RU2135512C1 - Method of synthesis of 3'-azido-2',3'-dideoxythymidine - Google Patents

Abstract

FIELD: organic chemistry, chemistry of nucleosides, biochemistry. SUBSTANCE: invention relates to the improved method of synthesis of 3'-azido-2', 3'-dideoxythymidine (azidothymidine) used in medicine as an antiviral preparation for treatment of patients with acquired immunodeficiency syndrome (AIDS). Method involves azidation of 5'-O-benzoyl-2,3'-anhydrothymidine with alkylammonium azides in aprotonic organic solvent (a mixture of dipolar solvent with 1,4-dioxane) followed by isolation of the end substance by the known method. Process is carried out at volume ratio dipolar solvent : 1,4-dioxane = (1.5-1)-(4.0-1) and at 100-110 C. The yield is 85-87%. The use of dipolar solvent in mixture with 1,4-dioxane ensures to increase the yield of the end product and decrease impurity content in it. EFFECT: improved method of synthesis, increased yield and purity. 3 cl, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к химии нуклеозидов, в частности к усовершенствованному способу получения 3'-азидо-2',3'- дидезокситимидина (азидотимидина, AZT), применяемого в медицине как противовирусный препарат для лечения больных, страдающих синдромом приобретенного иммунодефицита (СПИД), и ВИЧ-инфицированных, а также для профилактических целей в условиях повышенного риска заражения. Азидотимидин используется в современной клинической практике как индивидуально (лекарственные формы под названиями Ретровир, Зидовудин (Англия), Тимазид (Россия)), так и в комплексе с другими препаратами ряда модифицированных нуклеозидов. В терапевтическую практику недавно включен ряд новых химических производных AZT, например - 5'-H-фосфонаты азидотимидина, отличающиеся сравнительно низкой токсичностью. The invention relates to the chemistry of nucleosides, in particular to an improved method for producing 3'-azido-2 ', 3'-dideoxythymidine (azidothymidine, AZT), used in medicine as an antiviral drug for the treatment of patients suffering from acquired immunodeficiency syndrome (AIDS), and HIV -infected, as well as for preventive purposes in conditions of increased risk of infection. Azidothymidine is used in modern clinical practice both individually (dosage forms under the names Retrovir, Zidovudine (England), Timazid (Russia)), and in combination with other drugs of a number of modified nucleosides. A number of new chemical derivatives of AZT have recently been included in therapeutic practice, for example, azidothymidine 5'-H-phosphonates, which are characterized by a relatively low toxicity.

Потребность в азидотимидине и его химических производных неуклонно возрастает, что обусловлено высоким темпом распространения заболевания. К концу века прогнозируемая потребность в препарате составит не менее 100-150 тонн в год. В связи с этим необходимым является создание рациональной технологии производства AZT. The need for azidothymidine and its chemical derivatives is steadily increasing, due to the high rate of spread of the disease. By the end of the century, the projected demand for the drug will be at least 100-150 tons per year. In this regard, it is necessary to create a rational production technology of AZT.

Все известные способы получения AZT из тимидина различаются либо приемами защиты гидроксильной группы в положении 5' молекулы тимидина на начальных ступенях процесса, либо спецификой проведения ангидридизации, либо условиями и реагентами, применяемыми при азидировании 5'-O-защищенного-2,3'-ангидротимидина, при снятии защитных (блокирующих) групп, выделении и очистке целевого продукта - AZT. All known methods for producing AZT from thymidine differ either in the methods of protecting the hydroxyl group at position 5 ′ of the thymidine molecule in the initial stages of the process, in the specifics of anhydridization, or in the conditions and reagents used in the azidation of 5′-O-protected-2,3′-anhydrotimidine , when removing the protective (blocking) groups, isolation and purification of the target product - AZT.

