CN1178220A - 制备头孢唑啉的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了制备头孢唑啉的方法,该方法包括使7－苯基乙酰氨基－3－卤甲基－3－头孢烯－4－羧酸酯与2－甲基－5－巯基－1,3,4－噻二唑反应,在苯酚化合物存在下使反应产物脱酯化,采用盘尼西林－G酰胺酶使得到的7－苯基乙酰氨基－3－(2－甲基－1,3,4－噻二唑－5－基)硫甲基－3－头孢烯－4－羧酸脱酰化,并使酶催化产物与由1H－四唑－1－乙酸和酰卤或卤代碳酸烷基酯制得的混合酸酐反应。
Description
本发明涉及制备头孢唑啉的新方法，所述头孢唑啉的命名为7-(1H-四唑-1-基)-乙酰氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸，该化合物广泛用作抗生素。
头孢唑啉即下式(V)化合物：
制备头孢唑啉的常规方法通常是那些采用7-氨基-3-乙酰氧基甲基-3-头孢烯-4-羧酸(7-ACA)作为起始原料的方法。
但是，按照常规的生产方法，通过取代7-ACA中3-位3-乙酰氧基甲基的乙酰氧基部分引入(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫代基团的反应产率低，而且选择性和在此反应中形成的大量副产物影响所需产物的纯度。
而且，按照常规的生产方法，用于合成头孢唑啉的中间体(即7-氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸)的产率和/或纯度太低，所以为了制备高产率的所需产物头孢唑啉，中间体化合物必须经过纯化。
本发明的目的就是为了克服上述不足，即现有技术指出的低选择性和低产率，从而提供了以便利的方式制备高纯度头孢唑啉的新方法。
本发明提供了制备式(V)7-(1H-四唑-1-基)-乙酰氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸的方法：
该方法包括步骤：
(i)在碱存在下在至少一种选自有机溶剂和水的溶剂中，使式(I)化合物
其中X表示卤原子和R1表示羧基保护基，与式(VIII)2-甲基-5-巯基-1，3，4-噻二唑反应或者在至少一种选自有机溶剂和水的溶剂中，使式(I)化合物与式(VIII)化合物的碱性盐反应，得到式(II)化合物：其中R1表示羧基保护基，
(ii)在苯酚化合物存在下使式(II)化合物进行脱酯化反应，得到式(III)7-苯基乙酰氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸：
(iii)采用固定化的盘尼西林G-酰胺酶使式(III)化合物进行脱酰化反应脱去苯乙酰基，得到式(IV)7-氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸：
(iv)在碱存在下在有机溶剂中，使式(IV)化合物与混合酸酐反应，其中混合酸酐是在碱存在下在有机溶剂中，通过式(VI)1H-四唑-1-乙酸
与式(VII)酰卤或卤代碳酸烷基酯的反应制备，其中Y表示卤原子和R2表示可被一或多个卤原子取代的具有1-7个碳原子的低级烷基或者可被一或多个卤原子取代的具有1-7个碳原子的低级烷氧基。
前面的反应流程描述了本发明的方法，式(I)中的X优选表示氯原子、溴原子或碘原子和式(I)和式(II)中的R1优选表示对甲氧基、苄基、二苯基甲基或叔丁基。
本发明的方法是采用式(I)7-苯基乙酰氨基-3-卤代甲基-3-头孢烯-4-羧酸酯衍生物(下文称之为化合物(I))作为起始原料，得到高产率和高选择性的头孢唑啉。
本发明方法由反应流程1表示。
反应流程1 第一步
如上述反应流程1所述，上述方法的第一步包括：在碱存在下在选自有机溶剂和水的至少一种有机溶剂中，使式(I)化合物与2-甲基-5-巯基-1，3，4-噻二唑(VIII)反应，或者使式(I)化合物与式(VIII)化合物的碱性盐反应制备，得到式(II)化合物。
本发明中作为起始原料的化合物(I)是已知的和易得的化合物。
式(I)中的X表示卤原子。卤原子的实例包括氯原子、溴原子或碘原子等。
式(I)中的R1表示羧基保护基。作为羧基保护基R1，下面文献描述的大量保护基均可采用“Protective Groups inOrganic Synthesis”，第5章，Theodora W.Greene，1981，John Wiley & Sons，Inc.。
