CN109336904B - 一种头孢妥仑匹酯的制备方法 - Google Patents

一种头孢妥仑匹酯的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种头孢妥仑匹酯的制备方法，该合成方法包括如下步骤：以7‑ACA为起始原料，经硅烷化保护后，发生碘代等一系列反应生成头孢妥仑母核7‑ATCA；该化合物先与异辛酸钠成钠盐，后与氨噻唑酸乙酯，在固定化青霉素酰化酶催化下生成化合物2，即头孢妥仑钠；后与特戊酸碘甲酯反应，制得目标产品头孢妥仑匹酯。本发明反应条件温和，对环境友好，转化率高，工艺简单，顺式异构体含量高，易于放大，适合于工业化生产。

Description

一种头孢妥仑匹酯的制备方法
技术领域
本发明涉及药物技术领域，具体涉及一种头孢妥仑匹酯的制备方法。
背景技术
头孢妥仑匹酯(CefditorenPivoxil)，化学名：2,2-二甲基丙酰氧甲基(6R,7R)-7-[(Z)-2-(2-氨基-4-噻唑基)-2-甲氧基亚氨乙酰氨基]-3-[(Z)-2-(4-甲基-1,3-噻唑-5-基)乙烯基]-8-氧代-5-硫杂 -1-氮杂双环[4.2.0]辛-2-烯-2-甲酸酯，为第三代头孢类抗菌药物，由日本明治制果公司研发，于1994年在日本上市，商品名Meiact。本品主要用于治疗由革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌所引起的感染，包括对肺炎链球菌、肺炎克雷伯氏杆菌、金黄色葡萄球菌、变形杆菌等引起的感染症有卓越的治疗效果。其结构式如下式：
Figure BDA0001873437770000011
目前，国内外生产头孢妥仑匹酯主要采用化学法，主要有以下几种合成路线：
(1)以7-苯乙酰胺基-3-氯甲基头孢烷酸对甲氧基苄酯(GCLE)为起始原料时，经过wittig反应、脱保护、与AE活性酯、特戊酸碘甲酯反应，但Wittig反应收率不高，反应慢(一般20～24h)并且选择性较差，Z型产物中混杂着E型异构体副产物，由于其结构、性质相近，难以分离，甚至会残留至最后头孢妥仑匹酯中，影响药物药效和安全性。并且在脱保护中，使用对环境危害大的苯酚-三氟乙酸、五氯化磷等试剂，且反应条件苛刻、收率低。此外使用AE活性酯作为酰化剂时，该反应易产生有毒化合物2-巯基苯并噻唑。
(2)以7-氨基-3-[(Z)-2-(4-甲基-5-噻唑基)乙烯基]-3-头孢烯-4-羧酸(7-ATCA)为起始原料与AE-活性酯反应得到头孢托仑酸，然后再加入异辛酸钠成盐得头孢妥仑钠，最后再与特戊酸碘甲酯下反应，得头孢妥仑匹酯。但使用AE活性酯作为酰化剂时，该反应易产生有毒化合物2-巯基苯并噻唑，并且使用大量有机溶剂，对环境造成负担，并且该方法中成钠盐反应，需要在强碱下反应，产物中的酰胺键等会遭到一定程度的破坏，接着再与特戊酸碘甲酯下反应，造成反应杂乱，副产物多，收率下降，并且由于副产物(如E异构体等)与产物性质结构相近，纯化过程特别困难。另外，起始原料7-ATCA目前研究较少，现有技术大都是以 7-苯乙酰氨基-3-氯甲基头孢烷酸对甲氧基苄酯(GCLE)为原料经过磷叶立德然后与4-甲基-5- 噻唑甲醛发生Wittig反应得到7-ATCA的。这种方法虽然反应简单、操作简便，但是Wittig 反应收率不高，反应慢(一般20～24h)并且选择性较差，Z型产物中混杂着E型异构体副产物，由于其结构、性质相近，难以分离，甚至会残留至最后头孢妥仑匹酯中，影响药物药效和安全性。
为此，药学工作者努力寻求绿色环保，反应条件温和，对环境友好，产品纯度高、收率高的新制备工艺。
Figure BDA0001873437770000021
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的缺陷，提供一种反应条件温和，对环境友好，产品纯度高、收率高，工艺稳定，易于放大，适合于工业化生产的新制备工艺，应用于头孢妥仑匹酯或其他化合物的制备。本发明的技术方案如下：
