KR19980031145A

KR19980031145A - D-시클로세린의 제조방법

Info

Publication number: KR19980031145A
Application number: KR1019960050681A
Authority: KR
Inventors: 장민선; 옥광대; 김문성; 정동윤; 조현욱; 배중석; 임태균
Original assignee: 유충식; 동아제약 주식회사
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1998-07-25
Also published as: KR100396114B1

Abstract

본 발명은 결핵치료에 사용되는 일반구조식(I)로 표시되는 D-시클로세린(D-4-아미노-3-이속사졸리디논)을 경제적이고 공업적으로 대량 생산할 수 있는 새롭고 진보된 방법에 관한 것으로, 구조식(II)의 화합물을 SOX₂및 ROH와 반응시켜서 얻어진 일반구조식(IV)의 화합물을 알칼리성에서 히드록실아민 또는 그 산부가염과 반응시켜서 구조식(I)의 알카리염 화합물을 생성시킨 다음 브롬화수소산 및 요오드화수소산에서 선택된 산으로 중화시켜서 구조식 (I)의 D-시클로세린을 제조하는 방법에 관한 것이다.

상기식에서 R은 탄소수 1-5의 저급알킬기이며, X는 염소 또는 브롬원자이다.

탄소수 1-5의 저급알킬기란 메틸, 에틸, n-프로필, iso-프로필, n-부필, iso-부틸, n-펜틸 등과 같은 알킬기를 나타내며, X는 염소 또는 브롬원자를 나타낸다.

Description

D-시클로세린의 제조방법

본 발명은 D-시클로세린(D-4-아미노-3-이속사졸리디논)을 경제적이고 공업적으로 대량 생산할 수 있는 새롭고 진보된 방법에 관한 것이다.

D-시클로세린은 결핵치료에 사용되는 항생물질로서 다음의 구조식(I)로 표시되는 화합물이다.

D-시클로세린은 공지의 화합물이다.

이 화합물은 영국특허 제 1,223,887호에 그 제조방법이 기재되어 있으며, 이 방법에 의하면 D-α-아미노-β-클로로피로피온산 메틸에스테르 염산염을 출발물질로 하여 히드록실아민 염산염과 반응시켜서 D-α-아미노-β-클로로프로피오히드록사민산을 제조한 다음 가성소다 용액에서 고리화 반응하여 D-시클로세린을 제조한 후, D-시클로세린을 분리정제하기 위하여 다량의 8-히드록시퀴놀린을 사용하는 방법에 대하여 기술되어 있다. 그러나 이 방법은 고가인 8-히드록시퀴놀린을 다량 사용하여야 하기 때문에 양산 방법으로서는 적합하지 않다.

또한 미국특허 제 3,517,099호 및 영국특허 제 768,007호에서는 각각 스트렙토마이세스 올르키데시오스 균주를 이용한 발효법에 의거 D-사이클로세린을 제조하는 방법이 기술되어 있으며, 이 방법은 수득율이 낮아 경제성이 없는 것으로 알려져 있다.

본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 오랜 연구를 행하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 출발물질로서 구조식 (II)의 D-세린을 사용하여 여기에 ROH의 존재하에 SOX₂를 반응시켜서 일반구조식 (III)의 화합물을 제조한후 이 중간물질에 계속하여 SOX₂를 반응시켜서 일반구조식(IV)의 화합물을 제조하고 이 중간화합물에 하이드록실아민 또는 그 산부가염을 반응시켜서 구조식 (I)의 사이클로세린을 높은 수율과 순도로서 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 이를 반응식으로 나타내면 다음과 같다.

상기식에서 R은 탄소수 1-5의 저급알킬기이며, X는 할로겐원자를 나타낸다.

탄소수 1-5의 저급알킬기란 메틸, 에틸, n-프로필, iso-프로필, n-부틸, iso-부틸, n-펜틸 등과 같은 알킬기를 나타내며, X는 염소 또는 브롬원자를 나타낸다.

