制备光学纯的2－吗啉醇衍生物的新方法

专利名称：制备光学纯的2－吗啉醇衍生物的新方法
背景技术：
发明领域本发明涉及一种由(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇和(-)-(2R，3R)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇的混合物例如外消旋混合物制备光学纯的(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇及其药学上可接受的盐和溶剂合物的方法。
现有技术的描述传统上通过生成非对映异构体盐的方法、结晶方法或酶催化方法，可以从两种对映异构体的混合物中分离得到对映异构体纯的或旋光富集的对映异构体；这些方法在本领域中是公知的。手性色谱法作为一项分析技术是公知的，并且它也可以在制备级规模上作为一种分离两种对映异构体的有用方法；然而，由于需要许多技术标准，使用间歇色谱法(batch chromatography)分离旋光富集的对映异构体很少能在商业上用于制备特定的药物化合物。换句话说，间歇色谱法产生高稀释度的最初进料浓度，这样导致需要大量的洗脱液并且手性固定相的使用效率很低。因此，在洗脱液中所需化合物的浓度很低，这需要大量的能量以便分离所需物质并回收溶剂以供再利用。连续色谱法取消了这些缺点中的一些，与间歇色谱法相比，可以使每数量的固定相所分离的产品得到更高的效率，并且通常所使用的溶剂量更低，因此回收所需的能量更少。
例如，连续色谱法的实例是通称为多柱色谱(MCC)、Cyclojet、模拟移动床(SMB)和VARICOLde液相色谱技术。MCC是通用名称，其包括SMB和VARICOL。SMB的概念在二十世纪六十年代早期取得专利权(美国专利号2,957,927、2,985,589和3,291,726)并且有时被用于石化工业中(美国专利号3,205,166和3,310,486)。美国专利号5,434,298、5,434,299和5,498,752也涉及SMB方法。美国专利号5,518,625涉及SMB方法在低保留容量条件下用于分离的用途。Cyclojet的概念也是公知的，但是它还没有在大规模上得到证明。最近，已经使用VARICOL系统并在美国专利号6,136,198、6,375,839和6,413,419中进行了描述。VARICOL是一种非-SMB方法，其是提供若干优点的MCC技术的变体，例如在更多的待处理进料方面具有较高的物料通过量和通常较低的溶剂消耗量；换句话说，对于不变的生产率(productivity)和溶剂消耗量来说，MCC技术可以生成更一致的产品质量(参见A.Toumi等，J.Chrom.，Vol.1006，(2003)，第15-31页和Z.Zhang等，AIChE Journal，Dec.2002，Vol.48，No.12，2800-2816)。公开申请WO 00/25885涉及VARICOL技术，以及公开申请US 2002/0014458 A1涉及SMB方法的最佳化。美国专利号6,107,492以及公开申请WO 99/57089、WO 03/006449、WO 03/037840、WO03/051867、WO 03/072562和WO 2004/046087涉及制备具体化合物的方法。
化合物(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇及其药学上可接受的盐和溶剂合物以及包含它们的药物组合物用于治疗许多疾病或障碍例如抑郁症、注意力不集中的过度反应症(ADHD)、肥胖症、偏头痛、疼痛、性功能障碍、帕金森氏病、阿尔茨海默氏病、或对含可卡因或尼古丁产品(包括烟草)成瘾。一些文献参考资料描述了由外消旋物(+/-)-(2R*，3R*)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇制备(+)-(2S，3S)或(-)-(2R，3R)-对映异构体。例如，可以参考的是Jerussi等在2002年1月29日公布的美国专利号6,342,496 B1；Fang等在2002年1月8日公布的美国专利号6,337,328 B1；Morgan等人在2002年5月21日公布的美国专利号6,391,875 B1；Morgan等在2001年8月14日公布的美国专利号6,274,579 B1；美国专利申请公开号2002/0052340Al、2002/0052341 A1和2003/0027827 A1；以及WO 01/62257 A2。然而，这些参考文献都没有使用连续色谱技术用于提纯外消旋体。
连续色谱技术，当恰当地运行时，相对于传统间歇色谱技术而言，每数量的固定相可以更有效地分离产品并且显著降低溶剂成本，并且在成本方面，可以与传统分离相比较。然而，设立一套稳定和有效的连续色谱系统是困难的，并且迄今还不知道用于制备光学纯的(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇。
