抗結核候選藥物PA‑824的製備方法與流程
2023-07-15 21:40:51 1
本發明屬於藥物化學領域，具體涉及一種硝基咪唑吡喃類化合物PA-824的合成，該化合物為抗結核候選藥物。
背景技術：
PA-824是一種硝基咪唑吡喃類化合物，對敏感和耐藥結核桿菌均有效，可以殺死處於潛伏期的結核桿菌，並且與一線的抗結核藥物無交叉耐藥現象。2002年，全球抗結核聯盟(TB聯盟)和美國國立過敏和傳染病研究所達成協議，將PA-824作為新型抗結核藥物研究，目前已完成Ⅱ期臨床(結果尚未公布)，同時作為活性成分與莫西沙星、吡嗪醯胺組成新的複方製劑-PaMZ，目前也處於Ⅱ期臨床。
PA-824，淡黃色結晶性粉末，分子式為：C13H12N3O5F3，分子量為：359.26。1997年，Pathogenesis公司發明了PA-824的第一條合成路線，合成線路採用了矽保護基以及大量的四丁基氟化銨等試劑，價格高昂。2007年，Orita研究組對第一條路線的第一步反應進行改進，選用無溶劑反應，收率顯著提高，但矽保護基的使用導致合成成本較高和去保護基成環反應比較困難。2009年Palmer研究組報導了一條副產物較多的合成線路，使用極少。2010年Sorensen研究組以2-氯-4-硝基咪唑為原料的五步合成路線，路線的整體收率不高。2010年上海陽帆公司報導了以2,4-二硝基咪唑(該化合物需通過3步反應製備)為原料的合成線路，以及2014年專利「抗結核候選藥物PA-824的合成方法」(申請號201410372448.6)公開的合成方法，雖然合成路線的收率得到顯著提高，但仍需要使用易爆炸原料2,4-二硝基咪唑，不利於規模化生產。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種硝基咪唑吡喃類抗結核候選藥物PA-824的合成方法，對現有的PA-824的合成方法進行改進，避免使用易爆炸原料2,4-二硝基咪唑，開發出一條簡單易行、操作簡單、反應步驟少、易於規模化製備的新方法，通過四步反應實現PA-824的合成。
本發明的實現過程如下：
一種硝基咪唑吡喃類抗結核候選藥物PA-824的合成方法，包括如下步驟：
(1)4-硝基咪唑與(S)-(+)-縮水甘油丁酸酯進行親核開環反應得到化合物1；
(2)化合物1與4-三氟甲氧基溴苄反應，得到化合物2；
(3)化合物2脫酯保護基得到化合物3；
(4)化合物3在過渡金屬的催化下進行分子內碳氫鍵活化烷氧化反應，得到PA-824。
上述步驟(1)中，氮氣保護下，在N,N-二甲基甲醯胺(DMF)中，4-硝基咪唑和(S)-(+)-縮水甘油丁酸酯進行親核開環反應得到化合物1，反應溫度為60～80℃，反應時間為48～96h，4-硝基咪唑與(S)-(+)-縮水甘油丁酸酯用量的摩爾比為1∶(1～2)。
上述步驟(2)中，氮氣保護下，在N,N-二甲基甲醯胺(DMF)中加入化合物1和4-三氟甲氧基溴苄，然後在-10～0℃條件下加入氫化鈉NaH，加完後升溫至20～25℃，反應3h得到化合物2，化合物1與4-三氟甲氧基溴苄、NaH用量的摩爾比為1∶(1～2)∶1。
上述步驟(3)中，化合物2在碳酸鉀的作用下進行酯水解反應得到化合物3，反應溶劑為甲醇，反應溫度為20～25℃，反應時間為2h，化合物2與碳酸鉀的摩爾比為1∶(2～4)。
上述步驟(4)中，在甲苯中，化合物3在CuCl催化和過氧化二叔丁基氧化的作用下反應得到最終產物PA-824，反應溫度為80～100℃，反應時間為8～12h，化合物3與過氧化二叔丁基、CuCl用量的摩爾比為1∶(2～4)∶(0.05～0.5)。
本發明的優點：以4-硝基咪唑為原料製備咪唑吡喃類抗結核候選藥物PA-824，原料易得，避免使用易爆炸原料，工藝路線操作簡單易控制、純化方便、易於規模化製備。
具體實施方式