一种头孢妥仑匹酯的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将7-ACA、六甲基二硅氮烷、吡啶溶于苯中反应，冷却降温至0℃，分别加入三甲基碘硅烷、磷酸酯，保温反应，加入六甲基二硅胺钠、15-冠-5，加热回流后，加入4-甲基噻唑-5-甲醛，于室温反应，得化合物4；
2)化合物4溶于水中，稀盐酸水溶液调节pH，过滤，滤液中加异辛酸钠，室温搅拌反应，得化合物3；
3)将上述化合物3、固定化青霉素酰化酶溶于缓冲溶液中，分批加入氨噻肟酸乙酯反应，即得化合物2；
4)化合物2溶于有机溶剂中，在酸吸附剂的作用下与特戊酸碘甲酯进行酯化反应，得头孢妥仑匹酯；
Figure 2
步骤1)中，7-ACA、六甲基二硅氮烷、三甲基碘硅烷、磷酸酯、六甲基二硅胺钠、15-冠-5的物质的量比为1:1.0～1.4:1～1.2:0.8～1.1:0.8～1.0：1.0～2.0；7-ACA、4-甲基噻唑-5-甲醛的物质的量比为1:0.8～1.1；7-ACA与吡啶的摩尔比为1:0.0125；所述的磷酸酯为三氟乙氧基磷酸酯(TFP)。作为优选，步骤1)中，7-ACA、六甲基二硅氮烷、三甲基碘硅烷、磷酸酯、六甲基二硅胺钠、15-冠-5的物质的量比为1:1.2:1.1:0.95:0.9:1.5；7-ACA、4-甲基噻唑-5-甲醛的物质的量比为1:0.95。
步骤2)中，稀盐酸水溶液溶质的质量分数为14％，稀盐酸水溶液调节的pH为1.5～2.0；化合物4与异辛酸钠的摩尔比为1:1.2。
步骤3)中，所述的缓冲溶液为HEPES缓冲溶液、KH2PO4-K2HPO4缓冲溶液、 KH2PO4-NaOH缓冲溶液或PBS缓冲溶液；化合物3与固定化青霉素酰化酶的质量比为 1:0.2～0.6；化合物3与氨噻肟酸乙酯的物质的量比为1:1～2；反应温度为30～35℃。作为优选，所述的缓冲溶液为HEPES缓冲溶液；化合物3与固定化青霉素酰化酶的质量比为1:0.4；化合物3与氨噻肟酸乙酯的物质的量比为1:1.5。
步骤4)中，所述的有机溶剂为N，N二甲基甲酰胺；酸吸附剂为吡啶；化合物2的质量与有机溶剂的体积比为1:10～12g/mL；化合物2、酸吸附剂、特戊酸碘甲酯的物质的量比为1:0.85:2.0。
本发明中的固定化青霉素酰化酶购自湖南福来格生物技术有限公司，其他原料均可市购获得。
相比于现有技术，本发明所涉及的头孢妥仑匹酯的制备方法，该方法具有反应条件温和，对环境友好，产品纯度高、收率高，工艺稳定等特点，其核心优势7-ACA为起始原料，经硅烷化保护后，发生一系列反应，采用三氟乙氧基磷酸酯替代三苯基膦，并加入六甲基二硅胺钠及15-冠-5，避免生成过量的头孢妥仑匹酯E异构体，影响药物药效；同时采用固定化青霉素酰化酶作为催化剂，缓冲溶液为溶剂，避免使用大量有机溶剂，反应活性高，条件温和，对环境友好，适合工业化生产。该制备方法适合工业化放大要求，为头孢妥仑匹酯或其他化合物的制备提供了又一个重要且实用的新型化合物。
说明书和权利要求书中所使用的缩写含义如下：
Figure BDA0001873437770000031
Figure BDA0001873437770000041
具体实施方式
以下结合数个较佳实施例对本发明技术方案作进一步非限制性的说明。其中，三(氟乙氧基)磷酸酯的制备方法如下：氮气保护下，将0.5mol三氟乙醇缓慢滴加到装有0.1mol三氯氧磷与0.01mol氯化锂混合物的三口瓶中，搅拌，直到氯化锂完全溶解，将三口瓶中的混合料开始加热，当反应液达到60℃时，再滴加0.1mol的三氟乙醇，滴加完毕后，于85～90℃进行回流反应，待到再无气泡冒出后，终止反应，得到粗品，过滤，去除其中大量已析出的催化剂固体，留取滤液。将滤液水洗至中性，干燥，在真空度为0.099MPa，温度为115～120℃条件下进行减压蒸馏，得三(氟乙氧基)磷酸酯，纯度为99.99％。
实施例1：化合物4的制备
