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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung optisch
reiner Isomere von Formoterol, betrifft spezielle Salze von Formoterol
und Polymorphe hiervon und betrifft ihre Verwendung in pharmazeutischen
Zusammensetzungen.
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Ausgangspunkt
der Erfindung
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Formoterol,
dessen chemischer Name (+/–)
N-[2-hydroxy-5-[1-hydroxy-2[[2-(p-methoxyphenyl)-2-propyl]amino]ethyl]phenyl]-formamid
ist, ist ein hoch wirksamer und β2-selektiver
Adrenorezeptor-Agonist mit einer lang andauernden bronchodilatatorischen
Wirkung, wenn es inhaliert wird. Die Struktur von Formoterol ist wie
unten dargestellt:
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Formoterol
weist zwei Chiralitätszentren
im Molekül
auf, von denen jedes in zwei möglichen
Konfigurationen existieren kann. Dies läßt vier Kombinationen entstehen:
(R,R), (S,S), (R,S) und (S,R). (R,R) und (S,S) sind Spiegelbilder
voneinander und sind deswegen Enantiomere; (R,S) und (S,R) sind
in ähnlicher
Weise ein Enantiomeren-Paar. Die Spiegelbilder von (R,R) und (S,S)
sind jedoch nicht auf (R,S) und (S,R) überlagerbar, und sind Diastereomere.
Formoterol ist im Handel lediglich als ein razemisches Diastereomer,
(R,R) plus (S,S) in einem 1 : 1 Verhältnis erhältlich und die Gattungsbezeichnung
Formoterol betrifft dieses Enantiome rengemisch. Das razemische
Gemisch, das im Handel zur Verabreichung erhältlich ist, ist ein Dihydrat
des Fumaratsalzes.
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Die
graphischen Darstellungen von razemisch, ambiskalemisch und skalemischer
oder enantiomer reiner Verbindungen, die hierin verwendet werden,
sind aus Maehr, J. Chem. Ed. 62, 114–120 (1985) entnommen: ausgefüllte und
gestrichelte Keile werden dazu verwendet, die absolute Konfiguration
eines chiralen Elementes zu bezeichnen; gewellte Linien zeigen eine
Verwerfung jeder stereochemischen Implikation an, die die Bindung,
die diese repräsentiert,
erzeugen könnte;
feste bzw. ausgefüllte
und durchbrochene fette Linien sind geometrische Deskriptoren, die
die relative dargestellte Konfiguration zeigen, jedoch den razemischen
Charakter bezeichnen; und Keil-Konturen und gestrichelte oder unterbrochene
Linien zeigen enantiomer reine Verbindungen einer unbestimmten absoluten
Konfiguration. Somit reflektiert die Formel für Formoterol von oben die razemische
Natur des im Handel erhältlichen
Materials, während
unter den unterhalb dargestellten Strukturen solche mit nicht ausgefüllten Keilen
eine reine, einzige Konfiguration umfassen sollen, die eine der
beiden möglichen
an diesem Kohlenstoffatom ist und solche mit ausgefüllten Keilen
sollen das einzige, reine Isomer umfassen, das die absolute, dargestellte
Stereochemie aufweist.
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Alle
vier Isomere von Formoterol wurden synthetisiert und kurz bezüglich ihrer
relaxierenden Aktivität bzw.
Wirkung auf die Trachea des Meerschweinchens überprüft [Murase et al., Chem. Pharm.
Bull. 26, 1123–1129
(1978)]. Es hat sich herausgestellt, daß das (R,R)-Isomer das wirksamste
ist, während
die anderen 3–14
mal weniger wirksam sind. Kürzlich
wurden die vier Isomere bzgl. ihres Vermögens überprüft, in vitro mit Beta-Adrenorezeptoren
in Geweben zu interagieren, die aus dem Meerschweinchen isoliert
wurden [Trofast et al., Chirality 3, 443–450 (1991)]. Die Reihenfolge
der Wirkstärke
war (R,R) >> (R,S) = (S,R) > (S,S). Es hat sich herausgestellt,
daß das
(R,R)-Isomer 1000-fach wirksamer als das (S,S)-Isomer ist. Vorläufige Forschungsergebnisse
zeigen an, daß die
Verabreichung des reinen (R,R)-Isomers ein verbessertes therapeutisches
Verhältnis
bieten kann.
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Es
wurden zwei Berichte veröffentlicht,
die die Synthese aller vier Isomere von Formoterol beschreiben.
Im ersten Bericht [Murase et al. op. cit.] wurden die (R,R)- und
(S,S)-Isomere durch diastereomere Kristallisation von razemischem
Formoterol mit Weinsäure
gewonnen. Im zweiten Bericht [Trofast et al. Op. cit.], wurde razemisches
4-Benzyloxy-3-nitrostyroloxid mit einem optisch reinen (R,R)- oder
(S,S)-N-(1-phenylethyl)-N-(1-(p-methoxyphenyl)-2-propyl)amin gekoppelt, um ein diastereomeres
Gemisch aus Formoterol-Präcursoren
bzw. -Vorläufern
zu ergeben, die dann durch semipräparative HPLC aufgetrennt und
in reine Formoterol-Isomere transformiert wurden. Beide Synthesen
leiden unter einem langen Syntheseverfahren und geringen Gesamtausbeuten
und sind für
eine Produktion im großen
Maßstab
von reinem (R,R)- oder (S,S)-Formoterol unpraktisch. Ein verbessertes
Verfahren ist in der PCT-Anmeldung
WO 98/21175 beschrieben, und dieses ist das Verfahren, das zur Erzeugung
der Polymorphe und Salze, die unten beschrieben sind, verwendet wird.
Tetrahedron Letters 38, 7, 1125–1128
(1997) offenbart diastereomer reines R,R-Formoterol-L-Tartrat mit einem
hohen Reinheitsgrad.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Polymorph eines optisch reinen (R,R)-Formoterols:
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Lediglich
für Veranschaulichungszwecke
ist die Struktur von (S,S)-Formoterol unten dargestellt:
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Sauere
Additionssalze bzw. Säureadditionssalze
für die
Verbindungen der vorliegenden Erfindung schließen beispielsweise Essigsäure, Benzolsulfonsäure (Besylat),
Benzoesäure,
Kamphersulfonsäure,
Citronensäure,
Ethensulfonsäure,
Fumarsäure,
Gluconsäure,
Glutaminsäure,
Bromwasserstoffsäure,
Salzsäure, Isethionsäure, Milchsäure, Maleinsäure, Äpfelsäure, Mandelsäure, Methansulfonsäure, Mucinsäure, Salpetersäure, Pamoasäure, Pantothensäure, Phosphorsäure, Bernsteinsäure, Schwefelsäure, Weinsäure, p-Toluol-Sulfonsäure und
dergleichen ein.