发明概述本发明涉及由(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇和(-)-(2R，3R)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇的混合物(其可以是外消旋混合物或非外消旋混合物)制备光学纯的或旋光富集的(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇的方法。该分离(通过间歇色谱法体系和/或连续色谱法体系)使用手性固定相(CSP)如直链淀粉三-3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯(CHIRALPAKAD)或其化学修饰型(CHIRALPAKT101)。这种连续色谱法包括体系如MCC、VARICOL和Cyclojet。就能处理的进料数量、稳固的操作参数和一致的产品质量而言，VARICOL是优选的方法。
连续色谱法与结晶技术结合可以带来好处(H.Lorenz等，Journal ofChromatography A，Vol.908(2001)，第201-214页)。性能(即色谱系统的生产率，其通常以每天每公斤CSP处理的公斤数(kg外消旋体/kg CSP/天)的形式标出)可能强烈地取决于色谱系统出口处光学纯度的规格。通过制备略微下降的光学纯度，这种结合用来增加装置(unit)的生产率。然后，可以使用结晶作为进一步光学提纯方法，例如从富集了(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇(手性纯度92％峰面积比(PAR))的对映异构体混合物开始，可以得到纯(＞99.5％)的(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇晶体(相对于纯对映异构体的理论可回收数量，获得92％的回收率)。从此处获得的母液显示与低共熔点一样的组合物(composition)(85％纯度)。作为化学提纯方法的结晶同样是非常重要的。将(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇的非常纯的(99.5％)稠淤浆溶液过滤并用冷乙腈洗涤，得到纯的(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇，大部分杂质被留在了母液中。
所需对映异构体的手性纯度至少85％，并且通常在98％至99.9％之间，所需对映体的回收率至少为90％，通常约96％。不希望的(-)-(2R，3R)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇的外消旋化还可以与本提纯方法结合，并循环回到进料物质中。这将显著地降低所需外消旋体的数量，以制备所需的(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇。
发明的详细说明本发明包括一种制备旋光富集的(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇及其药学上可接受的盐和溶剂合物的方法。(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇和(-)-(2R，3R)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇的混合物(其根据本发明可以是旋光富集的)可以通过本领域已知的各种方法进行制备。通过这些方法制得的混合物通常是外消旋混合物(含50/50的(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇和(-)-(2R，3R)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇的混合物。然而，本发明可以用于旋光富集其它混合物例如含有大于50％的(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇和相当数量(substantial amount)的(-)-(2R，3R)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇的那些混合物。该方法的进料将包含上面确定的(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇和(-)-(2R，3R)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇以及合适连续色谱法的溶剂。在将进料送入到连续色谱中之前，可以除去进料中存在的不希望的化学物质(包括杂质)(例如最初混合物的合成中存在的杂质)。