氮气保护下，在反应瓶中依次加入苯100mL、7-ACA 40mmol、48mmol六甲基二硅氮烷、吡啶0.5mmol，搅拌升温至回流反应2h，将反应液冷却降温至0℃，滴加三甲基碘硅烷(TMSI)44mmol，保温反应1h，加入三氟乙氧基磷酸酯38mmol，继续反应1h，加入六甲基二硅胺钠36mmol，60mmol 15-冠-5，加热回流30min，冷却至室温，加入4-甲基噻唑-5- 甲醛38mmol，于室温反应6h。反应完毕，加100mL甲醇，析出固体，过滤，用50mL THF 洗涤，35℃减压干燥得到10.52g化合物4，收率85.48％，纯度为99.88％，无E异构体。
实施例2：化合物4的制备
氮气保护下，在反应瓶中依次加入苯100mL、7-ACA 40mmol、40mmol六甲基二硅氮烷、吡啶0.5mmol，搅拌升温至回流反应2h，将反应液冷却降温至0℃，滴加三甲基碘硅烷(TMSI)40mmol，保温反应1h，加入三氟乙氧基磷酸酯32mmol，继续反应1h，加入六甲基二硅胺钠32mmol，40mmol 15-冠-5，加热回流30min，冷却至室温，加入4-甲基噻唑-5- 甲醛32mmol，于室温反应6h。反应完毕，加100mL甲醇，析出固体，过滤，用50mL THF 洗涤，35℃减压干燥得到8.53g化合物4，收率82.04％，纯度为99.57％，E式异构体0.14％。
实施例3：化合物4的制备
氮气保护下，在反应瓶中依次加入苯100mL、7-ACA 40mmol、56mmol六甲基二硅氮烷、吡啶0.5mmol，搅拌升温至回流反应2h，将反应液冷却降温至0℃，滴加三甲基碘硅烷(TMSI)48mmol，保温反应1h，加入三氟乙氧基磷酸酯44mmol，继续反应1h，加入六甲基二硅胺钠40mmol，80mmol 15-冠-5，加热回流30min，冷却至室温，加入4-甲基噻唑-5- 甲醛44mmol，于室温反应6h。反应完毕，加100mL甲醇，析出固体，过滤，用50mL THF 洗涤，35℃减压干燥得到10.75g化合物4，收率82.83％，纯度为99.64％，E式异构体0.09％。
实施例4：化合物3的制备
将30mmol化合物4溶于100mL水中，用14％稀盐酸水溶液调节pH至1.5～2.0，加入36mmol异辛酸钠，室温搅拌反应1h，滴加50mL丙酮中，降温至0～5℃，析晶，过滤，用丙酮洗涤，35℃减压干燥，得到10.21g化合物3，收率98.56％。
实施例5：化合物2的制备
将2.76g的固定化青霉素酰化酶溶解在40mL HEPES缓冲液(pH＝7.0)中，溶解后过滤加缓冲液至40mL。在250mL的锥形瓶中加入20mmol(6.90g)的化合物3，40mL HEPES 缓冲液(pH＝7.0)，预热至30～35℃后，与酶滤液混合，再于30～35℃下振荡30min，然后分批加入30mmol(6.88g)氨噻肟酸乙酯，置于30～35℃的振荡箱中反应2h，转速为200rpm，并用3mol/L的盐酸溶液和3mol/L的氢氧化钠溶液维持反应pH至6.5～7.5，反应完毕，用100 目筛网进行分离得到固定化青霉素酰化酶和头孢妥仑钠反应液，加入二氯甲烷萃取，取水相，滴加50mL丙酮，降温至0～5℃，充分析出固体，过滤，用丙酮(50mL×2)洗涤，减压干燥，得10.35g化合物2，收率为97.84％，纯度为99.92％。
实施例6：化合物2的制备
将1.38g的固定化青霉素酰化酶溶解在40mL KH2PO4-K2HPO4缓冲溶液(pH＝7.0)中，溶解后过滤加缓冲液至40mL。在250mL的锥形瓶中加入20mmol(6.90g)的化合物3，40 mLKH2PO4-K2HPO4缓冲溶液(pH＝7.0)，预热至30～35℃后，与酶滤液混合，再于30～35℃下振荡30min，然后分批加入20mmol(4.59g)氨噻肟酸乙酯，置于30～35℃的振荡箱中反应2h，转速为200rpm，并用3mol/L的盐酸溶液和3mol/L的氢氧化钠溶液维持反应pH至 6.5～7.5，反应完毕，用100目筛网进行分离得到固定化青霉素酰化酶和头孢妥仑钠反应液，加入二氯甲烷萃取，取水相，滴加50mL丙酮，降温至0～5℃，充分析出固体，过滤，用丙酮(50mL×2)洗涤，减压干燥，得9.82g化合物2，收率为92.46％，纯度为99.58％。
