KR100228189B1

KR100228189B1 - 씨-3 위치가 치환된 세펨 유도체의 제조방법 ii

Info

Publication number: KR100228189B1
Application number: KR1019970032806A
Authority: KR
Inventors: 구양모; 최장식; 안승호; 이윤영
Original assignee: 강덕영; 한국유나이티드제약주식회사
Priority date: 1997-07-15
Filing date: 1997-07-15
Publication date: 1999-11-01
Also published as: KR19990010147A

Abstract

본 발명은 하기 화학식 1의 C-3 위치가 치환된 세펨 유도체(Cephem derivatives)를 티아졸린-아제티디논(thiazoline-azetidinone) 화합물을 원료로 하여 제조하는 방법에 관한 것으로서, 이 세펨 유도체는 세팔로스포린계(cephalosphorins) 항생제를 만드는 중간체로서 유용한 물질이다.

상기식에서 X는 Cl을 의미하며, R₁은 PhCH₂CO-, PhOCH₂CO- 또는 수소원자를 의미하고, R₂는 디페닐메틸(DPM), t-부톡시카보닐(t-BOC), 벤질옥시카보닐(CBZ), 메틸기, p-메톡시벤질(PMB), p-니트로벤질(PNB) 또는 수소를 의미한다.

Description

씨-3 위치가 치환된 세펨 유도체의 제조방법 II

본 발명은 하기 화학식 1의 C-3 위치가 치환된 세펨 유도체(Cephem derivatives)를 제조하는 방법에 관한 것이다.

화학식 1

좀 더 상세하게는, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 C-3 위치가 치환된 세펨 유도체를 티아졸린-아제티디논으로부터 제조하는 방법에 관한 것으로서, 이 세펨 유도체는 세팔로스포린계(cephalosphorins) 항생제를 만드는 중간체로 유용한 물질이다.

세팔로스포린계 항생제는 항균활성이 우수하고 독성도 낮아 현재 가장 많이 사용되는 베타 락탐계(β-lactams) 항생제로서, 미생물의 세포벽의 합성을 저해하여 항균효력을 갖기 때문에 진핵세포(Eucaryote) 또는 인체에 거의 독성을 나타내지 않으면서 강력한 항균력을 갖는 매우 우수한 항생제이다.

세팔로스포린계 항생제는 세팔로스포린 C(cephalosphorin C, 이하 "CPC" 라고 약칭한다)로부터 만들어지는 항생제를 말하며, CPC는 아크레모늄 크리소제늄 (Acremonium chrysogenium)의 발효산물에서 분리된 물질로서 화학식 2의 구조를 가지고 있다.

이 세팔로스포린 C는 3위치의 아세톡시(acetoxy) 그룹이 쉽게 제거 또는 치환될 수 있으며, 7 위치의 아미드 그룹이 쉽게 가수분해 또는 치환될 수 있다.

세팔로스포린계 항생제는 여러 가지 유도체들의 개발이 진행되어 1세대에서 3세대 세팔로스포린계 항생제들이 이미 상품화되었으며 최근에는 4세대 항생제도 활발히 개발되고 있다.

제 1세대 세팔로스포린계 항생제에는 세팔로틴(Cephalothin)이 있으며, 그람 음성균에 대한 효과가 크나, 경구 흡수율이 낮고, 근육 주사시 통증이 있고, 슈도모나스 아에루기노사(Pseudomonas aeruginosa) 등의 일부 균주에 대해서는 효과가 없으며, 투여후 체내에서 너무 빨리 소실된다는 단점이 있다.

제 2세대, 제 3세대 세팔로스포린계 항생제는 3 위치와 7 위치가 치환된 것으로 그람 음성균 뿐만 아니라 그람 양성균에도 효과가 큰 광범위 항생제이다. 특히 제 3세대 세팔로스포린계 항생제는 전에는 치료가 매우 어려웠던 그람 음성균에도 잘 듣는다. 최근 이들에 대한 내성균이 발생함에 따라 제 4세대 세팔로스포린계 항생제에 대한 연구도 활발하다.

이와 같이 세팔로스포린계 항생제는 여러 세대가 개발됨에 따라 다양한 유도체를 만들 필요가 있으며, 세팔로스포린은 C-3 위치의 치환기에 따라 베타 락탐고리(β-lactam ring)의 카보닐기의 활성이 달라지며 이에 따라 항균 효력이 변화되고 수용성이 달라지므로, C-3 위치에 여러 가지 치환기를 도입함으로써 다양한 세팔로스포린계 항생물질을 만들 수 있다. 이에 따라 세팔로스포린계 항생물질의 개발 및 생산에는 C-3 위치에 치환기를 도입할 수 있는 중간물질의 합성이 매우 중요하며, 현재 사용되고 있는 유용한 중간원료 물질에는 7-아미노디아세톡시 세팔로스포란산 (7-Amino diacetoxy cephalosporanic acid; 이하 "7-ADCA" 라고 약칭한다)과 7-아미노세팔로스포란산 (7-Amino cephalosporanic acid; 이하 "7-ACA" 라고 약칭한다)이 있다.

