本发明涉及一种用于以高产率和高纯度制造普瑞巴林的商业上可行的更绿色方法。
背景技术：
普瑞巴林，化学上被称为具有式(ⅰ)结构的3-(s)-(氨基甲基)-5-甲基己酸，已知治疗若干种中枢神经系统失调症，所述中枢神经系统失调症包括癫痫、神经性疼痛、焦虑和社交恐惧症。
已发现(s)-普瑞巴林以剂量依赖性方式激活gad(l-谷氨酸脱羧酶)并促进gaba(γ-氨基丁酸)的产生，gaba是大脑的主要抑制性神经递质之一。抗癫痫活性的发现首次在美国专利号5,563,175中公开。已经以各种方式制备了普瑞巴林；最常见的途径涉及合成外消旋普瑞巴林，通常是r异构体和s异构体的50:50混合物，然后通过非对映异构盐形成进行拆分。该途径公开于专利公开例如wo2009122215、wo2009087674、wo2009044409、wo2008138874、wo2009125427和wo2009001372中。与该途径相关的主要困难涉及r-异构体的损失以及无法有效地回收所需的s-异构体，从而导致整体成本增加。wo2009087674专利公开涉及使用氯仿进行化学拆分，氯仿不是用于在商业规模上制备药物的优选溶剂。
pct公开号wo9638405描述了s-普瑞巴林的合成(方案1)。合成过程包括knoevenagel缩合，之后进行micheal加成和酸性水解以提供二酸。将二酸转化为单酰胺，将单酰胺通过(r)-苯乙胺拆分。将所制备的r-单酰胺通过霍夫曼降解(hoffmanndegradation)进一步转化为(s)-普瑞巴林。该方法的缺点是总产率低(12％)，并且在8个步骤后才能获得。
方案1：
pct公布号wo2008062460和专利号us6,046,353描述了丙二酸二乙酯与异戊醛的缩合之后是氰化。将产物选择性地水解并脱羧基为氰基酯，该氰基酯在水解时得到氰基酸。将氰基酸氢化成外消旋普瑞巴林，并通过(s)-(+)扁桃酸拆分(方案2)。该方法的缺点是使用昂贵的试剂、总产率低(15.5％)，并且在6个步骤后才能获得。
方案2：
专利号us8,304,252描述了通过酶促途径制备普瑞巴林(方案3)。该方法涉及异戊醛与氰基乙酸乙酯缩合，之后进行氰化以提供外消旋二氰基化合物。使用腈水解酶以获得(s)-氰基酸，并且使将不希望的二腈在存在dbu的情况下在甲苯中消旋。(s)-氰基酸盐的氢化在4个步骤后以低总产率(7.7％)得到了(s)-普瑞巴林。该方法的主要缺点是产率低和使用腐蚀性试剂，这使得该方法在经济上和环境上都不可行。
方案3：
因此，为了克服上述现有技术方法的缺点，需要开发一种用于以更高的产率以及高化学纯度和手性纯度制备所需的式(ⅰ)的(s)-普瑞巴林的改进方法，所述改进方法易于在工业规模上应用。因此，出于上述缺点和需要，本发明人有动机开发一种用于以更高的产率、更高的化学纯度和手性纯度由不期望的异构体制备“基本上纯的”式(ⅰ)的(s)-普瑞巴林的改进且简单的方法。通过以成本有效且环保的方式使用经遗传修饰的腈水解酶和脂肪酶进行反应中形成的不期望的异构体的回收和再利用，从而使得方法在工业上更适合。
技术实现要素：
在一个方面中，本发明提供了一种用于制备式(ⅰ)的普瑞巴林的方法，该方法包括以下步骤：
a)使式(ⅱ)化合物与式(ⅲ)化合物在存在水中的氰化物源的情况下，任选地在存在相转移催化剂的情况下反应，以获得式(ⅳ)化合物；
其中r1是直链或支链的c1-c4烷基；
b)使式(ⅳ)化合物与最小负载量的腈水解酶反应，以获得式(ⅴ)化合物或其盐，将式(ⅴ)化合物或其盐任选地分离；
其中r2是选自由以下项组成的组的阳离子抗衡离子：氢、碱金属、碱土金属、铵、烷基铵和有机胺；
c)将式(ⅴ)化合物或其盐酯化以获得不含杂质的式(ⅵ)的外消旋化合物；