实施例7：化合物2的制备
将4.14g的固定化青霉素酰化酶溶解在40mL KH2PO4-NaOH缓冲溶液(pH＝7.0)中，溶解后过滤加缓冲液至40mL。在250mL的锥形瓶中加入20mmol(6.90g)的化合物3，40 mLKH2PO4-NaOH缓冲溶液(pH＝7.0)，预热至30～35℃后，与酶滤液混合，再于30～35℃下振荡30min，然后分批加入40mmol(9.17g)氨噻肟酸乙酯，置于30～35℃的振荡箱中反应 2h，转速为200rpm，并用3mol/L的盐酸溶液和3mol/L的氢氧化钠溶液维持反应pH至 6.5～7.5，反应完毕，用100目筛网进行分离得到固定化青霉素酰化酶和头孢妥仑钠反应液，加入二氯甲烷萃取，取水相，滴加50mL丙酮，降温至0～5℃，充分析出固体，过滤，用丙酮(50mL×2)洗涤，减压干燥，得10.05g化合物2，收率为94.78％，纯度为99.74％。
实施例8：化合物2的制备
将2.76g的固定化青霉素酰化酶溶解在40mL PBS缓冲溶液(pH＝7.0)中，溶解后过滤加缓冲液至40mL。在250mL的锥形瓶中加入20mmol(6.90g)的化合物3，40mL PBS缓冲溶液(pH＝7.0)，预热至30～35℃后，与酶滤液混合，再于20～25℃下振荡30min，然后分批加入30mmol(6.88g)氨噻肟酸乙酯，置于20～25℃的振荡箱中反应2h，转速为100rpm，并用3mol/L的盐酸溶液和3mol/L的氢氧化钠溶液维持反应pH至6.5～7.5，反应完毕，用100 目筛网进行分离得到固定化青霉素酰化酶和头孢妥仑钠反应液，加入二氯甲烷萃取，取水相，滴加50mL丙酮，降温至0～5℃，充分析出固体，过滤，用丙酮(50mL×2)洗涤，减压干燥，得10.00g化合物2，收率为94.38％，纯度为99.69％。
实施例9：化合物1的制备
向反应瓶内加入化合物2(5.29g，10mmol)和N，N二甲基甲酰胺60mL，搅拌溶解30min，降温到0℃或0℃以下，滴加8.5mmol吡啶，降温到-10℃,快速加入20mmol 特戊酸碘甲酯，保温反应1h，加入活性碳搅拌30min，脱色过滤，滤液加入5g无水硫酸钠，加入30mL水和60mL乙酸乙酯，搅拌，静置分层，水相用乙酸乙酯提取一次，合并乙酸乙酯，减压蒸除溶剂，得油状物，加入10mL丙酮，40mL异丙醚，析晶，过滤，干燥得头孢妥仑匹酯纯品6.14g，收率98.75％，纯度99.84％。
对比例1：化合物4的制备
氮气保护下，在反应瓶中依次加入苯100mL、7-ACA 40mmol、48mmol六甲基二硅氮烷、吡啶0.5mmol，搅拌升温至回流反应2h，将反应液冷却降温至0℃，滴加三甲基碘硅烷(TMSI)44mmol，保温反应1h，加入三甲氧基磷酸酯38mmol，继续反应1h，加入六甲基二硅胺钠36mmol，加热回流30min，冷却至室温，加入4-甲基噻唑-5-甲醛38mmol，于室温反应6h。反应完毕，加100mL甲醇，析出固体，过滤，用50mL THF洗涤，35℃减压干燥得到8.80g化合物4，收率70.34％，纯度为98.28％，E式异构体0.82％。
对比例2：化合物4的制备
氮气保护下，在反应瓶中依次加入二氯甲烷100mL、7-ACA 40mmol、48mmol六甲基二硅氮烷、吡啶0.5mmol，搅拌升温至回流反应2h，将反应液冷却降温至0℃，滴加三甲基碘硅烷(TMSI)44mmol，保温反应1h，加入三氟乙氧基磷酸酯38mmol，继续反应1h，加入LDA(二异丙基氨基锂)36mmol，60mmol 15-冠-5，加热回流30min，冷却至室温，加入4-甲基噻唑-5-甲醛38mmol，于室温反应6h。反应完毕，加100mL甲醇，析出固体，过滤，用50mL THF洗涤，35℃减压干燥得到8.88g化合物4，收率70.24％，纯度为97.24％， E式异构体0.73％。
对比例3：化合物2的制备
