CN1926102B - N-保护的4-酮脯氨酸衍生物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制备通式(I)的化合物的方法。这些化合物优选用来制备生物活性试剂。本发明的反应从相应的羟基化合物开始，在单相含水体系中用Ru催化氧化这些化合物。
Description
本发明涉及制备通式(I)的酮脯氨酸衍生物的方法。
通式(I)的N-保护的4-酮脯氨酸衍生物是制备通式(II)的ACE(血管紧张素转化酶)抑制剂螺普利[7-(N-(1-(S)-乙氧羰基(carboethoxy)-3-苯基-丙基)(S)-丙氨酰)-1，4-二硫代-7-氮杂螺[4.4]壬烷-8-(S)-羧酸]的特别重要的起始化合物，该化合物用来治疗高血压和心血管疾病(US-A-4,470,972)。
通式II
4-酮脯氨酸是不稳定的化合物。它们只能在非常特殊的条件下获得并储存。就此而言，特别强调的可能是对碱的稳定性(Patchett，Arthur A.；Witkop，Bernhard，Joumal of the American Chemical Society1957，79，185-92)。
DD-A5 283 626描述了使用三氧化硫-吡啶配合物作为氧化剂来制备(2S)-N-苄氧羰基-4-酮脯氨酸的无重金属方法。该方法的缺点是所用的吡啶是对人高毒性的高度污染环境的物质。
在DE 19524339中描述了其它的无重金属制备方法。在此情况下，在两相混合物中用tempo/NaOCl体系氧化保护的羟基脯氨酸酯。所述变化方法的缺点是在该体系中游离的羟基脯氨酸不能作为酸反应。因为所述对碱的不稳定性，随后4-酮脯氨酸酯的水解是不可能的。因此，此处所述的方法不适于制备4-酮脯氨酸的游离酸。
特别地，合成通式I的4-酮脯氨酸衍生物的方法还基于使用含重金属的氧化剂，举例来说如备种含铬氧化体系(参见US-A-4,296,113，还参见JOC 2001，66，3593；JOC 2002，67，7162)。这些方法的缺点在于：当进行反应时它们还需要安全措施，而且反应完成后对重金属的复杂且昂贵的处理。
Narukawa等(Tetrahendron，第53卷，第2期，1997年，第539-556页)描述了使用RuO2/NaIO4在乙酸乙酯和水的两相混合物中氧化N-保护的4-羟基脯氨酸。报道的产率是67％的白色粉末。
总的来说可以肯定地认为RuO4是非常强的氧化剂。它甚至可以用于氧化降解非常稳定的化合物，例如PCBs(Beattie，J.K.等，Pure andApplied Chem.1990，62，1145-6；Creaser CS.等，Chemistry&Industry1988，15，499-500)。
因此，本发明的目的是提供氧化N-保护的4-羟基脯氨酸衍生物，得到相应的酮化合物的其它方法。本发明尤其旨在提供工业规模上容易进行并且在经济和生态学方面优于现有技术的方法。本发明还特别关注在操作者安全方面没有问题的简单方法。
通过具有本申请权利要求1的特征的方法来实现这些目的和其它没有详细指出但是从现有技术来看是明显的目的。权利要求1的从属权利要求涉及本发明方法的优选实施方案。
在制备通式(I)的N-保护的4-酮脯氨酸衍生物的方法中，以令人惊奇并有利的方式实现了所述目的，所述N-保护的4-酮脯氨酸衍生物如下所示：
式中，
X是酸、酯或酰胺官能团，
PG是包含羰基官能团并且借助该官能团与氮结合的N-保护基团，其中该化合物通过在催化活性的钌化合物的存在下，按照在含水单相体系中进行氧化的方式用氧化剂氧化相应的4-羟基脯氨酸来产生，并且允许氧化产物(I)在添加氧化剂期间结晶出来。如上文中已经表明，通式(I)的化合物是特别在碱性条件下能够经历进一步转变(羟醛反应、开环反应)的不稳定的化合物。还已经发现只有当产生的氧化产物(I)在其产生后可以立即结晶出来时，才能优异地实施本发明的方法。由此可以避免在所述体系中可能的进一步氧化。结果是以简单的方法且不用复杂的提取过程就可以从氧化体系中分离出非常纯的反应产物。
