專利名稱：大規(guī)模制備2′,3′－二脫氫－2′,3′－二脫氧核苷的方法
本申請是美國專利申請?zhí)?8/152,155,1993年11月15日申請,與美國專利申請?zhí)?8/152,778,也是1993年11月15日申請，結(jié)合的部分繼續(xù)申請。
本發(fā)明涉及制備某些二脫氫-二脫氧核苷如2′,3′-二脫氫-3′-脫氧胸苷(d4T)的改進(jìn)方法，該方法適合于大規(guī)模生產(chǎn)。
現(xiàn)已公開了幾種合成2′,3′-二脫氫-2′,3′-二脫氧核苷如d4T的方法。大多數(shù)方法是通過脫水核苷中間體進(jìn)行的。
以前已用幾種合成方法制備核苷衍生物，2′,3′-二脫氫-3′-脫氧胸苷(d4T)。Horwitz等人，Synthetic Procedures inNucleic Acid Chemistry(Vol.1),Zorbach等人(eds)；Interscience,New York,P.344描述了路線1的方法(如下)，該方法使用3′,5-脫水胸苷作為起始原料，并使用可燃和對濕度敏感的叔丁醇鉀(KOt-Bu)的二甲亞砜(DMSO)溶液。除了物料難以操作外，由于在產(chǎn)物從DMSO溶液中分離出來過程中需長時間經(jīng)受所需的高溫和強(qiáng)堿條件而使產(chǎn)物分解，因而方法不適合于大規(guī)模生產(chǎn)。
Mansuri等人J.med.Chem.1989.461(路線2)所述的改進(jìn)分離方法，是在進(jìn)一步處理之前，用甲苯稀釋DMSO反應(yīng)混合物得到油狀固體d4T鉀鹽。然而，就大規(guī)模生產(chǎn)而言，所需體積無法控制，并產(chǎn)生難以回收的大量廢溶劑。分離出的鹽還對濕度和過分干燥非常敏感。在再溶解和中和后，分離出粗的d4T并干燥，為了得到最終產(chǎn)物必須進(jìn)一步在溶劑中再漿化。
Starrett,Jr.等人US4,904,770公開了Mansuri方法的改進(jìn)方法，該方法包括在室溫下使3′,5′-脫水中間體與強(qiáng)堿在極性有機(jī)溶劑如KOt-Bu/DMSO中反應(yīng)接著將所得的2′,3′-二脫氫-2′,3′-二脫氧核苷的鉀鹽在有機(jī)溶劑如冷甲苯中研制。在再溶解和中和后，用丙酮萃取經(jīng)中和處理分離出的固體得到粗d4T。
減少產(chǎn)物分解的不同方法包括更換KOt-Bu/DMSO體系。
使用六甲基磷酰三胺(HMPA)和氫氧化鈉的改進(jìn)方法(路線3)可消除上述路線1和2的分解問題，因?yàn)镠MPA溶劑作為氯仿配合物可從水溶液中除去。然而，使用被認(rèn)為是致癌物的高毒性試劑如HMPA和氯仿對于大規(guī)模生產(chǎn)是危險的并且應(yīng)該避免。Adachi等人，Carbohydrate Reseatch,1979,113公開了該方法。
Cosford等人,J.Org.Chem.,1991,2161公開了使用三苯甲基化苯基氫硒基胸苷衍生物的大致類似的路線(路線4)。產(chǎn)生高毒性硒廢物和需要色譜純化是不希望的，尤其對于大規(guī)模生產(chǎn)。
本發(fā)明是以高產(chǎn)率和高純度大規(guī)模地生產(chǎn)2′,3′-二脫氧-2,′3′-二脫氫核苷特別是d4T的改進(jìn)方法。本發(fā)明的方法包括在反應(yīng)物、中間體和產(chǎn)物的選擇、操作、處理和純化上的各種改進(jìn)，從而使得該方法特別適用于大規(guī)模生產(chǎn)產(chǎn)品如d4T。
就其最廣泛的意義而言，本發(fā)明是適合于大規(guī)模生產(chǎn)的改進(jìn)方法，以制備下式表示的2′,3′-二脫氧-2′,3′-二脫氫核苷
