DE69708591T2 - Schlüsselzwischenprodukte zur Herstellung von Simvastatin - Google Patents
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Description
- Verbindungen der unten dargestellten Struktur I sind sehr aktive antihypercholesterinäme Substanzen, die eine Unterbindung der Cholesterol- Biosynthese durch Inhibition des Enzyms HMG-CoA-Reductase bewirken.
- Verbindungen der Struktur I umfassen die natürlichen Fermentationsprodukte Mevinolin (Struktur Ia, in der R = CH&sub3;, beschrieben im U.S. Patent Nummer 4.231.938, auch bekannt unter dem Namen Lovastatin), Compactin (Strukturformel Ib, in der R = H, beschrieben im U.S. Patent Nummer 3.983.140) und eine Vielzahl hiervon abgeleiteter halbsynthetischer und vollständig synthetischer Analoga, die alle die natürliche Seitenkette 2-Methylbutyrat besitzen.
- Verbindungen der unten dargestellten Struktur II, die eine 2,2- Dimethylbutyrat Seitenkette aufweisen (z. B. Simvastatin, Strukturformel IIa, in der R = CH&sub3;) sind als aktivere Inhibitoren der HMG-CoA-Reductase bekannt als ihre 2- Methylbutyrat Analoga und daher von größerer Nutzbarkeit in der Behandlung der Arteriosklerose, der Hyperlipidämie, der familiären Hypercholesterinämie und ähnlicher Erkrankungen.
- Die kürzliche Markteinführung von Simvastatin (IIa), ein stärkerer Inhibitor der HMG-CoA-Reductase als Lovastatin (Ia), hat die Notwendigkeit eines Syntheseprozesses mit hohem Ertrag erbracht, der ökonomisch effizienter und umweltverträglicher ist, als die bisherig beschriebene Produktionsweise.
- Verbindungen der Struktur II (z. B. Simvastatin) mit der 2,2- Dimethylbutyrat Seitenkette, sowie die Methoden für ihre Herstellung sind beschrieben unter der US Patenten Nummer 4.444.784 und in der vom EPO publizierten Patentanwendung Nummer 33538. Der darin beschriebene Prozeß beinhaltet vier verschiedene Reaktionsmechanismen.
- (1) Die Deesterifizierung der 2-Methylbutyrat Seitenkette.
- (2) Die Protektion der 4-Hydroxy-Gruppe des Pyranonrings.
- (3) Die Reesterifizierung der Seitenkette um das gewünschte 2,2- Methylbutyrat zu erhalten, und
- (4) die Deprotektion der 4-Hydroxy-Gruppe.
- Dieser Syntheseweg ist langwierig und ergibt einen niedrigen Gesamtertrag.
- Simvastatin ist zudem hergestellt worden über die α-Alkylierung der Esterhälfte, wie beschrieben in den U.S. Patenten Nummer 4.582.915 und 4.820.850.
- Das U.S. Patent Nummer 4.582.915 (1986) beschreibt die direkte Methylierung der natürlichen 2-(S)-Methylbutyryloxy Seitenkette von Mevinolin in einem einzigen Reaktionsschritt mittels eines Metallalkylamids und einem Methylhalogen, um Simvastatin zu erhalten. Der Nachteil dieses Prozesses ist die niedrige Konversionsrate des C-Methylierungsschrittes. Zudem finden viele Nebenreaktionen durch Methylierungen weiterer Reaktionsstellen des Moleküls statt. Die Konversionsrate der C-Methylierung kann bis zu einem gewissen Ausmaß durch eine zweite oder dritte Beschickung mit der Amidbase und dem Methylhalogen verbessert werden. Selbst unter diesen Umständen bleibt der Gesamtertrag nur mäßig. Ebenso ist die Reinheit von Simvastatin, welches man über diesen Reaktionsprozeß erhält, grenzwertig für den Gebrauch als humanmedizinisches Gesundheitsprodukt.
- Das U.S. Patent Nummer 4.820.850 (1989) beschreibt einen Prozeß in dem eine hohe Konversionsrate der C-Methylierung an der 2-(S)-Methylbutyryloxy Seitenkette von Mevinolin durch eine einzige Beschickung mit der Amidbase und dem Methylhalogen erzielt werden kann. Der Prozeß, der in diesem Patent dargelegt wird, besteht aus sechs Reaktionsschritten und ist nicht ökonomisch, da es die Protektion und die Deprotektion der beiden Hydroxy-Gruppen des Zwischenproduktes Lovastatin-butylamid mittels der teuren, silylierenden Substanz, Tert-butyryl-dimethyl-silyl-chlorid.
