一种多尼培南的中间体的制备工艺 1、 技术领域
本发明属于医药技术领域， 具体涉及一种多尼培南重要中间体 I 的制备工艺。
2、 背景技术
碳青霉烯类抗生素具有很强的抗菌活性和广泛的抗菌谱， 因其对 β- 内酰胺酶稳 定， 在临床上有很高的应用性。多尼培南是盐野义制药股份有限公司合成的注射用碳青霉 烯类抗生素， 有一个 4 位被甲基， 3 位被氨基磺酰胺基取代的吡咯烷基。多尼培南作用机 制与其他 β- 内酰胺类抗菌药物相同， 主要是与细菌的细胞壁合成酶细菌青霉素结合蛋白 (PBP) 结合， 抑制细菌细胞壁的合成。多尼培南对需氧类革兰阳性菌， 革兰阴性菌及厌氧类 细菌， 具有抗菌谱广， 抗菌活性强的特点， 特别是对绿脓杆菌， 在现有的碳青霉烯类抗生素 中有最强的抗菌活性， 因此， 被广泛应用于多种细菌引起的复杂性腹腔内感染， 还有多种细 菌引起的复杂性泌尿道感染 ( 包括肾盂肾炎 )。 多尼培南的合成路线主要是用 [4R-[4α， 5β， 6(R*)]]-4- 硝基苄基 -3-[( 二苯基 膦基 ) 氧基 ]-6-(1- 羟乙基 )-4- 甲基 -7- 氧代 -1- 氮杂双环 [3.2.0] 庚 -2- 烯 -2- 羧酸 酯 ( 也称 MAP) 和侧链 (2S， 4S)-4- 乙酰硫基 -2-[[N- 氨基磺酰基 -N-( 叔丁氧羰基 ) 氨基 ] 甲基 ] 吡咯烷 -1- 甲酸对硝基苄酯反应生成带保护的多尼培南， 然后再脱保护即得多尼培 南 ( 中国专利 92111069)。本发明中的多尼培南中间体 (I) 就是在合成多尼培南过程中的 侧链中间体 (2S， 4S)-4- 乙酰硫基 -2-[[N- 氨基磺酰基 -N-( 叔丁氧羰基 ) 氨基 ] 甲基 ] 吡 咯烷 -1- 甲酸对硝基苄酯。
目前， 工业化的合成方法主要有以下两种 ：
路线一 ：
路线 1 是以原料 (2S， 4R)-4- 羟基吡咯烷 -2- 羧酸与对硝基苄氧羰基氯反应生成 N 保护化合物， 然后在回流温度下与甲醇和硫酸反应生成羧酸甲酯， 未后处理再与甲磺酰氯 反应， 然后使用硼氢化钠还原右边的羧酸酯， 生成羟甲基化合物， 用未处理的中间体与硫代
乙酸钾反应生成乙酰巯基化合物， 最后通过三苯基磷和 DIAD 与 N-BOC 磺酰胺反应生成所要 的产品。
路线二 ：
路线 2 也是以原料 (2S， 4R)-4- 羟基吡咯烷 -2- 羧酸与二氯亚砜反应， 先生成羧酸 甲酯， 再与对硝基苄氧羰基氯反应生成 N 保护化合物， 未后处理再与甲磺酰氯反应， 然后使 用硼氢化钠还原右边的羧酸甲酯， 生成羟甲基化合物， 未处理直接与硫代乙酸钾反应生成 乙酰巯基化合物， 最后通过三苯基磷和 DIAD 与 N-BOC 磺酰胺反应生成所要的产品。
在上述的工艺中， 我们可以看出来两条路线大致是一样的， 都存在多种缺陷 ： 首先 各步中间体未进行有效分离纯化， 导致最终产品纯度低 (90.5％ )， 不宜精制， 不符合市场 需求 ； 其次反应中使用有毒性较大的溶剂 ( 比如甲苯等 )、 对环境污染较大的试剂 ( 三苯 基磷等 )， 不利于控制放大生产对操作人员以及环境的保护 ； 再次， 生产中使用昂贵的原料 ( 三苯基磷、 偶氮二甲酸二异丙酯 (DIAD)、 硼氢化钠等 ) 且总收率较低 ( 两条路线的总收率 大概都在 45％～ 55％之间 )， 导致产品成本较高， 市场竞争力较差。
3、 发明内容
为了解决上述问题， 进一步改良和优化多尼培南中间体 I 的制备工艺， 本公司发 明人经过大量的条件实验， 用乙酸乙酯代替属于易制毒的甲苯 ； 用便宜的硼氢化钾代替硼 氢化钠， 降低生产的成本以及原料毒性 ； 把一锅式方法分开来， 通过优化各步反应， 提高各 步中间体纯度， 从而控制终产品的纯度从原有的 90.5％提高到 99.5％， 产品质量实现了质 的飞跃 ； 更重要的是关于最后偶联反应的技术改进， 使用廉价的对环境较少威胁的反应试 剂取代了原 Mitsunnobu 反应所必须的反应试剂三苯基磷和偶氮二甲酸二异丙酯， 不仅大 大降低了环境污染， 而且收率纯度均有了很大的提高。 终产品的总收率达到 75％以上， 纯度 提高到 99.5％。
