CN113582880B - 一种(3-氨基二环[1.1.1]戊烷-1-基)氨基甲酸叔丁酯的制备方法 - Google Patents
一种(3-氨基二环[1.1.1]戊烷-1-基)氨基甲酸叔丁酯的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种(3‑氨基二环[1.1.1]戊烷‑1‑基)氨基甲酸叔丁酯的制备方法,包括以下步骤:将化合物II在叔丁醇中,与DPPA反应生成化合物III;化合物III在酸作用下脱除叔丁氧羰基保护基后生成化合物IV;最后化合物IV在合适碱作用下,发生单氨基保护反应,生成化合物I((3‑氨基二环[1.1.1]戊基‑1‑基)氨基甲酸叔丁酯)。第一步反应采用连续流微通道反应装置,解决现有的(3‑氨基二环[1.1.1]戊烷‑1‑基)氨基甲酸叔丁酯合成过程中存在酰胺副产物的生成难控制,反应过程放热放气剧烈,工业化生产存在较大安全风险等问题。该方法操作简便、收率高,总收率可达50%以上,可实现连续性大规模生产操作制备。
Description
技术领域
本发明涉及药物中间体合成领域,具体地说涉及一种(3-氨基二环[1.1.1]戊烷-1-基)氨基甲酸叔丁酯的制备方法。
背景技术
近年来,研究发现二环[1.1.1]戊烷及其衍生物是许多生物活性化合物中的结构基序(motif),作为关键中间体应用于多种药物的研究与开发中。二环[1.1.1]戊烷基可以作为苯基或叔丁基的生物电子等排体,显示出具有明显的生理和生物活性。
专利WO2018107072A1公开报道了取代的二环[1.1.1]戊烷化合物和组合物及其作为用于治疗疾病的药物的应用,还提供了抑制人或动物受试者中双亮氨酸拉链的激酶活性的方法,用于治疗如有中枢神经系统和周围神经系统神经元的创伤性损伤引起的神经性疾病、神经退行性病症、由神经损伤引起的神经病变等疾病,以及治疗由药物干预引起的疼痛和认知障碍。专利WO2019008506A1公开报道了含有二环[1.1.1]戊烷的分子片段的桥环烷烃衍生物,此类化合物可用于治疗与活化的未折叠蛋白反应途径有关的疾病/损伤,比如癌症,癌症前期综合症,阿尔茨海默病,脊髓损伤,创伤性脑损伤,缺血性中风,糖尿病,帕金森病,亨廷顿氏病,炎症,纤维化,慢性和极性肝脏疾病,慢性和急性肺部疾病,慢性和急性肾脏疾病,慢性创伤性脑病(CTE),神经变性,痴呆,创伤性脑损伤,认知障碍,动脉粥样硬化,眼部疾病,心律失常,器官移植和移植器官的运输,包括给予新的抑制剂ATF4途径。
(3-氨基二环[1.1.1]戊烷-1-基)氨基甲酸叔丁酯可以作为关键片段应用于多种药物的研究与开发中,具有广阔的市场前景。
文献European Journal of Organic Chemistry,2017(43),6450-6456;2017中公开了(3-氨基二环[1.1.1]戊烷-1-基)氨基甲酸叔丁酯(化合物I)的制备方法:
此工艺路线中起始原料桥环二羧酸先经过双酯化再单水解,制得化合物12j;化合物12j经过Curtis重排反应生成叔丁氧羰基保护的氨基中间体后,再水解生成中间体化合物12k;化合物12k再以苄醇作溶剂经过第二次Curtis重排反应,结构中另一个羧基生成苄氧羰基保护的氨基中间体14;最后中间体14经过Pd/C还原选择性脱除苄氧羰基保护基生成目标产物(3-氨基二环[1.1.1]戊烷-1-基)氨基甲酸叔丁酯。此工艺选用桥环二羧酸化合物作为起始原料,经过6步反应制备目标化合物(3-氨基二环[1.1.1]戊烷-1-基)氨基甲酸叔丁酯,路线较长,需要经过两次Curtis重排反应,操作比较繁琐,并且反应中需要经过Pd/C加氢脱苄氧羰基保护基反应,对设备要求高,因此此工艺路线不适合工业化生产。
常规的间歇式(Batch)Curtius重排反应,由于反应过程中会生成过渡态异氰酸酯,而异氰酸酯会与羧酸原料发生副反应生成酰胺副产物;反应中用到DPPA,在滴加DPPA时,反应放热放气比较剧烈,放大生产存在较大的安全风险。
