CS264223B1 - Způsob výroby N-(2-fosfonylmethoxyethyl)derivátů heterocykiických bází - Google Patents

Abstract

Řešení spadá do oboru nových analogů nukleotidů a poskytuje výhodnější způsob výroby virostatik. Podstatou řešení je nový způsob výroby N9-(2-fosfonylmethoxyethyl)purinů a N’-(2-fosfonylmethoxyethyl)pyrÍmidinů, založený na reakci sodné sole příslušné volné nebo N-chráněné heterocyklické báze s diethylesterem 2-bromethoxymethanfosfonové kyseliny a následujícím štěpením vzniklého meziproduktu trimethylhalogensilanem.

Description

Předmětem vynálezu je způsob výroby N-(2-fosfonylmethoxyethyl) derivátů heterocyklických bází 9-(2-Fosfonylmethoyethyl)adenin (PMEA) je nové virostatikum se širokým spektrem účinnosti proti DNA-virům (herpesviry, poxviry) a retrovirům (AO 263 952). Ve skupině herpesvirů, které jsou příčinou četných onemocnění s nebezpečnými komplikacemi, působí PMEA podobně jako 9;(S)-(3-hydroxy-2-fosfonylmethoxypropyl)adenin (HPMPA) i v těch jřípadech, kdy ostatní virostatika včetně acydoviru často selhávají. Ačkoliv účinnost ⁵MEA je oproti HPMPA snížená, může první z nich skýtat určité výhody, protože jeho příprava není podmíněna enantiomerní homogenitou ani isomerní jednotností preparátu.

Dosavadní způsob přípravy látky PMEA spočíval v kondensaci N-chráněného 9-(2-hydroxyethyl)adeninu s diestery p-toluensulfonyloxymethanfosfonové kyseliny, následujícím odstraněním chránící skupiny a odštěpením esterově vázaných alkylskupin působením trialkylhalogensilanů (AO 263 951). Tento postup vyžaduje předchozí přípravu 9-(2-hydroxyethyl)adeninu (např. podle A. Holý, J. Kohoutková, A. Merta, I. Votruba: Collect. Czechoslov. Chem. Commun. 51, 459 (1986)). N-(2-hydroxyethyl)deríváty tohoto typu by byly zapotřebí jako výchozí suroviny pro provedení obdobné reakce kpřípravě N-(fosfonylmethoxyethyl)derivátů odvozených od jiných heterocyklických bází. Dále vyžaduje uvedený postup zavedení chránící skupiny do všech poloh heterocyklické báze schopných reagovat s hydridem sodným.

Tuto nevýhodu odstraňuje předmětný vynález obecného způsobu výroby N-(2-fosfonylmethoxyethyl)derivátů heterocyklických bází obecného vzorce I kém rozpouštědle, s výhodou v acetonitrilu, směs se dále rozloží v neutrálním nebo alkalickém prostředí a látka obecného vzorce I se ze směsi získá odsolením a ionexovou chromatografií. Postup podle vynálezu lze alternativně modifikovat tak, že po reakci s látkou vzorce II se směs zpracuje vodným 1—2 mol. Γ¹ roztokem hydroxidu sodného při 60-100 °C, a po neutralisaci a deionisaci zpracuje dále trimethylhalogensilanem.

Klíčovým meziproduktem tohoto postupu je nový reaktivní derivát substituované fosfonové kyseliny vzorce II, který se získá postupem, vycházejícím ze snadno dostupného 1,3-dioxoIanu: působením acetylchloridu nebo acetyl bromidu (lépe v přítomnosti katalyzátoru, např. chloridu zinečnatého) se z 1,3-dioxolanu připraví ve vysokém výtěžku 2-acetoxyethoxymethylhalogenid (viz B. A. Arbuzov, Ε. N. Ukhvatova: Zh. obshch. Khim. 29, 503 (19591), který Arbuzovovou reakcí s trialkylesterem rosforité kyseliny přejde při zvýšené teplotě na příslušný substituovaný ester fosfonové kyseliny. Tato reakce lépe probíhá s triethylfosfitem, takže získaný produkt reakce, isolovaný frakční destilací reakční směsi, je diethylester vzorce IV

