KR19990087248A - 1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸및그의유도체의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산업 규모에서 동일반응계내에서 제조되는 환식사량체화 (cyclotetramerization)에 의한 1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸 (시클렌) 및 그의 유도체의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸 및 그의 유도체의 제조 방법
본 발명은 1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸 (시클렌) 및 그의 유도체의 제조 방법에 관한 것이다.
1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸 (시클렌)은 제약 목적으로 사용되는 다양한 금속 함유 착물, 예를 들면 가도부트롤 (INN), 가도베네이트 (INN) 또는 가도테리돌 (INN)의 제조에서 거대 환식 리간드로서 및 유리체로서 광범위하게 사용된다.
1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸은 일반적으로 2개의 선형 전구체의 고리화 축합에 의한 다단계 합성 방법으로 제조된다 (J. Chem. Rev. 1989, 929; The Chemistry of Macrocyclic Ligand Complexes, Cambridge University Press, Cambridge, 영국, 1989).
이 방법의 결점은 다수의 단계, 불량한 총수율, 및 합성 동안 축적되는 다량의 무기염 폐액이다.
N-치환 아지리딘의 환식사량체화(cyclotetramerization)는 기본적으로 간단한 것으로 보이는 1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸의 제조 방법을 제공한다. 이 반응의 다양한 변형이 문헌에 기재되어 있다. 이 경우, 상응하는 N-치환 아지리딘이 먼저 벤질에탄올아민으로부터 제조되고 분리된다. 이어서, 아지리딘은 예를 들면, p-TsOH (J. Heterocyclic Chem. 1968, 305)와 같은 브론스테드산 또는 트리알킬알루미늄 (미국 특허 제3,828,023호) 또는 BF3-에테레이트 (Tetrahedron Letters, 1970, 1367)와 같은 루이스산의 존재하에 저수율로 환식사량체화된다. 방법이 소량 (< 5 g)으로 제조하는 경우에만 실행될 수 있지만, 이것이 첫 번째 공보 이후 16년 동안 기술적 수준이다 (국제 특허 공개 제95/31444호).
이전에 기재된 모든 환식사량체화 반응은 순수한 아지리딘의 사용을 요구하며, 일반적으로 공지된 바와 같이 아지리딘은 강한 돌연변이유발성 및 발암성 작용을 갖는다 (Roth, Giftliste, VCH Weinheim). 이 이유 때문에, 1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸의 가장 간단한 제조 방법인 것으로 보이는 아지리딘의 환식사량체화는 실질적으로 산업 규모에서는 사용되지 않는다. 따라서, 기본적으로 환경상 유익하고 매우 안전한 1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸의 기술적으로 실용가능한 제조 방법이 매우 중요하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 산업 규모에서 1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸의 실용가능한 제조 방법을 제공하는 것으로, 이 방법은 상기 결점들을 극복하며 특히 돌연변이유발성 및 발암성 아지리딘 중간 단계에 의해 제기되는 사람에 대한 위협을 피한다.
이 목적은 청구범위를 특징으로 하는 것과 같이, 본 발명에 따른 방법에 의해 달성된다.
이 경우, 이것은, 벤질아지리딘 유도체가 동일반응계내에서 제조되고 분리없이 강산을 첨가하여 테트라벤질시클렌 유도체로 사량체화되며, 최종적으로 벤질기가 수소화에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는, 벤질아지리딘 유도체의 환식사량체화에 의한 시클렌 유도체의 제조 방법이다.
본 발명의 구조내에서 용어 시클렌 유도체는 1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸 및 에틸렌 브리짓이 알킬 치환체를 갖는 이들의 유도체를 둘다 포함하는 것으로 의도된다. 따라서, 용어 시클렌 유도체는 또한 예를 들면, 화합물 [2S-(2α,5α,8α,11α)]-2,5,8,11-테트라메틸-1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸 및 [2S-(2α,5α,8α,11α)]-2,5,8,11-테트라에틸-1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸을 의미한다.