下面對本發明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細地實施方式和過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
實施例1：
一種硝基咪唑吡喃類抗結核候選藥物PA-824的合成方法，其步驟如下：
(1)在DMF中，摩爾比為1∶1.2的4-硝基咪唑與(S)-(+)-縮水甘油丁酸酯進行親核開環反應得到化合物1：
氮氣保護下，將76.5g(0.531mol)(S)-(+)-縮水甘油丁酸酯和400mL N,N-二甲基甲醯胺(DMF)加入到1000mL三頸瓶中，加入50.0g(0.442mol)固體粉末4-硝基咪唑，混合均勻後升溫至70℃反應72h，TLC檢測原料點消失，將反應液倒入400mL 20℃水中，水層用600mL乙酸乙酯萃取三次，合併有機相，用飽和氯化鈉溶液洗滌一次，無水硫酸鎂乾燥，過濾，減壓除去溶劑，用矽膠(200-300目)柱層析(乙酸乙酯∶石油醚＝1∶1，體積比)得到88.7g淺黃色油狀化合物1，產率78％。
(2)在DMF中，化合物1與4-三氟甲氧基溴苄在NaH作用下反應，摩爾比為1∶1.2：1，得到化合物2：
氮氣保護下，將化合物1(88.7g,0.345mol)溶於760mL N,N-二甲基甲醯胺(DMF)中，加入105.6g(0.414mol)4-三氟甲氧基溴苯，冷卻至0℃後分批加入13.8g(0.345mol)氫化鈉，加完之後升溫至25℃反應3h，TLC檢測原料點消失。用800mL 20℃水淬滅反應，水層用800mL乙酸乙酯萃取兩次，合併有機相，用飽和氯化鈉溶液洗滌一次，無水硫酸鎂乾燥，過濾，減壓除去溶劑，用矽膠(200-300目)柱層析(乙酸乙酯∶石油醚＝2∶3，體積比)得到122.0g化合物2，產率82％。
(3)在CH3OH中，化合物2在的K2CO3作用下進行酯水解反應，摩爾比為1∶3，得到化合物3：
將化合物2(122.0g,0.283mol)溶於620mL甲醇中，加入117.3g(0.848mol)碳酸鉀，25℃下反應2h，TLC檢測原料點消失。過濾，80mL乙酸乙酯衝洗濾餅層，濾液減壓除去後得到化合物3的粗品92.0g，無需純化，直接進行下一步反應。
(4)在甲苯中，摩爾比為0.5∶3的CuCl和過氧化二叔丁基的作用下，化合物3發生分子內碳氫鍵烷氧化反應得到最終產物PA-824：
室溫下，向反應瓶中加入化合物3(92.0g,0.256mol)，12.6g(0.127mol)氯化亞銅和2100mL N,N-二甲基甲醯胺(DMF)，攪拌下向反應體系中加入111.7g(0.768mol)過氧化二叔丁基(DBTP)，反應體系加熱到80℃密閉反應12h。TLC檢測顯示原料反應完全。用2000mL 20℃水淬滅反應，水層用900mL乙酸乙酯萃取三次，合併有機相，用飽和氯化鈉溶液洗滌一次，無水硫酸鎂乾燥，過濾，減壓除去溶劑，用矽膠(200-300目)柱層析(乙酸乙酯∶石油醚＝1∶1，體積比)得到75.9g淺黃色固體，產率83％。HPLC測定純度大於99％，色譜條件為——色譜柱：Diamonsil 5μm C18(2),250×4.6mm；檢測波長：321nm；流動相：乙腈:水＝30:70；流速：1.0mL/min。m.p.:149～150℃；1H NMR(400MHz,CDCl3):δ4.13-4.26(m,3H),4.37(d,J＝11.2Hz,1H),4.60-4.67(m,2H),4.73(d,J＝8.0Hz,1H),7.21(d,J＝7.6Hz,2H),7.38(d,J＝8.4Hz,2H),7.43(s,1H)；13CNMR(100MHz,CDCl3):δ47.58,65.50,67.19,70.21,115.23,119.10,121.60,129.12,135.19,143.63,147.08,149.13.HRMS(ESI)Calcd.for C15H14F3N2O5(M++H):359.0855,Found:359.0893.
