n-叔丁基甘氨酰氯鹽酸鹽的合成

n-叔丁基甘氨酰氯鹽酸鹽的合成

革加環(huán)素（1）被稱為4、7-雙異甲基硝胺（2-甲基硝胺）-9-，被稱為氨基丙烯酸酯（4-4、4a、5、5a、6、11、12、8羥基-3、10、12、12、12-硝基二胺和硝基二胺。這是由美國惠氏劑公司開發(fā)的四環(huán)素抗生素。2005年，美國f.a批準(zhǔn)其上市。與米諾環(huán)素(minocycline)相比,1在9-位增加了N-叔丁基甘氨酰胺基,這一獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得1可以克服由外排及核糖體保護(hù)介導(dǎo)的耐藥性,用于治療四環(huán)素耐藥菌株所致的感染,市場前景廣闊。四環(huán)素類抗生素遇日光會(huì)變色,酸性及堿性條件下易發(fā)生水解,并且可以和金屬離子在一定條件下形成螯合物,其C-11和C-12上的羥基容易發(fā)生氧化,C-4上的二甲胺基即使在比較溫和的環(huán)境下(弱堿性、溫度高于25℃以及潮濕條件下)也容易發(fā)生異構(gòu)化,從而加大合成上的困難。1的合成可以6-去甲金霉素或米諾環(huán)素為原料。前者需經(jīng)催化氫化、硝化等步驟,操作復(fù)雜,總收率較低。后者主要有以下兩條路線:(1)先制得9-硝基米諾環(huán)素,還原得到9-氨基米諾環(huán)素,與鹵代乙酰鹵或鹵代乙酐等?；噭┓磻?yīng),最后和叔丁胺反應(yīng)制得;(2)先制得9-氨基米諾環(huán)素,然后直接與N-叔丁基甘氨酰氯鹽酸鹽反應(yīng),路線短,收率高,更適合放大生產(chǎn)。本研究參考相關(guān)文獻(xiàn),以鹽酸米諾環(huán)素(6)為原料,在濃硫酸中經(jīng)硝酸鈉硝化得9-硝基米諾環(huán)素硫酸鹽(7),7不經(jīng)純化直接進(jìn)行催化氫化得9-氨基米諾環(huán)素硫酸鹽(8),8在鹽酸和氨水作用下得9-氨基米諾環(huán)素鹽酸鹽(9),9與自制的N-叔丁基甘氨酰氯鹽酸鹽作用,最后經(jīng)乙醇-丙酮處理和丁醇重結(jié)晶制得1。硝化時(shí)溫度、加料速度和氯化氫殘留對反應(yīng)有重要影響,本研究通過控制反應(yīng)溫度,采取分批少量加入的方式和充分去除反應(yīng)體系的氯化氫來減少由此帶來的開環(huán)、二硝基化合物以及氯代物等雜質(zhì)的生成。文獻(xiàn)在硝化后處理過程中使用乙醚,純化效果較差;本研究以異丙醇進(jìn)行后處理,所得固體顆粒較大,容易過濾,并且能夠去除一部分雜質(zhì)。在還原過程中,將7溶解在醇/水溶液中,比文獻(xiàn)以水為溶劑的還原條件更溫和,還原時(shí)間短。通過將8制備成9的過程可以將9純化。文獻(xiàn)在濾除鈀炭后加入鹽酸,用氨水調(diào)節(jié)pH至等電點(diǎn),從而析出產(chǎn)品,但是由于體系中存在有機(jī)溶劑,收率和純度均較低;文獻(xiàn)將8固體干燥后,先轉(zhuǎn)化成游離態(tài)的9-氨基米諾環(huán)素,然后再轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的鹽酸鹽,該過程要使用大量有機(jī)溶劑,且游離態(tài)的9-氨基米諾環(huán)素穩(wěn)定性較差,會(huì)產(chǎn)生新的雜質(zhì)。本研究先經(jīng)過有機(jī)溶劑處理得到8固體,干燥去除有機(jī)殘留后,在水溶液中直接將8轉(zhuǎn)化成9,不僅減少了有機(jī)溶劑的使用,收率較高,且所得產(chǎn)品純度可達(dá)95%以上(HPLC法)。溴乙酸叔丁酯(2)與叔丁胺反應(yīng)得到N-叔丁基甘氨酸叔丁酯(3),3在酸性環(huán)境下水解得到N-叔丁基甘氨酸(4),4與氯化亞砜反應(yīng)得到N-叔丁基甘氨酰氯鹽酸鹽(5)。