KR20040037723A - 이트라코나졸 중간체의 제조방법 - Google Patents

이트라코나졸 중간체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하기 구조식 (Ⅰ)로 표기되는 항진균제인 이트라코나졸 (Itraconazole) 중간체 화합물의 신규한 제조방법에 관한 것으로서, 하기 구조식 (Ⅱ)의 니트로페닐 피페라진 화합물에 무독성이고 저렴한 소듐 히드로설파이트(Na2S2O4)와 같은 환원제를 처리하는 환원 공정 및 이에 생성된 하기 구조식 (Ⅲ)의 아미노 피페라진 화합물에, 구조식 (Ⅳ)의 메틸 카바자이드와 같은 반응화제를 염기와 촉매 존재하에 반응시키는 트리아졸론 공정을 수행하여 하기 구조식 (Ⅴ)의 트리아졸-3-온 화합물을 제조함으로서, 기존의 7단계로 이루어진 항진균제 의약품의 생산공정을 획기적으로 간략화할 수 있고, 종래의 공지된 저수율의 비경제적 제법을 대체할 수 있으며, 안전하고 저렴한 촉매를 사용하여 고순도 및 고수율의 이트라코나졸 제조 방법을 제공할 수 있다.
(I)
(Ⅱ)
(Ⅲ)
(Ⅳ)

Description

이트라코나졸 중간체의 제조방법{The process for preparing itraconazole intermediate}
본 발명은 항진균제인 이트라코나졸(Itraconazole)의 제조에 사용되는 중간체를 제조함에 있어서, 환원 공정의 촉매로 소듐 히드로설파이트(Na2S2O4)를 사용하고, 순차적으로 단순화한 트리아졸론(Triazolone) 합성 공정을 수행하여 고순도 및 고수율로 제조할 수 있는 개선된 신규 제조 방법을 제공하는 것이다.
이트라코나졸은 경구용 아졸(azole)계 화합물 중에서도 진균증 치료에 탁월한 약효를 나타내는 것으로 알려진 항진균제 약물로서, 그 대사체인 히드록시 이트라코나졸(hydroxy itraconazole)과 함께 효모(yeast), 피부사상균(dermatophytes)을 포함한 진균류에 의한 전신 감염에 유용한 약물이며, 항균력은 대체로 플루코나졸(fluconazole), 케토코나졸(ketoconazole)과 비슷하지만 케토코나졸에 비해 부작용이 적으며, 특히 누룩곰팡이(Aspergillus fungi)에는 좀 더 확실한 임상효과를 나타내므로, 1992년에 미국 FDA의 승인을 받았다.
이트라코나졸은 하기의 화학식 1에서 표기되는 바와 같이, 2개의 질소원자를 지닌 이미다졸계 진균제인 부토코나졸(butoconazole), 클로트리마졸(clotrimazole), 에코나졸(econazole), 옥시코나졸(oxiconazole)과는 달리 3개의 질소원자를 지닌 트리아졸(triazole)계 진균제로서, 화학명은 (±)-시스-4-[4-[4-[4-[[2-(2,4-디클로로페닐)-2-(1H-1,2,4-트리아졸-1-일메틸)-1,3-디옥솔란-4-일]메톡시]페닐]-1-피페라지닐]페닐]-2,4-디하이드로-2-(1-메틸프로필)-3H-1,2,4-트리아졸-3-온으로 나타내며, 백색 내지 엷은 노랑색을 띠는 분말 성상이다. 용해성이 낮으며, 약리적으로는 경구, 주사 및 국소 적용시 광범위한 영역에서 항진균력을 나타내는 것으로 알려져 있다(미국 특허 제 4,267,179호).
상기의 구조식으로 표기된 이트라코나졸은 경구용 항진균제 시장의 80%를 점유하는 물질로서, 미국 특허 제 4,267,179호에서는 이트라코나졸의 합성 중간체를 7 단계의 공정에 의해 합성하였으며, 공지된 제조 방법을 반응도식으로 표현하면 아래와 같다.
