DE2359108A1

DE2359108A1 - Verfahren zur herstellung von 5fluorcytidin

Info

Publication number: DE2359108A1
Application number: DE19732359108
Authority: DE
Inventors: Motonobu Ichino; Tadashi Kanai; Tokuro Nakamura
Original assignee: Kohjin Co
Current assignee: Kohjin Co
Priority date: 1972-11-28
Filing date: 1973-11-27
Publication date: 1974-05-30
Also published as: JPS5545560B2; JPS4976881A; FR2213282A1; GB1409387A

Description

" Verfahren zur Herstellung von 5-Fluorcytidin "

Priorität: 28. November 1972, Japan, Nr. 118 567/72

Die Erfindung■betrafft ein neues Verfahren zur Herstellung von 5-Fluorcytidin.

Bekanntlich werden 5-Fluorpyrimidinverbindungen, einschließlieh 5-Fluoruracil_r zur Behandlung bestimmter maligner Neoplasien sowie Vireninfektionen eingesetzt. 5-Fluorcytidin gehört zu dieser Verbindungsklasse und ist ein v/ichtiges Zwischenprodukt zur Herstellung von 5-Fluor«2,2·~ονο1οονΐ.ί^ίη und verwandter Verbindungen, die ebenfalls zur Behandlung bestimmter maligner Neoplasien eingesetzt werden; vgl. Fox et al., Cancer Research, Bd. 32 (1972), Seiten 2269 bis 2272 und Kanai et al,, J. Medicinal Chem., Bd/ 15 (1972),. ·Seiten 1218 bis 1221.

Die vorgenannten Verbindungen wurden bisher nach mehrstufigen Verfahren in niedriger Ausbeute hergestellt. Die unmittelbare ,

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Fluorierung von Uracil oder Uridin ist in J. Am. Chera. Soc, Bd. 93 (1971), S. 5277 und in J. Org. Chem., Bd. 37 (1972), S. 329 beschrieben. Außerdem ist in J. Chem. Soc, Chemical' Communications 1972, S. 18 die direkte Fluorierung von Cytosin und seinen Nucleosiden mit Trifluormethylhypofluorit beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neues Verfahren zur Herstellung von 5-Fluorcytidin zu schaffen, das verhältnismäßig einfach durchführbar ist und in hohen Ausbeuten verläuft. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von 5-Fluorcytidiri der Formel I

HOH₂ C

(D

das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Pyrimidinnucleosid der allgemeinen Formel II

ROH₂C

(II)

in der R ein Wasserstoffatom oder einen Acylrest bedeutet, in

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BIEBuRTSTFiASSE 4 TELEFON 474075

Kohjin Co., Ltd.

u.Z.: K 569-K-5-1O742C

- 3-

einem Lösungsmittel mit einem Gemisch aus Fluor und einem
inerten Gas als Verdünnungsmittel behandelt und, sofern R einen Acylrest bedeutet, die erhaltene Verbindung verseift.

Spezielle Beispiele für Acylreste R leiten sich von aliphatischen Carbonsäuren mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder aromatischen Carbonsäuren mit 7 bis 9 Kohlenstoffatomen ab. Spezielle Beispiele für verfahrensgemäß bevorzugt eingesetzte Pyrimidinnucleoside sind nachstehend wiedergegeben:

NHCOCH,

CH₃COOH₂C

(a)

CHoCOO-OCOCH

__/-COO-CH₂

(b)

■(c)

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Als Inertgas kann im erfindungsgemäßen Verfahren jedes Gas verwendet werden, das gegenüber Fluor inert ist. Spezielle Beispiele für bevorzugt verwendete Gase sind Stickstoff, Argon, Helium, Fluortrichlormethan und Tetrafluormethan. Vorzugsweise verwendet man ein höchstens 80 Volumprozent Fluor enthaltendes Gasgemisch. Höhere Fluorkonzentrationen verursachen eine allzu energische Reaktion und sie erschweren die Verfahrensführung. Andererseits ist bei Fluorkonzentrationen unter 1 Volumprozent die Reaktionsgeschwindigkeit erheblich verringert und die Einleitungsgeschwindigkeit des Gasgemisches muß erhöht werden. Aus den vorgenannten Gründen wird daher ein Gasgemisch mit 1 bis 80 Volumprozent, vorzugsweise 1 bis 30 Volumprozent und insbesondere 3 bis 15 Volumprozent Fluor verwendet.

