的知识与经验的其他因素而改变。然而，单剂量可以为0.01mg  P至3500mg  P、或以体重表示为0.0002mg至70mg  P/kg体重（以50kg体重为基准计）。优选的单剂量为1mg  P至600mg  P、或以体重表示为0.02mg至12mg  P/kg（以50kg体重为基准计）。每天最高可服用四个单剂重。并不需要高於500mg  P/kg的日剂量来产生理想的效果，并且高於500mg  P/kg的日剂量可能产生不理想的副反应。当然由于受吸收的限制，在口服给药的情况下需要该范围内的较高剂量。
以下的实施例进一步介绍和说明属於本发明范围内的优选的实施方案。给出这些实施例仅仅是为了说明本发明而不能认为是对本发明的限制，因为在不背离本发明的思想和范围的前提下，对本发明作出种种改变是可能的。
实施例1
N-（4-羟基-4，4-二膦酰基丁基）-N，N，N-三甲基碘化铵的合成
Figure 931082250_IMG12
Ⅰ  （4-（N，N-二甲氨基）-1羟亚丁基）双膦酸的合成
将一含4-（N，N-二甲氨基）丁酸（2.9mmol）、三氯化磷（2.0mmol）和二乙基亚磷酸酯（12mmol）的溶液在室温下搅拌30分钟，然后在60℃加热24小时。然后将反应混合物冷却到室温并加入浓氢氯酸（50ml）。然后在回流下将此反应混合物加热另外24小时;然后将其冷却到室温并通过硅藻土过滤，滤液真空浓缩。粗产品在乙醇中研制、通过过滤收集并在真空下干燥。
Ⅱ  N-（4-羟基-4，4-二膦酰基丁基）-N，N，N-三甲基碘化铵的合成
将双膦酸（0.30mmol）溶于水（10ml）和乙醇（15ml）中，并加入1N  NaOH将PH调整到7.0。向其中添加碘甲烷（1.50mmol，并将反应物在回流下加热24小时。然后冷却混合物并在减压下浓缩。将固态残留物溶于最小量的水中，通过加入异丙醇使季铵化产物沉淀。通过过滤收集产物，用丙酮冲洗并在真空下进一步干燥。
实施例2
N-（3-羟基-3，3-二膦酰基丙基）-N，N-二甲基-N-戊基碘化铵的合成
Figure 931082250_IMG13
Ⅰ  （3-（N，N-二甲氨基）亚丙基）双膦酸的合成
使用基本上与前文实施例1部分Ⅰ中所述的同样的步骤，将3-（N，N-二甲氨基）丙酸转变成（3-（N，N-二甲氨基）亚丙基）双膦酸。
Ⅱ  N-（3-羟基-3，3-二膦酰基丙基）-N，N-二甲基-N-戊基碘化铵的合成
将双膦酸（0.50mmol）溶于水（15ml）和乙腈（20ml）中，并通过加入1N  NaOH将PH调整到7.0。向其中加入戊基碘（2.50mmol）并回流加热反应混合物22小时。然后在减压下浓缩混合物并在丙酮中研制固体残余物。然后从水和乙醇中再结晶出产物。
实施例3
N-（3-羟基-3，3-二膦酰基丙基）-N，N，N-三甲基碘化铵的合成
Figure 931082250_IMG14
使用基本上与前文实施例1部分Ⅱ中所述的相同步骤，将如在实施例2部分Ⅰ中所述制备的（3-（N，N-二甲氨基）亚丙基）双膦酸转变成为N-（3-羟基-3，3-二膦酰基丙基）-N，N，N-三甲基碘化铵。
实施例4
N-（2-乙酰基硫代乙基）-N-（4-羟基-4，4-二膦酰基丁基）-N，N-二甲基溴化铵的合成
Figure 931082250_IMG15
将按上文实施例1部分Ⅰ中所述制备的（4-（N，N-二甲氨基）-1-羟基亚丁基）双膦酸（0.75mmol）溶于水（50ml）和乙腈（35ml）中。向其中添加S-乙酰基-2-溴乙硫醇（3.75mmol）并在回流下加热反应混合物12小时。然后在减压下浓缩混合物并在丙酮中研制固体残留物。可从水和乙醇中再结晶出季铵化产物。
