Způsob výroby adrenalinu

Oblast techniky

Řešení se týká zlepšeného způsobu výroby adrenalinu, popř. jeho adiční soli, v průmyslovém měřítku za použití asymetrické hydrogenace jako klíčového kroku a zvláštního sledu postupných kroků, přičemž se jako katalyzátor použije [Rh(COD)Clh a jako katalyzátorový systém chirální, dvojfunkční fosfinový ligand jako je (2R,4R)—T-(dicyklohexylfosfino)-2-(difenylťosfmoio methyl)-N-methyl-aminokarbonyl-pyrrolidin.

Dosavadní stav techniky i? Adrenalin je hormon a neurotransmiter, který patří do skupiny katecholamínů. V lidském organizmu se tvoří tyrosin, který se zde převede přes dihydroxyfenylalanin, dopamin a noradrenalin, konečně na adrenalin. Adrenalin způsobuje jako sympatikum podráždění adrenergních receptorů sympatického systému se zvýšením tepové frekvence, minutového srdečního objemu a systolíckého krevního tlaku, snížení peristaltiky střev, ochabnutí bronchiálního svalstva, rozšíření průdu20 šek a rozšíření zornic, zvýšení základní výměny čerpáním spotřeby O₂, hyperglykémii a glukozourií způsobenou mobilizací rezerv glykogenu v játrech a mezi jiným zvýšení lipolýzy, čímž vzroste množství volné mastné kyseliny v krvi. Na základě svého širokého působení má adrenalin velký komerční význam mezi jiným při léčbě anaíylaktického šoku nebo jako přísada pro lokální anestetika.

Chemicky je adrenalin L-l-(3',4'-dihydroxy-fenyl)-2-methylaminoethan-l-ol s následující strukturou vzorce 1

OH

Adrenalin

Průmyslově se adrenalin obvykle vyrábí stereoselektivní hydrogenací 3',4'-dihydroxy-2-Nmethyl-amino-acetofenonu nebojeho derivátu s chráněnými funkčními skupinami hydroxy nebo amino a následným štěpením racemátu.

Enantiomemě selektivní syntézy jsou rovněž známé. Jedna z nich je například popsána v Tetrahedron Letters 5 (1979), 425-428. Podle toho se 3',4'-dihydroxy-2-N-methyl-arnínoacetofenon za katalýzy chirálního hvdroxyalkylferrocenyl-fosfinu převede hydrogenací pod tlakem vodíku ca. 50xl0³ Pa na adrenalin. Množství katalyzátoru k substrátu je ca. 1:100, vztaženo na molámí poměr. Za těchto podmínek vznikne po uplynutí reakční doby ca. 2 až 4 dny R-l(3',4'-dihydroxyfenyl)-2-methylaminO“ethan-l-ol (adrenalin) v enantiomemím přebytku 60% ee (ee = enantiomemí přebytek) oproti S -enantiomerům.

Tento způsob však z důvodů několika nevýhod není vhodný pro výrobu adrenalinu v průmyslo45 vém měřítku. Produkt se přes použití velkého množství katalyzátoru v asymetrickém reakčním kroku nevyrobí bez nákladných postupů čištění v dostatečné čistotě pro farmaceutické účely, protože se touto reakcí získá adrenalin pouze jako směs společně s relativně vysokým podílem antipodů jako znečištění.

- 1 V/. DO

K tomu právě relativně dlouhá reakční doba asymetrického hydrogenačního kroku 2 až 4 dny pro průmyslové účely představuje z hlediska zařízení velmi nákladný a drahý reakční krok s nezanedbatelným bezpečnostním rizikem.

Achiwa etal. popisují v Tetrahedron Letters 30 (1989), 367-370 a Chem. Pharm.Bull, 43 (5) (1995) 738-747 asymetrický katalyzátor rhodium, který byl použit pro výrobu L-fenylefedrinu. Pomocí asymetrické hydrogenace se během 20 hodin 3'-benzy loxy--2-(N-benzy l-N-methy I)aminoacetofenonhydrochlorid redukuje vodíkem za přítomnosti [Rh(COD)Cl]₂/(2R,4R)~44dL ío cyklohexylfosflno)-2-(difenylfosfinomethyl)-N-methyl-aminopynOlÍdÍnu jako katalyzátoru. Po filtraci, koncentraci reakční směsi a odštěpení benzy lové ochranné skupiny dusíku se získá fenylefedrin jako produkt. Přitom se vedle L~enantiomeru vysráží D-enantiomer s podílem alespoň 7,5 % jako znečistění (85 % ee). Přesný mechanizmus asymetrické hydrogenace katalyzované rhodiem není dosud znám.

