一种头孢烯类鎓盐化合物及其制备方法和用它制备头孢吡肟的应用 【技术领域】
本发明涉及一种头孢菌素的中间体及其合成方法，以及通过该中间体制备头孢吡肟的应用。
背景技术
头孢吡肟是第四代头孢菌素，具有对绝大多数革兰阳性球菌及革兰阴性杆菌均有很强的抑菌和杀菌力，包括能产β-内酰胺酶的耐药菌株及绿脓杆菌。临床用于全身性感染，尤其在治疗脑膜炎、呼吸道感染、阑尾炎、胆囊炎等感染。
目前合成头孢吡肟有多种方法，其合成途径因起始原料不同而有所不同，有先7-位缩合，后3-位取代；或反之顺序等方法制备头孢吡肟。选择不同起始原料，可制备不同中间体，其合成头孢吡肟的工艺路线、工艺条件如所用的试剂等完全不同，其效果也会不同。
欧洲专利EP0581220B1、US4868294报道用7-氨基-3-乙酰氧基甲基头孢烷酸(7-ACA)为起始原料制备头孢吡肟的方法。以7-ACA为原料需先进行硅试剂保护氨基和羧基，如用三甲基碘硅烷、六甲基二硅胺烷(HMDS)，再经脱保护反应，存在成本较高，反应条件苛刻等缺点。
英国专利GB2116180A是以7-氨基-3-氯甲基-头孢-3-烯-4-羧酸二苯甲酯(ACLH)为起始原料的方法。由于ACLH的C-7位为游离氨基，在进行下步反应时需先进行氨基的酰化保护，待3位修饰后再脱保护，存在反应步骤多、所用试剂特殊如用酸酐等的问题。
也有以7-苯乙酰氨基-3-氯甲基-头孢-3-烯-4-羧酸二苯甲基酯(GCLH)为起始原料的工艺路线。GCLH先脱7位保护，即得与上述条件一致的ACLH。US4406899公开了以GCLH为起始原料合成头孢吡肟的方法，是先将N-甲基吡咯烷基引入C-3位后，进行C-7位脱保护基反应，经7位与侧链缩合，再进行C-4位脂解反应，反应步骤较长。CN101682也以GCLH为原料，依次进行4位酯解反应、3位取代，7位酶解反应后进行7位酰化制备头孢吡肟，存在的问题是所用酶需保持活性以回收套用，否则成本较高。
【发明内容】
针对以上背景技术的不足，本发明的目的是提供一种合成头孢吡肟的中间体化合物：头孢烯类鎓盐化合物，其化学名为7-苯乙酰氨基-3-(1-甲基-1-吡咯烷鎓基)甲基-3-头孢烯-4-羧酸甲氧苄酯。
本发明地另一目的是提供上述中间体的制备方法。
本发明的再一目的是提供通过该中间体制备头孢吡肟的方法。
本发明技术方案是：采取7-苯乙酰氨基-3-氯甲基-3-头孢烯-4-羧酸甲氧苄酯(GCLE)为起始原料经3位活化后，同胺类反应形成季铵盐，再经断7位和4位基团，7位缩合反应制备头孢吡肟。
GCLE是一种新型头孢菌素母核，其结构式如下：
其中PMB为甲氧苄基；Ph为苯基。
由于其C-7和C-4位官能团均已保护，无须另外上保护基；3位是活性较高的氯甲基，有利于C-3位引入基团形成胺盐，因此是一种适于合成C-3位为季铵盐头孢菌素的头孢母核，而这正是本发明的发明点之一。
7-苯乙酰氨基-3-(1-甲基-1-吡咯烷鎓基)甲基-3-头孢烯-4-羧酸甲氧苄酯，用下述通式(I)表示：
其中PMB为甲氧苄基，Ph为苯基；X-表示阴离子，如醋酸根、三氟醋酸根、硝酸根、烷基磺酸根、氯离子、溴离子或碘离子之一。
所述头孢烯类鎓盐化合物，可为化合物I的醋酸盐、硝酸盐、磺酸盐、三氟醋酸盐、氯化物、溴化物或碘化物等。
本发明对化合物(I)进行了结构确证，通过核磁共振、质谱、红外、紫外等测定为式(I)的化合物。以下数据是以碘化物为例。
其核磁共振数据如下：
