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(qǐng)是美國專利申請(qǐng)?zhí)?8/152,155,1993年11月15日申請(qǐng),與美國專利申請(qǐng)?zhí)?8/152,778,也是1993年11月15日申請(qǐng)，結(jié)合的部分繼續(xù)申請(qǐng)。
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(duì)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(shí)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(duì)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(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)是危險(xiǎn)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(duì)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?；剀眨?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?；剀眨摬襟E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-甲磺酰基胸苷制備3′,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(shí)間為大約0.5小時(shí)至2小時(shí)且優(yōu)選大約1小時(shí)。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(shí)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(shí)(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(shí)。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(duì)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(shí)，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(xiǎn)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(jí)結(jié)晶或色譜分離對(duì)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(shí)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(shí)，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(shí)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(xiǎn)廢物，也因此對(duì)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(duì)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?；剀赵?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(shí)在大約1小時(shí)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(shí)，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(shí)。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(cè)試純度為97.1％(重量)。實(shí)施例23′,5′-二-0-甲磺酰基胸苷向用氮?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(dòng)滴定儀的PH探測(cè)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-甲磺酰基胸苷(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(dòng)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(shí)，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(shí)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(cè)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(shí)。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(cè)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(shí)。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(cè)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(cè)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(cè)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(xiǎn)的反應(yīng)或試劑,并且本改進(jìn)方法結(jié)合了幾種對(duì)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(hào)C07H19/073GK1215057SQ9811670
公開日1999年4月28日 申請(qǐng)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(qǐng)人:布里斯托爾-邁爾斯斯奎布公司