종래의 7 단계 합성 과정에서 제 1 공정인 아릴화 공정을 살펴보면, 출발 물질인 4-(메톡시페닐)피페라진을 1-클로로-4-니트로벤젠과 디메틸술폭시드(DMSO) 용매내에서 탄산칼륨과 120℃로 아릴화 반응을 시켜 니트로아릴 화합물을 제조한다.이어서 제 2 공정인 환원 공정에서는 5% Pt/C 촉매로 환원시켜 아릴아미노 화합물을 얻고, 제 3 공정인 아실화 공정에서는 페닐클로로포르메이트로 아실화하여 페닐카바메이트 화합물을 제조한다. 제 4 공정인 카바지드화 공정에서는 이 페닐카바메이트 화합물을 히드라진 하이드레이트와 환류 온도에서 반응시켜 세미카바지드 화합물을 얻고, 제 5 공정인 트리아졸론 공정에서는 포름아미딘 아세테이트 또는 포름아미딘 히드로클로라이드와 반응시켜 트리아졸-3-온 화합물을 제조한다. 제 6 공정인 알킬화 공정에서는 DMSO 용매내에서 트리아졸-3-온 화합물과 수산화칼륨 분말의 현탁액에 2-브로모부탄을 반응시키고, 제 7 공정인 탈메틸화 공정에서는 48% 히드로 브로마이드(HBr)로 환류시켜 탈메틸화하여 목적하는 최종 중간체를 제조하는 것으로 구성된다.
대부분의 알려진 기술들은 혼합 용매를 사용하여 화학 반응 후 사용된 용제 전체를 폐수 또는 폐용매로 처리함으로서, 과다한 원료 사용으로 인한 원가 상승 및 폐용매의 처리에 따른 부대 비용의 증가로 경제성이 문제가 된다. 그리고 환원 촉매로 고가의 백금 사용도 원가 상승의 원인이 되며, 또한 각 합성 단계마다 반응 조건의 관리가 까다로운 촉매반응과 설비 관리가 어려운 고압 반응 등 고급 기술에 해당되는 공정으로 공정마다의 개발과정에서 최적 조건 선택 및 개발에 숙련도와 경험을 필요로 한다. 알려진 각 반응 단계의 평균 수율은 40 내지 60% 정도로 매우 낮은 편이다.
한편, 상술한 공지방법의 단점을 보완하기 위해, 한국 특허 제 2000-0072920호에서는 환원 공정에서 사용되는 환원제로서 주석(Sn), 아연 (Zn) 또는 납(Pb)을사용하였으나 인체 유해한 중금속이고 단가가 높아 개선의 여지가 많았다.
상기에 비추어, 상기 공지방법의 단점이 배제된 효율적이면서 공정이 간단하고 경제적인 이트라코나졸의 중간체를 제조하기 위한 신규의 제조 방법이 여전히 요구되고 있으며, 이에 환원 공정에서 안전하고 저렴한 소듐 히드로설파이트(Na2S2O4)를 환원제로 사용하고, 트리아졸론 공정에서 기존의 3 단계 공정을 1 단계로 단순화함으로써 최종 물질인 이트라코나졸을 고순도 및 고수율로 제조할 수 있는 신규 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 항진균제인 이트라코나졸의 중간체를 제조함에 있어서, 반응 공정 관리가 용이하고 경제적인 신규 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 하기 구조식 (Ⅰ)로 표기되는 이트라코나졸 중간체 화합물을 제조하는 방법에 있어서, 하기 구조식 (Ⅱ)의 니트로페닐 피페라진 화합물에 금속알칼리 황산화물과 같은 환원제를 처리하는 환원 공정 및 이에 생성된 하기 구조식 (Ⅲ)의 아미노 피페라진 화합물에, 구조식 (Ⅳ)의 메틸 카바자이드와 같은 반응화제를 염기와 촉매 존재하에 반응시키는 트리아졸론 공정을 수행함으로서 하기 구조식 (Ⅴ)의 트리아졸-3-온 화합물을 제조함을 특징으로 하는 이트라코나졸 중간체의 제조 방법을 제공한다.
(I)
(Ⅱ)
(Ⅲ)
(Ⅳ)
(Ⅴ)
상기의 환원공정에서 사용 가능한 알칼리금속 황산화물 환원제는 소듐 히드로설파이트(Na2S2O4)가 바람직하며, 환원제의 사용량은 0.5 내지 5 당량, 바람직하게는 1 내지 3 당량이다.
상기의 트리아졸론 공정에 있어서, 반응화제는 트리메틸오르소포르메이트
(TMOF) 및 금속알콕사이드, 바람직하게는 소듐메톡사이드(NaOMe)를 사용하는 제조 방법을 제공한다.