发明内容
发明目的:本发明的目的在于提供一种(3-氨基二环[1.1.1]戊烷-1-基)氨基甲酸叔丁酯的连续化合成方法,以解决现有的(3-氨基二环[1.1.1]戊烷-1-基)氨基甲酸叔丁酯合成过程中存在酰胺副产物的生成难控制;反应过程放热放气剧烈,工业化生产存在较大安全风险等问题。
本发明提供了一种化合物I的制备方法:
包括如下步骤:
1)将化合物II在碱1作用下与叠氮磷酸二苯酯、叔丁醇反应生成化合物III;
2)化合物III在酸1作用下,脱除叔丁氧羰基保护基,生成化合物IV;
3)化合物IV在碱2作用下,与二碳酸二叔丁酯反应生成化合物I;
其中,化合物II制备化合物III的步骤中,化合物II、碱1和叔丁醇溶于有机溶剂中得到体系1;叠氮磷酸二苯酯为体系2;将体系1和体系2分别泵入连续式反应器中进行反应;化合物II、碱1和DPPA的摩尔比范围为1∶4~6∶2~3;
化合物IV制备化合物I步骤中,碱2选自甲醇钠或者乙醇钠。
本发明不限制连续式反应器的型号,材质等。任何可用于实施本发明技术方案的连续式反应器均可。
优选的,所述连续式反应器为微通道反应器、管式反应器或者板式反应器。
优选的,连续式反应器由A和B两个不锈管通道组成,其中A为反应通道,B为冷却通道,反应体系由A通道反应完进入B通道冷却。
优选的,化合物II制备化合物III步骤中,体系在连续式反应器A通道中反应,反应温度范围为80~145℃。
优选的,化合物II制备化合物III步骤中,反应体系从A通道进入B冷却通道,在B通道中的温度为20~50℃。
优选的,反应体系在A通道中反应停留时间为2~5min。
优选的,化合物II制备化合物III的步骤中,碱1选自三乙胺或者N,N'-二异丙基乙胺。
优选的,化合物II制备化合物III的步骤中,反应体系从连续式反应器中反应后,出料进入常规反应釜中继续反应,反应温度范围为80~110℃。
优选的,化合物III制备化合物IV的步骤中,酸1选自氯化氢的甲醇溶液、氯化氢的1,4-二氧六环溶液、氯化氢的乙酸乙酯溶液或者稀盐酸。
优选的,化合物III制备化合物IV的步骤中,化合物III和酸1的摩尔比范围为1∶10~1∶20;反应温度范围为10℃~50℃。
优选的,化合物III制备化合物IV的步骤中,先将酸1加至反应装置中,然后再将化合物III分批加至反应体系中。
优选的,化合物IV制备化合物I的步骤中,碱2选自甲醇钠甲醇溶液;化合物IV、碱2和二碳酸二叔丁酯的摩尔比范围为1∶0.9~1.05∶0.9~1.05;反应温度范围为0℃~10℃;反应选用甲醇作溶剂;甲醇钠的甲醇溶液缓慢滴加至反应体系,控制滴加速度每秒1~2滴;缓慢滴加甲醇钠的甲醇溶液,可以减少双盐酸盐全部游离的几率,从而减少了化合物IV双氨基保护的副产物的产生,提高了反应收率,降低了生产成本。
有益效果
本发明的目的在于克服现有技术中存在Curtius重排反应存在酰胺副产物生成难控制、反应过程放热放气剧烈,工业化生产存在较大安全风险的问题。本发明的技术方案通过使用连续流反应装置代替釜式反应制备(3-氨基二环[1.1.1]戊烷-1-基)氨基甲酸叔丁酯的清洁生产工艺,通过快速混合、快速反应,加强了化合物II与叠氮磷酸二苯酯进行的Curtius重排反应的传质传热,减少反应时间,从而避免产生副产物,提高反应收率。本技术方案最后一步反应化合物IV制备化合物I,通过控制甲醇钠的加入量及甲醇钠甲醇溶液的滴加速度,减少了双盐酸盐全部游离的几率,从而减少了化合物IV双氨基保护的副产物的产生,收率可以高达75%以上,提高了反应收率,降低了生产成本。此工艺具有操作简单、能耗低、收率高的优点。
说明书中涉及到的反应试剂的缩写如下所示:
DIPEA:N,N-二异丙基乙胺;
TEA:三乙胺;
DPPA:叠氮磷酸二苯酯;
MTBE:甲基叔丁基醚;
t-BuOH:叔丁醇;
THF:四氢呋喃;
PE:石油醚;