CH₃COOCH₂CH₂OCH₂P(OXOC₂H₅)₂ (IV)

K odštěpení acetylskupiny lze s výhodou použít např. heterogenní reakci látky vzorce IV s ethanolem v přítomnosti silně kyselého katexu v kyselé formě (např. Dowexu 50). Reakce probíhá při teplotě varu směsi a může být stejně dobře provedena v homogenní směsi, jestliže se použije jiná vhodná, např. minerální kyselina. Touto reakcí se získá diethylester kyseliny

2-hydroxyethoxymethanfosfonové vzorce V,

B-CH₂CH₂OCH₂P(O)(OH)₂ (0

HOCH₂CH₂OCH₂P(0)(OC₂H₃)₂ (V) kde B je purin-9-ylový nebo pyrimidin-l-ylový zbytek a jejich soli s alkalickými kovy, vyznačující se tím, že sodná sůl heterocyklické purinové nebo pyrimidové báze, jejího N-acetyl, N-benzoyl-, N-dimethylaminomethylen- nebo O-methylderivátu uvede do reakce s 1 až 1,5 molární ekvivalenty, vypočteno na heterocyklickou bázi, diethylesteru 2-bromethoxymethanfosfonové kyseliny vzorce II

BrCH₂CH₂OCH₂P(O)(OC₂H₅)₂ (II) v dimethylformamidu jako rozpouštědle při teplotě 80 °C až 120 °Č, vzniklý meziprodukt obecného vzorce III

B'-CH₂CH₂OCH₂P(O)(OC₂H₅)₂ (III) kde B^z má stejný smysl jako B ve vzorci I nebo je zbytkem N-acetyl-, Ν-benzoyl-, N-dimethylaminomethylen- nebo O-methylderivátu báze B ve vzorci I, se isoluje chromatografií, s výhodou na silikagelu, načež se podrobí reakci s 3 až 5 molárními ekvivalenty trimethylhalogensilanu, vztaženo na látku vzorce III, s výhodou trimethylbromsilanu, v intertním aprotickterý může být ze směsi získán destilací ve vysokém vakuu; jeho isolace však není bezpodmínečně nutná. Uvedenou sekvencí se látka vzorce V získá z 1,3-dioxolanu v dostatečně vysokém výtěžku, bez zvláštních nároků na zařízení a chemikálie. Příprava může být bez obtíží provedena i ve větším měřítku.

Látka vzorce V může být převedena na reaktivní 2-halogenderivát, např. látku vzorce II nej různějšími činidly, které nenapadají diesterovou funkci molekuly, např. působením tetramethyl-a-halogenenaminů (A. Devos, J. Renion,

A. M. Frisque-Hesbain, A. Colens. L. Ghozes: J. Chem. Soc. Chem. Comm. 1979, 1 180), s výhodou působením činidla vzniklého z trifenylfosfinu a bromidu uhličitého nebo bromu (J. P. H. Verheyden, J. G. Moffatt: J. Org. Chem. 37,' 2 289 (1972)). Reakce se provede v dimethylformamidu nebo dioxanu jako rozpouštědle. Použije se malého přebytku obou složek vzhledem k hydroxyethylderivátu vzorce V, který musí být před reakcí destilován nebo zbaven ethanolu jiným způsobem (např. kodestilací s toluenem). Průběh reakce lze kontrolovat např. tenkovrstevnou chromatografií na silikagelu. Reakční produkt vzorce II lze ze směsi ' O¹·A

Bo

... ' · 'u účinně isolovat chromatografií, např. na silikagelu, nebo může být částečně vyčištěn srážením reakční směsi etherem, který rozpouští látku vzorce II. Opakováním tohoto postupu (novou extrakcí odparku etherového roztoku směsí petroletheru a etheru) se získá látka vzorce II dostatečně čistá pro další použití. Čištění látky vzorce II destilací ve vysokém vakuu není žádoucí.