在(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇用连续色谱法提纯并可能用本发明的结晶方法进一步提纯后，可以将它转化为药学上可接受的盐或溶剂合物，特别是美国专利号6,342,496 B1、美国专利号6,337,328 B1、美国专利号6,391,875 B1、美国专利号6,274,579 B1、美国专利申请公开号2002/0052340 A1、2002/0052341 A1和2003/0027827 A1以及WO 01/62257 A2中的那些。
MCC，如Broughton的美国专利号2,985,589中所述，使用手性固定相用来提供以80-100％对映异构体过量(优选以至少90％对映异构体过量)的(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇。
合适地，MCC在四区串联仪中进行，其是MCC方法的最有效实现之一，参见美国专利号2,985,589。
MCC分离的最优条件通常通过分析从HPLC(高效液相色谱)中获得的洗脱曲线进行确认。重要的参数是载体的填充量、流动相强度、选择性、温度和进料溶解度。这些参数的最优化有助于确定成本有效(cost-effective)分离的条件。用于确定MCC操作条件的方法在the Journal of Chromatography A，Vol.702，(1995)，第97-112页中进行讨论和举例说明。
优选的MCC方法可以用作两步″富集-抛光″步骤的一部分，其中首先通过MCC进行富集，接着通过另外的分离技术增加该富集。第二步骤可以是另一个MCC步骤。或者，第二步骤可以是一种不同的方法，例如HPLC或结晶。
流动相可以是单组分或C5-C7烷烃(尤其是己烷和庚烷)、C1-C3链烷醇(尤其是甲醇、乙醇he 2-丙醇)、甲基叔丁基醚(MTBE)、乙酸乙酯、丙酮、乙腈的混合物，流动相最优选是乙腈和异丙醇的混合洗脱液。乙腈与异丙醇的优选比值在93/7％v/v至99/1％v/v之间，优选在95/5％v/v至97/3％v/v之间，最优选是95/5％v/v。在另一种实施方案中，流动相是乙腈和甲醇或乙腈和乙醇的混合洗脱液。此外，可以使用纯的超临界流体(SCF)以及SCF与醇的混合物。除上述洗脱液外，可以加入少量本领域公知的那些碱(例如二乙胺)或酸(例如HCl)。典型地，基于溶剂的总重量，碱或酸的数量小于2％w/w。在此所使用的术语″己烷″和″庚烷″是指直链和支链异构体。
外消旋体(+/-)-(2R*，3R*)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇的手性色谱分离，得到对映异构体过量至少90％，优选大于95％的(+)-(2S，3S)对映异构体，优选使用CHIRALPAKAD作为手性固定相以及乙腈或乙腈/异丙醇作为流动相进行MCC色谱分离。
使用连续色谱技术，所需对映异构体的纯度在98％至99.5％的范围内，所需对映异构体的回收率为96％。本发明的其它实施方案包括连续色谱技术与接着对所需对映异构体进行后续分离结晶相结合，获得所需的纯度和回收率。其它实施方案包括将不需要的对映异构体外消旋化并将新的混合物再循环到进料中。
任选的结晶在萃余液和/或萃取液中的对映异构体过量(e.e.)通常超过90％，优选超过95％，尤其更优选超过98％。然而，由于有可能通过随后的结晶步骤来改善e.e.，在萃余液和/或萃取液中低到60％的e.e.足以能制备本发明的化合物。还可能通过将化合物转化为其碱加成盐并对该盐进行结晶来改善e.e.。
在一种实施方案中，在萃余液和/或萃取液中的e.e.为60％及更高，优选高于70％，尤其更优选高于80％。其后，通过随后的结晶改善e.e.，任选将化合物预转化成一种碱加成盐。
在后分离结晶的目的是在纯度降低的情况下获得更高的生产能力。然后，通过随后的结晶可以修正或抵消纯度的降低。
任选的外消旋化取决于所需的对映异构体，萃取液流或萃余液流之一是不希望的。在此情况下以及在下面的实施例中，萃余液最终含有所需的对映异构体，而萃取液含有不希望的对映异构体。然而，简单地弃去这种萃取液是不必要的和浪费的。相反，可以将不希望的对映异构体进行或在化学上或其他外消旋化。因此，可以通过首先进行外消旋化，将萃取液再循环到原料物流中。这将使萃取液再循环并减少所需的新外消旋进料的数量。
在这种情况下，人们的兴趣化合物的化学结构具有手性碳原子，该手性碳原子上连接有氢原子。由于它的邻位环境，这个氢原子相对不稳定，在碱性或酸性试剂的影响下，预计有可能发生外消旋化。