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Gemäß einem
Aspekt stellt die Erfindung ein Polymorph von R,R-Formoterol L-(+)-Tartrat
mit einem Übergangspunkt
in der Kalorimetrie mit Differentialabtastung bzw. Differentialscanningkalorimetrie
von ungefähr
180°C und
einer Löslichkeit
in Wasser bei 25°C
von mehr als 25 mg/ml, bereit.
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Das
L-(+)-Tartratsalz von R,R-Formoterol ist anderen Salzen von R,R-Formoterol
in unerwarteter Weise überlegen,
als daß es
einfach handzuhaben, pharmazeutisch verträglich und nicht hygroskopisch
ist. Das L-(+)-Tartratsalz von R,R-Formoterol liegt in zwei polymorphen
Formen vor, von denen jede bestimmte Vorteile aufweist.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes betrifft die Erfindung eine pharmazeutische Zusammensetzung,
die R,R-Formoterol L-(+)-Tartrat und einen pharmazeutisch verträglichen
Träger
umfaßt.
In einer Ausführungsform ist
der Träger
im Wesentlichen Lactose-frei. „Im
Wesentlichen Laktose-frei" bedeutet,
daß entweder
keine Lactose oder nicht ausreichend Lactose vorliegt, um eine meßbare Zunahme
der Verlustgeschwindigkeit von Formoterol als Funktion der Zeit,
Temperatur und Feuchtigkeit zu verursachen. Die Zusammensetzungen
schließen
pharmazeutische Aerosol-Zusammensetzungen, orale pharmazeutische
Zusammensetzungen, wie beispielsweise Tabletten, Kapseln und Sirupe
und pharmazeutische Trockenpulverzusammensetzungen ein. Die Trockenpulverzusammensetzungen
zur Inhalation umfassen R,R-Formoterol
L-(+)-Tartrat und einen trocknen bzw. wasserfreien festen Träger mit
einer durchschnittlichen Teilchengröße zwischen 1 μm und 100 μm.
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Ausführliche
Beschreibung
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Die
Gesamtfolge für
die Synthese von Formoterol-Enantiomeren ist in Schema 1 dargelegt,
wobei R als Benzyl beispielhaft dargestellt ist. Die gleiche Folge
bzw. Sequenz könnte
zur Erzeugung weiterer Zwischenprodukte verwendet werden, bei denen
R substituiertes Benzyl ist, indem mit dem geeigneten Ausgangsmaterial
analog FBK begonnen wird. Die Klammern zeigen Zwischenprodukte an,
die isoliert werden könnten, jedoch üblicherweise
im integrierten Prozeß nicht
isoliert werden.
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Im
oben beschriebenen Verfahren wird das optisch reine 4-Methoxy-α-methyl-N-(phenylmethyl)benzol-ethanamin,
ebenso als 2-N-Benzylamino-1-(p-methoxyphenyl)propan (FBA) bezeichnet,
durch Lösen
bzw. Trennen der razemischen Verbindung mit L- oder (D)-Mandelsäure unter
Verwendung einer Modifikation des Verfahrens von Kraft et al. [Rec.
Trav. Chim. Pays-Bas 85, 607 (1966)] erzielt. Die razemische N-Benzylamin-Verbindung
wurde durch reduktive Aminierung von p-Methoxyphenylaceton mit N-Benzylamin
unter katalytischer Hydrierung hergestellt, jedoch können andere
reduktive Bedingungen unter Verwendung von Verfahren, die in der
Technik bekannt sind, verwendet werden (siehe Houben-Weyl's Methoden der organischen
Chemie Band IV/1c, Seite 427).
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Das
bevorzugte Verfahren zur Herstellung von optisch reinem Formoterol
aus optisch reinem 4-Benzyloxy-3-formamidostyroloxid (FAE) umfaßt das Koppeln
und die Hydrierung, die oben in Verbindung mit einem Verfahren zur
Herstellung des optisch reinen Styroloxids beschrieben wurde. Das
optisch reine Styroloxid wird durch folgendes erhalten: (a) Reduktion
von 2'-Brom-4-Benzyloxy-3-nitroacetophenon
mit einem Boran-Reagenz stereoselektiv in Gegenwart eines chiralen
Oxazaborolidin-Katalysators, um das entsprechende optisch aktive
Bromhydrin zu ergeben (siehe Hong et al., Tetrahedron Letters 35,
6631 (1994) und US-Patent Nr.
5,495,821); (b) Reduktion der 3-Nitro-Gruppe zur Aminogruppe gefolgt
von Formylierung mit Ameisensäure oder
Ameisensäure/Acetanhydrid
(Ac2O), so daß sich das 3-Formamido-Bromhydrin
FBH3 ergibt; und (c) Umwandlung des 3-Formamido-Bromhydrins
zum entsprechenden 4-Benzyloxy-3-formamidostyroloxid FAE mit einer
Base.
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Das
optisch reine 2-N-Benzylamino-1-(p-methoxyphenyl)propan (FBA) wird
durch Trennen der razemischen Verbindung mit L- oder (D)-Mandelsäure erzielt.
Die Auftrennung der razemischen N-Benzylamin-Verbindung wird unter
Verwendung eines Äquivalents
einer L- oder D-Mandelsäure
in einem alkoholischen Lösungsmittel
wie beispielsweise Methanol (MeOH) durchgeführt. Optisch reines Benzylamin-Mandelsäuresalz (FBA-MA)
wird nach vier oder fünf
Kristallisierungen erzielt. Die freie N-Benzylamin-Verbindung wird
dann durch Behandlung des Mandelsäuresalzes mit einer Base wie
beispielsweise wäßriger NaOH
oder wäßrigem Na2CO3 oder wäßrigem NH3 in Gegenwart eines inerten organischen
Lösungsmittels,
wie beispielsweise t-Butylmethylether (MTBE) oder Ethylacetat (EtOAc)
gefolgt vom Abdampfen des Lösungsmittels
gewonnen. (R)-2-N-Benzylamino-1-(p-methoxyphenyl)propan wird aus
dem L-(+)-Mandelsäuresalz
gewonnen, während das
(S)-Enantiomer aus dem D-(–)-Mandelsäuresalz
gewonnen wird. Aus derselben Charge einer razemischen N-Benzylamin-Verbindung können sowohl
das (R)- als auch das (S)-Enantiomer durch Verwendung der geeigneten
Mandelsäure
gewonnen werden.