Im erfiiidungsgemäßen Verfahren v/erden vorzugsweise Lösungsmittel verwendet, die unter den Reaktionsbedingungen inert sind, sie müssen jedoch nicht vollständig inert sein, um die Auflösung der Ausgangsverbindung zu, verbessern. Spezielle Beispiele für bevorzugt verwendete Lösungsmittel sind Wasser, aliphatische Alkohole mit vorzugsweise 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, wie Methanol und Äthanol, aliphatische Carbonsäuren mit vorzugsweise 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, wie Ameisensäure, Essigsäure und Propionsäure, und deren Ester, wie Äthylacetat,-fluorierte Kohlenwasserstoffe mit vorzugsweise 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, wie Fluortrichlormethan, fluorierte aliphatische Carbonsäuren, deren Hydrate und Ester, vorzugsweise fluorierte Carbonsäuren und deren Ester mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen Im Carbonsäureteil, wie Trifluoressigsäure und Trifluoressigsäureäthylester, fluorierte Ketone mit vorzugsweise 3 Ms 6 Kohlenstoffatomen, _j

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wie Hexafluoracetat, und Gemische dieser Lösungsmittel. Durch Verwendung von Lösungsmittelgemischen wird die Löslichkeit der verfahrensgemäß eingesetzten Pyrimidinnucleoside verbessert oder die Reaktionstemperatur kann erniedrigt werden, weil der Erstarrungspunkt, des erhaltenen Gemisches erniedrigt ist.

Vorzugsweise verwendet'man eine 0,1 bis 30gewichtsprozentige, insbesondere 0,5 bis 5gewichtsprozentige Lösung des Pyrimidinnucleoside. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch mit Lösungen mit höherer oder niedrigerer Konzentration an Pyrimidinnucleosid durchgeführt werden.

Das Fluor enthaltende Gasgemisch wird im allgemeinen unter Rühren in eine Lösung des Pyrimidinnucleos'ids bei Normaldruck, z.B. etwa Atmosphärendruck, während eines Zeitraums von 30 Minuten bis 20 Stunden, gewöhnlich während 6 bis 10 Stunden,in solcher Menge eingeleitet, daß das Molverhältnis von Fluor zum Pyrimidinnucleosid 0,5 ι 1 bis 3 : 1, vorzugsweise 0,5 : 1 bis 1,5 : 1 beträgt. Die Einleitungszeit hängt von der Fluorkonzentration im Gasgemisch und der Reaktionstemperatur ab. Die Fluorierungsreaktion erfordert im allgemeinen etwa 30 Minuten bis 50 Stunden, gewöhnlich etwa 1 bis 10 Stunden, je nach der Reaktionstemperatur.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise bei einer niedrigen Temperatur durchgeführt, bei der das Pyrimidinnucleosid in einem Lösungsmittel noch löslich ist und das Lösungsmittel nicht erstarrt. Bei niedrigen Temperaturen erfolgt keine heftige Reaktion und die Bildung von Nebenprodukten ist auf ein Min- -I

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destmaß beschränkt. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren bei Temperaturen von -20 bis +50⁰C durchgeführt.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird vermutlich als Zwischenprodukt ein 5-Fluor-6-hydroxy-5,6-dihydrocytosinribosid oder dessen Acylierungsprodukt gebildet. Das Zwischenprodukt ist schwierig zu isolieren, da es extrem instabil ist, im Gegensatz zur Umsetzung ähnlicher Uracilderivate. Das Zwischenprodukt läßt sich leicht in 5-Fluorcytidin oder dessen Acylderivat umwandeln. Diese Umwandlung wird erleichtert durch Behandlung des Reaktionsgemisches mit Ammoniak oder einem Arain, vorzugsweise Trimethylarain oder Triäthylamin oder einem ähnlichen aliphatischen Arain.

Diese Basen werden im allgemeinen in einem Molverhältnis von 2 : 1 bis 20 : 1, vorzugsweise 5 : 1 bis 10 : 1_# zum Pyrimidinnucleosid eingesetzt. Die Umsetzung kann jedoch auch bei einem Molverhältnis außerhalb des vorgenannten Bereichs durchgeführt werden. Die Base wird in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel, z.B. einem Alkohol, gelöst. Im allgemeinen wird eine Lösung mit 2 bis 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5 bis 10 Gewichtsprozent der Base hergestellt. Das Reaktionsgemisch wird mit der Lösung der Base vermischt und 1 bis 30 Stunden bei 10 bis 30⁰C stehengelassen. Auf diese Weise wird das Zwischenprodukt in 5-Pluorcytidin bzw. dessen Acylderivat umgewandelt. Der Endpunkt der Umwandlung läßt sich durch UV-Absorptionsanalyse bestimmen.