其中堿部分選自由嘧啶、氮雜嘧啶和脫氮雜嘧啶組成的未取代的和取代的堿，特別是，X選自N和C-H；Y選自C-R2和N；Z選自C-H和N；R1選自O(shè)H和NH2；R2選自H，具有式CnH2nA的未取代的和鹵代烷基，具有式-(CH2)m-CH=CHA的烯基，其中m選自0、1、2和3的整數(shù)，n選自1、2和3的整數(shù)，A選自H、F、Cl、Br和I。該方法包括下列步驟(a)將下式表示的2′-脫氧核苷
(2′-脫氧核苷)轉(zhuǎn)化為反應(yīng)性的下式表示的3′,5′-脫水-2′-脫氧核苷中間體
(氧雜環(huán)丁烷中間體)(b)在強(qiáng)堿存在下，將上面步驟(a)的反應(yīng)性(氧雜環(huán)丁烷中間體)3′,5′-脫水-2′-脫氧核苷轉(zhuǎn)化為2′,3′-二脫氧-2′,3′-二脫氫核苷。該方法的改進(jìn)包括.在步驟(a)的2′-脫氧核苷的甲磺?；磻?yīng)中使用極性溶劑如丙酮制備3′,5′-二-0-甲磺?；剀?；.在步驟(a)的甲磺?；磻?yīng)中使用PKa值為5.5至8.0的有機(jī)堿；.在步驟(b)中使用醇性氫氧化物；.為了易于分離和純化，使用N-甲基吡咯烷酮生成二脫氧二脫氫核苷的溶劑化物。
在較窄的意義上，本發(fā)明涉及通過適合于大規(guī)模生產(chǎn)d4T的方法以高產(chǎn)率制備d4T。
d4T制備方法包括(a)由胸苷和甲磺酰氯制備3′,5-二-0-甲磺?；剀?，該步驟的改進(jìn)包括使用極性溶劑優(yōu)選丙酮和大約2至4當(dāng)量堿性強(qiáng)于吡啶而弱于三乙胺的有機(jī)堿，優(yōu)選N-甲基嗎啉
(b)用氫氧化物水溶液處理3′,5-二-0-甲磺?；剀罩苽?′,5′-脫水胸苷(c)由3′,5′-脫水胸苷制備d4T,其中按大規(guī)模生產(chǎn)的改進(jìn)包括加熱3′,5′-脫水胸苷和氫氧化物優(yōu)選氫氧化鉀在醇優(yōu)選異丙醇中的混合物；(d)改進(jìn)的分離/純化方法，包括分離產(chǎn)物的N-甲基吡咯烷酮(NMPO)溶劑化物，然后通過在異丙醇中加熱分解溶劑化物以高產(chǎn)率和高純度得到d4T。
按有效比例放大的d4T的改進(jìn)合成方法概述于流程A中。本發(fā)明還涉及由3′,5-脫水胸苷(Ⅲ)制備d4T，并且在其方法本身中以分別及單獨(dú)的方法通過d4T-NMPO溶劑化物(Ⅱ)分離和純化產(chǎn)物。
稱為a)的流程A的起始反應(yīng)包括胸苷(Ⅴ)的3′和5′-羥基的甲磺?；?。此步驟的改進(jìn)包括溶劑和有機(jī)堿的選擇。步驟a)的有用溶劑是乙腈、DMF并且優(yōu)選丙酮。有用的有機(jī)堿是諸如甲基吡啶、二甲基吡啶且優(yōu)選N-甲基嗎啉(NMM)的有機(jī)堿，所有這些有機(jī)堿的pKa值為5.5至8.0，即堿性強(qiáng)于吡啶而弱于三乙胺。反應(yīng)在溫度大約20°至50℃優(yōu)選大約30°至40℃下進(jìn)行。反應(yīng)時間為大約0.5小時至2小時且優(yōu)選大約1小時。雙甲磺酸酯(Ⅳ)的以前的合成是使用吡啶作為堿性溶劑。這些合成產(chǎn)生大量吡啶廢流。需要較長的反應(yīng)時間以及在進(jìn)一步使用前需要重結(jié)晶(Ⅳ)。
將雙甲磺酸酯(Ⅳ)與氫氧化物水溶液優(yōu)選氫氧化鈉在大約50°至100℃下加熱大約2至8小時(步驟b)。優(yōu)選的條件是在大約75°至85℃下加熱大約3至5小時。用無機(jī)酸如HCl進(jìn)行中和得到3′,5′-脫水胸苷(氧雜環(huán)丁烷，Ⅲ)。