外消旋化的一些方法是公知的。它们通常需要外部试剂(酸性和碱性)的帮助或者有时将纯对映异构体在溶剂(其通常是质子化的)中的溶液进行简单回流。后面一个方法的优点是不引入外部试剂，这样就不需要在将外消旋的对映异构体再循环到原料物流中之前必须除去外部试剂。
由于调节需要，最初的外消旋体和通过外消旋化新生成的外消旋体应该显示基本上相似的杂质分布。然而，在新形成的外消旋体中的任何其它杂质可以通过对该新形成的外消旋体进行重结晶而除去，因此进料外消旋体的最初杂质分布可以匹配。
在可能的可以作为外消旋化试剂使用的溶剂中间，优选该溶剂具有至少50℃的沸点。更优选地，该溶剂具有55-110℃的沸点。最优选地，该溶剂是选自下列中的至少一种乙酸烷基酯如乙酸甲酯、乙酸乙酯(有时文中称为“EtOAc”)、乙酸异丙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯；二烷基酮如2，4-二甲基-3-戊酮、3-甲基-2-丁酮、2-丁酮和4-甲基-2-戊酮；腈如乙腈和丙腈；一元醇如甲醇或异丙醇；多元醇如二甘醇；以及酸性混合物如水/HCl和甲醇/HCl。
手性固定相(CSP)吸附剂在本发明中的吸附剂优选是手性固定相。示范性的手性固定相包括纤维素衍生物(例如，纤维素的酯或氨基甲酸酯，优选涂布在二氧化硅上)、酒石酸盐相、π-酸性π-碱性手性固定相(Pirkle相)、直链淀粉衍生物(例如，直链淀粉的酯或氨基甲酸酯，优选涂布在二氧化硅上)，聚丙烯酰胺相等。
一些市场上可买到的手性固定相包括微晶纤维素-三乙酸酯(商品名MCTA或CTA-1)，纤维素三(苯基氨基甲酸酯)(商品名CHIRACEL OJ)，纤维素三(3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯)(商品名CHIRACEL OD)，纤维素三苯甲酸酯(商品名CHIRACEL OB)，直链淀粉三[(S)-甲基苄基-氨基甲酸酯](商品名CHIRALPAK AS-V)，O，O′-二(4-叔丁基-苯甲酰基)-N，N′-二烯丙基-L-酒石酸酰胺(tartardiamide)(商品名KROMASIL CHI-TBB)，O，O′-二(二甲基-苯甲酰基)-N，N′-二烯丙基-L-酒石酸酰胺(商品名KROMASIL CHI-DMB)和3，5-二硝基苯甲酰基苯基clycine(离子键或共价键)(商品名DNBPG)。CHIRACEL和CHIRALPAK产品都可以从Daicel Chemical Industries，Inc获得。KROMASIL产品由Eka Chemicals Separation Products开发。MCC的合适的手性固定相包括以CHIRALPAK和CHIRALCEL由Chiral Technologies出售的那些。CHIRALPAKAD(一种涂布到硅胶上的直链淀粉衍生物)或其化学改性形式(CHIRALPAKT101)已经被认为是特别合适的。其它可用的手性固定相(CSPs)是CHIRALCELOJ、CHIRALCELOD、WHELK-O 1、KROMASIL DNB、KROMASIL TTB，其分别由Chiral Technologies、RegisTechnologies和Eka Nobel出售。
特别优选的是这样的手性固定相，其包含涂布在10μm和20μm大小的硅胶基材上的直链淀粉三(3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯)(商品名CHIRALPAKAD)。20μm CHIRALPAKAD被认为是用于放大对映选择性制备规模色谱分离的所选材料，因为它随着反压(back pressure)的下降提供足够的拆分以在高生产率的情况下保证产品质量。
压力和温度产品分离在液体和SCF色谱中进行的压力范围可以在约0.1至400MPa的范围内，优选在0.5至30MPa之间。柱温通常在-78℃至200℃之间，优选在约5-50℃之间，更优选在约15-40℃之间，最优选约25℃。
选择性参数“α”影响选择性的变量包括柱型、温度、压力、进料速率和溶剂混合物。此外，在分离前让柱子适应环境，即，使流动相通过柱子(有或者没有分析物)至少12小时，优选12-18小时，可以显著增加选择性。优选地，选择这些变量以使选择性参数″α″大于1.1。更优选地，α大于2.0。最优选地，α等于约2.5，以及尤其优选大于约2.5。
