专利名称：制备4-羟基吡咯烷酮-2-乙酰胺的方法
技术领域：
本发明涉及到一种制备4-羟基吡咯烷酮-2-乙酰胺的方法。
背景技术：
4-羟基吡咯烷酮-2-乙酰胺，俗称奥拉西坦，该产品在医药上用作大脑功能改进剂。
美国专利US4824861和US4868313中述及了奥拉西坦的制备方法，它们是以3-羟基-4-卤代丁酸衍生物出发，以羟基保护、环合、脱保护基、氨化等化学反应过程制备目的产物。
上述的制备方法不适合于工业化规模生产，因为它有很多缺点，诸如使用了昂贵的二氢吡喃作为羟基保护基，最终在脱除保护基后的二氢吡喃非常难以回收。而且在每一步的反应过程中的收率都是非常低的。另外，在此反应过程中，每步得到的中间体都必须用色谱洗脱的方法纯化后，才能进行下一步的反应。这些缺点对于工业化规模生产来说都是很不利的。
另一方面，在日本专利JP62026267中，提出以3-羟基-4-卤代丁酸衍生物直接与甘氨酰胺反应来制备目的产物奥拉西坦。但在这个方法中，反应最终的产物成分非常复杂，产品需要经树酯吸附并解吸后才能得到，而且其纯度并不能完全达到医药使用的要求。另外，反应的时间非常长，需20小时以上，而且它的最终收率非常低，这样的工艺同样不能满足工业化规模生产的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备奥拉西坦的方法，它克服了上述已知方法的缺点，而且从经济效益的角度来分析也是很好的。
本发明所述的奥拉西坦(4-羟基吡咯烷酮-2-乙酰胺)的结构如下
本发明所述的制备4-羟基吡咯烷酮-2-乙酰胺的方法，是以4-卤代乙酰乙酸衍生物为起始原料，该原料具有以下的结构形式 式中，X表示卤原子，R表示1～4碳原子的烷基。
本发明所述的制备4-羟基吡咯烷酮-2-乙酰胺的过程如下列化学反应
上述反应方程式中的4-卤代乙酰乙酸衍生物中的X及R如上所述，此化合物可以是如下化合物4-氯乙酰乙酸甲酯、4-氯乙酰乙酸乙酯、4-氯乙酰乙酸异丙酯、4-氯乙酰乙酸正丁酯、4-氯乙酰乙酸叔丁酯、4-溴乙酰乙酸甲酯、4-溴乙酰乙酸乙酯、4-溴乙酰乙酸异丙酯、4-溴乙酰乙酸正丁酯、4-溴乙酰乙酸叔丁酯等，其中，特别适合的X为氯或溴，R为1～4碳原子的烷基中的任何一种。
本发明中，首先将上述的4-卤代乙酰乙酸衍生物与碱金属或碱土金属的叠氮化物在一种合适的溶剂中反应制备得到4-叠氮乙酰乙酸衍生物。所述的溶剂是一种质子性溶剂，如N，N-二甲基甲酰胺，二甲亚砚等，也可以是酯类化合物，如乙酸乙酸，乙酸丁酯等；或是醚类化合物，如甲氢呋顺，1，4-二氧，1，2-二甲氧基乙烷，二甘醇二甲醚，三甘醇二甲醚等；可以是酮类化合物，如丙酮，甲乙酮，甲基异丁基酮等；可以是氰类化合物，如乙氰等；可以是醇类化合物，如甲醇，乙醇，异丙醇，叔丁醇，乙二醇，单乙基醚等；可以是水；可以是以上一些溶剂的混合物。
上面所述的碱金属或碱土金属叠氮化物可以是叠氮化锂，叠氮化钠，叠氮化钾，叠氮化钙，叠氮化钡等。其中以叠氮化钠为最佳，并且它能够很容易地得到。叠氮化物的用量为4-卤代乙酰乙酸衍生物的1～3倍(摩尔比)，其中以1～2倍为最佳。过量的叠氮化物不会影响反应的收率，但从经济上考虑是不合适、不合算的。
如上面反应方程中所表示，其中第一步化学反应是在从室温至溶剂的回流温度下进行的。在此反应结束后，可以得到中间体4-叠氮乙酰乙酸衍生物。此中间体化合物在一合适溶剂中通过氢化反应得到4-氨基-3-羟基丁酸衍生物，并且4-氨基-3-羟基丁酸衍生物能立即环化得到4-羟基-2-吡咯烷酮。上述过程中所述的溶剂可以是酯，如乙酸乙酯，乙酸丁酯等；可以是醚，如四氢呋喃，1，4-二氧，1，2-甲氧基乙烷等；可以是酮，如丙酮，甲乙酮，甲基异丁基酮等；可以是醇，如甲醇，乙醇，异丙醇，叔丁醇等；可以是水；或是上述溶剂的混合物。
通过上述方法制备4-羟基-2-吡咯烷酮，其收率较高，而且制备的4-羟基-2-吡咯烷酮的纯度较好，可以通过普通的纯化方法(如重结晶等)就能将产品提高到很好的纯度。此产品在接下来的反应中可以是经纯化，或是不经纯化直接进入下一步反应。最佳条件为纯化后进行下面的反应。