其中r3选自由以下项组成的组：直链或支链的c1-c4烷基、c6-c10芳基和烷基芳基；
d)通过在最小体积的缓冲溶液或溶剂或它们的混合物中进行对映选择性水解，将式(ⅵ)的外消旋化合物分离为式(ⅶ)的(s)-异构体和式(ⅷ)的(r)-异构体或它们的盐；
e)任选地通过酯化之后进行外消旋将式(ⅷ)化合物转化为式(ⅵ)的外消旋化合物；
f)通过用碱水解酯基之后在溶剂中用最小负载量的氢化催化剂进行氢化，将式(ⅶ)化合物转化为式(i)的普瑞巴林。
在一个实施方式中，本发明提供了一种用于制备式(i)化合物的方法，该方法具有缩短的循环时间(四个步骤)、22％的总产率和减少的杂质形成。
在另一个实施方式中，本发明提供了一种用于使用环保溶剂(例如水)和低成本的相转移催化剂制备式(i)化合物，以促进更绿色的途径并减少废水的负载的方法。
以下一般合成方案说明了上述方法：
其中
r1为直链或支链的c1-c4烷基；
r2是选自由以下项组成的组的阳离子抗衡离子：氢、碱金属、碱土金属、铵、烷基铵和有机胺；
r3选自由以下项组成的组：直链或支链的c1-c4烷基、c6-c10芳基，以及烷基芳基。
具体实施方式
现在将在下文中更全面地描述本发明。实际上，本发明可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式是为了使本公开满足可适用的法律要求。如说明书和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”、“一个”、“该”包括复数指代。术语“基本上纯的”(s)对映异构体表示(s)映异构体和(r)对映异构体以85:15至100:0的优选比率；更优选地以95:5至100:0的比率；最优选地以99:1至100:0的比率存在。
在本发明的一个实施方式中，本发明提供了一种用于经由对映选择性酶促途径制备具有高化学纯度和手性纯度的式(ⅰ)化合物的改进方法。
在本发明的一个实施方式中，其中步骤(a)中的所述氰化物源优选地选自氰化锂、氰化钠、氰化钾、三甲基硅氰等；更优选地为氰化钠或氰化钾。
在本发明的另一个实施方式中，其中步骤(a)中的所述相转移催化剂选自铵盐，例如氯化乙酰胆碱、aliquat336、苯扎氯铵(bzk)、十六烷基三甲基氯化铵(ctac)、癸基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵(ctab)、四丁基乙酸铵(tbac)、四丁基溴化铵(tbab)、四丁基碘化铵(tbai)、四丁基二氟三苯基锡酸铵；或选自杂环铵盐，例如n-(烯丙氧羰基氧基)琥珀酰亚胺、1-丁基-2,3-二甲基咪唑鎓氯化物、溴代十六烷基吡啶、甲基紫精二氯化物水合物等；或选自鏻盐，例如双[四(羟甲基)鏻]硫酸盐溶液、四丁基溴化鏻、甲磺酸四丁基鏻等，优选地为四丁基溴化铵。
在本发明的另一个实施方式中，其中用于该方法的任何反应中的水是工艺用水、矿泉水、脱矿质水等。
在本发明的另一个实施方式中，其中步骤(a)的所述反应在10℃至120℃；优选地60℃至120℃下进行。
在本发明的另一个实施方式中，其中步骤(a)涉及副产物的形成，所述副产物通过简单的蒸馏技术被去除以降低焚化的成本。
在本发明的另一个实施方式中，其中步骤(b)中的所述腈水解酶是经遗传修饰的腈水解酶，例如nit9n__56_2。
在本发明的另一个实施方式中，其中步骤(b)中的腈水解酶的负载量为50％至300％；更优选地65％至125％。
