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Die
Erfindung betrifft ein neues chemisches Verfahren und insbesondere
betrifft sie ein neues chemisches Verfahren zur Herstellung von
(2S)-2-[(3R)-3-(-N-[tert.-Butyloxycarbonyl]-amino)-2-oxopyrrolidin-1-yl]propionsäuremethylester
der Formel I
der beispielsweise zur Herstellung
von Verbindungen brauchbar ist, die in der internationalen Patentanmeldung
mit der Veröffentlichungsnummer
WO 97/31023 offenbart sind und pharmakologisch brauchbare Eigenschaften
zur Verwendung zur Behandlung von Autoimmunerkrankungen oder medizinischen
Zuständen,
wie rheumatoider Arthritis und anderen MHC Klasse II-abhängigen T-Zellen-vermittelten
Erkrankungen, besitzt.
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Die
Verbindung der Formel I ist zuvor nach dem in Beispiel 1 von WO
97/31023 offenbarten Verfahren hergestellt worden. Bei diesem Verfahren
wird die Verbindung der Formel II
die als Boc-(D)-Met-(L)-Ala-OMe
bezeichnet werden kann, mit einem großen Überschuss (etwa 10 Äquivalenten)
Methyliodid in einer Mischung aus N,N-Dimethylformamid (DMF) und
Dichlormethan methyliert, gefolgt von Entfernung von überschüssigem Methyliodid
und Cyclisierung des gebildeten Sulfoniumsalzes unter Verwendung
von Natriumhydrid, um den Lactamring zu bilden. Das Produkt wird
nach der Aufarbeitung durch Chromatographie gereinigt.
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Die
Durchführung
dieses bekannten Verfahrens im Großmaßstab hat mehrere Nachteile.
Ein Nachteil ist beispielsweise die Verwendung eines großen Überschusses
an Methyliodid. Dies führt
zur Herstellung unerwünschter
Nebenprodukte und belastet unerwünschterweise
die Umwelt. Ein weiterer Nachteil ist beispielsweise, dass der Alkylierungsschritt
und der Cyclisierungsschritt nicht ineinandergreifen können, ohne
das überschüssige Methyliodid
vorher zu entfernen. Wenn nicht alles Methyliodid vor der Cyclisierung
entfernt wird, findet unter den verwendeten stark alkalischen Bedingungen
eine Methylierung des Amidstickstoffs statt. Weitere Nachteile für die Herstellung
im Großmaßstab sind
die Verwendung von DMF als Lösungsmittel
und dessen Entfernung, sowie die Verwendung von Chromatographie
zur Produktreinigung.
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Die
Reaktion von Methyliodid mit der Verbindung der Formel I ist auch
reversibel, und bei der Entfernung von überschüssigem Methyliodid aus der
Reaktionsmischung wandelt sich das Produkt teilweise in Ausgangsmaterial
um, wobei der Effekt bei Maßstabvergrößerung zunimmt.
Solche Nachteile machen das Verfahren für den Betrieb im kommerziellen
Maßstab
unattraktiv.
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Es
ist nun ein Verfahren zur Herstellung der Verbindung der Formel
I aus Boc-(D)-Met(L)-Ala-OMe gefunden worden, das ein oder mehrere
der Probleme überwindet,
die bei dem bekannten Verfahren auftreten.
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Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren zur Herstellung von (2S)-2-[(3R)-3-(N-tert.-[Butyloxycarbonyl]amino)-2-oxopyrrolidin-1- yl]propionsäuremethylester
(Formel I) bereitgestellt, bei dem man
- (1)
die Verbindung mit der Formel II mit Trimethyloxoniumtetrafluorborat
in einem geeigneten Lösungsmittel methyliert
und anschließend
- (2) unter basischen Bedingungen cyclisiert.