而最后偶联反应因为巯基的保护基非常不稳定， 通常条件下这一步反应在偶联反 应发生的同时巯基保护基 ( 乙酰基 ) 也已经脱去。通过我们仔细优化， 发现只有在使用位 阻较大亲核性较弱的碱比如二异丙基乙基胺 (DIEA)， 2， 2， 6， 6- 四甲基哌啶 (TEMP) 作为催 化剂， 同时在分子筛存在的条件下反应才能顺利进行也即实现偶联反应同时避免巯基的保 护基的离去。从而发明了一种更有利于工业化生产， 更高效更环保的生产工艺。
具体操作方法如下 ：
一种多尼培南的中间体 I 的制备工艺， 其特征在于合成路线如下 ：
a、 将 4- 羟基吡咯烷 -2- 羧酸和对硝基苄氧羰基氯按一定的摩尔比， 在碳酸钾， 水和乙酸乙酯存在下反应， 生成中间体 I-1。
b、 将中间体 I-1 与甲醇在浓硫酸存在下回流反应， 得到酯化产品 I-2 ；
c、 将中间体 I-2 与甲磺酰氯在三乙胺存在下反应， 得到中间体 I-3 ；
d、 将中间体 I-3 用硼氢化钾还原， 得到中间体 I-4 ；
e、 将中间体 I-4 与硫代乙酸钾在混合溶剂乙酸乙酯和 DMF 中反应， 得到中间体I-5 ；
f、 将中间体 I-5 与甲磺酰氯或者对甲苯磺酰氯在二异丙基乙基胺等位阻较大的 碱存在下反应， 得到中间体 I-6 ；
g、 用 氯 磺 酰 异 氰 酸 酯 在 叔 丁 醇 和 乙 酸 乙 酯 溶 液 中， 通过三乙胺和氨水生成 N-BOC- 硫酰胺即中间体 I-7。h、 将中间体 I-6 和制备好的 I-7 在 THF 中、 二异丙基乙基胺等位阻较大的碱以及 分子筛存在下反应即得到本发明中所提到的多尼培南中间体 I。
优选的在于步骤 a 中 PNZ-Cl 的乙酸乙酯浓度范围按质量计是 0.8 ～ 1.2g/ml， 不 仅降低了原来使用溶剂甲苯的毒性， 降低了成本， 并且该浓度范围下可以保证用最少的原 料达到最大的利用率。
优选的在于步骤 d 中使用硼氢化钾做还原剂， 其中硼氢化钾与 I-3 的摩尔比是 1.8 ～ 2.3， 使用该摩尔比内的硼氢化钾， 比使用硼氢化钠成本低近 30％， 并且在该摩尔比 范围内， 既能保证反应成功又能在后处理过程中减少使用的 5％硫酸水溶液的量。
优选的在于步骤 e 中的混合溶液使用 DMF 和乙酸乙酯， 其中 DMF 与乙酸乙酯的体 积比是 1 ∶ 1.2 ～ 1.8。
更进一步优选的在于步骤 h 中使用位阻较大的有机碱如二异丙基乙基胺 (DIEA)， 2， 2， 6， 6- 四甲基哌啶 (TEMP)， 还有反应中加入分子筛， 不仅降低了原有成本， 还避免了巯 基保护基的解离， 提高了收率， 最后纯化使用异丙醇水溶液重结晶， 其中异丙醇水溶液的体 积比是异丙醇∶水＝ 75 ～ 85 ∶ 25 ～ 15， 使用该重结晶的方法省去了产品需要过色谱柱的 麻烦， 并且能够使产品纯度达到 99.5％以上。
为了更好的说明本发明方法， 下面通过具体实施例来说明 ：
实施例 1 ：
一、 中间体 I-1 的制备
500L 反应釜中， 在 0 ～ 5℃下， 向 4- 羟基吡咯烷 -2- 羧酸 (40kg， 305mol) 和碳酸 钾 (76kg) 的水溶液 (200L) 中， 缓慢滴加 PNZ-Cl(65.6kg， 1.0eq.) 的乙酸乙酯溶液 (54L) ； 滴加完毕， 在 2℃左右保温搅拌 1 小时， 混合液分层， 取水相 ； 5 ～ 10℃向水相中滴加浓盐酸 (61.6kg)， 然后在 10℃搅拌 0.5 小时， 之后向悬浮液中滴加浓盐酸 (18.4kg)， 甩滤， 用少量 乙酸乙酯洗涤滤饼， 固体取出干燥得无色结晶粉末 I-1(94.5kg， 94.6％ )， 纯度 99.1％ ；
