本发明涉及一种新颖的用于制备2-二苯基甲基亚硫酰基乙酸甲 酯(MDMSA)的方法。
MDMSA被公开作为合成modafinil,亦称2-[(二苯甲基)亚硫酰基] 乙酰胺,的中间体。Modafinil,一种具有促醒活性的合成乙酰胺,可 用于治疗嗜眠症以及其他病症。
现在,本发明人发现了一种新的适合于大规模合成MDMSA的路线。
有利的是,可以通过两步或三步得到MDMSA,每一步都具有高产 率的特征。
在有利的实施方案中,这些步骤可以在相同的反应器和相同的溶 剂中进行,不需要分离中间体化合物。
本发明的目的在于提供一种经济而有效的制备MDMSA的方法。
这些目的以及其他目的可以通过以下所述的发明实现,即,本发 明涉及一种用于制备2-二苯基甲基亚硫酰基乙酸甲酯的方法,其包括 以下步骤:
(i)将二苯基甲醇转化为二苯基甲基硫代乙酸甲酯;和
(ii)通过氧化把二苯基甲基硫代乙酸甲酯转化为2-二苯基甲基 亚硫酰基乙酸甲酯。
流程图1概括地举例说明了该方法中使用的的步骤:
流程图1
该方法中使用的步骤(i)和(ii)的反应在适当的本技术领域专业 人员可以很容易选择的溶剂中进行,应当理解,适当的溶剂表示在所 考虑的反应温度下,对起始反应物、中间体或产物不具有反应活性的 溶剂,对于反应温度来说,可以从溶剂的凝固点一直变化到溶剂的沸 点。
给定的反应可以在溶剂或若干溶剂的混合物中进行,所述溶剂一 般要根据所考察的反应类型和反应介质的顺序处理来选择。
在优选实施方案中,所述溶剂是非质子溶剂。
可以适合于本发明方法溶剂是,例举但不限于非质子溶剂,尤其 可以提及的是氯化溶剂,芳族溶剂,烃熔剂和醚溶剂。
在氯化溶剂当中,尤其可以提及氯仿、二氯甲烷或氯苯。
在适当的芳族溶剂当中,可以提及,例如,苯、甲苯和氯苯。
作为适当的烃熔剂的实例,可以提及环己烷、戊烷和己烷。
诸如乙醚、四氢呋喃和二噁烷的溶剂可用作醚溶剂。
步骤(i)和(ii)可以独立地、特别是在不同的溶剂中进行,其中每 一中间体都被独立地分离出来。
在有利的实施方案中,这些反应步骤在相同的反应器中进行,并 且勿需分离任何中间体。
步骤i)
在优选实施方案中,二苯基甲醇到二苯基甲基硫代乙酸甲酯的转 化包括两步:
a1)把二苯基甲醇转化为二苯甲基羧酸酯;和
b1)将二苯甲基羧酸酯转化为二苯甲基硫代乙酸甲酯。
流程图2概括地举例说明了在该方法中使用的步骤a1)和b1):
流程图2
步骤a1)
在一个优选实施方案中,步骤a1)包括使二苯基甲醇和酸酐在无 机酸的存在下、在适当的溶剂,优选非质子溶剂中反应。
在本发明范围内,由于其有利的提取、低温蒸馏性能、其不燃性、 其化学中和性及其在本方法环境中容易循环的特性,特别优选二氯甲 烷。
通常,所述酸酐和所述非质子溶剂在约20℃的温度被同时负载到 反应器中。
为了本说明书的目的,酸酐表示一元羧酸的对称酸酐,混合酸酐, 或者多羧酸的环酸酐。
根据本发明,对于可以适用于步骤a1)的酸酐的实例,尤其可以 提及乙酸酐、丁酸酐和丙酸酐,特别优选乙酸酐。
优选的反应条件是,提供在非质子溶剂中相对于二苯基甲醇来说 使用等摩尔量酸酐的那些条件。
但是,优选在酸酐轻微过量的条件下进行该方法。过量太多实际 上可能会导致在该方法的后续步骤中形成副产物,而过分少量而能够 减慢步骤(ii)中进行的氧化反应的动力学。因此,酸酐的摩尔比优选 在1和1.2之间变化,更好是在1和1.1之间,有利的是1.05,这相 当于可以实现纯净合成的最佳酸酐摩尔比。
优选,该方法在溶剂量为1.5-5体积,最好在约2体积的溶剂存 在下进行。在这些条件下,稀释会导致促进形成羧酸酯。
根据同样优选的步骤a)的另一方案,使用的无机酸选自盐酸、氢 溴酸、O-磷酸和硫酸,特别优选硫酸,尤其是96%的水溶液形式。