Известен способ получения AZT, заключающийся в одностадийном превращении тимидина по реакции Митсунобу в 2,3'-ангидро-5'-O- ароилтимидин путем обработки тимидина замещенными производными бензойной кислоты и трифенилфосфином в присутствии алкилазодикарбоксилата с последующей обработкой азидом лития, взятом в избыточном количестве, в среде диметилформамида и последующим деблокированием промежуточного продукта метилатом натрия [1]. A known method for producing AZT, which consists in a one-step conversion of thymidine by the Mitsunobu reaction to 2,3'-anhydro-5'-O-aroylthymidine by treating thymidine with substituted benzoic acid derivatives and triphenylphosphine in the presence of alkyl azodicarboxylate, followed by treatment with excess lithium azide, in dimethylformamide medium and subsequent release of the intermediate product with sodium methylate [1].

Азид лития является взрывчатым веществом, восприимчивым к различного рода начальным импульсам: механическое воздействие (удар, трение), электрический импульс, луч огня. В связи с этим промышленное производство AZT с использованием в качестве азидирующего агента азида лития является взрывоопасным. Lithium azide is an explosive material susceptible to various kinds of initial impulses: mechanical impact (shock, friction), electric impulse, ray of fire. In this regard, the industrial production of AZT using lithium azide as an azidizing agent is explosive.

Известен способ получения AZT, в котором объединены процессы мезилирования и ангидридизации, предельно сокращен путь синтеза 5'-O-тритилангидротимидина. На наиболее взрывоопасной стадии азидирования ангидротимидина используется азид натрия [2]. Азид натрия сам не является взрывчатым веществом. Однако, при контакте (в том числе несанкционированном) этого реагента с органическими или минеральными кислотами происходит выделение в газовую фазу ядовитой и исключительно взрывоопасной азотистоводороной кислоты (азид водорода, HN₃). Кроме того, азид натрия плохо растворим в органических растворителях, используемых на стадии азидирования, что приводит к существенному увеличению рабочего объема реактора азидирования, дополнительному расходу растворителя, необходимости организации специального режима перемешивания и другим сложностям, характерным для проведения процессов в гетерогенных условиях. По данному способу AZT получают с невысоким выходом.A known method of producing AZT, in which the processes of mesylation and anhydridization are combined, the synthesis route of 5'-O-tritylhydrothymidine is extremely shortened. At the most explosive stage of anhydrothymidine azidation, sodium azide is used [2]. Sodium azide itself is not an explosive. However, upon contact (including unauthorized) of this reagent with organic or mineral acids, toxic and extremely explosive nitrous hydrous acid (hydrogen azide, HN ₃ ) is released into the gas phase. In addition, sodium azide is poorly soluble in organic solvents used at the stage of azidation, which leads to a significant increase in the working volume of the azidation reactor, an additional consumption of solvent, the need for a special mixing mode, and other difficulties characteristic of carrying out processes under heterogeneous conditions. According to this method, AZT is obtained in a low yield.

Известен способ получения AZT обработкой 5'-O-тритил-2,3'- ангидротимидина азидом натрия в среде диметилформамид-вода при нагревании с последующим снятием тритильной защиты в кислой среде, выделением целевого продукта и его кристаллизацией [3]. 5'-O-Тритил- 2,3'-ангидротимидин получают непосредственно из 5'-O-тритилтимидина. A known method for producing AZT by treating 5'-O-trityl-2,3'-anhydrotimidine with sodium azide in dimethylformamide-water medium under heating, followed by removal of trityl protection in an acidic medium, isolation of the target product and its crystallization [3]. 5'-O-Trityl-2,3'-anhydrothymidine is obtained directly from 5'-O-tritylthymidine.