Heterocyklická báze potřebná pro reakci s látkou vzorce II se může použít po předchozim vysušení (např. destilací s dimethylformamidem ve vak.uu) přímo. U látek, které obsahují bázické aminoskupiny (deriváty cytosinu, guaninu) a zvláště tam, kde výchozí báze je špatně rozpustná v dimethylformamidu, je vhodné její aminoskupinu předem chránit, aby se předešlo • případné vedlejší reakci. K tomu účelu jsou vhodné N-acyl. (N-acetyl, N-benzoyl)deriváty nebo N-dimethylaminomethylenderiváty, získané reakcí báze s acetaly dimethylformamidu. V těch případech, kdy substituce sodné soli heterocyklické báze může vést ke směsi isomerů (např. u derivátů uracilu, thyminu), je možné zajistit jednotný vznik N-isomeru např. použitím

O-alkylderivátu heterockylické báze.

Heterocyklická báze nebo její derivát (viz výše) se s výhodou převedou na sodnou sůl přímo v reakčním prostředí - dimethylformamidu - reakcí s ekvimolárním množstvím hydridu sodného. U N-chráněných bází je tuto reakci lépe provádět za chlazení ledem. Ke vzniklé sodné soli se při mírně zvýšené teplotě postupně přidá roztok látky vzorce II v dimethylformamidu a reakce se provádí obvykle při 80—100 °C za intenzivního míchání. V průběhu přípravy sodné soli i během vlastní reakce je třeba dodržovat bezvodé podmínky a zabránit přístupu vzdušné vlhkosti. Průběh reakce lze snadno kontrolovat např. tenkovrstvou chromatografií na silikagelu ve směsích chloroformu a methanolu. Složení reakční směsi se po 8 hodinách reakční doby obvykle již nemění.

Po odpaření rozpouštědla ve vakuu se surový produkt získá s výhodou extrakcí chloroformem z odparku reakční směsi. Je výhodné v tomto stadiu čistit meziprodukt vzorce III, např. chromatografií na silikagelu, od nezreagované báze či vedlejších produktů, není to však nezbytnou podmínkou pro další postup. Isolovaný (většinou krystalický) diester vzorce III se uvede do reakce s trimethyibromsilanem nebo trimethyljodsilanem; jako nejvhodnější se k tomu účelu osvědčil stálý a snadno dostupný trimethylbromsilan. Reakce se s výhodou provádí v acetonitrilu při teplotě místnosti, po dobu 18—24 h. Reakční směs se po odstranění rozpouštědla ve vakuu rozloží ve vodném prostředí, např. roztokem triethylaminu v 50% vodném acetonitrilu nebo těkavým pufrem, např. triethylamoniumhydrogenkarbonátem. Po novém odpaření se směs podrobí podmínkám potřebným pro odštěpení chránící skupiny, pokud je tato přítomna, směs se deionisuje a produkt vzorce I se konečně přečistí ionexovou chro. matografií na anexu (např. Dowexu 1 v kyselině octové nebo Sephadexu A—25 v triethylamoCS 264 223 Bl 4 niumhydrogenkarbonátu).

Surový meziprodukt vzorce III, který se získá extrakcí odparku reakční směsi po alkylaci sodné soli báze, se však může zpracovat přímo bez čištění: v takovém případě se nejprve za alkalických podmínek hydrolysuje jedna z obou esterových funkcí látky vzorce III. Získaný produkt, monoester vzorce VI

B-CH₂CH₂OCH₂P(OXOHXOC₂H₅) (VI) se doporučuje isolovat ionexovou chromatografií. Reakcí s trimethyibromsilanem v acetonitrilu nebo dimethylformamidu a dalším zpracováním, které je stejné jako při první variantě, se rovněž získá čistý produkt obecného vzorce

i.