(가) 일반식(III)의 화합물의 제조:

일반식(II)와 같은 아미노산 화합물을 비롯한 일반적인 카르본산 화합물을 에스테르화 하기 위하여서는 일반적으로 염산가스를 포집한 알콜용매에서 환류반응 시켜서 얻는다. 그러나 이 방법은 반응중에 생성된 물에 의해 생성된 에스테르 목적물이 가수분해 반응되어 다시 원래의 출발물질로 돌아가기 때문에 완벽하게 정량적인 수율로 목적물을 얻기가 힘들다.

이와 같은 단점은 반응시약으로 브롬화 티오닐, 염화티오닐 등과 같은 할로겐화티오닐을 사용하여 염산, 아황산가스로 배출시켜서 극복될 수 있다. 즉, 반응용매로는 저급알콜, 예를들면, 메틸알콜, 에틸알콜, n-프로필알콜 등과 같은 저급알콜이 적합하며, 이중에서도 메틸알콜을 사용하는 것이 바람직하다.

반응물질로서는 브롬화티오닐, 염화티오닐이 바람직하다.

반응은 D-세린 1몰에 대하여 할로겐화티오닐 1 - 3 몰 사용한다.

반응온도는 20℃ 내지 사용되는 용매의 비점온도, 바람직하게는 20 - 40℃사이의 온도에서 행하는 것이 유리하다.

반응은 통상 3 - 12 시간에서 정량적으로 완결된다. 반응종료후 통상적 방법에 따라 처리되고, 일반식 (III)의 화합물은 거의 정량적으로 얻어진다.

(나) 일반식 (IV)의 제조:

일반식 (IV)의 화합물은 일반식(III)의 화합물을 할로겐화 시약인 오염화인을 사용하여 클로로포름 용매중에서 반응시켜서 제조하는 것이 기지의 방법이나, 사용하는 오염화인은 그 자체로서 매우 유독할 뿐만아니라 승화성 고체시약으로서 취급하기가 매우 곤란하고 위험한 물질로서 대량생산 공정에 적용하는 것은 부적합하다. 따라서, 본 발명자들은 이와같은 단점을 할로겐화제 액체시약인 브롬화티오닐과 염화티오닐을 사용하여 극복될 수 있었다. 즉, 반응용매로는 디클로로메탄, 클로로포름, 에틸아세테이트, 테트라하이드로퓨란, 디옥산, 톨루엔 등이 적합하다. 반응은 화합물(III)에 대하여 염화티오닐 1 - 3 몰을 사용한다. 반응온도는 20℃- 사용된 용매의 비점온도에서 행하며, 30 - 60℃에서 행하는 것이 바람직하다. 반응은 통상으로 4 -15시간에서 정량적으로 완결되어 일반식 (IV)의 화합물이 97%이상의 수율로 얻어진다.

일반식 (III)의 화합물과 일반식 (IV)의 제조는 한 반응기내에서 (나)에서 사용되는 유기용매중에서 당량의 ROH 존재하에 할로겐화티오닐과 반응시켜서 구조식 (II)의 화합물로부터 직접 제조될 수도 있다.

(다) 화합물 (I)의 제조:

구조식 (I)의 화합물은 일반식 (IV)의 화합물을 염산 히드록실아민과 반응시켜서 D-α-아미노-β-클로로 프로피오히드록사민산으로 전환시킨후, 계속하여 동일 반응기내에서 고리화 반응까지 진행되어 얻어지게 된다. 그러나, 이 화합물은 물에 대한 용해도가 높은 반면 유기용매에 대한 용해도가 극히 낮을 뿐만 아니라 염기성 수용액에서는 비교적 안정하나, 산성 수용액중에서는 불안정하기 때문에 반응액에서부터 이 물질을 순수한 형태로 얻는 것은 매우 어려운 문제로 되어 있다.

반응액에서부터 화합물 (I)을 분리하기 위한 방법으로는 공지 방법으로는 두방법이 있다.

첫째는 이온교환수지를 이용하여 화합물(I)을 분리하는 방법으로 이 방법은 이 화합물은 화합물(I)의 불안정성과 낮은 수율 등으로 경제성이 낮아 산업화에 부적절하다.