По данному способу AZT получают с невысоким выходом - 33% в расчете на 5'-O-тритил-2,3'-ангидротимидин, что, по-видимому, обусловлено деструкцией ангидросвязи (C3'-O) под действием воды. According to this method, AZT is obtained in a low yield of 33% based on 5'-O-trityl-2,3'-anhydrotymidine, which is apparently due to the destruction of the anhydro bond (C3'-O) under the action of water.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения AZT, описанный в патенте [4]. Способ включает азидирование 5'-O-бензоил-2,3'-ангидротимидина алкиламмонийазидами (азиды диметил-, диэтил, триэтиламмония) при нагревании до 120-140^oC в апротонном диполярном растворителе - диметилформамиде или диметилацетамиде. Последующее выделение целевого продукта осуществляют путем упаривания реакционной массы, отделения смолистых примесей, экстракцией с применением этилацетата или системы хлорорганический растворитель-вода. После удаления растворителя остаток обрабатывают алкоголятами щелочных металлов в растворах первичных спиртов. Далее при помощи дробной кристаллизации из ацетона выделяют продукт-сырец, а затем его окончательно кристаллизуют из воды. Получают AZT с выходом около 80%. Т_пл=120-122^oC.Closest to the proposed invention is a method for producing AZT described in the patent [4]. The method includes the azidation of 5'-O-benzoyl-2,3'-anhydrothymidine with alkylammonium azides (azides of dimethyl-, diethyl, triethylammonium) when heated to 120-140 ^o C in an aprotic dipolar solvent - dimethylformamide or dimethylacetamide. Subsequent isolation of the target product is carried out by evaporation of the reaction mass, separation of tar impurities, extraction using ethyl acetate or an organochlorine solvent-water system. After removing the solvent, the residue is treated with alkali metal alkoxides in solutions of primary alcohols. Then, using fractional crystallization from acetone, the crude product is isolated, and then it is finally crystallized from water. Get AZT with a yield of about 80%. T _PL = 120-122 ^o C.

Однако проведение процесса азидирования при высоких температурах 120-140^oC приводит к частичной деструкции термически нестабильных нуклеозидных субстратов. Следствием данного побочного процесса является снижение выхода продукта азидирования и образование смолистых примесей, затрудняющих его выделение и очистку. Для удаления указанных примесей требуется введение специальных операций и аппаратурного оформления, в том числе сорбционных колонн, наполненных силикагелем, что усложняет технологическую схему процесса. Кроме того, проведение процесса при указанных температурах приводит к частичному разложению апротонного диполярного растворителя (ДМФА и ДМАА) с выделением низших альдегидов и диметиламина, что катализирует упомянутые выше деструктивные процессы. Снижение температуры до 100^oC и ниже приводит к увеличению времени процесса до 6 и более часов. Столь длительное нагревание реакционной массы при 100^oC не приводит к устранению отмеченных недостатков и не позволяет избежать негативных последствий термической деструкции нуклеозидов.However, the process of azidation at high temperatures of 120-140 ^o C leads to a partial destruction of thermally unstable nucleoside substrates. The consequence of this side process is a decrease in the yield of the azidation product and the formation of tarry impurities, which complicate its isolation and purification. To remove these impurities requires the introduction of special operations and hardware design, including sorption columns filled with silica gel, which complicates the process flow diagram. In addition, carrying out the process at these temperatures leads to partial decomposition of the aprotic dipolar solvent (DMF and DMAA) with the release of lower aldehydes and dimethylamine, which catalyzes the above-mentioned destructive processes. Lowering the temperature to 100 ^o C and lower leads to an increase in the process time to 6 or more hours. Such prolonged heating of the reaction mass at 100 ^° C. does not eliminate the noted drawbacks and does not allow to avoid the negative consequences of thermal degradation of nucleosides.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в увеличении выхода целевого продукта, снижении содержания примесей в нем и упрощении технологической схемы процесса. The problem to which the invention is directed, is to increase the yield of the target product, reduce the content of impurities in it and simplify the technological scheme of the process.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что 3'-азидо-2', 3'-дидезокситимидина (AZT) получают путем азидирования 5'-O-бензоил-2,3'-ангидротимидина алкиламмонийазидами в апротонном органическом растворителе, который представляет собой смесь диполярного растворителя с 1,4-диоксаном, с последующим выделением целевого продукта известным способом. The essence of the invention lies in the fact that 3'-azido-2 ', 3'-dideoxythymidine (AZT) is obtained by azidation of 5'-O-benzoyl-2,3'-anhydrothymidine with alkylammonium azides in an aprotic organic solvent, which is a mixture of dipolar solvent with 1,4-dioxane, followed by isolation of the target product in a known manner.