实施例5
N-（2-乙酰基硫代乙基）-N-（3-羟基-3，3-二膦酰基丙基）-N-甲基-N-戊基溴化铵的合成
Figure 931082250_IMG16
Ⅰ  （3-（N-甲基-N-戊氨基）亚丙基）双膦酸的合成
使用基本上与上文实施例1、部分Ⅰ中所述的相同步骤，将3-（N-甲基-N-戊氨基）丙酸转变为（3-（N-甲基-N-戊氨基）亚丙基）双膦酸。
Ⅱ  N-（2-乙酰基硫代乙基）-N-（3-羟基-3，3-二膦酰基丙基）-N-甲基-N-戊基溴化铵的合成
使用基本上与上文实施例4中所述的相同步骤，将（3-（N-甲基-N-戊氨基）亚丙基）双膦酸转变为N-（2-乙酰基硫代乙基）-N-（3-羟基-3，3-二膦酰基丙基）-N-甲基-N-戊基溴化铵。
实施例6
施肯克模型（Schenk  Model）
在称为施肯克模型的已知的骨代谢领域的动物模型体系中，评估化合物在体内的骨消溶抑制作用和矿化抑制作用。此模型体系的一般原理被公开在Shinoda等人的Calcif.Tissue  Int.35，87-99（1983）和Schenk等人的Calcif.Tissue  Res.，11，196-214（1973）中，以上文献的公开内容被编入此处供参考。
材料和方法：
动物
将预断奶的（Preweaning）17天（30克）的雄性Sprague  Dawley鼠（Charles  River  Breeding  laboratories）与其母鼠一起运送，并在到达时一起关在塑料笼内。在第19天时，将接受鼠食（Rat  Chow）和水的小兽随意地分成治疗组与对照组，每组包括7只动物。在第1日和第7日对所有的动物给予钙黄绿素（在0.9%盐水溶液中的1%溶液）腹膜内（“IP”）注射（剂量按每100g体重为0.2ml计）。在第4日对所有的动物进行盐酸四环素（在0.9%盐水溶液中的1%溶液）“IP”注射（剂量为每100克体重0.2ml）。这些化合物显示出积极地骨化骨和软骨的作用。
剂量溶液和配药步骤
供皮下注射用的所有溶液是用0.9%标准盐水制备的，并用NaOH和/或HCI调整到PH为7.4。剂量溶液的计算结果是考虑活性物质粉末的质量（以分子量计，无水）按相应于mg  P/kg的mg/kg（体重）而作出的。浓度是以下药量为0.2ml/100g体重为基准的。一般说，所有的化合物是以0.01、0.1、1.0和10.0mg  P/kg/日连续给药七天。然后对在0.1mg  P/kg/日时显示出作用的化合物在对数衰减率降到0.001mg  P/kg/日进行试验。根据体重变化的剂量调整是逐日作出的。
验尸、组织处理和组织形态学
在服药开始后的第8天，所有动物由于戊巴比妥IP过量而被杀死。随便切开骰骨并放置在70%乙醇中。将一块胫骨在不同等级的乙醇溶液中脱水并罐封在甲基丙烯酸甲酯中，如在Schenk的Methods  of  Calcified  Tissue  Preparation（G.R.Dickson，Editor;Elsevier  Science  Publ.，The  Netherlands;1984）中所述，此处将其公开内容全文编入供参考。将骰骨穿过干骺端区域进行纵向截开。试样的一表面用硝酸银着色，并装在带有定量电视显微镜图象分析仪（Cambridge  Instruments，Inc.）的显微镜载片上，使用白炽和紫外照射进行评定。干骺端分隔带的内容物的测定在荧光标记和生长片之间的区域中进行：以总面积（骨+骨髓）的百分比表示。骺生长片的宽度以跨该截面的十个等距离实测值的平均值表示。
