TWI648287B - 合成噴司他丁（ｐｅｎｔｏｓｔａｔｉｎ）之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於用於立體選擇性生產噴司他丁(pentostatin)之方法，其包括6,7-二氫咪唑并-[4,5-d]-[1,3]二氮呯-8(3H)-酮與2'-去氧核糖核苷間之酶促轉醣基化反應，隨後釕催化之不對稱轉移氫化。
Description
本發明係關於用於立體選擇性生產噴司他丁之方法，其包括6,7-二氫咪唑并-[4,5-d]-[1,3]二氮呯-8(3H)-酮與2'-去氧核糖核苷間之酶促轉醣基化反應，隨後釕催化之不對稱轉移氫化。該方法使得以高產率產生噴司他丁且具有>99%過量之期望β-變旋異構物。
噴司他丁係用作腺苷去胺酶之最強效抑制劑中之一者之細胞生長抑制性嘌呤類似物，其用於治療各種類型之淋巴組織增生性病症。噴司他丁之系統名稱係(R)-3-((2R,4S,5R)-4-羥基-5-(羥甲基)四氫呋喃-2-基)-3,6,7,8-四氫-咪唑并[4,5-d]-[1,3]二氮呯-8-醇)且其化學結構圖解說明於圖1中。
目前，大規模生產噴司他丁之主要方法涉及抗生鏈黴菌(Streptomyces antibioticus)NRRL3238培養物之發酵。然而，此方法具有若干嚴重缺點，其包含最終產物之極低產率(1000l發酵液僅約13g)以及複雜且昂貴之層析純化製程(Woo,P.W.K.等人，(1974)J.Heterocycl.Chem. 11,641-645)。
噴司他丁之分子由於含有以下而對其總化學合成提出挑戰：(i)獨特且不穩定雜環；(ii)2-去氧糖，其使得立體控制醣基化以有利於β-變旋異構物之嘗試不可能；及(iii)中央對掌性羥基。任何化學轉變之優點均由其關於該三個關鍵困難之解決方案來度量。
噴司他丁之第一合成方案確立於1979年(Baker,D.C.及Putt,S.R.(1979)J.Am.Chem.Soc. 101,6127-6128)。合成途徑示意性地繪示於圖2中且包含總共十一個步驟。其涉及產生咪唑并[4,5-d]-[1,3]二氮呯雜環化合物，隨後非選擇性苷化(其中期望β-變旋異構物之部分僅佔14%)並還原。總產率僅為1.6%(相對於起始原料)。
隨後，確立此方法之一些修改及改良(參見例如Chan,E.等人，(1982)J.Org.Chem. 47,3457-3464；Chen,B.C.等人，(2002)Tetrahedron Lett. 43,1595-1596；Ho,J.Z.等人，(2003)J.Org.Chem. 68,109-114)，其由於個別合成步驟期間缺乏立體特異性而仍受限於相當低之產率。
WO 2014/177585 A2揭示採用包含羥基官能基之咪唑并[4,5-d]-[1,3]二氮呯雜環化合物作為起始原料之合成方案。然而，此製程需要在50℃下長時間加熱反應混合物，此可導致形成不期望副產物。
WO 2005/027838 A2揭示生產噴司他丁之合成方案，其包括次黃嘌呤或2-去氧肌苷衍生物中之O-C-N官能基之擴環，此導致經改良之產率。然而，由於其總體化學複雜性，此合成途徑亦不適於大規模生產噴司他丁。
因此，仍持續需要克服已確立合成途徑之限制之合成噴司他丁之經改良方法。特定而言，需要大規模生產噴司他丁之較不費力且成本有效之方法，由此改良個別反應步驟之立體特異性以有利於(8-R)-噴司他丁之期望β-變旋異構物。
因此，本發明之目的係提供合成噴司他丁之經改良方法。
在一態樣中，本發明係關於立體選擇性合成噴司他丁之方法，其包括：(i)使6,7-二氫咪唑并-[4,5-d]-[1,3]二氮呯-8(3H)-酮與2-去氧核糖核苷反應；及(ii)藉由釕催化之不對稱轉移氫化還原步驟(i)中所
獲得之8-酮基噴司他丁衍生物；其中步驟(i)中之反應係由核苷脫氧核糖轉移酶酶促催化。
在較佳實施例中，所用2-去氧核糖核苷係2-去氧尿苷。
在特定實施例中，2-去氧核糖核苷係以6,7-二氫咪唑并[4,5-d]-[1,3]二氮呯-8(3H)-酮之量的1.5至10莫耳當量倍之量使用。較佳地，2-去氧核糖核苷係以6,7-二氫咪唑并[4,5-d]-[1,3]二氮呯-8(3H)-酮之量的4至7莫耳當量之量使用。