Uvedená reakce může být použitá pro „přirozené“ purinové a pyrimidinové báze, jakož i pro jejich nejrůznější analoga, odvozená záměnou nebo substitucí typických funkcí (amino, oxo), substitucí systému, náhradou -CH= skupin heterocyklu skupinami -N= nebo obráceně. Výhodou je, že není zapotřebí připravovat a znovu specificky chránit N-(2-hydroxyethyl)deriváty příslušných heterocyklických bází; meziprodukty vzorce V lze připravit ve větším množství a přechovávat bez zvláštních opatření. I reaktivní bromderivát vzorce II je dostatečně stálý při 0°C až —10 °C po dobu nejméně několika týdnů.

Vzniklé látky vzorce I lze přechovávat jako volné kyseliny; ty však mohou být omezeně rozpustné ve vodě. S výhodou lze proto ke skladování doporučit alkalické (sodné, lithné) soli, které se získají neutralizací nebo iontovou výměnou.

Postup podle vynálezu je dále doložen příklady provedení výroby látek obecného vzorce I, aniž se tím jakkoliv omezuje.

Příklad 1.

K roztoku 3 g (10 mmol) diethylesteru kyseliny 2-hydroxyethoxymethanfosfonové ve 30 ml dimethylformamidu ochlazenému ledem se za míchání postupně přidá 2,63 g (10 mmol) trifenylfosfinu a 3,3 g bromidu uhličitého. Směs se ponechá stát 15 h při teplotě místnosti, odpaří se při 13 Pa a zbytek se znovu odpaří za týchž podmínek s 50 ml dimethylformamidu. Odděleně se připraví roztok sodné soli N⁴-acetylcytosinu přidáním 330 mg 60% disperse hydridu sodného v parafinovém oleji k suspensi 1,25 g

8,2 mmol) N⁴-acetylcytosinu v 50 ml dimethylormamidu, který se míchá 15 min při 100 °C. K tomuto roztoku se přidá roztok předchozího činidla v 50 ml dimethylformamidu, směs se zahřívá 40 min na 100 °C a poté míchá 24 h při teplotě místnosti. Odpaří se při 13 Pa, zbytek se zahřívá 8 h na 80 °C ve 100 ml 1 mol. 1~‘ hydroxidu sodného a deionisuje na sloupci 200 ml silně kyselého katexu (Dowexu 50) v H⁺-formě. Po vymytí sloupce voaou se cytosinový derivát eluuje 2,5% (o./o.) vodným amoniakem, eluát se odpaří a zbytek vysuší při 13 Pa. K tomuto odparku se přidá 30 ml acetonitrilu a 3,25 ml triCS 264 223 Bl methylbromsilanu, roztok se ponechá stát přes noc při teplotě místnosti, odpaří se při 2 kPa a zbytek se rozpustí v 10% roztoku triethylaminu (o./o.) v 50% vodném acetonitrilu (50 ml). Po třech hodinách se směs znovu odpaří při 2 kPa, deionisuje na sloupci 50 ml katexu stejně jako je uvedeno výše a odparek amoniakálního eluátu se čistí chromatografií na středně bázickém anexu (např. Sephadex A-25) elucí gradientem triethylamoniumhydrogenkarbonátu, pH

7,5 (0-0,15 mol. I^-1), produkt se převede na soudnou sůl prolitím odparku hlanví chromatografické frakce sloupcem 50 ml katexu v Na⁺formě, odpaří při 2 kPa a odparek se odsaje ze směsi ethanolu (5 ml) a etheru (50 ml), promyje etherem a vysuší při 13 Pa. Výtěžek: 35 % sodné soli l-(2-fosfonylmethoxyethyl)cytosinu, homogenní podle kapalinové a papírové chromatografie v soustavě 2-propanol-konc. vodný amoniak-voda (7:1:2, o./o.).