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In
Schritt (1) schließt
ein spezielles Lösungsmittel,
das verwendet werden kann, beispielsweise ein inertes Lösungsmittel
wie Dichlormethan, Acetonitril, Tetrahydrofuran oder Sulfolan oder
eine Mischung davon ein. Von diesen ist Dichlormethan oder Acetonitril
ein bevorzugtes Lösungsmittel,
speziell Dichlormethan. Vorzugsweise werden 0,95 bis 1,3 Äquivalente,
insbesondere 1,0 bis 1,25 Äquivalente
(wie 1,13 bis 1,23 Äquivalente)
Trimethyloxoniumtetrafluorborat pro Äquivalent Verbindung mit der
Formel II in der Reaktion verwendet. Die Verwendung von weniger
als 0,95 Äquivalenten
Trimethyloxoniumtetrafluorborat führt zu erheblichen Mengen an
nicht umgesetztem Ausgangsmaterial, und die Verwendung eines großen Überschusses
an Trimethyloxoniumtetrafluorborat hemmt den nachfolgenden Cyclisierungsschritt
erheblich, wenn Schritte (1) und (2) ineinandergreifen. Am meisten
bevorzugt werden 1,17 Äquivalente
Trimethyloxoniumtetrafluorborat verwendet. Die Zugabe des Trimethyloxoniumtetrafluorborats
wird vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von –40°C bis Umgebungstemperatur
durchgeführt,
beispielsweise –40°C bis +20°C und zweckmäßig –10 bis +10°C, wie –5 bis +5°C. Die Reaktionsmischung
kann dann zweckmäßig bei
oder etwa bei Umgebungstemperatur, beispielsweise +10°C bis +30°C, zur Vollständigkeit
reagieren gelassen werden.
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Es
ist zu erkennen, dass das in Schritt (1) gebildete Intermediat das
Sulfoniumsalz der Formel III
![Figure 00040001](https://patentimages.storage.googleapis.com/fd/2f/61/670a620f8eb5fe/00040001.png)
ist, und dass diese Verbindung
ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist. In Schritt (2)
schließt
eine spezielle Base, die verwendet werden kann, beispielsweise ein
Alkalimetallalkoxid (wie Kalium-tert.-butoxid, Lithium-tert.-butoxid,
Natrium-tert.-butoxid
oder Natriummethoxid), ein Alkalimetallhydrid (wie Natriumhydrid), ein
Alkalimetalldialkylamid (wie Lithiumdiisopropylamid) oder ein Alkyllithium
(wie n-Butyllithium)
ein. Eine bevorzugte Base schließt beispielsweise Kalium-tert.-butoxid
ein. Zweckmäßig werden
0,8 bis 1,1 Äquivalente (beispielsweise
0,85 bis 1,05 Äquivalente
und insbesondere 0,9 bis 1,0 Äquivalente)
einer solchen Base pro Äquivalent
Verbindung mit der Formel II verwendet, und vorzugsweise etwa 0,94 Äquivalente
(zur Minimierung von Epimerisierung). Wenn solche Basen in Schritt
(2) verwendet werden, wird die Reaktion vorzugsweise bei niedriger
Temperatur durchgeführt,
beispielsweise –50°C bis 0°C, wie im
Bereich von –40°C bis –20°C und vorzugsweise
bei oder etwa bei –40°C, wie –50°C bis –30°C.
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Es
hat sich überraschenderweise
auch herausgestellt, dass ein Alkalimetallcarbonat, wie Natrium- oder Kaliumcarbonat,
insbesondere ein Alkalimetallcarbonat in einer Form mit einer hohen
Oberfläche,
wie pulverisiertes wasserfreies Kaliumcarbonat (beispielsweise der
Siebgröße 325 mesh)
als Base in Schritt (2) verwendet werden kann. Des Weiteren kann
ein Überschuss
dieser Carbonatbase verwendet werden, und die Reaktion kann befriedigend
bei Temperaturen zwischen Umgebungstemperatur und +90°C, beispielsweise
20 bis 80°C durchgeführt werden.
Es werden vorzugsweise 1 bis 4 Äquivalente
dieser Base pro Äquivalent
Verbindung der Formel II verwendet, insbesondere 2 bis 4 Äquivalente,
beispielsweise 3 Äquivalente.