二、 中间体 I-2 的制备
取 I-1(40kg， 121.6mol) 的甲醇溶液 (200L)， 滴加浓硫酸 (98 ％， 2.4kg)， 将反应 物混合液在 60 ℃下搅拌反应 7 小时 ； 将混合物冷却到低于 10 ℃， 用 5 ％的氢氧化钠水溶 液调节 PH 值到 5， 然后浓缩溶液， 将残渣 (71.2kg) 倒入乙酸乙酯 (200L) 与 10 ％氯化钠 (200L) 的混合溶液里， 搅拌后让溶液分层 ； 取有机相， 干燥浓缩， 得到黄色油状物中间体 I-2(41kg， 98％ )， 纯度 99.0％ ；
三、 中间体 I-3 的制备
将 I-2(40kg， 123.5mol) 的 乙 酸 乙 酯 溶 液 (220L) 冷 却 到 0 ℃，缓 慢 滴 加 MsCl(15.2kg， 1.1eq) 和三乙胺 (14.8kg， 1.2eq)， 滴加完成后， 0℃保温搅拌 0.5 小时， 用 5％ 的 H2SO4 溶液和水洗涤溶液， 取有机相， 干燥浓缩， 得中间体 I-3(47.2kg， 95％ )， 纯度 96％ ；
四、 中间体 I-4 的制备将 I-3(45kg， 107mol) 溶于乙酸乙酯 (192L) 和乙醇 (30L) 的混合液中， 降温到 0℃， 在 0℃下分批加入硼氢化钾 (1.2kg x 10， 1.8eq.)， 反应结束后， 用 5％的硫酸溶液和 水洗涤反应液， 收集有机相， 浓缩， 即得中间体 I-4(38.5kg， 95.1％ )， 纯度 95％ ； 1
HNMR(500MHz， DMSO)2.25 ～ 2.28(m， 2H)， 3.30(s， 3H)， 3.43 ～ 3.66(m， 3H)， 3.74 ～ 3.81(m， 1H)， 3.92 ～ 4.02(m， 1H)， 4.80 ～ 4.87(m， 1H)， 5.20 ～ 5.28(m， 3H)， 7.61 ～ 7.63(d， 2H).8.21 ～ 8.22(d， 2H)
五、 中间体 I-5 的制备把中间体 I-4(38kg， 102mol) 溶于 DMF(100L) 和乙酸乙酯 (130L) 的混合溶液中， 再加入硫代乙酸钾 (18kg)， 混合液在 65℃下搅拌反应 7 个小时， 等温度降到低于 40℃时候， 向反应液中加入 1％的硫酸水溶液 (96L)， 浓缩掉乙酸乙酯， 将水相混合液 (240kg) 在室温 搅拌 1 小时。收集沉淀并干燥得浅黄色结晶粉末 I-5(32.1kg， 85.7％ )， 纯度 99.2％ ；
六、 中间体 I-6 的制备将 I-5(30kg， 84.7mol) 的 乙 酸 乙 酯 溶 液 (160L) 冷 却 到 0 ℃，缓 慢 滴 加 MsCl(10.6kg， 1.1eq.) 和二异丙基乙基胺等 (11.2kg)， 滴加完成后， 0℃保温搅拌 0.5 小时， 用 5％的 H2SO4 溶液和水洗涤溶液， 取有机相， 干燥浓缩， 得中间体 I-6(34.5kg， 95％ )， 纯度 96％ ；
七、 中间体 I-7( 即 N-BOC- 硫酰胺 ) 的制备
氮气保护下， 室温， 向 500L 干燥反应釜中加入乙酸乙酯 (212kg)， 降温至 -5℃， 搅 拌下加入氯磺酰异氰酸酯 (25.7kg， 180mol)， -10-0℃开始滴加叔丁醇与乙酸乙酯的混合溶 液 ( 其中叔丁醇 13.1kg， 乙酸乙酯 21kg)， 放热剧烈， 滴加完毕后保温反应 2 小时 ； 保温完毕 开始滴加三乙胺 (40kg， 2.5eq.)， 滴加完毕， 开始滴加氨水 (71.9kg)， 滴加完毕加入蒸馏水 (21.1kg)， 然后保温反应 3 小时 ； 保温完毕降温， -10-0℃滴加 20％硫酸水溶液 ( 约 232kg)， 在 PH 值等于 7 时， 静置分层， 水相用乙酸乙酯萃取 (80kg/ 次， 一共 2 次 )， 合并有机相， 用无 水硫酸钠 (25kg) 干燥 4 小时 ； 过滤干燥剂， 滤液浓缩至大部分溶剂去除， 精制析晶， 甩干得 白色晶体状 N-BOC- 硫酰胺 (34kg， 95％ )， 即中间体 I-7， 备用 ；