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Das
optisch reine Epoxid (FAE) wird aus im Handel erhältlichem
4-Benzyloxy-3-Nitroacetophenon
gewonnen. Somit kann das Acetophenon mit Brom oder Pyridintribromid
in einem inerten organischen Lösungsmittel
wie beispielsweise CH3CN, McOH oder Chloroform
bromiert werden, um das α-Bromacetophenon
zu ergeben. Das Bromacetophenon wird dann mit einem Boran-Reduktionsmittel,
beispielsweise BH3·THF, BH3·Diethylanilin
oder BH3·Me2S
reduziert, in Gegenwart eines chiralen Oxaborolidin-Katalysators,
wie beispielsweise cis-(1R,2S')aminoindanol-B-Me-Katalysator,
um das optisch aktive Bromhydrin nach Isolierung durch Kristallisation
in > 96% ee zu ergeben.
Das Bromhydrin kann weiterhin auf 98% ee (ee = enantiomeric excess
= Enantiomeren-Überschuss)
angereichert werden. Die absolute Konfiguration des Bromhydrins
wird durch die Chiralität
des Oxazaborolidin-Katalysators
bestimmt. Die Nitrogruppe im Bromhydrin wird selektiv zur Aminogruppe
unter Verwendung eines Reduktionsmittels reduziert, das zur selektiven
Nitro-Reduktion bekannt ist, beispielsweise Sn, Fe mit Säure, SnCl2 oder durch heterogene bzw. heterologe katalytische
Hydrierung in Gegenwart eines Edelmetall-Katalysators wie beispielsweise
PtO2 oder Pt/C. Die katalytische Hydrierung
ist reiner, wenn ein Edelmetall-Katalysator wie beispielsweise Platin
auf Kohlenstoff, der mit Dimethylsulfid verunreinigt wurde, verwendet
wird. Die Aminogruppe wird dann mit einem Gemisch aus Ameisensäure und Essigsäure-Anhydrid
ohne Razemisierung formuliert und die sich ergebende Verbindung
wird zu einem optisch reinen Formamidostyrol-Oxid mit einer Base,
wie beispielsweise wäßriges NaOH
oder K2CO3 in einem
alkoholischen Lösungsmittel
oder einem Lösungsmittelgemisch,
beispielsweise Me-OH/THF,
umgewandelt. Das erzielte Epoxid kann durch Umkristallisierung aus
einem inerten organischen Lösungsmittel
oder Lösungsmittelgemisch,
vorzugsweise aus EtOAc/Heptan oder Tuluol/Heptan aufgereinigt werden.
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Das
optisch reine 2-N-Benzylamino-1-(p-methoxyphenyl)propan (FBA) wird
mit einem optisch reinen 4-Benzyloxy-1-formamidostryroloxid ohne
Razemisierung umgesetzt, um ein optisch reines N,O-Dibenzylformoterol-Zwischenprodukt
(DBF) zu ergeben, und die N,O-Di- Benzylgruppe
des Dibenzylformoterols wird durch Hydrierung in Gegenwart eines
Hydrierungskatalysators entfernt, um optisch reines Formoterol zu
ergeben. Alternativ wird das Dibenzylformoterol direkt aus der Umsetzung
von optisch reinem 2-N-Benzylamino-1-(p-methoxyphenyl)propan mit dem optisch
reinen 1-(4'-Benzyloxy-3'-formamidophenyl)-2-bromethanol (FBH3)
in Gegenwart einer Base gewonnen, wobei das Epoxid (FAE) in situ
gebildet wird.
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Zur
Synthese von optisch reinem Formoterol kann die optisch reine N-Benzylamin-Seitenkette mit dem Epoxid
ohne Lösungsmittel
bei einer Temperatur im Bereich von 100–140°C oder in einem hoch siedenden inerten
Lösungsmittel
unter Rückflußkühlung gekoppelt
werden. Geeignete Lösungsmittel
schließen
Toluol, t-Butanol, t-Amylalkohol und Methylisobutylketon (MIBK)
ein. Das sich ergebende Dibenzylformoterol (DBF) kann durch Säulenchromatographie
oder Umkristallisation als Salz einer organischen Säure wie
beispielsweise Fumarsäure
aufgereinigt werden. Sie kann ebenfalls direkt ohne Aufreinigung
zur Dibenzylierungsreaktion zur Bildung von Formoterol verwendet
werden.
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Das
Dibenzylformoterol-Produkt wird durch katalytische Hydrierung in
Gegenwart eines Pd-Katalysators
wie beispielsweise Pd/C umgewandelt werden, um das optisch reine
Formoterol direkt zu bilden. Diese Reaktion wird vorzugsweise in
einem alkoholischen Lösungsmittel
wie beispielsweise Methanol, Ethanol oder 2-Propanol bei 40–60 psi
Wasserstoffdruck und 15–30°C für 2–15 Stunden
durchgeführt.
Obwohl das Formoterol-Produkt als das Fumarsäuresalz durch Zusetzen von
Fumarsäure
zur Reaktionslösung
nach Entfernung des Katalysators isoliert werden kann, wird ein
Produkt mit höherer
Reinheit erzielt, wenn das Formoterol wieder gewonnen und als das
Tartratsalz aufgereinigt und danach in Fumarat umgewandelt wird.
Alternativ kann die Hydrierung (De-Benzylierung) in Gegenwart der
geeigneten organischen Säure
in einem alkoholischen Lösungsmittel
wie beispielsweise McOH unter ähnlichen
Bedingungen durchgeführt
werden. Das sich ergebende Formoterolsäure-Salz wird dann durch Kristallisation
durch Zusatz eines weniger polaren Co-Solvens nach Filtration zur
Entfernung des Katalysators isoliert.
