用5-甲基尿苷大规模生产2′，3′-二脱氢-3′-脱氧胸苷(d4T)的方法

摘要

公开了一种由5-甲基尿苷制备2′，3′-二脱氢-3′-脱氧胸苷(d4T)的，可大规模生产的，经济的方法。该方法使用了一种新的，5′-苯甲酰基-2′α-卤-3′α-链烷磺酰基胸苷中间体以及高效实用的d4T产物脱保护，分离及纯化方法。

说明书

这是于1993年11月15日申请的，申请号为08/153，058的美国专利申请及于1993年11月15日申请的，申请号为08/152，778的美国专利申请的部分继续申请。

本发明涉及适用于大规模生产抗HIV剂，d4T的方法。该方法使用5-甲基尿苷作为原料。

化合物d4T（2′，3′-二脱氢-3′-脱氧胸苷）已被批准用于治疗AIDS病。该药已被USAN命名为stavudine并作为ZERIT^TM销售。到目前为止，d4T由昂贵的原料，胸苷，制造。为了寻求可进行大规模制备商业药品所需的d4T的更经济及成本更低的方法，生产这种抗病毒剂的替代方法已被研究。在这点上，不仅要考虑原料和试剂的费用，而且要考虑反应步骤，反应时间，物质的处理，而且生态学影响和健康及安全因素也必须给予考虑。

以前已有四种主要方法，用于以降低核苷，5-甲基尿苷，（5-MU）转变为d4T的费用。

（1）5-MU的环状硫羰酸酯衍生物与三烷基亚磷酸酯的Corey-Winter热分解。见L.Dudycz，Nucleosides    and    Nucleotides，8（1），35-41（1989）;

（2）5-MU环状原酸酯裂解成相应的d4T衍生物的Eastwood反应。见H.Shiragamai等人，J.Org.Chem.，1988，53，5170-5173;

（3）使用三丁基氢化锡进行5-MU2′，3′-双黄原酸酯衍生物的还原性消去反应。见C.K.Chu等人J.Org.Chem.，1989，54，2217-2225;及

（4）顺式-2′-卤-3′-羧酸酯的锌还原性消去反应产生2′，3′-烯属核苷。见M.Mansuri等人，J.Org.Chem.1989，54，4780-4785。

这些方法有一定的不足。（2）和（4）的主要问题是核键的有效裂导致产生很难除去的副产物胸腺嘧啶。另外的问题是，方法（1）和（3）都需要5′-OH的选择性的预保护。

邻溴甲苯磺酸酯的锌还原成烯是由Cristol&Rademacher公开于J.Am.Chem.Soc.1959，81，1600-1602。

2′-溴-3′-甲磺酰酯的锌还原已经用于制备2′，3′-二脱氧-2′，3′-二脱氢尿苷衍生物。见Ishida等人，KoKai    No    JP05097847-A，5[1993]。

Furukawa等人，在Chem.Pharm.Bull.18，554（1970）上公开了由pd氢化2′-溴-2′-脱氧-3′-甲磺酰基尿苷衍生物制备-2′，3′-二脱氧尿苷的方法。但是，该方法未分离得到象d4T那样具有2′，3′-双键的产物。

Wilson在美国专利U.S.4，921，950公开的包括由D-木糖制备AZT的文献意义不大。该方法中的原料，中间体，和产物都不相同。

简言之，没有在前的文献教导或解释过可大规模提供高效和低成本的d4T产品的本发明的d4T的经济的制法。

本发明提供一种用5-甲基尿苷代替较昂贵的原料，胸苷制备d4T的更经济的方法。该方法也实现了在反应顺序和操作的选择，工艺及反应物和产物的纯化方面的各种改进，使该方法特别适用于大规模生产。本方法的一个特别有用的中间体，胸苷的顺-2′α-卤-3′α-磺酸酯衍生物，也被公开。