Nevýhodou tohoto způsobu spočívá v podstatě v tom, že získaný L-fenylefedrin nelze v průmyslovém měřítku hospodárným způsobem vyčistit na čistotu odpovídající pro použití jako farmaceutický prostředek. Proto hydrogenační reakce o více než 20 hodinách trvá relativně dlouho, což je spojeno s již výše uvedenými nevýhodami.

Výroba adrenalinu tímto způsobem není známá.

Podstata vynálezu

Řešení se týká nového způsobu výroby adrenalinu asymetrickou hydrogenací za překonání těžkostí a nevýhod, které jsou známé ze stavu techniky, popř. jsou výše uvedené.

Jeden z podstatných cílů předkládaného vynálezu je to, aby se vyvinul způsob, kterým se může .ío vyrobit adrenalin o vysoké optické a chemické čistotě. Tím se má např. minimalizovat nebezpečí znečištění léčiv, které obsahují adrenalin jako účinnou látku, nežádoucími antipody.

Další cíl vynálezu spočívá v tom, aby se vyvinul způsob, kterým lze jednoduchým způsobem vyrobit enantiomemě čistý adrenalin, tzn, bez nákladných čisticích kroků.

Další cíl vynálezu spočívá v tom, aby se adrenalin vyrobil stereoselektivním způsobem, aby se zabránilo reakčním krokům, při kterých vznikají chírální meziprodukty popř. chírální konečný produkt adrenalin jako racemát společně se svým antipodem v podobném množství.

Dalším cílem způsobu podle vynálezu je to, aby doba hydrogenace, která je nutná pro výrobu adrenalinu, byla co možná nej kratší, aby se mezi jiným snížily náklady a nebezpečí spojené s použitím vodíku, který je pod vysokým tlakem.

Dalším cílem předkládaného vynálezu je to, aby se dal odborníkovi do ruky způsob výroby adre45 nalinu, který by tuto látku požadovanou ve velkých množstvích zpřístupnil z hlediska příznivých nákladů a použitím dostupných eduktů.

S překvapením bylo zjištěno, že je adrenalin popř. jeho sulfát v neobyčejně vysoké optické čistotě dostupný z 3',4'-dihydroxy-2-N-benzyl-N-methyl-aminoacetofenonu 1 za použití asymet50 rické hydrogenace pomocí katalyzátorového systému [Rh(COD)Cl]₂ / (2R,4R)-4-dicyklohexylfosfino)-2-(difenylfbsfinomethyl)-aminokarbonylpyrrolidinu (MCCPM) a zvláštního sledu postupných kroků. V sumárním vzorci používaná zkratka COD znamená cyklooktadien.

Při molovém poměru katalyzátoru k substrátu ca. 1:1 500 (viz příklad) lze způsobem podle vyná55 lezu získat adrenalinsulfát 3 v optické čistotě 98%ee a větší (HPLC), přičemž se vychází

- 2 z benzyladrenalonu t (3',4'-dihydroxy-2-N-benzyl-N-methyl-amino-acetofenon) (reakční schéma 1).

Reakční schéma 1:

Podle reakčního schéma 1 se nejprve 3',4'-dihydroxy-2-N-benzyl-N-methylamino-acetofenon ίο 1 asymetrickou hydrogenaci za katalýzy [Rh(COD)Cl]₂ / (2R,4R)-4-(tiicyklohexylfosfino)-2(difenylfosfinomethyl)~N-methyl-aminopyiTolidinu převede na opticky aktivní benzyladrenalinovou bázi (R-l-(3',4'-dihydroxyfenyI}_2-N-benzyl-N-methyI-amino-ethan-l-ol) 2 (reakční krok 1). Ta se následně v bazickém prostředí přídavkem amoniaku vysráží (reakční krok 2). Ve 3. reakčním kroku se potom benzylová ochranná skupina hydrogenaci vodíkem a paládiem, výhod15 ně paládiem na aktivním uhlí, odstraní roztokem kyseliny sírové, takže vznikne adrenalinsulfát 3.

Pro jednoduchou výrobu téměř opticky čistého adrenalinu popř. jeho sulfátu 3 představuje srážení N-benzyladrenalinu 2 vedle asymetrické hydrogenace výše popsaným katalyzátorem rhodiem důležitý krok. Oběma kroky společně, asymetrickou hydrogenaci plus srážením benzyladrenalinu v bazickém prostředí se jednoduchým způsobem získá mezisloučenina o vysoké optické Čistotě, ze které lze dalším reakčním krokem získat adrenalin popř. jeho adiční sůl kyseliny o vysoké optické čistotě.