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In
einer speziellen Synthese wurde die enantioselektive Reduktion von
FBK mit 15 Mol-% AIBMe-Katalysator bei –15°C durchgeführt. Das Bromhydrin wurde nach
wäßriger Aufar beitung
mit Enantioselektivitäten im
Bereich von 96–98%
isomerer Reinheit isoliert. Der Katalysator AlBMe wurde aus Aminoindanol
und Trimethylboroxin erzeugt, gefolgt von azeotroper Entfernung
von Nebenprodukten unter Verwendung von Toluol. Wenn das FBH durch
Kristallisation nicht aufgereinigt wurde, wurde 2–4% des
kleineren Isomers durch die Synthesefolge mitgetragen und verursachten
geringere Ausbeuten im letzten Schritt. In solchen Fällen war
es notwendig, 3–4
Mal im letzten Schritt mit L-Weinsäure zu kristallisieren, um
die erwünschte
enantiomere Reinheit (> 99,5%)
des Formoterol-Weinsäuresalzes
zu erzielen.
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Das
chirale Amin, 4-Methoxy-α-methyl-N-(phenylmethyl)benzolethanamin
wurde durch reduktive Aminierungsverfahren, gefolgt von einem neuen
Auftrennungsverfahren mit Mandelsäure synthetisiert. Eine Konzentration
von 0,4 M scheint die optimale Konzentration zu sein und stellt
das Produkt nach 3–4
Kristallisierungen in isomeren Reinheiten von 99,5–100% bereit.
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In
Schema 1 kann das Anilin (FBH2) als Zwischenprodukt isoliert und
dann zum Epoxid umgewandelt werden, jedoch weist FBH2 eine Neigung
dazu auf zu oxidieren, wenn es gegenüber Luft exponiert wird. Es existiert
deswegen ein Vorteil dahingehend, das FBH2 nicht zu isolieren und
anstelle dessen dieses in THF zu hydrieren, was die Formylierung
direkt nach Filtration des Katalysators erlaubt. Das Formamidobromhydrin (FBH3)
als hoch kristalline Verbindung kann aus dem Reaktionsgemisch ohne
wäßrige Aufarbeitung
isoliert werden. Die Verwendung von reinem FBH3 und die Bildung
des Epoxids stellt kristallines FAE bereit.
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Die
Epoxid-Öffnungsreaktion
wurde als reine Reaktion mit dem freien Amin durchgeführt, so
daß sich der
zweitletzte Vorläufer
Dibenzylformoterol (DBF) als Öl
mit einer Reinheit von 85–87%
ergab. Die Reaktion kann ebenfalls in Toluol, 2-Propanol oder t-Amylalkohol
ablaufen.
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Rohes
DBF kann zu Formoteroltartrat umgewandelt werden, das in hohen Ausbeuten
und hoher Reinheit kristallisiert werden kann, und Formoterolfumarat
kann durch Salzumwandlung aus dem gereinigten Formoteroltartrat
erzeugt werden. Obwohl Formoterolfumarat eben falls direkt aus dem
Hydrierungsgemisch in hoher Ausbeute kristallisiert werden kann,
entfernen folgende Kristallisationen eine Hauptverunreinigung nicht.
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In
der enantioselektiven Reduktion von FBK zu FBH ergibt ein AlBMe-Katalysator
beständig
leicht höhere
Selektivitäten
als AlBH, es ist jedoch schwieriger herzustellen, teurer und die
optimale Prozeßtemperatur ist
niedriger als diejenige des AlBH-Prozesses.
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Die
Epoxid-Bildung aus FBH3 und die Freisetzung der freien Base-Form
des Benzylamin FBA-HA kann in getrennten Schritten erreicht werden.
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Experimente
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2-Brom-4'-benzyloxy-3'-nitroacetophenon
(FBK)
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Ein
5 Liter Kolben wurde mit 300 g (1,1 mol) 4-Benzyloxy-3-nitroacetophenon
und 3 Litern Acetonitril beschickt. Das Gemisch wurde auf 50°C erhitzt,
um eine klare Lösung
zu bilden und 180 g Brom (1,6 Mol) wurden in einer Portion zugesetzt.
Die Reaktion wurde bei 50°C
für 15–25 Minuten
gerührt,
und während
dieser Zeit wechselte die tiefrote Farbe zu blassorange und eine
TLC (Thin Layer Chromatography = Dünnschichtchromatographie) (Ethylacetat/Hexan
3 : 7) zeigte kein verbleibendes Ausgangsmaterial. Ohne Erhitzen
wurden 200–300
ml Acetonitril zusammen mit dem Nebenprodukt Bromwasserstoff aus
der Reaktion unter Vakuum destilliert. Während des Verlaufs der Destillation
nahm die Temperatur auf ungefähr
15°C ab
und das Produkt wurde als gelber Feststoff ausgefällt. Das
Reaktionsgemisch wurde bei 0–5°C für zwei Stunden
gerührt und
das Produkt abfiltriert und mit Acetonitril gewaschen. Das sich
ergebende 2-Brom-4'-benzyloxy-3'-nitroacetophenon
wurde im Vakuum getrocknet, so daß sich 242 g (63%) eines cremefarbenen
Feststoffes mit einem Schmelzpunkt von 136°C ergaben.
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In
einem verbesserten Verfahren wurde Brom durch Pyridiniumtribromid
ersetzt und die Bromierung wurde bei Raumtemperatur durchgeführt. Das
Produkt wurde durch Zusatz von Wasser isoliert.
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R-α-(Brommethyl)-4-phenylmethoxy-3-nitrobenzolmethanol
(FBH)
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Ein
2 Liter Kolben wurde mit 2,5 g (17 mmol) (1R,2S)-Aminoindanol in
50 ml THF unter Argon beschickt. Während dem Abkühlen zur
Aufrechterhaltung einer Temperatur unter 25°C wurden 3,4 ml (34 mmol) einer
10 mol Lösung
eines Boranmethylsulfids über
eine Zeitspanne von 5 Minuten zugesetzt und die Reaktion für 10 Minuten
bei 25°C
bis zur vollständigen
Bildung des Katalysators gerührt.