在优选的实施方案中，本发明的方法在尽可能最低的温度下进行。已经发现在氧化期间维持≤30℃，特别是≤20℃，优选≤15℃的温度的有利的。
可以使用的氧化剂也是技术人员可以得到的且可以有利地用于本发明体系的氧化剂。适当的氧化剂特别是电化学或化学氧化剂。优选使用的化学氧化剂是过氧化氢或卤素衍生物。例如次卤酸盐(hypohalite)、卤酸盐(halate)和高卤酸盐(perhalate)的氧化剂是特别优选的。高卤酸盐是非常特别优选的，并且其中所谓的高碘酸钠是极其优选的。
在本发明方法中，在所得氧化产物从体系中产生后将其取出以防止其进一步氧化是重要的。在Narukawa等的方法中，这通过在两相体系中操作来实现，其中要氧化的化合物和产物存在于有机相中，并且氧化体系(RuO2/NaIO4)存在于水相中。因此，仅在界面上发生氧化。在本发明中，氧化在单相含水溶剂体系中发生。氧化产物(I)结晶出来防止了它被进一步氧化。因此，氧化产物在产生后尽快结晶出来是有利的。氧化产物(I)的结晶开始得越早，所产生的进一步氧化的物质越少。这些进一步氧化的物质对于氧化产物(I)的副产物谱(byproductspectrum)具有不利的影响。因此，所述方法在工业规模上的步骤应该允许产物甚至在添加氧化剂时就结晶出来。技术人员熟悉实现这一点所需采用的措施。调节特殊的温度、添加对于结晶具有有利影响的无机或有机物质以及添加晶种只是一些有效的可能性。在本发明方法优选的实施方案中，在已经向反应混合物中添加了30％-70％，优选40％-60％，特别优选50％的氧化剂时添加晶种。这就导致首先氧化的化合物(I)足够开始结晶，并且存在的氧化剂尚不足以使进一步氧化占优势。
本发明的方法优选在纯水溶液中进行。为了对要反应的化合物(酸、酯、酰胺)能够具体地调节特定的溶剂性质，还可以向体系中添加其它水溶性有机溶剂作为溶剂。这类适当的溶剂特别是那些在氧化条件下是惰性的溶剂。特别是THF、二噁烷、乙腈、环丁砜和乙酸、二甲基碳酸酯。
本发明方法的步骤优选是在适当量的水中溶解例如(偏)高碘酸钠的氧化剂。同时，同样在水中溶解例如N-保护的羟基脯氨酸的待氧化的化合物。在冷却所述溶液后，添加含Ru的化合物(例如RuO2或RuCl3)，最后在控制温度下将高碘酸盐溶液计量加入羟基脯氨酸溶液中。适当的含Ru化合物是在反应条件下能够进一步反应形成催化活性的含Ru化合物的化合物。这些化合物特别是Ru盐和配合物、RuO2和RuCl3、或者钌氢氧化物或钌的混合氯氧化物。在有利地添加了50％的氧化剂时，例如向体系中添加晶种，从而引发结晶。在将氧化剂全部加入反应混合物中后，并且在反应完成后，可以过滤出固体，并且在用水洗涤后和/或干燥后，用于随后的反应或进一步纯化。可以通过本领域技术人员公知的方法纯化氧化产物(I)。注意例如通过从有机溶剂中重结晶来纯化中可行的。在这方面已经证明乙酸异丙酯是合适的。
因此，可以以简单的方法并且不用复杂的提取过程就可以获得非常纯的氧化产物(I)，并且由进一步氧化产物带来的污染特别少。特别值得注意的是在反应条件下分子中存在的立体中心明显不受影响。该过程以高度立体选择性的方式进行。所述方法既可以在分批操作中实施，也可以连续地实施。关于连续氧化，可以参考DE 1037875。本发明方法可以在该文献中所述的环管反应器中发生并具有相似的优点。因此，尽管氧化产物(I)不稳定，但是令人惊奇的是可以在单相水溶液中实施所述方法。从现有技术中，这是不能明显推理得出的，并且由于在此情况下可以省略附加的提取步骤，所以是特别有利的。