상기의 공정에서 사용되는 용매는 종래의 디메틸포름아미드(DMF)도 사용 가능하나, 수율의 향상을 위하여 메탄올, 에탄올 또는 부탄올 및 그 유도체 중 선택되는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 촉매로는p-톨루엔설폰산 모노하이드레이트(p-TsOH)를 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 제조 공정을 하기의 반응 도식으로 상세히 표시하면 다음과 같다.
본 발명의 제조 공정은 하기의 반응식에 도시된 방법에 의해 화학적으로 합성될 수 있지만, 이 예로만 한정되는 것은 아니며, 당업자들에 의해 숙지된 시약 및 출발물질의 적당한 변화에 의해 제조될 수 있다.
상기 반응식 1 에서와 같이, 4-(메톡시페닐)피페라진을 출발 물질로 하여 아릴화, 환원, 트리아졸론, 알킬화 및 탈메틸화 공정을 거쳐 이트라코나졸의 중간체 화합물 7을 제조할 수 있다.
상기 1 단계인 아릴화 공정은 4-(메톡시페닐)피페라진과 1-클로로-4-니트로벤젠을 염기 조건하에서 디메틸술폭시드(DMSO) 용매로 이용하여 니트로아릴 화합물을 제조하는 것으로, 사용하는 염기는 탄산칼륨 또는 탄산나트륨을 사용하는 것이 일반적이지만 상기범위에 한정되는 것은 아니다.
이어서 2 단계인 환원 공정은 소듐 히드로설파이트(Na2S2O4)를 환원제로 사용하여 아릴 아미노 화합물을 제조하는 것으로, 기존의 공지된 문헌에서 사용한 고가의 백금, 주석 또는 아연 등의 금속을 사용하지 아니하고 안전하고 효율적인 촉매를 사용하여 저렴하고 고수율의 환원 공정을 제공할 수 있다.
3 단계인 트리아졸론 공정은 아릴 아미노 화합물에 반응화제로 메틸 카바자이드, 트리메틸 오르소포르메이트(TMOF) 및 소듐 메톡사이드(NaOMe)를 사용하고, 촉매와 유기 용매로서 각각 파라-톨루엔설폰산 모노하이드레이트(p-TsOH)와 메탄올을 사용하여 트리아졸-3-온 화합물을 제조하는 것으로, 이와 같은 본 발명의 공정은 기존의 아실화, 카바지드화 및 트리아졸론의 3 단계 공정을 신규의 1 단계 공정으로 단순화하여, 반응 단계에서의 수율이 높으며, 용이한 반응 공정 관리를 제공할 수 있다.
4 단계인 알킬화 공정은 염기 존재하에서 디메틸술폭시드(DMSO) 용매로 용해된 트리아졸-3-온 화합물과 2-브로모부탄을 반응시키는 것으로서, 사용 가능한 염기로는 탄산칼륨 또는 탄산나트륨이며, 사용량은 0.5 내지 5 당량, 바람직하게는 1 내지 2 당량이 바람직하다.
5 단계인 탈메틸화 공정은 48% 히드로 브로마이드(HBr)로 환류시켜 이트라코나졸의 최종 중간체 화합물을 제조하는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 공지의 방법에서 사용되는 고가의 백금, 아연 또는 주석 대신에 소듐 히드록시설파이트와 같은 환원제를 사용함으로, 환원 공정에 있어서 인체에 무해할 뿐만 아니라 저렴한 공정 단계를 이룰 수 있으며, 기존의 3 단계 공정을 아실화 및 카바지드화 공정이 필요 없는 1단계 공정만으로 단축시킴으로서, 높은 수율 및 용이한 반응 공정을 얻을 수 있는 공지의 이트라코나졸 제법보다 탁월한 제조 방법이다.
본 발명은 하기의 실시예들에 의해 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
참조예 1. 1-(4-메톡시페닐)-4-(4-니트로페닐)피페라진의 제조 (3)
파라-메톡시 페닐 피페라진 15g 과 파라클로로니트로벤젠 10g을 디메틸설폭사이드 100㎖에 용해시키고 포타슘카보네이트 26g을 가한 후, 100℃에서 12시간동안 반응시켰다. 이 반응액을 냉각시키고 증류수 200㎖를 넣어 희석시킨 후, 묽은 염산으로 pH 3∼4로 산성화시키고 생성된 고형물을 여과하였으며, 증류수로 씻어 준 다음 건조시켜 1-(4-메톡시페닐)-4-(4-니트로페닐)피페라진 19g (수율: 95%)을 얻었다.