實施例2
一種硝基咪唑吡喃類抗結核候選藥物PA-824的合成方法，其步驟如下：
(1)在DMF中，摩爾比為1∶1的4-硝基咪唑與(S)-(+)-縮水甘油丁酸酯進行親核開環反應得到化合物1：
氮氣保護下，將63.7g(0.442mol)(S)-(+)-縮水甘油丁酸酯和400mL N,N-二甲基甲醯胺(DMF)加入到1000mL三頸瓶中，加入50.0g(0.442mol)固體粉末4-硝基咪唑，混合均勻後升溫至80℃反應48h，TLC檢測原料點消失，將反應液倒入400mL 20℃水中，水層用600mL乙酸乙酯萃取三次，合併有機相，用飽和氯化鈉溶液洗滌一次，無水硫酸鎂乾燥，過濾，減壓除去溶劑，用矽膠(200-300目)柱層析(乙酸乙酯∶石油醚＝1∶1，體積比)得到79.6g淺黃色油狀化合物1，產率70％。
(2)在DMF中，化合物1與4-三氟甲氧基溴苄在NaH作用下反應，摩爾比為1∶1.0∶1，得到化合物2：
氮氣保護下，將化合物1(79.6g,0.309mol)溶於680mL N,N-二甲基甲醯胺(DMF)中，加入78.8g(0.309mol)4-三氟甲氧基溴苯，冷卻至0℃後分批加入12.4g(0.309mol)氫化鈉，加完之後升溫至20℃反應3h，TLC檢測原料點消失。用700mL 20℃水淬滅反應，水層用700mL乙酸乙酯萃取兩次，合併有機相，用飽和氯化鈉溶液洗滌一次，無水硫酸鎂乾燥，過濾，減壓除去溶劑，用矽膠(200-300目)柱層析(乙酸乙酯∶石油醚＝2∶3，體積比)得到103.9g化合物2，產率78％。
(3)在CH3OH中，化合物2在K2CO3作用下進行酯水解反應，摩爾比為1∶2，得到化合物3：
將化合物2(103.9g,0.241mol)溶於520mL甲醇中，加入66.6g(0.482mol)碳酸鉀，22℃反應2h，TLC檢測原料點消失。過濾，80mL乙酸乙酯衝洗濾餅層，濾液減壓除去後得到化合物3的粗品78.3g，無需純化，直接進行下一步反應。
(4)在甲苯中，摩爾比為0.1∶2的CuCl和過氧化二叔丁基的作用下，化合物3發生分子內碳氫鍵烷氧化反應得到最終產物PA-824：
室溫下，向反應瓶中加入化合物3(78.3g,0.217mol)，2.1g(0.0217mol)氯化亞銅和1700mL N,N-二甲基甲醯胺(DMF)，攪拌下向反應體系中加入63.4g(0.433mol)過氧化二叔丁基(DBTP)，反應體系加熱到90℃密閉反應10h。TLC檢測顯示原料反應完全。用1500mL 20℃水淬滅反應，水層用800mL乙酸乙酯萃取三次，合併有機相，用飽和氯化鈉溶液洗滌一次，無水硫酸鎂乾燥，過濾，減壓除去溶劑，用矽膠(200-300目)柱層析(乙酸乙酯∶石油醚＝1∶1，體積比)得到61.5g淺黃色固體，產率79％。HPLC測定純度大於99％，色譜條件為——色譜柱：Diamonsil 5μm C18(2),250×4.6mm；檢測波長：321nm；流動相：乙腈:水＝30:70；流速：1.0mL/min。m.p.:149～150℃。
實施例3