EA:乙酸乙酯;
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见的,下面描述中的附图是本发明的一些实施例。
图1为本发明化合物II制备化合物III的连续式反应示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐明本发明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
化合物III的制备:
将化合物II(2.00kg,12.80mol,1.0eq)、甲苯(24L)、TEA(6.48kg,64.09mol,5.0eq)、叔丁醇(6.65kg,89.74mol,7.0eq)混合均匀(TEA、t-BuOH、甲苯用分子筛除水,水分含量<0.1%)形成体系1,DPPA为体系2(7.05kg,25.6mol,2.0eq);将体系1和体系2分别通过柱塞泵输送至连续式反应器A通道中反应,通过柱塞泵进样的流速为87mL/min,再A通道中停留时间为3min,反应温度为135℃。在A通道中反应完进入B通道冷却管冷却后出料停止反应。反应液减压旋蒸浓缩除去溶剂,往体系中加入水,50~70℃打浆,抽滤,离心过滤,滤饼烘干后得到化合物III为白色固体粉末3.30kg,收率86.5%。
化合物IV的制备:
将20%氯化氢甲醇溶液(24L)加入至50L双层玻璃反应釜中,冷却至10℃。分批加入化合物III(3.00kg,10.054mol,1.0eq),控制内温低于20℃,搅拌反应5h,形成白色混浊液,升温至40℃搅拌反应10h,LC-MS显示原料反应完,将反应液减压浓缩除去溶剂,加入20L甲醇,搅拌后,抽滤,滤液转至反应釜中,升温至50℃,滴加THF(50L)后50℃保温搅拌2h,降温至20℃析晶1h,抽滤,滤饼用甲醇/THF(1/3)淋洗后,抽滤得到滤饼减压浓缩除去残留溶剂的化合物IV为白色固体1.29kg,收率75%。
化合物I的制备:
将化合物IV(1.29kg,7.54mol,1.0eq)、甲醇(20L)加入至50L反应釜中,氮气保护下降温至0~5℃,加入二碳酸二叔丁酯(1.645kg,7.54mol,1.0eq)的甲醇(6L)溶液,控制内温<10℃,滴加30%甲醇钠甲醇溶液(1.357kg,7.54mol),滴加速度为1~2滴/秒。0~10℃下搅拌反应6h,LC-MS检测显示原料反应完毕。减压浓缩反应液除去溶剂,往体系中加入水(10L),搅拌下滴加入3M稀盐酸,调节pH至3~4。抽滤,滤饼用水搅洗一次,滤液合并至水相中,MTBE萃取两次后,水相中加入2-甲基四氢呋喃(2L),使用40%氢氧化钠水溶液调节pH至11~12,搅拌30min,静置分液;水相用2-甲基四氢呋喃萃取一次,合并有机相;有机相用饱和食盐水洗涤,分液,有机相干燥后,减压浓缩至有固体析出时,往体系中加入正庚烷,降温至0~10℃析晶。抽滤,滤饼用正庚烷淋洗,干燥后的化合物I为类白色固体1.2kg,收率70%。
1HNMR(400MHz,CDCl3)(ppm):1.39~1.51(s,9H),1.96~2.14(s,6H),4.70~5.08(brs,1H);GC检测纯度为99.4%。
实施例2
化合物III的制备:
将化合物II(2.00kg,12.80mol,1.0eq)、甲苯(24L)、DIPEA(6.62kg,51.27mol,4.0eq)、叔丁醇(6.65kg,89.74mol,7.0eq)混合均匀(DIPEA、t-BuOH、甲苯用分子筛除水,水分含量<0.1%)形成体系1,DPPA为体系2(10.57kg,38.46mol,3.0eq);将体系1和体系2分别通过柱塞泵输送至连续式反应器A通道中反应,通过柱塞泵进样的流速为100mL/min,再A通道中停留时间为5min,反应温度为145℃。在A通道中反应完进入B通道冷却管冷却后出料停止反应。反应液减压旋蒸浓缩除去溶剂,往体系中加入水,50~70℃打浆,抽滤,离心过滤,滤饼烘干后称重的化合物III为白色固体粉末3.45kg,收率90.5%。