Целесообразным является проводить процесс при объемном соотношении диполярный растворитель: 1,4-диоксан от 1,5:1 до 4,0 : 1 и температуре 100-110^oC.It is advisable to carry out the process with a volume ratio of dipolar solvent: 1,4-dioxane from 1.5: 1 to 4.0: 1 and a temperature of 100-110 ^o C.

При соотношении диполярного растворителя с 1,4-диоксаном, равном 1,5 : 1, содержание 1,4-диоксана составляет 40% от общего объема растворителя. Дальнейшее увеличение содержание 1,4-диоксана нецелесообразно, так как приводит к интенсивному вскипанию реакционной массы. При соотношении диполярного растворителя с 1,4-диоксаном, равном 4,0 : 1, содержание 1,4-диоксана составляет 20% от общего объема растворителя. Дальнейшее снижение содержания 1,4-диоксана ведет к увеличению продолжительности нагревания и требует более высоких температур, что, как указано выше, приводит к частичной деструкции термически нестабильных нуклеозидных субстратов. When the ratio of the dipolar solvent to 1,4-dioxane is 1.5: 1, the content of 1,4-dioxane is 40% of the total solvent. A further increase in the content of 1,4-dioxane is impractical, since it leads to intensive boiling of the reaction mass. When the ratio of the dipolar solvent to 1,4-dioxane is 4.0: 1, the content of 1,4-dioxane is 20% of the total solvent. A further decrease in the content of 1,4-dioxane leads to an increase in the duration of heating and requires higher temperatures, which, as indicated above, leads to partial destruction of thermally unstable nucleoside substrates.

В качестве азидирующего агента возможно использование первичных, вторичных, третичных алкиламмонийазидов, например, диметил-, триметил-, триэтил-, диэтил- и других алкиламмонийазидов. Реакционная способность приведенных выше алкиламмонийазидов по отношению к 5'-O-защищенным-2,3'-ангидротимидинам практически не различается. В качестве диполярного растворителя используют диметилформамид (ДМФА) или диметилацетамид (ДМАА). Primary, secondary, tertiary alkylammonium azides, for example, dimethyl, trimethyl, triethyl, diethyl, and other alkyl ammonium azides, can be used as the azidating agent. The reactivity of the above alkylammonium azides to 5'-O-protected-2,3'-anhydrothymidines is practically the same. As a dipolar solvent, dimethylformamide (DMF) or dimethylacetamide (DMAA) is used.

Использование в качестве растворителя смеси диполярного растворителя с 1,4-диоксаном позволяет существенно увеличить скорость (сократить время) процесса азидирования, не увеличивая температуру реакции (таблица 1). Такое воздействие добавки неполярного растворителя представляется неочевидным, поскольку азидирование органических субстратов, как известно, ускоряется с повышением полярности среды [5] . Столь необычное действие 1,4-диоксана, по-видимому, можно объяснить избирательной сольватацией переходного состояния процесса азидирования молекулой этого циклического эфира, находящегося в конформации "ванна". Эффекты сольватации приводят к снижению величины энергетического барьера и, как следствие, к увеличению скорости реакции. Using as a solvent a mixture of a dipolar solvent with 1,4-dioxane can significantly increase the speed (reduce time) of the azidation process without increasing the reaction temperature (table 1). Such an effect of the addition of a nonpolar solvent seems unobvious, since the azidation of organic substrates is known to accelerate with increasing polarity of the medium [5]. Such an unusual action of 1,4-dioxane, apparently, can be explained by selective solvation of the transition state of the process of azidation by the molecule of this cyclic ether in the "bath" conformation. The effects of solvation lead to a decrease in the energy barrier and, as a consequence, to an increase in the reaction rate.

Ускорение основного процесса азидирования позволяет практически исключить побочные реакции термической деструкции нуклеозидов. Это способствует увеличению выхода продукта азидирования и снижению содержания примесей, а также упрощению технологической схемы процесса. Acceleration of the main process of azidation allows virtually eliminating the side reactions of thermal destruction of nucleosides. This contributes to an increase in the yield of the azidation product and a decrease in the content of impurities, as well as to a simplification of the technological scheme of the process.