八、 多尼培南的中间体 I 的制备
在 500L 反应釜中， 20℃下， 把 I-6(30kg， 73.2mol) 的干燥 THF(100L) 溶液分批加 入到 DIEA(46kg， 1.2eq.) 和 N-BOC- 硫酰胺 (33.2kg， 1.5eq) 的干燥 THF(100L) 溶液中， 溶 剂中加入 200g 新活化分子筛。 滴加完毕后在 20℃下搅拌 7 个小时， 反应结束后， 浓缩溶液， 用甲醇把溶液中剩余的乙酸乙酯替换， 减压蒸馏， 得到浓缩液 (60kg) ； 在 65℃下向浓缩液 中加入 30L 蒸馏水， 然后在 50℃下搅拌 2 小时， 然后降温， 在室温下搅拌 12 小时 ； 甩滤， 用 75％的异丙醇水溶液 ( 异丙醇∶水＝ 75 ∶ 25) 重结晶， 干燥， 得淡黄色晶体粉末 I(36.2kg， 88.5％ )， 纯度 99.6％。
MS ： 555.1(M+Na)， 1087.2(2M+Na) 1
HNMR(500MHz， CDCl3)1.47(s， 9H)， 1.57 ～ 1.60(m， 1H)， 2.34(s， 3H)， 2.55 ～ 2.61(m， 1H)， 3.24 ～ 3.28(m， 1H)， 3.60 ～ 3.64(m， 1H)， 3.93 ～ 4.04(m， 2H)， 4.23 ～ 4.27(m， 1H)， 4.52 ～ 4.54(d， 1H)， 5.13 ～ 5.21(m， 2H)， 5.82(s， 2H)， 7.47 ～ 7.49(d， 2H)， 8.212 ～
8.23(d， 2H)
元素分析 ： N10.47 C45.35 H5.39
实施例 2
一、 中间体 I-1 的制备
500L 反应釜中， 在 0 ～ 5℃下， 向 4- 羟基吡咯烷 -2- 羧酸 (40kg， 305mol) 和碳酸 钾 (76kg) 的水溶液 (200L) 中， 缓慢滴加 PNZ-Cl(65.6kg， 1.0eq.) 的乙酸乙酯溶液 (68L) ； 滴加完毕， 在 2℃左右保温搅拌 1 小时， 混合液分层， 取水相 ； 5 ～ 10℃向水相中滴加浓盐酸 (61.6kg)， 然后在 10℃搅拌 0.5 小时， 之后向悬浮液中滴加浓盐酸 (18.4kg)， 甩滤， 用少量 乙酸乙酯洗涤滤饼， 固体取出干燥得无色结晶粉末 I-1(95.2kg， 95％ )， 纯度 99.1％。
二、 中间体 I-2 的制备
取 I-1(40kg， 121.6mol) 的甲醇溶液 (200L)， 滴加浓硫酸 (98 ％， 2.4kg)， 将反应 物混合液在 60 ℃下搅拌反应 7 小时 ； 将混合物冷却到低于 10 ℃， 用 5 ％的氢氧化钠水溶 液调节 PH 值到 5， 然后浓缩溶液， 将残渣 (71.2kg) 倒入乙酸乙酯 (200L) 与 10 ％氯化钠 (200L) 的混合溶液里， 搅拌后让溶液分层 ； 取有机相， 干燥浓缩， 得到黄色油状物中间体 I-2(41kg， 98％ )， 纯度 99.0％ ；
三、 中间体 I-3 的制备
将 I-2(40kg， 123.5mol) 的 乙 酸 乙 酯 溶 液 (220L) 冷 却 到 0 ℃，缓 慢 滴 加 MsCl(15.2kg， 1.1eq) 和三乙胺 (14.8kg， 1.2eq)， 滴加完成后， 0℃保温搅拌 0.5 小时， 用 5％ 的 H2SO4 溶液和水洗涤溶液， 取有机相， 干燥浓缩， 得中间体 I-3(47.2kg， 95％ )， 纯度 96％ ；