- Die vorliegende Erfindung beschreibt einen neuen Syntheseprozeß und neue Zwischenprodukte für die Herstellung von Simvastatin (IIa). Der neuen Syntheseprozeß ist im folgenden Reaktionsschema dargestellt: Reaktionsschema
- Herausragende Merkmale dieser Erfindung sind:
- (a) Simvastatin kann aus einem Salz der Mevinolinsäure als Ausgangssubstanz anstelle von Lovastatin synthetisiert werden.
- (b) Simvastatin wird in einem Syntheseprozeß aus vier Reaktionsschritten hergestellt, wobei dieser Prozeß nicht die Protektion und Deprotektion der beiden Hydroxy-Gruppen am offenen Pyranonring beinhaltet. Im Gegensatz dazu, benötigen die bisherig beschriebenen Methoden die Protektion und Deprotektion der Hydroxy- Gruppen als essentielle Reaktionsschritte in der Synthese von Simvastatin.
- (c) In der bevorzugten Umsetzung, wird das neue Zwischenprodukt Lovastatin-cyclopropylamid (IIIb) hergestellt aus der Ausgangssubstanz (Lovastatin oder einem Salz der Mevinolinsäure). Dieses neue Zwischenprodukt wird dann überführt in ein zweites, neues Zwischenprodukt (IVb).
- Simvastatin, das synthetisiert wird durch den erfundenen Prozeß, hat bestimmte Vorteile in der kommerziellen Herstellung. Die Reinheit und der Ertrag von Simvastatin aus dem erfundenen Prozeß ist hoch, bei weniger Verbrauch an Reagentien, Zeit, Laboraufwand und Kosten, sowie weniger Reaktionsschritten.
- Das Ausgangsmaterial für die Methode der vorliegenden Erfindung ist Lovastatin (Ia) oder Mevinolinsäure (Ic), wobei die letztere, die offene Ringform von Lovastatin darstellt. Mevinolinsäure wird hergestellt durch Fermentation von Aspergillus terreus (siehe auch U.S. Patent Nummer 4.231.938). Entweder Lovastatin (Ia) oder die Salzform der Mevinolinsäure (Ic) werden typischerweise als Ausgangssubstanzen verwendet. Die Bezeichnung "Mevinolinsäure" bezeichnet, wenn nicht anderweitig spezifiziert, eine hiervon geeignete Salzform. Jedes Salz, das nicht mit den anderen Reagentien oder den Bedingungen interferriert, die für die Durchführung der vorliegenden Erfindung benötigt werden, ist zulässig. Die Alkalimetallsalze, z. B. Na und K oder, vorzugsweise die Ammoniumsalzform, können verwendet werden.
- Lovastatin erhält man aus Mevinolinsäure via Lactonisierung mit den bekannten Methoden und wird isoliert mittels verlustbringenden Kristallisationstechniken. Ein Materialverlust von ca. 20% tritt bei der Überführung von natürlich vorkommender Mevinolinsäure in Lovastatin auf. Ein Ziel dieser Erfindung ist, diesen Verlust durch Verwendung von Mevinolinsäure anstatt von Lovastatin als Ausgangssubstanz zu unterbinden.
- Entsprechend dem neuen Syntheseprozeß der vorliegenden Erfindung, wird Simvastatin (IIa) hergestellt durch reagierendes Lovastatin (Ia) oder Mevinolinsäure (Ic), vorzugsweise in der Ammoniumsalzform mit einem n- Alkylamin oder einem Cycloalkylamin der Formel R&sub3;-NH&sub2;, wobei R&sub3; C&sub3;-C&sub6; darstellt. Vorzugsweise ist das Amin R&sub3;-NH&sub2; Cyclopropylamin und das entstehende Zwischenprodukt ist Lovastatin-cyclopropylamid (IIIb). Alternativ ist das Amin R&sub3;- NH&sub2; n-Butylamin und das entstehende Zwischenprodukt ist Lovastatin-n-butylamid (IIIa).