Příklad 2

Reakce se provede stejně jako je uvedeno v příkladu 1 s použitím sodné soli 4-methoxy-5-methyl-2-pyrimidinonu, připravené reakcí

1,54 g (10 mmol) této báze se 400 mg 60% disperse hydrodu sodného v 50 ml dimethylformamidu. Po zpracování reakční směsi 1 mol. Γ¹ hydroxidem sodným podle příkladu 1 se alkalická směs neutralizuje přidáním katexu v H⁺formě, suspense se alkalizuje tríethylaminem, filtruje a filtrát se odpaří při 2 kPa. Odparek se rozpustí v 10 ml vody a roztok se vnese na sloupec 200 ml oktadecyl-silikagelu (20 pm/ekviiíbrovaný 0,05 mol.l¹ triethylamoniumhydrogenkarbonátem, pH 7,5). Sloupec se eluuje lineárním gradientem (celkem 21) 0-30 % (o./o.) methanolu v témže pufru, frakce produktu (podle UV-absorbce eluátu) se odpaří, vysuší o kovanou destilací ethanolem při 2 kPa a na nec při 13 Pa nad oxidem fosforečným. Reál tohoto odparku s trimethylbromsilanem a další zpracování se provede podle příkladu 1 s výjimkou deionisace na katexu. Chromatografie na Sephadexu A-25 a převedení na sodnou sůl podle postupu z příkladu 1 poskytne sodnou sůl l-(2-fosfonylmethoxyethyl)thyminu ve výtěžku 42 %· Produkt je homogenní podle kriterií uvedených v příkladu 1.

?acoíce

Příklad 3

Látka vzorce II se připraví reakcí 21 g (0,1 mol) diethylesteru kysesliny 2-hydroxyethoymethanfosfonové v 200 ml dioxanu s 26,3 g (0,1 mol) trifenylfosfinu a 33 g bromidu uhličitého za míchání po dobu 24 h při 20 °C. Směs se odpaří při 2 kPa, přidá se 250 ml etheru, směs se míchá 20 min, dekantuje a zbytek znovu stejně zpracuje s dalšími 250 ml etheru. Spojené etherové roztoky se odpaří při 2 kPa a zbytek se extrahuje směsí ether-petrolether (1:1, o./o., 300 ml), znovu odpaří při 2 kPa a chromatografuje na sloupci 300 ml silikagelu v benzenu. Spojené podíly produktu se odpaří a vysuší při 13 Pa. Výtěžek 60-65 % látky vzorce II, jako bezbarvého oleje.

Směs 1,35 g (10 mmol) adeninu a 0,24 g hydridu sodného v 80 ml dimethylformamidu se míchá 1 h při 80 °C a během 3 h se za míchání při 80 °C přikape roztok 2,75 g (10 mmol) látky vzorce II v 10 ml dimethylformamidu, směs se zahřívá další 3 h na 80 °C a odpaří při 13 Pa. Odparek se extrahuje vroucím chloroformem (celkem 400 ml), extrakt se odpaří při 2 kPa a čistí chromatografií na sloupci 200 ml silikagelu postupnou elucí chloroformem a směsí ethanol-chloroform (5 :95, o./o.). Látka vzorce III (B'= adenin-9-yl) (kapalinová chromatografie na silikagelu v soustavě methanol-chloroform, 1 :4, o./o. R_F = 0,57) se ze spojených podílů získá krystalizací ze směsi ethylacetát - petrolether. Získá se 1,4 g (42,5 %) látky vzorce III (B' — adenin^-yi), 1.1.137 °C.