因此，在反应的第一步未除去且在如下所述的第二步除去的任何保护基均是可用的。因此，可提出的这类保护基包括苄基、对甲氧基苄基、对硝基苄基、二苯基甲基、三甲氧基苄基、叔丁基、甲氧基乙氧基甲基、胡椒基、二甲苯基甲基、三甲氧基二氯苄基、三氯甲基、二(对甲氧基苯基)甲基等。
将化合物(I)转化为式(II)的7-苯基乙酰氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸酯衍生物(下文称之为“化合物(II)”)的方法，包括在碱存在下使化合物(I)与式(VIII)2-甲基-5-巯基-1，3，4-噻二唑(下文称之为“化合物(VIII)”)混合，或使化合物(I)与前面制备的化合物(VIII)的碱性盐混合。
化合物(VIII)也是已知的，易得的。而且化合物(VIII)碱性盐的制备按常规方式也很容易进行，例如用必要量的碱如氢氧化钠进行中和。
化合物(VIII)或其碱性盐的量可在很宽的范围内选择，但对每摩尔化合物(I)而言，化合物(VIII)通常是在约1-约100摩尔，优选在约1-约10摩尔范围内。
在此反应第一步可采用的碱包括碱金属碳酸氢盐、碳酸盐和氢氧化物如碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾等，氨水，由低级烷基取代的仲胺或叔胺(低级烷基如甲基、乙基、丙基、异丙基、叔丁基)，特别是二-或三-(C1-4烷基)胺，及其相应的季铵盐。在制备化合物(VIII)碱性盐过程中所用的碱也可以选自上述的碱。
对每摩尔化合物(I)而言，碱的用量通常是在约1-约100摩尔，优选在约1-约10摩尔范围内。上述碱可以合适的至少两种碱的混合物使用。
在本发明方法的第一步，可以采用碱性离子交换树脂作为所述的碱。这样的碱性离子交换树脂可以适当地从这类反应中常用的碱性离子交换树脂中选择，并且可以是可使化合物(I)和化合物(VIII)进行反应的任何碱性离子交换树脂。强碱性或弱碱性的离子交换树脂均可采用，但采用弱碱性离子交换树脂是优选的。
上述碱性离子交换树脂的典型实例包括通过首先将具有三维网链结构的大分子基质树脂氯甲基化，然后胺化所得的产物制备的树脂，具有三维网链结构的大分子基质实例包括主要组分单体如苯乙烯和交联单体如二乙烯基苯的共聚物或丙烯酸聚合物。
这样的碱性离子交换树脂是已知的，特别如下文所述：SaishinKobunshi Zairyo Gijutsu Soran(Manual of Up-to-Date PolymerMaterials and Technology)，December9，1988，Tekku Shuppan KabushikiKaisha，pp.301-304.
而且，这些碱性离子交换树脂可从许多公司购得。可在本发明中使用的典型的可购得的碱性离子交换树脂为：DiaionWA-10，WA-11，WA-20，WA-21，WA-30(Mitsubishi ChemicalCorp.)，AmberliteIRA-35，IRA-93ZU，IRA-94S(ORGANO CORP.)，和LewatitMP-62，MP-64，AP-49，CA-9222(MitsuiToatsu Chemicals，Inc.)。除了这些，许多其它碱性离子交换树脂也可以采用，只要它们是碱性离子交换树脂。
碱性离子交换树脂的量不需要严格控制。总的来说，对每摩尔化合物(I)而言，对应于其交换能力的碱性离子交换树脂的用量是在约1-约100摩尔，优选在约1-约10摩尔范围。
该反应第一步所用的反应溶剂是能够将一定量的化合物(I)、化合物(VIII)和碱溶解，而又不影响反应的任何溶剂或任何溶剂混合物。应当理解离子交换树脂不必溶解。因此在其它有机溶剂和水中可用的反应溶剂包括酮如丙酮、甲基乙基酮、二乙基酮、甲基异丁基酮等，酯如甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯等，脂族醇如甲醇、乙醇、丙醇等，醚如二乙醚、二异丙基醚、二丁基醚、四氢呋喃、二噁烷等，卤代烃如二氯甲烷、氯仿、溴仿、四氯化碳等，硝基烷如硝基甲烷、硝基乙烷、硝基丙烷等，腈如乙腈，丙腈，丁腈，戊腈等。特别优选的是水或水溶的有机溶剂，它们选自多种上述的溶剂。对每份化合物(I)而言，溶剂的量通常是在约1份-约100份重量，优选是在约5份-约20份重量。
反应第一步通常是在大气压下进行，但是如果需要也可以在加压下进行。反应温度通常是-20℃至110℃，优选0℃至80℃。反应时间取决于反应温度、反应物的浓度、所采用的化合物(VIII)的摩尔数等，但通常是在0.1-24小时，优选0.5-8小时。