将2.76g的固定化青霉素酰化酶溶解在40mL Tris-HCl缓冲溶液(pH＝7.0)中，溶解后过滤加缓冲液至40mL。在250mL的锥形瓶中加入20mmol(6.90g)的化合物3，40mL Tris-HCl缓冲溶液(pH＝7.0)，预热至30～35℃后，与酶滤液混合，再于20～25℃下振荡30min，然后分批加入30mmol(6.88g)氨噻肟酸乙酯，置于20～25℃的振荡箱中反应2h，转速为200rpm，并用3mol/L的盐酸溶液和3mol/L的氢氧化钠溶液维持反应pH至6.5～7.5，反应完毕，用100目筛网进行分离得到固定化青霉素酰化酶和头孢妥仑钠反应液，加入二氯甲烷萃取，取水相，滴加50mL丙酮，降温至0～5℃，充分析出固体，过滤，用丙酮(50mL×2) 洗涤，减压干燥，得9.37g化合物2，收率为87.58％，纯度为98.82％。
由以上对比例可以看出，本发明提供的制备方法可有效提高产品的收率，并降低杂质含量。
需要指出的是，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种头孢妥仑匹酯的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：
1)将7-ACA、六甲基二硅氮烷、吡啶溶于苯中反应，冷却降温至0℃，分别加入三甲基碘硅烷、磷酸酯，保温反应，加入六甲基二硅胺钠、15-冠-5，加热回流后，加入4-甲基噻唑-5-甲醛，于室温反应，得化合物4，所述7-ACA、六甲基二硅氮烷、三甲基碘硅烷、磷酸酯、六甲基二硅胺钠、15-冠-5的物质的量比为1:1.0～1.4:1～1.2:0.8～1.1:0.8～1.0:1.0～2.0，7-ACA、4-甲基噻唑-5-甲醛的物质的量比为1:0.8～1.1，7-ACA与吡啶的摩尔比为1:0.0125；
2)化合物4溶于水中，用质量分数为14％稀盐酸水溶液调节pH至1.5～2.0，过滤，滤液中加异辛酸钠，室温搅拌反应，得化合物3，所述化合物4与异辛酸钠的摩尔比为1:1.2；
3)将上述化合物3、固定化青霉素酰化酶溶于缓冲溶液中，分批加入氨噻肟酸乙酯反应，即得化合物2，所述的缓冲溶液为HEPES缓冲溶液、KH2PO4-K2HPO4缓冲溶液、KH2PO4-NaOH缓冲溶液或PBS缓冲溶液，化合物3与固定化青霉素酰化酶的质量比为1:0.2～0.6，化合物3与氨噻肟酸乙酯的物质的量比为1:1～2，反应温度为30～35℃；
4)化合物2溶于有机溶剂中，在酸吸附剂的作用下与特戊酸碘甲酯进行酯化反应，得头孢妥仑匹酯；
Figure FDA0002432292400000011
2.根据权利要求1所述的一种头孢妥仑匹酯的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的磷酸酯为三氟乙氧基磷酸酯。
3.根据权利要求1所述的一种头孢妥仑匹酯的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述的有机溶剂为N，N二甲基甲酰胺；酸吸附剂为吡啶；化合物2的质量与有机溶剂的体积比为1:10～12g/mL；化合物2、酸吸附剂、特戊酸碘甲酯的物质的量比为1:0.85:2.0。
4.根据权利要求2述的一种头孢妥仑匹酯的制备方法，其特征在于，步骤1)中，7-ACA、六甲基二硅氮烷、三甲基碘硅烷、磷酸酯、六甲基二硅胺钠、15-冠-5的物质的量比为1:1.2:1.1:0.95:0.9:1.5；7-ACA、4-甲基噻唑-5-甲醛的物质的量比为1:0.95。
5.根据权利要求1所述的一种头孢妥仑匹酯的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述的缓冲溶液为HEPES缓冲溶液。
6.根据权利要求1所述的一种头孢妥仑匹酯的制备方法，其特征在于，步骤3)中，化合物3与固定化青霉素酰化酶的质量比为1:0.4；化合物3与氨噻肟酸乙酯的物质的量比为1:1.5。
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