Для лучшего понимания сущности изобретения ниже приводится пример его конкретного осуществления. For a better understanding of the invention, the following is an example of its specific implementation.

Пример. Смесь 27 г (0,3 мол) диметиламмонийазида (ДМАА) и 20 г (0,06 мол) 5'-O-бензоил-2,3'-ангидротимидина в 175 мл смеси диметилформамид-диоксан в объемном соотношении 3 : 1 нагревают при 100^oC в течение 4,5 ч, контролируя завершение процесса азидирования по исчезновению на пластинке ТСХ (Merck) пятна 5'-O-бензоил-2,3'- ангидротимидина. После окончания выдержки растворитель упаривают в вакууме, остаток растворяют в 100 мл хлористого метилена и раствор промывают водой. Удаляют смолистые примеси путем однократной фильтрации раствора через слой силикагеля. Остаток разбавляют 150 мл этанола и прибавляют раствор 2,5 г (0,063 мол) едкого натра в 50 мл этанола. Смесь перемешивают при комнатной температуре 1,5 часа. Растворитель удаляют в вакууме, а осадок разбавляют 150 мл ацетона, осадок отфильтровывают, фильтрат разбавляют 100 мл ацетона. Выпавший осадок снова отфильтровывают, а фильтрат вновь упаривают. Остаток кристаллизуют из воды. Получают 13,6 г AZT (выход 85%). Т. пл. = 120-122^oC. Строение и индивидуальность полученного азидотимидина подтверждали методами элементного анализа, ИК- и УФ-спектроскопии, ВЭЖХ, а также методом ЯМР на ядрах ¹H и ¹³C.Example. A mixture of 27 g (0.3 mol) of dimethylammonium azide (DMAA) and 20 g (0.06 mol) of 5'-O-benzoyl-2,3'-anhydrothymidine in 175 ml of a mixture of dimethylformamide-dioxane in a volume ratio of 3: 1 is heated at 100 ^o C for 4.5 hours, monitoring the completion of the azidation process by the disappearance on the TLC plate (Merck) of 5'-O-benzoyl-2,3'-anhydrothymidine spot. After exposure, the solvent was evaporated in vacuo, the residue was dissolved in 100 ml of methylene chloride, and the solution was washed with water. Resinous impurities are removed by a single filtration of the solution through a layer of silica gel. The residue was diluted with 150 ml of ethanol and a solution of 2.5 g (0.063 mol) of sodium hydroxide in 50 ml of ethanol was added. The mixture was stirred at room temperature for 1.5 hours. The solvent was removed in vacuo, and the precipitate was diluted with 150 ml of acetone, the precipitate was filtered off, and the filtrate was diluted with 100 ml of acetone. The precipitate formed is again filtered off and the filtrate is again evaporated. The residue is crystallized from water. Obtain 13.6 g of AZT (yield 85%). T. pl. = 120-122 ^o C. The structure and personality of the obtained azidothymidine was confirmed by elemental analysis, IR and UV spectroscopy, HPLC, as well as by NMR on ¹ H and ¹³ C nuclei.

Элементный анализ. Найдено,% : C 44,92; H 4,29; N 26,02. Вычислено,%: C 44,94; H 4,09; N 20,21. ИК-спектр, ν , см^-1% 2100 (N₃).Elemental analysis. Found,%: C 44.92; H 4.29; N, 26.02. Calculated,%: C 44.94; H 4.09; N, 20.21. IR spectrum, ν, cm ^-1 % 2100 (N ₃ ).

УФ-спектр λ_max,min,nm(ε): 266 (11260), 235 (2600).UV spectrum λ _{max, min} , nm (ε): 266 (11260), 235 (2600).