Jako edukt 1 lze vedle 3',4'-dihydroxy-2-N-benzyl-N-methyl-amino-acetofenonu použít jiný derivát 3^ř,4'-dihydroxy-2-N-methyl-amino-acetofenon (adrenalin), kde buď dusík funkční skupiny není dále chráněn, jako je chráněna sůl, neboje chráněn jinou ochrannou skupinou než benzylovou ochrannou skupinou. Takovou ochrannou skupinou může být např. terč-butylkarbonyl, 9-fluoreny Imethy lkarbony 1 nebo jiná příslušná ochranná skupina dusíku známá ze stavu techniky. Výhodné jsou deriváty l-(3',4'-dihydroxy)-2-N-methyl-amino-acetofenonu s ochra30 nou N pomocí ochranné skupiny, která je za reakčních podmínek prvního reakčního kroku (asymetrická hydrogenace) stabilní. Jako edukt se zvláště výhodně používá 3',4'-dihydroxy-2N-benzyl-N-methyl-amíno-acetofenon 1. Edukt 1 může existovat jako volná báze tak, jako sůl, např. anorganické kyseliny.

Jako katalyzátor se podle vynálezu používá [Rh(COD)Cl]₂ a chirální, dvoj funkční fosfinový ligand. Výhodně se jako katalyzátor používá (2R,4R)-4-(dicyklohexylfosfino)-2-(dÍfenylfosfÍnoethyl)-N -methyl-aininokarbonytpyrrolidin (RR-MCCPM).

-3vr. juiry-jo do

Výroba tohoto katalyzátoru je známá ze stavu techniky [EP-A 0 251 164, ΕΡΛ 0 336 123]. Podle vynálezu může být katalyzátor také polymemě vázaný, např. kde je chirální Iigand (2R,4R)-4-Hjicyklohexylťosfino)-2-(difenylfosfinomethyl)-N-methyl-aminokarbonyl)-pyrrolidin vázán na polymer např. pres skupinu fenyl. Přitom použití takových polymemě vázaných ligandů nutně nevylučuje současné použití nepolymemě vázaných ligandu. Takové polymemě vázané katalyzátory jsou zejména výhodné pro jednoduché čištění produktu.

Katalyzátor se používá buď jako předem připravený roztok [Rh(COD)CI]₂ a ligandu bez obsahu kyslíku/nebo se vyrobí in šitu z [Rh(COD)Cl]₂ a ligandu za přítomnosti 3',4'~dihydroxy-2-Nio benzyl-N-methyl-amino-acetofenonu 1 bez kyslíku v ochranné atmosféře nebo v atmosféře vodíku.

Molový poměr eduktu 1 ke katalyzátoru je ve způsobu podle vynálezu 500:1 až 10 000:1, výhodně 500:1 až 3000:1, zvláště výhodně 1000: 1 až 2000:1 a nejvýhodněji 1500:1.

Jako reakční prostředí pro první reakční krok (asymetrická hydrogenace s katalyzátorem rhodiem) slouží protické rozpouštědlo, které se výhodně před použitím odplyní. Výhodný je Ci až C₃alkohol, jmenovitě methanol, ethanol, propanol nebo isopropanol, výhodně methanol nebo ethanol, zvláště výhodně methanol. Případné může rozpouštědlo obsahovat vodu.

Reakční teplota tohoto prvního krokuje výhodně 40 až 70 °C, zvláště výhodně 45 až 55 °C.

Tlak vodíku činí 10 až lOOxIO⁵ Pa, výhodně 10 až 50xl0⁵ Pa a zvláště výhodně 15 až 25xl0⁵ Pa.

Tento reakční krok je po 2 až 8 hodinách, výhodně po 4 až 6 hodinách ukončen.

Následně se rozpouštědlo destilací silně zkoncentruje, případně zředí vodou a smíchá s aktivním uhlí. Potom se aktivní uhlí opět odfiltrovalo, reakční směs se zředila vodou nebo výhodně stejným rozpouštědlem, které se použilo pro asymetrickou hydrogenaci, a smíchala s bází, aby se vysrážel N-benzyladrenalin (L-l-(3',4-dihydroxy-fenyl)-2-N-benzyl-amino~ethan-l-ol) 2 ve vysokých optických výtěžcích.

Jako báze jsou vhodné slabé organické nebo anorganické báze. V obou případech jsou zvláště výhodné dusíkové báze. U organických bází jsou zvláště vhodné dusíkové báze jako je pyridin, piperidin, triethylamin, diethylamin, ethy 1-isopropylamin, methylamin nebo jejich deriváty, pokud jsou rozpustné v rozpouštědle. Mezi anorganickými bázemi je zvláště výhodný amoniak. Zvláště výhodný je amoniak.

