制备利福霉素S衍生物的方法技术领域
本发明属于药物化学领域，特别涉及一种制备如式I所示的利福霉素S衍生物的方法。
背景技术
利福霉素是1957年意大利利培提公司从地中海链霉菌培养液中分离而得的混合物(可分离得到A、B、C、D、E 5种成分，其中主要成分为利福霉素B)，由其成分利福霉素B转化的利福霉素SV(第一种半合成利福霉素)是一种高效的主要抗革兰阳性菌及结核分枝杆菌的抗生素，随后又以利福霉素SV为母核合成了利福平、利福定、利福布汀、利福昔明、利福喷丁、利福拉齐等利福霉素S类衍生物，其中只有利福布汀和利福拉齐是对抗耐药及抗艾滋病病发症有效的药物。利福布汀为利福霉素S衍生物中的螺旋哌啶衍生物，对结核杆菌的抑制作用比利福平约强4倍，主要用于分歧杆菌的肺部感染，对利福平耐药的结核杆菌菌株有效，可用于耐药，复治结核病例，细胞内分歧杆菌感染及艾滋病的治疗，而其它品种则主要偏重于抗结核和抗麻风等。由此可见，利福霉素S衍生物在医药领域应用非常广泛。
文献US4219478介绍了在有机溶剂中，3-氨基-4-亚胺利福霉素S、4-哌啶酮的衍生物与乙酸铵/锌粉混合在一起反应，得到相应的利福霉素S衍生物，最好的结果是经过一夜反应，得到的产物收率为64％，该方法反应时间长，收率较低，成本高。
文献j.Antibiot1981.34.1033介绍了在有机溶剂中，3-氨基-4-亚胺利福霉素S、4-哌啶酮的衍生物与乙酸铵/锌粉混合在一起，室温下反应10小时得到相应的利福霉素S衍生物，得到的产物收率小于82％，该方法反应时间也较长，生产效率较低。
文献Journal of Lnbelled Compounds and Radiopharmaceuticals-Vol.XXIV，NO.11.1347还介绍了在有机溶剂中，3-氨基-4-亚胺利福霉素S、4-哌啶酮的衍生物与乙酸铵/锌粉混合在一起，在5℃下反应64小时得到相应的利福霉素S衍生物，该方法反应时间太长，生产效率低。
由上述现有技术可知，目前常用的制备利福霉素S衍生物的方法是在有机溶剂中，乙酸铵与锌粉的作用下，3-氨基-4-亚胺利福霉素S与4-哌啶酮的衍生物反应得到相应的利福霉素S衍生物，但该方法所需反应时间长，收率低；并且目前多数文献报道的制备利福霉素S衍生物的方法均是在此基础上调整反应温度和反应时间，但无论是调整反应温度还是延长反应时间，利福霉素S衍生物的收率仍然相对较低。
本发明的研究团队在制备利福霉素S衍生物的过程中发现，锌粉有较强的还原性，原料3-氨基-4-亚胺利福霉素S中4位的亚胺基团在锌粉的作用下很容易被还原为氨基，还原产物为3,4-二胺基利福霉素S，而3,4-二胺基利福霉素S不再会进行缩合反应；另外，由于有乙酸铵存在，原料3-氨基-4-亚胺利福霉素S中25位的酯基能被水解为相应的醇(参见本发明实施例1)，产生杂质并导致原料3-氨基-4-亚胺利福霉素S的利用率低，产物收率低，因此本发明的研究团队认为加料顺序在该反应中尤为重要。
发明内容
鉴于上述发现，本发明提供了一种制备利福霉素S衍生物的方法，采用一定的加料方式，避免了3-氨基-4-亚胺利福霉素S 4位的亚胺被还原为氨基、25位的酯基被水解为相应的醇。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
制备利福霉素S衍生物的方法，所述利福霉素S衍生物的分子式如式I所示，按照一定的加料方式，式II所示的3-氨基-4-亚胺利福霉素S与式III所示的4-哌啶酮的衍生物在有机溶剂、乙酸铵及锌粉存在下，进行缩合反应，得到利福霉素S衍生物；所述加料方式为：所述3-氨基-4-亚胺利福霉素S在最后一步加入反应体系中；采用该加料方式，利福霉素S衍生物收率达80％以上，含量达到95％以上；反应式如下：
其中，式Ⅰ和式Ⅲ中R为H、CH3、CH2CH3、CH(CH3)2、CH2CH(CH3)2。