在本发明的另一个实施方式中，其中在步骤(b)中通过以下方式获得式(v)化合物或其盐：使用碱将反应混合物的初始ph保持在7.5±1.0之间，优选地7.5±0.5之间，所述碱优选地选自碳酸氢钠、碳酸氢钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氨、甲基氯化铵、三乙胺等，更优选地为碳酸氢钠；以及进一步使用酸将有机溶液的稍后ph保持在1.0至2.0之间，所述酸选自乙酸、柠檬酸、酒石酸、盐酸、硫酸、磷酸等，更优选地为浓盐酸或浓硫酸。
在本发明的另一个实施方式中，其中式(v)化合物或其盐任选地被分离并且在不进行纯化的情况下原样用于随后的步骤。
在本发明的另一个实施方式中，其中步骤(c)中的所述酯化反应是在存在醇(r3oh)或烷基卤化物(r3x)的情况下，在存在酸或碱催化剂和溶剂的情况下执行的。
在本发明的另一个实施方式中，其中所述醇(r3oh)优选地选自由以下项组成的组：甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、苯甲醇、环戊醇、环己醇等；更优选地为甲醇或乙醇。
在本发明的另一个实施方式中，其中所述烷基卤化物(r3x)选自由以下项组成的组：碘甲烷、氯乙烷、溴乙烷、碘乙烷、正丙基溴、异丙基氯和异丙基溴。
在本发明的另一个实施方式中，其中用于步骤(c)和步骤(e)中的酯化的所述酸催化剂优选地选自由以下项组成的组：盐酸、硫酸、亚硫酰氯、三甲基氯硅烷、甲磺酸、对甲苯磺酸、苯磺酸、三氟甲磺酸、路易斯酸或强酸性磺化树脂等；更优选地为盐酸或硫酸。
在本发明的另一个实施方式中，其中用于步骤(c)中的酯化和步骤(e)中的外消旋化的碱催化剂选自有机或无机碱、醇盐，并且以固体或溶液状态加入以使杂质(例如琥珀酰亚胺和酰胺酯杂质)的形成最小化。
在本发明的另一个实施方式中，其中步骤(c)和步骤(e)中的有机碱选自单烷基胺、二烷基胺和三烷基胺，例如三乙胺、n,n-二异丙基乙胺、1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯、1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯、1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯、咪唑、4-二甲基氨基吡啶、吗啉、n-甲基吗啉；无机碱，例如碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物(例如氢氧化钠、氢氧化钾)；优选地为碳酸氢钠和醇盐，例如甲醇钠或甲醇钾、乙醇钠等；更优选地在步骤(c)中为碳酸氢钠并且在步骤(e)中为甲醇钠。
在本发明的一个实施方式中，其中步骤(c)和步骤(e)中的溶剂选自由以下项组成的组：水、乙醇、甲醇、异丙醇、正丁醇、四氢呋喃、二噁烷、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、甲基叔丁基醚、环己烷、甲苯、邻二甲苯等。
在本发明的一个实施方式中，其中步骤(b)和步骤(c)的所述反应优选地在环境温度至回流温度下进行。
在本发明的一个实施方式中，其中步骤(a)和步骤(c)的化合物可以通过使用薄膜蒸发器纯化，这与传统的高真空蒸馏技术相比缩短了时间并减少了化合物的降解。
在本发明的另一个实施方式中，其中步骤(c)的不含杂质的式(ⅵ)的外消旋化合物通过如下分离：用碱猝灭，过滤并蒸馏掉溶剂以得到残余物。将残余物用水稀释、用一种或多种烃溶剂或一种或多种酯溶剂萃取，并去除一种或多种溶剂。
在本发明的另一个实施方式中，其中步骤(c)的式(ⅵ)的外消旋化合物不含琥珀酰亚胺杂质(小于0.1％)和酰胺酯杂质(按gc计小于0.1％)。
在本发明的一个实施方式中，其中通过现有技术中众所周知的已知技术进行说明书中的过滤、蒸馏或浓缩。