步驟(c)和(d)對于改進(jìn)的d4T制備方法起著主要作用。在步驟(c)中使用醇性KOH并生成溶劑化物(Ⅱ)產(chǎn)生大的改進(jìn)。正如步驟(c)所示，將3′,5′-脫水胸苷(Ⅲ)在醇性氫氧化鉀優(yōu)選異丙醇的氫氧化鉀溶液中加熱制得粗d4T。令人驚奇的是d4T在此方法步驟的熱、苛性醇環(huán)境中的穩(wěn)定性。用無機(jī)酸如鹽酸中和后，蒸餾除去醇，過濾所得混合物除去不溶物。然后用N-甲基吡咯烷酮和非質(zhì)子傳遞的酯、酰胺或酮溶劑優(yōu)選丙酮和乙酸丁酯在大約30°至60℃優(yōu)選大約50℃下處理濾液。將混合物冷卻到-10℃至10℃，過濾分離出固體d4T·NMPO溶劑化物，在濾液中留有難以除去的雜質(zhì)。將溶劑化物的醇溶液小心回流0.5至2小時，以高產(chǎn)率和高純度得到d4T。
改進(jìn)方法的優(yōu)點(diǎn)不僅在于產(chǎn)品的產(chǎn)率和純度，而且由于所用的方法步驟和所用的試劑和反應(yīng)條件從而適合于大規(guī)模生產(chǎn)。大規(guī)模有機(jī)化學(xué)生產(chǎn)的熟練人員非常了解許多方法，步驟和/或反應(yīng)不適合大規(guī)模地在試驗(yàn)工廠或生產(chǎn)廠進(jìn)行。一般地按比例放大問題包括在方法中使用危險的或有毒的試劑和溶劑，大量放熱或吸熱的反應(yīng)，高壓或高真空處理如某些高壓反應(yīng)或高真空蒸餾所需要的處理。需要大量溶劑的純化步驟和分級結(jié)晶或色譜分離對大規(guī)模操作來說也是問題。另外，由于各種原因，許多方法進(jìn)行按比例放大時減少了產(chǎn)率和/或增加了副產(chǎn)物。最近強(qiáng)調(diào)防止有毒廢物和安全處理廢化學(xué)物質(zhì)以及規(guī)定限定輻射和流出，因此當(dāng)大規(guī)模方法產(chǎn)生必須安全操作和處理的輻射和廢物時，必須增加額外的費(fèi)用。
由于上面所列的許多原因以及使用特殊的試劑和反應(yīng)條件造成的其他處理問題，以前生產(chǎn)d4T的方法不特別適合于大規(guī)模生產(chǎn)。相反，本發(fā)明以高產(chǎn)率和高純度得到所需產(chǎn)品而無需使用或產(chǎn)生有毒物。縮短了反應(yīng)時間，在合成流程中的中間體產(chǎn)物無需進(jìn)一步處理。特別地，我們發(fā)現(xiàn)與以前方法的結(jié)果不同，d4T產(chǎn)品在醇的氫氧化鉀溶液中加熱令人驚奇地穩(wěn)定。使用新的d4T·NMPO溶劑化物進(jìn)行純化，無需有毒物質(zhì)或產(chǎn)生危險廢物，也因此對本發(fā)明方法的按比例擴(kuò)大的適應(yīng)性起著重要作用。在以前d4T制備方法中存在的低效率已被已公開的并且結(jié)合在本發(fā)明改進(jìn)方法中的改進(jìn)方法所克服。
總之，生產(chǎn)d4T及其有關(guān)類似物的新的改進(jìn)方法由于試劑、反應(yīng)條件和分離/純化特點(diǎn)的選擇，從而使其適合于大規(guī)模使用，而且有效地減少了雜質(zhì)和產(chǎn)物分解，并且得到高產(chǎn)率和高純度的產(chǎn)品，而沒有產(chǎn)生有毒的或大量的廢物。