- Das so hergestellte zyklische Zwischenprodukt, Amid IIIa oder IIIb, wird in trockenem Tetrahydrofuran gelöst und zu einer Alkalimetallamid-Lösung, z. B. Lithiumpyrrolidid in THF bei einer Temperatur von etwa -35ºC bis -40ºC gegeben. Lithiumpyrrolidid wird in situ gewonnen aus einer Reaktion von n-BuLi mit Pyrrolidin in THF. Die Lösung der Zwischenprodukte, Amid IIIa oder IIIb und die in situ gewonnene Base wird für eine Stunde inkubiert bei etwa -35ºC bis -40ºC und getrocknetes Alkylhalogenid, vorzugsweise Methyliodid (2 bis 3,5 mol, äq.) wird in einer einzigen Beschickung zugegeben. Die Reagentien werden für eine Stunde gerührt bei einer Temperatur von etwa -30ºC, erwärmt auf -10ºC und bei dieser Temperatur für 20 Minuten belassen. Wasser wird der Reaktionsmischung zugegeben und die Phasen getrennt. Die THF Phase wird mit einer Mineralsäure gewaschen, vorzugsweise Salzsäure, und dann zu einer öligen Masse, die die Zwischenprodukte IVa oder Ivb enthält, konzentriert.
- Zu einer Lösung der Zwischenprodukte IVa oder Ivb in Methanol wird, ohne Reinigungsschritt, 2,0N NaOH gegeben und geschwenkt bei etwa 80º-81ºC für 2 bis 6 Stunden, vorzugsweise für 2 Stunden. Die Mischung wird gekühlt auf etwa 50ºC, Methanol bei reduziertem Druck entzogen und dann mit Wasser verdünnt. Die Mischung wird dann bei etwa 10ºC durch vorsichtiges Zugeben von 2,0N HCl angesäuert bis ein pH von 6 erreicht ist, dann mit Ethylacetat unter weiterer Ansäuerung bis zu einem pH von 4 extrahiert. Die Ethylacetatschicht wird separiert und das hydrolysierte Produkt als ein kristallines Material in der Form des Ammoniumsalzes (V) durch langsame Zugabe von methanolischem Ammoniumhydroxid über einen Zeitraum von 30 Minuten bei etwa 22º-25ºC, gefolgt von einer Kühlung auf 5ºC, präzipitiert.
- Das Ammoniumsalz (V) wird durch Erhitzen in einer Kohlenwasserstofflösung, wie beispielsweise Toluol, relactonisiert. Die Mischung wird in Toluol gelöst, erhitzt und bei etwa 100º-110ºC für 2 bis 10 Stunden gerührt, vorzugsweise bei etwa 105ºC für 5 Stunden, unter einer Schicht aus Stickstoffgas. Die Mischung wird dann gekühlt auf etwa 35ºC, mit Kohle versehen, gefiltert und das Filtrat unter reduziertem Druck bei einer Badtemperatur von etwa 60ºC zu einem Zehntel seines Ausgangsvolumens konzentriert. Das Lacton wird aus einem Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, wie zum Beispiel Cyclohexan kristallisiert, um Simvastation (IIa) mit hoher Reinheit zu erhalten.
- In der am meist bevorzugten Umsetzung des neuen Syntheseprozesses dieser Erfindung, wird Mevinolinsäure (Ic), als Ammoniumsalz vorliegend, als Ausgangssubstanz benutzt und in Lovastatin-cyclopropylamid (IIIb) übergeführt. Das Salz der Mevinolinsäure wurde in Toluol aufgelöst und für 5-6 Stunden bei einer Temperatur von 100º-110ºC, vorzugsweise bei 105º-107ºC, geschwenkt. Die sich ergebende Lösung wurde durch Destillation des Toluols bei reduziertem Druck und etwa 50º-55ºC Badtemperatur auf ein Zehntel seines Ausgangsvolumen konzentriert. Cyclopropylamin wird bei 30ºC zugegeben und die Mischung erneut für 4-5 Stunden bei etwa 40º-50ºC erwärmt. Toluol und ungebundenes Cyclopropylamin werden bei reduziertem Druck destilliert um Lovastatin-cyclopropylamid in quantitativen Mengen zu ergeben. Das so hergestellte zyklische Amid wir als solches, ohne weitere Reinigung im nächsten Schritt der C-Methylierung, auf ähnliche Art wie zuvor beschrieben, benutzt, um Simvastatin (IIa), ohne Protektion des Dihydroxy-Systems, zu ergeben.