所获得的选择性对方法的生产率可以产生很强的影响。如下面实施例3中所示，向乙腈流动相中加入异丙醇可以使选择性增加两倍以上。方法的生产率几乎与((α-1)/α)3成正比，但是也必须考虑其它参数以便选择最好的色谱条件。该方法还受化合物保留的影响，试验表明，在2-3％异丙醇时该保留最大。然而，外消旋体的溶解度表现出随异丙醇含量的增加而增加，这使得可以注入更浓的进料。在这里，5％异丙醇在此起作用的竞争作用被证明是最佳的并且优于单独使用乙腈(c.f.22.5g/L在纯乙腈中以及30g/L在乙腈/异丙醇95/5混合物中)。此外，从方法操作稳定性角度考虑，由于MCC涉及连续操作，重要的是避免任何沉淀作用，因为沉淀作用可以使系统运行停止。使用含异丙醇的流动相可减少出现沉淀的可能性，并且相对纯100％乙腈操作的MCC系统是有利的，因为该系统中外消旋体进料和分离的对映异构体的可溶性较低。如下面实施例3中所示，在实施例3中使用混合溶剂(乙腈/异丙醇)洗脱液，与使用纯乙腈相比，在洗脱液消耗量降低(c.f.270L/kg外消旋体进料至313L/kg外消旋体进料)和相同的手性纯度下，获得的方法生产能力约两倍该具体生产率(specific productivity)，而且增加了方法操作参数的稳定性。
具有可接受的α值的流动相和手性固定相的某些非限制性优选组合是a)CHIRALPAKAD 10μm与乙腈；b)CHIRALPAKAD20μm与乙腈，99.9％乙腈+0.1％二乙胺，95％乙腈+5％2-丙醇，或90％乙腈+10％2-丙醇；和c)CHIRALPAK50801 20μm与乙腈或90％正庚烷+10％乙醇。所有百分比浓度都基于v/v％。
实施例下列实施例用于进一步理解本发明；然而，本发明不应理解为受这些实施例的限制。
实施例1用CHIRALPAKAD 20μm和纯乙腈洗脱液对外消旋体进行MCC提纯本实施例涉及使用多柱色谱(MCC)提纯。使用CHIRALPAK AD 20μm作为固定相以及纯乙腈作为洗脱液，获得(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇的良好目标纯度和回收率。
该分离在25℃下在四个分离区(1-2-2-1)中的装有6根柱的MCC(多柱连续色谱法)系统上进行。纯度规格是99.0％，回收率是96％。对首个洗脱的对映异构体的光学纯度对生产率的影响的考察表明当所需纯度从99.6％降低到97.8％时，生产率可以增加超过25％。
将外消旋化合物(+/-)-(2R*，3R*)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇以1.85mL/min的流速(异构体的总浓度20g/L的乙腈)送入到MCC体系(由6根1.0cm ID约10cm长度并用CHIRALPAK AD填充的柱组成)中。乙腈以7.25mL/min的流速被用作洗脱液。结果，以6.9mL/min的流速获得萃取液，以2.2mL/min的流速获得萃余液。蒸发溶剂后，以白色固体的形式回收萃余液和萃取液中的化合物。回收率在96.2-97.3％的范围内，纯度在97.8-99.6％的范围内。
CSP用进料液适应条件后，最佳条件设定在下表1中。
表1MCC最佳设定
测试各种柱构型(configuration)以便在96％的回收率下调节纯度和从98％至99.5％扫描萃余液纯度。以与区相同的顺序描述柱构型。换句话说，如果柱构型是1-2-2-1，那么区1具有1根柱，区2具有2根柱，区3具有2根柱以及区4具有1根柱。所述区相对于进口点和出口点定义。
区I在洗脱液和萃取液点之间；区II在洗脱液和进料点之间；区III在进料和萃余液点之间；以及区IV在萃余液和洗脱液点之间。
三种更相关的在实验上进行的柱构型表示在表2中。
表2-SMB构型测试
下表3表示生产率和洗脱液消耗量的比较。
表3在试验设置中生产率和洗脱液消耗量。
*CSP手性固定相体系运行至少15-20周期使体系达到稳定状态后，测得表3中所给出的纯度和回收率。
实施例2MCC与结晶结合富集对映异构体考虑到所述外消旋体的分离，实施例1中的试验结果表明，生产率明显受具体纯度的影响。例如，考查实施例1的表3，当具体纯度从97.8％增加到99.6％时，生产率减少了约25％。因此，在从实施例1的MCC中获得的馏分之一(萃余液)上通过结晶进行对映异构体富集。将溶剂从萃余液中蒸发至干。获得纯度约96.8％(e.e.93.6％)的白色固体。随后，在此固体上通过重结晶使用乙腈(是与在MCC步骤中使用的相同溶剂)进行对映异构体富集。晶体的光学纯度从96.8％(e.e.93.6％)增加至接近99.7％(e.e.99.4％)。
实施例2说明可以将目标对映异构体的富集溶液成功地结晶以获得非常高的最终纯度。因此，将色谱分离法和结晶结合以提纯所需的对映异构体是改善生产率并降低分离成本的可行的选择。
实施例3使用CHIRALPAKAD 20μm和乙腈/2-丙醇洗脱液混合物以及VARICOL最优化进行外消旋体的MCC提纯本实施例涉及使用MCC对外消旋(+/-)-(2R*，3R*)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇进行提纯。除洗脱液乙腈用乙腈/2-丙醇洗脱液混合物替换以外，该方法基本上与实施例1中所述的相同。与实施例1相比(α＝1.92)，这导致选择性得到改善(α＝4.53)。