起始化合物可以通过本领域技术人员公知的方法来制备(Houben-Weyl，关于氨基酸的卷)。优选的起始化合物是通式(III)的物质。
式中，
R1＝CO-R3或者芴基甲氧基羰基，
R2＝NH2、OR4，
R3＝(H)、(C1-C8)-烷基、苯基、苄基、苄氧基、NH2、NO2-苯氧基、NO2-苄氧基、(C1-C8)-烷氧基或者苯氧基，
R4＝H、(C1-C8)-烷基、苄基、苯基、NO2-苄基、NO2-苯基。
据认为(C1-C8)-烷基是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基或者辛基，包括所有成键异构体(bond isomer)。该基团可以由卤素取代一次或多次。
(C1-C8)-烷氧基是借助氧原子与所考虑的分子连接的(C1-C8)-烷基自由基。
适当的卤素(Hal，卤素原子)是氟、氯、溴和碘。氯和溴是优选的。
PG意指N-保护基团。只要它包含羰基官能团并且借助后者与氮连接，就可以按照需要来选择。这些基团是本领域技术人员熟悉的(Greene，T.W，Protective Groups in Organic Synthesis，J.Wiley & Sons，1981)。因此，本领域技术人员应理解，对于本发明这些自由基特别可以是选自甲酰基、乙酰基、丙酰基、甲氧基羰基、乙氧基羰基、叔丁氧羰基、Z、Fmoc。
所示的化学结构涉及所有可能的立体异构体，这些异构体可以通过改变单个手性中心、轴或平面的构象来获得，即所有可能的非对映异构体，并且涵盖所有光学异构体(对映异构体-R和S化合物)或其混合物。
N-Boc-L-羟基脯氨酸的制备
配料：
132克(1.00摩尔)L-羟基脯氨酸
700毫升去离子水
230克(1.05摩尔)Boc2O
300毫升丙酮
在20-25℃下将L-羟基脯氨酸溶解在700毫升水中。当羟基脯氨酸已经溶解了后，用NaOH(50％)将pH从大约5.5调节至10.5(10-11)。然后，在25-28℃(最高30℃)的温度下，同时计量加入Boc2O的丙酮溶液和氢氧化钠溶液(50％)，从而将温度保持在25-28℃(最高30℃)并且pH为10.5(界限10-11)。添加的持续时间大约为1-2小时。
在计量完成后，进一步保持pH在10.5直至恒定。在反应结束时得到容易搅拌的悬浮液。总共消耗NaOH(50％)174克(2.18摩尔)。
随后，用HCl(37％)调节pH至pH 2.6。温度一直保持在25℃下；如果其升高一点通过冷却使其保持在25℃下。在酸化期间，放出CO2。在pH大约7.5时开始产生气体(CO2)。进一步添加HCl(37％)应该足够慢地进行以使所产生的CO2以相同程度放出。在实验室中持续时间大约30分钟。使用的HCl(37％)总量为206克(2.01摩尔)。
当pH达到2.6(2.5-2.8)时，继续搅拌15分钟，从而搅拌出残留的溶解CO2。
随后，添加600毫升MIBX，并且在搅拌下将混合物加热至35-40℃(15-20分钟)。随后静置，并且发生相分离。
第一有机相：920克
在35-40℃下再次用400毫升MIBK萃取水相(大约1升)。
第二有机相：360克
然后在底部温度不超过50℃和降至200毫巴的真空下，蒸馏第一有机相(包含反应混合物中的大部分丙酮)，直至几乎不再产生馏出物。向蒸馏物的底部加入第二有机相，并且继续在200毫巴下蒸馏。
然后，缓慢降低真空，并且收集馏出物。
当已经蒸馏出大约600毫升时，过滤溶液除去夹带的盐(几克)。蒸馏至产生大约50％浓度的溶液(大约400-500克)。随后，加入200毫升MIBK并且蒸馏至底部含水量达到＜0.5(优选0.3％)。(可以补充添加MIBK并蒸馏)。
当含水量达到0.5时，加入100-200毫升的MIBK并且将混合物冷却至40℃。在40℃下缓慢向溶液中加入400毫升的己烷。此后，在添加期间向混合物中加入晶种，在已经开始结晶后，再添加200毫升己烷。