유사하게, 본 발명의 구조내에 용어 테트라벤질시클렌 유도체는 1,4,7,10-테트라벤질-1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸 및 에틸렌 브리짓이 알킬 치환체를 갖는 이들의 유도체를 둘다 포함하는 것으로 의도된다. 본 발명의 구조내에 용어 벤질아지리딘 유도체는 벤질아지리딘 및 아지리딘 환이 알킬 치환체를 갖는 이들의 유도체를 포함하는 것으로 의도된다. 따라서, 용어 벤질아지리딘 유도체는 또한, 예를 들면 화합물 (S)-1-벤질-2-메틸-아지리딘 및 (S)-1-벤질-2-에틸-아지리딘을 의미한다.
따라서, 본 발명은 상응하는 유리체의 사량체화에 의해 임의로 치환된 1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸 유도체의 제조 방법을 제공하는 것이다. 바람직하게는, 본 발명은 1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸의 제조 방법에 관한 것이다.
바람직한 방법의 실시태양은 용이하게 접근가능한 벤질에탄올아민으로부터 출발하고, 이것을 유기 용매 (예를 들면, 톨루엔, 시클로헥산, 헵탄, 농도: 10-20 %) 중의 진한 황산 1 내지 1.4 당량과 함께 80 내지 150 ℃, 바람직하게는 90 내지 110 ℃에서 가열하고 이 경우 생성되는 물을 공비 증류하여 상응하는 황산 에스테르로 전환시킨다. 이 경우 반응 시간은 2 내지 10 시간이다. 황산 에스테르를 알칼린 수용액 (예를 들면, NaOH, KOH) 2 내지 5 당량과 함께 가열하고, 제1 용기와 함께 밀폐계를 형성하는 제2 반응 용기에서 이 경우 생성되는 벤질아지리딘을 연속적으로 물과 함께 공비 증류시킨다. 놀랍게도, 형성된 수성 벤질아지리딘 유제는 유기 용매 (예를 들면, 에탄올, 메탄올, THF)로 희석한 후, 벤질아지디딘 몰 당 강산 적어도 0.25 내지 0.4 몰 (바람직하게는, 0.25 내지 0.35 몰)을 연속적으로 첨가하여 완전하게 반응되어 테트라벤질시클렌을 형성할 수 있다. 유기 용매로서, 예를 들면 에탄올, 메탄올 또는 테트라히드로푸란 (THF)를 사용할 수 있다. 강산으로서, 예를 들면 파라-톨루엔술폰산 (p-TsOH), 메탄술폰산 (MsOH), 황산 또는 BF3-에테레이트를 사용할 수 있다. 반응 혼합물을 알칼리화한 (염기, 예를 들면 NaOH, KOH 0.2 내지 0.5 당량) 후, 생성물을 극성 용매 (예를 들면, THF, 에탄올, 아세톤, 이소프로판올, 디에틸 에테르, 에틸 아세테이트, 푸란, 디옥산, 물 또는 그들의 혼합물)로부터 결정화하여 얻은 다음, 촉매 (Pd/C, 양: 테트라벤질시클렌 유도체에 대해 5 내지 20 %, 압력: 1 내지 20바)의 보조로 유기 용매 (에탄올, 메탄올, 이소프로판올, THF) 중에서 수소화시킨다. 촉매를 여과하고 용매를 증발 제거한 후, 1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸을 이론적 총수율의 45 내지 60 %의 수율로 얻는다.
이 합성과 유사하게, 알킬 치환 벤질에탄올아민, 예를 들면, L-2-벤질아미노프로판올 또는 L-2-벤질아미노부탄올을 또한 사용하여 에틸렌 브리짓에서 측쇄를 갖는 시클렌 유도체를 얻을 수 있다. 바람직한 이 합성의 실시태양에서, (S)-1-벤질-2-메틸-아지리딘은 L-2-벤질아미노프로판올로부터 전술한 방법에 의해 유사하게 제조하여 분리하지 않고 반응시켜 사량체화에의해 [2S-(2α,5α,8α,11α)]-2,5,8,11-테트라메틸-1,4,7,10-테트라키스(벤질)-1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸을 형성하고, 이로부터 (2S-(2α,5α,8α,11α)]-2,5,8,11-테트라메틸-1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸을 수소화에 의해 얻는다.