在最广泛的方面，本发明为可大规模生产d4T的经济的方法。该方法由5-甲基尿苷（5-MU）开始并经过了具有通式（Ⅴ）的新的5-MU顺-2′α-卤-2′-脱氧-3′α-磺酸酯衍生物。

式Ⅴ中，R⁵可为氢或羟基保护基;R³可为C_1-5烷基，C_6-30芳基，C_1-6烷氧基或C_6-30芳氧基;而X可为C1、Br或I。“羟基保护基”表示可保护5′-氧不参与某些反应，使其与所需要的反应隔绝的部分，并且随后氧连接的保护基部分可被方便地转化成羟基。优选的可使用的羟基保护基为三烷基甲硅烷基和烷氧羰基以及具有C_1-5烷基或C_5-30芳基的羧酸烷基或芳基酯。用于该方法中的（Ⅴ），苯甲酰基为优选的R⁵部分，R³为甲基而X为溴。

在较窄的方面，本发明涉及经可适应d4T大规模生产的实用的，经济方法的d4T的制备。作为一个整体，该方法由5-MU（式Ⅹ）开始并按流程1所示的反应进行。

如流程1所示，d4T方法包括下列化学反应：

（a）由5-MU制备-2′，3′，5′-三-0-甲磺酰基-5-甲基尿苷（式Ⅸ）;该步骤的改进包括使用极性溶剂，如丙酮，以及大约2到4当量的强于吡啶弱于三乙胺的有机碱。有用的有机碱如甲基吡啶，二甲基吡啶，优选N-甲基吗啉;实际上，pK值在5.5和8.0之间的碱。反应在温热的温度如室温到大约65℃下进行，在大约0.5到2.0小时内完成。

（b）用浓氢氧化物溶液如6N    NaOH处理（Ⅸ）制备二-甲磺酰化2，2′-脱水-5-甲基尿苷（Ⅷ）。

（c）通过（Ⅷ）在DMF中与苯甲酸盐阴离子反应取代5′-甲磺酰基，得到5′-苯甲酸酯中间体（Ⅶ）。苯甲酸钾和苯甲酸钠为优选的反应试剂。

（d）在甲醇中使用乙酰卤或在乙酸中使氢卤酸进行卤化，得到结构通式（Ⅴ）的中间体。特别地，用HBr/HOAc处理（Ⅶ）得到新的顺-2′α-溴-3′α-甲磺酰基中间体（Ⅵ）

（e）用金属还原剂，优选锌或锌-铜例如Zn-Cu，对（Ⅵ）进行还原性消去反应，得到d4T的5-苯甲酸酯（Ⅲ）。这种特殊的还原性消去反应的优点是它可以高产率彻底地完成，很少或没有很难从产物中分离的胸腺嘧啶的裂解。

（f）在使用正-丁胺容易进行的反应中将5′-苯甲酸酯中间体（Ⅲ）完全地脱保护。在乙酸丁酯中加入N-甲基吡咯烷酮（NMPO）可使d4T·NMPO溶剂化物（Ⅱ）从的反应混合物中分离。经NMPO溶剂化物的分离有效地消去了很难从产物，特别是大规模生产的产物中污染物。

（g）通过在异丙醇中加热，使溶剂化物（Ⅱ）分解，以高产率和高纯度得到d4T。

本发明不仅包括流程1所示的总的反应程序，也包括由新的式（Ⅵ）中间体进行的d4T的制备，并且包括作为本身可公开的和独立的方法，经过d4T·NMPO溶剂化物Ⅱ的产物分离/纯化。

对于商业上，从5-MU大规模产生d4T，其优点在于具有可简化到最少的反应步骤和中间体分离和/或纯化的反应流程。就这点而言，流程1的基本反应可安排在数个步骤以得到d4T，如流程2所示。本发明另一个方面是选择合成程序即通过合并反应以及简化反应步骤中的中间体的分离和/或纯化而最大程度地提高大规模生产的效率。经过研究和实验后，开发了下列新的方法，并概括在流程3中。