使用CHIRALPAKAD 20μm作为固定相对外消旋体进行分离。在乙腈/异丙醇95/5％v/v作为洗脱液下获得最佳的洗脱条件。该分离本身在装有6根柱(10mm柱直径，100mm长)的MCC(多柱连续色谱法)系统上进行。对于(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇对映异构体(较少保留的对映异构体)来说，纯度规格是99.0％，回收率是96％。
由6柱VARICOL方法得到最佳性能。获得4.6kg进料/kgCSP/天的生产能力(throughput)。
试验各种操作条件以便在96％的回收率下调节萃余液纯度在99.0％。表4给出了在96％的回收率下使用30g/L的进料浓度获得99.0％的萃余液纯度的最佳构型。
表4MCC构型的最优化
获得4.59kg进料/kgCSP/天的生产能力。此结果可以与上面存在的实施例1的纯乙腈洗脱液的结果相比。对于类似的纯度和回收率约束条件，获得2.04kg进料kgCSP/天的生产能力(参见实施例1的试验2)。与纯乙腈作为洗脱液相比，95/5％v/v的乙腈/异丙醇作为洗脱液的洗脱液改变使生产率增加了120％。
进行其它实验以进一步优化该方法的生产率。在同时调节其它操作流速的情况下，进行进料流速的改变。在保持提纯的萃余液的收率为96％的情况下，目标是使获得的纯度最大。
表5说明各种纯度/注入进料流速。选择的柱构型是1-2-2-1。
表5进料流速对MCC性能的影响
获得的结果表明在萃余液纯度为99％的情况下，3mL/min的进料流速非常接近于最大可注入量。当进料流速进一步增加时，萃余液纯度迅速下降。
接下来，上面结果通过使用VARICOL方法进行优化。对柱构型进行优化以便最大化方法的生产率和稳定性。表6比较MCC和VARICOL方法的性能表6-MCC和VARICOL方法的比较
流速在下表7中给出
表7流速
对表7的结果进行评价，显示VARICOL进料流速设定在3mL/min。获得的纯度等于99.6％，而相同的进料流速所获得的最好MCC纯度等于99.3％(参见表5中的试验1)。用VARICOL方法构型获得的纯度相当于用2.8mL/min的进料流速所获得的MCC性能(萃取液和萃余液之间具有非常接近的纯度)。与MCC方法相比，使用VARICOL方法可以在四个区之间获得更好的柱分配并且增加分离的稳定性。
实施例4MCC与结晶结合使用乙腈/异丙醇的混合物进行对映异构体富集使用外消旋体和所需对映异构体((+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇)的样品，在SETARAM DSC 131上进行DSC，加热速率为2K/min。仅仅考虑吸热峰的顶端值(熔融结束)用于确定相图。
纯对映异构体(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇具有吸热峰(开始392.5K，峰394.5K，焓26184J/mol)，外消旋体具有吸热峰(开始390.1K，峰392.7K，焓32605J/mol)。理论值和实验值在下表8中给出
表8理论值和实验值
在上表8中，除方程1(equation 1)的栏底处的数值394.5和方程2的栏顶的数值392.7外，所有值都是理论的。这两个数值(以粗体表示)通过如上所述的DSC用实验方法确定。对这些数值的评价表明低共熔混合物位于约0.80(虽然它在0.80和0.85之间变化)，在那里外消旋体和对映异构体的液相线集合。
使用与低共熔混合物有关的信息，现在对优化在后分离结晶步骤来说是可能的。如上所述，使用95/5的乙腈/IPA洗脱液组合可以显著改善色谱的选择性。由于产物溶解度在新选择溶剂中的改变，洗脱液组成的改变对结晶步骤具有显著影响。因此，在实施例3的MCC方法的最后获得的萃余液上进行结晶提纯。
对约500克萃余液溶液(对映异构体比值97.5/2.5，固体总浓度13.33g/L)蒸除溶剂，当圆底烧瓶中出现痕量(trace)固体时停止。将获得的悬浮液(总质量为57.5g)加热到70℃以便再溶解该固体。随后，将得到的溶液转移到在约15℃下搅拌下的恒温夹套中。5分钟后开始析出。将该悬浮液在此温度下搅拌2-3小时。
纯对映异构体的理论回收率用下面表示％回收率＝％OP-％低共熔混合物/100％-％低共熔混合物基于在萃余液(溶解度为10.32g/kg)上进行的溶解度测定，在500g最初萃余液溶液中固体总量估计为5.16g。光学纯度估计为97.5％，在x＝0.85达到最高低共熔组合物。因此，理论回收率是83.3％。这意味着从这种溶液中获得的纯对映异构体的理论可收回量是4.30g。
滤出白色固体，在真空中在40℃干燥(3.81g纯对映异构体O.P.＞99.5％)。在没有任何实际优化的情况下，总收率约为74％，此值可与总理论回收率(83.3％)相比。