세팔로스포린계 항생제는 사용하는 중간 원료물질에 따라 최종 생산물질이 달라지는데, 세프라딘(Cefradine), 세팔렉신(Cephalexin), 세팔드록실(Cephadroxil)은 7-ADCA를 중간원료로 하고, 이들을 제외한 대부분의 세팔로스포린계 항생제는 7-ACA를 중간원료 물질로 하여 합성되고 있다.

7-ADCA 또는 7-ACA를 제조하는 방법은 화학공정에 의한 방법과 효소공정에 의한 방법으로 대별되는데, 지금까지는 화학공정에 의한 합성보다는 효소공정에 의한 방법이 주를 이루고 있다.

효소공정에 의해 7-ADCA 또는 7-ACA를 제조하기 위해서는 CPC를 가수분해할 수 있는 효소가 필요한데, CPC의 7번 탄소위치의 카르보닐 결합이 매우 안정하므로 아직까지는 한 단계 효소공정에 의해 CPC로부터 직접 7-ADCA 또는 7-ACA를 제조하는 방법을 산업에 적용하기는 부적합하여 현재는 두 종류의 효소를 이용한 2단계 반응공정에 의해 7-ADCA 또는 7-ACA를 제조하고 있다.

한편 세팔로스포린 C의 구조가 알려진 1960년대 초부터 세팔로스포린을 유기합성 방법에 의해 제조하려는 시도가 이루어졌으나, 7-ACA를 화학공정에 의해 제조하는 방법은 다단계의 초저온 반응을 필요로 하며 반응중 사용되는 유독성 용매가 최종제품에 잔존하거나 환경을 오염시키는 등의 문제점이 있어 실용화되지 못하고 있는 실정이었다. 이에 최근에는 중간원료 물질로 7-ACA 또는 7-ADCA 대신 C-3위치가 염소나 브롬으로 치환된 세펨 유도체들이 사용되고 있으며, 특히 세팔로스포린 C의 생산비용이 페니실린(penicillin)에 비해 10배 정도 비싼 것에 착안하여 값싸게 생산할 수 있는 페니실린에서 이들 C-3 위치가 염소나 브롬으로 치환된 세펨 유도체를 제조하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 그러나 아직까지는 제조공정이 복잡하고 수율이 낮은 문제점이 있어 실용화되지 못하고 있는 실정이다.

페니실린 고리를 세팔로스포린 고리로 바꾸는 반응은 반응식 1에 도시된 바와 같이 엘리 릴리(Eli Lilly)사의 모린 등(Morin et al. J. Am. Chem. Soc. 85, 1896(1963))에 의하여 처음 보고되었다.

그 후 하기의 반응식 2에 도시된 바와 같이, 구조식 3인 설펜산(sulfenic acid)을 이용하여 구조식 4인 티아졸린-아제티디논, 구조식 5의 2-메르캅토벤조티아졸(2-mercaptobenzothiazole, SBT) 기로 치환된 디설파이드(disulfide) 화합물, 구조식 6의 벤젠설포닐(benzensulfonyl) 기로 치환된 디설파이드 화합물, 2,5-디옥소피롤리딘(2,5-dioxopyrrolidine) 기로 치환된 디설파이드 화합물을 얻는 반응들이 시도되었다.

하기 반응식 3은 본 발명자들에 의하여 출원(대한민국 특허출원 제 97-17802호)된 바 있는 유기합성법을 통한 세팔로스포린계 항생제의 제조반응에 관한 것으로서, 상기 반응식 2의 구조식 5의 구조를 포함하는 화합물이 중간체로 존재한다.

상기 반응에서는 먼저 구조식 4로 표시되는 화합물이 염소화된 뒤 페니실린 고리가 개환되고 세팔로스포린 고리가 형성되는 과정으로 반응이 진행된다. 여기서염소화 반응은 상기 반응식 2의 구조식 5로 표시되는 디설파이드 화합물의 3-C 위치에 직접 염소화 반응이 일어나지 않기 때문에 티아졸린-아제티디논 화합물을 염소화시킨 뒤 아연으로 환원해야하는 단계가 첨가된다.

즉, 하기 반응식 4에 도시된 바와 같이 구조식 5로 표시되는 디설파이드 화합물의 경우에 직접 염소화 반응은 일어나지 않지만, 반응식 2의 구조식 6으로 표시되는 화합물이 중간체로서 반응중에 포함된다면 직접 염소화 반응이 가능하게 되어 상기의 반응식 3의 반응과는 달리 환원 단계가 생략될 수 있어 수득률면에서나 제조 원가면에서 유리한 방법이 될 수 있다.