制備5時(shí),文獻(xiàn)用過量叔丁胺對2進(jìn)行氨基化,但接下來濃縮時(shí)會(huì)帶出大量產(chǎn)品,損失較大;本研究采用2倍當(dāng)量的叔丁胺,反應(yīng)結(jié)束后先過濾除去氫溴酸鹽,不經(jīng)濃縮直接加入足量鹽酸,分層后水相直接進(jìn)行水解反應(yīng),可以避免濃縮帶來的損失。參考相關(guān)文獻(xiàn),將5與9進(jìn)行反應(yīng)制得1粗品,用乙醇-丙酮處理,除去大部分雜質(zhì),再參考相關(guān)文獻(xiàn)用丁醇進(jìn)一步純化得到1純品。本法步驟較短,條件溫和,有機(jī)溶劑使用少,操作簡便,適合工業(yè)化生產(chǎn),以6計(jì)總收率為27.9%(文獻(xiàn):29%),純度>99.8%(HPLC法)。1的合成路線見圖1。氯化亞的制備在250ml單口燒瓶中加入研磨過的4(50.0g,0.30mol)、無水甲苯(225ml)和DMF(2.5ml),室溫?cái)嚢柘峦ㄟ^連接有尾氣吸收裝置的恒壓滴液漏斗緩慢滴加氯化亞砜(32.5ml,0.45mol)。加畢升溫至80～85℃反應(yīng)3h。冷卻到室溫,減壓蒸除殘留的氯化亞砜以及產(chǎn)生的二氧化硫和氯化氫。冰箱靜置0.5h,過濾,濾餅用無水甲苯(45ml×3)和乙醚(60ml×2)洗滌,室溫減壓干燥,得白色固體5(50.1g,90.2%)。IR(KBr)ν(cm-1):3060.45,2750.57,1762.62,1638.4。9橘黃色反應(yīng)酰氯化反應(yīng)500ml三頸瓶中加入6(購自武漢遠(yuǎn)城科技發(fā)展有限公司,含量92.9%,50.0g,0.1mmol),冰鹽浴冷卻下加入濃硫酸(100ml),攪拌溶解后真空抽至無氣泡,繼續(xù)攪拌抽氣1h,得黃色透明溶液。控溫于-5～0℃,分次加入硝酸鈉(10.1g,0.13mol)。同溫?cái)嚢璺磻?yīng)1～1.5h,得橘黃色溶液。HPLC顯示反應(yīng)完全后,冰鹽浴控溫于-5～0℃,攪拌下加至異丙醇(600ml)中,析出淺黃色固體。滴畢同溫?cái)嚢?0min,氮?dú)獗Ｗo(hù)下過濾,濾餅經(jīng)異丙醇(100ml×2)洗滌,得淺黃色固體7粗品,不經(jīng)純化直接用于下步反應(yīng)。9催化劑恒酰氯法如上所得7于攪拌下溶解于去離子水(100ml)和無水甲醇(150ml)的混合液中。加入10%Pd/C(4.0g),于0.3MPa氫壓下催化氫化反應(yīng)4h。濾除催化劑,用甲醇(25ml×2)洗滌,劇烈攪拌下,將所得黃色濾液緩慢滴加到冰鹽浴冷卻的異丙醇(1500ml)中,析出黃色固體。滴畢室溫?cái)嚢?.5h。氮?dú)獗Ｗo(hù)下過濾,濾餅用無水乙醚(200ml×2)洗滌,減壓干燥后得8(59.9g),直接用于下步反應(yīng)。MS-ES(m/z):473[M++1]。9gc/ms色譜條件8(53.5g,0.08mol)溶于0～4℃去離子水(180ml)中,攪拌下加入濃鹽酸(14ml),攪拌1h。加濃氨水緩慢調(diào)至pH3.0。加入無水亞硫酸鈉(0.6g),再加稀氨水調(diào)至pH4.2,0～5℃攪拌1h,其間保持體系pH(4.2±0.2)。停止攪拌,生成少量黃色固體。于-5～5℃下靜置24h,氮?dú)獗Ｗo(hù)下過濾,濾餅依次用0～5℃的去離子水(25ml×2,pH4.2)和異丙醇(45ml×2)洗滌,減壓干燥,得黃色固體9(16.7g,以6計(jì)收率36.7%),mp198～202℃(分解),[α]D20-246.0?(c0.2,H2O),[α]D20-239.0?(c0.2,CH3OH)。純度96.7%[HPLC歸一化法:色譜柱WatersRPC8柱(4.6mm×150mm,3.5μm);流動(dòng)相A:0.03mol/LKH2PO4(用磷酸調(diào)至pH2),B:乙腈-水(9∶1),A∶B=96∶4;檢測波長250nm;流速0.8ml/min;柱溫35℃]。