KR102184129B1 - 의약품 합성용 중간체 화합물의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 디펩티딜 펩티데이즈 IV(이하, 'DPP-IV'라고도 함) 억제 당뇨치료제를 합성하는데 필수적 중간체인 화학식 1의 제조방법에 관한 것이다.
국제출원 공개 WO 12/030106호에 개시된 디펩티딜 펩티데이즈 IV(DPP-IV) 억제 당뇨병 치료제로 유용한 화합물은(국제출원 공개 WO 12/030106호의 화학식 1의 화합물 참조) DPP-IV 효소에 대해 우수한 저해 활성을 나타내어, 상기 효소로 인해 유발되는 질병인 당뇨병, 비만 등의 치료 및 예방에 효과적으로 사용될 수 있음이 알려져 있다. 이러한 DPP-IV 억제제 화합물의 제조에 있어서, 국제특허 공개 WO 12/030106호는 필수적 중간체로서 하기 화학식 1 화합물로부터 제조하는 방법을 개시하고 있다.
[화학식 1]
한편, 기존에는 상기 화학식 1 화합물을 제조하기 위해 화학식 2 화합물의 카르복시산 보호기 (P2)를 탈보호 반응을 시켜 수득하였다. 구체적으로, 상기 식에서 보호기가 부틸옥시카보닐 (P1, Boc)이고 이탈기가 t-부틸기 (P2)인 화학식 2 화합물의 경우 (1) 산성 조건, 구체적으로 황산 등의 강산과, 디클로로메탄, 수산화나트륨 수용액 및 디-터트-부틸 디카보네이트 (Boc2O)를 사용하여 보호기 P2를 가수분해시켜 탈보호화하거나, 또는 (2) 염기 조건, 구체적으로, 수산화나트륨 수용액, 에탄올, 물 환류 조건을 이용하여 보호기 P2를 가수분해시켜 탈보호시켜 제조되었다. 특히 P2가 벤질기, 메틸기, 에틸기 및 i-프로필기의 경우에는 상기의 두 조건 중에서 (2)에 명시된 염기를 이용한 가수분해 조건이 이용되었다.
[화학식 2]
그러나 이러한 화학식 1 화합물의 제조방법은 다소 가혹한 조건에서 진행하여야 반응이 진행되고, 다량의 반응 용매를 사용하여야 하며, 추가적인 농축 공정이 필요하다는 단점을 갖고 있다.
이에 본 발명자들은 선행기술의 상술한 단점들을 해결하기 위하여 집중적으로 연구를 수행하였고, 그 결과 염기 중에서도 특히 수산화나트륨을 고체 형태로 사용하는 경우, 온화한 조건에서도 수율을 현저하게 향상시킬 수 있고, 적은 양의 반응용매를 사용하여 경제적이면서도 추가적인 농축공정이 필요없어 경제성 및 생산성이 높다는 점을 확인하였다.
따라서, 본 발명은 DPP-IV 억제 당뇨병 치료제를 합성하는데 사용되는 중간체인 화학식 1 화합물을 제조함에 있어서, 기존의 방법과는 달리 염기 조건에서 수산화나트륨을 이용하여, 온화한 조건에서도 수율을 현저하게 향상시킬 수 있고, 적은 양의 반응용매를 사용하여 경제적이면서도 추가적인 농축공정의 필요없이, 경제성 및 생산성이 높은 합성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 화학식 1 화합물의 제조방법에 관한 것으로, 상기 제조방법은 화학식 2 화합물의 2종의 보호기 P1과 P2 보호기 중에서 카르복시산 보호기(P2)를 선택적으로 탈보호 반응시키는 단계를 포함하며, 이때, 상기 탈보호 반응은 고체 형태의 염기 및 저급 알코올을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제조방법은, DPP-IV 억제를 통한 경구용 인슐린 비의존성 당뇨병 치료제 중간체인 상기 화학식 1 화합물을 1) 온화한 조건에서도 높은 수율로 생산할 수 있고, 2) 반응용매 사용량을 줄여 원가를 절감 할 수 있어 경제적이며, 3) 농축공정의 제거를 통해 생산성 증대 등의 개선효과를 성취할 수 있다는 장점을 가져 매우 유용하다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 제조방법을 구체적으로 설명하면 하기 반응식 1과 같다.
[반응식 1]
상기 식에서 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1-C4 알킬이다. P1은 아민 보호기로서 카르보닐기, 아실기, 술포닐기, 아세틸 또는 벤질기이며, 바람직하게 P1은 Boc(부틸옥시카보닐), Cbz(벤질옥시카보닐) 또는 Fmoc(9-플루오레닐메틸옥시카르보닐)이며, 더욱 바람직하게는 Boc이다. P2 는 카르복시산 보호기로서, 바람직하게는 벤질기, 메틸기, 에틸기, i-프로필기 또는 t-부틸기이며, 더욱 바람직하게는 t-부틸기이다.
