DE69426880T2

DE69426880T2 - Verfahren zur herstellung von aminosäureester von nukleosid analogen

Info

Publication number: DE69426880T2
Application number: DE69426880T
Authority: DE
Inventors: Paul Jackson
Original assignee: Rolabo SL
Current assignee: Rolabo SL
Priority date: 1993-06-10
Filing date: 1994-06-09
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2014-06-10
Also published as: EP0702682B1; DE69426880D1; EP0702682A1; WO1994029311A1; ATE199719T1; ES2157259T3; US5831075A; AU6854694A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Aminosäureestern von Nukleosidanaloga.
Nukleosidanaloga stellen eine wichtige, überwiegend wegen ihrer antiviralen Wirksamkeit nützliche Arzneimittelklasse dar. Ihre wesentliche Heilwirkung beruht somit auf ihrer Fähigkeit, in virale Nukleinsäuremetabolismen, hauptsächlich DNA- oder RNA-Replikation, einzugreifen. Sehr viele Nukleosidanaloga wurden beschrieben, und viele finden zur Behandlung verschiedener viraler Infektionen klinische Anwendung. So sind Aciclovir (9-(2-Hydroxyethoxymethyl)guanin) und BW 882C besonders gegen den Herpesvirus (siehe zum Beispiel Schaeffer et al., Nature 272, 583-585, 1978) nützlich, während AZT (Azidothymidin, Zidovudin, Retrovir) und in letzter Zeit ddI (Dideoxyinosin) zur Behandlung von AIDS und HIV-Infektion vorgeschlagen und tatsächlich verwendet werden.
Man versucht weiterhin neue und verbesserte Nukleosidanaloga zu entwickeln und in letzten Jahren zählt dazu die Derivatisierung von vorhandenen Nukleosidanaloga, um deren Eigenschaften, z. B. die Bioaktivität, die Bioverfügbarkeit, zu verbessern oder um deren Formulierung, zum Beispiel durch verbesserte Wasserlöslichkeit, zu erleichtern.
So synthetisierte man beispielsweise Aminosäureester von Nukleosidanaloga. Die EP-A-308065 und die EP-A-99493 (Wellcome) beschreiben die Valin- und Isoleucin-, bzw. Glycin- und Alaninester von Aciclovir.
Üblicherweise stellt man diese Aminosäureester durch direkte Veresterungsreaktion zwischen der freien Hydroxygruppe des Nukleosidanalogons und der Carboxygruppe der Aminosäure her, wie es zum Beispiel die EP-A-303065 beschreibt. Einige alternative Reaktionsrouten sind jedoch in der EP-A-308065 beschrieben.
Die im Stand der Technik beschriebenen und verwendeten Verfahren sind jedoch in der Regel mehrstufige Verfahren, die zum Beispiel Stufen, in denen Schutzgruppen eingeführt und entfernt werden, umfassen und somit teure Reagentien erfordern. So sind häufig Aktivierungs- und/oder Kupplungsreagentien (wie DCC und DMAP) zur Durchführung der erwünschten Reaktion erforderlich, was sowohl die Kosten wie auch die Reaktionskomplexität erhöht. Es besteht daher ein Bedarf an verbesserten Verfahren zur Herstellung von Aminosäureestern von Nukleosidanaloga, die wirtschaftlicher, rascher und vor allem einfacher durchzuführen sind. Die vorliegende Erfindung stellt ein solches Verfahren bereit.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung eines Aminosäureesters (d. h. ein Mono-, Di-, Tri- oder Polyester) eines Nukleosidanalogons, wobei man ein Nukleosidanalogon, das in seiner linearen oder cyclischen Ethergruppierung eine veresterbare Hydroxygruppe aufweist, mit einem gegebenenfalls am Ringkohlenstoff substituierten 2-Oxa-4-azacycloalkan-1,3-dion umsetzt.