또한, 상기 반응식 3이 나타내는 제조방법은 반응중 목적하는 세팔로스포린 고리를 형성하는 과정에서 하기 반응식 5에서 보는 바와 같이 세팔로스포린 고리형성이 일어나는 동시에 2-메르캅토벤조티아졸(SBT)기가 탈리된다. 이때 이탈기인 SBT가 다시 알릴 위치의 염소원자와 치환반응을 일으켜 구조식 7의 3'-벤조티아조일티오세팔로스포린(3'-benzothiazoyl thiocephalosporin) 화합물이 부생성물로 생성될 수 있다.

상기와 같은 2-메르캅토벤조티아졸(SBT)기로 인해 부반응이 발생되는 문제를해결하고 C-3 위치에 염소를 선택적으로 치환시키기 위해서는 세펨 유도체를 제조할 때 상기 반응식 2의 구조식 6와 같은 구조를 포함하는 디설파이드 화합물을 효과적으로 합성하는 것이 중요하다.

하기 반응식 6에는 페니실린 설폭사이드로부터 p-톨루엔설폰산(CH₃PhSO₂H) 또는 p-톨루엔설포닐시아니드(CH₃PhSO₂CN) 등을 사용하여 상기 반응식 2의 구조식 6의 구조를 가지는 디설파이드 화합물을 제조하는 방법이 도시되어 있다. 그러나, 이 반응은 많은 부생성물이 얻어지고, 분리가 용이하지 않음이 보고된 바 있다(P.G. Samnes, J. Chem. Soc. Perkin I, 1456(1974), Woodward et al. USP, 4,255,328)

또한, 하기 반응식 7과 같이 질산은(AgNO₃)을 사용하여 높은 수득률로 디설파이드 화합물을 얻을 수 있지만, 고가의 질산은이 사용되기 때문에 실용적인 방법이 될 수 없다는 단점이 있다.

한편, 디설피드 화합물의 고리화 반응시 용매로 암모니아 가스 외의 염기를 사용할 경우에는 그 수득률이 매우 낮다고 보고되어[AcONa(29%), Et₃N(18%), KOH(17%), KI(14%)] 사용 가능한 용매가 지극히 제한적이었다. 그러나, 하기 반응식 8에 나타난 바와 같이 근래에 DMSO-THF(1:1) 혼합용매하에서 암모늄 아세테이트(NH₄OAc)를 과량 사용하여 페니실린 V를 높은 수득률로 고리화하고, 반응후 탈리된 벤조티아졸-2-티올(benzothiazole-2-thiol) 부생성물을 중탄산나트륨 수용액(5% Na₂CO₃)으로 세척하여 쉽게 제거시킬 수 있음이 보고되었다(Michael Davis, Aust. J. Chem. 40, 1519-1526(1987)).

R = -CH₂PhNO₂(수득률: 91.3 %), R = -CH₃(수득률: 88.4 %)

R = -CH₂CH=CH₂(수득률: 92 %), R= -CH₂CH₃(수득률: 93 %)

이에 본 발명자들은 티아졸린-아제티디논을 출발물질로 하여 C-3 위치가 치환된 화학식 1의 세펨 유도체를 합성하는데 있어서, 중간체인 디설파이드 화합물을 부생성물 없이 효과적으로 제조하고, C-3 위치에 염소원자를 선택적으로 치환할 수 있는 방법을 개발하기 위하여 노력하여 오던 중 티아졸린 고리를 개환시켜 디설파이드 화합물을 제조할 때 아렌설포닐브로마이드(ArSO₂Br)를 사용하면 C-3 위치가 치환된 세펨 유도체를 종래 방법에 비하여 효과적으로 수득율이 높게 합성할 수 있음을 알아내어 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 티아졸린-아제티디논으로부터 C-3 위치가 치환된 화학식 1의 세펨 유도체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 유기합성법을 이용하여 세팔로스포린계 항생제를 제조할 때 중요한 중간체 원료로 사용되는 하기 화학식 1의 C-3 위치에 염소원자가 치환된 세펨 유도체를 티아졸린-아제티디논으로부터 제조하는 방법에 관한 것이다.

화학식 1

하기 반응식 9에 본 발명의 C-3 위치가 치환된 세펨 유도체의 제조방법을 나타낸다.

상기 반응식 9에서 R₁및 R₂는 화학식 1에서 정의한 바와 같고, Ar은 Ph-, -PhCH₃, -PhNO₂, -PhOCH₃를 의미한다.

본 발명의 C-3 위치가 치환된 세펨 유도체의 제조방법은

가) 구조식 4의 티아졸린-아제티디논 화합물의 티아졸린 고리(thiazole ring)를 개환시킨후 치환시켜 구조식 6의 화합물을 얻는 단계 (제 1단계);

나) 상기 제 1단계에서 얻은 구조식 6의 화합물을 전기염소화 반응(Electrochlorination)시켜 구조식 8의 화합물을 얻는 단계 (제 2단계) 및

다) 상기 제 2단계에서 얻은 구조식 8의 화합물을 고리화 반응시켜 화학식 1의 화합물을 얻는 단계 (제 3단계)로 이루어진다.