优选,该方法在相对于二苯基甲醇来说0.02-0.3摩尔当量范围 的无机酸,更好的是在0.05-0.15当量无机酸的存在下进行。
作为安全预防措施,无机酸通常在约0℃的温度下引入以便控制 反应的放热性。
然后,在充分的允许有足够快速反应动力学,但不过高,以便避 免形成副产物如二苯甲基醚的温度下送入二苯基甲醇。特别优选在-5 ℃到+5℃之间的温度进行该方法,甚至更优选-2℃到+2℃之间,引入 时间范围为45分钟到2小时,优选在约1小时内。这一引入时间实际 上使得可以控制反应的放热性并限制形成副产物。
二苯基甲醇通常在此温度下保持足够的接触时间,以取得完全反 应,但温度不能太高以免二苯甲基羧酸酯降解。为了本发明的目的, 表述″完全反应″应理解为意指反应的进行使得生成衍生产物时转化率 大于99.2%,优选大于99.5%。一般说来,在接触时间为2小时之后实 现完全反应。
获得的二苯甲基羧酸酯可以不经中间体的分离而立即用于下一 步。
步骤a1)也可以通过任何其他适当的方法实现。
作为一个例子,步骤a1)可以通过使二苯基甲醇与羧酸反应实现, 比如:
2-甲基丁酸与以下所述物质的组合:
SOCl2,吡啶,在苯中;或
H2SO4,在二氯甲烷中;或
TsOH,在苯中,
这些内容可参见:Fujita S.等,Bull.Chem.Soc.Jpn,1972, 45:2571-2574;
或乙酸与碘化钾的组合,参见Strazzoli P.等,Recl.Trav. Chim.,The Netherlands,1991;1:5-12。
例如,步骤a1)也可以通过使羧酸盐,比如乙酸钠盐反应实现, 参见Herzig S.,Justus Liebigs,Ann.Chem.;1921;422:330。
例如,步骤a1)还可以通过使二苯基甲醇与羧酸氯化物,如乙酰 氯在三乙胺的存在下反应实现,参见Roizel B.等,Chem.Commun., 2000,16:1507-1508。
例如,步骤a1)还可以通过使二苯基甲醇与乙酸乙酯在Ti(OC2H5)的存在下反应实现(Schnurrenberger P.等,Helv.Chim.Acta,1982, 65(4):1197-1201);或在高氯酸铁(III)(ITP)的存在下反应(Kumar B.等,Indian J.Chem.Sect.B,1993,32(2):292-293);或在 Fe(ClO4)3,SiO2的存在下反应(Parmar等,Synth.Commun.,1999, 29(1):139-144)。
步骤b1)
步骤b1)可以通过任何适当的方法进行。
在优选实施方案中,步骤b1)包括使在步骤a1)中得到的溶液与硫 基乙醇酸甲酯接触。
硫基乙醇酸甲酯通常在约10分钟内在0℃引入,引入时对温度不 进行限制(然后其可以增加到约9℃)。然后把反应介质加热到足够高 的温度下以推动反应动力学,但是不应太高以便避免形成副产物。
通常,该方法在15℃-25℃的温度之间进行,优选18℃-22℃之间, 并且在此温度下保持接触足够的时间以取得完全反应,形成极少的副 产物,所述时间通常是2-3小时,优选2小时。
二苯基硫代乙酸甲酯可以不经中间体分离就用于步骤(ii)。
在另一个优选实施方案中,步骤i)包括以下两个步骤:
a2)把二苯基甲醇转化为二苯甲基羧酸;
b2)将二苯甲基羧酸转化为二苯甲基硫代乙酸甲酯。
该方法由流程图3举例说明:
流程图3
步骤a2)