두번째는 반응이 완결된 알칼리 반응용액에 저급알콜 용매를 가하여 생성된 무기염을 여과 제거한 다음, 빙초산으로 pH6.0으로 맞추어 생성되는 화합물(I)을 여과 분리하는 방법이다. 그러나 이 방법은 수율이 낮을 뿐만 아니라 최종화합물(I)에 다량의초산이 잔류용매로 남아 있기 때문에 고순도의 D-시클로세린을 얻기가 힘들다. 따라서 본 발명자들은 pH 5.5 - 6.5로 낮추는 여러가지 다른 방법을 연구한 결과 브롬화수소산, 요오드화수소산 등의 무기산으로 pH를 조절하는 것이 가장 적절한 방법임을 알아냈다. 즉, 염산으로 pH를 조절할 경우에는 생성된 염화나트륨이 알콜용매중에서 D-시클로세린보다 용해도가 훨씬 낮기 때문에 생성된 D-시클로세린중에는 다량의 염화나트륨이 함유되어 있어 순도가 좋지 못하였다. 그러나 중화제로 브롬화수소산 또는 요오드화 수소산을 사용할 경우 생성되는 무기염인 브롬화 나트륨, 요오드화 나트륨 등은 D-시클로세린보다 훨씬 용해도가 좋아 알콜용매에 전부 용해하여 제거되기 때문에 고체상태의 고순도 D-시클로세린을 높은 수율로 얻을 수가 있었다.

이 방법으로 얻은 결과를 정리하여 보면 다음과 같다.

제조번호수율순도(광학적 표준곡선법에 의함)

183.1100%

285.2 99.3%

381.6 99.8%

489.3 99.3%

*소디움 니트로페리시아나이드와 반응시킨후 파장 645nm에서 투과도 측정

이 반응의 반응용매로서는 물, 저급알콜, 예를들면 메틸알콜, 에틸알콜, n-프로필알콜, iso-프로필알콜 등 또는 물과 이들의 저급알콜의 혼합용매를 사용하는 것이 바람직하다.

고리화를 시키기 위해 일반식 (IV)의 화합물 1몰에 대해 고리화를 시키기 위한 시약인 히드록실아민을 1.0 - 4.0몰, 바람직하게는 1.0 - 2.0몰을 사용한다. 반응온도는 -10 - 40℃, 바람직하게는 0 - 20℃에서 행해지며, 반응시간은 2 - 18 시간, 통상의 반응pH는 10.0 - 11.0으로 유지하는 것이 적당하다.

고순도의 D-시클로세린을 고체로 석출하기 위해서는 pH5.5 - 6.5로 조절하기 위한 시약으로서 브롬화 수소산,요오드화 수소산 등이 절대 필요하다.

다음에 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 실시예를 예시하나, 이들 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

실시예 1

D-세린메틸에스테르 염산염의 제조:

3리터반응부에 D-세린(102.9g, 0.979mole)과 메탄올(1리터)를 넣고 -10℃로 냉각시킨 다음 염화티오닐(147.7g, 1.468mole)을 천천히 적가한후 반응부의 온도를 올려 30℃에서 8시간동안 교반한다. 반응부를 냉각시킨 다음 메탄올과 염화티오닐을 감압농축하여 D-세린메틸에스테르 염산염(152.3g, 정량적)을 얻는다.

Rf = 0.29(n-부탄올 : 초산 : 물 = 66 : 17 : 17)

¹H NMR(DMSO-d₆, 200MHz) δ : 3.78 (s, 3H, -OCH₃), 3.81(d, 2H, J = 3.7Hz, -CH₂OH), 4.08(br.s, 1H, -OH), 8.6(br.s, 3H, -NH₃Cl)

IR(KBr법) : 3420, 1747.6cm^-1

실시예 2

D-α-아미노-β-클로로프로피온산 메틸에스테르염산염의 제조:

D-세린 메틸에스테르 염산염(152.3g, 0.979mole)이 들어 있는 3리터반응부에 1,4-디옥산(1.0리터)를 넣고 0℃로 냉각시킨 다음 염화티오닐(151.4g, 1.273mole)을 천천히 넣는다. 이 반응용액을 50℃의 온도로 올린 후 5시간 교반한 다음 감압농축한다. 반응부에 아세톤(1.0리터)을 넣은 다음 30분간 교반시킨 후 여과 건조하여 고체인 D-α-아미노-β-클로로프로피온산 메틸에스테르 염산염(166.6g, 97.8%)을 얻는다.