본 발명에 따른 벤질아지리딘 유도체의 환식사량체화 방법은 순수한 형태의 아지리딘의 분리가 필요하지 않다는 점에서 선행 기술에 공지된 방법과는 상이하다. 기재된 과정은 밀폐계에서 방법을 수행할 수 있고, 따라서 발암성인 아지리딘에 의한 사람 및 환경에 제기되는 위협을 피할 수 있다.
선행 기술에 공지된 벤질아지리딘의 환식사량체화 방법과는 달리, 화학양론적 양 (벤질아지리딘 1 몰에 대해 0.25 내지 0.35 몰)을 촉매량의 산 (p-TsOH, MsOH, 황산, BF3-에테레이트 또는 트리알킬알루미늄) 대신 사용한다. 이 방법으로 공지된 방법을 확대시키고 다량의 1,4,7,10-테트라시클로도데칸을 제조하기 위한 시험에서, 단지 이론적 수율의 12 내지 25 %만이 동일반응계내에 제조되는 벤질아지리딘 유제의 반응에서 촉매량의 p-TsOH를 사용하여 달성된다. 지금, 놀랍게도, 60 내지 78 ℃에서 6 내지 9시간내에 p-TsOH 0.25 내지 0.35 당량을 공비 증류된 벤질아지리딘 유제에 연속적으로 첨가함으로써, 1,4,7,10-테트라벤질-1,4,7,10-테트라시클로도데칸의 수율은 이론적 수율의 60 내지 65 %로 개선할 수 있다.
본 방법의 다른 이점은 공지된 방법과는 달리 높은 총수율 및 소량의 폐액 (아지리딘 제조의 경우에서 Na-황산염 및 수소화의 경우에서 톨루엔)이다.
하기 실시예는 이것으로 제한하려는 의도없이 본 발명의 주제를 설명하는 것이다.
실시예 1
진한 황산 53 ㎖를 톨루엔 690 ㎖ 중의 벤질에탄올아민 95 ㎖의 용액에 가하였다. 제조된 현탁액을 2시간 동안 비등하도록 가열하였다. 이 경우 생성된 물 (14 ㎖)을 물 분별기의 보조로 분리하였다. 20 ℃로 냉각한 후, 반응 혼합물을 물 1300 ㎖와 혼합하여 10분 동안 흡수성으로 침전시키고, 유기상을 분리하였다. 이어서, 수상을 제2 반응 용기에 도입된 물 95 ㎖ 중의 NaOH 92.2 g의 용액에 신속하게 가하였다. 반응 혼합물을 비등하도록 가열하였다. 제3 반응 용기 중으로 물-N-벤질아지리딘 유제 880 g을 증류 브리짓을 통하여 증류하였다. 유제를 에탄올 880 ㎖와 혼합하고 60 ℃로 가열하였다. 이것의 종말에, 물 19 ㎖ 중의 p-TsOH 38.0 g의 용액을 계량 펌프를 통하여 8시간내에 가하였다. 첨가를 완결한 후, 2시간 동안 환류시켰다. 이어서, 반응 혼합물을 물 20 ㎖ 중의 NaOH 12.0 g의 용액과 혼합하였다. 침전된 생성물을 여과하고 2:1의 에탄올-THF 혼합물 600 ㎖로부터 재결정하였다. 얻은 테트라벤질시클렌 (53 g)을 이소프로판올 500 ㎖ 중에 용해시키고, 80 ℃ 및 H2압력 20바에서 pd/C (10 %) 10 g으로 수소화시켰다. 촉매를 여과한 후, 반응 용액을 증발로 농축시키고, 생성물을 톨루엔으로부터 재결정하였다. 시클렌 15.9 g (이론치의 55 %)를 무색 결정으로 얻었다. 융점 110-112 ℃.
