CZ20012786A3

CZ20012786A3 - Chemická sloučenina derivát baccatinu III a způsob její přípravy

Info

Publication number: CZ20012786A3
Application number: CZ20012786A
Authority: CZ
Inventors: Nicholas J. Sisti; Charles S. Swindell
Original assignee: Napro Biotherapeutics, Inc.; Bryn Mawr College
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2002-01-16
Also published as: CA2361922A1; RU2001125669A; BR0008352A; KR20010102234A; WO2000049006A1; NO20013935L; AU3701600A; ZA200106383B; CN1148363C; IL144591A0; NO20013935D0; JP2003518004A; US5973170A; CN1340047A; EP1155008A1; EP1155008A4; MXPA01008352A

Description

Oblast techniky

Předložený vynález je zaměřen na meziprodukty využívané při přípravě protirakovinné sloučeniny s názvem paclitaxel. Mnohem podrobněji je orientován na alkoxidy baccatinu III substituované v poloze C-7 kovem a jeho analogů a na způsob jejich přípravy.

Dosavadní stav techniky

O sloučeninách patřících k taxanům je známé, že vykazují protirakovinné účinky. Výsledkem tohoto působení je zvýšený zájem o taxany ve vědeckých a medicínských kruzích. Základní sloučeninou mezi nimi je „paclitaxel“, který je v literatuře uváděný pod názvem „taxol“. Paclitaxel byl již schválen pro použití v chemoterapii několika různých nádorů. Klinické testy potvrdily, že použití paclitaxelu slibuje široké spektrum potencionálního protileukemického působení a inhibice nádoru.

Vzorec paclitaxelu:

Paclitaxel se v přírodě vyskytuje ve formě diterpenoidu taxanu, který se nachází u několika druhů tisů (rod Taxus, čeleď Taxacea). Koncentrace této sloučeniny je bohužel velice nízká a tyto druhy neopadavých stromů jsou pomale rostoucí. I když kůra stromů vykazuje obvykle nejvyšší koncentraci paclitaxelu, na produkci 1 kilogramu paclitaxelu je potřeba přibližně 7300 kilogramů kůry. Proto jsou dlouhodobé perspektivy získání velkého množství isolovaného paclitaxelu mizivé.

Zatím co paclitaxel je přítomen ve stromech tisu v extrémně nízké koncentraci, byly objeveny další sloučeniny taxanového typu, příkladem je baccatin ΠΙ, cefalommanin,

10-deacetylbaccatin III a jiné, které mohou být extrahovány z kůry tisu.

• ·

Některé z těchto taxanových sloučenin jsou snadno extrahovatelné s velmi dobrým výtěžkem. 10-Deacetylbaccatin III může být skutečně získán z listů tisu jako obnovitelného zdroje v relativně vysoké koncentraci.

Aby byla syntéza paclitaxelu úspěšná, je důležitý vhodný přístup na chirální neracemický postranní řetězec a bohatý přírodní zdroj využívaného řetězce baccatinu III, stejně tak dobře jako účinné spojení těchto dvou požadavků. Esterifikace postranního řetězce vedoucí k ochránění řetězce baccatinu III je bohužel složitá z důvodu stérické překážky, C-13 hydroxylu v řetězci baccatinu III, který je lokalizován vevnitř konkávni oblasti hemisfericky chráněné kostry baccatinu III.

Jedna technika semi-syntézy paclitaxelu je zaznamenána v patentu US 5 684 175 (Sisti a kol.). V tomto patentu je paclitaxel syntetizován spojováním C7-TES baccatinu III N-karbamátem chráněným, C2’ hydroxylbenzylem chráněným (27?,2₁S)-3-fenylisoserinem, kde C2 hydroxyl je chráněný pomocí hydrogenovatelné skupiny benzylového typu jako je benzyloxymethyl (BOM) nebo benzyl. Následuje esterifikace chráněného baccatinu III a chráněného postranního řetězce, v sloučenině může být vhodně odstraněné chránění, dále může být acylována a zbavena dalšího chránění vedoucího k výtěžku paclitaxelu.