流程3的方法包括下列步骤：

（a）在有机碱如二甲基吡啶，甲基吡啶，或优选N-甲基吗啉的存在下，通过与甲磺酰氯反应而使5-MU的2′，3′和5′羟基甲磺酰化，然后用氢氧化物水溶液处理得到2，2′-脱水胸苷衍生物（Ⅷ）。

（b）苯甲酸根阴离子取代5′-甲磺酰基，随后溴氢化得到5′-苯甲酰基-2′α-溴-3′α-甲磺酰基胸苷化合物（Ⅵ），接着通过用还原性金属，优选锌或锌铜偶使（Ⅵ）还原性消去，得到d4T的5-苯甲酸酯（Ⅲ）。

（c）通过与丁胺反应接着在乙酸丁酯中用N-甲基吡咯烷酮处理使（Ⅲ）的5′-羟基脱保护，沉淀出d4T·N-甲基吡咯烷酮溶剂化物（Ⅱ），它可通过过滤从反应混合物中分离。

（d）通在醇介质，优选异丙醇中温热使d4T·NMPO溶剂化物（Ⅱ）脱溶剂而以高产率得到高纯度的d4T（Ⅰ）。

这个方法中，是用正-丁胺将5′-位的苯甲酰基（或其它酰基）除去的。由于所需的反应条件通常较剧烈（特别是温度和反应时间），这种胺与酯的反应并不常用。由于副产物通常很难从产品中分离，该反应的副-产物也是问题。

从d4T中除去5′-酰基遇到的另一个问题是d4T在水和醇中的高溶解度。水和醇或其混合物是5′-脱保护反应使用的典型溶剂。已知技术中d4T的合成通常在甲醇中使甲醇钠来实现5′-脱保护。由于水溶液萃取不能从水溶性产物中分离副产物钠盐，强酸性树脂通常被用来除去脱保护反应中产生的钠盐。接着除去甲醇并随后从二氯甲烷混合物中分离d4T。

对于大规模生产，不考虑其它分离和纯化方法的不利方面强酸性树脂的使用以及用二氯甲烷置换甲醇介质本身便是难以进行的操作。

作为对照，本发明新的脱保护/分离/纯化方法包括：

在约70℃的丁胺中将5′-酰基d4T搅拌6小时;

·加入NMPO和乙酸丁酯;

·真空除去过量丁胺（以及某些乙酸丁酯）;

·冷却到约-10℃并过滤沉淀，将沉淀用冷却的乙酸丁酯洗涤，

如果需要，在约50℃真空干燥。

该方法不仅效率高，而且还免去了由难以除去的无机盐污染水溶性d4T导致的问题。

这种更有效的由5-MU制备d4T的方法不仅产品的产率和纯度有提高。而且由于该方法步骤的改进使用试剂和反应条件使其更适用于大规模生产。

简言之，这种新的，低消耗的制备d4T的方法，由于其在方法步骤、试剂和反应条件方面的选择，以及可导致最大限度地减少烦人的不纯物和产品的分解以及在即不产生有毒的或大量的废物情况下提供高产率和高纯度的有效方法中的分离/纯化方面均适合于大规模生产。

本发明的改进方法通过下列实施例进行详细说明，这些实施例涉及上述方法步骤的优选情况。这些实施例不应以任何方式限制本发明范围。某些例举的化合物实际上未分离，但它仍可被继续用于本发明的方法步骤中。下面的其它实施例说明以前所用方法，为的是与本发明所设计的方法进行比较。

A.化合物Ⅸ

实施例1：2′，3′，5′-三（甲磺酰基）-5-甲基尿苷

a.吡啶方法

0℃下在搅拌着的5-甲基尿苷（12.8g，50mmol）的吡啶（75ml）混合物中加入甲磺酰氯（174ml，225mmol）。0℃下将此反应混合物搅拌五小时，然后在搅拌下倒入冰水（500ml）中。三（甲磺酰基）-5-甲基尿苷（Ⅸ）沉淀出来，将混合物搅拌5分钟。过滤收集固体产物，用水（3×200ml）洗涤并干燥。产物21.6g，89%。