본 발명의 각 단계 반응에 대하여 화학식 1의 화합물에서 R₁은 PhCH₂CO-로, R₂는 Ph₂CH-로 치환된 경우를 예로 들어 하기와 같이 구체적으로 설명한다.

제 1단계 반응; 티아졸린 화합물의 티오설포네이트(Thiosulfonate)화 반응

R₁이 PhCH₂-로, R₂가 Ph₂CH-로 치환된 티아졸린-아제티디논 화합물에 적절한 용매와 산을 가하고, 여기에 아렌설포닐기를 포함하는 화합물(arenesulfonyl compound)을 첨가하여 개환된 디설파이드 화합물을 얻는다.

이 때 적절한 용매로는 THF, 메탄올, THF-메탄올(1:1) 혼합용매, 디옥산(Dioxane, C₄H₈O₂), 에틸아세테이트, 메틸렌 클로라이드, THF-메틸렌 클로라이드(1:1) 혼합용매, 메틸렌 클로라이드-아세톤(1:1) 혼합용매 등이 사용될 수 있다.

적절한 아렌설포닐 화합물(arenesulfonyl compound)로는 벤젠설포닐 브로마이드(PhSO₂Br), p-니트로벤젠설포닐 브로마이드(p-NO₂PhSO₂Br), p-메톡시벤젠설포닐 브로마이드(p-CH₃OPhSO₂Br) 등이 사용될 수 있다. 그러나, 아렌설포닐 클로라이드(arenesulfonyl chlorides)를 사용할 경우 C(5)-N 결합이 깨어진 화합물만이 생성되기 때문에 사용할 수 없다. 사용되는 적절한 산은 염산, 과염소산(HClO₄), 황산, p-톨루엔설폰산의 1-수화물 등이 있으며, 적절한 반응 온도는 5 ~ 40℃ 이다.

제 2단계 반응; 티오설포네이트(Thiosulfonate) 화합물의 전기염소화 반응 (Electrochlorination)

상기 반응식 2의 구조식 6의 구조를 포함하는 티오설포네이트(Thiosulfonate) 화합물을 적절한 용매하에서 과량의 할로겐화 시약과 소량의 산을 가해 용해시키고, 일정한 온도에서 전류를 흘려주어 전기 할로겐화 반응을 통해 아릴 위치에 염소원자가 도입된 구조식 8의 화합물을 얻을 수 있다.

전기 할로겐화 반응시 대부분의 경우 유기 용매는 전류의 부도체이기 때문에 전류의 전도성과 pH 조절을 위해 산을 소량 가하여 전해를 실시하는데 이 때 사용하는 산으로는 염산, 질산, 황산, 인산 등이 바람직하다. 같은 산의 일종인 개미산(Formic acid)은 바람직하지 못하다.

두 층 전기분해 반응시 수층에는 반응식 12에서 보는 바와 같은 반응의 평형이 이루어진다. 즉, 이 때 생성된 디클로린 옥사이드(Cl₂O)는 수층(aqueous layer)보다 유기층(organic layer)에 훨씬 잘 용해되어 엔-타입(ene-type) 염소화 반응이 서서히 진행된다.

반응시 사용가능한 용매는 소수성이 있는 메틸렌 클로라이드(CH₂Cl₂), 클로로포름(CHCl₃), 에틸 아세테이트(AcOEt) 등이 포함될 수 있는데, 만일 반응에 THF, CH₃CN, CH₃CN-THF 등과 같은 친수성 용매를 사용하면 베타 락탐고리가 깨진다고 보고되어 있다.

또한 이 때 적절한 할로겐화 시약에는 염화나트륨(NaCl), 염소가스(Cl₂), 하이포아염소산(HOCl), 하이포염소산(HClO₂), 디클로린 옥사이드(Cl₂O), N-클로로석신이미드 (NCS) 및 t-부틸하이포클로라이드(t-BuOCl) 등이 포함될 수 있으며, 여기서 사용되는 염소화 시약의 양은 과량인 것이 바람직하다. 여기서 과량의 기준은 H₂O 3ml에 염화나트륨(NaCl) 1g이 녹아 있는 것이다.

이 때의 적절한 반응온도는 5 ~ 25℃가 바람직하다.

또한, 이 때 가해주는 전압은 5V 내지 15V 가 바람직하다.

제 3단계 반응; 티오설포네이트(thiosulfonate) 화합물의 고리화 반응

고리화(ring formation) 과정은 일반적으로 산 또는 염기를 사용한다. 여기서는, 적절한 용매하에서 염기를 사용하여 염기가 활성화된 수소를 공격하여 이중결합의 이동이 일어나면서 고리화가 이루어져 C-3 위치에 염소원자로 치환된 화학식 1의 화합물을 얻는다.