作为优选的方法，所述加料方式为：所述3-氨基-4-亚胺利福霉素S是单独，或者与有机溶剂的混合物，或者与4-哌啶酮衍生物的混合物，或者与4-哌啶酮衍生物和有机溶剂的混合物加入反应体系。
作为优选的方法，所述加料方式为：先加入有机溶剂、乙酸铵和锌粉，再加入4-哌啶酮衍生物，最后加入3-氨基-4-亚胺利福霉素S或者3-氨基-4-亚胺利福霉素S与有机溶剂的混合物。
作为优选的方法，所述加料方式为：先加入有机溶剂、乙酸铵和锌粉，最后加入3-氨基-4-亚胺利福霉素S与4-哌啶酮衍生物的混合物或者3-氨基-4-亚胺利福霉素S、4-哌啶酮衍生物与有机溶剂的混合物。
作为优选的方法，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、二氯甲烷、乙酸乙酯和四氢呋喃中的一种或多种。
作为优选的方法，所述的加料方式中加料为缓慢加入，优选的，所述加料时间为20-120分钟。
作为优选的方法，所述缩合反应的反应温度为10-60℃，反应温度不需要低温和高温，这样的反应温度使反应条件不严苛，从生产成本的角度来说，同现有技术相比，节约了大量的热能。
作为优选的方法，所述缩合反应的反应时间不低于2小时。
作为优选的方法，所述缩合反应的反应温度为20-40℃。
作为优选的方法，所述缩合反应的反应时间为2-10小时。
作为优选的方法，所述3-氨基-4-亚胺利福霉素S与4-哌啶酮的衍生物的摩尔比为1：1-5。
作为优选的方法，所述3-氨基-4-亚胺利福霉素S与乙酸铵的摩尔比为1：0.5-5。
作为优选的方法，所述3-氨基-4-亚胺利福霉素S与锌粉的摩尔比为1：0.5-5。
本发明的目的之二在于提供工业化生产式I所示利福霉素S衍生物的方法，利用该方法生产安全高效。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
工业化生产式I所示利福霉素S衍生物的方法，运用上述任一项所述的方法在生产系统中进行生产，所述生产系统包括依次设置的反应器(1)、分离装置(2)、干燥装置(3)和结晶装置(4)，所述反应器(1)设置有物料进料管(11)，所述生产系统中的每个元件均通过物料管道密封连接。由于各元件依次设置且通过管道密封连接，在工业生产中，能够节约物料转移时间，避免物料暴漏在空气中氧化污染等，能够实现高效安全的生产。
作为优选的方案，所述生产系统中的每个元件均通过物料管道垂直密封连接。
有益效果：
本发明的制备利福霉素S衍生物的方法，采用一定的加料方式，避免了3-氨基-4-亚胺利福霉素S 4位的亚胺被还原及25位的酯基被水解，提高了物料3-氨基-4-亚胺利福霉素S的利用率，本发明的方法反应条件温和，相对反应时间缩短，因此能够高效率、高收率的得到利福霉素S衍生物，收率80％以上，含量达到95％以上，克服了现有技术中存在的反应时间长、收率低、杂质多、成本高的问题，且操作简单、高效和环保，有利于规模化生产。
附图说明
图1工业化生产利福霉素S生产系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照附图对本发明的优选实施例进行详细的描述。
下述实施例中的收率均按具体各步骤的投料底物作为计算分母。
以下实施例中所用的原料3-氨基-4-亚胺利福霉素S可以在市场中购得，也可按照如下方法进行制备，反应式如下：
以下实施例中所涉及的HPLC仪器及检测条件如下：
仪器：LC-10ATVP
色谱柱：Agilent Eclipse XDB-C8 5um4.6×150mm
检测波长：254nm
流动相：0.1M磷酸二氢钾-乙腈(体积比50：50)
流速：1.0ml/min
进样量：10μL
温度：25℃
实施例1 3-氨基-4-亚胺利福霉素S在锌粉、乙酸铵的作用下被还原及被水解