1HNMR(500MHz，CDCl3)，δ2.0-2.4(m，4H，pyrrolidine-H)，3.13(s，3H，N+CH3)，3.58-3.62(m，4H，pyrrolidine-H)，3.70，3.79(d，J＝7.5Hz，2H，SCH2)，3.80(s，3H，OCH3)，4.2(ABq，J＝13.5Hz，1H，N+CH2)，4.57(ABq，J＝14.0Hz，1H，N+CH2)，5.12(s，1H，C-6，β-lactam)，5.15(s，2H，COCH2)，5.41(dd，J＝4.0Hz，J＝8.5Hz，1H，C-7，β-lactam)，6.88(m，2H，COOCH2)，7.21～7.32(m，9H，Ar)，7.84(d，J＝8.0Hz，1H，NH)。
13C NMR(500MHz，CDCl3)δ20.82，21.34，22.07，23.59，25.30，42.70，48.06，51.88，53.91，55.30，61.20，64.35，65.13，68.49，96.06，112.80，114.20，126.39，127.10，129.51，130.47，131.25，134.68，134.93，160.06，165.59，166.23，171.86。
其质谱数据如下：MS〔M+〕536.3，〔M++1〕537.3。
紫外吸收光谱数据为：UVmaxnm(CH2Cl2)240。
其红外吸收峰数据如下：
IRυmaxKBrcm-1：3416cm-1(m，br，-NH的伸缩振动)；3180cm-1(m，胺盐特征吸收)；3026cm-1(m，不饱和双键上H伸缩振动)；1775cm-1(VS，β-内酰胺的羰基)；1740cm-1(S，饱和酰胺羰基的伸缩振动)；1675cm-1(S，α，β-不饱和酮特征吸收)；1612cm-1(m，sh)，1585(m)，1455(m)，芳环特征吸收；825cm-1(m，芳环对位取代)；734cm-1(m，芳环单取代)
本发明化合物的制备方法，其特征是以GCLE为原料，经3位活化后，同胺类反应形成季铵盐。
将头孢母核GCLE在有机溶剂中，经3位活化后加入N-甲基吡咯烷进行亲核取代反应制得7-苯乙酰氨基-3-(1-甲基-1-吡咯烷鎓基)甲基-3-头孢烯-4-羧酸甲氧苄酯(I)，其化学反应式如下。
GCLE碳3位活化是采用溴代、碘代或其它较易离去的基团等进行取代反应，如I2、KI、NaI、kBr、NaBr或它们的结晶水合物。所得取代物可用溶剂分离，也可不分离经洗涤干燥直接进行亲核取代反应。
化合物1的碘化物、溴化物与硝酸盐、醋酸盐、三氟醋酸盐、烷基苯磺酸盐等置换反应可得不同酸根化合物。
上述头孢烯类鎓盐化合物的制备方法中反应原料摩尔配比GCLE∶I-∶N-甲基吡咯烷为1∶0.1～15∶1～10。优选原料配比GCLE∶I-∶N-甲基吡咯烷为1∶0.5～7∶1～2。
上述反应中有机溶剂为低级酮类、低级醇类、低级脂肪酯、腈类、卤代烷烃类、烃类、芳香族、醚类或它们的混合溶剂。其中低级醇如异丙醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、2-丁醇，低级酮如丙酮、甲乙酮、戊酮，腈类如乙腈，醚类如四氢呋喃、异丙醚、二氧六环，卤代烷烃类如二氯甲烷、氯仿、四氯化碳，烃类如石油醚、己烷、庚烷，芳香族为甲苯、苯、二甲苯，酯类为乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯等或上述溶剂的二元、三元混合溶剂。
上述反应温度为-20℃至50℃下，优选-15∽5℃。
上述反应时间为5分钟至10小时，优选反应时间为0.5∽2小时。
本反应收率在80.0～95％之间，HPLC检测纯度≥85％，水分≤1.0％，分解点：95～100℃。
由于GCLE的4-位对甲氧苄酯的极性和位阻效应，使得本反应在适当条件下进行C-3位亲核取代反应时可较好的控制Δ2异构体的产生。