步骤a2)可以根据任何适当的方法,特别是根据以下文献中公开 的方法实现:Dahlbom O.,Acta Chem.Scand.,1948,2:856-858; Carceller E.等,J.Med.Chem.,1993;36:2984-2997;LisacS. 等,J.Organomet.Chem.,1996,507:215-220;Okarvi S.等,J. Labelled Compd.Radiopharm,1997,39:853-874;Patent Thomae GmbH DE 2812542,1979,Chem.Abstract,1980;92;198165; Iskander,Y.等,J.Chem.Soc.,1961,2397-2402。
在特定的实施方案中,步骤a2)是通过使二苯基甲醇与硫代乙酸 在有机或无机酸的存在下反应实现的。
优选,溶剂是质子溶剂,更优选羧酸,特别是乙酸。
无机或有机酸优选选自盐酸,POCl3,三氟乙酸,氢溴酸,O-磷酸, 硫酸,特别优选POCl3和三氟乙酸。
优选,反应在室温进行。
步骤b2)
步骤b2)的酯化反应可以通过本技术领域专业人员公知的任何方 法实现。
在另一个特定的实施方案中,步骤(i)包括以下两个步骤:
a3)把二苯基甲醇的羟基转化为离去基团;
b3)把得到的产物转化为二苯基甲基硫代乙酸甲酯。
该方法通过流程图4来说明:
流程图4
步骤a3)
步骤a3)中的离去基团意思指可以很容易地通过通过亲核反应物 脱除的任何基团。离去基团可以选自卤素,如氯-和溴-基团,或磺酰 基如甲基磺酰基或对-甲苯磺酰基。
步骤a3)可以通过本技术领域专业人员公知的任何方法实现。
例如,可以通过使二苯基甲醇与亚硫酰氯或亚硫酰溴反应而将二 苯基甲醇的羟基转化为氯或溴基团。
例如,可以通过使二苯基甲醇分别与甲磺酰氯或对甲苯磺酰氯反 应而将二苯基甲醇的羟基转化为甲磺酸基或对甲苯磺酸基。
步骤b3)
在优选实施方案中,步骤b3)是按照步骤b1)的条件进行的。
步骤b3)也可能通过任何其他适当的方法实现。
在另一个优选实施方案中,步骤i)包括使二苯基甲醇与硫代乙醇 酸甲酯在金属催化剂的存在下在溶剂中反应,如流程图5所示:
流程图5
优选,所述金属催化剂选自ZnCl2,ZnBr2,ZnI2,特别优选ZnI2。
优选,溶剂选自非质子溶剂,更优选选自卤化溶剂,特别是氯化溶 剂如二氯甲烷,二氯乙烷。
步骤ii)
发明人现在已经确定了可以令人感兴趣地控制由二苯基甲基硫代 乙酸甲酯向2-二苯基甲基亚硫酰基乙酸甲酯进行转化的氧化条件,值 得注意的是,能控制副产物的形成,产率和反应动力学。
对用于步骤(ii)的能够影响反应效率的各种参数可以进行优化, 如引入的氧化剂的量,反应介质的稀释程度,反应温度,接触时间和 反应介质的酸性。
因此,一般说来,氧化剂用量过分少将意味着反应不完全。相反, 过量过分多会促进形成二氧化的副产物,砜。
可以适合于本发明的氧化剂的实例中,尤其可以提到的是过硫酸 氢钾,高锰酸钾、过碳酸钠,过氧化物如过氧化氢、叔丁基氢过氧化 物和间-氯过氧苯甲酸,特别优选过氧化氢。
在优选实施方案中,步骤ii)在二氯甲烷中进行。
根据一个优选实施方案,用于步骤(ii)的氧化剂是过氧化氢,优 选其为35%的水溶液。实际上,较低的滴定率会导致较高的稀释,这 可能会降低反应的动力学。
尽管化学计量的氧化剂足矣,但优选在轻微过量的氧化剂存在下 进行该方法,优选其摩尔比为1-1.1之间。
所述介质的酸性源于步骤(i)的操作条件。
反应温度可以影响所述氧化反应的动力学。因此,优选的是温度 为28℃-37℃之间,因为考虑到所述介质的酸性,在这一温度范围内 反应动力学会有显著增加。
优选,反应温度在28℃-32℃之间。实际上,温度使得可以对该 方法进行最优的控制,尤其是反应终点,超过这一终点,过氧化将变 得很显著。