一種硝基咪唑吡喃類抗結核候選藥物PA-824的合成方法，其步驟如下：
(1)在DMF中，摩爾比為1∶2的4-硝基咪唑與(S)-(+)-縮水甘油丁酸酯進行親核開環反應得到化合物1：
氮氣保護下，將127.4g(0.884mol)(S)-(+)-縮水甘油丁酸酯和400mL N,N-二甲基甲醯胺(DMF)加入到1000mL三頸瓶中，加入50.0g(0.442mol)固體粉末4-硝基咪唑，混合均勻後升溫至60℃反應96h，TLC檢測原料點消失，將反應液倒入400mL 20℃水中，水層用600mL乙酸乙酯萃取三次，合併有機相，用飽和氯化鈉溶液洗滌一次，無水硫酸鎂乾燥，過濾，減壓除去溶劑，用矽膠(200-300目)柱層析(乙酸乙酯∶石油醚＝1∶1，體積比)得到92.1g淺黃色油狀化合物1，產率81％。
(2)在DMF中，化合物1與4-三氟甲氧基溴苄在NaH作用下反應，摩爾比為1∶2.0∶1，得到化合物2：
氮氣保護下，將化合物1(92.1g,0.358mol)溶於960mL N,N-二甲基甲醯胺(DMF)中，加入182.6g(0.716mol)4-三氟甲氧基溴苯，冷卻至-10℃後分批加入14.3g(0.358mol)氫化鈉，加完之後升溫至25℃反應3h，TLC檢測原料點消失。用900mL 20℃水淬滅反應，水層用900mL乙酸乙酯萃取兩次，合併有機相，用飽和氯化鈉溶液洗滌一次，無水硫酸鎂乾燥，過濾，減壓除去溶劑，用矽膠(200-300目)柱層析(乙酸乙酯∶石油醚＝2∶3，體積比)得到129.7g化合物2，產率84％。
(3)在CH3OH中，化合物2在K2CO3作用下進行酯水解反應，摩爾比為1∶4，得到化合物3：
將化合物2(129.7g,0.300mol)溶於620mL甲醇中，加入166.2g(1.20mol)碳酸鉀，20℃反應2h，TLC檢測原料點消失。過濾，80mL乙酸乙酯衝洗濾餅層，濾液減壓除去後得到化合物3的粗品95.3g，無需純化，直接進行下一步反應。
(4)在甲苯中，摩爾比為0.05∶4的CuCl和過氧化二叔丁基的作用下，化合物3發生分子內碳氫鍵烷氧化反應得到最終產物PA-824：
室溫下，向反應瓶中加入化合物3(95.3g,0.264mol)，1.31g(0.0132mol)氯化亞銅和2100mL N,N-二甲基甲醯胺(DMF)，攪拌下向反應體系中加入154.4g(1.056mol)過氧化二叔丁基(DBTP)，反應體系加熱到100℃密閉反應8h。TLC檢測顯示原料反應完全。用2000mL 20℃水淬滅反應，水層用900mL乙酸乙酯萃取三次，合併有機相，用飽和氯化鈉溶液洗滌一次，無水硫酸鎂乾燥，過濾，減壓除去溶劑，用矽膠(200-300目)柱層析(乙酸乙酯∶石油醚＝1∶1，體積比)得到75.8g淺黃色固體，產率80％。HPLC測定純度大於99％，色譜條件為——色譜柱：Diamonsil 5μm C18(2),250×4.6mm；檢測波長：321nm；流動相：乙腈:水＝30:70；流速：1.0mL/min。m.p.:149～150℃。