本发明合成的7-苯乙酰氨基-3-(1-甲基-1-吡咯烷鎓基)甲基-3-头孢烯-4-羧酸甲氧苄酯(I)是制备头孢吡肟的中间体，脱保护的方法是参照中国专利CN11126754C提到的一锅法制备，以此中间体经脱7-位和4-位保护基，便可制备出头孢吡肟的关键前体化合物7-氨基-3-(1-甲基-1-吡咯烷鎓基)甲基-3-头孢烯-4-羧基二盐酸盐(II)，进一步制备头孢吡肟。其步骤如下：
1、化合物I在酸性介质下经脱C-4和C-7位保护基，制备化合物II；
2、化合物II与氨噻肟侧链活性酯反应，酸化制备盐酸头孢吡肟。反应式如下：
酸性介质可选择三氟醋酸、盐酸、甲酸、醋酸、硫酸、酚类如苯酚、邻甲酚、对甲酚、间甲酚等酸；氯化反应采取五氯化磷，醇解反应采用甲醇、乙醇、丙二醇、异丁醇、叔丁醇等。
步骤1是采取一锅法反应，无需分离中间产物，反应可用HPLC监控至反应完全。这是本发明的另一优势所在。
此外步骤2采取活性酯缩合法，本发明是采用AE活性硫酯进行缩合反应。
上述反应所得的盐酸头孢吡肟在无菌条件下经溶媒结晶，可得到晶型好、流动性好、质量符合无菌原料要求的可药用二盐酸一水合物。
本发明的有益效果在于开发以新型头孢母核GCLE为起始原料制备头孢吡肟的独特新工艺。GCLE是近年开发的制备头孢菌素的母核原料，本发明提供了以其制备第四代头孢菌素如头孢吡肟的新工艺。
化合物I产品结构确定，质量稳定，是一种合成头孢产品的新中间体。以该中间体进行下步一锅法反应，可减少反应步骤，控制工艺成本和环境污染.
本发明制备头孢吡肟可较好控制异构体，产品质量稳定。所用试剂原料廉价易得，工艺条件温和易控，反应简便易行，收率较好，无需特殊设备，适合工业化生产。
以下是本发明化合物I和以I制备头孢吡肟的具体实施例，但并不能以此作为对本发明保护范围的限制。
具体实施例：
一、制备7-苯乙酰氨基-3-(1-甲基-1-吡咯烷鎓基)甲基-3-头孢烯-4-羧酸甲氧苄酯(I)
(A1)制备碘化物
9.73gGCLE、40ml二氯甲烷投入反应瓶，密闭避光，20～25℃水浴下搅拌，滴加4.5g碘化钠与20ml丙酮的溶液，反应2小时，抽干溶剂，加入50ml二氯甲烷，使反应物溶解，用100ml水洗一次，再用50ml饱和Na2S2O3洗两次，加入无水Na2SO4干燥，过滤，用10ml二氯甲烷洗滤饼，合并滤液入另一千燥的反应瓶，机械搅拌，冰盐浴降温，当内温≤0℃时滴加2.1mlN-甲基吡咯烷，反应1小时，将反应液加入搅拌下的、装有600ml异丙醇的烧瓶中，析出固体，抽滤，用异丙醇洗两次，放入真空干燥箱中室温抽真空干燥。得产物11.2g。
HPLC检测纯度88％，水分≤1.0％，分解点：98℃
红外光谱数据：
IRυmaxKBrcm1 3416cm-1(m，br，-NH的伸缩振动)；3180cm-1(m，胺盐特征吸收)；3026cm-1(m，不饱和双键上H伸缩振动)；1775cm-1(VS，β-内酰胺的羰基)；1740cm-1(S，饱和酰胺羰基的伸缩振动)；1675cm-1(S，α，β-不饱和酮特征吸收)；1612cm-1(m，sh)，1585(m)，1455(m)，芳环特征吸收；825cm-1(m，芳环对位取代)；734cm-1(m，芳环单取代)。
核磁共振光谱数据：1HNMR(500MHz，CDCl3)，2.0-2.4(m，4H，pyrrolidine-H)，3.13(s，3H，N+CH3)3.58-3.62(m，4H，pyrrolidine-H)，3.70，3.79(d，J＝7.5Hz，2H，SCH2)，3.80(s，3H，OCH3)， 4.2(ABq，J＝13.5Hz，1H，N+CH2)，4.57(ABq，J＝14.0Hz，1H，N+CH2)，5.12(s，1H，C-6，β-lactam)，5.15(s，2H，COCH2)，5.41(dd，J＝4.0Hz，J＝8.5Hz，1H，C-7，β-lactam)，6.88(m，2H，COOCH2)，7.21～7.32(m，9H，Ar)，7.84(d，J＝8.0Hz，1H，NH)。