在另一特定實施例中，步驟(i)中之反應係在10℃與50℃間之溫度下實施。較佳地，步驟(i)中之反應係在25℃與35℃間之溫度下實施。
在另一特定實施例中，步驟(i)中之反應係在6.0與9.0間之pH值下實施。較佳地，步驟(i)中之反應係在7.5與8.0間之pH值下實施。
在較佳實施例中，步驟(ii)中之反應係由RuCl(對異丙基甲苯)[(R,R)-Ts-DPEN]催化。尤佳地，步驟(ii)中之反應係在三乙胺及甲酸之混合物中實施。
圖1圖解說明(R)-3-((2R,4S,5R)-4-羥基-5-(羥甲基)四氫呋喃-2-基)-3,6,7,8-四氫咪唑并[4,5-d][1,3]二氮呯-8-醇)(即，噴司他丁)之化學結構。
圖2圖解說明業內已確立之生產噴司他丁之代表性合成方案。
圖3圖解說明本發明之立體選擇性生產噴司他丁之代表性合成方案。
圖4圖解說明根據Chan,E.等人，(1982)J.Org.Chem.47,3457-3464中所述所確立之合成方案，使用於甲醇中之NaBH4還原8-酮基噴司他丁後之反應混合物之代表性HPLC層析圖。層析圖揭示同時存在噴司他丁(即8-R異構物)及污染性8-S異構物二者，其比率為約55%至
45%。
圖5圖解說明根據本發明使用釕催化之不對稱轉移氫化還原未經保護之8-酮基噴司他丁後之反應混合物之代表性HPLC層析圖。層析圖揭示(幾乎)排他性存在期望之8-R異構物(即噴司他丁)。8-S異構物僅作為殘留物以約0.2%之量存在。
本發明係基於以下意外發現：將6,7-二氫咪唑并-[4,5-d]-[1,3]二氮呯-8(3H)-酮與2-去氧核糖核苷之酶促轉醣基化反應與針對所獲得未經保護之8-酮基噴司他丁衍生物實施之後續釕催化不對稱轉移氫化組合，藉由使總反應立體選擇性移位朝向大量過剩、且較佳完全地至期望β-變旋異構物(8-R)-噴司他丁使得噴司他丁之產率顯著增加(與已確立方法相比約4倍)。不期望受任何理論束縛，易於假定酮基之存在對於防止在碳C-8處形成不期望之立體異構物，以使得在後續步驟中所得8-酮基噴司他丁衍生物可以未經保護形式使用(此使得總合成方案顯著較不費力)甚為關鍵。
下文將關於特定實施例並參照某些圖式闡述本發明，但應理解，本發明並不限於此，而是僅受限於隨附申請專利範圍。所述圖式僅係示意性及代表性的且應視為非限制性的。
在術語「包括」用於本發明及申請專利範圍之情形中，其並不排除其他要素或步驟。出於本發明之目的，術語「由...組成」可視為術語「包括」之較佳實施例。若下文將組定義為包括至少一定數量之實施例，此亦應理解為揭示較佳地僅由該等實施例組成之組。
在提及單數名詞(例如「一(a,an)」或「該(the)」時使用不定冠詞或定冠詞之情形中，除非另外具體闡明，否則此包含該名詞之複數形式。
在本發明上下文中指示數值之情形中，熟習此項技術者將理解
確保所討論特徵之技術效應在精確度區間內，其通常涵蓋±10%且較佳±5%之所出數值之偏差。
此外，在說明書及申請專利範圍中之術語第一、第二、第三、(a)、(b)、(c)及諸如此類用以區分類似要素開且未必用以闡述順序或時間次序。應理解，如此使用之術語在合適情形下可互換，且本文中所述之本發明實施例能夠以本文中所述或圖解說明之順序以外的其他順序操作。
下文將在使用術語之上下文中給出該等術語之進一步定義。提供以下術語或定義僅用以幫助理解本發明。該等定義不應視為具有小於熟習此項技術者所理解之範圍。
在一態樣中，本發明係關於立體選擇性合成噴司他丁之方法，其包括：(i)使6,7-二氫咪唑并-[4,5-d]-[1,3]二氮呯-8(3H)-酮與2-去氧核糖核苷反應；及(ii)藉由釕催化之不對稱轉移氫化還原步驟(i)中所獲得之8-酮基噴司他丁衍生物；其中步驟(i)中之反應係由核苷脫氧核糖轉移酶酶促催化。
步驟(i)中之轉醣基化反應係由核苷脫氧核糖轉移酶(即，核苷：嘌呤(嘧啶)去氧-D-核糖基轉移酶，具有EC編號2.4.2.6)催化。此酶催化一般反應：2-去氧-D-核糖基鹼基1+鹼基2=2-去氧-D-核糖基-鹼基2+鹼基1。通常，所採用酶係購自各個供應商之重組酶。