为了获得纯净的和完全的反应,接触时间可以根据操作规模并且 还根据进行步骤b)时反应介质中存在的无机酸,尤其是硫酸的量进行 变化。
优选,当比例R1=未氧化的衍生物/(单氧化的+二氧化的+未氧化的 衍生物)<0.5%时,就认为步骤(ii)中的反应″完全″。
为了本说明书的目的,表述″纯净的″反应应理解为意味着,其中 比例R2=二氧化的衍生物/(单氧化的+二氧化的+未氧化的衍生 物)<0.5%的反应。
为获得纯净和完全的反应,所需的接触时间可以用常规的分析技 术来测定,其可以通过如HPLC(高效液相层析)、IR(红外)或NMR(核磁 共振)来监测反应的进展。
一般说来,所必需并足以获得纯净和完全反应的接触时间是低于 35小时,优选小于或等于33小时,这样就可以避免副产物如,尤其 是二苯基甲基硫代乙酸的形成,并且大于20小时,优选大于或等于 25小时。
当然,在所述的操作规模下调节用于实现完全反应所需的接触时 间在本技术领域专业人员的能力范围之内。
然而,反应介质中无机酸量的增加可以显著降低氧化反应时间。
不希望受限于任何理论,一种可以解释这种出乎意外的效果的假 设是,无机酸在用氧化剂进行氧化的机理中起到了催化剂的作用。例 如,在硫酸的情况下,假设通过将氧直接转移到可氧化的物种上,或 者间接地通过促进过乙酸的形成而在介质中形成H2SO5型反应中间体。
因此,根据本发明方法中步骤(ii)的优选方案,额外量的无机酸, 优选0.02-0.3摩尔当量,更优选0.05-0.15摩尔当量加入到步骤 b1)的反应介质中,通常是在引入氧化剂之前加入。然后,会观察反应 动力学增加。
有利的是,在步骤(ii)中足以获得完全而纯净反应所需的接触时 间显著降低,通常在10-13小时之间。
有利的是,分两部分引入无机酸,这样就可以降低步骤a1)和b) 中反应介质的酸性,并因此限制副产物的形成。
步骤(iii)
在另外的实施方案中,本发明的方法包括另外的步骤iii),回收 得到的2-二苯基甲基亚硫酰基乙酸甲酯。
在步骤(iii)中形成的MDMSA的分离可以根据本技术领域专业人 员公知的任何常规方法进行。
优选,通过萃取分离MDMSA。
然后,将有机相合并并减压浓缩,优选在70℃的温度下。
根据一个特定的方案,将溶剂蒸干。
产物可以根据本技术领域专业人员公知的任何方法进行纯化,如 重结晶或色谱法。
根据一个特定的实施方案,步骤(iii)可以包括MDMSA的直接结晶 步骤。
为了本说明书的目的,表述″直接结晶″应理解为意指,通过加入 适当的溶剂而使未结晶的产物结晶出来,所述溶剂优选选自,特别是, 甲醇,乙醇,乙酸乙酯,醋酸异丙酯和甲苯,特别优选醋酸异丙酯。
在这里,在基本上脱除非质子溶剂后引入所述结晶溶剂。
有利的是,这种直接结晶使得能够在该方法残余物中立即纯化粗 产物,因此无需分离步骤和较昂贵的后续再处理步骤。
在特别优选的实施方案中,所述方法包括以下步骤:
i)a1)通过使二苯基甲醇和酸酐在无机酸存在下、在适当的非质 子溶剂中反应把二苯基甲醇转化为二苯甲基羧酸酯;
b1)通过使上述溶液与硫代甘醇酸甲酯接触而将二苯甲基羧酸 酯转化为二苯基甲基硫代乙酸甲酯;
ii)通过使上述溶液与氧化剂接触而把二苯基甲基硫代乙酸酯转 化为2-二苯基甲基亚硫酰基乙酸甲酯;和任选
iii)回收所得到的2-二苯基甲基亚硫酰基乙酸甲酯。
该实施方案通过流程图6给予说明:
流程图6
有利的是,可以在三个连续步骤中得到MDMSA,每一步都具有高 产率的特征。
此外,这样的三个步骤可以在相同的反应器和相同的溶剂中进行, 不需要分离中间体。
有利的是,依据这种方法限制并控制的不希望有的副产物的形成, 从而有可能无需后续的再加工步骤。