13C NMR(500MHz，CDCl3)δ20.82，21.34，22.07，23.59，25.30，42.70，48.06，51.88，53.91，55.30，61.20，64.35，65.13，68.49，96.06，112.80，114.20，126.39，127.10，129.51，130.47，131.25，134.68，134.93，160.06，165.59，166.23，171.86。
其质谱数据如下：MS〔M+〕536.3，〔M++1〕537.3。
紫外吸收光谱数据为：UVmaxnm(CH2Cl2)240。
(A2)制备碘化物
9.73gGCLE、3.0g碘化钠、60ml丙酮投入反应瓶，避光，20-25℃下搅拌反应2.5小时，过滤，用10ml丙酮洗滤饼，合并滤液，滴加入搅拌下的装有600ml石油醚的烧瓶中，析出固体，抽滤，用石油醚洗两次，放入真空干燥箱中室温抽真空干燥。取5.78g干燥后的固体，投入装有20mlTHF的烧瓶，搅拌至溶清，冰水浴降温，当内温≤5℃时滴加1.05mlN-甲基吡咯烷，反应2小时，将反应液滴加入搅拌下的、装有250ml石油醚的烧瓶中，析出固体，抽滤，用石油醚洗两次，放入真空干燥箱中室温抽真空干燥。得产物6.8克。
HPLC检测纯度90％，水分≤1.0％，分解点：96℃，核磁、红外、质谱、紫外图谱与实施例A1一致。
(A3)制备碘化物
将GCLE(100g)、KI(140g)和N-甲基吡咯烷40ml加至丙酮∶THF＝2∶1混合溶剂中，于0～5℃下搅拌反应3小时，减压抽去溶剂，剩余物中加入二氯甲烷和水搅拌，分相，有机相用饱和Na2S2O3溶液洗涤，将有机相滴加入搅拌下的、装有600ml二甲苯瓶中，析出固体，抽滤，用二甲苯洗，放入真空干燥箱中室温抽真空干燥得产物128克，HPLC检测纯度92％，水分≤1.0％，分解点：95℃；核磁、红外、质谱、紫外图谱与实施例A1一致。
(A4)制备碘化物
将GCLE(100g)和KI(140g)加至丙酮中，于0℃水浴下搅拌反应5小时，减压抽去溶剂，剩余物中加入二氯甲烷和水搅拌，分相，有机相用饱和Na2S2O3溶液洗涤，分出水相，有机相置另一反应瓶中，-10℃下滴加N-甲基吡咯烷40ml，搅拌反应3小时，旋干得到固体127.7g，HPLC检测纯度85％，水分≤1.0％，分解点：97℃；核磁、红外、质谱、紫外图谱与实施例A1一致。
(A5)制备碘化物
100gGCLE、6064g碘化钠、90ml丙酮投入反应瓶，避光，20～25℃水浴下搅拌反应2.5小时，过滤，用5～10ml丙酮洗滤饼，合并滤液，抽干溶剂，加入90ml二氯甲烷，使反应物溶解，用100ml水洗一次，再用50ml饱和Na2S2O3洗两次，加入无水Na2SO4干燥，过滤，抽干溶剂，加入100ml二甲苯及溶解，25～30℃室温下滴加20.8mlN-甲基吡咯烷，反应1小时，滴加入搅拌下的、装有800ml石油醚、乙酸乙酯混合溶剂(1∶1)的烧瓶中，析出固体，抽滤，用石油醚洗两次，放入真空干燥箱中室温干燥。得产物120g。
(A6)制备碘化物
10gGCLE、49.8g碘化钠、90ml丙酮投入反应瓶，避光，20～25℃水浴下搅拌反应2.5小时，过滤，用5～10ml丙酮洗滤饼，合并滤液，抽干溶剂，加入90ml二氯甲烷，使反应物溶解，用100ml水洗一次，再用50ml饱和Na2S2O3洗两次，加入无水Na2SO4干燥，过滤，抽干溶剂，加入100ml二甲苯溶解40℃室温下滴加16.6mlN-甲基吡咯烷，反应1小时，滴加入搅拌下的、装有800ml石油醚、乙酸乙酯∶乙腈混合溶剂(1∶1∶0.5)的烧瓶中，析出固体，抽滤，用石油醚洗两次，放入真空干燥箱中室温干燥，得产物12g。