Rf = 0.55(n-부탄올 : 초산 : 물 = 66 : 17 : 17)

¹H NMR(DMSO-d₆, 200MHz) δ : 3.78 (s, 3H, -OCH₃), 4.13(d, 2H, J = 3.5Hz, -CH₂Cl), 4.69(t, 1H, J = 3.5Hz, -CHNH₂), 8.98(br.s, 3H, -NH₃Cl)

IR(KBr법) : 3421.9, 1747.6cm^-1

실시예 3

D-시클로세린의 제조(1):

염산 히드록실아민(70.25g, 1.011mole) 수용액(103ml)에 가성소다(124.7g, 3.113mole) 수용액(150ml)을 10℃이하로 유지되도록 냉각하면서 천천히 적가한후 10분간 교반시킨 다음 이 반응액에 D-α-아미노-β-클로로피로피온산 메틸에스테르 염산염(146.65g, 0.843mole)의 수용액(242ml)을 반응액의 온도가 5℃이하로 유지되도록 하면서 빠르게 적가한다. 반응액의 pH가 10 - 11의 범위가 되도록 50% 가성소다 용액을 보충하면서 실온에서 4.5시간 반응시킨다. 반응이 끝난후 반응혼합물에 에탄올(6.6리터)를 넣고 20분간 교반시킨다음 생성된 고체를 여과 제거한다.

여액을 0℃로 냉각시킨 후 48% 브롬화수소산 용액을 서서히 가하여 pH6.0 - 6.5 로 조절하여 생성된 고체를 여과한 후 건조하여 D-시클로세린(73.3g, 85.2%)를 얻는다.

Rf = 0.41(80% 에탄올 용액)

¹H NMR(D₂O, 200MHz) δ : 4.07 (dd, 1H, J = 14.5Hz, 9.2Hz, -CH_aH_bO-) 4.16(dd, 1H, J = 14.5Hz, 7.4Hz, -CH_aH_bO-), 4.40(dd, 1H, J = 7.4Hz, 9.2H, -CHNH₂)

IR(KBr법) : 3450.9, 1630cm^-1

[α]_D ²⁰+ 113°(C = 1, H₂O)

실시예 4

D-시클로세린의 제조(II):

염산 히드록실아민(70.25g, 1.011mole) 수용액(103ml)에 가성소다(124.7g, 3.113mole) 수용액(150ml)을 10℃이하로 유지되도록 냉각하면서 천천히 적가한 후 10분간 교반시킨 다음 이 반응액에 D-α-아미노-β-클로로피로피온산 메틸에스테르 염산염(146.65g, 0.843mole)의 수용액(242ml)을 반응액의 온도가 5℃이하로 유지되도록 하면서 빠르게 적가한다. 반응액의 pH가 10 - 11의 범위가 되도록 50% 가성소다 용액을 보충하면서 실온에서 4.5시간 반응시킨다. 반응이 끝난후 반응혼합물에 에탄올(6.6리터)를 넣고 20분간 교반시킨다음 생성된 고체를 여과 제거한다.

여액을 0℃로 냉각시킨 후 47% 요오드화수소산 용액을 서서히 가하여 pH6.0 - 6.5 로 맞추어 생성된 고체를 여과한 후 건조하여 D-시클로세린(71.5g, 83.1%)를 얻는다.

Claims

구조식 (II)의 화합물을 SOX₂및 ROH와 반응시켜서 얻어진 일반구조식 (IV)의 화합물을 알칼리성에서 히드록실아민 또는 그 산부가염과 반응시켜서 구조식 (I)의 알카리염 화합물을 생성시킨 다음 브롬화수소산 및 요오드화수소산에서 선택된 산으로 중화시켜서 구조식 (I)의 D-시클로세린을 제조하는 방법.

상기식에서 R은 탄소수 1-5의 저급알킬기이며, X는 염소 또는 브롬원자이다.

탄소수 1-5의 저급알킬기란 메틸, 에틸, n-프로필, iso-프로필, n-부틸, iso-부틸, n-펜틸 등과 같은 알킬기를 나타내며, X는 염소 또는 브롬원자를 나타낸다.