最后,根据另一个有利的方面,本方法使得可以降低MDMSA的制 造成本,尤其是因为其容易使用,且生产率高并具有可重复性。
本发明的目的还在于通过本发明的方法,特别是通过实施以下方 法得到的MDMSA:
i)a1)使二苯基甲醇和酸酐在无机酸的存在下、在适当的非质子 溶剂中反应而将二苯基甲醇转化为二苯基甲基羧酸酯;
b1)通过使上述溶液与硫代甘醇酸甲酯接触而将二苯甲基羧酸 酯转化为二苯基甲基硫代乙酸甲酯;
ii)通过使上述溶液与氧化剂接触而把二苯基甲基硫代乙酸酯转 化为2-二苯基甲基亚硫酰基乙酸甲酯;和任选
iii)回收所得到的2-二苯基甲基亚硫酰基乙酸甲酯。
本发明也涉及一种制备modafinil的方法,其包括如下步骤:
(i)将二苯基甲醇转化为二苯基甲基硫代乙酸甲酯;和
(ii)通过氧化把二苯基甲基硫代乙酸甲酯转化为2-二苯基甲基 亚硫酰基乙酸甲酯。
实施例
实施例1.在实验室规模上合成MDMSA(0.5升)
a)二苯甲基乙酸酯
在20℃下将108.3克(1.05摩尔;1.05当量)乙酸酐稀释在370 毫升二氯甲烷中。把得到的溶液冷却至0±2℃,之后在约10分钟的时 间里引入2.8毫升96%的硫酸溶液。搅拌约10分钟后,在0±2℃下, 在60±15分钟内,分步引入184.2克(1摩尔,1当量)二苯基甲醇。 保持反应介质在此温度下接触2小时。
b)二苯基甲基硫代乙酸甲酯(MDMTA)
在0±2℃下引入108.3克(1.02摩尔;1.02当量)硫基乙醇酸甲酯, 然后把反应混合物加热到20±2℃,并在此温度下保持接触2小时。
c)2-二苯基甲基亚硫酰基乙酸甲酯(MDMSA)
把反应介质加热到30±2℃,加入100.5±0.5克35%的过氧化氢溶 液。通过HPLC监测氧化反应的进展。接触25小时后,反应完全(R1 和R2<0.5%)。
d)MDMSA的回收
搅拌150毫升蒸馏水。加入25%的氨水溶液以便使pH值=8。分离 含水有机相,水相用2×100毫升二氯甲烷萃取。然后,将有机相合并 并在70℃的温度下减压浓缩。得到的浓缩物结晶,研磨后形成白色粉 末,收率98.0±0.5%。
实施例2和3.在中试规模上合成MDMSA(100升)
实施例2:结晶的MDMSA的合成
a)二苯甲基乙酸酯
在20±2℃下制备乙酸酐(8.73公斤;85.5摩尔;1.05当量)的二 氯甲烷(40升)溶液。然后在100转/分钟的搅拌下、0±5℃、5-10分 钟内加入96%的硫酸溶液(225毫升;4.1摩尔;0.05当量)。然后,在 0±2℃下,在1.25小时内引入二苯基甲醇(15公斤;81.4摩尔,1当 量)。把反应混合物搅拌接触2小时。
b)二苯基甲基硫代乙酸甲酯(MDMTA)
在0±2℃下,在约10分钟内引入硫基乙醇酸甲酯(8.81公斤;82.9 摩尔;1.02当量)。将反应混合物升到20±2℃的温度下,并在此温度 下保持2小时的接触时间,同时伴以100转/分钟的搅拌。
c)2-二苯基甲基亚硫酰基乙酸甲酯(MDMSA)
然后,将反应混合物升到30℃,之后在搅拌(100转/分钟)下,在 约5-10分钟内引入硫酸(450毫升;8.1摩尔;0.1当量)。之后在30±2 ℃下,在1小时内引入35%的过氧化氢溶液(8.19公斤;84.3摩尔; 1.035当量)。通过用HPLC监测反应而测定接触时间(参看表1)。
d)MDMSA的回收
把混合物冷却到20±2℃,然后引入20升水。通过加入充分量的 NH4OH而将反应介质中和,使pH值大于8但小于9之后,分离水相和 有机相,并用10升二氯甲烷对水相萃取两次。用10升水洗涤氯化相。
先在大气压下,然后在减压下蒸馏溶剂,夹套温度为70℃。当蒸 馏结束时,加入醋酸异丙酯(1.8体积;42升),并将全体物质冷却到 -10℃。在45℃的真空下除水并干燥之后,得到MDMSA。