在本发明的一个实施方式中，其中说明书涉及的一种或多种烃溶剂选自环庚烷、环己烷、环戊烷、庚烷、己烷、甲苯、二甲苯、戊烷等；更优选地为甲苯，并且一种或多种酯溶剂选自乙酸乙酯、乙酸异丙酯等。
在本发明的一个实施方式中，其中酯化步骤(c)在7.0±1.0；更优选在6.8至7.2的范围内的ph下进行。
在本发明的另一个实施方式中，其中步骤(d)中的所述对映选择性水解是通过使用酶执行的。
在本发明的另一个实施方式中，其中步骤(d)的酶选自以下项的组：酯酶、丽波脂肪酶(lipolases)、脂肪酶(lipases)等。
在本发明的另一个实施方式中，其中步骤(d)的酯酶、丽波脂肪酶、脂肪酶选自由以下项组成的组：南极假丝酵母(candidaantarctica)脂肪酶a、南极假丝酵母脂肪酶b1、南极假丝酵母脂肪酶by2、诺维信435脂肪酶、曼赫根毛霉(rhizomucormeihei)、绵毛嗜热丝孢菌(thermomyceslanhginosa)、洋葱假单胞菌(pseudomonascepecia)、树脂酶ht、lipex100l、枯草芽孢杆菌(bascillussubtillis)、脂肪酶3.101、脂肪酶3.102、脂肪酶3.104、脂肪酶3.105、脂肪酶3.106、脂肪酶3.107、脂肪酶3.108、脂肪酶3.109、脂肪酶3.111、脂肪酶3.115、脂肪酶3.113、脂肪酶3.117、脂肪酶3.136、aysamino、asamano、psamanosd、akamano，优选地为已经从供应商evocatal(germany)、amano(usa)、chiralvision(netherland)和novozym435(novozymes)处商购获得的南极假丝酵母b1或南极假丝酵母by2或诺维信435脂肪酶；更优选地为诺维信435脂肪酶。
在本发明的另一个实施方式中，其中步骤(d)中的对映选择性水解酶以与底物相比＞0.1％w/w至＜5％w/w的范围；更优选地与底物相比1.0％w/w至2.0％w/w的范围负载。
在本发明的一个实施方式中，其中步骤(d)中的缓冲剂选自碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙、氢氧化钙、氢氧化镁、氧化镁；更优选地为碳酸氢钠。
在本发明的一个实施方式中，其中步骤(d)中缓冲溶液的体积为以2至10倍体积的范围；更优选地5.0倍体积使用。
在本发明的一个实施方式中，其中步骤(d)中的所述溶剂选自由以下项组成的组：水、甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、异丁醇、丙酮、甲基异丁基酮、乙腈；甲基叔丁基醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,4-二噁烷、二甲基亚砜、二噁烷、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、甲基叔丁基醚、环己烷、甲苯、邻二甲苯等；更优选地，溶剂为水、甲苯、1,4-二噁烷、二甲基亚砜。
在本发明的一个实施方式中，其中步骤(d)中的优选酶可以被回收并再利用若干次，直到保留几乎全部的酶活性为止；而在酶回收期间，如果活性较低，则可以加入附加量的新鲜酶，并且所述附加量可以在相对于初始酶负载量0.5％w/w至2.0％w/w的范围内。