向反应器内加入乙酸乙酯400ml、乙酸铵2.2g、锌粉2.2g、3-氨基-4-亚胺利福霉素S 30g(42.25mmol)，50℃-60℃反应24小时。过滤，乙酸乙酯50ml洗涤，合并虑液，用15％盐酸水溶液300ml洗涤，再用5％碳酸钠水溶液300ml洗涤，最后用水300ml洗涤，硫酸钠干燥，母液真空浓缩干。柱色谱分离，以正己烷与乙酸乙酯的混合液(正己烷与乙酸乙酯的体积比为20:1)进行洗脱，分别得到3,4-二氨基利福霉素S及3-氨基-4-亚氨基-25-羟基利福霉素S。
3-氨基-4-亚胺利福霉素S 4位的亚胺在锌粉作用下被还原为3,4-二氨基利福霉素S，3-氨基-4-亚胺利福霉素S 25位的酯基在乙酸铵的作用下被水解为相应的醇即3-氨基-4-亚氨基-25-羟基利福霉素S，化学反应如下所示：
实施例2 N-甲基-4-哌啶酮利福霉素S的制备
向反应器内加入乙酸乙酯400ml、乙酸铵2.2g、锌粉2.2g、N-甲基-4- 哌啶酮7.3g(64.52mmol)，10℃-20℃搅拌10分钟，然后缓慢加入3-氨基-4-亚胺利福霉素S 30g(42.25mmol)，40分钟加完后，20℃-30℃反应5小时，过滤，乙酸乙酯50ml洗涤，合并虑液，用15％盐酸水溶液300ml洗涤，再用5％碳酸钠水溶液300ml洗涤，最后用水300ml洗涤，硫酸钠干燥，真空浓缩干燥，异辛烷重结晶，得N-甲基-4-哌啶酮利福霉素S 32.3g，计算收率为93.2％，HPLC检测含量为98.5％。
化学反应如下所示：
作为工业化的生产，在生产系统(如图1所示)中将生产放大X倍进行生产，所述生产系统包括依次设置的反应器1、分离装置2、干燥装置3和结晶装置4，所述反应器1设置有物料进料管11，所述生产系统中的每个元件均通过物料管道密封连接。由于各元件依次设置且通过管道密封连接，在工业生产中，能够节约物料转移时间，避免物料暴漏在空气中氧化污染等，同现有生产技术相比，能够实现高效、安全的生产。
对比实施例2：向反应器内加入乙酸乙酯400ml、乙酸铵2.2g、锌粉2.2g、N-甲基-4-哌啶酮7.3g(64.52mmol)、3-氨基-4-亚胺利福霉素S 30g(42.25mmol)，20℃～30℃反应6小时，过滤，乙酸乙酯50ml洗涤，合并虑液，用15％盐酸水溶液300ml洗涤，再用5％碳酸钠水溶液300ml洗涤，最后用水300ml洗涤，硫酸钠干燥，真空浓缩干，异辛烷重结晶，仅仅得N-甲基-4-哌啶酮利福霉素S 28.3g，计算收率为81.6％，HPLC检测含量为90.5％。
实施例3 4-哌啶酮利福霉素S的制备
向反应器内加入四氢呋喃200ml、乙酸铵6.6g、锌粉6.6g，10℃-20℃搅拌10分钟，缓慢滴加4-哌啶酮8.4g(84.50mmol)、3-氨基-4-亚胺利福霉素S30g(42.25mmol)、四氢呋喃200ml的溶液，120分钟加完后，10℃-20℃反应10小时，过滤，加入二氯甲烷300ml，用15％盐酸水溶液300ml洗涤，再用5％碳酸钠水溶液300ml洗涤，最后用水300ml洗涤，硫酸钠干燥，真空浓缩干，正己烷重结晶，得4-哌啶酮利福霉素S 28.5g，计算收率为85.3％，HPLC检测含量为98.8％。
化学反应如下所示：
对比实施例3：向反应器内加入四氢呋喃400ml、乙酸铵6.6g、锌粉6.6g、4-哌啶酮8.4g(84.50mmol)、3-氨基-4-亚胺利福霉素S 30g(42.25mmol)，10℃-20℃反应12小时，过滤，加入二氯甲烷300ml，用15％盐酸水溶液300ml洗涤，再用5％碳酸钠水溶液300ml洗涤，最后用水300ml洗涤，硫酸钠干燥，真空浓缩干，正己烷重结晶，得4-哌啶酮利福霉素S 20.6g，计算收率为61.6％，HPLC检测含量为91.2％。
实施例4 N-乙基-4-哌啶酮利福霉素S的制备