Zu dieser Katalysatorlösung wurden
das Keton und das Reduktionsmittel simultan zugesetzt. Aus getrennten
Behältern
wurden (1) eine Lösung
aus 120 g FBK (0,34 mol) in 950 ml THF und (2) 24 ml 10 M Boranmethylsulfid
zugesetzt. Der Zusatz erfolgt über
eine Zeitspanne von 3 Stunden bei 25°C. Die Reaktion wurde auf einem
Eisbad abgekühlt
und 100 ml Methanol wurden über
eine Zeitspanne von 15 Minuten zugesetzt. Das Reaktionsgemisch wurde
unter Vakuum konzentriert, auf ein Volumen von ungefähr 200 ml
und 650 ml Toluol wurden zugesetzt, um den Rückstand zu lösen. Die
Lösung
wurde mit 0,2 M Schwefelsäure
und darauf mit Wasser gewaschen. Falls erwünscht, kann das Aminoindanol
aus der wäßrigen sauren
Phase gewonnen werden. Die organische Phase wurde über Natriumsulfat
getrocknet, filtriert und auf ein Gewicht von 240–260 g konzentriert.
Insgesamt 100 ml Heptan wurden dem Gemisch unter Rühren bei
50–60°C zugesetzt,
darauf auf 15–20°C abgekühlt und
filtriert. Obwohl der feuchte Filterkuchen im nächsten Schritt ohne Trocknen
verwendet werden kann, wurde der Feststoff unter Vakuum getrocknet,
um 95–108
g (R)-FBH als cremefarbenen Feststoff mit einem Schmelzpunkt von
68°C zu
gewinnen.
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Eine
alternative Reduktion verwendete Boran-THF. Die Reduktion wurde
von 2–5°C anstelle
von 25°C durchgeführt und
mit Aceton anstelle von Methanol gelöscht. Die Ausbeuten waren dem
Verfahren BH3·DMS vergleichbar, solange
der Boran-Titer in BH3·THF hoch war.
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N-[5-(2-Brom-1-hydroxy)-2-(phenylmethoxy)phenyl]formamid
(FBH3)
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Eine
Lösung
von 100 g (0,28 mol) (R) FBH in 200 ml THF und 200 ml Toluol wurde
in einem Parr-Hydrierer in Gegenwart von 1 g Platinoxid-Katalysator
bei 45–50
psi für
7–13 Stunden
hydriert, bis die Wasserstoffaufnahme abfiel. Das Reaktionsgemisch
wurde durch ein Bett aus Diatomeen-Erde filtriert und eine Lösung aus
21,5 g (0,48 mol) Ameisensäure
und 33 g (0,32 mol) Acetanhydrid, die vorgemischt waren, wurden dem
Filtrat zugesetzt, das bei 10–15°C durch externe
Kühlung
gehalten wurde. Die Lösung
wurde 20 Minuten lang bei 10–25°C gerührt und
darauf auf ungefähr
300 ml bei 30°C
konzentriert. 100 ml Toluol wurden zugesetzt und die Reaktion wurde
bei 15°C
für 15
Minuten gerührt.
Die sich ergebende Aufschlemmung wurde filtriert, um 75 g (76% Ausbeute)
von (R)-FBH3, Schmelzpunkt 130°C,
Isomeren-Reinheit 99–99,5%,
bereitzustellen. Das Produkt wird ebenfalls manchmal als 2-Brom-(4'-benzyloxy-3'-formamidophenyl)ethanol
bezeichnet.
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Eine
alternative Reduktion unter Verwendung von 6 g 10% Platin auf Kohlenstoff
und 0,12–0,5
g Dimethylsulfid ohne Toluol ergab ein reineres Produkt, wenn BH3·THF
als Reduktionsmittel im vorherigen Schritt verwendet wurde. Die
Verwendung von 30 g Ameisensäure
zur Herstellung des gemischten Anhydrids ergab verbesserte Ausbeuten.
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N-[5-Oxiranyl-2-(phenylmethoxy)phenyl]formamid
(FAE)
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Wenn
es erwünscht
ist, das Epoxid, im Gegensatz zu dessen Erzeugung in situ im nächsten Schritt, zu
isolieren, kann das folgende Verfahren angewendet werden: Eine Lösung aus
28 g des Anilins FBH2 aus der Platin-katalysierten Reduktion der
Nitro-Verbindung FBH wurde mit einem Gemisch aus 17 ml des gemischten
Ameisensäure/Acetanhydrids
bzw. Essigsäure-Anhydrids behandelt,
bis zur Trockne konzentriert und in 200 ml Methanol gelöst. Die
methanolische Lösung
wurde mit 60 g Kaliumkarbonat behandelt, zu 30 Minuten gerührt und
unter Vakuum konzentriert. Der sich ergebende Rückstand wurde mit 400 ml Ethylacetat verrieben
bzw. pulverisiert, mit Wasser und Kochsalzlösung gewaschen, mit Kohlenstoff
entfärbt
und über
Natriumsulfat getrocknet. Das Trocknungsmittel und Kohlenstoff wurden
abfiltriert und das Filtrat konzentriert, so daß sich 19,3 g (86% Ausbeute)
des Epoxids FAE als Öl
ergaben, das sich bei Stehenlassen verfestigte (95,4% ee; Schmelzpunkt
64–65°C).
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(R,R)-Formoterol-L-tartrat
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Ein
2 Liter Kolben wurde mit 70 g (R-)FBH3 (0,2 mol), 76,5 g (R)-FBA-L-MA
(0,19 mol), 70 g Kaliumkarbonat (0,5 mol), 400 ml THF und 400 ml
Methanol beschickt. Das Gemisch wurde bei 25°C für 1–2 Stunden gerührt und
der Reaktion folgte eine HPLC. Wenn der Ge halt an Ausgangsmaterial
(FBH3) unter 2% war, wurde das Gemisch bei 30–35°C unter Vakuum bis zur Trockne
konzentriert. Dem Rückstand
wurde in der Reihenfolge zunächst
600 ml Toluol und darauf 600 ml Wasser zugesetzt. Die Aufschlemmung
wurde 10 Minuten gerührt,
die Phasen wurden getrennt und die organische Phase wurde über Natriumsulfat
getrocknet. Die Toluol-Lösung
wurde von Trocknungsmittel frei filtriert und auf 110 g konzentriert.