Natürlich vorkommende Nukleoside haben zwei Bestandteile, eine Stickstoff-enthaltende Purin- oder Pyrimidinringstruktur, die mit einem Zuckerring der Ribose oder Desoxyribose verknüpft ist. Diese Nukleoside bilden die Bausteine der DNA und RNA und werden daher durch DNA/RNA synthetisierende Enzyme, einschließlich den Enzymen infektiöser Viren, erkannt und wechselwirken mit ihnen. Um ein Analogon zu bilden, das noch von dem Virus erkannt wird, aber nicht als normales Substrat fungieren kann, kann man einen oder beide der Purin/Pyrimidin- beziehungsweise Zuckerbestandteile natürlich vorkommender Nukleoside verändern. Das Nukleosidanalogon kann somit die Enzymfunktion hemmen und/oder die resultierende Nukleinsäurestruktur (z. B. durch Kettenabbruch oder ein nicht passendes Basenpaar) verschlechtern. Der im Folgenden verwendete Begriff "Nukleosidanalogon" umfasst diese Analoga.
Bei vielen Nukleosidanaloga führt die Modifizierung des "Zucker" molekülteils zu einer Änderung der chemischen Beschaffenheit der Gruppe, so dass man sie nicht länger korrekt als Zucker bezeichnen kann; im Folgenden beschreibt der Begriff "Ethergruppierung" die Gruppe im Analogon, die aus der Modifizierung der Zuckergruppe hervorgeht, und die cyclisch (wie bei AZT, ddI und verwandte Analoge) oder linear (wie bei Aciclovir oder 9-(1,3-Dihydroxy-2-propoxymethyl)guanin, DHPG) sein kann. Nukleosidanaloga sind ausführlich in der Literatur beschrieben, und viele werden beispielsweise von Nasr et al., Antiviral Research 14, 125-148 (1990) oder McGowan et al., Antiviral Chemotherapy, Band 2, 333-345, Hrsg. Mills and Corely, 1989 beschrieben.
Erfindungsgemäß bevorzugt sind Nukleosidanaloga mit cyclischen Ethergruppen auf der Basis von gesättigten oder ungesättigten Furanoseringen wie beispielsweise veranschaulicht durch AZT, BW 882C CS- 87 (Azddu, 3'-Azido-2,3'-didesoxyuridin), D4T (2',3'-Didesoxydidehydrothymidin), 3'-Desoxy-3 -fluorthymidin (3'-Fddt, FLT), 2',3'- Didesoxycytidin (ddC), 2',3'-Didesoxyinosin (ddl), carbocyclisches (2',3'-Didehydro-2',3'-didesoxyguanosin) (Carbovir, carbocyclisches -D4G) sowie viele weitere, die von Nasr et al. (vorstehend) aufgelistet sind oder mit acyclischen Ethergruppen wie jene von Aciclovir, Penciclovir (Smith Kline Beecham), DHPG und verwandte Analoga (Nasr et al., vorstehend).
Das gegebenenfalls am Ringkohlenstoff substituierte 2-Oxa-4- azacycloalkan-1,3-dion-Reagens kann als cyclisches Carbonsäurekondensationsprodukt einer Aminosäure angesehen werden, wobei die Seitenkette der Aminosäure die fakultative Ringkohlenstoffsubstitution bereitstellt, und dazu dient, den Aminosäure-Bestandteil in das endgültige Esterprodukt einzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem einzigen Schritt durchgeführt werden, ohne dass man Schutzgruppen für chemisch reaktive Gruppen einführen und anschließend entfernen muss, und ist somit einfacher und rascher als die zuvor beschriebenen Verfahren auszuführen. Außerdem sind die verwendeten Reagentien ausreichend reaktiv, so dass in der Regel Kupplungs-/Aktivierungsreagenzien nicht erforderlich sind. Das erfindungsgemäße Verfahren weist somit auch den Vorteil auf, kostengünstiger (weniger und preiswertere Reagentien) und gefahrloser zu sein.
Das 2-Oxa-4-azacycloalkan-1,3-dion ist vorzugsweise ein 4- substituiertes Oxazolidin-2,5-dion und führt zu α-Aminosäureesterprodukten, obgleich man auch andere Verbindungen, die der allgemeinen Definition von 2-Oxa-4-azacycloalkan-1,3-dion entsprechen, z. B. Oxazacyclohexandione, verwenden kann, um andere Esterprodukte, z. B. β-Aminosäureesterprodukte, zu erhalten.
Der Substituent in 4-Position des Oxazolidin-2,5-dions entspricht der Seitenkette der entsprechenden Aminosäure, und man wählt ihn gemäß der zu veresternden Aminosäure aus.
Somit kann man das 2-Oxa-4-aza-cycloalkan-1,3-dion durch die Formel darstellen,