Zu den mit der Verwendung einer solchen Carbonatbase verbundenen
Vorteilen gehört
beispielsweise, dass sie im Großmaßstab bequemer
zu verwenden ist, dass keine niedrigen Temperaturen verwendet werden
müssen,
um die Epimerisierung zu begrenzen, wie bei einer starken Base,
und dass die Reaktion bei höheren
Konzentrationen durchgeführt
werden kann. Ein bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist
daher die Verwendung einer solchen Carbonatbase in Schritt 2. Es
ist zu erkennen, dass andere anorganische Basen oder Mischungen
solcher Basen mit einer Basizität ähnlich derjenigen
eines Alkalimetallcarbonats auch in der Reaktion verwendet werden
können,
vorzugsweise in einer feinteiligen Form.
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Ein
geeignetes Lösungsmittel
zur Verwendung in Schritt (2) schließt beispielsweise jedes von
jenen ein, die zur Durchführung
von Schritt (1) geeignet sind, oder eine Mischung davon. Ein bevorzugtes
Lösungsmittel
schließt
beispielsweise Acetonitril und Dichlormethan ein, insbesondere das
letztere. Die Reaktion wird im Allgemeinen 6 bis 18 Stunden, wie
etwa 12 Stunden, durchgeführt.
Wenn wasserfreies Kaliumcarbonat in Dichlormethan verwendet wird,
ist es bevorzugt, Schritt 2 bei der Rückflusstemperatur von Dichlormethan durchzuführen. In ähnlicher
Weise kann Schritt 2 beispielsweise in unter Rückfluss gehaltenem THF, Acetonitril oder
bei 80°C
in Sulfolan durchgeführt
werden.
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Ein
besonders bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
ein Verfahren, bei dem man (1) eine Verbindung mit der Formel II
unter Verwendung von 0,95 bis 1,05 Äquivalenten Trimethyloxoniumtetrafluorborat
pro Äquivalent
Verbindung mit der Formel II methyliert und anschließend (2)
unter basischen Bedingungen unter Verwendung von Alkalimetallcarbonat
(vorzugsweise wasserfreiem Kaliumcarbonat) cyclisiert.
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In
einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung greifen Schritte
(1) und (2) ohne vorhergehende Isolierung des in Schritt (1) gebildeten
Sulfoniumsalzes ineinander. Dies ist besonders für die Herstellung im Großmaßstab von
Vorteil. Ein ineinandergreifendes Verfahren unter Verwendung einer
Carbonatbase in Schritt (2) ist besonders bevorzugt.
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Die
Reaktion kann aufgearbeitet werden, indem gekühlt wird, Wasser zugegeben
wird, filtriert wird, die organische Phase abgetrennt wird, die
organische Phase mit Wasser gewaschen wird und flüchtiges
Material durch Destillation entfernt wird. Das Produkt kann aus
einem geeigneten Lösungsmittel
kristallisiert werden, wie einer Mischung aus Dichlormethan und
Isohexan, Tetrahydrofuran und Essochem Solvent 30, einem Ester wie
Ethyl-, Propyl- oder Butylacetat, oder vorzugsweise einer Mischung
aus n-Butylacetat und Isohexan. Alternativ kann die organische Phase
nach dem Waschen konzentriert und dann mit einem geeigneten Lösungsmittel
oder Lösungsmitteln
verdünnt
werden, um Kristallisation zu induzieren, wie beispielsweise in
den Beispielen beschrieben ist.
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Das
Ausgangsmaterial der Formel II kann nach dem Verfahren erhalten
werden, das in der WO 97/31023 beschrieben ist. Alternativ kann
die Verbindung der Formel II erhalten werden, indem man
- (A) die Aminogruppe von (D)-Methionin mit einer Butyloxycarbonylgruppe
schützt,
um Boc-(D)-Methionin zu
ergeben, und anschließend
- (B) das Boc-(D)-Methionin mit (L)-Alaninmethylester koppelt,
um Boc-(D)-Met-(L)-Ala-OMe zu bilden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
der Verbindung der Formel I, bei dem Schritte (A) und (B) durchgeführt werden
und anschließend
die oben beschriebenen Schritte (1) und (2) durchgeführt werden.