디설파이드 화합물이 아렌설포닐(ArSO₂-)기로 치환된 경우는 DMF 용매하에서 암모니아 가스를 이용하면 높은 수득률로 화학식 1의 화합물을 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 암모늄 아세테이트를 사용하고 용매로는 DMSO-THF 혼합용매를 사용할 때도 높은 수득률의 고리화가 이루어 진다.

이 때 적절한 용매는 DMF, DMSO, DMSO-THF(1:1) 혼합용매 또는 메틸렌 클로라이드 등이 있다.

적절한 염기로는 암모니아 가스, 암모늄 아세테이트(NH₄OAc), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화암모늄(NH₄OH), DBU, DBN, 소디움아세테이트(AcONa), 요오드화칼륨(KI), 트리에틸아민((C₂H₅)₃N) 등이 있으며, 암모니아 가스, 암모늄 아세테이트가 가장 바람직하다.

상기 화학식 1의 화합물은 유기합성법을 이용해 세팔로스포린계 항생제를 제조하는데 유용하게 사용될 수 있는 중간체로서, 하기 반응식 14에 R₁기가 PhCH₂CO-로, R₂기가 DPM(CHPh₂-)으로 치환된 세펨 유도체를 중간체로 이용하여 각종 세팔로스포린계 항생제를 제조하는 반응을 예시하였다.

한편 본 발명의 제조방법으로 제조된 화학식 1의 화합물을 가수분해하여 7-아미노-3-클로로메틸-3-세펨-4-카르복실산을 얻을 수 있다. 화학식 1의 화합물을 적절한 용매에 녹여 적절한 온도 하에서 강산으로 처리하고, 이를 적절한 알코올로 처리한 후 물을 가하여 가수분해 시킴으로써 7-위치가 가수분해된 화합물을 얻는다.

또한, 7-위치가 가수분해된 화합물을 아세트산-페놀, p-톨루엔설폰산-페놀, 황산-페놀, 염산-페놀, 개미산(formic acid), 아연(Zn)-아세트산, 수소-백금(H₂-Pt) 또는 적절한 용매에 용해시킨 다음 희석시킨 염화알루미늄을 넣어 주고, 이를 아니솔(anisole; 메톡시벤젠)로 처리한 후 수층을 산성화시켜 역추출하여 4-위치가 가수분해된 화합물을 얻는다.

가수분해시 사용되는 적절한 용매는 메틸렌 클로라이드가 사용될 수 있으며, 적절한 반응 온도는 -78∼0℃ 범위이고, 또한 이 때 화학식 1의 화합물을 처리하는 강산으로는 오염화인(PCl₅), 삼염화인(PCl₃) 또는 티오닐 클로라이드(SOCl₂)가 바람직하다.

또한 이 때 적절한 알코올에는 메탄올, 에탄올, 프로판올, i-프로판올, n-부탄올, t-부탄올 등이 있다.

이하 실시예에 의해 본 발명을 상세히 설명하고자 한다. 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

한편 실시예에 앞서 하기 제조예에서는 본 발명의 제조방법에서 디설파이드 화합물을 만드는데 사용하는 아렌설포닐화합물의 제조방법을 설명한다.

<제조예> p-톨루엔설포닐 브로마이드의 제조

100 ㎖ 둥근바닥 플라스크에 p-톨루엔설폰산(p-tolunesulfonic acid)의 나트륨염 수화물(sodium salt hydrate) 1g을 넣고, 실온에서 벤젠 40㎖에 가하여 현탁액을 만들었다. 여기에 브롬을 벤젠 10㎖에 희석시켜 천천히 반응용액에 가하였다. 브롬이 가해지면 반응용액의 색이 처음에는 붉은색을 나타냈지만 조금 지난후에 다시 무색으로 변하였고 바닥에는 벤젠에 용해되지 않은 소디움 브로마이드(NaBr) 침전이 생성되었다. 반응이 끝난후 무기물은 필터로 제거하였고 벤젠은 회전은 진공증발기에서 제거하여 흰색 침전의 생성물을 거의 정량적으로 얻었다.

<실시예> 7-아미노-3-클로로메틸-3-세펨-4-카르복실산의 제조

(단계 1) 디페닐메틸 2-[(3R, 4R)-4-(p-톨루엔설포닐티오)-3-페닐아세트아미도 -2-옥소-아제티딘-1-일]-3-메틸-3-부테노에이트의 제조

디페닐 2-(3-페닐아세트아미도-4-p-메틸벤젠설포닐티오-2-아제티디논-1-일)- 3-메틸-3-부테노에이트를 제조하기 위한 반응은 사용하는 용매와 염기를 달리하여 다음과 같은 세가지 방법으로 수행하였다.