对于上述反应的进一方面，化合物(I)、化合物(VIII)和碱的混合方式没有特别限制。典型地，将化合物(I)分散于上述反应溶剂中以制备分散液，向此分散液中加入同时含有化合物(VIII)和碱的溶液。但是化合物(I)、化合物(VIII)和碱不需要完全溶解。反应体系可以是均相或多相体系。反应在密闭或敞口的容器中进行。反应完成后，如果需要，将反应混合物冷却到约0℃-约10℃，并通过过滤收集所得的晶体。按这种方法，可以得到高产率的所需化合物(II)。第二步
将化合物(II)转化为式(III)的7-苯基乙酰氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸(下文称之为“化合物(III)”)，可采用在日本特许公开(kokoku)号H6-4638(4638/1994)中公开的方法。
因此，这个脱酯化反应是在苯酚化合物、任选酸存在下进行的。
在本发明中可采用的苯酚化合物包括苯酚、间甲苯酚、邻甲苯酚、对甲苯酚等。也可以采用含有一或多个酚羟基的其它化合物。
相对每摩尔化合物(II)而言，苯酚化合物在反应中的用量是约1-约1000摩尔，优选约5-约100摩尔。
在这个反应中，如果需要，可用酸来加速反应。用于这一目的的酸包括无机酸如盐酸、硫酸、硝酸、磷酸等和有机酸如甲酸、乙酸、丙酸、三氟乙酸等。也可采用其它酸性物质。酸是作为使反应容易进行的催化剂起作用，因此，酸可以任何适当的方式加入。而且酸的加入不是一定必须的。当采用酸时，相对每份重量化合物(II)而言，酸的用量通常不超过约10份重量，优选约0.01-1份重量。
在这个反应中，苯酚化合物也作为溶剂。因此反应可在没有溶剂下进行。但是如果需要可以采用溶剂。所述的溶剂包括酮如丙酮、甲基乙基酮、二乙基酮、甲基异丁基酮等，酯如甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯等，脂族醇如甲醇、乙醇、丙醇等，醚如二乙醚、二异丙基醚、二丁基醚、四氢呋喃、二噁烷等，卤代烃如二氯甲烷、氯仿、溴仿、四氯化碳等，硝基烷如硝基甲烷、硝基乙烷、硝基丙烷等，腈如乙腈、丙腈、丁腈、戊腈等。这些溶剂可单独或混合使用。
反应通常是在大气压下进行，但是如果需要也可在加压下进行。反应温度通常是-20℃至110℃，优选0℃至80℃。反应时间取决于反应温度、反应物的浓度、苯酚化合物的量、酸催化剂的量等，但通常是0.1-24小时，优选0.5-8小时。
上述反应中，对于所用的化合物(II)和苯酚化合物以及酸催化剂的混合方式没有特别限制。例如可将化合物(II)加到苯酚化合物中或加到苯酚化合物于所述溶剂的溶液中，其中可任选含有所述的酸催化剂。但是应当理解化合物(II)和酸不需要完全溶解。反应体系可以是均相或多相体系。反应在密闭或敞口的容器中进行。
反应完成后，用碱水溶液提取产物化合物(III)。碱水溶液可以是任何下述碱的水溶液：碱金属碳酸氢盐、碳酸盐和氢氧化物如碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾等，氨水，由低级烷基取代的仲胺或叔胺(低级烷基如甲基、乙基、丙基、异丙基、叔丁基)，特别是二-或三-(C1-4烷基)胺，及其相应的季铵盐。溶液的浓度优选约1％至约10％重量，但并不局限于此范围。
然后，将酸加到含水提取物中直到pH达到某一使得晶体开始沉淀的数值。上述酸可以从大量酸性物质中适当选择，例如，无机酸如盐酸、硫酸、硝酸、磷酸等有机酸如甲酸、乙酸、丙酸等。通过过滤收集沉积的晶体，以高产率和高纯度得到所需的化合物(III)。
但是，上述化合物(III)的含水提取物经过合成吸附剂和离子交换树脂纯化后，可以直接进行下一步骤。
用于上述纯化的合成吸附剂或离子交换树脂包括可以除去反应第二步所用的苯酚化合物和溶剂，并且痕量存在于含水提取物中的大量合成吸附剂或离子交换树脂。
所说合成吸附剂的典型实例是多孔交联聚合物，它们是通过苯乙烯、甲基丙烯酸酯、乙烯基吡啶等与交联单体如二乙烯基苯的溶液聚合作用制备的。
可用的离子交换树脂包括但不限于前面第一步描述的碱性离子交换树脂，也包括酸性离子交换树脂。典型的酸性离子交换树脂是通过将磺酸、羧酸或磷酸基团引入到三维网链聚合物基质制得的。所说的三维网链聚合物基质的实例包括苯乙烯和交联单体如二乙烯基苯的共聚物，或丙烯酸聚合物或甲基丙烯酸聚合物。
上述合成吸附剂和离子交换树脂是已知的，具体如下文所述：SaishinKobunshi Zairyo-Gijutsu Soran(Manual of Up-to-Date PolymerMaterials and Technology)，December9，1988，Tekku Shuppan KabushikiKaisha，pp.301-306.