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Schritt
(A) kann unter Verwendung eines Reagenzes für die tert.-Butoxycarbonylierung
durchgeführt werden,
wie Di-tert.-butyldicarbonat unter basischen Bedingungen, beispielsweise
unter Verwendung von wässrigem
Natriumhydroxid im Überschuss
in tert.-Butanol.
Die Reaktion kann bei einer Temperatur im Bereich von –10°C bis +25°C und zweckmäßig bei
oder etwa bei Umgebungstemperatur durchgeführt werden. Vorzugsweise wird
das Reagenz für
die tert.-Butoxycarbonylierung
bei 0 bis 5°C
zugegeben.
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Schritt
(B) kann unter Verwendung von Standardkopplungsbedingungen durchgeführt werden,
die bei der Synthese von Peptiden wohl bekannt sind, beispielsweise
wie in der WO 97/31023 und den folgenden Beispielen beschrieben
ist.
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Vorzugsweise
greifen Schritte (A), (B), (1) und (2) ineinander, das heißt, sie
werden ohne Isolierung und Reinigung der gebildeten Intermediate
durchgeführt,
wie in den folgenden Beispielen beschrieben wird. In diesem Fall
werden vorzugsweise 0,95 bis 1,05 Äquivalente (insbesondere 1 Äquivalent)
Trimethyloxoniumtetrafluorborat pro Äquivalent Boc-(D)-Methionin
verwendet, obwohl erkannt wird, dass jedes beliebige der speziellen
oder bevorzugten Merkmale der Schritte (1) und (2), die hier genannt
sind, auch für
dieses 4-Schrittverfahren gelten. Vorteile des ineinandergreifenden
Verfahrens sind beispielsweise, dass Probleme vermieden werden,
die mit der Verwendung eines großen Überschusses an Methyliodid
verbunden sind. Die Anzahl der erforderlichen Verdampfungs- und Reinigungsschritte
wird verringert, und die Gesamtausbeute auf Basis der verwendeten
Menge an (D)-Methionin
wird deutlich verbessert. Zudem ist die Verwendung von Kaliumcarbonat
als Base in Schritt (2) besonders vorteilhaft.
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Die
Erfindung wird nun durch die folgenden nicht-einschränkenden
Beispiele veranschaulicht, in denen, wenn nicht anders gesagt,
- (i) Verfahrensschritte bei Raumtemperatur durchgeführt wurden,
das heißt
im Bereich von 18 bis 26°C;
- (ii) 1H-NMR-Spektren unter Verwendung
von Tetramethylsilan (TMS) als internem Standard ermittelt wurden
und als chemische Verschiebungen (δ-Werte) in ppm relativ zu TMS
unter Verwendung konventioneller Abkürzungen zur Bezeichnung von
Hauptpeaks angegeben werden, s Singulett, m Multiplett, t Triplett,
b breit, d Dublett.
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Beispiel 1
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Boc-(D)-Met-(L)-Ala-OMe
(67,0 g, enthielt schätzungsweise
0,17 Mol) wurde in Acetonitril (500 ml) gelöst, auf 0 bis 5°C abgekühlt, und
Trimethyloxoniumtetrafluorborat (29,6 g, 0,2 Mol) wurde in Portionen
zugefügt,
wobei die Temperatur auf 0 bis 5°C
gehalten wurde. Die Mischung wurde im Verlauf von 30 Minuten auf 20°C erwärmen gelassen
und weitere 90 Minuten gerührt.
Es wurde weiteres Acetonitril (2000 ml) zugegeben, die Mischung
wurde auf –40°C abgekühlt und
eine Lösung
von 1 M Kalium-tert.-butoxid in Tetrahydrofuran (160 ml) im Verlauf
von 60 Minuten zugegeben, wobei die Temperatur der Reaktionsmischung
auf –40°C gehalten wurde.