- Die folgenden Beispiele illustrieren zudem die vorliegende Erfindung.
- Das Ammoniumsalz der Mevinolinsäure (Ic, 12,5 g, 0,296 mol)) wurde in Toluol (400 ml) gelöst. Die Mischung wurde erhitzt und bei 105º-107ºC unter einer Schicht Stickstoffgas für 5 Stunden gerührt. Die Temperatur wurde reduziert auf 60ºC und etwa 350 ml Toluol abdestilliert. Cyclopropylamin (12 ml, 0,172 mol) wurde bei 30ºC zugegeben und die Lösung erneut bei 40º-45ºC für 4 Stunden gerührt. Toluol wurde langsam unter reduziertem Druck bei einer Badtemperatur von 55ºC entzogen, um ein Endprodukt in gummiartiger Form zu ergeben. HPLC Reinheit = 99,63%, (H NMR (CDCl&sub3;, 300 MHz)) δ 0,495 (m, 2H), δ 0,50 (m, 2H), δ 0,86 (m, 6H), δ 1,08 (m, 6H), δ 2, 3 (d, 2H), δ 2,6 (m, 1H), δ 3,7 (m, 1H), δ 4,18 (m, 1H), δ 5,4 (m, 1H), δ 5, 5 (bt, J = 3,0 Hz, 1H), δ 5,7 (dd, J = 6,1, 9,5 Hz, 1H), δ 5,9 (d, J = 9,6 Hz, 1H), δ 6,2 (bt, J = 5,3 Hz, 1H); IR (CHCl&sub3;): λ max. 3500 - 3300 (b), 3000, 1740, 1660, 1530, 1450, 1210, 860, 760 cm&supmin;¹.
- Dieser Gummi wurde unmittelbar im nächsten Reaktionsschritt ohne Reinigung verwendet.
- Pyrrolidin (13,5 ml, 0,163 mol) in THF (50 ml) wurde gekühlt auf - 45ºC und n-Butyl-lithium in Hexan (1,6 M, 100 ml, 0,163 mol) unter Stickstoff in einer Rate zugegeben, um eine Temperatur von -20ºC bis -15ºC zu erhalten. Nach Beendigung der Zugabe wurde die Mischung bei -20ºC bis -25ºC für 40 Minuten gerührt.
- Eine Lösung der Verbindung IIIb in THF (300 ml) wurde, wie zuvor beschrieben, hergestellt und dann langsam über eine Kanüle zugegeben, eine Temperatur, während der gesamten Zugabe, von unter -35ºC beibehaltend. Die Lösung wurde bei -35ºC bis -40ºC für 1 Stunde inkubiert. Siebgetrocknetes Methlyiodid (4,82 ml, 0,077 mol) wurde auf einmal zugegeben. Die so erhaltene, gebrochen weiße, trübe Lösung wurde für 1 Stunde bei -35ºC bis -33ºC gerührt, dann erwärmt auf -10ºC und für 20 Minuten belassen. Destilliertes Wasser (105 ml) wurde zum Reaktionsansatz zugegeben und die Reagentien für 5 Minuten kräftig gerührt. Die Phasen wurden getrennt und die obere THF Schicht mit 1 N HCL (105 ml) versetzt. Die THF Phase wurde bei reduziertem Druck auf ein Volumen von etwa 40 ml konzentriert, um das Endprodukt IVb zu erhalten, wobei R&sub3; Cyclopropyl darstellt.
- Zu der konzentrierten Lösung aus dem vorherigen Reaktionsschritt, der die Verbindung IVb enthält, wurde eine wässrige Lösung aus NaOH (2N, 25 ml) und MeOH (175 ml) gegeben. Die Mischung wurde bei 80º-81ºC für 2 Stunden geschwenkt. Die Mischung wurde gekühlt auf 50ºC, das Maximum an MeOH bei reduziertem Druck abgezogen und mit Wasser (90 ml) verdünnt. Eine Ansäuerung der Lösung erfolgte bei 10ºC durch behutsame Zugabe von 2N HCl (pH 6). Ethylacetat (200 ml) wurde zugegeben und die Mischung, unter weiterer Ansäuerung bis zu einem pH von 4, kräftig geschüttelt. Die Ethylacetatschicht wurde von der wässrigen Phase getrennt. Eine Lösung aus NH&sub4;OH und MeOH (1 : 1,10 ml) wurde langsam über 30 Minuten bei einer Temperatur von 22º-25ºC zugegeben. Das Präzipitat wurde bei 25ºC für 1,5 Stunden gerührt, gekühlt auf 5ºC und bei dieser Temperatur für 30 Minuten gerührt. Die Filtration, gefolgt von einem Waschvorgang mit kaltem Ethylacetat (25 ml) und Vakuumtrocknen bei 35ºC ergab das Ammoniumsalz (V).