而且这些合成吸附剂和离子交换树脂可从数家公司购得。在本发明实践中，优选采用可在市场上获得的产品如下所述DiaionHP series，SP series，WK series(WK-10，WK-11，WK-20)，WA series(WA-10，WA-11，WA-20，WA-21，WA-30)(均由Mitsubishi ChemicalCorp.得到)，AmberliteR AXT series(e.g.AXT-33，ORGANO CORP.)，IRA series(IRA-35，IRA-93ZU，IRA-94S)(ORGANOCORP.)，以及LewatitMP-62，MP-64，AP-49和CA-9222(Mitsui ToatsuChemicals，Inc.)。也可采用通常使用的其它合成吸附剂和离子交换树脂。
当采用这样的合成吸附剂和交换树脂时，优选将其装填于柱中并使所说的含水提取物通过该柱。第三步
然后，将化合物(III)转化为式(IV)7-氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸(下文称之为“化合物(IV)”)的反应是采用固定化的盘尼西林G-酰胺酶通过脱酰化反应除去苯乙酰基进行的。
在此酶催化反应中所用的固定化盘尼西林G-酰胺酶可从任何微生物中衍生得到。因此可用例如是从下述菌属的微生物衍生得到的酶：埃希氏菌属如大肠杆菌(ATCC-9367，ATCC-11105和NCIB-6743)，杆菌属细菌如
Bacillus
gaterium(ATCC-14945)，产碱菌属如粪产碱菌(MB-10)，节杆菌属如Arthrobactor
Viscosus(ATCC-12594)，诺卡菌属如
Nocardia
SP.(ATCC-13655)，链霉菌属如生二素链霉菌(SPSL-15)和克罗非菌属如
Kluyvera Citrophila(KY-7844)。除了上述酶外，也可采用其它具有盘尼西林G-酰胺酶活性的酶。这些酶是已知的并且特别描述在日本公开特许(kokai)H2-138188(138188/1990)中。
本发明采用的固定化的盘尼西林G-酰胺酶是采用常规的已知方法，通过将所述的盘尼西林G-酰胺酶固定于任何已知的不溶载体如树脂上而制备的，这是本领域常用的。
本发明采用的固定化的盘尼西林G-酰胺酶是可从市场上得到的产品。这些可由市场上获得的产品实例为载体-固定化的盘尼西林G-酰胺酶，其市售商品名为“PGA-450”和“PGA-150”，均由Boehringer-Mannheim生产，它们均易获得。
所述的固定化的盘尼西林G-酰胺酶的用量可在很宽的范围内适当选择并且不需要严格控制，但是，相对每克化合物(III)来说，该用量通常是在约1U-约100kU，优选约10U-约1kU范围内。
反应的pH值范围是6-10，优选7-8。用来控制pH的碱包括碱性离子交换树脂，碱金属碳酸氢、碳酸盐和氢氧化物如碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾等，氨水，由低级烷基取代的仲胺或叔胺(低级烷基如甲基、乙基、丙基、异丙基、叔丁基等)，特别是二-或三-(C1-4烷基)胺，及其相应的季铵盐等。这些碱可以单独或适当结合使用。
碱性离子交换树脂可为与第一步有关的所述碱性离子交换树脂。
只要不影响反应，对控制pH的碱的浓度没有限制。
反应温度不应高到使酶失活，通常是在约10℃-约40°，优选在约20℃-约35℃范围内。
通常反应溶剂优选是水，但是如果需要，只要对酶、化合物(III)和产物化合物(IV)没有不良影响，可加入下述有机溶剂如低级脂肪酸酯，例如乙酸乙酯、乙酸丁酯等，和低级脂族醇如甲醇、乙醇、异丙醇等。水或水与有机溶剂的混合物的用量不需要严格控制，并且可在很宽的范围内适当选择。这样，相对于每份重量化合物(III)而言，溶剂的用量是约1-约10,000份重量，优选约10份-约100份重量。