Takto získaný enantiomemě čistý N-benzyladrenalin 2 se ve třetím kroku hydrogenuje vodíkem. S výhodou se přitom jako katalyzátor používá paládium, zvláště výhodně paládium na aktivním uhlí. Výhodně probíhá tato hydrogenace v kyselém prostředí. Přitom se přídavkem kyseliny nastaví hodnota pH roztoku na 4 až 6, zvláště výhodně na 5 až 6.

Rozpouštědlem pro tento reakční krok je voda, C_t až C₃-alkohol, jmenovitě methanol, ethanol, propanol nebo isopropanol nebo jejich směs. Výhodná rozpouštědla jsou voda, směsi vodamethanol nebo methanol. Zvláště výhodná je voda.

Pro okyseleni roztoku se mohou použít anorganické nebo organické kyseliny. Jako organické kyseliny lze například jmenovat;

kyselinu mravenčí, kyselinu octovou, kyselinu propanovou, kyselinu vinnou, kyselinu jablečnou, kyselinu jantarovou, kyselinu cítronovou.

Jako organické kyseliny lze například jmenovat;

kyselinu sírovou, kyselinu chlorovodíkovou, kyselinu fosforečnou. Výhodná je kyselina sírová.

-4Reakční teplota pro tento reakční krok činí 40 až 80 °C, výhodně 50 až 70 °C a zvláště výhodně 60 °C.

Tlak vodíku činí 1 až 5xl0⁵ Pa, výhodně 2 až 3xl0⁵ Pa.

Způsobem podle vynálezu je adrenalin dostupnější všemi třemi reakčními kroky o celkovém výtěžku 75 % a o větší optické čistotě 98 % ee a větší chemické čistotě 98 %.

Výhoda způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že oproti srovnatelným způsobům známým ze ío stavu techniky lze množství katalyzátoru výrazně snížit popř. značně zkrátit reakční dobu asymetrické hydrogenace při současném zvýšení optického výtěžku.

Vedle toho umožňuje způsob podle vynálezu optické čistění již na stupni meziproduktu Nbenzyladrenatinu 2 a tím snadné získání adrenalinu ve vyšší optické čistotě.

Způsob podle vynálezu se má následujícím příkladem objasnit. Tento příklad slouží pouze ke znázornění a nelze jej považovat za omezující.

Příklady provedení vynálezu

Výroba katalyzátorového roztoku:

Do 10 ml odplyněného methanolu se pod ochranným plynem vloží 6 mg dichlor-bis-[cyklookta25 l,5-dien)~rhodium(I)] a 8,2 mg RR-MCCPM (2R,4R)-4-(dicyklohexyIfosfíno)-2-{difenylfbsfinomethylj-N-methyl-aminokarbonylpyrrolidin) a míchá se 30 minut při pokojové teplotě. Výroba adrenalinu

7,4 g hydrochloridu benzyladrenalonu 1 se rozpustí v ca. 60 ml methanolu (odplyněný), smíchá s 0,07 ml triethylaminu a 10 ml katalyzátorového roztoku (odpovídající 6 mg (RhCODCl)₂ a 8,2 mg RR-MCCPM) a při teplotě ca. 50 °C a při tlaku vodíku ca, 20x10⁵ Pa hydrogenuje. Po ukončení reakce se methanol z největší části oddestiluje, zbytek se smíchá s ca. 30 ml vody a ca. 0,5 g aktivního uhlí, míchá se 30 minut a zfiltruje. Následně se ca. 10 ml vody a ca. 15 ml metha35 nolu a přídavkem ca. 4 ml amoniaku (ca. 25%) vysráží N-benzy [adrenalin 2 a zfiltruje (při pokojové teplotě).

Výtěžek: 6 g = 90%

Benzyladrenalin 2 se rozpustí v ca. 10 ml vody a ca. 5 ml 18% kyselině sírové (pH: ca. 5,5), smíchá s ca. 50 mg palladia na aktivním uhlí (10%) a hydrogenuje při teplotě ca. 60 °C a pří tlaku vodíku 2x10⁵ Pa. Následně se zkoncentruje na ca. poloviční objem, smíchá s ca. 20 ml methanolu a ochladí. Krystalický produkt (adrenalinsulfát 3) se zfiltruje a vysuší.

Výtěžky všech stupňů dohromady: ca. 4,5 g (ca. 75 %)

Optická čistota: > 98 % ee (HPLC)

Chemická čistota: > 98 % (HPLC)