使用方差的参数和非参数分析和Wilcoxons等级总和试验而作出数据的统计上评估，测定与对照动物相比令人满意的有效作用。施肯克模型提供了化合物对体内骨消溶抑制作用的数据。
实施例7
佐药关节炎型式
有许多种动物关节炎型式，其中之一是使用Mycobacterium  butyricum佐药诱发的关节炎。此种型式以许多方式模拟人的风湿样关节炎（与关节区间的纤维和关节翳侵入、骨消溶、趋化性因素消失以及溶酶体疾病要素进入关节区间有关的关节肿胀）（1，2）。许多预防和治疗的研究现已表明消炎药物（3，4）和二膦酸盐在关节炎中可能应用（5，6）。
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佐药关节炎是一种通过在0天一次的皮下（SC）注射在矿物油中的Mycobacterium  butyricum（8mg/ml）在雄鼠（Sprague  Dawley或lewis  strain）中感染的严重的蜂窝组织炎和滑膜炎。化合物的下药量为每天一次、口服（PO）或肠胃外（SC）给药，并在预防疾病的方案（从0天开始）或在治疗方案（从第9天或第10天或第14天开始）试验。与盐水处理的关节炎对照物比较，用爪体积（paw  volume）、体重降低、骨损失或活性新骨形成方面的降低来测定抗关节炎效果。停止治疗并检查“突发”敏感性（炎症迅速增加），这表示化合物维持效果的能力。
材料和方法
A.动物
所用的动物是雄性Lewis鼠（LEW）。鼠用计算机产生的不规则的数目进行随机化编号，并放在各鼠的金属线挂笼内，整个研究期间，随意地给予食物和水。根据卅和联邦法规（State  and  Federal  regulations）对动物（鼠）进行照顾和养护。每个鼠用放置在笼前和鼠属部的数字加以识别。
B.实验设计
在第1天使用与计算机相连的压力传感器用汞取代法记录所有鼠的体重（BW）和后爪体积（PV），在0天，使用MFA（Mycobacterium  butyricum（Mb）4.4mg/kg在油中）按以下方法引入关节炎：将鼠麻醉，在灭菌条件下，在尾根部接受一次MFA的SC注射。
此后在不同的天，通常为一周两次，测量爪体积和体重。就预防疾病的方案来说，鼠被随意地划分为8-10个鼠一组，并在0天开始治疗并逐日进行直至结束。就治疗方案来说，在第10天，根据它们的PV值而将鼠随机地分成8-10个一组的治疗组。在第10天开始下药并逐日继续直至结束。对以上两方案来说，在第10天或之前动物被关在有厚垫的鞋箱笼中。
剂量溶液
对不可能氧化的化合物
在校准的天平上称出药物重量，然后在容量瓶中与蒸馏水混合。用0.1N  NaOH将溶液的PH调整到7.4。然后通过0.45μm的无菌过滤器将溶液过滤到无菌的贮存容器中。不使用时，溶液贮藏在冷藏箱中。
对可能氧化的化合物
在校准的天平上称出药物的重量，然后在容量瓶中与脱氧水相混合。将原溶液通过0.45μm的无菌过滤器过滤到无菌的贮存容器中。当不使用时，原溶液被冷藏。
按日计，从原溶液中取出规定量的溶液，将其放到小烧杯中，然后根据预先计算将其调整到PH为7.4。如果需要的话，用脱氧水对调整后的溶液作进一步稀释。
根据分子量、化合物纯度、mg/kg体重量、以及以mg  p/kg表示的理想的最终浓度进行药物计算。每只鼠的给药量（体积）在皮下给药时为0.1ml/100gm体重，注射到动的腹股沟褶中，每日二侧交替;或者使用弯曲的不锈钢给药管给予1ml/200gm  BW的口服药量。每周根据体重变化进行调整。
放射线照相、验尸和组织收集