四、 中间体 I-4 的制备
将 I-3(45kg， 107mol) 溶于乙酸乙酯 (192L) 和乙醇 (30L) 的混合液中， 降温到 0℃， 在 0℃下分批加入硼氢化钾 (1.3kg x 10， 2.0eq.)， 反应结束后， 用 5％硫酸溶液和水 洗涤反应液， 收集有机相， 浓缩， 即得中间体 I-4(38kg， 95％ )， 纯度 95％ ；
五、 中间体 I-5 的制备
把中间体 I-4(38kg， 102mol) 溶于 DMF(92L) 和乙酸乙酯 (136L) 的混合溶液中， 再 加入硫代乙酸钾 (18kg)， 混合液在 65℃下搅拌反应 7 个小时， 等温度降到低于 40℃时候， 向 反应液中加入 1％的硫酸水溶液 (96L)， 浓缩掉乙酸乙酯， 将水相混合液 (240kg) 在室温搅 拌 1 小时。收集沉淀并干燥得浅黄色结晶粉末 I-5(33.2kg， 86.2％ )， 纯度 99.3％ ；
六、 中间体 I-6 的制备
将 I-5(30kg， 84.7mol) 的 乙 酸 乙 酯 溶 液 (160L) 冷 却 到 0 ℃，缓 慢 滴 加 TsCl(17.6kg， 1.1eq) 和 DIEA(11.2kg)， 滴加完成后， 0℃保温搅拌 0.5 小时， 用 5％的 H2SO4 溶液和水洗涤溶液， 取有机相， 干燥浓缩， 得中间体 I-6(49kg， 94％ )， 纯度 96％ ；
七、 中间体 I-7( 即 N-BOC- 硫酰胺 ) 的制备
氮气保护下， 室温， 向 500L 干燥反应釜中加入乙酸乙酯 (212kg)， 降温至 -5℃， 搅 拌下加入氯磺酰异氰酸酯 (25.7kg， 180mol)， -10-0℃开始滴加叔丁醇与乙酸乙酯的混合溶 液 ( 其中叔丁醇 13.1kg， 乙酸乙酯 21kg)， 放热剧烈， 滴加完毕后保温反应 2 小时 ； 保温完毕 开始滴加三乙胺 (40kg， 2.5eq.)， 滴加完毕， 开始滴加氨水 (71.9kg)， 滴加完毕加入蒸馏水 (21.1kg)， 然后保温反应 3 小时 ； 保温完毕降温， -10-0℃滴加 20％硫酸水溶液 ( 约 232kg)， 在 PH 值等于 7 时， 静置分层， 水相用乙酸乙酯萃取 (80kg/ 次， 一共 2 次 )， 合并有机相， 用无 水硫酸钠 (25kg) 干燥 4 小时 ； 过滤干燥剂， 滤液浓缩至大部分溶剂去除， 精制析晶， 甩干得 白色晶体状 N-BOC- 硫酰胺 (34kg， 95％ )， 即中间体 I-7， 备用 ；
八、 多尼培南的中间体 I 的制备
在 500L 反应釜中， 20℃下， 把 I-6(37.2kg， 73.2mol) 的干燥的 THF(100L) 溶液分 批加入到 TEMP(56kg， 1.2eq.) 和 N-BOC- 硫酰胺 (33.2kg， 1.5eq。) 的干燥的 THF(100L) 溶 液中， 溶液中加入 200g 新活化的分子筛， 滴加完毕后在 20℃下搅拌 7 个小时， 反应结束后， 浓缩溶液， 用甲醇把溶液中剩余的乙酸乙酯替换， 减压蒸馏， 得到浓缩液 (58kg) ； 在 65℃下 向浓缩液中加入 30L 蒸馏水， 然后在 50℃下搅拌 2 小时， 然后降温， 在室温下搅拌 12 小时 ； 甩滤， 用 80％的异丙醇水溶液 ( 异丙醇∶水＝ 80 ∶ 20) 重结晶， 干燥， 得淡黄色晶体粉末 I(38.5kg， 90％ )， 纯度 99.5％。
对所公开的实施例的上述说明， 使本领域的专业技术人员能够实现或者使用本发 明。但在本发明基础上可以对之做进一步修改或改进， 这对本领域专业技术人员来说是显 而易见的。因此， 在不偏离本发明的基础上所做的修改或者改进， 均属于保护的范围。
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