然后，冷却该悬浮液2小时至15-20℃，再用冰/盐进一步冷却至0-5℃。另外，随后搅拌1-2小时。过滤悬浮液并用己烷1L/千克洗涤固体两次。
得到258克湿产物(大晶体，heavy crystal)。然后，在15毫巴、最高温度50℃下，真空干燥所得固体。得到186克(80％产率)。
终产物用HPLC纯度(实验室＞98面积％)和NMR(鉴定(Identity))，以及干燥损失(＜0.2％)来检查。产物不再具有MIBK的气味(来自干燥器的前样品)。
从N-Boc-L-羟基脯氨酸到N-Boc-酮-L-脯氨酸的氧化
配料：
50克N-Boc-L-羟基脯氨酸
5.5毫克RuO2*H2O Aldrich
69克(0.322摩尔)NaIO4 Fluka
将69克(偏)高碘酸钠溶解在去离子水中。
将50克N-Boc-L-羟基脯氨酸溶解在水中。冷却溶液。就在反应前，向该溶液中添加含有5.5毫克RuO2*H2O的悬浮液。随后，在1-1.5小时内计量加入NaIO4溶液。在加入50％后，添加晶种。在添加期间或之后，产物开始沉淀析出。然后，在后反应期间(after-reaction)搅拌反应混合物以进一步冷却。过滤出所得固体，并用每千克湿产物1-2千克的水洗涤。
得到38克湿产物。将这些产物在40℃(15毫巴)的水浴中干燥3小时。得到21克干产物(粗产物不在试验设备中干燥)。
湿产物在再加工前应该冷却储存。
(从20.8克外推总量)：
在乙酸异丙酯(250毫升)和水(55毫升)中悬浮21克干的粗产物。通过搅拌和加热溶解产物。然后，向两相混合物中添加1克活性炭(PWA)，并且在35℃下搅拌混合物30分钟。随后通过Celite过滤，并且除去水相。在40-45℃的浴温和150-170毫巴下，真空蒸馏有机相。甚至在蒸馏期间，产物就已经开始沉淀析出。蒸馏直至底部的量为80克(大约25克％)。然后，在大约2小时内将所得悬浮液(大晶体)冷却至0℃，过滤并且每次用20毫升乙酸异丙酯洗涤2次。得到28克湿产物，并且在45℃/15毫巴下，在水浴中干燥。得到17.0克干产物。
终产物分析：
鉴定： 1H-NMR
纯度： HPLC(＞99.5面积％)
旋光性： C＝1，丙酮中，20℃
硫酸盐灰分：＜0.2％。
Claims (7)
1.一种制备通式(I)的N-保护的4-酮脯氨酸衍生物的方法，
式中，
X是酸、酯或酰胺官能团，
PG是包含羰基官能团并且借助该官能团与氮结合的N-保护基团，
所述化合物通过在催化活性的钌化合物的存在下，用氧化剂氧化相应的4-羟基脯氨酸来制备，
其特征在于所述氧化在含水单相体系中进行，并且氧化产物(I)在添加氧化剂期间结晶出来。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于氧化期间的温度保持在≤30℃。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于氧化期间的温度保持在≤20℃。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于氧化期间的温度保持在≤15℃。
5.根据权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于使用次卤酸盐、卤酸盐和高卤酸盐作为氧化剂。
6.根据权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于在添加了50％的氧化剂后向反应混合物中添加晶种。
7.根据权利要求5的方法，其特征在于在添加了50％的氧化剂后向反应混合物中添加晶种。
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