worin R&sub1; für Wasserstoff, eine C&sub1;&submin;&sub4;-Alkyl- (z. B. Methyl, Isopropyl oder Isobutyl) oder -Alkenylgruppe oder für andere, in der Literatur als üblich beschriebene Aminosäureseitenketten stehen kann, und R&sub2; für Wasserstoff oder eine Gruppe COOR&sub3; stehen kann, worin R&sub3; Benzyl, t-Butyl, Fluorenylmethyl oder eine gegebenenfalls Halogensubstituierte (z. B. Chlor, Brom, Fluor oder Iod, insbesondere Chlor oder Brom) lineare oder verzweigte C&sub1;&submin;&sub8;-Alkylgruppe bedeutet. Zweckmäßigerweise wird die Gruppe R&sub1; unter Seitenketten von 20 bekannten Schlüssel-α-aminosäuren, die in Proteinen vorkommen, ausgewählt.
Bevorzugte Gruppen R&sub1; sind nicht ionisierbar und insbesondere auch nicht polar. Zu den besonders bevorzugten Gruppen R&sub1; gehören Wasserstoff, Methyl, Isopropyl beziehungsweise Isobutyl, welche die Seitenketten der α-Aminosäuren Glycin, Alanin, Valin und Isoleucin sind.
Bevorzugt sind die 2-Oxa-4-azacycloalkan-1,3-dione der Formel I, worin R&sub2; für eine Gruppe COOR&sub3; und R&sub3; für eine Benzyl- oder t- Butylgruppe steht. Besonders bevorzugt entschützt man anschließend die Gruppe COOR&sub3;.
Vorzugsweise, obwohl nicht unbedingt erforderlich, wählt man das gegebenenfalls am Ringkohlenstoff substituierte 2-Oxazacycloalkandion-Reagens so aus, dass man eine L-konfigurierte Aminosäure in das endgültige Esterprodukt einführt, obgleich auch D oder DL racemische Formen hergestellt werden können.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform führt man das erfindungsgemäße Verfahren mit Aciclovir und einem gegebenenfalls geschützten, unter Oxazolidin-2,5-dion und dessen 4-Methyl-, 4-Isopropyl- beziehungsweise 4-Isobutylderivaten ausgewählten Oxazacyclopentandion durch, wobei man die gegebenenfalls geschützten Glycin-, Alanin-, Valin- beziehungsweise Isoleucinester von Aciclovir erhält. Sofern das erfindungsgemäße Verfahren zu geschützten Estern von Nukleosidanaloga führt, entfernt man vorzugsweise die Schutzgruppe, zum Beispiel nach Standardmethoden. Nach Entfernen der Schutzgruppe zeigen die Esterprodrugs im Vergleich zum ursprünglichen Arzneimittel (z. B. Aciclovir) eine höhere Bioverfügbarkeit und ermöglichen somit niedrigere Dosen und ein weniger häufig zu benutzendes Dosiersystem zur Behandlung viraler Infektionen, die auf das Arzneimittel ansprechen.
In der Regel führt man das Verfahren in Gegenwart eines Lösungsmittels aus, worin das Nukleosidanalogon zumindest teilweise löslich ist. So kann man im Falle von Aciclovir beispielsweise N-Methylpyrrolidinon oder Dimethylformamid verwenden.
Üblicherweise führt man das Verfahren bei Temperaturen zwischen den Gefrier- und Siedepunkten des Reaktionsgemisches durch, aber vorzugsweise liegen die Temperaturen im Bereich von 10ºC bis 80ºC.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise zur Herstellung von bis jetzt nicht beschriebenen Aminosäureestern von Nukleosidanaloga verwendet werden.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben, in denen alle Teile, Verhältnisse und Prozentsätze, sofern es nicht anders angegeben ist, gewichtsbezogen sind. Beispiel 1
(worin Z CO&sub2;CH&sub2;C&sub6;H&sub5; ist)
Bei 100 bis 110ºC löst man Aciclovir (1 g) in 12 mL N-Methylpyrrolidinon. Man kühlt die Lösung auf Raumtemperatur und gibt hierzu DMAP (4-Dimethylaminopyridin) (50 mg) und Z-Valin NCA (N-Carboxyanhydrid) (1,45 g aus Propeptid). Kohlendioxid wird mittels eines Gaszylinders kontrolliert. Nach beendeter Gasfreisetzung entfernt man das Lösungsmittel im Hochvakuum bei 60ºC. Man behandelt den Rückstand mit 20 mL 1M HCl, filtriert und wäscht den weißen Feststoff mit Wasser. Nach dem Trocknen erhält man 2,2 g Feststoff (2,25 g in der Theorie) mit einer Reinheit von 95% laut Hc, wobei die Verunreinigung Z-Valin ist. Das Material ist für das Entschützen ausreichend rein oder kann zur weiteren Reinigung kristallisiert werden.