¹H-NMR（DMSO-d₆）δ1.77（s，3H），3.24（s，3H），3.34（s，3H），3.36（s，3H），4.47-4.60（m，2H），5.33（m，1H），5.54（m，1H），5.97（d，J＝4.5Hz，1H），7.56（s，1H），11.56（s，1H）.

b.N-甲基吗啉方法

将N-甲基吗啉（29.6ml，266mmoles）加到5-甲基尿苷半水合物（15.64g，58.5mmoles）的丙酮（68ml）浆状物中，并将所得混合物冷却至5℃。在45分钟内加入甲磺酰氯（20.1ml，255mmoles）的丙酮（30ml）溶液，使反应温度升至45-50℃。再搅拌1.4小时后滤出N-甲基吗啉氧氯化物并用丙酮（2×30ml）洗涤滤饼。合并滤液和洗液，然后将其加入10-15℃的水（1L）中，搅拌1.1小时后，将白色沉淀滤出，用水（2×75ml）洗涤，真空干燥，产品27.95g（97%），

B.化合物Ⅷ

实施例2：3′，5′-二-O-甲磺酰基-2，2′-脱水-5-甲基尿苷

5℃搅拌下在5-甲基尿苷（200g，0.748mol）的丙酮（400ml）混合物中加入N-甲基吗啉（NMM，380ml，3.46mol）。然后加入甲磺酰氯的（256ml，3.31mol）的丙酮（40ml）溶液，10分钟后使反应温度升至65℃。在加入的大部分过程中，使反应容器内的温度保持在60-65℃。然后将反应混合物搅拌两小时直到温度逐渐降到25℃。滤出NMM-HCl盐并用丙酮（3×350ml）洗涤滤饼。将滤液和丙酮洗液合并并加入水（400ml）。当温热温度升到50-55℃时使用自动滴定计用6N    NaOH将反应混合物PH值调节至8.8-9.0。将PH9保持大约30分钟后，将反应容器在50℃搅拌一小时，然后将所得调浆状物冷却到2-5℃并过滤。用3×600ml水洗涤滤饼并干燥得到中间产物（Ⅷ）266g（89.1%）

¹H-NMR（DMSO-d₆）δ1.80（s，3H），3.16（s，3H），3.41（s，3H），4.16（m，1H），4.34（m，1H），4.70（m，1H），5.44（s，1H），5.62（d，J＝5.7Hz，1H），6.40（d，J＝5.7Hz，1H），7.80（s，1H）.

C.化合物Ⅶ

实施例3：5′-苯甲酰基-3′-甲磺酰基-2，2′-脱水-5-甲基尿苷

115℃搅拌下在苯甲酸钠（10g，69.3mmol）于乙酰胺（50g）的浆状物中加入2′，3′，5′-三（甲磺酰基）-5-甲基尿苷（Ⅸ，10g，20.3mol）。将反应混合物在115℃搅拌65分钟，然后倒入冰水（2L）中。将此混合物在0℃搅拌15分钟。将白色固体滤出，用水（2×50ml）洗涤并干燥，得到化合物（Ⅶ）7.76g（90%）。

¹H-NMR（DMSO-d₆）δ1.74（s，3H），3.44（s，3H），4.16-4.33（m，2H），4.78（m，1H），5.63（s，1H），5.68（d，J＝5.7Hz，1H），6.45（d，J＝5.7Hz，1H），7.79（s，1H），7.47-7.89（m，5H）.