除非影响反应的进行，起始化合物(III)、酶和溶剂的混合方式并不重要。一般来说，是将化合物(III)和酶加到溶剂如水中，并在上述的温度和pH范围内搅拌所得的混合物。反应通常在大气压下进行，但是如果需要也可在加压下进行，反应容器可以是密闭或敞口的。
在其它因素中，反应时间取决于反应温度、反应物浓度和相对于化合物(III)而言的酶用量，但是通常在约0.1-约24小时，优选在约0.1-约8小时范围内。
反应完成后，滤除催化剂并用酸将滤液调至等电点(pH3.8)，使得化合物(IV)沉淀。通过过滤收集晶体，定量得到高纯度化合物(IV)。
如上所述，制备化合物(IV)的传统方法(该方法包括将2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-巯基引入到7-氨基头孢烷酸衍生物的3-位甲基上)的反应效率、化合物(IV)纯度和花费均不令人满意。
与此对照，根据包括上述第一步、第二步和第三步的本发明方法，可以得到高产率和高纯度的中间体化合物(IV)。第四步
为了由化合物(IV)(称之为混合酸酐方法)得到所需的式(V)化合物，使化合物(IV)与混合酸酐反应。(a)制备混合酸酐
可以通过例如下述方法制备本发明所用的混合酸酐。因此，在碱存在下在有机溶剂中，使式(VI)的1H-四唑-1-乙酸与式(VII)的酰卤或卤代碳酸烷基酯反应：
其中Y表示卤原子如氯、溴或碘原子，和R2表示可被一或多个卤原子取代的具有1-7个，优选2-5个，碳原子的低级烷基，或者R2表示可被一或多个卤原子取代的具有1-7，优选2-5个，碳原子的低级烷氧基。
对式(VII)化合物而言，R2表示的基团是C1-7，优选C1-5烷基或烷氧基或卤代烷基或卤代烷氧基，相应所述的烷基或烷氧基可被1-14，优选1-5，更优选1-2个卤原子所取代。卤原子可为例如氯、溴或碘原子。
可与式(VI)1H-四唑-1-乙酸一起制备所述混合酸酐的式(VII)化合物(下文称之为“化合物(VII)”)可以是所述的含有2-8个，优选3-6个碳原子的低级脂肪酸酰卤。具体地说，可为乙酸、丙酸、新戊酸、戊酸、异戊酸等的酰卤(氯、溴、碘)，溴乙酰氯，2-氯丙酰氯，3-氯丙酰氯，4-氯丁酰氯等。
也可由式(VII)表示的卤代碳酸烷基酯包括其中由R2表示的烷氧基是C1-7，优选C1-4的烷氧基，如甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基或叔丁氧基以及由Y表示的卤原子是氯、溴或碘原子的化合物。
为了制备上述混合酸酐，相对每摩尔式(VI)1H-四唑-1-乙酸而言，化合物(VII)的用量通常是在约1-约50摩尔，优选约1-约10摩尔。
在这一反应所采用的碱可为碱性离子交换树脂，碱金属碳酸氢盐、碳酸盐和氢氧化物如碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾等，氨水，由低级烷基取代的仲胺或叔胺(低级烷基如甲基、乙基、丙基、异丙基、叔丁基等)，特别是二-或三-(C1-4烷基)胺，及其相应的季铵盐。这些碱可以单独或适当结合使用。
碱性离子交换树脂可以是与第一步有关的所述碱性离子交换树脂。
相对于每摩尔化合物(VI)而言，碱的用量通常是在约0.1-约50摩尔，优选约0.5-约10摩尔。(如果是碱性离子交换树脂，则是相对于每摩尔化合物(VI)而言，对应其交换能力的树脂的用量约0.1-约50摩尔，优选约0.5-10摩尔。)
为了制备混合酸酐，最优选是所用的化合物(VI)、化合物(VII)和碱等摩尔比或基本上等摩尔比。
在制备所述的混合酸酐时所用的有机溶剂包括各种酮如丙酮、甲基乙基酮、二乙基酮、甲基异丁基酮等，酯如甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯等，脂族醇如甲醇、乙醇，丙醇等，醚如二乙醚、二异丙基醚、二丁基醚、四氢呋喃、二噁烷等，卤代烃如二氯甲烷、氯仿、溴仿、四氯化碳等，硝基烷如硝基甲烷、硝基乙烷、硝基丙烷等，腈如乙腈、丙腈、丁腈、戊腈等，并且这些溶剂可以单独或混合使用。在上述溶剂中，特别优选卤代烃和醚。