在搅拌下将所述母液进一步冷却至5℃2小时，获得第二茬(crop)固体。过滤回收白色固体，在40℃在真空中干燥(得到0.28g对映异构体，光学纯度为94％)。剩余母液的光学纯度是89.6％。
这些结果证实这样一个事实当显示对映异构体比值大于低共熔组合物的该比值的对映异构体混合物被重结晶时，存在固体结晶相的富集，而溶液(母液)的光学纯度朝低共熔组合物的方向降低。
在光学纯度仅82.2％的萃余液上进行另一个实验。在约200g光学纯度为82.2％的萃余液中蒸除溶剂。回收约46.6g浓缩溶液并在约10℃下转移。在将温度降到5℃期间，5分钟后搅拌获得白色悬浮液。然后，将该悬浮液在此温度下搅拌约2小时。滤出白色固体(0.64g)，在40℃在真空中干燥，通过手性HPLC分析光学纯度等于70.6％。母液的光学纯度约为91.6％，其比通过结晶获得的固体的光学纯度更高。
这些结果证实这样一个事实当显示对映异构体比值低于低共熔组合物的该比值的对映异构体混合物被重结晶时，存在母液的富集，而固相的光学纯度朝外消旋体方向降低。
实施例5用结晶步骤对外消旋体进行提纯的最优化和规模化此实施例涉及通过多柱连续色谱法(MCC)对映体分离该外消旋体。所述的分离使用CHIRALPAKAD 20μm作为固定相并用乙腈/异丙醇95/5(v/v)的混合物作为洗脱液洗脱。该分离在装有6根柱(25mm内径，97mm长度)的Lab-MCC系统上进行。对于(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇对映异构体(较少保留的对映异构体)来说，光学纯度规格是99.5％，回收率是96％。
将操作条件优化，使用VARICOL方法产生5kg进料/kgCSP/天的最大方法生产率。同样使用结晶和MCC的组合。结晶从富集了目标对映异构体(92.7％)的对映异构体的混合物开始，用于进行进一步光学提纯。获得纯的(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇的晶体，回收率为纯的对映异构体的理论可收回量的92％。获得的母液表明与低共熔点一样的组成。
通过将(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇的非常纯的溶液(＞99.5％)蒸发，直到获得稠淤浆为止，作为一种化学提纯方法进行结晶。将得到的固体过滤，接着用冷乙腈洗涤。获得纯的(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇，大部分杂质回收在母液中。
在回流下使用甲醇作为溶剂，还进行所述的(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇的外消旋化。
考虑保证生产方法中光学纯度和生产率所必需的稳定因素，该方法设计成每年提纯100公吨外消旋体。考虑99.5％的光学纯度，该分离可以在内径为600mm的6-柱MCC装置上进行。该色谱方法可以与目标对映异构体的提纯晶体的洗涤步骤结合。经过重结晶步骤(除去杂质)后，不需要的对映异构体可以容易地被外消旋化并再循环到原料物流中。
使用6-柱构型进行所述的分离。柱子(2.5cm id.，9.7cm长)用CHIRALPAKAD 20μm填装。在运行试验前，测验最初CSP适应条件步骤。该系统首先以自动方式运行，注入约30g进料，但是柱子中的保留时间仍比预期的低。通过在60小时期间以30mL/min的速度在循环回路中泵送12g/L进料溶液，进行第二次CSP适应条件测试。
如下表9中所示设定VARICOL操作条件
表9VARICOL操作条件
然后，如表10中所示优化VARICOL运行条件。表10描述了最佳的并稳固的VARICOL方法，在96％的回收率下生成99.5％的萃余液光学纯度表10VARICOL条件的最优化
如上所述，所述的进料流速从20mL/min增加到23mL/min(+15％)。这导致回收率的轻微降低(虽然仍然＞96％)，但是萃余液光学纯度没有任何降低。当进料流速设在25mL/min时，获得的纯度和/或回收率趋向于迅速降低。即使调节内部流速后，纯度和回收率规格也不能同时达到。当进料流速增加到27和30mL/min时，证实了这种行为。因此，最大进料流速设定在约23mL/min。
为了增加整体生产能力，在VARICOL方法后进行最终的重结晶步骤。该实验从相对低的萃余液纯度(92％)开始进行。考虑到低共熔混合物(85％)的位置(position)，纯对映异构体的理论可收回量仅为包含在最初溶液中的目标对映异构体的50％。
将1214.4g萃余液溶液(以92％的光学纯度富集，固体的总浓度约为5.11％)以约1℃/min的冷却速率从25℃(在25℃下获得澄清微黄色溶液)冷却到10℃。将该溶液在10℃下在搅拌下静置1小时，得到第一批晶体(成核作用)。以1℃/min的冷却速度从10℃进一步冷却到0℃，然后将该悬浮液在此温度下搅拌约2小时。将该悬浮液过滤，在没有洗涤的情况下得到25.04g干燥晶体。所述的晶体和母液通过手性HPLC进行分析。