실시예 2
벤질에탄올아민 95 ㎖를 실시예 1에 기재된 바와 같이 황산, 이어서 NaOH와 반응시켰다. 얻은 수성 N-벤질아지리딘 유제를 에탄올 2.6 ℓ와 혼합하고 50 ℃로 가열하였다. 이것의 종말에, 물 15 ㎖ 중의 p-TsOH 29.3 g의 용액을 계량 펌프를 통하여 8시간내에 가하였다. 첨가를 완결한 후, 2시간 동안 환류시켰다. 이어서, 반응 혼합물을 물 20 ㎖ 중의 NaOH 9.5 g의 용액과 혼합하였다. 침전된 생성물을 여과하고 2:1의 에탄올-THF 혼합물 600 ㎖로부터 재결정하였다. 얻은 테트라벤질시클렌 (55.7 g)을 이소프로판올 500 ㎖ 중에 용해시키고, 80 ℃ 및 H2압력 20바에서 pd/C (10 %) 10 g으로 수소화시켰다. 촉매를 여과한 후, 반응 용액을 증발로 농축시키고, 생성물을 톨루엔으로부터 재결정하였다. 시클렌 15.9 g (이론치의 58 %)를 무색 결정으로 얻었다. 융점 111-113 ℃.
실시예 3
실시예 1과 같고, 단지 사량체화를 메탄술폰산 0.33 당량으로 행하였다. 시클렌 수율 52 %. 융점 110-112 ℃.
벤질아지리딘의 환식사량체화에 의한 시클렌 합성의 조건 및 수율의 비교 표
조건 수율
p-TsOH 0.03 당량, 95 % EtOH, Rf1. (Lit. 1*과 유사하게) 12-25 %
p-TsOH 0.33 당량, 50 % EtOH, 60-80 ℃ (실시예 1) 55 %
p-TsOH 0.25 당량, 75 % EtOH, 50-80 ℃ (실시예 2) 58 %
MsOH 0.33 당량, 50 % EtOH, 70 ℃ (실시예 3) 52 %
* Lit. 1: J. Heterocyclic Chem. 1968, 305.

Claims (5)

  1. 임의로 알킬 치환된 벤질아지리딘 유도체가, 황산과의 반응 및 상응하는 황산 에스테르와 알칼린 수용액과의 후속 반응에 의해 동일반응계내에서 임의로 알킬 치환 벤질에탄올아민 유도체로부터 제조되고, 상기 벤질아지리딘 유도체의 분리없이 벤질아지리딘 유도체 몰 당 강산 0.25 내지 0.35 몰을 첨가하여 테트라벤질시클렌 유도체로 사량체화되고, 최종적으로 벤질기가 촉매 수소화에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는, 임의로 알킬 치환된 벤질아지리딘 유도체의 환식사량체화 (Cyclotetramerization)에 의한 임의로 알킬 치환된 시클렌 유도체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 임의로 알킬 치환된 시클렌 유도체가 1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸인 방법.
  3. 임의로 알킬 치환된 벤질아지리딘 유도체가, 황산과의 반응 및 상응하는 황산 에스테르와 알칼린 수용액과의 후속 반응에 의해 동일반응계내에서 벤질에탄올아민 유도체로부터 제조되고, 상기 벤질아지리딘 유도체의 분리없이 벤질아지리딘 유도체 몰 당 강산 0.25 내지 0.35 몰을 첨가하여 테트라벤질시클렌 유도체로 사량체화되는, 임의로 알킬 치환된 벤질아지리딘 유도체의 환식사량체화에 의한 임의로 알킬 치환된 테트라벤질시클렌 유도체의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 시클렌 유도체가 [2S-(2α,5α,8α,11α)]-2,5,8,11-테트라메틸-1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸인 방법.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 사용되는 산이 파라-톨루엔술폰산, 메탄술폰산 또는 황산인 방법.
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