在本发明的另一个实施方式中，其中步骤(d)中的式(ⅶ)化合物和式(ⅷ)化合物的制备是使用合适试剂在7.5±1.0，优选地7.7±0.7的ph下获得的，所述合适试剂选自由以下项组成的组：乙酸、柠檬酸、硼酸、乙二胺乙酸、盐酸、硫酸、三乙胺、二异丙胺、吡啶、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙、氢氧化钙、氢氧化镁、氧化镁，或它们的合适组合。可以以使得在反应完成后的最终ph不超过8.5的方式选择该合适试剂的量。
在本发明的一个实施方式中，其中步骤(e)中的酯化是在存在一种或多种溶剂与醇和烃溶剂的组合的情况下执行的。
在本发明的另一个实施方式中，其中步骤(f)中用于水解的碱选自碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物，所述碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物选自氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化钡，c1-c5季铵碱等；更优选地为氢氧化钾。
在本发明的一个实施方式中，其中步骤(f)中的碱以0.75当量至2.5当量；更优选地1.5当量使用。
在本发明的一个实施方式中，其中步骤(f)中的所述溶剂优选地选自由以下项组成的组：水、甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、环己醇、甲苯、一氯代苯、二氯代苯、四氢呋喃、二噁烷、二甲基甲酰胺或它们的组合；优选地为甲醇。
在本发明的一个实施方式中，其中步骤(f)中的所述氢化催化剂优选地选自由以下项组成的组：具有或不具有支持物的镍、钯、钌、铑以及它们的不同化学形式和等级，任选地为新鲜的催化剂、或回收的催化剂、或新鲜的催化剂和回收的催化剂的混合物，更优选地为镍。
在本发明的一个实施方式中，其中步骤(f)中的氢化催化剂的负载量优选地为5-30％w/w的负载量，并且更优选地为10％w/w。
在本发明的一个实施方式中，其中步骤(f)优选地在10℃至100℃之间；更优选地25℃至65℃之间的温度范围内进行。
在本发明的一个实施方式中，其中步骤(f)中的氢化优选地以0.5kg/cm2至25kg/cm2范围内或当量单位的氢压进行；更优选的压力为7kg/cm2至15kg/cm2。
在本发明的一个实施方式中，其中用于分离化合物(i)的氢化步骤(f)任选地需要炭化步骤。
在本发明的一个实施方式中，其中在步骤(f)中的氢化中，将式(i)的(s)-普瑞巴林在6.9至7.8的ph下；更优选地在7.0至7.5的ph下分离；使用无机酸或有机酸保持ph，所述无机酸或有机酸为例如盐酸、硫酸、乙酸、磷酸、甲酸、三氟乙酸等；优选的酸是盐酸或乙酸。
在本发明的一个实施方式中，其中步骤(f)的式(i)化合物通过从水、c1-c5醇或它们的混合物中结晶而纯化出，以获得99.95％的化学纯度和大于99.9％的手性纯度。
在本发明的用于制备式(i)的普瑞巴林的另一个实施方式中，所述方法还包括从母液中回收式(i)的普瑞巴林，优选地进行浓缩之后过滤。在过滤后，将固体从水、c1-c5醇或它们的混合物中纯化出。
在用于制备式(i)的(s)-普瑞巴林的本发明的另一个实施方式中，每种化合物可以原样使用，或通过已知的纯化技术纯化并用于后续步骤。
实施例
通过以下实施例进一步说明本发明，这些实施例无论如何不应解释为限制本发明的范围。
实施例1：制备2-异丁基琥珀腈
在10℃至50℃下向含有氰基乙酸甲酯(500g，1.0当量)和异戊醛(273g，1.0当量)和tbab(10g)的反应混合物中缓慢加入氰化钠(250g，1.0当量)在水(950ml，1.9v)中的溶液。将反应混合物加热至70℃至80℃并保持2-3小时(h)。在反应完成后，去除溶剂并并进一步保持至90℃至100℃达5小时。将反应混合物冷却至室温，并用甲苯(1000ml)萃取。减压去除溶剂以获得粗制化合物，并将粗制化合物进行高真空蒸馏或薄膜蒸发以提供gc纯度为98％并且产率为79％的2-异丁基琥珀腈。