녹는점: 195 ℃
1H-NMR (300MHz, TFA) δ: 8.49 (d,J= 9.3 Hz, 2H), 7.70 (d,J= 9.0 Hz, 2H), 7.55 (d,J= 9.5 Hz, 2H), 7.30 (d,J= 9.5 Hz, 2H), 4.31 (d, J = 11.0 Hz, 8H), 4.06 (s, 3H).
실시예 1. 1-(4-메톡시페닐)-4-(4-아미노페닐)피페라진 제조 (4)
소듐디티오나이트 20.7g과 소듐카보네이트 13.5g을 물 100㎖와 아세토니트릴 200㎖에 용해시킨 다음, 참조예 1에서 제조된 1-(4-메톡시페닐)-4-(4-니트로페닐)피페라진 10g을 가하고 40℃에서 2시간동안 반응시킨후, 25℃에서 1시간 동안 반응시켰다. 이 반응액에 증류수를 가한 다음 생성된 침전물을 여과하여, 1-(4-메톡시페닐)-4-(4-아미노페닐)피페라진 7.69g (수율: 85%)을 얻었다.
녹는점: 192 ℃
1H-NMR (300MHz, TFA) δ: 8.14 (d,J= 9.0 Hz, 2H), 8.06 (d,J= 9.0 Hz, 2H), 7.79 (d,J= 9.2 Hz, 2H), 7.37 (d,J= 9.2 Hz, 2H), 4.65 (d, J = 6.1 Hz, 8H), 4.11 (s, 3H).
실시예 2. 4-[4-(4-메톡시페닐)-1-피페라지닐]페닐-2,4-디히드로-1,2,4-트리아졸-3-온 제조 (5)
상기의 실시예 1에서 제조된 1-(4-메톡시페닐)-4-(4-아미노페닐)피페라진 15g, 메틸 카바자이트 5.7g과 파라톨루엔설폰산 모노하이드레이트 0.1g 에 메탄올 300㎖을 가한 다음, 트리메틸오르소포메이트 10.6㎖를 첨가하고 2시간 동안 가열 환류하였다. 이 반응액에 28% 소듐메톡사이드의 메탄올 용액을 천천히 적가하여 3시간 동안 환류한 다음, 용액의 70% 정도로 메탄올을 증류했다. 실온에서 냉각한 후 증류수를 첨가하여 생성된 침전물을 여과하고, 디메틸포름아미드로 재결정하여 4-[4-(4-메톡시페닐)-1-피페라지닐]페닐-2,4-디히드로-1,2,4-트리아졸-3-온 16.7g (수율: 90%)을 얻었다.
녹는점: 290 ℃
1H-NMR (300MHz, TFA) δ: 8.46 (s, 1H), 8.14 (s, 4H), 7.79 (d,J= 9.2 Hz, 2H), 7.36 (d,J= 9.2 Hz, 2H), 4.67 (d,J= 9.5 Hz, 8H), 4.11 (s, 3H).
실시예 3. 4-[4-(4-메톡시페닐)-1-피페라지닐]페닐-2,4-디히드로-2-(1-메틸프로필)-3H-1,2,4-트리아졸-3-온 제조 (6)
실시예 2에서 제조된 4-[4-(4-메톡시페닐)-1-피페라지닐]페닐-2,4-디히드로-1,2,4-트리아졸-3-온 20g을 디메틸설폭사이드 300㎖에 용해한 다음, 포타슘카보네이트 15.7g과 2-브로모부탄 12.4㎖를 첨가하여 70℃에서 15시간 동안 반응시켰다. 이 반응물을 냉각시키고 증류수를 첨가하여 생성된 침전물을 여과한 다음 증류수로 씻어주고 건조하여, 4-[4-(4-메톡시페닐)-1-피페라지닐]페닐-2,4-디히드로-2-(1-메틸프로필)-3H-1,2,4-트리아졸-3-온 20.8g (수율: 90%)을 얻었다.
녹는점; 203 ℃
1H-NMR (300MHz, TFA) δ: 9.44 (s, 1H), 9.03 (s, 4H), 8.69 (d,J= 9.3 Hz, 2H), 8.27 (d,J= 9.3 Hz, 2H), 5.55 (br, 9H), 5.01 (s, 3H), 2.96 (m, 2H), 2.57 (d,J= 6.6 Hz, 3H), 2.02 (t,J= 7.3 Hz, 3H).