Der Rückstand,
von dem sich HPLC zeigte, daß sie
ein 1 : 1 Gemisch von FAE und FBA war, wurde unter einer Argonatmosphäre bei 110–130°C für 24 Stunden
gerührt.
Dem heißen
Gemisch wurden 400 ml Ethanol zugesetzt, um eine klare Lösung aus
(R,R)-DBF zu erhalten. Die Lösung
wurde auf 25°C
abgekühlt,
auf einen Parr-Hydrierer übertragen und
bei 45–50
psi in Gegenwart von 10 g 5% Palladium auf Kohlenstoff hydriert,
bis die Wasserstoffaufnahme vollständig war (3–4 Stunden). Das Gemisch wurde
durch ein Kissen aus Diatomeen-Erde
filtriert, gewaschen mit 200 ml 2-Propanol und 28,5 g L-Weinsäure (0,19
mol) und 60 ml Wasser wurden dem Filtrat zugesetzt. Das Gemisch
wurde auf 60–80°C erhitzt,
bis eine klare Lösung
gebildet wurde. Sobald sich die klare Lösung bildete wurde das Erhitzen
unterbrochen und das Gemisch wurde auf 25°C abgekühlt, und bei dieser Temperatur
für 1–2 Stunden
gehalten. Es wurde dann weiter auf 0–5°C für 1 Stunde abgekühlt und
das Produkt durch Filtration gesammelt. Das Produkt wurde unter
Vakuum getrocknet um 70–80
g (R,R)-Formoterol-L-tartrat
als cremefarbenes Pulver bereitzustellen. Das Tartratsalz wurde
in 700–800
ml heißer
80%iger wäßriger 2-Propanol
gelöst, wie
vorher abgekühlt
und erneut filtriert. Die zweite Umkristallisierung ergab 60–70 g (R,R)-Formoterol-L-tartrat als
cremefarbenes Pulver.
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Die
Hydrierung wurde durch Ersetzen von Ethanol von einem Gemisch aus
Toluol und 2-Propanol
als Lösungsmittel
verbessert. Dies wurde durch Abkühlen
der Kondensationsreaktion auf 100°C
unter Zusatz von Toluol zu 5 M, darauf Abkühlen auf 70–75°C und Zusetzen von 2-Propanol
zu 1 M erreicht.
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(R,R)
Formoterol-L-tartrat erscheint in zwei unterschiedlichen polymorphen
Formen zu kristallisieren.
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Die
erste polymorphe Form, die wir hierin als P1 bezeichnen werden,
zeigt in reiner Form einen Peak bei ungefähr 193°C bei der Differentialscanningkalorimetrie
und ist in Wasser bei 25°C
zu 15,4 mg/ml löslich, die
zweite polymorphe Form, die wir hierin als P2 bezeichnen werden
zeigt in reiner Form einen Peak bei ungefähr 179°C bei der Differentialscanningkalometrie
und ist in Wasser bei 25°C
zu 26,7 mg/ml löslich.
Um (R,R)-Formoterol-L-tartrat der höchsten chemischen und optischen
Reinheit zu gewinnen ist es notwendig, daß man P1 nicht umkristallisiert.
P1 ist die thermodynamisch stabilere Form und wird für Formulierungen
bevorzugt, weil es wegen seiner niedrigeren Löslichkeit höhere Temperaturen und längere Zeiten
erfordert, um sich im Umkristallisierungslösungsmittel zu lösen. Als
Ergebnis tritt ein gewisser Abbau auf und Verunreinigungen werden
in das Umkristallisierungsverfahren eingebracht.
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Um
einen Vorteil aus der größeren Stabilität der polymorphen
Form P1 zu ziehen, jedoch seine Umkristallisierung zu vermeiden
wurde die oben beschriebene Aufarbeitung modifiziert. Wenn wäßrige Weinsäure der
Lösung
des Hydrierungsproduktes in 128 ml 80 : 20 (V/V)-2-Propanol/Toluol zugesetzt wurden und
das Gemisch für
2 Stunden gerührt
wurde, war das ursprünglich
kristallisierte Material vorherrschend oder ausschließlich P2.
Es kann zu P1 durch Erwärmen
in Lösung
auf 52–55°C und Beimpfen
mit P1 umgewandelt werden. Alternativ wurde ein Äquivalent Weinsäure in Wasser
(4,2 ml/g Weinsäure)
der freien Base von Formoterol in 80 : 20 (V/V)-THF/Toluol (10,8
ml/g) freie Base bei Raumtemperatur zugesetzt und das Gemisch wurde für 18 Stunden
gerührt.
Das Material, das abfiltriert wurde, war reines polymorphes P1.
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(R,R) Formoterol-Fumarat
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Ein
2 Liter Kolben wurde mit 650 ml Wasser und 60 g (R,R)-Formoterol-L-tartrat
(0,12 Mol) beschickt. Das Gemisch wurde gerührt und 52 g Natriumhydrogenkarbonat
(0,6 Mol) wurden in kleinen Portionen zugesetzt. Das Produkt wurde
in 250 ml Ethylacetat extrahiert, über Natriumsulfat getrocknet,
filtriert und konzentriert, um 56 g der freien Base zu ergeben.
Die freie Base wurde in 260 ml Isopropylalkohol gelöst und 7,0
g Fumarsäure
(60 mmol) wurden gefolgt von 130 ml 2-Propanol zugesetzt. Das Gemisch
wurde auf 50–60°C erhitzt,
bis eine klare Lösung
gebildet wurde und wurde dann wie oben abgekühlt, um das Fumaratsalz zu
kristallisieren. Das Produkt wurde filtriert und mit 2-Propanol
gewaschen, um 44 g (R,R)- Formoterolfumarat
als weiße
Kristalle mit einer chemischen Reinheit von mehr als 98% bereitzustellen
und mit einer enatiomeren Reinheit von mehr als 99,5%.
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4-Methoxy-α-methyl-N-(phenylmethyl)benzolethanamin
L-Mandelsäure-Salz
(FBA-L-MA)
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Zu
800 ml Methanol wurden 328 g 4-Methoxyphenylaceton (2 mol) und 214
g N-Benzylamin (2 mol) zugesetzt. Die Imin-Bildung war exotherm
und die Lösung
erwärmte
sich auf 45°C.
Nachdem die Umsetzung abgeschlossen war, wurde die Lösung bei
50 psi für
6–8 Stunden
in Gegenwart von 3,3 g 5% Platin auf Kohlenstoff-Katalysator hydriert.