6,7-二氫咪唑并-[4,5-d]-[1,3]二氮呯-8(3H)-酮可與任何2-去氧核糖核苷(例如天然存在之2-去氧核糖核苷以及其人工產生之類似物)反應。適宜2-去氧核糖核苷之實例包含2-去氧腺苷、2-去氧胞嘧啶、2-去氧鳥嘌呤、2-去氧尿苷、2-去氧胸苷、2-去氧肌苷及其5-氮雜衍生物。
在較佳實施例中，所用2-去氧核糖核苷係2-去氧尿苷。
由於步驟(i)中之轉醣基化反應係可逆的，故所用2-去氧核糖核苷之量通常高於6,7-二氫咪唑并[4,5-d]-[1,3]二氮呯-8(3H)-酮之量，換言之，2-去氧核糖核苷係以莫耳過量使用。
在特定實施例中，2-去氧核糖核苷係以6,7-二氫咪唑并[4,5-d]-[1,3]二氮呯-8(3H)-酮之量的1.5至10莫耳當量之量使用。較佳地，2-去氧核糖核苷係以6,7-二氫咪唑并[4,5-d]-[1,3]二氮呯-8(3H)-酮之量的4至7莫耳當量之量使用。例如，2-去氧核糖核苷係以6,7-二氫咪唑并[4,5-d]-[1,3]二氮呯-8(3H)-酮之量的4.0、4.2、4.4、4.6、4.8、5.0、5.2、5.4、5.6、5.8、6.0、6.2、6.4、6.6、6.8或7.0莫耳當量之量使用，其中5.6、5.8或6.0之莫耳過量尤佳。
通常，步驟(i)中之反應係在10℃與50℃間之溫度下實施。較佳地，其係在25℃與35℃間之溫度下實施。例如，步驟(i)中之反應可在25℃、28℃、30℃、32℃或35℃之溫度下實施。
另外，步驟(i)中之反應通常係在6.0與9.0間之pH值下實施。較佳地，其係在7.5與8.0間之pH值下實施。例如，步驟(i)中之反應可在7.5、7.6、7.7、7.8、7.9或8.0之pH值下實施。
由於酶促轉醣基化之立體特異性，唯一產物係期望之β-變旋異構物，即8-酮基噴司他丁衍生物，此進一步使得合成方案顯著簡化，此乃因無需額外純化步驟以移除α-變旋異構物。因此所得8-酮基噴司他丁衍生物之產率比已確立醣基化方法高多達兩倍。
US20090012288 A1闡述藉由二-μ-氯雙[(對異丙基甲苯)氯釕]與N-(芳基磺醯基)-1,2-二芳基乙二胺反應製備釕觸媒，及此觸媒用於立體選擇性還原經保護8-酮基噴司他丁衍生物之用途。然而，事先未能預料的是，釕觸媒亦在對未經保護衍生物實施之不對稱轉移氫化中起作用。相反，假設形成顯著量之副產物係合理的。
在較佳實施例中，步驟(ii)中之反應係由RuCl(對異丙基甲苯)[(R,R)-Ts-DPEN](即，[N-[(1R,2R)-2-(胺基-κN)-1,2-二苯基乙基]-4-甲基苯磺醯腔-κN]氯[(1,2,3,4,5,6-η)-1-甲基-4-(1-甲基乙基)苯]-釕)催化。
尤佳地，步驟(ii)中之反應係在三乙胺及甲酸之混合物中(即，在相對溫和之反應條件下)實施。通常，所用混合物包括3體積三乙胺及1體積甲酸。
步驟(ii)中所用反應條件導致朝向>99%過量之期望8-R異構物之移位。
因此，本發明方法與業內已確立之方法相比使得最終反應產物噴司他丁之產率增加多達4倍。
藉由圖及以下實例進一步闡述本發明，該等僅出於說明本發明特定實施例之目的，且不應解釋為以任何方式限制所請求標的物。
將1.5g氯化鉀溶於0.5l 20mM磷酸鹽緩衝液(pH 8.0)中。然後，在攪拌的同時添加10g 2'-去氧尿苷及20ml核苷脫氧核糖轉移酶溶液(10mg/ml)。將所得溶液加熱至25-30℃並添加2.0g 6,7-二氫咪唑并-[4,5-d][1,3]二氮呯-8(3H)-酮鹽酸鹽單二甲基亞碸。將反應混合物於25-30℃下攪拌3小時。使用低壓反相管柱層析純化所得產物以獲得1.58g(78%)純物質(大於99%純度，如藉由HPLC所測定)。
在N2氣氛下，將1.0g 3-((2R,4S,5R)-4-羥基-5-(羥甲基)-四氫呋喃-2-基)-6,7-二氫咪唑并[4,5-d]-[1,3]二氮呯-8(3H)-酮添加至具有20mg