D.化合物Ⅵ

实施例4：5-苯甲酸基-3′α-甲磺酰基-2′α-溴胸苷

a.由5′-苯甲酰基-3′-甲磺酰基-2，2′-脱水-5-甲基尿苷（Ⅷ）制备

搅拌下将乙酰溴（5ml，67.7mmol）加入5′-苯甲酰基-3′-甲磺酰基-2，2′-脱水-5-甲基尿苷（Ⅷ）（4.0g，9.5mmol）的乙酸乙酯（100ml）和甲醇（10ml）的混合物中。将反应混合物回流一小时后冷却。将的反应混合物移至分液漏斗。加入乙酸乙酯（150ml）。将此溶液用饱和碳酸氢钠溶液（100ml）洗涤，然后用盐水（100ml）洗涤。将有机层分离并用MgSO₄干燥。除去溶剂得到固体产物（Ⅵ）。产量：4.86g，100%。

¹H-NMR（DMSO-d₆）δ1.63（s，3H），3.37（s，3H），4.50-4.55（m，1H），4.60-4.64（m，2H），5.09（t，J＝6.0Hz，1H），5.47（m，1H），6.14（d，J＝7.2Hz，1H），7.49（s，1H），7.50-8.04（m，5H），11.56（s，1H）.

b.由2′，3′，5′-三（甲磺酰基）-5-甲基尿苷（Ⅸ）制备

90℃下，将三（甲磺酰基）-5-甲基尿苷（Ⅸ，5.0g，10.2mmol）加粉末状苯甲酸钠（3.5g，24.3mmol）的DMAc（25ml）的浆状物中。90℃下将的反应物搅拌5.5小时。加入HBr/HOAc（30-32%，5ml，25.1mmol）并将反应物搅拌一小时。冷却后，将反应混合物用500ml乙酸乙酯和100ml水稀释。分相并将有机相用100ml水，50ml盐水洗涤并用MgSO₄干燥，除去溶剂得到化合物（Ⅵ>

E.化合物Ⅲ

实施例5：5′-苯甲酰基-2′，3′-二脱氢-3′-脱氧胸苷（5′-苯甲酰基-d4T）

a.由5′-苯甲酰基-3′α-甲磺酰基-2′α-溴-胸苷（Ⅵ）制备

将5′-苯甲酰基-3′-甲磺酰基-2′-溴-5-甲基尿苷（Ⅵ，6.0g，11.9mmoles）悬浮到乙酸乙酯（112.5ml）和甲醇（37.5mmoles）的混合物中。18℃的温度下在此浆状物中加入乙酸（0.68ml）和锌粉（1.36g）。3.5小时后滤除过量锌并用乙酸乙酯/甲醇3∶1混合物（2×30ml）洗涤滤饼。真空除去溶剂并再加3∶1乙酸乙酯/甲醇（20ml）。然后在此浆状物中加入水（225ml）。过滤所得浆状物并将产物用水洗涤及干燥。得到3.8g（97%）中间体产物（Ⅲ）

¹H-NMR（DMSO-d₆）δ1.35（s，3H），4.41-4.48（m，2H），5.10（m，1H），6.04（d，J＝5.8Hz，1H），6.53（d，J＝5.8Hz，1H），6.80（s，1H），7.10（s，1H），7.51-7.95（m，5H），11.37（s，1H）.

b.用3′，5′-二（甲磺酰基）-2，2′-脱水-5-甲基尿苷（Ⅷ）制备

在95-97℃搅拌下，一小时内将粉末苯甲酰钠（79.56g，0.552mol）分批加到3′，5′-二（甲磺酰基）-2，2′-脱水-5-甲基尿苷（Ⅷ，200g，0.505mol）的DMF（600ml）混合物中。将所得混合物于95-97℃再搅拌五小时。冷却到80℃后，加入乙酰溴（3.8ml），然后加入HBr/HOAc（30-32%，120ml，0.605mol）。将反应物于90℃搅拌一到两小时，然后冷却到0-5℃。分批加入锌粉（42.8g，0.655mol）并使反应放热至50-55℃。然后将反应物于18-25℃搅拌一小时。加入溴乙酸（21.0g）并将此混合物搅拌二到三小时以消耗过量锌金属。在所得澄清溶液中加入水（1.5-2.0L）并将反应容器冷却于2℃。过滤浆状物并用冰水（6×60ml）洗涤滤饼，然后冷却IPA（-10℃，400ml）。将滤饼干燥至恒重，136.9g（87.9%）。