- Das unbehandelte Ammoniumsalz aus dem vorherigen Reaktionsschritt (10 g, 0,022 mol) wurde in Toluol (350 ml) gelöst. Die Mischung wurde erhitzt und bei 105ºC unter einer Schicht Stickstoff für 5 Stunden gerührt. Die Lösung wurde auf 35ºC gekühlt, Aktivkohle (0,5 g) wurde zugegeben, für 0,35 Stunden gerührt und dann über ein Kieselguhr Kissen gefiltert. Das Filtrat wurde unter Vakuum bei einer Badtemperatur von 60ºC auf ein Volumen von 40 ml konzentriert. Cyclohexan (125 ml) wurde zugegeben und die Lösung erneut für 15 Minuten geschwenkt, gekühlt für eine Stunde auf 25ºC, und weiter gekühlt auf 10º-12ºC für 30 Minuten. Das Präzipitat wurde gekühlt bei 10º-12ºC für 30 Minuten, gefiltert und mit kaltem Cyclohexan (50 ml) gewaschen, unter Vakuum bei 35ºC getrocknet bis ein kristallines, weißes Produkt (IIa) entstand, welches weiterführend durch Ethanol (absolut) kristallisiert wurde, um ein Endprodukt mit einer Reinheit > 99% zu ergeben.
- Lovastatin (Ia) (12,5 g, 0,03 mol) wurde bei 25ºC gelöst in Cyclopropylamin (13 ml, 0,174 mol). Die Mischung wurde langsam erhitzt auf 40º- 45ºC und bei dieser Temperatur für 5 Stunden gerührt. Der Überschuß an Amin wurde unter reduziertem Druck und bei 40ºC Badtemperatur verdampft, um ein Endprodukt in gummiartiger Form zu erhalten. Dieser Gummi wurde unmittelbar im nächsten Reaktionsschritt ohne weitere Aufreinigung verwendet.
- Schritt 2-3 Verbindung IIIb, die beim vorherigen Reaktionsschritt entstand, wurde umgewandelt in Simvastatin (IIa) durch Befolgung des gleichen Syntheseprozesses, wie beschrieben in Beispiel 1.
- Simvastatin (IIa) wurde hergestellt aus den Ausgangsmaterialien Lovastatin (Ia) und dem Ammoniumsalz der Mevinolinsäure (Ic) über die gleichen Syntheseschritten wie beschrieben in Beispiel 1 und 2, wobei equimolare Mengen Cyclopropylamin ersetzt wurden durch n-Butylamin.
- Während die Erfindung durch Bezugnahme auf spezifische Ausführungsarten beschrieben wurde, diente dies jedoch nur Illustrationszwecken. Für diejenigen Personen, die über entsprechende Fachkenntnisse verfügen, sind zahlreiche alternative Ausführungsarten zu erkennen, die als innerhalb des Umfangs des Anspruchs befindlich gelten.
Claims (6)
1. Eine Verbindung der Strukturformel III',
wobei R' methyl, R&sub3; cyclopropyl darstellt und wobei n = 1 oder 2 ist.
2. Die Verbindung aus Definition 1 wobei n = 1.
3. Die Verbindung aus Definition 1 wobei n = 2.
4. Ein Prozeß zur Herstellung einer Verbindung der Strukturformel III:
wobei R&sub3; cyclopropyl darstellt, das sich bildet bei Behandlung einer Verbindung der
Strukturformel I' mit Cyclopropylamin
wobei R
oder
ist und R&sub2; Na, K, oder NH&sub4; darstellt.
5. Der Prozeß von Definition 4 wobei R&sub2;NH&sub4; darstellt.
6. Der Prozeß von Definition 4 und darüber hinaus die Ausbildung
einer Methylierung der Methylbutyrat Seitenkette, um eine Verbindung mit der
Strukturformel IV zu produzieren,
wobei R&sub3; wie oben definiert ist.
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