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rr

Nach beendeter Umsetzung wird in das Reaktionsgemisch ein Inertgas, wie Stickstoff, eingeleitet, um überschüssiges Fluor abzutrennen. Der im Reaktionsgemisch gebildete Fluorwasserstoff wird mit Kalium- oder Natriumfluorid, Natrium- oder Kaliumacetat oder mit einem Molekularsieb abgetrennt. Man kann das Reaktionsgemisch auch mit überschüssigem Diäthyläther waschen, d.h. das Reaktionsprodukt aus dem Reaktionsgemisch mit überschüssigem Diäthyläther ausfällen. Auf diese Weise verbleibt der Fluorwasserstoff in der Lösung. Das behandelte Reaktionsgemisch kann dn einem Kationenharzaustauscher oder beispielsweise an Kieselgel oder Aluminiumoxid chromatographisch gereinigt werden.

Als Kationenharzaustauscher wird ein Harzaustauscher in der Säureform verwendet. Das Produkt wird in einem Lösungsmittel» wie Wasser oder Methanol, gelöst, und die erhaltene Lösung wird auf den Kationenharzaustauscher gegeben, wobei das Produkt an dem Harzaustauscher adsorbiert wird. Sodann wird der Harzaustauscher mit Wasser gewaschen und mit einer wäßrigen Lösung eluiert, die eine Base, wie Triäthylamin oder Ammoniak, enthält. Diejenige Fraktion des Eluats, die das Reaktionsprodukt enthält, kann durch UV-Absorptionsanalyse festgestellt v/erden. Bei Verwendung von Kieselgel als Adsorptionsmittel wird das Produkt in einem Lösungsmittels wie Wasser oder Methanol, gelöst, und die erhaltene Lösung wird auf das Kieselgel gegeben. Es erfolgt Adsorption des Produkts am Kieselgel. Als Eluierungsmittel wird ein organisches Lösungsmittel oder ein Gemisch aus einem organischen Lösungsmittel und Wasser„ Z₀B₀ einem Gemisch aus Aceton lind Wasserj verwendet» Die Fraktion des Eluats ₉ die das Produkt enthält;, kann durch UV-Absorptionsanalys-e bestimmt werden. _j

" 4Ό 9 8 2 2 / 1 1 6 6

Sofern das fluorierte Produkt Acylgruppen aufweist, wird es in alkalischem Medium verseift. Die zur Verseifung verwendete alkalische Lösung kann mit einem Lösungsmittel hergestellt werden, welches das Acylderivat des 5-Fluorcytidins sowie die Base, wie Natriumhydroxid, Ammoniak, ein Amin oder ein Natrium-, Kaliumoder Lithiumalkoholat, z.B. das Äthylat, löst. Die Hydrolyse wird im allgemeinen bei Temperaturen von O bis 10O⁰C durchgeführt. Bei schwer verseifbaren Verbindungen wird die Hydrolyse bei erhöhter Temperatur durchgeführt.

Wenn der Rest R ein Wasserstoffatom bedeutet, können natürlich vorkommende Pyrimidinnucleoside der allgemeinen Formel II als Ausgangsverbindungen eingesetzt werden. Wenn der Rest R einen Acylrest bedeutet, werden die Pyrimidinnucleoside durch Umsetzen von Cytidin in einem basischen Lösungsmittel, wie Pyridin, mit einem Acylhalogenid oder Acylanhydrid hergestellt; vgl. J. Beranek et al., Collection Czech. Chem. Commun., Bd. 29 (3), Seiten 625 bis 634 (196A).

Sofern das erfindungsgemäße Verfahren unter allzu energischen Reaktionsbedingungen durchgeführt wird, kann ein Abbau des Furanosylrests erfolgen. Vorzugsweise werden daher die Hydroxylgruppen am Furanosylrest durch Acylierung geschützt. Man erhält in diesem Fall höhere Gesamtausbeuten an 5-Fluorcytidin.

Die Beispiele erläutern die Erfindung. Teile und Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht, sofern nichts anderes angegeben ist.