Wenn die Wasserstoffaufnahme gestoppt wurde, wurde die Reaktion
durch Diatomeen-Erde filtriert und der Filterkuchen wurde mit 200
ml Methanol gewaschen. Die kombinierten Filtrate wurden in einem
6 Liter Kolben angeordnet und mit 4,2 Litern Methanol verdünnt. 304
g (S)-L-Mandelsäure
(2 Mol) wurden zugesetzt und das Gemisch unter Rühren unter Rückflußkühlung erhitzt,
um eine klare Lösung zu
gewinnen. Die Lösung
wurde auf Raumtemperatur abgekühlt,
bei Raumtemperatur für
2 Stunden gerührt und
das Mandelsäuresalz
abfiltriert. Die Umkristallisierung wurde dreimal wiederholt, um
60–70
g (R)-FBA-L-MA mit einer isomeren Reinheit von mehr als 99,8% und
einem Schmelzpunkt von 164°C
zu erhalten.
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Die
Wasserabsorption ist ein Hauptproblem bei der Herstellung eines
Medikamentes zur therapeutischen Anwendung und deswegen bietet ein
Salz, das eine minimale Wasserabsorption aufweist, signifikante Vorteile.
In einer Reihe von Experimenten wurden verschiedene Salze von R,R-Formoterol
hergestellt. Die hergestellten Salze waren: (1) das Hydrochlorid;
(2) das Sulfat; (3) das Fumarat; (4) das D-Tartrat; und (5) das L-Tartrat
(P1 Polymorph).
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Die
Salze wurden verschiedenen Feuchtigkeitsgraden bei Raumtemperatur
für 1 bis
28 Tage ausgesetzt und die Proben wurden durch Karl Fischer Titration
bzgl. ihres Wassergehalts untersucht. Die Ergebnisse sind in den
Tabellen 1–5
unten dargestellt. Die Werte sind in % G/G angegeben.
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Aus
den vorhergehenden Zahlen kann geschlossen werden, daß sogar
unter relativ trockenen Bedingungen von 43% relativer Feuchtigkeit
bzw. Luftfeuchtigkeit (Relative Humidity = RH), das Sulfat (2) mehr
als 3 Gew.-% Wasser absorbiert. Die Fumarat- und Hydrochloridsalze
waren bei 43% RH ein wenig besser, jedoch absorbiere das Fumarat
6% bis 85% RH und das Hydrochlorid 1,3–1,4% bei 75% RH. Das D-Tartrat
war ein wenig besser als das Hydrochlorid und absorbierte 0,4–0,5% bei
85% RH. Das L-Tartrat von R,R-Formoterol war allen anderen getesteten
Salzen überlegen,
und absorbierte 0,10 bis 0,13% bei 89% RH. Die Überlegenheit des L-Tartratsalzes
für das
R,R-Enantiomer von Formoterol ist sowohl signifikant als auch unerwartet.
Die beiden Polymorphe von (R,R)-Formoterol-L-tartrat erscheinen
in ihrer Feuchtigkeitssorption äquivalent
zu sein. Somit absorbieren P1 und P2 beide weniger als 0,1% bei
85% RH für
11 Tage.
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Um
die Unterschiede zwischen P1 und P2 weiter ans Licht zu bringen,
wurde ein direkter Vergleich der thermischen Stabilität beider
Kristallformen vorgenommen. Tabelle 6 und 7 zeigen die Wirkungen
der Temperatur auf die Stabilität
der beiden Kristallformen. In jedem Experiment wurde das Polymorph
von 30°C
auf die bezeichnete Temperatur zu 10°C/min erwärmt und bei der bezeichneten
Temperatur für
15 Minuten gehalten. Der Trockungsverlust (Loss on Drying = LOD)
wurde gemessen und die Erscheinungsform des Materials wurde aufgezeichnet.
Die Daten zeigen klar, daß P1
stabiler als P2 ist. Obwohl bei Temperaturen von 75 und 100°C P2 einen
niedrigeren LOD als P1 zeigte, nahm der LOD für P2 rascher als für P1 zu,
wenn die Temperatur zunahm. Bei 150°C war der LOD für P2 mehr
als dreimal höher
als für
P1. Bei 175°C
zeigten beide Kristallformen signifikante LODs, das Ergebnis eines
Abbaus bzw. einer Zersetzung. Die Unterschiede in der Erscheinung
jeder Kristallform bei den bezeichneten Temperaturen waren mit den
Veränderungen
des LOD konsistent.
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Die
beiden Kristallformen von (R,R)-Formoteroltartrat wurden ebenfalls
durch Messen der Gesamtverunreinigung im Material aus jedem der
Experimente der Tabelle 6 untersucht. Die Daten sind in Tabelle
8 dargestellt. Gemäß der Daten
in Tabelle 6 war P2 bei höheren
Temperaturen weniger stabil als P1. Bei einer Temperatur von 100°C und mehr
wies P2 höhere
Konzentrationen einer Gesamtverunreinigung auf, wenn es mit P1 verglichen
wurde. Bei 150°C
wies P2 mehr als viermal die Quantität der Verunreinigungen als
in P1 auf. Bei 175°C
waren beide Kristallformen beinahe vollständig zersetzt. Diese Daten
zusammen mit den Daten in Tabelle 6 zeigen, daß P1 die stabilere Kristallform
ist. Unter dem Gesichtspunkt der Formulierungsstabilität macht
dies P1 zum bevorzugten Polymorph.
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Während das
L-Tartratsalz des R,R-Isomers von Formoterol anderen Salzen klar überlegen
ist, ist es in Gegenwart von Wasser und Lactose ein wenig instabil.