将制备得到的4-羟基-2-吡咯烷酮在一合适的熔剂中与卤代乙酸酯反应，得到4-羟基-2-吡咯烷酮乙酸酯。此过程中的卤代乙酸酯具有以下的结构形式 式中，X表示卤原子，特别合适的为氯或溴原子。R表示为从1～4个碳原子的烷基，特别合适的为甲基或乙基。
在使卤代乙酸酯与4-羟基-2-吡咯烷酮反应之前，须用碱处理4-羟基-2-吡咯烷酮。这里可以使用的碱包括强碱，如氢化钾、氢化钠、氨基钠、正丁基锂、叔丁基锂、二乙氨基锂和醇盐。在这些碱之中，优选使用各种醇盐。它们的价格比较低，而可燃性小。特别优选的是甲醇钠和乙醇钠。因为其付产物甲醇和乙醇容易去除。所用碱的量与4-羟基-2-吡咯烷酮的量相当，最好不要超过。因过量的碱会导致付反应。
用碱处理通常在不与碱反应的溶剂中进行。比较适宜的溶剂有甲苯，二甲苯，氯仿，二氯甲烷，二氯乙烷和叔丁基甲基醚。该处理过程优选在无水体系中进行，因为如果有水存在，水会与碱反应或者会干扰处理过程。最佳的溶剂为甲苯。
用卤代乙酸酯与经上述碱处理的4-羟基-2-吡咯烷酮反应，可以在0～100℃中进行，最佳温度为40～80℃，得到所需的4-羟基-2-吡咯烷酮乙酸酯。通常所用卤代乙酸酯的量不多于等当量的上面所述用碱处理中所用的碱的量。在进行反应时，从易于操作的观点，使用与上述用碱处理时所用的同样溶剂更加合适。
上面制备得到的4-羟基-2-吡咯烷酮乙酸酯须经氨化反应后才能得到目的产物奥拉西坦。此反应是在一合适的溶剂中将4-羟基-2-吡咯烷酮乙酸酯与氨反应制备。反应可以在0～100℃之间进行。最佳温度为40～50℃。此过程中所使用的溶剂可以是醇类，如甲醇、乙醇、异丙醇等。最佳是溶剂为乙醇。此反应须在一定的压力下进行。压力范围可以是1～10atm，最佳的压力为5～6atm。
本发明的优点是原料价廉易得，成本较低，操作简便，与现有技术相比总收率较高，产品质佳，更加适合于工业化规模生产。
下面将用实例更加详细地说明本发明，当然不能认为本发明仅限于此例。
实施例1、4-叠氮乙酰乙酸乙酯的制备向反应器中加入N，N-二甲基甲酰胺1000ml，4-氯代乙酰乙酸乙酯167g(1.0mol，纯度98.5％)。叠氮化钠110g(2.0mol)。将此混合物边搅拌边加热至100～110℃，反应2小时。反应结束后，将反应混合物冷却，在减压下将溶剂N，N-二甲基甲酰胺蒸馏回收。向蒸馏残渣中加入水1000ml，并用乙酸乙酯1200ml萃取(分三次，依次为600ml，400ml，200ml)，合并数次的乙酸乙酯，用无水硫酸镁干燥后减压蒸馏回收乙酸乙酯，剩余的即为4-叠氮乙酰乙酸乙酯。
2、4-羟基-2-吡咯烷酮的制备将上述合成的4-叠氮乙酰乙酸乙酯溶于1000ml甲醇中，边搅拌边加热，将反应混合物的温度控制在40～50℃，在此温度下边搅拌边向此混合物中分批加入硼氢化钠38g(1.0mol)。并保持温度搅拌20小时。反应结束后，将溶剂蒸除回收，向蒸馏残液中加入乙酸乙酯1000ml，充分搅拌0.5小时，滤去固体残渣，并用100ml乙酸乙酯洗涤滤渣。减压蒸馏回收乙酸乙酯。并用丙酮-水的混合溶液重结晶蒸馏残余物，得到目的产物4-羟基-2-吡咯烷酮76.8g(收率76％)，含量98.1％。
3、4-羟基-2-吡咯烷酮乙酸乙酯的制备向反应器中加入无水甲苯500ml，上述合成的4-羟基-2-吡咯烷酮51.3g(0.5mol，纯度98.1％)，甲醇钠27.6g(0.5mol，纯度99％)。搅拌加热升温至65～70℃反应24小时，直到全部的甲醇钠完全溶解为止。
将54.4g(0.5mol，纯度98％)的氯乙酸乙酯的甲苯溶液，慢慢滴加到上述反应液中，在65～70℃搅拌反应5小时。然后冷却至室温，过滤去掉反应液中的固体残渣。先蒸馏回收滤液中的溶剂，再减压蒸出产物，得产品56.5g，收率66％，外观为无色液体。
4、奥拉西坦(4-羟基吡咯烷酮-2-乙酰胺)的制备向反应器中加入无水乙醇500ml，上一步反应得到的产物4-羟基-2-吡咯烷酮乙酸乙酯90g(0.5mol，纯度95.2％)。并向反应器中通入液氨340g，将反应器内的压力保持在6～6.5atm。反应温度维持在50～55℃，搅拌反应24小时。反应结束后，将反应混合物冷却至室温，除去过量的氨，常压蒸除溶剂。然后在高真空下蒸馏得产品75.2g，收率94.8％。HPLC分析产品，纯度为97.2％，熔点165～168℃。