ⅰ) 50㎖ 둥근 바닥 플라스크에 티아졸린 0.4g(0.82mmol)을 넣고, 메탄올-THF 혼합용매 10㎖에 용해시켰다. 얼음수조로 반응용액의 온도를 5℃로 유지하면서 1.0M 염산 수용액 1.0㎖를 가해 주었다. 5 ~ 10℃ 사이에서 3시간 동안 반응시킨 후에 이 용액에 p-톨루엔설피닐 브로마이드(p-CH₃PhSO₂Br) 0.4g(2.0eq.)을 넣어주고, 10시간 동안 반응시켰다. TLC로 반응유무를 확인한 후 에틸아세테이트 50㎖와 염화나트륨 용액 50㎖를 가하여 유기층을 분리한 뒤 무수 황산 마그네슘으로 건조하였다. 다음 진공증발기를 이용하여 용매를 제거하고 에틸아세테이트-헥산(1:4) 혼합용매를 용리액으로 사용한 실리카겔 컬럼 크로마토그래피를 수행하여 목적화합물을 분리하였다(수득률 70％).

¹H-NMR (300MHz, CDCl₃) δ 1.75(s, 3H, CH₃), 2.35(s, 3H, PhCH₃), 3.58, 3.57(d, 2H, PhCH₂), 4.34(s, 1H), 4.72(s, 1H), 4.87(s, 1H), 5.07(q, 1H, J = 4.7, 7.8Hz, H-7), 5.78(d, 1H, J = 4.7Hz, H-6), 6.04(d, 1H, J = 7.8Hz, NH), 6.87(s, 1H, COOH), 7.1 ~ 7.7(m, 19H, phenyl ring protons)

ⅱ) 50㎖ 둥근 바닥 플라스크에 티아졸린 1.0g(2.07mmol)을 넣고, 메틸렌 클로라이드-메탄올 혼합용매 16㎖에 용해시켰다. 여기에 8.0％ 황산 수용액 1.64㎖를 가해준 다음, p-톨루엔설피닐 브로마이드(p-CH₃PhSO₂Br) 를 넣어주고, 실온에서 10시간 동안 반응시켰다. 상기 ⅰ)과 같은 방법으로 반응을 마무리하여 목적 화합물을 얻었다(수득률 40％).

ⅲ) 티아졸린 0.5g(1.04mmol)을 디옥산(dioxane) 20㎖에 용해시키고, 증류수 0.7㎖를 가하였다. 여기에 p-톨루엔설피닐 브로마이드(p-CH₃PhSO₂Br) 0.5g(4.0eq.)을 넣어주고, 실온에서 10시간 동안 반응시켰다. 상기 ⅰ) 및 ⅱ)와 같은 방법으로 반응을 마무리하여 목적 화합물을 얻었다(수득률 50％).

(단계 2) 디페닐메틸 2-[(3R, 4R)-4-(p-톨루엔설포닐티오)-3-페닐아세트아미도 -2-옥소-아제티딘-1-일]-3-클로로메틸-3-부테노에이트의 제조

250㎖ 비커에 출발물질 0.7g(1.05mmol)을 클로로포름 180㎖에 용해시킨 뒤 NaCl 10.5g을 증류수 32㎖에 용해시켜 함께 혼합하였고, 여기에 진한 황산 0.74㎖을 가하였다. 얼음물 수조로 반응용액의 온도를 5 ~ 15℃ 사이를 유지하면서 Pt 전극 (가로 5.7cm×세로 10.9cm) 두 개를 DC 전류계 (+),(-) 극에 연결한 뒤 DC 5∼15 볼트 전류를 실온에서 일정하게 흘려주었다. 실온에서 7시간 동안 전기분해 시킨 후 TLC로 생성물을 확인하였다. 유기층을 증류수 100㎖와 염화나트륨 수용액 100㎖로 씻어준 다음 무수 황산마그네슘으로 건조시킨 후 진공 증발기로 용매를 제거한 후 조화합물의 형태인 목적 화합물을 얻었다(수득률 85％).

¹H-NMR (400MHz, CDCl₃) δ 2.32(s, 3H, PhCH₃), 3.58, 3.59(d, 2H, PhCH₂), 4.01, 4.20(ABq, 2H, J = 12.8Hz, CH₂Cl), 4.96(q, 1H, J = 4.8, 7.6Hz, H-7), 5.04(s, 1H), 5.30(s, 1H), 5.88(d, 1H, J = 4.8Hz, H-6), 6.07(d, 1H, J = 7.6Hz, NH), 6.89(s, 1H, COOH), 7.1 ~ 7.7(m, 19H, phenyl ring protons)