在终了时，用1ml Socomb 腹膜下（IP）注射将每只鼠杀死。在柯达无增感屏X射线胶上马上用Torrox  120D  X射线机在MA＝5、ISUP＝50和时间为60秒的条件下进行整体放射线照相。从每只鼠中去掉后腿并与肝、肾、脾和索环（thimus）一起固定在10%含缓冲剂的福尔马林中。将胫跗骨关节在4%  EDTA，PH7.4中进行去钙，并在石蜡块和H+E着色剂中进行常规处理。器官部分也用石蜡和着色的H+E进行处理。
使用光学显微镜对组织结构剖面在性质上进行骨和软组织损坏评估。就在每条后腿的6个解剖学上的分隔带的骨位置和每条前腿的4个位置的骨消溶（BR）在0-3刻度的标尺上对放射线照相进行分级，得到所有四条腿的0-60的随机点。就活性新骨形成（RNB）来说，对胫骨的侧向的医疗表面放射线照相分级在0-3的严重级和对所有上述的其它区域分极在0-2，得到0-44的随机点。
D.统计学分析
爪体积、骨消溶和活性新骨形成的数据分析是通过研究者的t试验和随Tukeys（SAS）变化的单向分析（12）而进行的。在P＝0.05或更小时差别明显。
此方法通过与盐水处理的关节炎动物相比，在爪肿胀骨损失和活性新骨形成等方面的减少，而提供抗关节炎化合物效果的体内数据。
实施例8
按以下配方制造胶囊：
活性成分  每颗胶囊中的毫克数
N-（3-羟基-3，3-二膦酰基丙
基）-N，N，N-三甲基氯化铵  350.0
赋形剂
乳糖  90.0
微晶纤维素  60.0
硬脂酸镁  1.0
按以下所述的常见方法制备具有以上配方的胶囊。
在转筒混合器中将活性成分与微晶纤维素混合约十分钟。
让得到的混合物通过装有80目筛孔的锤磨机。
将混合物与乳糖一起收回到双筒混合器中，并混合约十五分钟。
然后添加硬脂酸镁并掺合另外的五分钟。然后得到的掺合物在活塞驱动的胶囊充填机中压缩。
根据实施例1至5制备的任何化合物都可以取代在上文中制备的胶囊中的活性成分。
实施例9
按以下配方制备药片：
活性成分  每片中的毫克数
N-（4-羟基-4，4-二膦酰基丁
基）-N，N-二甲基-N-（2-巯乙基
氯化铵  700.00
赋形剂
乳糖（喷雾干燥的）  200.0
淀粉（1500）  100.0
硬脂酸镁  25.0
按以下所述常规方制备具有上述配方的药片：
在球磨机中将活性成分研磨约三十分钟。然后将磨过的活性成分与喷雾干燥的乳糖一起在双浆混合器中掺和约二十分钟。
将淀粉加到混合物中，然后混合额外的十五分钟。在标准的制片机中将掺合物压成药片。
根据实施例1至5制备的任何化合物均可以取代以上制备的药片中的活性成分。
实施例10
通过常规方法使用10.0ml生理盐水溶液和N-（4-羟基-4，4-二膦酰基丁基）-N，N，N-三甲基氯化铵，调整PH＝7.4来制备注射液。
一种注射是每日一次注射4天，体重为近70公斤的病人能明显缓和风湿样关节炎。
根据实施例1至5制备的任何化合物均可取代在上文中制备的注射液中的活性成分。
实施例11
一位92岁体重近92公斤的白种男性，经受中度至严重的病痛并有偶发性的右膝肿胀。在经近一年的有规则的逐渐增加的不舒服之后找医生就诊，医生诊断为右膝骨关节炎，随后通过X射线诊断而被确诊。
在各种NSAIDs包括阿斯匹林、萘普生以及酮布洛芳的改善性治疗后，他的症状继续恶化并且情况似乎在退化。他又找医生，医生处方为用按实施例9中所述的药片，一日二次，在饭前或饭后2小时服用，时间为3个月。他的疼痛和肿胀、特别是持续步行情况，在3个月治疗后大大地改善。在三个月结束时，剂量为1日二片，以二分之一的初始处方剂量（即，每日用一粒按实施例8所述制备的胶囊）无限期地继续治疗下去。
实施例12
一位55岁的体重65公斤的黑人女性，双手指关节肿胀和变形，她的手指和双手部分丧失强度和/或灵巧性。根据目测和X射线检查以及各种美国风湿症学会（ARA）审定的适当的医疗试验，她被诊断为患风湿样关节炎。