RuCl(對異丙基甲苯)[(R,R)-Ts-DPEN]之燒瓶。添加10ml三乙胺與3.3ml甲酸之脫氣混合物。將反應混合物在40℃下在N2吹掃下攪拌1天，直至達成>99%轉化率(如藉由HPLC所測定)為止。隨後，將反應混合物傾倒於200ml 100mM磷酸鹽緩衝液(pH 7.5)中。使用低壓反相管柱層析純化產物以獲得0.84g(83%)純噴司他丁，其中8R/8S異構物比率為約1000：1(如藉由HPLC所測定)。
噴司他丁之8-R/8-S異構物之比率係藉由HPLC測定。圖5圖解說明根據本發明使用釕催化之不對稱轉移氫化還原未經保護之8-酮基噴司他丁後之反應混合物之代表性HPLC層析圖。層析圖揭示期望8-R異構物(即噴司他丁)以約99.8%之量(保留時間：9.7min)(幾乎)排他性存在。不期望之8-S異構物僅作為殘留物以約0.2%(保留時間：8.0min)之量存在。
作為比較實例，根據Chan,E.等人，(1982)J.Org.Chem.47,3457-3464中所述之確立合成方案生產噴司他丁。反應方案包含使用於甲醇中之NaBH4還原8-酮基噴司他丁。圖4圖解說明還原步驟後之反應混合物之代表性HPLC層析圖。層析圖揭示分別同時存在54.3%(保留時間：9.4min)之量之噴司他丁(即8-R異構物)及45.7%(保留時間：8.2min)之量之污染性8-S異構物二者，由此展示本發明合成方案之優越性。
可在不存在本文中未特定揭示之任一或多個要素、任一或多個限制之情形下實踐本文以說明性方式闡述之本發明。因此，例如，術語「包括(comprising)」、「包含(including)」、「含有(containing)」等應廣泛地且不受限地理解。此外，本文中所採用之術語及用語係用作說明性而非限制性術語，且此等術語及用語之使用並非意欲排除所顯示及所闡述特徵或其部分之任何等效形式，而應認識到，在所請求本發明之範圍內可存在各種修改。因此，應理解，儘管已藉由實施例
及及可選特徵來特定揭示本發明，但熟習此項技術者亦可採取本文所體現之本發明之修改及變化，且此等修改及變化認為在本發明之範圍內。
本文已廣泛且一般性地闡述本發明。在一般揭示內容內之每一較窄種類及亞屬分組亦形成本發明之一部分。此包含具有前提條件或否定限制之本發明之一般闡述以將任何標的物自該屬中去除，無論所除去材料在本文中是否具體敘述。
其他實施例在下文申請專利範圍內。另外，在按照Markush群闡述本發明之特徵或態樣之情形中，熟習此項技術者將認識到，本發明亦按照該Markush群之任一個別成員或成員子群來闡述。
Claims (10)
- 一種用於立體選擇性合成噴司他丁(pentostatin)之方法，其包括：(i)使6,7-二氫咪唑并-[4,5-d]-[1,3]二氮呯-8(3H)-酮與2-去氧核糖核苷反應；及(ii)藉由釕催化之不對稱轉移氫化還原步驟(i)中所獲得之8-酮基噴司他丁衍生物；其中步驟(i)中之反應係由核苷脫氧核糖轉移酶酶促催化。
- 如請求項1之方法，其中該2-去氧核糖核苷係2-去氧尿苷。
- 如請求項1或2之方法，其中該2-去氧核糖核苷係以6,7-二氫咪唑并[4,5-d]-[1,3]二氮呯-8(3H)-酮之量的1.5至10莫耳當量之量使用。
- 如請求項3之方法，其中該2-去氧核糖核苷係以6,7-二氫咪唑并[4,5-d]-[1,3]二氮呯-8(3H)-酮之量的4至7莫耳當量之量使用。
- 如請求項1或2之方法，其中步驟(i)中之該反應係在10℃與50℃間之溫度下實施。
- 如請求項5之方法，其中步驟(i)中之該反應係在25℃與35℃間之溫度下實施。
- 如請求項1或2之方法，其中步驟(i)中之該反應係在6.0與9.0間之pH值下實施。
- 如請求項7之方法，其中步驟(i)中之該反應係在7.5與8.0間之pH值下實施。
- 如請求項1或2之方法，其中步驟(ii)中之反應係由RuCl(對異丙基甲苯)[(R,R)-Ts-DPEN]催化。
- 如請求項9之方法，其中步驟(ii)中之該反應係在三乙胺與甲酸之混合物中實施。
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