Další technika semi-syntézy paclitaxelu je zaznamenána v patentu US 5 750 737 (Sisti a kol.). V tomto patentu je C7-CBZ baccatin III esterifikován C3-N-CBZ-C2-O-chráněným (27?,3S)-3-fenylisoserinovým postranním řetězcem, s následným odstraněním chránících skupin vedoucím k tvorbě paclitaxelu. Tento patent uvádí, že C7-CBZ baccatin III je připraven přidáním n-butyl lithia a benzyl chloroformátu (CBZ-C1) vedoucím k tvorbě baccatinu III. Alternativně, tento patent uvádí, že C7-CBZ baccatin III může být přímo syntetizován z 10-deacetylbaccatinu III přidáním n-butyl lithia, acetylchloridu (nebo acetanhydridu) a benzylchloroformátu.

Ačkoli mají existující postupy syntézy paclitaxelu jistě svůj význam, je neustále třeba zlepšovat chemické postupy, kterými může být připravena tato protirakovinná sloučenina a meziprodukty využívané kjejí syntéze a semi-syntéze. Předkládaný vynález je zaměřen na syntézu C7-CBZ baccatinu III a jeho analogů přes meziprodukt alkoxid kovu. C7-CBZ Baccatin III pak může být esterifikován vhodně chráněným postranním řetězcem, po odstranění chránících skupin vedoucí k tvorbě paclitaxelu nebo dalších analogů.

Podstata vynálezu

Předkládaný vynález poskytuje nový meziprodukt využívaný v syntéze paclitaxelu.

• · · · · ·

Dále předkládaný vynález poskytuje způsob přípravy nového meziproduktu využívaného k přípravě paclitaxelu.

Předložený vynález je tedy zaměřen na nový chemický meziprodukt obecného vzorce:

kde, R je alkylová skupina a M⁺je alkalický kation kovu vybraný ze skupiny zahrnující draselný a sodný kation. Upřednostňovaná alkylová skupina je methyl skupina.

Předkládaný vynález je dále zaměřen na způsob přípravy sloučeniny výše uvedeného vzorce vyznačující se tím, že R je alkylová skupina a M⁺ je kation alkalického kovu vybraný ze skupiny obsahující draselný a sodný kation z výchozí sloučeniny, kterou je buď baccatin III nebo 10-deacetylbaccatin III. Způsob zahrnuje krok rozpuštění výchozí sloučeniny v prvním rozpouštědle za vzniku prvního roztoku, který je poté ochlazen na teplotu -20 °C nebo nižší. Alkalická báze vybraná ze skupiny složené z draselné a sodné báze je pak přidaná k prvnímu roztoku za tvorby meziproduktu obsahujícího alkoxid kovu v poloze C-7. Jakýkoliv meziprodukt přítomný v prvním roztoku který ještě nemá acylovou skupinu v poloze C-10 je pak selektivně acylován v poloze C-10.

Výchozí sloučenina je přednostně rozpuštěna v tetrahydrofuranu (THF) a první roztok je chlazený pod dusíkovou atmosférou. Alkalickou bází je hlavně hydrid draselný nebo sodný. Jestliže je výchozí sloučeninou 10-deacetylbaccatin III, doporučuje se přidat alespoň dva ekvivalenty alkalické báze. Po přidání alkalické báze je výchozí roztok míchán přibližně pět minut. Meziprodukt je selektivně acylován přidáním chloridu kyseliny, obvykle acetylchloridu nebo acetanhydridu. Srážecí činidlo, chlorid amonný, může být přidán k odstranění přebytku alkalické báze a acylačního činidla. Je upřednostňována metoda vedoucí k tvorbě sloučeniny, vyznačující se tím, že R je methyl skupina.

Tyto a další aspekty předkládaného vynálezu budou lépe pochopeny a oceněny po přečtení následujícího detailního popisu jednotlivých částí předkládaného vynálezu:

Předložené poznatky jsou výrazně orientovány k novým chemickým sloučeninám, známým jako alkoxidy kovu C7-CBZ baccatinu III a jejich analogům. Vynález také zahrnuje způsoby přípravy těchto chemických sloučenin. Takové sloučeniny jsou využívané pro přípravu • · · · ·· · · · · · · · ·· · ···· ·«·· • · · ···· · · · • ·· ·· ······ · · • · * ·· ···· ·· · · · · · ·· ··· paclitaxelu a jeho analogů. Blíže, předkládaný vynález uvádí alkoxidy kovu C7-CBZ baccatinu III jako meziprodukty využívané v syntéze C7-CBZ baccatinu III, který je meziproduktem při přípravě paclitaxelu. C7-CBZ Baccatin III může být esterifíkován N-CBZ-3-fenylisoserinovou kyselinou nesoucí hydrogenovatelnou hydroxyl-chránící skupinu benzylového typu v poloze C-2' připojením k postrannímu řetězci na C-13 hydroxylu chráněné kostry baccatinu III. Obecné postupy zde popsané zahrnují přípravu řetězce C7-CBZ baccatinu III přes meziprodukt alkoxidu kovu v poloze C-7, kondenzaci řetězce C7-CBZ baccatinu III s vhodně chráněnou N-CBZ-3-fenylisoserinovou kyselinou nesoucí hydrogenovatelnou chránící skupinu benzylového typu na C-2' a následné odstranění chránících skupin za tvorby paclitaxelu.

A. Příprava baccatinu III chráněného v poloze C-7 pomocí CBZ přes meziprodukt alkoxid kovu v poloze C-7.

Podle předloženého vynálezu jsou pro přípravu C7-CBZ baccatinu III popsány dvě alternativní cesty. Jednak může být baccatin III chráněn v poloze C-7 za tvorby baccatinu III substituovaného v poloze C-7 pomocí CBZ. Nebo může být 10-deacetylbaccatin III (10-DBA) přeměněn přímo na C7-CBZ baccatin III bez tvorby meziproduktu baccatinu III. Výroba z baccatinu III je výhodná pro svou jednoduchost a vysoký výtěžek.

Způsob využívající 10-deacetylbaccatin III má tu výhodu, že 10-deacetylbaccatin III se hojně vyskytuje v přírodě a je tedy levnější než baccatin III, ačkoli tato metoda poskytuje nižší výtěžek.

Cesta 1 (Využívající baccatin ΙΠ)

Baccatin III chráněný v poloze C-7 pomocí CBZ má vzorec:

• · · · · · · · ·· ·· » · · · · · · · · • · · · 0 · ··· · · · ··· · · ··· • · « · · ·· · · a může být připraven z baccatinu III podle následující reakce:

Reakce 1

Baccatin III je rozpuštěn v bezvodém tetrahydrofuranu (THF) za tvorby prvního roztoku, který je chlazen pod dusíkovou atmosférou na teplotu -20 °C nebo nižší. Alkalická báze jako je hydrid draselný nebo sodný (1,6 M roztok v hexanu) je poté přidána po kapkách k prvnímu roztoku za tvorby druhého roztoku, který je míchán přibližně pět minut za snížené teploty. Tvoří se alkoxid kovu baccatinu III v poloze C-7:

kde, M⁺ = K⁺ nebo Na⁺ a R = CH₃.

Benzylchloroformát (CBZ-C1) je přidán po kapkách k druhému roztoku za vzniku třetího roztoku, který je míchán při teplotě 0 °C po dobu přibližně jedné hodiny. Třetí roztok je srážen ochlazeným nasyceným chloridem amonným, po odstranění přebytku alkalické báze a CBZ-C1 je směs poté zakoncentrována za sníženého tlaku, což vede k zisku prvního zbytku. Tento první zbytek je dále rozpuštěn v ethylacetátu a promyt vodou pro odstranění nežádoucích solí. V dalším kroku je zbytek promyt roztokem chloridu sodného. Organická fáze je pak vysušena a zakoncentrována za sníženého tlaku což vede k vzniku druhého zbytku. Druhý zbytek je rekrystalizován nebo přečištěn kolonovou chromatografii, kde mobilní fází tvoří ethylacetát: hexan, za získání C7-CBZ baccatinu III jako bílé pevné látky.

Každý zkušený vědec si uvědomí, že je možné použít i jiné alkalické báze než hydrid draselný nebo sodný pro tvorbu příslušného alkoxidu kovu baccatinu III v poloze C-7:

♦ · 9 99 9 ·9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 999 9 9 99

9 9 9 9 9 9 99

9 9 9 9 9 9 999 9

kde, Μ* = K⁺ nebo Na⁺ a R = CH3.