在经不成功的止痛与消炎治疗后，医生给予按实施例9所述的药片、每日二次饭前或饭后2小时服用，为期四个月的治疗。在一个月的治疗后，她的指关节肿胀症状明显地好转，手指活动的范围大大地增大;她继续进行四个月的剩余时间治疗，此后医生继续给予另外二个月的规定剂量治疗。
实施例13
一位拉美裔女性、十二岁、体重近37公斤，因原发性少年风湿样关节炎就医。其症状为多处关节明显发炎、因热和疼痛使症状更复杂并显示出快速的和病理性关节功能退化。
医生将她托给风湿样关节炎医生，医生马上开方通过Ⅳ给药按实施例10中所述制备的溶液为期三天，每天注射一次二小时，进行积极治疗。在Ⅳ控制结束时，医生处方为服用按实施例9中所述制备的药片二个月，在此期间她的活动性明显增加、疼痛显著减轻。在后续的二个月内，医生将剂量减少到初始口服剂量的3/4处方为二天三片，即一天服用二片另一天服用一片。在此种控制结束时，将剂量减少到初始口服剂量的1/4。给她服用按实施例9所述制备的药片、每天1片为期为另外的四个月。
实施例14
一位60岁的白种女性、体重62kg，经受严重的背痛。她的医生，通过放射学医生的帮助，诊断他患有可能是由于骨质疏松的骨损失的L1脊椎骨节的压碎性骨折。给病人开三个月的处方，每天一次，控制剂量为按实施例9所述制备的700mg药片，在任何一顿饭的饭前或饭后二小时服用。三个月后，剂量减少为按实施例8方法制备的350mg胶囊，每隔一天服用一次，为期三个月。然后医生将其置于维持剂量控制治疗，她服用按实施例8中所述方法制备的100mg胶囊，每天服用为期六个月。在六个月的维持剂量控制治疗后，病人没有出现任何进一步的背痛。接着的X射线检查未显示出另外骨折。
实施例15
一位75岁体重为53kg的东方女性，在一次趺倒后得股骨骨折。她入院治疗并被诊断为骨质疏松。处方为降钙素注射治疗。降钙素注射对病人是痛苦的，她不能应允降钙素治疗。医生将对她的治疗改为口服膦酸盐。给她服用根据实施例9中所述制备的700mg药片，一日二次为期一个月。在这一个月的治疗结束时，让她服用700mg药片，一日一次为期二个月。在此二个月终了时，每日给她服用根据实施例8制备的100mg胶囊，为期三个月。接着就医证实，根据光吸收比色法测定，前臂的矿物质密度没有明显的减少。
实施例16
一65kg重的85岁土裔美洲男性，因严重背疼就医。X射线显示由骨质疏松大量骨损失引起多处轻度脊柱体摺叠。医生给病人开处方，在同一天相隔八小时分别服用按实施例9和8制备的700mg药片和350mg胶囊，进行为期二个月的控制治疗。在这种控制治疗二个月后，他的剂量被减少为一天一次350mg胶囊服用二个月。然后进行X射线照相并发现另外的压碎性骨折。然后他被置於为期六个月、一日一次的100mg胶囊（根据实施例8中所述方法制备）的维持量控制下。在此六个月终了时，没有发现明显的骨密度降低。

Claims (14)

1、一种含季氮的膦酸化合物及其药物上可接受的盐和酯，通式为：
其中m为0-10中的一个整数；n为1-10中的一个整数；
m+n为1-10。
(a)R1选自无(nil)；-SR6；-R9SR6；氢；取代的或未取代的C1-C8烷基；-OR3；-CO2R3；-O2CR3；-NR3 2；-N(R3)C(O)R3；-C(O)N(R3)2；卤素；-C(O)R3；硝基；羟基；取代的或未取代的饱和单环或多环杂环环；取代的或未取代的饱和单环或多环碳环环；