权利要求
1.制备4-羟基吡咯烷酮-2-乙酰胺的方法，其特征是包括以下步骤(1)、以4-卤代乙酰乙酸衍生物为起始原料，将4-卤代乙酰乙酸衍生物与碱金属或碱土金属的叠氮化物在合适的溶剂中进行反应，得到4-叠氮乙酰乙酸衍生物。(2)、将步骤(1)中得到的4-叠氮乙酰乙酸衍生物在适当的溶剂中通过氢化反应得到4-氨基-3-羟基丁酸衍生物。(3)、将步骤(2)中得到的4-氨基-3-羟基丁酸衍生物通过环化反应得到4-羟基-2-吡咯烷酮。(4)、将步骤(3)中得到的4-羟基-2-吡咯烷酮在适当的溶剂中与卤代乙酸酯反应，得到4-羟基-2-吡咯烷酮乙酸酯。(5)、将步骤(4)中得到的4-羟基-2-吡咯烷酮乙酸酯在适当的溶剂中，在一定的压力下，经氨化反应，得到目的产物4-羟基吡咯烷酮-2-乙酰胺。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的4-卤代乙酰乙酸衍生物具有以下的结构形式 式中，X表示卤原子，R表示1～4碳原子的烷基中的任何一种。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述的合适的溶剂，是一种质子性溶剂，如N，N-二甲基甲酰胺，二甲亚砚等，也可以是酯类化合物，如乙酸乙酸，乙酸丁酯等；或是醚类化合物，如甲氢呋顺，1，4-二氧，1，2-二甲氧基乙烷，二甘醇二甲醚，三甘醇二甲醚等；可以是酮类化合物，如丙酮，甲乙酮，甲基异丁基酮等；可以是氰类化合物，如乙氰等；可以是醇类化合物，如甲醇，乙醇，异丙醇，叔丁醇，乙二醇，单乙基醚等；可以是水；还可以是以上一些溶剂的混合物；所述的碱金属或碱土金属叠氮化物可以是叠氮化锂，叠氮化钠，叠氮化钾，叠氮化钙，叠氮化钡等；其中叠氮化物的用量为4-卤代乙酰乙酸衍生物的1～3倍(摩尔比)。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤(2)中所述的适当的溶剂可以是酯，如乙酸乙酯，乙酸丁酯等；可以是醚，如四氢呋喃，1，4-二氧，1，2-甲氧基乙烷等；可以是酮，如丙酮，甲乙酮，甲基异丁基酮等；可以是醇，如甲醇，乙醇，异丙醇，叔丁醇等；可以是水；或者还可以是上述溶剂的混合物。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤(4)中所述的卤代乙酸酯具有以下的结构形式 式中，X表示卤原子，R表示为从1～4个碳原子的烷基；所述的适当的溶剂可以是甲苯，二甲苯，氯仿，二氯甲烷，二氯乙烷和叔丁基甲基醚。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于在步骤(4)所述的卤代乙酸酯与4-羟基-2-吡咯烷酮反应之前，须先用碱来处理4-羟基-2-吡咯烷酮。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述的碱包括强碱，如氢化钾、氢化钠、氨基钠、正丁基锂、叔丁基锂、二乙氨基锂和醇盐。
8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤(5)所述的适当的溶剂可以是醇类，如甲醇、乙醇、异丙醇等；所述的压力为1～10atm。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述的压力为5～6atm。
全文摘要
本发明公开了一种用作大脑功能改进剂的奥拉西坦(4－羟基吡咯烷酮－2－乙酰胺)的制备方法，该化合物在医疗中用作健脑增智药物；本发明以4－卤代乙酰乙酸衍生物为起始原料，首先与碱金属或碱土金属的叠氮化物进行反应，得到4－叠氮乙酰乙酸衍生物后，再经氢化、环化、氨化等步骤，最终合成得到目的产物；本发明所述的制备方法的优点是原料价廉易得，成本较低，操作简便，与现有技术相比总收率较高，产品质佳，更加适合于工业化规模生产。
文档编号C07D207/12GK1513836SQ0213784
公开日2004年7月21日 申请日期2002年6月22日 优先权日2002年6月22日
发明者许国荣, 刘纪才 申请人:张家港浩波化学品有限公司