본 발명에서는, 종래 염기 조건에 의해 상기 화학식 2 화합물의 카르복시산 보호기 (P2)를 탈보호 반응을 통하여 화학식 1 화합물을 수득하는 경우 수산화나트륨 수용액 등과 같은 수용액 또는 액체 형태의 염기를 사용하는 것과는 달리 반응 염기로서 고체 형태의 염기를 사용하는 것을 발명의 일 특징으로 한다. 본 발명에서 사용되는 고체 형태의 염기는 수산화나트륨, 수산화리튬, 수산화칼륨, 수산화칼슘 또는 이들의 조합일 수 있고, 바람직하게는 수산화나트륨 고체를 사용하여 화학식 1의 화합물을 수득한다.
상기 반응 염기의 사용량은 화학식 2 화합물에 대해 1 당량 내지 4 당량, 바람직하게는 1 당량 내지 2 당량이 바람직하다.
또한, 상기 반응에서 사용되는 반응 용매로서, 탄소수 1 내지 6의 저급 알코올 및 이들의 혼합용매를 사용한다. 구체적으로 상기 탄소수 1 내지 6의 저급 알코올은 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜 및 이의 혼합용매(Co-solvent)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 에틸알콜을 사용할 수 있다. 상기 반응 용매의 사용량은 화학식 2 화합물에 대해 1 fold(mL/g) 내지 7 fold(mL/g), 바람직하게는 2 fold(mL/g) 내지 3 fold(mL/g)가 바람직하다. 본 발명의 반응 용매는 종래의 염기 조건에 따른 화학식 1의 제조방법과는 달리 적은 양의 반응 용매를 사용하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 탈보호화 반응시 반응 온도는 반응 조건에 따라 달라질 수 있으나, 본 발명의 경우, 기술적인 특징으로 인해 환류 조건보다 낮은 온도, 예를 들어 30 내지 80℃에서 반응이 이루어질 수 있다. 반응시간은 바람직하게는 1시간 내지 6시간, 더욱 바람직하게는 3 시간 이내일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
추가적인 양태로서, 본 발명에 따른 제조방법은 상기에 따라 수득된 화학식 1 화합물을 결정화시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 결정화에 사용되는 용매는 물, 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜 및 이들의 혼합용매 (Co-solvent)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용매일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 바람직하게는 물 또는 에틸알콜과 물의 혼합용매이다. 결정화 단계에서는 산을 이용하여 pH를 조절하며 결정을 생성시킬 수 있고, 바람직한 pH 는 2.5 내지 3.0 이다.
[실시예]
이하 제조예 및 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 어떤 의미로든 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: (3S)-3-t-부톡시카보닐아미노-4-(5,5-디플루오로-2-옥소피페리디노)부타노익산 ((3S)-3-tert-Butoxycarbonylamino-4-(5,5-difluoro-2-oxopiperidino) butanoic acid)의 합성
출발물질 t-부틸 (3S)-3-t-부톡시카보닐아미노-4-(5,5-디플루오로-2-옥소피페리디노 부타노에이트 462.3 kg, 에틸알콜 729.6 kg, 수산화나트륨 82.2 kg을 상온에서 반응기에 투입한 후, 40~50℃ 범위로 승온시켜 3시간 반응 시켰다. 반응 완료 후 물 3699 kg을 부가하고, 3N 염산 수용액을 적가하여 pH 2.5~3.0 으로 조절 하며 결정화 공정을 실시하였다. 고체로 생성된 표제화합물을 여과하고 물과 에틸알콜 혼합액, t-부틸메틸이써로 세척한 후 건조하여 표제화합물을 347.6 kg (함량: 97.5%, 수율: 85.5%)을 제조하였다.
1H NMR (500 MHz, DMSO-d6) δ 1.32 (s, 9H), 2.20 - 2.43 (m, 6H), 3.26 - 3.31 (m, 2H), 3.61 (m, 1H), 3.81 (m, 1H), 4.02 (m, 1H), 6.73 (d, J=8.6 Hz, 1H), 12.16 (s, 1H).