(b)R5选自-SR6；-R9SR8；氢；取代的或未取代的C1-C8烷基；-OR3；-CO2R3；-C2CR3；-NR3 2；-N(R3)C(O)R3；-C(O)N(R3)2；卤素；-C(O)R3；硝基；羟基；取代的或未取代的饱和单环或多环杂环环；取代的或未取代的饱和单环或多环碳环环；取代的或未取代的不饱和单环或多环杂环环；取代的或未取代的不饱和单环或多环碳环环以及它们的组合；
(c)每个R2选自取代的或未取代的C1-C36烷基；未取代的或取代的苯基；苄基；或R9SR6；
(d)R3选自H；未取代的或取代的C1-C8烷基；R9SR6；
(e)R6选自-H；-C(O)R7；-C(S)R7；-C(O)N(R7)2；-C(O)OR7；-C(S)N(R7)2；-C(S)OR7；此处R7为氢或未取代的或取代的C1-C8烷基；
(f)R选自-PO3H2；和-P(O)(OH)R4，此处R4为具有1-3个碳的烷基；
(g)R9为取代的或未取代的C1-C8烷基；
(h)R8选自氢；卤素；SR6；R9SR6；氨基；羟基；取代的和未取代的C1-C8烷基。
2、根据权利要求1的化合物，其中R1为取代的或未取代的饱和单环或多环杂环环或取代的或未取代的饱和单环或多环碳环环。
3、根据权利要求2的化合物，此处R5选自氢;-SR6;-R9SR6;取代的或未取代的C1-C8烷基;-OR3;-CO2R3;-O2CR3;-NR3 2;-N（R3）C（O）R3;-C（O）N（R3）2;卤素;-C（O）R3;硝基;羟基;取代的或未取代的饱和单环或多环杂环环;取代的或未取代的饱和单环或多环碳环环;取代的或未取代的不饱和单环或多环的杂环环;取代的或未取代的不饱和单环或多环的碳环环和它们的组合。
4、根据权利要求1的化合物，其中R1选自无（nil）;-SR6;-R9SR6;氢;取代的或未取代的C1-C8烷基;-OR3;-CO2R3;O2CR3;-NR3 2;-N（R3）C（O）R3;-C（O）N（R3）2;卤素;-C（O）R3;硝基和OH。
5、根据权利要求4的化合物，其中R5选自-SR6;-R9SR6;氢;取代的或未取代的C1-C8烷基;-OR3;-CO2R3;O2CR3;-NR3 2;-N（R3）C（O）R3;-C（O）N（R3）2;卤素;-C（O）R3;硝基;羟基;取代的或未取代的饱和单环或多环的杂环环;取代的或未取代的饱和单环或多环的碳环环;取代的或未取代的不饱和单环或多环的杂环环;取代的或未取代的不饱和单环或多环的碳环环和它们的组合。
6、根据权利要求4的化合物，其中R5为取代的或未取代的C1-C8烷基。
7、根据权利要求4的化合物，其中R5为-R9SR6。
8、根据权利要求4的化合物，其中R5是取代的或未取代的、饱和的或不饱和的杂环环。
9、根据权利要求2的化合物，其中R5是取代的或未取代的、饱和的或不饱和的杂环环。
10、一种药物组合物，包括：
（a）一种安全和有效量的根据权利要求1的含季氮的膦酸化合物;和
（b）一种药物上可接受的赋形剂。
11、一种药物组合物，包括：
（a）一种安全和有效量的根据权利要求2的含季氮的膦酸化合物;和
（b）一种药物上可接受的赋形剂。
12、一种药物组合物，包括：
（a）一种安全和有效量的根据权利要求4的含季氮的膦酸化合物;和
（b）一种药物上可接受的赋形剂。
13、一种药物组合物，包括：
（a）一种安全和有效量的根据权利要求6的含季氮的膦酸化合物;和
（b）一种药物上可接受的赋形剂。
14、一种治疗或防止需要进行这样治疗的人或哺乳动物的与不正常的钙与磷酸盐代谢有关的病态情况的方法，包括给所说的人或哺乳动物服用安全和有效量的权利要求1的含季氮的膦酸化合物。
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