Die Mischung wurde 16 Stunden auf 20°C erwärmen gelassen. Die Mischung
wurde bei 40°C
unter vermindertem Druck zur Trockne eingedampft, und das resultierende Öl wurde
zwischen Salzlösung
(600 ml) und Dichlormethan (400 ml) partitioniert. Die organische
Phase wurde abgetrennt, und die wässrige Phase wurde mit Dichlormethan
(200 ml) extrahiert. Die kombinierten organischen Phasen wurden
mit Wasser (200 ml) gewaschen, und Isohexan (1600 ml) wurde zugefügt. Die
Lösung
wurde durch Destillation bei atmosphärischem Druck auf eine Kopftemperatur
von 53°C
destilliert, um Dichlormethan zu entfernen. Die verbleibende Lösung wurde
auf 40°C
abgekühlt,
um Kristallisation zu initiieren, und es wurde weiteres Isohexan
(200 ml) zugegeben. Die Mischung wurde auf Rückfluss erhitzt und 2 Stunden
unter Rückfluss
gehalten. Die Mischung wurde dann auf Umgebungstemperatur abkühlen gelassen.
Das suspendierte kristalline Produkt wurde durch Filtration aufgefangen,
mit kaltem Isohexan gewaschen und bei 50°C in einem Vakuumofen getrocknet.
Es wurde so (2S)-2-[(3R)-3-(N-[tert.-Butyloxycarbonyl]amino)-2-oxopyrrolidin-1-yl]propionsäuremethylester
(28,4 g) erhalten; 1H-NMR (200 MHz, CDCl3): 1,4 (s, 9H), 1,4 (d, 3H), 1,8 (m, 1H),
2,6 (m, 1H), 3,4 (m, 2H), 3,7 (s, 3H), 4,2 (m, 1H), 4, 9 (q, 1H),
5,2 (bs, 1H).
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Das
Ausgangsmaterial wurde wie folgt erhalten: Boc-(D)-Methionin (50,0
g) wurde in Dichlormethan (200 ml) gelöst, und 1-Hydroxybenzotriazolhydrat
(29,7 g) und (L)-Alaninmethylesterhydrochlorid (31,0 g) wurden zugefügt. Die
Mischung wurde auf 0°C
abgekühlt,
und 1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimidhydrochlorid (43,0
g) wurde portionsweise zugegeben, wobei die Temperatur der Mischung
auf 0 bis 5°C
gehalten wurde. Dann wurde N-Methylmorpholin (42,2 g) im Verlauf
von 30 Minuten zugegeben, wobei die Temperatur der Mischung auf
0 bis 5°C
gehalten wurde. Die Mischung wurde dann 5 Stunden bei 0°C gerührt. Die
Reaktionsmischung wurde nacheinander mit Wasser (2 × 100 ml),
10% wässriger
Citronensäurelösung (100
ml), gesättigter
wässriger
Natriumbicarbonatlösung
(100 ml), Wasser (100 ml) gewaschen und unter vermindertem Druck
bei 40°C
zur Trockne eingedampft, um Boc-(D)-Met-(L)-Ala-OMe (67,0 g, enthielt schätzungsweise
0,17 Mol) als Öl
zu ergeben.
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Beispiel 2 (ineinandergreifendes
Verfahren)
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Natriumhydroxidlösung (1,88
M, 150 ml) wurde zu (D)-Methionin (25,0 g, 0,166 Mol) gegeben, und tert.-Butanol (100 ml)
wurde zugegeben. Die Mischung wurde auf 0 bis 5°C abgekühlt, und Di-tert.-Butyldicarbonat
(41,1 g) wurde in einer Portion zugegeben. Die Reaktionsmischung
wurde auf 20°C
erwärmt
und 4 Stunden gerührt.
Die Mischung wurde auf 0 bis 5°C
abgekühlt,
und 2 M wässrige
Citronensäurelösung (128
ml) wurde zugegeben, wobei die Temperatur unter 5°C gehalten
wurde. Dichlormethan (250 ml) wurde zugegeben, und die Mischung
wurde 15 Minuten bei 20°C
gerührt.