实施例2：制备3-氰基-5-甲基-己酸。
在室温下向化合物2-异丁基琥珀腈(350g，1.0当量)中加入水(4550ml，13v)。使用碳酸氢钠溶液保持反应混合物的ph，并加热至30℃至40℃。向该反应混合物中加入腈水解酶(30.24g)，并搅拌20小时至24小时。在反应完成后，将反应混合物过滤，冷却至0℃至5℃，并用浓硫酸进一步酸化。将沉淀的化合物过滤以获得外消旋的3-氰基-5-甲基-己酸化合物(378g)。
实施例3：制备3-氰基-5-甲基-己酸甲酯。
在室温下向外消旋的3-氰基-5-甲基-己酸化合物(400g，1.0当量)中加入甲醇(1500ml，5.0v)和浓硫酸(60ml，0.2v)。将反应混合物加热至回流温度，并保持1小时。在反应完成后，将反应混合物冷却至室温并用碳酸氢钠中和。将反应物料在真空下浓缩，并加入水(1500ml)并搅拌15分钟。将水层用甲苯(600ml)萃取，并将有机层减压浓缩以获得残余物。将残余物料进行高真空蒸馏，以获得gc纯度为99.83％、产率为78.90％并且琥珀酰亚胺杂质为0.01％的外消旋化合物3-氰基-5-甲基-己酸甲酯化合物(294.1g)。
实施例4：制备(s)-3-氰基-5-甲基-己酸甲酯。
向外消旋的3-氰基-5-甲基-己酸甲酯化合物(600g，1.0当量)中加入碳酸氢钠溶液(3000ml，5v)和诺维信435脂肪酶(novozyme435)。将反应混合物的ph维持在7.5至8.1之间，并在室温下进一步搅拌3小时。在完成后，将反应混合物过滤，用600ml甲苯洗涤，并将水层用甲苯(1200ml)萃取。减压去除溶剂，并向残余物中加入甲醇(120ml)。将反应溶液搅拌，并在真空下去除甲醇以获得(s)-3-氰基-5-甲基-己酸甲酯化合物(256.8g)，该化合物的通过gc测得的手性纯度为99.39％；不希望的r-异构体为0.61％并且gc化学纯度为99.40％，以及产率为42.8％。
实施例5：制备(s)-普瑞巴林(i)。
在室温下向(s)-3-氰基-5-甲基-己酸甲酯化合物(90g，1.0当量)中加入甲醇(225ml，2.5v)。将反应混合物冷却至5℃至10℃，并缓慢加入氢氧化钾溶液(52.5g)。将反应混合物搅拌，温热至室温并保持1-2小时。将反应混合物在存在雷尼镍(9g)、甲醇(25ml，2.5v)的情况下氢化6至8小时。在完成后，将反应混合物用活性炭过滤处理并中和。去除溶剂直至最小可搅拌体积，以获得粗制的(s)-普瑞巴林(71.9g)，将该粗制的(s)-普瑞巴林在存在水、ipa的情况下进一步纯化，从而提供通过hplc测得的手性纯度为99.91％并且产率为80％的纯(s)-普瑞巴林。
实施例6：由(r)-3-氰基-5-甲基-己酸制备外消旋3-氰基-5-甲基-己酸甲酯。
向化合物(r)-3-氰基-5-甲基-己酸(298)中加入甲苯(894ml，1.0v)、甲醇(298ml，1v)。将溶液搅拌并在25℃至45℃下缓慢加入浓硫酸(23.8g，8％)10分钟。将反应混合物在60℃至70℃下加热并保持1h。将反应混合物用碳酸氢钠猝灭，并过滤。去除溶剂至最小可搅拌体积。向该溶液中加入甲醇钠(0.1当量)，并将反应混合物回流1h。将反应物料冷却至0℃至5℃，并使用10％盐酸将反应物料的ph调节至中性ph。将有机层浓缩以获得粗制化合物，并通过使用高真空蒸馏进一步纯化该粗制化合物，以得到gc纯度为99.76％并且产率为77％的纯的外消旋3-氰基-5-甲基-己酸甲酯(252.8g)。