通過下列有關(guān)上述方法步驟的優(yōu)選實(shí)施方案的實(shí)施例來較詳細(xì)地說明本發(fā)明的改進(jìn)方法。這些實(shí)施例并不構(gòu)成對本發(fā)明范圍的任何限制。A．化合物Ⅳ實(shí)施例13′,5′-二-0-甲磺酰基胸苷在5升三頸園底燒瓶上安裝頂部攪拌器和攪拌棒，500ml滴液漏斗、有熱電偶探針的Claisen接管和回流冷凝器。將胸苷(363.3g,1.5mol)和N-甲基嗎啉(508.3g,5.02mol)與丙酮(2.00升)一起加到燒瓶中，攪拌混合物同時在大約1小時內(nèi)緩慢加入甲磺酰氯(498.3g,4.35mol)，在加入過程中冷卻保持30-35℃。將另外的1.50L丙酮加到混合物中保持合適的攪拌。加完后，混合物在30-35℃攪拌1小時，然后在攪拌下分批用水(9.66L)將反應(yīng)混合物轉(zhuǎn)入20L聚乙烯罐中。用12N HCl調(diào)節(jié)含水漿狀液的PH至PH2.5，并在室溫下再攪拌2小時。過濾漿狀液并用水(2.9L)和異丙醇(1.45L)洗滌固體。將固體空氣干燥過夜得到564.6g(94.5％)標(biāo)題化合物，測試純度為97.1％(重量)。實(shí)施例23′,5′-二-0-甲磺?；剀障蛴玫?dú)獯迪催^的干燥的園底燒瓶中加入胸苷(10.0g,0.0412mol)和丙酮(30ml)。攪拌漿狀液并加入3,5-二甲基吡啶(17.7g,0.165mol)。然后在10分鐘內(nèi)加入甲磺酰氯(13.8g,0.124mol)，并且升溫至40℃。45分鐘后，反應(yīng)完成，用150ml水稀釋稠的漿狀液。將漿狀液在25℃下攪拌30分鐘，然后在0-5℃下冷卻30分鐘。收集固體，用水(80ml)和異丙醇(40ml)洗滌，然后干燥得到16.1g(98.2％)標(biāo)題化合物。B化合物Ⅲ實(shí)施例33′,5′-脫水胸苷在2升四頸燒瓶上安裝頂部攪拌器和攪拌棒，連接自動滴定儀的PH探測器以及連接溫度控制器和加熱罩的熱電偶探針，將水(350ml)加到燒瓶中，并在攪拌下分批加入大約20-25％3′,5′-二-0-甲磺?；剀?總計(jì)500g,1.255mol)。用30％氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)PH至10.5，并升溫于50℃。在保持溫度為50-55℃且PH為10.5-11.0下，緩慢加入剩余的3′,5′-二-0-甲磺酰胸苷，以使物料溶解并保持可攪動的漿狀。加入總計(jì)502g(3.765mol)30％NaOH水溶液。然后將反應(yīng)混合物在70℃下加熱1小時，接著冷卻至10-15℃。用12NHCl調(diào)節(jié)PH于9.7-9.8，冷卻保持溫度為10-15℃，同時發(fā)生結(jié)晶。最后用12NHCl調(diào)節(jié)漿狀液的PH為6.0-6.5，并冷卻至0-5℃，然后過濾。用冷(0-5℃)水(200ml)洗滌收集的固體，并空氣干燥得到211.6g(75.2％)標(biāo)題化合物，測試純度為99.8％(重量)。C．化合物Ⅱ?qū)嵤├?2′,3′-二脫氫-3′-脫氧胸苷N-甲基吡咯烷酮溶劑化物(d4T·NMPO)在5升三頸燒瓶上安裝頂部攪拌器和攪拌棒，回流冷凝器，溫度探針和加熱罩。將異丙醇(1.25L)和氫氧化鉀(198g,3.0mol)加到燒瓶中并攪拌加熱至50℃。然后分批加入3′,5′-脫水胸苷(168.2g,0.75mol)。接著將所得溶液在78-80℃下加熱3.5小時。溶液冷卻至20-25℃，用異丙醇(1.75L)稀釋，然后用濃HCl酸化至PH4-6，并冷卻至0℃。過濾沉淀的KCl，用異丙醇(200ml)洗滌，將合并的濾液和洗液分為三等份。每一份與N-甲基吡咯烷酮(54ml)混合并在50℃/15-20mmHg下濃縮得到稠油狀物，然后用丙酮(120ml)稀釋，并在50℃下加熱15分鐘。然后混合物冷卻至15℃形成稠漿狀液。過濾收集固體，得到總計(jì)65,96g(81.6％)標(biāo)題化合物，測試純度為68.5％(重量)d4T。