MS-ES(m/z):473[M++1];1HNMR(400MHz,DMSO-d6)δ:1.52～1.56(m,1H,5-CH),2.22～2.28(m,1H,6-CH),2.45(s,6H,4-N(CH3)2),2.76(s,6H,7N(CH3)2),4.3(s,1H,4-CH),8.0(s,1H,CH-8),9.05(s,1H),9.55(s,1H),9.95(brs,1H)。苯甲酰胺的合成將9(15.5g,0.03mol)加至0～5℃的去離子水(75ml)中。氮?dú)獗Ｗo(hù)下分次加入5(18.0g,0.1mol)。加畢同溫?cái)嚢璺磻?yīng)1.5h。HPLC顯示反應(yīng)完全后加18%氨水(約17ml)調(diào)至pH7.2。加入甲醇(150ml),用二氯甲烷(150ml)萃取,再加5%氨水(約1.5ml)調(diào)至pH7.2。攪拌15min后分液。水相用二氯甲烷(150ml×5)萃取。合并有機(jī)相,用50%甲醇(50ml×2)洗滌2次,無水硫酸鈉干燥過夜后過濾。濾餅用二氯甲烷(50ml×2)洗滌,合并濾液和洗液,25～35℃減壓濃縮,40℃下真空干燥24h,得棕色固體1粗品(15.3g,87.1%),純度91.8%[HPLC歸一化法:色譜柱伊利特C18柱(4.6mm×150mm,3.5μm);流動(dòng)相A:磷酸鹽緩沖液(K2HPO44.35g和EDTA0.93g溶于水950ml中,用磷酸調(diào)至pH6.4)-乙腈(95∶5),B:磷酸鹽緩沖液(K2HPO44.35g和EDTA0.93g溶于水500ml中,用磷酸調(diào)至pH6.4)-乙腈(500∶500),梯度洗脫:0～40min,A∶B=85∶15;40～55min,A∶B=85∶15～57∶43;55～59min,A∶B=57∶43～0∶100;59～66min,A∶B=0∶100～85∶15;檢測波長248nm;流速1.0ml/min;柱溫25℃]。1L單口燒瓶中加入叔丁胺(142.7g,1.94mol)和甲苯(380ml),室溫?cái)嚢柘戮徛渭?(185.2g,0.95mol)的甲苯(570ml)溶液,逐漸生成白色固體。滴畢升溫至50℃,攪拌反應(yīng)1h,再升溫至70℃,攪拌反應(yīng)3h。冷卻至室溫,冰箱中靜置1h。過濾,濾餅用甲苯洗滌(100ml×2)。合并濾液和洗液,加入濃鹽酸(475ml),加熱至80℃反應(yīng)3h。冷卻到室溫,分相,有機(jī)相用去離子水(100ml)洗滌。合并水相,減壓濃縮至漿狀,加入異丙醇(200ml),再濃縮至約100ml,冰箱靜置0.5h。過濾,濾餅用異丙醇(20ml×2)洗滌,60～70℃干燥后得白色固體4(123.5g)。濾液重復(fù)上述操作2次,又得白色固體4(18.6g)。共計(jì)得4142.1g,收率為93.6%,mp207～210℃。1HNMR(400MHz,D2O)δ:1.45(s,9H),3.92(s,2H)。氨基甘氨酸鹽酸鹽4標(biāo)準(zhǔn)溶液與固體13.2%,3.4%1粗品(15.0g)加至乙醇(105ml)中,攪拌15min,再加入丙酮(105ml),升溫至35～40℃攪拌15min。冷卻至室溫?cái)嚢?h,0～5℃靜置1h,過濾。濾餅用-5～5℃的乙醇-丙酮混合溶劑(1∶1,20ml×2)洗滌,40℃減壓干燥12h。再用2-丁醇重結(jié)晶,40℃減壓干燥后得金黃色固體1(13.1g,精制率87.3%),純度99.8%(檢測條件同1粗品)。mp172～174℃(文獻(xiàn):169～174℃),[α]D20-205.5?(c0.2,H2O),[α]D20-197.0?(c0.2,CH3OH)(文獻(xiàn):[α]D20-213～-219?)。MS-ES(m/z):584[M+-1],585[M+];1HNMR(400MHz,DMSO-d6)δ:1.10(s,9H,Me3C),1.56～1.63(m,1H,CH-5),2.08～2.10(m,1H,