对每份化合物(VI)而言，有机溶剂的量通常是约1份-约1000份重量，优选是约5份-约100份重量。
反应条件可按常规所用的条件适当选择。一般地，反应温度通常是约-50℃至约50℃，优选约-30℃至约10℃。反应时间通常是约0.1-约24小时，优选约0.1-约8小时。
反应完成后，优选将反应混合物保持在约0℃0-约8小时使得混合酸酐老化。(b)混合酸酐与化合物(IV)的反应
这样制备的相应混合酸酐在碱存在下在有机溶剂中，与式(IV)7-氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸反应，得到式(V)7-(1H-四唑-1-基)-乙酰氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸。
在该反应中，相对于每摩尔化合物(IV)而言，混合酸酐的用量是约1-约50摩尔，优选约1-约10摩尔。作为混合酸酐，从前面步骤(a)得到的反应混合物可如此使用。由于反应混合物中含有得到的混合酸酐是约60％至约80％，因此在上述范围内选择混合酸酐和化合物(IV)的用量时应将这种情况考虑在内。
在这一反应中，所用的碱包括在“(a)制备混合酸酐”中所述的碱。相对于每摩尔化合物(IV)而言，碱的用量通常是约1-约100摩尔，优选约1-约30摩尔。(如果是碱性离子交换树脂，则是相对于每摩尔化合物(IV)而言)，对应其交换能力的树脂的用量为约1-约100摩尔，优选约1-约30摩尔。)可以采用合适比例的碱不只一种。
在这个反应中所用的有机溶剂可以是任何种类的有机溶剂或溶剂混合物，其中化合物(IV)和混合酸酐至少可部分溶解并且溶剂不影响反应的进行。在其它有机溶剂中，溶剂的实例包括酮如丙酮、甲基乙基酮、二乙基酮、甲基异丁基酮等，酯如甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯等，脂族醇如甲醇、乙醇、丙醇等，醚如二乙醚、二异丙基醚、二丁基醚、四氢呋喃、二噁烷等，卤代烃如二氯甲烷、氯仿、溴仿、四氯化碳等，硝基烷如硝基甲烷、硝基乙烷、硝基丙烷等，腈如乙腈、丙腈、丁腈、戊腈等。特别优选卤代烃和醚。
对每份重量化合物(IV)而言，溶剂的用量是1-100份重量，优选5-20份重量。
反应通常是在大气压下进行，但是如果需要也可在加压下进行。反应温度通常是-50℃至110℃，优选-30℃至10℃。反应时间取决于反应温度、反应物的浓度以及混合酸酐的用量，但通常是0.1-24小时，优选1-8小时。
上述步骤中化合物(IV)、混合酸酐和碱的混合方式并不关键。因此，例如将化合物(IV)于所说有机溶剂中的均相溶液。逐步加到前面制备的混合酸酐溶液中。碱的加入时间并不关键，只要碱的加入在所述化合物(IV)溶液与混合酸酐混合之前即可。
这样得到的所需化合物(V)即头孢唑啉，可以通过常规方法分离和纯化。优选的纯化方法包括将水加到反应混合物中以将头孢唑啉提取到水层中，并调节pH呈酸性，接着重结晶。如果需要，按常规方法，对上述步骤得到的水层进行活性炭处理或用合成吸附剂或离子交换树脂处理，这些方法在第三步举例说明。
因此，按照本发明，以化合物(I)为起始原料，进行上述的第一、第二、第三和第四步，可以得到高纯度的头孢唑啉。
而且，通过进行所述的第一、第二和第三步骤，可以高产率和高纯度，不需任何纯化制备得到用于制备头孢唑啉的中间体，即式(IV)7-氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸，其结果就是最终产物头孢唑啉也可以高产率和高纯度得到。
实施例
下述实施例仅仅是进一步详细说明本发明并非以任何方式限制本发明的范围。