c.由2′，3′，5′-三（甲磺酰基）-5-甲基尿苷（Ⅸ）制备

将三（甲磺酰基）-5-甲基尿苷（Ⅸ，5.0g，10.2mmol）于90℃加到粉末苯甲酸钠（3.5g，24.3mmol）的DMF（25ml）浆状物中。将此反应物于90℃搅拌5.5小时。加入HBr/HOAc（30-32%，5ml，25.1mmol）并将反应物搅拌一小时。将反应混合物冷却至25℃并加入锌粉（2.0g，30.6mmol）。将此反应物搅拌30分钟。滤除过量锌并用2×100ml甲醇洗涤。在滤液中加入100ml冰水。将所浆状物在0℃搅拌30分钟然后过滤，干燥得到5′-苯甲酰基-d4T，2.34g（71%）。

F.化合物Ⅱ

实施例6：2′，3′-二脱氢-3′-脱氧胸苷-N-甲基吡咯烷酮溶剂化物

在正-丁胺（133ml）中加入5′-苯甲酰基-d4T（Ⅲ，70.0g）。将反应物在70℃加热六小时。冷却至20-25℃后，加入N-甲基吡咯烷酮（NMPO，41.3ml）和乙酸正-丁酯（350ml），在50℃经真空蒸馏除去过量正-丁胺（～112.4ml）与175ml乙酸正-丁酯。一小时内将所得浆状物冷却至20-25℃并搅拌30分钟。然后将此浆状物冷却于-10到-15℃并搅拌1.5小时。滤出滤饼用2×50ml冷（-10至-15℃）乙酸正-丁酯洗涤滤饼，干燥，得到d4T·NMPO溶剂化物（Ⅱ），59.0g（85.6%）。

G.化合物Ⅰ

实施例7：2′，3′-二脱氢-3′-脱氧胸苷（d4T）

a.甲醇方法

将甲醇钠溶液（4.8ml，25%，21mmol）加到5′-苯甲酰基-d4T（Ⅲ）（2.4g，7.31mmol）的甲醇（24ml）浆状物中。将所得溶液在室温下搅拌3小时。用强酸性树脂（Dowex    50×8-200，用甲醇预洗）将反应混合物中和至PH4。滤除树脂并用甲醇（2×10ml）洗涤滤饼。除去甲醇得到湿固体，加入二氯甲烷（10ml）。将所得混合物搅拌30分钟。然后过滤收集d4T产物（Ⅰ），用二氯甲烷（2×5ml）洗涤并干燥。得到产物1.29g，79%。

¹H-NMR（DMSO-d₆）δ1.71（s，3H），3.59（m，4.76（m，1H），4.76（m，1H），502（s，1H），5.89（d，J＝5.7Hz，1H），6.38（d，J＝5.7Hz，1H），6.80（s，1H），7.63（s，1H），11.27（s，1H）.

b.d4T·NMPO溶剂化物方法

在500ml异丙醇中加入50.0gd4T·NMPO（Ⅱ），5.0g    Dicalite，5.0g    DarcoKB。将此混合物加热回流然后通过Dicalite床热滤。用150ml热异丙醇漂洗滤饼。将滤液和漂洗液合并，真空浓缩至最后体积为200ml。将浓缩混合物加热回流成溶液，然后在50℃慢慢冷却形成浆状产物。然后将此浆状物冷却至0℃并保持30分钟。过滤，用冷（0℃）异丙醇洗涤并干燥得到d4T（Ⅰ），30.5g（87.9%）。

流程3  

                        由5-甲基尿苷制备D4T的方法