向反应器内加入二氯甲烷400ml、乙酸铵22g、锌粉22g、N-乙基-4-哌啶酮5.4g(42.25mmol)，10℃-20℃搅拌10分钟，缓慢加入3-氨基-4-亚胺利福霉素S 30g(42.25mmol)，120分钟加完后，30℃-40℃反应2小时，过滤，二 氯甲烷50ml洗涤，合并虑液，用15％盐酸水溶液300ml洗涤，再用5％碳酸钠水溶液300ml洗涤，最后用水300ml洗涤，硫酸钠干燥，真空浓缩干，正己烷重结晶，得N-乙基-4-哌啶酮利福霉素S 27.9g，计算收率为80.7％，HPLC检测含量为97.7％。
化学反应如下所示：
对比实施例4：向反应器内加入二氯甲烷400ml、乙酸铵22g、锌粉22g、N-乙基-4-哌啶酮5.4g(42.25mmol)、3-氨基-4-亚胺利福霉素S 30g(42.25mmol)，30℃-40℃反应4小时，过滤，二氯甲烷50ml洗涤，合并虑液，用15％盐酸水溶液300ml洗涤，再用5％碳酸钠水溶液300ml洗涤，最后用水300ml洗涤，硫酸钠干燥，真空浓缩干，正己烷重结晶，得N-乙基-4-哌啶酮利福霉素S 21.5g，计算收率为62.3％，HPLC检测含量为90.8％。
实施例5 N-异丙基-4-哌啶酮利福霉素S的制备
向反应器内加入甲醇400ml、乙酸铵4.4g、锌粉4.4g、N-异丙基-4-哌啶酮29.8g(211.25mmol)，10℃-20℃搅拌10分钟，缓慢加入3-氨基-4-亚胺利福霉素S 30g(42.25mmol)，50分钟加完后，40℃-50℃反应4小时，过滤，加入二氯甲烷300ml，用15％盐酸水溶液300ml洗涤，再用5％碳酸钠水溶液300ml洗涤，最后用水300ml洗涤，硫酸钠干燥，真空浓缩干，正庚烷重结晶，得N-异丙基-4-哌啶酮利福霉素S 28.7g，计算收率为81.6％，HPLC检测含量为98.3％。
化学反应如下所示：
对比实施例5：向反应器内加入甲醇400ml、乙酸铵4.4g、锌粉4.4g、N-异丙基-4-哌啶酮29.8g(211.25mmol)、3-氨基-4-亚胺利福霉素S 30g(42.25mmol)，40℃-50℃反应5小时，过滤，加入二氯甲烷300ml，用15％盐酸水溶液300ml洗涤，再用5％碳酸钠水溶液300ml洗涤，最后用水300ml洗涤，硫酸钠干燥，真空浓缩干，正庚烷重结晶，得N-异丙基-4-哌啶酮利福霉素S18.4g，计算收率为52.3％，HPLC检测含量为88.4％。
实施例6 N-异丁基-4-哌啶酮利福霉素S的制备
向反应器内加入乙酸乙酯400ml、乙酸铵2.2g、锌粉2.2g、N-异丁基-4-哌啶酮19.65g(126.75mmol)，10℃-20℃搅拌10分钟，缓慢加入3-氨基-4-亚胺利福霉素S 30g(42.25mmol)，60分钟加完后，50℃-60℃反应6小时，过滤，乙酸乙酯50ml洗涤，合并虑液，用15％盐酸水溶液300ml洗涤，再用5％碳酸钠水溶液300ml洗涤，最后用水300ml洗涤，硫酸钠干燥，真空浓缩干，异辛烷重结晶，得N-异丁基-4-哌啶酮利福霉素S 29.6g，计算收率为82.8％，HPLC检测含量为97.3％。
化学反应如下所示：
对比实施例6：向反应器内加入乙酸乙酯400ml、乙酸铵2.2g、锌粉2.2g、N-异丁基-4-哌啶酮19.65g(126.75mmol)、3-氨基-4-亚胺利福霉素S 30g(42.25mmol)，50℃-60℃反应7小时，过滤，乙酸乙酯50ml洗涤，合并虑液，用15％盐酸水溶液300ml洗涤，再用5％碳酸钠水溶液300ml洗涤，最后用水300ml洗涤，硫酸钠干燥，真空浓缩干，异辛烷重结晶，得N-异丁基-4-哌啶酮利福霉素S 19.2g，计算收率为53.7％，HPLC检测含量为89.7％。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。