(단계 3) 디페닐메틸 7-페닐메틸아미도-3-클로로메틸-3-세펨-4-카르복실레이트의 제조

100ml 둥근 바닥 플라스크에 티오설포네이트 0.64g (0.83mmol)을 넣고, 여기에 DMF 20㎖를 가하여 용해시켰다. 이 용액을 아세톤-드라이아이스 수조에서 -30℃ 이하로 냉각시킨 뒤, 28％ 암모니아수를 가열하여 암모니아 가스를 발생시킨후 염기성 건조제인 소다석회를 이용하여 물을 제거하여 얻은 암모니아 가스를 DMF 용액에 버블링(bubbling) 시켰다. 이때 용액의 색이 짙은 갈색으로 천천히 변하였다. 같은 온도에서 한 시간 동안 반응시킨 다음 에틸아세테이트 50㎖를 가하여 유기층을 분리하였다. 다음 증류수 100㎖로 두 번 세척하고 분리된 유기층을 진공 증발기에서 감압증류하였다. 이때 잔류물을 다시 에틸 아세테이트 100㎖에 녹인후 무수 황산 마그네슘에 건조시켜 목적 화합물을 80％의 수득률로 얻었다.

¹H-NMR (200MHz, CDCl₃) δ 3.60(s, 4H, PhCH₂,CH₂S), 4.1 ~ 4.8(ABq, 2H, CH₂Cl), 4.90(d, 1H, J = 4.9Hz, H-6), 5.85(dd, 1H, J = 4.9, 9.0Hz, 7-H), 6.39(d, 1H, J = 9.0Hz, NH), 6.96(s, 1H, COOCH), 7.1 ~ 7.6(m, 15H, phenyl ring protons)

(단계 4) 7-아미노-3-클로로메틸-3-세펨-4-카르복실산의 제조

단계 3에서 얻은 화합물의 7-위치를 가수분해하기 위하여 하기와 같이 실험하였다.

100ml 둥근 바닥 플라스크에 오염화인[PCl₅, 0.7g(3.17mmol]을 메틸렌클로라이드(CH₂Cl₂, 10ml)에 가하여 슬러리를 만들었다. 얼음으로 냉각한 상태에서 피리딘 0.3g (3.17mmol)을 가해 주고 한시간 동안 교반시켰다. 5℃ 온도에서 상기 단계 3에서 얻은 디페닐메틸-7-페닐메틸아미도-3-클로로메틸-3-세펨-4-카르복실레이트 1g (2.64mmol)을 넣어 주고 10℃에서 1시간 30분 동안 교반시켰다. 상기 반응물을 -35℃까지 냉각시킨 후에 메탄올 10ml를 한꺼번에 가해준 다음 -10℃ 이하에서 1시간 30분 동안 교반시켰다. 5℃에서 H₂O 50ml를 가해준 다음 감압 농축하였다. 잔류물에 증류수와 디에틸에테르를 가하여 7-위치가 가수분해된 디페닐메틸-7-아미노-3-클로로메틸-3-세펨-4-카르복실레이트 화합물 (0.6g)을 얻었다.

또한 상기에서 얻은 화합물의 4-위치를 가수분해하기 위하여 하기와 같이 실험하였다.

디페닐메틸-7-아미노-3-클로로메틸-3-세펨-4-카르복실레이트 1.0g을 메틸렌클로라이드(CH₂Cl₂, 10ml)에 용해시킨 다음 얼음으로 냉각시키고, 여기에 알루미늄 클로라이드(AlCl₃,950mg, 3.0당량)을 니트로메탄 20ml에 희석시켜 넣어 주었다. 여기에 아니솔(anisole, 1.5g, 6.0 당량)을 메틸렌클로라이드 20ml에 용해시켜 넣어 준 다음 실온에서 4시간 30분 동안 교반시켰다. 반응용액을 에틸아세테이트 50ml로 묽힌 후 희석된 염산과 5% 중탄산나트륨(NaHCO₃)으로 유기층을 씻어 주었다. 수층은 다시 염산으로 산성화시켜 역추출하였다. 다시 증류수 50ml로 씻어준 다음 감압 건조시켜 7-아미노-3-클로로메틸-3-세펨-4-카르복실산을 얻었다.

본 발명은 C-3 위치가 할로겐으로 치환된 세펨 유도체를 제조하는 신규한 방법에 관한 것이다. 좀 더 상세하게는, 페니실린 G로부터 공지의 방법에 의해 제조할 수 있는 티아졸린-아제티디논을 출발물질로 하여 C-3 위치가 할로겐으로 치환된 세펨 유도체를 제조하는 신규한 방법에 관한 것이다.

본 발명의 제조방법은 가격이 저렴한 티아졸린-아제티디논으로부터 중간체인 디설파이드 화합물을 효과적으로 제조하고, C-3 위치에 염소원자를 선택적으로 치환시키는 방법으로서 C-3 위치가 염소원자로 치환된 세펨유도체를 높은 수율로 제조할 수 있는데, 이들의 3-클로로기를 아세톡시나 니트로화합물 또는 메르캅토 화합물로 치환하면 많은 종류의 세팔로스포린 항생물질을 합성할 수 있는 중요한 중간체 원료로 이용될 수 있다.