實(shí)施例52′,3′-二脫氫-3′-脫氧胸苷N-甲基吡咯烷酮溶劑化物(d4T·NMPO)使用實(shí)施例4的同樣裝置，在攪拌下將異丙醇(1,235L)和氫氧化鉀(211.97g,3.211mol)加到燒瓶中并加熱至50℃。然后分批加入3′,5′-脫水胸苷(180.0g,0.803mol)。接著所得溶液在78-80℃下加熱4小時。將溶液冷卻至20-25℃，用異丙醇(1.976L)稀釋，然后用濃HCl酸化至PH5.6，并冷卻至10℃。過濾沉淀的KCl并用異丙醇(200ml)洗滌。將合并的濾液和洗液分成兩等份。一部分與N-甲基吡咯烷酮(90ml)混合并在50℃/15-20mmHg下濃縮得到稠油狀物，然后用丙酮(100ml)稀釋并加熱至50℃15分鐘。接著將混合物冷卻至＜0℃，生成稠漿狀液。過濾收集固體得到104.47g(80.5％)標(biāo)題化合物，測試純度為69.1％(重量)d4T。
用第一部分的母液和新的NMPO(31ml)處理第二部分的合并的濾液和洗液。按照上述方法，收集固體，得到107.93g(83％)標(biāo)題化合物，測試純度為70.0％。D．化合物Ⅰ(d4T)實(shí)施例62′,3′-二脫氫-3′-脫氧胸苷(d4T)在帶有攪拌器的1L園底燒瓶上安裝回流冷凝器和加熱罩。加入d4T·NMPO(55,25,0.27mol)和異丙醇(550ml),Dicalite(助濾劑，5.5g)和Darco KB(活性炭，5.5g)。攪拌混合物并加熱回流，趁熱過濾，然后用熱異丙醇(165ml)洗滌炭餅。將合并的濾液和洗液通過蒸餾濃縮至200ml，在緩慢冷卻至室溫使產(chǎn)物結(jié)晶。冷卻至0℃后，收集固體，用冷(0℃)異丙醇(50ml)洗滌并空氣干燥得到34.6g(90.4％)標(biāo)題化合物，測試純度為98％(重量)。
本發(fā)明可以進(jìn)行不超過本發(fā)明范圍的合理的變化如本領(lǐng)域技術(shù)人員所能想到的。E．按比例放大本發(fā)明方法可按比例放大。就大約350kg化合物Ⅴ的規(guī)模而言，步驟(a)得到大約88,5％產(chǎn)率(基于活性)，步驟(b)同樣得到氧雜環(huán)丁烷中間體(Ⅲ)大約75％產(chǎn)率。NMPO溶劑化合物(Ⅱ)的分離得到大約76-89％產(chǎn)率，并且以90％產(chǎn)率轉(zhuǎn)化為d4T產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1．下式的d4T·NMPO溶劑化物(Ⅱ)
2．分離和純化d4T的方法，它包括從反應(yīng)混合物中分離出權(quán)利要求1的d4T·NMPO溶劑化合物(Ⅱ)，接著將其轉(zhuǎn)化為d4T。
3．制備d4T(Ⅰ)的方法，包括在醇中加熱權(quán)利要求1的分離出的d4T·NMPO溶劑化物(Ⅱ)。
全文摘要
本發(fā)明公開了適合于大規(guī)模生產(chǎn)2′,3′－二脫氫3′－脫氧胸苷(d4T)及其類似物的改進(jìn)方法。本改進(jìn)方法以高產(chǎn)率和高純度得到d4T,而無需使用危險的反應(yīng)或試劑,并且本改進(jìn)方法結(jié)合了幾種對大規(guī)模生產(chǎn)起著重要作用的改進(jìn)方法包括新的純化步驟其中包含d4T·N－甲基吡咯烷酮溶劑化物的分離。
文檔編號C07H19/073GK1215057SQ9811670
公開日1999年4月28日 申請日期1998年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月15日
發(fā)明者P·M·施康內(nèi)茲尼, E·艾森賴希, B·T·波伊漢, D·R·施塔克, S·R·貝克 申請人:布里斯托爾-邁爾斯斯奎布公司