Die obere wässrige
Phase wurde abgetrennt, und die organische Phase verblieb. Die wässrige Phase
wurde mit Dichlormethan (125 ml) extrahiert, und der Extrakt wurde
mit der verbleibenden organischen Phase kombiniert. Die kombinierte
organische Phase wurde mit Wasser (250 ml) gewaschen und bei atmosphärischem
Druck destilliert, bis ein Volumen von 250 ml verblieb. Die Lösung (die
Boc-(D)-Methionin enthielt) wurde auf 0 bis 5°C abgekühlt, und (L)-Alaninmethylesterhydrochlorid
(25,7 g), 1-Hydroxybenzotriaziolhydrat (24,6 g), 1-(3-Dimethylaminiopropyl)-3-ethylcarbodiimidhydrochlorid
(35,6 g) und N-Methylmorpholin (35,6 g) wurden zugegeben, wobei
die Temperatur der Mischung unter 5°C gehalten wurde. Die Mischung
wurde dann auf 20°C
erwärmt
und bei dieser Temperatur 5 Stunden gerührt. Die Mischung wurde auf
0 bis 5°C
abgekühlt,
und Wasser (100 ml) wurde zugegeben, wobei die Temperatur unter
5°C gehalten
wurde, und die Mischung wurde 15 Minuten gerührt. Die organische Phase wurde
abgetrennt und nacheinander mit Wasser (150 ml), 2 M wässriger
Citronensäurelösung (100
ml), 20% wässriger Natriumbicarbonatlösung (100
ml) und Salzlösung
(100 ml) gewaschen. Dichlormethan (450 ml) wurde zu der organischen
Phase gegeben, und die Mischung wurde bei atmosphärischem
Druck destilliert, bis 100 ml Destillat aufgefangen worden waren.
Die Mischung (die Boc-(D)-Met-(L)-Ala-OMe
enthielt) wurde auf 0 bis 5°C abgekühlt, und
Trimethyloxoniumtetrafluorborat (25,1 g, 0,166 Mol) wurde in einer
Portion zugegeben, wobei die Temperatur auf 0 bis 5°C gehalten
wurde. Die Mischung wurde im Verlauf von 30 Minuten auf 20°C erwärmen gelassen
und dann weitere 4 Stunden gerührt.
Pulverisiertes Kaliumcarbonat (325 mesh, 71,9 g) wurde zugegeben,
und die Mischung wurde 12 Stunden unter Rückfluss gehalten. Die Mischung
wurde auf 0 bis 5°C abgekühlt, und
Wasser (300 ml) wurde zugegeben. Die Mischung wurde 15 Minuten bei
20°C gerührt und durch
einen Sintertrichter (Porosität
Nr. 3) filtriert. Die untere organische Phase des Filtrats wurde
abgetrennt und mit Wasser (300 ml) gewaschen. Die Lösung wurde
bei atmosphärischem
Druck destilliert, bis 320 ml Destillat aufgefangen worden waren,
und n-Butylacetat (200 ml) wurden zugesetzt. Die Lösung wurde
bei 70 bis 75°C
unter vermindertem Druck konzentriert, bis 80 ml Konzentrat verblieben.
Das Konzentrat wurde auf 40°C abgekühlt, und
Isohexan (80 ml) wurde zugegeben. Die Mischung wurde auf 20°C abgekühlt, dann
auf 40°C erhitzt
und weiteres Isohexan (320 ml) langsam im Verlauf einer Stunde zugegeben.
Die Mischung wurde weitere 30 Minuten bei 40°C gerührt und dann auf 0 bis 5°C abgekühlt und
eine Stunde gerührt.
Der suspendierte kristalline Feststoff wurde durch Filtration aufgefangen,
mit kaltem Isohexan (2 × 50
ml) gewaschen und im Vakuumofen bei 50°C 8 Stunden getrocknet. Es wurde
so (2S)-2-[(3R)-3-(N-tert.-Butyloxycarbonyl]amino]-2-oxopyrrolidin-1-yl)propionsäuremethylester
(36,5 g, 76% Ausbeute) erhalten, NMR wie in Beispiel 1.