Cesta 2 (Využívající 10-deacetylbaccatin ΠΙ)

Alternativně může být C7-CBZ baccatin III připraven přímo z 10-deacetylbaccatinu III jako ukazuje následující schéma:

Reakce II

V tomto případě je 10-DAB rozpuštěn v THF za tvorby prvního roztoku, který je ochlazen na teplotu nižší než -20 °C pod dusíkovou atmosférou. Poté jsou k prvnímu roztoku po kapkách přidány minimálně dva ekvivalenty alkalické báze, jako je hydrid draselný nebo sodný (1,6 M roztok v hexanu), nebo jiná alkalická báze jak je popsáno výše, za tvorby druhého roztoku, který je pak za snížené teploty míchán přibližně pět minut.

K druhému roztoku je přidán acetylchlorid (jeden ekvivalent) za tvorby třetího roztoku, který je míchán za snížené teploty po dobu přibližně třiceti minut. Alternativně lze k acylaci

10-DAB použít namísto acetylchloridu acetanhydrid (jeden ekvivalent).

V obou případech je poté přidán benzylchloroformát (jeden ekvivalent), tento čtvrtý roztok je míchán za snížené teploty po dobu třiceti minut a poté ohřán na teplotu 0 °C a míchán dalších třicet minut. Čtvrtý roztok je za snížené teploty srážen chladným nasyceným roztokem chloridu amonného, po odstranění nadbytečné alkalické báze, acetyl chloridu a CBZ-C1 je tato směs poté ohřátá na pokojovou teplotu. Rozpouštědlo je odstraněno za sníženého tlaku, přičemž vzniká pevný zbytek, který je rozpuštěn v ethylacetátu a promyt vodou pro odstranění • · ··· · • · nežádoucích solí. Zbytek je poté promyt roztokem chloridu sodného, vysušen a zakoncentrován za sníženého tlaku za vzniku konečného zbytku. Konečný zbytek je přečištěn chromatografii (silikagel, mobilní fáze ethylacetát : hexan) poskytujíce C7-CBZ baccatin III. Je důležité podotknout, že tento způsob představuje přímou syntézu C7-CBZ baccatinu III z 10-DAB, protože vznikajícím meziproduktem v této reakci je alkoxid kovu baccatinu III v poloze C-7 a ne vlastní baccatin III.

Ačkoli Cesty 1 a 2 specificky vedou k tvorbě baccatinu III, každému zkušenému vědci by mělo být jasné, že analoga baccatinu III mohou být připraveny postupem Cesty 2 jednoduše přidáním jiného vhodného chloridu kyseliny k druhému roztoku v Cestě 2. Toto vede k tvorbě analogů s odlišnými alkylovými skupinami v poloze C-10. Vznikajícím meziproduktem v této přípravě je:

kde, M⁺ = K⁺ nebo Na⁺ a R = CH₃ nebo jiná alkylová skupina.

Je třeba ocenit, že obě Cesty 1 a 2 výroby C7-CBZ baccatinu III mohou být zobecněny. Tento způsob výroby začíná rozpuštěním výchozí sloučeniny vybrané ze skupiny obsahující baccatin III a 10-deacetylbaccatin III v prvním rozpouštědle za tvorby prvního roztoku. Tento první roztok je poté ochlazen na teplotu -20 °C, nebo nižší. Následně je k prvnímu roztoku přidána alkalická báze a dochází k tvorbě meziproduktu obsahujícího alkoxid kovu v poloze C-7. Dále, jak je požadováno, pro 10-DAB jako výchozí sloučeninu, tento způsob zahrnuje selektivní acylaci v poloze C-10 jakéhokoli prvního meziproduktu přítomného v prvním roztoku, který ještě neobsahuje acetylovou skupinu v poloze C-10 za tvorby druhého roztoku alkoxidu kovu baccatinu III v poloze C-7. Alternativně může být první meziprodukt acylován vhodným chloridem kyseliny za tvorby analogů s různými alkylovými skupinami v poloze C-10. Je zřejmé, že pokud je výchozí sloučeninou baccatin III, poloha C-10 již obsahuje acetylovou skupinu. V obou případech může způsob přípravy zahrnovat přidání CBZ-C1 k druhému roztoku za tvorby třetího roztoku C7-CBZ baccatinu III.