실시예 2: (3S)-3-t-부톡시카보닐아미노-4-(5,5-디플루오로-2-옥소피페리디노)부타노익산 ((3S)-3-tert-Butoxycarbonylamino-4-(5,5-difluoro-2-oxopiperidino) butanoic acid)의 합성
출발물질 t-부틸 (3S)-3-t-부톡시카보닐아미노-4-(5,5-디플루오로-2-옥소피페리디노 부타노에이트 412.2 kg, 에틸알콜 2049.0 kg, 6N 수산화나트륨 수용액 299.7 kg을 반응기에 투입한 후, 승온시켜 환류 반응 하였다. 반응 완료 후 농축하고, 물 1649 kg을 투입하여 용해하였다. t-부틸메틸이써 1221.8 kg으로 수층을 세척하고, 3N 염산 수용액을 적가하여 pH 3.0~3.5으로 조절 하며 결정화 공정을 실시하였다. 고체로 생성된 표제화합물을 여과하고 물, t-부틸메틸이써로 세척한 후 건조하여 표제화합물을 309.8 kg (함량: 97.4%, 수율: 85.4%)을 제조하였다.
실시예 3: (3S)-3-t-부톡시카보닐아미노-4-(5,5-디플루오로-2-옥소피페리디노)부타노익산 ((3S)-3-tert-Butoxycarbonylamino-4-(5,5-difluoro-2-oxopiperidino) butanoic acid)의 합성
출발물질 t-부틸 (3S)-3-t-부톡시카보닐아미노-4-(5,5-디플루오로-2-옥소피페리디노 부타노에이트 449.2 kg, 에틸알콜 2033.0 kg, 6N 수산화나트륨 수용액 361.9 kg을 반응기에 투입한 후, 승온시켜 환류 반응 하였다. 반응 완료 후 농축하고, 물 1796.9 kg을 투입하여 용해하였다. 에틸알콜 354.4 kg을 투입하고, 3N 염산 수용액을 적가하여 1차로 pH 4.1~5.0 그리고 2차로 2.5~3.0으로 조절 하며 결정화 공정을 실시하였다. 고체로 생성된 표제화합물을 여과하고 물과 에틸알콜 혼합액으로 세척한 후 건조하여 표제화합물을 325.0 kg (함량: 95.5%, 수율:80.6%)을 제조하였다.
실시예 4: (3S)-3-t-부톡시카보닐아미노-4-(5,5-디플루오로-2-옥소피페리디노)부타노익산 ((3S)-3-tert-Butoxycarbonylamino-4-(5,5-difluoro-2-oxopiperidino) butanoic acid)의 합성
출발물질 t-부틸 (3S)-3-t-부톡시카보닐아미노-4-(5,5-디플루오로-2-옥소피페리디노 부타노에이트 43.0 g, 에틸알콜 213.7 g, 6N 수산화나트륨 수용액 8.8 g을 반응기에 투입한 후, 승온시켜 환류 반응 하였다. 반응 완료 후 농축하고, 물 172.0 g을 투입하여 용해하였다. 에틸알콜 33.9 g을 투입하고, 3N 염산 수용액을 적가하여 1차로 pH 4.1~5.0 그리고 2차로 2.5~3.0으로 조절 하며 결정화 공정을 실시하였다. 고체로 생성된 표제화합물을 여과하고 물과 에틸알콜 혼합액으로 세척한 후 건조하여 표제화합물을 35.5 g (함량: 93.0%, 수율: 89.6%)을 제조하였다.
실시예 5: (3S)-3-t-부톡시카보닐아미노-4-(5,5-디플루오로-2-옥소피페리디노)부타노익산 ((3S)-3-tert-Butoxycarbonylamino-4-(5,5-difluoro-2-oxopiperidino) butanoic acid)의 합성
출발물질 t-부틸 (3S)-3-t-부톡시카보닐아미노-4-(5,5-디플루오로-2-옥소피페리디노 부타노에이트 43.0 g, 에틸알콜 67.9 g, 수산화나트륨 8.8 g을 반응기에 투입한 후, 70℃로 승온시켜 반응 하였다. 반응 완료 후 냉각하고, 물 344.0 g을 투입하였다. 3N 염산 수용액을 적가하여 1차로 pH 4.1~5.0 그리고 2차로 2.5~3.0으로 조절 하며 결정화 공정을 실시하였다. 고체로 생성된 표제화합물을 여과하고 물과 에틸알콜 혼합액으로 세척한 후 건조하여 표제화합물을 37.7 g (함량: 92.4%, 수율: 94.4%)을 제조하였다.
실시예 6: (3S)-3-t-부톡시카보닐아미노-4-(5,5-디플루오로-2-옥소피페리디노)부타노익 산 ((3S)-3-tert-Butoxycarbonylamino-4-(5,5-difluoro-2-oxopiperidino) butanoic acid)의 합성
출발물질 t-부틸 (3S)-3-t-부톡시카보닐아미노-4-(5,5-디플루오로-2-옥소피페리디노 부타노에이트 43.0 g, 에틸알콜 67.9 g, 수산화나트륨 8.8 g을 반응기에 투입한 후, 30℃로 승온시켜 반응 하였다. 반응 완료 후 냉각하고, 물 344.0 g을 투입하였다. 3N 염산 수용액을 적가하여 1차로 pH 4.1~5.0 그리고 2차로 2.5~3.0으로 조절 하며 결정화 공정을 실시하였다. 고체로 생성된 표제화합물을 여과하고 물과 에틸알콜 혼합액으로 세척한 후 건조하여 표제화합물을 37.7 g (함량: 94.1%, 수율: 96.2%)을 제조하였다.