化合物IV的制备:
将20%氯化氢1,4-二氧六环溶液(30L)加入至50L双层玻璃反应釜中,再加入15L甲醇,冷却至10℃。分批加入化合物III(3.00kg,10.054mol,1.0eq),控制内温低于20℃,搅拌反应5h,形成白色混浊液,升温至40℃搅拌反应10h,LC-MS显示原料反应完,将反应液减压浓缩除去溶剂,加入20L甲醇,搅拌后,抽滤,滤液转至反应釜中,升温至50℃,滴加THF(50L)后50℃保温搅拌2h,降温至20℃析晶1h,抽滤,滤饼用甲醇/THF(1/3)淋洗后,抽滤得到滤饼减压浓缩除去残留溶剂的化合物IV为白色固体1.37kg,收率80%。
化合物I的制备:
将化合物IV(1.29kg,7.54mol,1.0eq)、甲醇(20L)加入至50L反应釜中,氮气保护下降温至0~5℃,加入二碳酸二叔丁酯(1.727kg,7.917mol,1.05eq)的甲醇(6L)溶液,控制内温<10℃,滴加30%甲醇钠甲醇溶液(1.424kg,7.917mol),滴加速度为1~2滴/秒。0~10℃下搅拌反应6h,LC-MS检测显示原料反应完毕。减压浓缩反应液除去溶剂,往体系中加入水(10L),搅拌下滴加入3M稀盐酸,调节pH至3~4。抽滤,滤饼用水搅洗一次,滤液合并至水相中,MTBE萃取两次后,水相中加入2-甲基四氢呋喃(2L),使用40%氢氧化钠水溶液调节pH至11~12,搅拌30min,静置分液;水相用2-甲基四氢呋喃萃取一次,合并有机相;有机相用饱和食盐水洗涤,分液,有机相干燥后,减压浓缩至有固体析出时,往体系中加入PE,降温至0~10℃析晶。抽滤,滤饼用正庚烷淋洗,干燥后的化合物I为类白色固体1.28kg,收率75%。
1HNMR(400MHz,CDCl3)(ppm):1.39~1.51(s,9H),1.96~2.14(s,6H),4.70~5.08(brs,1H);GC检测纯度为99.5%。
实施例3
化合物III的制备:
将化合物II(2.00kg,12.80mol,1.0eq)、甲苯(24L)、TEA(7.78kg,76.91mol,6.0eq)、叔丁醇(6.65kg,89.74mol,7.0eq)混合均匀(TEA、t-BuOH、甲苯用分子筛除水,水分含量<0.1%)形成体系1,DPPA为体系2(8.81kg,32.05mol,2.5eq);将体系1和体系2分别通过柱塞泵输送至连续式反应器A通道中反应,通过柱塞泵进样的流速为87mL/min,再A通道中停留时间为3min,反应温度为135℃。在A通道中反应完进入B通道冷却管冷却后出料流出至双层反应釜中,在80~110℃下搅拌反应12h。GC检测,中间态异氰酸酯剩余小于2%,认定反应结束,反应体系降温。反应液减压旋蒸浓缩除去溶剂,往体系中加入水,50~70℃打浆,抽滤,离心过滤,滤饼烘干后称重的化合物III为白色固体粉末3.46kg,收率90.6%。
化合物IV的制备:
将30%氯化氢EA溶液(13L)加入至50L双层玻璃反应釜中,再加入15L甲醇,冷却至10℃。分批加入化合物III(3.00kg,10.054mol,1.0eq),控制内温低于20℃,搅拌反应5h,形成白色混浊液,升温至50℃搅拌反应10h,LC-MS显示原料反应完,将反应液减压浓缩除去溶剂,加入20L甲醇,搅拌后,抽滤,滤液转至反应釜中,升温至50℃,滴加THF(50L)后50℃保温搅拌2h,降温至20℃析晶1h,抽滤,滤饼用甲醇/THF(1/3)淋洗后,抽滤得到滤饼减压浓缩除去残留溶剂的化合物IV为白色固体1.20kg,收率70%。
化合物I的制备:
将化合物IV(1.20kg,7.01mol,1.0eq)、甲醇(20L)加入至50L反应釜中,氮气保护下降温至0~5℃,加入二碳酸二叔丁酯(1.377kg,6.31mol,0.9eq)的甲醇(6L)溶液,控制内温<10℃,滴加30%甲醇钠甲醇溶液(1.135kg,6.31mol),滴加速度为1~2滴/秒。0~10℃下搅拌反应6h,LC-MS检测显示原料反应完毕。减压浓缩反应液除去溶剂,往体系中加入水(10L),搅拌下滴加入3M稀盐酸,调节pH至3~4。抽滤,滤饼用水搅洗一次,滤液合并至水相中,MTBE萃取两次后,水相中加入2-甲基四氢呋喃(2L),使用40%氢氧化钠水溶液调节pH至11~12,搅拌30min,静置分液;水相用2-甲基四氢呋喃萃取一次,合并有机相;有机相用饱和食盐水洗涤,分液,有机相干燥后,减压浓缩至有固体析出时,往体系中加入正庚烷,降温至0~10℃析晶。抽滤,滤饼用正庚烷淋洗,干燥后的化合物I为类白色固体1.172kg,收率73.5%。
1HNMR(400MHz,CDCl3)(ppm):1.39~1.51(s,9H),1.96~2.14(s,6H),4.70~5.08(brs,1H);GC检测纯度为99.4%。
Claims (8)
1.一种化合物I的制备方法,其特征在于,包括:
包括如下步骤:
1)将化合物II在碱1作用下与叠氮磷酸二苯酯、叔丁醇反应生成化合物III;
2)化合物III在酸1作用下,脱叔丁氧羰基保护基,生成化合物IV;
3)化合物IV在碱2作用下,与二碳酸二叔丁酯反应生成化合物I;
其中,化合物II制备化合物III的步骤中,化合物II、碱1和叔丁醇溶于有机溶剂中得到体系1;叠氮磷酸二苯酯为体系2;将体系1和体系2分别泵入连续式反应器的不锈钢管反应通道A中进行反应,反应结束后进入连续式反应器的不锈钢管冷却通道B冷却;化合物II、碱1和叠氮磷酸二苯酯的摩尔比范围为1∶4~6∶2~3;
化合物IV制备化合物I步骤中,碱2选自甲醇钠的甲醇溶液;化合物IV、碱2和二碳酸二叔丁酯的摩尔比范围为1∶0.9~1.05∶0.9~1.05;反应温度范围为0℃~10℃;滴加甲醇钠的甲醇溶液的速度为1~2滴/min。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:化合物II制备化合物III步骤中,体系在连续式反应器A通道中反应,反应温度范围为80~145℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:化合物II制备化合物III步骤中,反应体系从A反应通道进入B冷却通道,在B通道中温度为20~50℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,反应体系在A通道中反应停留时间为2~5min。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:化合物II制备化合物III的步骤中,碱1选自三乙胺或者N,N'-二异丙基乙胺。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:化合物II制备化合物III的步骤中,反应体系从连续式反应器中反应后,出料进入常规反应釜中继续反应,反应温度范围为80~110℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:化合物III制备化合物IV的步骤中,酸1选自氯化氢的甲醇溶液、氯化氢的1,4-二氧六环溶液、氯化氢的乙酸乙酯溶液或者稀盐酸。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:化合物III制备化合物IV的步骤中,先将酸1加至反应装置中,然后再将化合物III分批加至反应体系中;化合物III和酸1的摩尔比范围为1∶10~1∶20;反应温度范围为10℃~50℃。
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