Claims

가) 구조식 4의 티아졸린-아제티디논 화합물의 티아졸린 고리를 개환시킨후 치환시켜 구조식 6의 화합물을 얻는 단계 (제 1단계);

나) 상기 제 1단계에서 얻은 구조식 6의 화합물을 전기염소화 반응시켜 구조식 8의 화합물을 얻는 단계 (제 2단계) 및

다) 상기 제 2단계에서 얻은 구조식 8의 화합물을 고리화 반응시켜 화학식 1의 화합물을 얻는 단계 (제 3단계)

로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학식 1로 표시되는 C-3 위치가 치환된 세펨 유도체의 제조방법.

화학식 1

상기 화학식 1에서 X는 Cl을 의미하며, R₁은 PhCH₂CO-, PhOCH₂CO- 또는 수소원자를 의미하고, R₂는 디페닐메틸(DPM), t-부톡시카보닐(t-BOC), 벤질옥시카보닐(CBZ), 메틸기, p-메톡시벤질(PMB), p-니트로벤질(PNB) 또는 수소를 의미한다.

반응식 9

상기 반응식 9에서 R₁및 R₂는 화학식 1에서 정의한 바와 같고, Ar은 Ph-, -PhCH₃, -PhNO₂, -PhOCH₃를 의미한다.
제 1항에 있어서, 제 1단계의 티오설포네이트를 합성하는 과정에 사용되는 아렌설포닐 화합물(Arenesulfonyl compound)로는 벤젠설포닐 브로마이드(CH₃PhSO₂Br), p-니트로벤젠설포닐 브로마이드(p-NO₂PhSO₂Br), p-메톡시벤젠설포닐 브로마이드(p-CH₃OPhSO₂Br)를 포함하는 것을 특징으로 하는 C-3 위치가 치환된 세펨 유도체의 제조방법.
제 1항에 있어서, 제 1단계의 티오설포네이트를 합성하는 과정에 사용되는 용매는 THF, 메탄올, THF-메탄올 혼합용매, 아세톤, 디옥산(dioxane), 에틸 아세테이트, 메틸렌 클로라이드, THF-메틸렌 클로라이드 혼합용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 C-3 위치가 치환된 세펨 유도체의 제조방법.
제 1항에 있어서, 제 1단계의 티오설포네이트를 합성하는 과정에 사용되는 산은 염산(HCl), 과염소산(HOCl₄), 황산(H₂SO₄), p-톨루엔설폰산의 1-수화물(1-Hydrate)을 포함하는 것을 특징으로 하는 C-3 위치가 치환된 세펨 유도체의 제조방법.
제 1항에 있어서, 제 1단계의 티오설포네이트를 합성하는 반응의 온도는 5℃ 내지 40℃인 것을 특징으로 하는 C-3 위치가 치환된 세펨 유도체의 제조방법.
제 5항에 있어서, 바람직한 반응 온도는 20℃ 내지 30℃ 의 범위인 것을 특징으로 하는 C-3 위치가 치환된 세펨 유도체의 제조방법.
제 1항에 있어서, 제 2단계의 전기염소화 반응의 용매는 소수성 용매인 메틸렌 클로라이드, 클로로포름 및 에틸 아세테이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 C-3 위치가 치환된 세펨 유도체의 제조방법.
제 1항에 있어서, 제 2단계의 전기염소화 반응시 사용되는 할로겐화 시약은 염화나트륨(NaCl), 염소가스(Cl₂), 하이포아염소산(HOCl), 디클로린 옥사이드(Cl₂O) 하이포염소산(HOCl₂), N-클로로석신이미드(NCS), t-부틸하이포클로라이드(t-BuOCl)를 포함하는 것을 특징으로 하는 C-3 위치가 치환된 세펨 유도체의 제조방법.
제 1항에 있어서, 제 2단계의 전기염소화 반응시 전기분해에 가해주는 전압은 5V 내지 15V의 직류 전압인 것을 특징으로 하는 C-3 위치가 치환된 세펨 유도체의 제조방법.
제 1항에 있어서, 제 3단계의 고리화 반응에 사용되는 적절한 용매는 DMF, DMSO, THF-DMSO 혼합용매 또는 메틸렌 클로라이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 C-3 위치가 치환된 세펨 유도체의 제조방법.
제 1항에 있어서, 제 3단계의 고리화 반응에 사용되는 적절한 염기는 암모니아 가스, 암모늄아세테이트, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, DBU, DBN, 소디움아세테이트, 요오드화칼륨 또는 트리에틸아민을 포함하는 것을 특징으로 하는 C-3 위치가 치환된 세펨 유도체의 제조방법.