실시예 4. 2,4-디히드로-4-[4-[4-(4-히드록시페닐)-1-피페라지닐]페닐]-2-(1-메틸프로필)-3H-1,2,4-트리아졸-3-온 제조 (7)
실시예 3에서 제조된 4-[4-(4-메톡시페닐)-1-피페라지닐]페닐-2,4-디히드로-2-(1-메틸프로필)-3H-1,2,4-트리아졸-3-온 2g을 47% 하이드로브로믹에시드 30㎖에 첨가하고 15시간 동안 가열 환류한 후 냉각시켜 염 상태의 침전물을 생성하였다. 생성된 침전물을 여과하고 증류수에 녹인 다음, 포타슘카보네이트로 중화하여 생성된 고형물을 여과한 후 건조하여, 최종물질인 2,4-디히드로-4-[4-[4-(4-히드록시페닐)-1-피페라지닐]페닐]-2-(1-메틸프로필)-3H-1,2,4-트리아졸-3-온 1.85g (수율: 95%) 얻었다.
녹는점: 211 ℃
1H-NMR (300MHz, TFA) δ: 8.59 (s, 1H), 8.17 (s, 4H), 7.80 (d,J= 9.0 Hz, 2H), 7.38 (d,J= 9.0 Hz, 2H), 4.67 (br, 9H), 2.08 (m, 2H), 1.70 (d,J= 6.8 Hz, 3H), 1.14 (t,J= 7.3 Hz, 3H).
결과적으로, 항진균제인 이트라코나졸의 제조에 사용되는 중간체 화합물의 신규 제조 방법은 저렴한 환원 촉매인 소듐 히드로설파이트(Na2S2O4)를 사용하였으며, 기존의 3 단계 반응을 1 단계 공정으로 트리아졸론 공정을 단순화함으로서 결과적으로 이트라코나졸 최종 목적 물질을 50 내지 62%의 총수율을 얻음으로서, 종래의 제법(미국 특허 제 4,267,179호, 총 수율 2% 이하)보다 탁월한 제조공정을 제공하여 경제적 및 산업적으로 유용한 발명임을 확인할 수 있었다.
본 발명의 이트라코나졸의 중간체 제조 방법에 있어서, 저렴한 소듐 히드로설파이트(Na2S2O4)를 환원 촉매로 사용하고, 트리아졸론 합성 공정을 단순화함을 특징으로 하여 생산 공정 관리의 용이성 및 고순도, 고수율의 화합물을 경제적으로 생산하여 생산 원가를 크게 절감할 수 있는 효과를 나타낸다.

Claims (7)

  1. 하기 구조식 (Ⅰ)로 표기되는 이트라코나졸 중간체 화합물을 제조하는 방법에 있어서, 하기 구조식 (Ⅱ)의 니트로페닐 피페라진 화합물에 금속알칼리 황산화물과 같은 환원제를 처리하는 환원 공정 및 이에 생성된 하기 구조식 (Ⅲ)의 아미노 피페라진 화합물에, 구조식 (Ⅳ)의 메틸 카바자이드와 같은 반응화제를 염기와 촉매 존재하에 반응시키는 트리아졸론 공정을 수행함으로서 하기 구조식 (Ⅴ)의 트리아졸-3-온 화합물을 제조함을 특징으로 하는 이트라코나졸 중간체의 제조 방법.
    (I)
    (Ⅱ)
    (Ⅲ)
    (Ⅳ)
    (Ⅴ)
  2. 제 1항에 있어서, 환원 공정의 금속알칼리 황산화물 환원제는 소듐 히드로설파이트(Na2S2O4)인 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 환원 공정의 환원제 사용량은 0.5 내지 5 당량인 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 트리아졸론 공정의 반응화제는 트리메틸오르소포르메이트
    (TMOF) 및 금속알콕시드를 사용함을 특징으로 하는 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기의 금속알콕시드는 소듐메톡시드인 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 트리아졸론 공정의 반응 촉매는p-톨루엔설폰산 모노하이드레이트(p-TsOH)인 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 트리아졸론 공정의 용매는 메탄올, 에탄올, 부탄올 또는 그들의 혼합용매로 선택되어진 용매를 사용하는 제조 방법.
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