应当理解在第一、第二和第三步骤各个步骤得到的中间体和第四步得到的头孢唑啉均是已知化合物。对中间体和头孢唑啉进行波谱分析，即IR，NMR和质谱以及高压液相色谱(HPLC)，所得的数据与真正样品相应的数据一致，从而确认了结构。实施例1(1)第一步制备7-苯基乙酰氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸对甲氧基苄基酯
向体积200ml的四口烧瓶加入10g 7-苯基乙酰氨基-3-氯甲基-3-头孢烯-4-羧酸对甲氧基苄基酯(这里简称为“GCLE”)和100ml丙酮，并在搅拌下将混合物加热到35℃。在这个方法中，大部分GCLE并未完全溶解只是形成了浆状物。
另一方面，将3.3g 5-甲基-2-巯基-1，3，4-噻二唑溶于22.6ml 1N氢氧化钠水溶液中。在20-30分钟内将此溶液滴加入上述浆状物中。滴加完时，浆状物变成均相溶液，并且在几分钟内出现结晶。
滴加完后10分钟，加入4.2m 10.5 N-盐酸并搅拌混合物10分钟，然后滴加入89ml水，将反应混合冷却到5℃或更低使结晶和老化1小时。
老化后，通过吸滤收集7-苯基乙酰氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸对甲氧基苄基酯(下文简称为GTDE)晶体并用10ml冷丙酮洗涤。在高达40℃下真空干燥这样得到的晶体后得到11.64g干燥GTDE(产率97％)。(2)第二步制备7-苯基乙酰氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸
向体积200ml的四口烧瓶加入60ml间甲苯酚和0.24ml浓硫酸并将它们加热到35℃。然后向其中加入10g无水GTDE并反应，反应温度控制在30-40℃范围内，反应在监测下进行2-3小时。
反应完成后，加入200ml乙酸丁酯并将混合物冷却到5℃或更低。向此冷却的反应混合物中加入65ml 4％碳酸氢钠水溶液以提取7-苯基乙酰氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸(下文简称为GTDA)到水层中，然后分离。然后再向乙酸丁酯/间甲苯酚层中加入10ml水，并将剩余的GTDA进一步提取到水层中。混合两次含水GDTA提取物用30ml乙酸丁酯洗涤，并放弃乙酸丁酯层。
使所得的GTDA-钠溶液通过高多孔树脂珠柱(25ml，AXT-33树脂，ORGANO CORP.产品)。然后用75ml水洗涤该柱。(3)第三步制备7-氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸
将上述第二步的含水GTDA提取物(以碳酸氢钠水溶液形式)和过柱的洗液合并，然后加到含有4g载体-固定盘尼西林G-酰胺酶(商品名“PGA-450”，Boehringer-Mannheim产品)的酶催化反应器中，并在搅拌下分别保持反应温度和pH在28℃和7.7-8.1情况下，进行酶催化的脱酰化反应。
用1N-氨水控制pH值。氨水的消耗停止，然后证实了反应终点。当反应完成时，过滤酶并用蒸馏水洗涤。
将几乎定量制得的7-氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸(下文简称为“ATDA”)的溶液冷却到5℃或更低，并用3N盐酸将pH调至3.8。调整pH后，在5℃或更低温度下使溶液老化。通过过滤收集沉淀的ATDA晶体，并用20ml冷水，然后用20ml丙酮洗涤。在不超过40℃下真空干燥这样得到的ATDA晶体，得到5.55g干燥ATDA(基于GTDE，第二步和第三步共同的总产率是94％)。(4)第四步合成头孢唑啉(i)制备混合酸酐
在体积100ml的四口烧瓶中装有3.72g 1H-四唑-1-乙酸和40ml二氯甲烷，接着加入2.94g三乙胺，并将混合物冷却到-10℃。在-10℃或更低温度下加入3.32g新戊酰氯。然后将温度调至0℃并在此温度下使混合物老化1小时。(ii)制备ATDA的二氯甲烷溶液