Beispiel 2

Man suspendiert Aciclovir (1 g) in trockenem DMF (10 mL). Man fügt DMAP (50 mg) und Z-Valin NCA (1,45 g) hinzu. Das Gemisch wird bis zur beendeten Freisetzung von Kohlendioxid (0,5 L) auf 55 bis 60ºC erwärmt und man erhält eine klare Lösung. Man entfernt das Lösungsmittel und behandelt den Rückstand mit 20 mL 1M HCl. Der Feststoff wird abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen erhält man 1,8 g.

Beispiel 3

Aciclovir (2,36 g, 10,5 Mmol), Z-Valin NCA (2,93 g, 10 Mmol) und DMAP (50 mg) werden in DMF (10 mL) gemischt. Das Reaktionsgemisch wird allmählich auf 55ºC erwärmt. Nach beendeter Gasentwicklung kühlt man das Gemisch auf Raumtemperatur ab, filtriert überschüssiges Aciclovir ab und entfernt das Lösungsmittel im Vakuum. Man behandelt das Gemisch wie in den vorherigen Beispielen und erhält 4,3 g Produkt. Beispiel 4
Eine Suspension von Aciclovir (2 g) wird in trockenem Dimethylformamid (150 mL) suspendiert und auf 60ºC erwärmt. Bei dieser Temperatur fügt man eine ausreichende Menge einer gesättigten Lösung von Chlorwasserstoff in Dioxan hinzu, so dass 10 Äquivalente Chlorwasserstoff vorliegen. Zu diesem Gemisch gibt man schnell 1 bis 2 Äquivalente des geeigneten 4-substituierten Oxazolidin-2,5-dions. Unter Kühlen auf Raumtemperatur rührt man die Umsetzung 2 bis 48 Stunden. Man entfernt überschüssigen Chlorwasserstoff und Dioxan unter vermindertem Druck. Das Dimethylformamid wird unter höherem Vakuum und bei erhöhter Temperatur (< 60ºC) entfernt und kann erneut verwendet werden. Man nimmt den Rückstand in warmem, wässrigen Ethanol auf, filtriert, um nicht umgesetztes Aciclovir (das erneut verwendet werden kann) zu entfernen, und kristallisiert das Produkt in der Kälte.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Aminosäureesters eines Nukleosidanalogons, wobei man ein Nukleosidanalogon, das in seiner linearen oder cyclischen Ethergruppierung eine veresterbare Hydroxygruppe aufweist, mit einem 2-Oxa-4-aza-cycloalkan-1,3-dion umsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das 2-Oxa-4-aza-cycloalkan-1,3-dion am Ringkohlenstoff substituiert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das 2-Oxa-4-aza-cycloalkan-1,3-dion eine Verbindung der Formel I ist:

(worin R, für ein Wasserstoffatom, eine C&sub1;&submin;&sub4;-Alkyl- oder -Alkenylgruppe oder eine Aminosäuren-α-Seitenkette proteinbildender α-Aminosäuren steht, und R&sub2; für ein Wasserstoffatom oder eine Gruppe COOR&sub3; steht, worin R&sub3; für Benzyl, t-Butyl, Fluorenylmethyl oder eine gegebenenfalls. Halogensubstituierte, lineare oder verzweigte C&sub1;&submin;&sub8;-Alkylgruppe steht).

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das 2-Oxa-4-aza-cycloalkan-1,3-dion eine Verbindung der Formel I ist, worin R&sub1; für ein Wasserstoffatom oder eine Methyl-, Isopropyl- oder Isobutylgruppe steht.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das 2-Oxa-4-aza-cycloalkan-1,3-dion eine Verbindung der Formel I ist, worin R&sub2; für eine Gruppe COOR&sub3; steht und 1% eine Benzylgruppe ist.

6. Verfahren nach Anspruch 3, worin das 2-Oxa-4-aza-cycloalkan-1,3-dion eine Verbindung der Formel I ist, worin R&sub2; für eine Gruppe COOR&sub3; steht und 1% eine t-Butylgruppe ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gruppe COOR&sub3; anschließend entschützt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Nukleosidanalogon Acyclovier ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Nukleosidanalogon DHPG ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Nukleosidanalogon mit einer Verbindung umgesetzt wird, die ein asymmetrisches Kohlenstoffatom aufweist und der Ester erhalten wird, der den Aminosäurerest in L-Konfiguration enthält.