실험예: 제조 조건에 따른 (3S)-3-t-부톡시카보닐아미노-4-(5,5-디플루오로-2-옥소피페리디노)부타노익산 ((3S)-3-tert-Butoxycarbonylamino-4-(5,5-difluoro-2-oxopiperidino) butanoic acid)의 수득율 비교
사용염기, 반응온도 및 반응용매에 따른 화학식 1 화합물의 수득량을 비교하기 위하여, 화학식 2의 화합물로부터 화학식 1의 화합물을 제조하되, 하기 표 1의 조건에 따라 제조하였으며, 그 결과를 또한 표 1에 나타내었다.
entry | 사용염기 | 화학식2 화합물 사용량 |
반응 온도 |
반응 용매 | 화학식1 화합물 수득량 |
함량 | 수율 |
1 | 수산화나트륨수용액 | 43.0 g | 환류 | 에틸알콜 271 mL | 35.5 g | 93.0% | 89.6% |
2 | 수산화나트륨 | 43.0 g | 환류 | 에틸알콜 43 mL,물 172 mL | 34.0 g | 94.6% | 87.2% |
3 | 수산화리튬 | 43.0 g | 환류 | 에틸알콜 43 mL,물 172 mL | 34.2 g | 90.6% | 84.1% |
4 | 수산화나트륨 | 43.0 g | 70℃ | 에틸알콜 86 mL | 37.7 g | 92.4% | 94.4% |
5 | 수산화나트륨 | 43.0 g | 45℃ | 에틸알콜 86 mL | 38.5 g | 92.8% | 96.9% |
6 | 수산화나트륨 | 43.0 g | 30℃ | 에틸알콜 86 mL | 37.7 g | 94.1% | 96.2% |
상기 표 1에 기재된 비교시험결과에서 알 수 있는 바와 같이, 염기로서 수산화나트륨 수용액과 같은 염기 수용액 대비 수산화나트륨 고체와 같은 고체 형태의 염기를 사용하는 경우(entry 4 내지 6) 반응 용매량을 줄일 수 있고, 환류 조건보다 낮은 온도에서 반응하여 더 높은 수율로 화학식 1 화합물을 수득할 수 있음을 확인할 수 있었다. 반응용매를 줄일 경우, 반응 완료 후 용매의 농축공정 없이 에틸알콜과 물의 혼합용매에서 산을 이용한 산성화를 통해 화학식 1 화합물을 고체로 얻을 수 있기 때문에 생산성을 높일 수 있어서 바람직하다.
Claims (9)
- 하기 화학식 2 화합물의 P1과 P2 보호기 중 카르복시산 보호기 (P2)를 선택적으로 탈보호 반응시키는 단계를 포함하며, 이때, 상기 탈보호 반응은 반응 염기로서 고체 염기, 및 반응 용매로서 탄소수 1 내지 6의 저급 알코올을 사용하는 것을 특징으로 하는, 하기 화학식 1의 제조방법:
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 식에서,
R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1-C4 알킬이고,
P1은 아민 보호기로서 Boc(부틸옥시카보닐), Cbz(벤질옥시카보닐) 또는 Fmoc(9-플루오레닐메틸옥시카르보닐)기이고,
P2 는 벤질기, 메틸기, 에틸기, i-프로필기 또는 t-부틸기이며
상기 반응 염기는 수산화나트륨, 수산화리튬, 수산화칼륨 및 수산화칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이고,
상기 반응 용매는 화학식 2 화합물에 대해 1 fold(mL/g) 내지 7 fold(mL/g)로 사용되는 것인, 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 반응 염기는 화학식 2 화합물에 대해 1 당량 내지 4 당량으로 사용되는 것인, 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 탄소수 1 내지 6의 저급알코올은 메틸알콜, 에틸알콜 또는 이들의 혼합용매 (Co-solvent)인 것을 특징으로 하는 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 탈보호화 반응은 30 내지 80℃의 반응 온도에서 수행되는 것인, 방법.
- 제1항에 있어서, 탈보호화 반응에 의해 수득된 화학식 1의 화합물을 추가로 결정화시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 결정화는 결정화 용매로서 물, 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜 및 이들의 혼합용매 (Co-solvent)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용매를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
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