在体积100ml的四口烧瓶中装有4.3g二异丙基胺和30ml二氯甲烷，将2.94g ATDA溶于此二氯甲烷溶液中并冷却到-20℃或更低。(iii)合成头孢唑啉的反应
在20-30分钟内在温度-20℃或更低温度下，向前面(i)制备的混合酸酐溶液中，滴加入上述(ii)制备的ATDA的二氯甲烷溶液。
滴加完后，停止冷却并在室温搅拌混合物30分钟。确定反应终点后，向反混合物中加入60ml水以提取头孢唑啉，并分离水层。然后向二氯甲烷层中加入40ml水以进一步提取头孢唑啉。合并两次头孢唑啉提取物并调整pH至4.5。
然后向此头孢唑啉的含水提取物中加入30ml二氯甲烷。搅拌混合物，分离各相并放弃二氯甲烷相。向水相中加入1.5g活性炭并搅拌混合物15分钟。然后滤除活性炭，并用3N盐酸调节滤液pH至2使其在5℃或更低温度下结晶和老化1小时。老化后，通过过滤收集头孢唑啉晶体并用20ml冷水洗涤。在40℃或更低温度下真空干燥晶体，得到6.07g(产率92％)的头孢唑啉晶体。
Claims (9)
1 制备式(V)7-(1H-四唑-1-基)-乙酰氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸的方法：
该方法包括步骤：
(i)在碱存在下在至少一种选自有机溶剂和水的溶剂中，使式(I)化合物
其中X表示卤原子和R1表示羧基保护基，与式(VIII)2-甲基-5-巯基-1，3，4-噻二唑反应或者在至少一种选自有机溶剂和水的溶剂中，使式(I)化合物与式(VIII)化合物的碱性盐反应，得到式(II)化合物：
其中R1表示羧基保护基，
(ii)在苯酚化合物存在下使式(II)化合物进行脱酯化反应，得到式(III)7-苯基乙酰氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸：
(iii)采用固定化的盘尼西林G-酰胺酶使式(III)化合物进行脱酰化反应脱去苯乙酰基，得到式(IV)7-氨基-3-(2-甲基-1，3，4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸
(iv)在碱存在下在有机溶剂中，使式(IV)化合物与混合酸酐反应，其中混合酸酐是在碱存在下在有机溶剂中，通过式(VI)1H-四唑-1-乙酸与式(VII)酰卤或卤代碳酸烷基酯的反应制备，其中Y表示卤原子和R2表示可被一或多个卤原子取代的具有1-7个碳原子的低级烷基或者R2表示可被一或多个卤原子取代的具有1-7个碳原子的低级烷氧基。
2 根据权利要求1的方法，其中式(I)中的X表示氯、溴或碘原子，和式(I)和式(II)中的R1表示对甲氧基苄基、二苯甲基或叔丁基。
3 根据权利要求1的方法，其中在步骤(i)中所用的碱选自碱金属碳酸氢盐、碱金属碳酸盐和碱金属氢氧化物，氨水，二-或三-(C1-4烷基)胺，及其相应的季铵盐和碱性离子交换树脂。
4 根据权利要求1的方法，其中在步骤(ii)中所用的苯酚化合物是苯酚、间甲苯酚、邻甲苯酚或对甲苯酚。
5 根据权利要求1的方法，其中在步骤(ii)苯酚化合物中，式(II)化合物的脱酯化反应是在酸存在下进行的。
6 根据权利要求1的方法，该方法进一步包括用碱水溶液对步骤(ii)脱酯化反应后得到反应混合物进行提取，用合成吸附剂或离子交换树脂纯化，以及在步骤(iii)中将纯化产物脱酰化脱去苯乙酰基。
7 根据权利要求1的方法，其中在步骤(iii)中所用的固定化盘尼西林G-酰胺酶是具有盘尼西林G-酰胺酶活性的酶。
8 根据权利要求1的方法，其中(VII)中R2表示C1-5烷基或烷氧基或被1-5个卤原子取代的C1-5烷基或烷氧基。
9 根据权利要求1的方法，其中在步骤(iv)所用的碱是选自下述的至少一种碱：碱性离子交换树脂、碱金属氢氧化物、碱金属碳酸氢盐、碱金属碳酸盐、二-或三-(C1-4烷基)胺，及其相应的季铵盐。
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