B. Příprava 3-fenylisoserinového postranního řetězce.

······ · · · · ·· ♦ • t · · · · · · · · · _o · · · ·····«· o ···«·· ··· · · · ♦ ··· ·· · · · · ·· · · · · · · · · · ·

Příprava C3' N-CBZ C-2' benzylem chráněného postranního řetězce (27?,3ó)-3-fenylisoserinu byla již dříve uvedena vU S Patentu 5 684 175 (Sisti a kol.), pojmenovaného „C-2¹ hydroxyl-benzyl chráněný, N-karbamát chráněný (27?,35)-3-fenylisoserin a postup jeho přípravy.“ Obecný vzorec této sloučeniny je:

kde, Pi chránící skupina na C-2' hydroxylu je hydrogenovatelná chránící skupina jako je benzyloxymethyl (BOM) nebo benzyl.

C. Esterifikace C7-CBZ baccatinu III a postranní řetězec.

Esterifíkace C7-CBZ baccatinu III C3' N-CBZ C-2' chráněným (27?,35)-3-fenylisoserinovým postranním řetězcem (kde C-2' hydroxyl je chráněn jakoukoli hydrogenovatelnou chránící skupinou) může být provedena jak je uvedeno dále. Nejvhodnější hydrogenovatelná benzylová skupina, jak je uvedeno níže, je BOM (benzyloxymethyl). Využívaná reakce je znázorněná schématem:

Reakce ΙΠ • 9 · ·· · • · • ·

Zde uvedený C7-CBZ baccatin III (jeden ekvivalent) a postranní řetězec kyseliny (šest ekvivalentů) jsou rozpuštěny v toluenu. Do této směsi je přidáno 0,5 ekvivalentu DMAP (dimethylaminopyridin) a šest ekvivalentů DCC (dicyklohexylkarbodiimid), výsledná směs je zahřívána na teplotu 70 °C po dobu třiceti minut až jedné hodiny, kdy by rozmezí teplot mělo být mezi 60 až 80 °C, Je třeba uvést, že DCC mohou nahradit i jiné dialkylkarbodiimidy, jako například diisopropylkarbodiimid.

Dále je roztok ochlazen na pokojovou teplotu a do roztoku je přidán stejný objem ethylacetátu a diethyletheru. Výsledná směs je poté ochlazena na 0 °C a ponechána při této teplotě po dobu 24 hodin. Poté je směs přefiltrována a zbytek je promyt bud’ diethyletherem nebo etylacetátem. Organická směs je poté promyta kyselinou chlorovodíkovou (5%), vodou a nakonec roztokem chloridu sodného. Organická fáze je oddělena, vysušena a zakoncentrována za sníženého tlaku. Konečný zbytek je poté rozpuštěn ve směsi ethylacetát : hexan a eluován na koloně silikagelu. Eluent je nakonec zakoncentrován za sníženého tlaku vedoucí k výsledné esterifíkované sloučenině:

D. Odstranění chránících skupin vedoucí k Paclitaxelu.

Esterifíkovaná sloučenina, výše, může být přeměněna na paclitaxel odstraněním CBZ skupiny v poloze C-7 a na dusíku přenesením benzoyl skupiny na dusík a následným odstraněním C-2' chránící skupiny benzylového typu. Odstranění CBZ skupiny a následující přenesení benzoyl skupiny na dusík je dosaženo jak vyplývá z reakce (BOM je znázorněn jako chránící skupina na C-2' hydroxylu, avšak může být použitý i benzyl):

Reakce IV

Zde je produkt rozpuštěn v isopropanolu ke kterému je přidán Pearlmanův katalyzátor. Výsledná směs je hydrogenována při 40 psi po dobu 24 hodin, ačkoli, alternativně, může být směs míchána 24 hodin pod tlakem jedné atmosféry vodíku. Poté je směs přefiltrována přes křemelinu a odpařena za sníženého tlaku. Zbytek je rozpuštěn v toluenu a do roztoku je přidán bezvodý uhličitan draselný. Alternativně může být zbytek rozpuštěn v ethylacetátu nebo toluenu a poté je přidána terciární amino báze, jako je triethylamin. V obou případech, je poté přidán po kapkách benzoylchlorid a vzniklá směs je míchána po dobu dvou hodin. Výsledná směs je poté promyta vodou a nakonec roztokem chloridu sodného. Organická fáze je pak oddělena, vysušena a zakoncentrována za sníženého tlaku což poskytuje C-2' BOM paclitaxel.