(A7)制备碘化物
100gGCLE、6.64g碘化钠、90ml丙酮投入反应瓶，避光，20～25℃水浴下搅拌反应2.5小时，过滤，用5～10ml丙酮洗滤饼，合并滤液，抽干溶剂，加入90ml二氯甲烷，使反应物溶解，用100ml水洗一次，再用50ml饱和Na2S2O3洗两次，加入无水Na2SO4干燥，过滤，抽干溶剂，加入100ml二甲苯及溶解，40℃室温下滴加20.8mlN-甲基吡咯烷，反应5小时，滴加入搅拌下的、装有800ml二氧六环、乙酸乙酯混合溶剂(1∶1)的烧瓶中，析出固体，抽滤，用石油醚洗两次，放入真空干燥箱中室温干燥，得产物127g。
(B)制备溴化物
14.64gGCLE、3.57g溴化钾、60ml二氯甲烷、40ml丙酮投入反应瓶，密闭避光，25～30℃室温下搅拌反应24小时，抽干溶剂，加入150ml二氯甲烷溶解，用150ml水洗一次，再用80ml饱和Na2S2O3洗两次，有机相加入无水Na2SO4干燥，过滤，用10ml二氯甲烷洗滤饼，合并滤液入另一干燥的反应瓶，搅拌，降温，当内温≤-15℃时滴加3.5mlN-甲基吡咯烷——10ml二氯甲烷混合溶液，反应1小时，抽走部分溶剂，至约剩80ml二氯甲烷溶液，滴加入搅拌下的、装有800ml异丙醇的烧瓶中，析出固体，抽滤，用异丙醇洗两次，放入真空干燥箱中室温抽真空干燥。得产物14.1g。HPLC检测纯度88％，水分≤1.0％，核磁与实施例A1一致。其红外吸收峰数据如下：3415cm1、3025cm1、2965cm1、1775cm1、1739cm1、1674cm1、1515cm1、1248cm1、1175cm1、1029cm1。
(C)制备乙酸盐
将方法A1的产物2g和10ml二氯甲烷投入反应瓶，室温搅拌，加入1g醋酸银，过滤沉淀，有机相倒入100ml石油醚中，析出固体，抽滤，用石油醚洗两次，放入真空干燥箱中室温干燥。即得化合物(I)的醋酸盐。
其红外吸收峰数据如下：IRυmaxKBrcm1＝3439、3227、3026、2964、1778、1739、1676、1515、1248、1175、1029。
(D)制备硝酸盐
2g的A1产物和10ml二氯甲烷投入反应瓶，室温搅拌，加入1g硝酸银，按照方法(C)制备化合物(I)硝酸盐。
其红外吸收峰数据如下：IRυmaxKBrcm1＝3407、3029、2959、1777、1671、1515、1384、1248、1176。
二、制备7-氨基-3-(1-甲基-1-吡咯烷鎓基)甲基-3-头孢烯-4-羧基二盐酸盐(II)
将4.18gPCl5及40ml二氯甲烷投入反应瓶，搅拌，降温至反应液温度≤5℃时滴加1.6ml吡啶——10ml二氯甲烷混合液，保温反应1小时，投入6.63g实例一碘化物(7-苯乙酰氨基-3-(1-甲基-1-吡咯烷鎓基)甲基-3-头孢烯-4-羧酸甲氧苄酯)，保持内温≤10℃反应1小时，冷冻降温至内温≤-10℃，滴加6ml乙醇，于0℃反应2小时，加30ml苯酚，于室温下反应5小时，加入15ml水，萃取两次，合并水相，搅拌下滴加氨水至pH＝4±0.5，加入500ml异丙醇析晶，过滤，用异丙醇洗两次，放入真空干燥箱中干燥。得产物1.12g。
三、制备盐酸头孢吡肟
将0.5g化合物(II)、5ml乙醇、5ml二氯甲烷投入反应瓶，开启搅拌，冰水浴降温，至反应液温度≤5℃时滴加0.5ml三乙胺，基本溶清时加入0.7g氨噻肟侧链活性酯，保温反应4.5小时，过滤，加入盐酸酸化室温下滴加200ml丙酮析晶，过滤，用丙酮洗两次，放入真空干燥箱中室温抽真空干燥。得盐酸头孢吡肟粗品0.51g。