Спектр ЯМР ¹H δ, м.д. (ДМСО-d₆, ГМДС): 11,35 (s, 1H, NH); 7,67 (s, 1H, H-6); 6,08 (t, 1H, Н-1'); 5,21 (t, 1H, OH); 4,39 (m, 1H, H-4); 3,83 (m, 1H, H-3'); 3,63 (m, 2H, H-5'); 1,77 (s, 3H, CH₃).Nuclear Magnetic Resonance Spectrum ¹ H δ, ppm (DMSO-d ₆ , HMDS): 11.35 (s, 1H, NH); 7.67 (s, 1H, H-6); 6.08 (t, 1H, H-1 '); 5.21 (t, 1H, OH); 4.39 (m, 1H, H-4); 3.83 (m, 1H, H-3 '); 3.63 (m, 2H, H-5 '); 1.77 (s, 3H, CH ₃ ).

Спектр ЯМР ¹³C, δ, м. д. (ДМСО-d₆): 163,90 (C₄); 150,59 (C₂); 136,22 (C₆); 109,70 (C₅); 84,18 (C₁); 83,60 (C₄); 60,97 (C₅); 60,32 (C₃); 36,41 (C₂); 12,39 (C-CH₃). ¹³ C NMR spectrum, δ, ppm (DMSO-d ₆ ): 163.90 (C ₄ ); 150.59 (C ₂ ); 136.22 (C ₆ ); 109.70 (C ₅ ); 84.18 (C ₁ ); 83.60 (C ₄ ); 60.97 (C ₅ ); 60.32 (C ₃ ); 36.41 (C ₂ ); 12.39 (C-CH ₃ ).

Суммарное количество примесей в целевом продукте контролировали методом ВЭЖХ. The total amount of impurities in the target product was monitored by HPLC.

По данным ВЭЖХ в образце азидотимидина, полученного по предлагаемому способу, отсутствуют примеси токсичных веществ (прежде всего - 3'-фтортимидина), имеющихся в образцах, синтезированных по известным методам. According to HPLC in the sample of azidothymidine obtained by the proposed method, there are no impurities of toxic substances (primarily 3'-fluorothymidine) available in the samples synthesized by known methods.

Аналогично осуществляют азидирование 5'-O-бензоил-2,3'- ангидротимидина (БАТ) другими алкиламмонийазидами: триметиламмонийазидом (ТМАА) и диэтиламмонийазидом (ДЭАА) при различных условиях проведения процесса. Результаты представлены в таблице. 5'-O-benzoyl-2,3'-anhydrothymidine (BAT) is azidated in a similar manner with other alkylammonium azides: trimethylammonium azide (TMAA) and diethylammonium azide (DEAA) under various process conditions. The results are presented in the table.

Как видно из данных таблицы, проведение процесса азидирования по заявляемому способу приводит к увеличению выхода целевого продукта и снижению содержания примесей в нем по сравнению с известным способом. As can be seen from the table, the process of azidation by the present method leads to an increase in the yield of the target product and a decrease in the content of impurities in it compared with the known method.

Claims (2)

1. Способ получения 3'-азидо-2',3'-дидезокситимидина азидированием 5'-O-бензоил-2,3'-ангидротимидина алкиламмонийазидами при нагревании в апротонном органическом растворителе с последующим выделением целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют смесь диполярного растворителя с 1,4-диоксаном. 1. The method of obtaining 3'-azido-2 ', 3'-dideoxythymidine by azidation of 5'-O-benzoyl-2,3'-anhydrothymidine with alkylammonium azides when heated in an aprotic organic solvent, followed by isolation of the target product, characterized in that as a solvent use a mixture of dipolar solvent with 1,4-dioxane. 2. Способ получения по п.1, отличающийся тем, что используют смесь диполярного растворителя с 1,4-диоксаном при их объемном соотношении (1,5-4,0) : 1. 2. The production method according to claim 1, characterized in that a mixture of a dipolar solvent with 1,4-dioxane is used at their volume ratio (1.5-4.0): 1. 3 Способ получения по п.1, отличающийся тем, что процесс ведут при температуре 100 - 110^oC.3 The production method according to claim 1, characterized in that the process is carried out at a temperature of 100 - 110 ^o C.

Images