Dies ist ziemlich überraschend,
weil es in Gegenwart von Lactose in Abwesenheit von Wasser vollständig stabil
ist. Als Folge sollte die Verwendung von Lactose in Formulierungen
von R,R-Formoterol-L-tartrat
vermieden werden, falls irgendeine Chance besteht, daß Feuchtigkeit über eine
verlängerte
Zeitspanne auftritt. Wenn alternativ Lactose verwendet werden soll,
wie unten beschrieben, muß das
trockene Pulver in einer solchen Weise verpackt werden, daß Feuchtigkeit
ausgeschlossen wird. Diese Inkompatibilität ist um so mehr unerwartet,
als sie bei razemischen (R,R/S,S) Formoteral-hemifumarat-Hydrat
(die im Handel erhältliche
Form von Formoterol) nicht zu beobachten ist. Interessanterweise ist
jedoch das Hemifumaratsalz von R,R-Formoterol (das einzige Enantiomer)
in Gegenwart von Lactose und Wasser sehr unstabil. Wir haben somit
herausgefunden, daß,
obwohl in den trockenen bzw. wasserfreien Lactose-Formulierungen ein äußerst geringer
Abbau auftritt, nach Zusatz von 5% Wasser und Aufbewahrung bei 60°C/75% RH
für einen
Monat ein Gemisch aus 5 : 4 Formoterolsalz und Lacto se 95% Wiedergewinnung
von Formoterol aus razemischem (R,R/S,S)-Formoterolhemifumarat-Hydrat, 81% aus
R,R-Formoterol-L-tartrat und 0,3% aus R,R-Formoterolhemifumarat zeigte.
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BEISPIELE
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Verschiedene
Ausführungsformen
der Formulierungen werden ausführlicher
mittels der folgenden Beispiele pharmazeutischer Zusammensetzungen
beschrieben. Diese sind lediglich illustrativ und auf keinen Fall
einschränkend.
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Beispiel 1
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Komprimierte
Formoteroltabletten können
unter Verwendung konventioneller Feuchtgranulierungstechniken hergestellt
werden, derart, daß jede
Einzeldosis bzw. Dosierungseinheit 0,06 mg bis 1 mg R,R-Formoterol-L-tartrat
enthält.
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Die
Akazie und ein äquivalentes
Gewicht an Stärke
wird vermischt, um eine Paste zu bilden, die zum Granulieren des
Formoterols verwendet wird. Das Gemisch wird getrocknet und durch
ein Maschennetz gesiebt. Der Rest des Materials wird zugesetzt und
sorgfältig
vermischt. Das sich ergebende Gemisch wird unter Verwendung einer
9/32 Inch (7 mm) Stanzform zu Tabletten komprimiert.
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Beispiel 2
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Komprimierte
R,R-Formoterol-L-tartrat-Tabletten können unter Verwendung herkömmlicher
Trockengranulierungstechniken hergestellt werden derart, daß jede Dosierungseinheit
0,06 mg 1 mg Formoteroltartrat enthält.
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Die
Stärke
wird bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 10% getrocknet und darauf
sorgfältig
mit dem Formoteroltartrat vermischt. Das sich ergebende Gemisch
wird zu Rohlingen verpresst und darauf bis zu einer feinen Maschenweitengröße vermahlen.
Die Tabletten werden dann komprimiert unter Verwendung eines 9/32 Inch
(7 mm) Stempels.
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Beispiel 3
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Komprimierte
R,R-Formoterol-L-tartrat-Tabletten können unter Verwendung herkömmlicher
Direktkompressions- bzw. Verpressungstechniken hergestellt werden,
derart, daß jede
Einzeldosis 0,06 mg bis 1 mg Formoteroltartrat enthält.
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Alle
Inhaltsstoffe wurden in einem geeigneten Mischer vermischt. Das
sich ergebende Gemisch wurde zu Tabletten unter Verwendung eines
9/32 Inch (7 cm) Stempels komprimiert.
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Beispiel 4
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R,R-Formoterol-L-tartrat-Weichgelatinekapseln
können
mit einem Gemisch aus Formoteroltartrat in einem verdaubarem Öl, beispielsweise
Sojaöl,
Lecithin, Baumwollsamenöl
oder Olivenöl
hergestellt werden, wobei das Gemisch mittels einer positiven Druckpumpe
in Gelatine injiziert wird, derart, daß jede Einzeldosierung 0,06
mg bis 1 mg R,R-Formoterol-L-tartrat enthält. Die Kapseln werden gewaschen
und getrocknet.
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Beispiel
5
Ein Beispiel einer Suspension zur Inhalation
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Der
Messdosisspender enthält
mikronisiertes (R,R)-Formoterol-L-tartrat in Suspension. Jede Betätigung liefert
6 μg (R,R)-Formoterol-L-tartrat
aus dem Mundstück.
Jeder Behälter
stellt etwa 300 Inhalationen bereit.
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Eine
wäßrige Aerosolformulierung
zur Verwendung in einem Vernebler kann durch Lösen von 2 mg Formoteroltartrat
in 10 ml citratgepufferter Salzlösung,
gepuffert auf pH 5, hergestellt werden. Wegen der problematischen
Stabilität
von R,R-Formoterol-L-tartrat in einer wäßrigen Lösung ist diese Formulierung
für eine Langzeitlagerung
nicht attraktiv, sie ist jedoch für eine Kurzzeitanwendung sehr
geeignet. Ein Ansatz für
eine Langzeitlagerung von Dosierungsformen für wäßrige Aerosole ist in unserer
veröffentlichten
PCT-Anmeldung WO 99/17754 beschrieben.
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Trockenpulver-Inhaler-Zusammensetzungen
sind ebenfalls für
R,R-Formoterol-L-tartrat sehr gut geeignet. Die Zusammensetzungen
werden durch Kombinieren von wasserfreier Laktose mit einer Teilchengröße zwischen
1 μm und
100 μm,
vorzugsweise 63–90 μm, mit mikronisiertem
Formoteroltartrat in einem Gewichtsverhältnis von 10 : 1 und Trockenvermischen
hergestellt. Das Trockenpulver wird in einen Trockenpulverspender
eingefüllt,
beispielsweise in einem solchen der US-Patente Nr. 5,715,810; 5,529,059
und 5,794,613.
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Orale
Sirupe, ebenso wie andere flüssige
Formulierungen sind dem Fachmann auf dem Gebiet wohl bekannt und
allgemeine Verfahren zu ihrer Herstellung sind in jedem pharmazeutischen
Schulbuch, beispielsweise Remington: The Science and Practice in
Pharmacy, beschrieben. Kapitel 86 der 19. Ausgabe von Remington
mit dem Titel „Solutions,
Emulsions, Suspensions and Extracts" beschreibt vollständig und ausführlich die
Herstellung von Sirupen (Seiten 1503–1505) und anderer oraler Flüssigkeiten.