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Beispiel 1

2,43 g (10 mMol) Cytidin werden in 70 ml V/asser gelöst. In die Lösung wird bei 1O⁰C unter kräftigem Rühren ein etwa 15 Volumprozent Fluor, Rest Stickstoff, enthaltendes Gasgemisch eingeleitet. Nach etwa 6 bis 10 Stunden kann kein Cytidin mehr im Reaktionsgemisch nachgewiesen werden. Der Nachweis erfolgt durch UV-Absorptionsanalyse bei 280 mu mit einem Gemisch aus einem Teil der Reaktionslösung in 0,1 η Salzsäure. Nach beendeter Umsetzung wird in das Reaktionsgemisch Stickstoff eingeleitet und das Lösungsmittel wird unter vermindertem Druck abdestilliert. Der Rückstand wird in Methanol aufgenommen und auf eine mit 50 g Kaliumfluorid gefüllte Kolonne gegeben. Sodann wird die Kolonne gründlich mit Methanol ausgewaschen, Das Eluat und die Waschlösungen werden vereinigt, unter vermindertem Druck eingedampft t und der Rückstand wird in einer lOprozentigen Lösung von Triäthylamin in einem Gemisch gleicher Volumteile Methanol und Wasser gelöst. Die Lösung wird 15 Stunden bei etwa 20 bis 30⁰C stehengelassen. Sodann wird das Lösungsmittel unter vermindertem Druck (10 Torr) abdestilliert und der Rückstand an Kieselgel chromatographisch gereinigt. Als Laufmittel wird ein Gemisch aus 1 Volumteil Aceton und 5 Volumteilen Wasser verwendet. Die ersten 400 bis 800 ml werden unter vermindertem Druck zur Trockene eingedampft, und der Rückstand wird bei etwa 20⁰C in 5 ml Äthanol gelöst. Die erhaltene Lösung wird abgekühlt. Hierbei scheidet sich das Rohprodukt kristallin ab. Die Kristalle werden abfiltriert und in 10 ml Äthanol bis zur Lösung aufgekocht. Beim Abkühlen kristallisiert aus der Lösung reines 5-Fluorcytidin aus. Die Ausbeute beträgt 1,10 g (42 % d. Th.)-F. 195⁰C. Im UV-AbsorptionsSpektrum treten folgende Maxima auf: _j

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H₂O
Λ max 239, 281 mu;

AmaX 212, 291 mu;

.pH 11

Amax 242, 282 mu (Schulter).

C₉H₁₂O₅N₃F; CHN

ber.: 41,38 4,63 16,08

,gef.i 41,23 4,62 16,05.

Beispiel 2

/1 Ol 71 Kl

411 mg (1 mMol) N ,0 ¹^ ' -Tetraacetylcytidin werden in 35 ml Essigsäure gelöst. In die Lösung wird bei Raumtemperatur unter kräftigem Rühren ein Gemisch aus 20 Volumprozent Fluor, Rest Stickstoff, eingeleitet. Nach 6 bis 10 Stunden ist das Ausgangsmaterial nicht mehr im UV-AbsorptionsSpektrum nachweisbar. Sodann wird Stickstoff in das Reaktionsgemisch eingeleitet, und das Lösungsmittel unter vermindertem Druck (10 Torr) eingedampft. Der Rückstand wird mehrmals mit Diäthyläther gewaschen, in 40 ml mit Ammoniakgas gesättigtem Methanol gelöst und 15 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen. Hierauf wird das Lösungsmittel unter vermindertem Druck abdestilliert und der Rückstand an Kieselgel chromatographisch gereinigt. Die weitere Aufarbeitung erfolgt gemäß Beispiel 1. Ausbeute 135 mg (52 % d. Th.) 5-Fluorcytidin. Die physikalischen Eigenschäften des Produkts stimmen mit den Eigenschaften des gemäß Beispiel 1 hergestellten Produkts überein.

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Claims

HO OH
dadurch- gekennzeichnet, daß man ein

Pyriraidinnucleosid der allgemeinen Formel II

MIR

ROrT₂C '

(II)

R¹O OR
in der R ein Wasserstoffatom oder einen Acylrest bedeutet, in einem Lösungsmittel mit einem Gemisch aus Fluor und einem inerten Gas als Verdünnungsmittel behandelt und, sofern R einen Acylrest bedeutet, die erhaltene Verbindung verseift.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel Wasser, einen aliphatischen Alkohol, eine aliphatische Carbonsäure oder deren Ester, einen fluorierten Kohlenwasserstoffs eine fluorierte aliphatische Carbonsäure oder deren Ester_P ein fluoriertes Keton oder Gemische dieser Lösungsmittel verwendete

0 9 8 2 2/1166.

Γ - 12 -
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine 0,1 bis 30gewichtsprozentige Lösung des Pyrimidinnucleosids einsetzt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Pyrimidinnucleosid Cytidin einsetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man N , O² »* ¹^ -Tetraacetylcytidin einsetzt,
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus Fluor und Stickstoff, Argon, Helium, Fluortrichlormethan oder Tetrafluormethan einsetzt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein höchstens 80 Volumprozent Fluor enthaltendes Gasgemisch einsetzt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man ein 1 bis 30 Volumprozent Fluor enthaltendes Gasgemisch einsetzt.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Behandlung bei Temperaturen von -20 bis 50⁰C durchführt.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in die Lösung des Pyrimidinnucleosids das Gasgemisch während

eines Zeitraums von 30 Minuten bis 20 Stunden einleitet und L -

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Fluor in einem Molverhältnis zum Pyrimidinnucleosid von 0,5:1 bis 3:1 verwendet.
11. Verfahren nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß man das Reaktionsgemisch mit Ammoniak oder einem Amin behandelt.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verseifung in alkalischem Medium durchführt.

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