Tento produkt se rozpustí ve směsi 36 ml acetonitrilu a 2,4 ml trimethylbromsilanu, ponechá stát 16 h při teplotě místnosti a odpaří při 2 kPa. Odparek se kodestiluje s acetonitrilem (3 x 20 ml) za týchž podmínek a rozpustí ve směsi acetonitril-voda (1 :1, 30 ml) a triethylamin (2 ml). Po 30 min se odpaří při 2 kPa a chromatografuje na sloupci 120 ml Sephadexu A-25 podle příkladu 1. Po dalším převedení na sodnou sůl (viz příklad 1) se získá sodná sůl 9-(2-fosfonylmethoxyethy!)adeninu (PMEA) ve výtěžku 85-90 %, vztaženo na látku vzorce III, elektroforetická pohyblivost při pH 7,0 = 0,75 (vztaženo nauridin-3'-fosfát), UV-spektrum. (pH 2): X_max 261 nm, e_max 15 900. R_F = 0,20 (viz příklad 1).

Příklad 4

Sodná sůl N^s-dimethylaminomethylenadeninu (10 mmol) se uvede do reakce s látkou vzorce II podle příkladu 1. Získá se sodná sůl 9-(2-fosfonylmethoxyethyl)adeniu (PMEA) ve výtěžku 42 %, vytvořeno na výchozí heterocyklickou bázi. Produkt (PMEA) je homogenní podle kritérií uvedených v příkladu 3.

Příklad 5

Sodná sůi N⁴-benzoylcytosinu (10 mmol) se uvede do reakce s látkou vzorce II za podmínek uvedených v příkladu 3. Látka vzorce III (B' = N⁴-benzoylcytosin-l-yl) se isoluje na sloupci silikagelu v chloroformu podle příkladu (R_F = 0,68 v soustavě chloroform-ethanol, :1, o./o.) jako amorfní pěna, ve výtěžku 67 %. Další zpracování se provede podle příkladu 3. Získá se 89% (vztaženo na látku vzorce III) l-(2-fosfonylmethoxyethyl) cytosinu (sodná sůl) shodného s preparátem získaných podle příkladu 1.

Claims (2)

1. Způsob výroby N-(2-fosfonylmethoxyethyl)derivátů heterocyklických bází obecného vzorce I

B-CH₂CH₂OCH₂P(OXOH)₂ (I) kde B je purin-9-ylový nebo pyrimidin-l-ylový zbytek a jejich soli s alkalickými kovy, vyznačený tím, že se sodná sůl heterocyklické purinové nebo pyrimidinové báze, jejího Ν-acetyl-, N-benzoyl-, N-dimethylaminomethylen- nebo O-methylderivátu uveden do reakce s 1 až 1,5 * molárními ekvivalenty, vypočteno na heterocyklickou bázi, diethylesteru kyseliny 2-bromethoxymethanfosfonové vzorce II

BrCH₂CH₂OCH₂P(OXOC₂H₅)₂ (II) v dimethylformamidu jako rozpouštědle při teplotě 80 °C až 120 °C, vzniklý meziprodukt obecného vzorce III

B'-CH₂CH₂OCH₂P(OXOC₂H₅)₂ (III) kde B' má stejný smysl jako B ve vzorci I nebo je zbytkem N-acetyl-, Ν-benzoyl-, N-dimethylaminomethylen- nebo O-methylderivátu báze B ve vzorci I, se isoluje chromatografií, s výhodou na silikagelu, načež se podrobí reakci s 3 až 5 molárními ekvivalenty trimethylhalogensilanu, vztažené na látku vzorce III, s výhodou trimethylbromsilanu, v inertním aprotickém rozpouštědle, s výhodou v acetonitrilu, směs se dále rozloží v neutrálním nebo alkalickém prostředí a látka obecného vzorce I se ze směsi získá odsolením a ionexovou chromatografií.

2. Způsoby výroby látek obecného vzorce I podle bodu 1 vyznačený tím, že se po reakci s látkou vzorce II směs zpracuje vodným 1-2 mol. Γ¹ roztokem hydroxidu sodného při 60-100 °C, a po neutralizaci a deionizaci zpracuje dále trimethylhalogensilanem podle bodu

1.