Na závěr je BOM v poloze C-2' odstraněn podle následující reakce:

• · Μ··

Reakce V

Paclitaxel chráněný pomocí BOM je rozpuštěn v isopropanolu, ke kterému je přidán

Pearlmanův katalyzátor. Tato směs je hydrogenována vodíkem po dobu 24 hodin pod tlakem psi za vzniku paclitaxelu.

Předkládaný vynález byl popsán s určitým stupněm podrobnosti zaměřeným na nejdůležitější části celého procesu. Je třeba si uvědomit že předkládaný vynález je definován následujícími patentovými nároky sestrojenými na základě obecných poznatků, tak že mohou být v jednotlivých postupech provedeny určité změny bez odchýlení se od původního konceptu zde obsaženého.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Chemická sloučenina obecného vzorce:

kde, R je alkylová skupina a M⁺ je kation alkalického kovu vybraný ze skupiny zahrnující draselný a sodný kation.
2. Chemická sloučenina podle nároku 1, kde R je methylová skupina.
3. Způsob výroby sloučeniny obecného vzorce:

vyznačující se tím, že R je alkylová skupina a M⁺ je kation alkalického kovu vybraný ze skupiny obsahující draselný a sodný kation, z výchozí sloučeniny vybrané ze skupiny obsahující baccatin III a 10-deacetylbaccatin III zahrnující kroky:

a) rozpouštění zmíněné výchozí sloučeniny v prvním rozpouštědle za vzniku prvního roztoku;

b) ochlazení prvního roztoku na teplotu -20 °C nebo nižší;

c) následné přidání alkalické báze, vybrané ze skupiny obsahující draselnou a sodnou bázi k prvnímu roztoku za vzniku meziproduktu nesoucího alkoxid kovu v poloze C-7;

d) selektivní acylace v poloze C-10 každého zmíněného meziproduktu přítomného v prvním roztoku, který ještě neobsahoval acetylovou skupinu v poloze C-10.
4. Způsob výroby sloučeniny podle nároku 3, vyznačující se tím, že prvním rozpouštědlem je tetrahydrofuran, THF.

99 9 « · · ··* · · • · 9 · ·« **
5. Způsob výroby sloučeniny podle nároku 3, vyznačující se tím, že krok chlazení probíhá pod dusíkovou atmosférou.
6. Způsob výroby sloučeniny podle nároku 3, vyznačující se tím, že výchozí sloučeninou je 10-deacetylbaccatin III a k prvnímu roztoku jsou přidány nejméně dva ekvivalenty alkalické báze.
7. Způsob výroby sloučeniny podle nároku 3, vyznačující se tím, že alkalická báze je vybrána ze skupiny obsahující hydrid draselný a sodný.
8. Způsob výroby sloučeniny podle nároku 3, vyznačující se tím, že první roztok je míchán přibližně pět minut po přidání alkalické báze.
9. Způsob výroby sloučeniny podle nároku 3, vyznačující se tím, že výchozí sloučeninou je 10-deacetylbaccatin III a krok selektivní acylace je proveden přidáním chloridu kyseliny do prvního roztoku.
10. Způsob výroby sloučeniny podle nároku 9, vyznačující se tím, že chlorid kyseliny je acetylchlorid.
11. Způsob výroby sloučeniny podle nároku 3, vyznačující se tím, že výchozí sloučeninou je 10-deacetylbaccatin III a krok selektivní acylace je proveden přidáním acetanhydridu do prvního roztoku.
12. Způsob výroby sloučeniny podle nároku 3 zahrnující dodatečný krok srážení prvního roztoku srážecím činidlem.
13. Způsob výroby sloučeniny podle nároku 12, vyznačující se tím, že srážecí činidlo je chlorid amonný.
14. Způsob výroby sloučeniny podle nároku 3, vyznačující se tím, že R je methylová skupina.