表1:通过试验1-4(步骤(ii)中所述方法得到的MDMSA和中间产 物的产率和质量 试验 二苯基甲基酯 乙酸酯的形成 MDMTA的形成 MDMSA的形成 成品的HPLC 产率 Time HPLC% Time HPLC% Time HPLC% % % 1 2h 98.9 2h 98.5 10h 11h 11h30 T=1 S=0.3 T=0.7 S=0.35 T=0.3 S=0.4 D=99.7 S=0.3 88 2 2h 99.3 2h 99.1 11h30 T=0.9 S=0.35 D=99.6 S=0.3 T=0.1 86.4 3 2h 99.3 2h 99.0 11h30 T=0 S=0.4 D=99.7 S=0.3 90.1 4 2h 99.3 2h 99.1 5h 6h30 8h 9h 10h 11h 11h30 T=7.2 S=0.16 T=4.4 S=0.17 T=2.3 S=0.22 T=1.6 S=0.14 T=1.15 S=0.3 T=0.8 S=0.38 T=0.3 S=0.38 D=99.7 S=0.3 90.0
D=MDMSA S=砜 T=MDMTA
这些结果表明,二苯甲基乙酸酯和MDMTA的制备可以重现。
MDMSA的形成进行11小时30分钟,并且在用醋酸异丙酯结晶后, 可以重现地得到一致的最终产物(R1和R2<0.5%),产率约为90%。
实施例3:粗MDMSA的合成
a)二苯甲基乙酸酯
在20℃下制备乙酸酐(8.73公斤;85.5摩尔;1.05当量)的二氯 甲烷(40升)溶液。然后在100转/分钟的搅拌下、0±5℃、5-10分钟 内加入96%的硫酸溶液(225毫升;4.1摩尔;0.05当量)。然后,在 0±2℃下,在1.25小时内引入二苯基甲醇(15公斤;8.4摩尔,1当量)。 把反应混合物搅拌接触2小时。
b)二苯基甲基硫代乙酸甲酯(MDMTA)
在0℃下,在约10分钟内引入硫基乙醇酸甲酯(8.81公斤;82.9 摩尔;1.02当量)。将反应混合物升温到20±2℃,并在此温度下保持 2小时的接触时间,同时伴以100转/分钟的搅拌。
c)2-二苯基甲基亚硫酰基乙酸甲酯(MDMSA)
只要反应混合物达到30±2℃,就在搅拌(100转/分钟)下,在1 小时内引入35%的过氧化氢溶液(8.19公斤;84.3摩尔;1.035当量)。 通过用HPLC监测反应而测定接触时间(参看表2)。
(d)MDMSA的回收
把混合物冷却到20℃,然后引入20升水。通过加入充分量的NH4OH而将反应介质中和,使pH值大于8但小于9之后,分离水相和有机相, 并用10升二氯甲烷对水相萃取两次。用10升水洗涤氯化相。
在Moritz湍流层中,通过先在大气压下,然后在减压下蒸馏把 溶剂蒸干,夹套温度为70℃。
表2:试验5和6中成品和中间产物的产率和质量 试验 二苯基甲基酯 乙酸酯的形成 MDMTA的形成 MDMSA的形成 成品的HPLC 产率 时间 HPLC% 时间 HPLC% 时间 HPLC% % % 5 2h 99.6 2h 99.2 35h T=0.3 S=0.4 D=99.12 S=0.44 T=0.24 97.2 6 2h 99.3 2h 98.9 33h T=0.17 S=0.4 D=99.2 S=0.4 T=0.2 97
D=MDMSA
S=砜
T=MDMTA
这些结果表明,二苯甲基乙酸酯和MDMTA的形成步骤可以重现。 MDMTA的氧化步骤需要约33-35小时的接触时间,并得到一致的MDMSA 产物(R1和R2<0.5%),具有优良的产率(97%左右)。