在开始时，溶液内固体总量估计为约62.1g。该溶液的光学纯度是92％。这意味着对映异构体过量(S，S-对映异构体)的总重量约为53g。考虑以约85％的对映异构体比值的低共熔混合物的位置，因此，纯对映异构体的理论可收回总量是27.2g，其与干燥晶体的回收量一致(25.0g)。
获得的晶体(该晶体没有洗涤步骤)的纯度为99.6％，而对母液进行分析表明获得的纯度非常接近于估算的低共熔组合物。
接着MCC还进行了化学提纯方法。当通过MCC提纯几乎得到与光学纯度规格(例如O.P.＞99.5％)匹配的纯对映异构体时，可适用这种选择。将所得萃余液蒸发至干。将得到的固体用冷乙腈洗涤以除去杂质。
实验步骤是将30.4g通过干燥纯萃余液溶液后得到的所需对映异构体和50ml乙腈(purex级)的混合物稍微温热(除去凝聚体)以获得一种稠淤浆，将该淤浆放在约4℃的温度下2-3小时。
过滤后，该固体立即用200ml保持在约-20℃4小时的乙腈洗涤。将该稠淤浆(略微黄色)过滤，将冷溶剂倒到该晶体上并迅速过滤。在40℃下在真空中干燥后，回收得到28.5g晶体。过滤后的母液是黄色的，而获得的晶体是白色的，表明该洗涤步骤从晶体中除去了杂质。从该黄色母液中蒸除溶剂后得到浅黄色的固体。
实施例6外消旋化步骤的最优化用各种溶剂试验纯的(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇，以便最优化所述的外消旋化。具体地说，将约2g纯的对映异构体((+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇)溶解到100ml(约20g/L的总浓度)溶剂中(参见下面的各种溶剂)并在搅拌下(在回流下)加热到约60-65℃。定时地对溶液取样，以便跟踪外消旋化的动力学。
表11说明对映异构体在各种溶剂或溶剂混合物中的外消旋化的光学纯度表11在(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇的外消旋化期间，在各种溶剂或溶剂混合物中的OP
对表11的观察表明外消旋化发生在优选的用于提纯的洗脱液(乙腈/IPA95/5)中，但是所述的动力学是非常低的(在65℃20小时后，OP值仍很高)。这表明在最终浓缩和干燥步骤期间，提纯后的对映异构体的光学纯度不会显著降低。外消旋化在纯的异丙醇中更快，但是20小时后转化率仍然很低(30％)。外消旋化在甲醇中似乎更有利，在甲醇中进行外消旋化后2小时，转化率达到10％。与由纯甲醇得到的结果相比，在酸性条件下的甲醇中得到的结果没有改善。在酸性含水溶剂中没有观察到发生外消旋化。这种筛选的结果表明，在所试验的外消旋化试剂当中，在纯甲醇中回流(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇是促进它外消旋化的最佳选择。因此，相同的结果适用于(-)-(2R，3R)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇的外消旋化。
如上所述，在新形成的外消旋体中的杂质优选与最初外消旋体进料中的那些匹配。对新形成的外消旋体进行重结晶可以消除这种杂质，并因此可以与最初的杂质分布匹配。所述的重结晶方法基于下列步骤将获得的新形成的外消旋溶液过滤并蒸发至干。然后，在60℃，将得到的固体溶于乙腈(2g固体使用20mL)中。这将生成一种浅黄色的溶液，将这种溶液冷却至4℃并储存72小时。然后，将这种溶液过滤。
实施例7用CHIRALPAKT101 20μm和乙腈/2-丙醇洗脱液混合物对外消旋体进行MCC提纯本实施例涉及使用MCC对外消旋的(+/-)-(2R*，3R*)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇进行提纯。除将CSP转变为CHIRALPAK T101以外，该方法基本上与实施例3中所述的相同。分离本身在装有8根柱(10mm柱直径，100mm长)的MCC(多柱连续色谱法)系统上进行。
测试不同的操作条件。表12表示制备(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇对映异构体(较少保留的对映异构体)的最优化构型，可以得到99.1％的化学纯度和99.7％的对映异构体过量。
表12
通过使用这些条件并推广(extrapolating)到Licosep 8-50仪器，可以达到约2.8kg进料/kg CSP/天的生产率。SMB参数如下所示
实施例8用CHIRALPAKT101 20μm和乙腈/2-丙醇洗脱液混合物进行外消旋体的MCC提纯使用Licosep Lab 50设备，以VARICOL模式，在CHIRALPAKT101固定相上并使用5/95v/v异丙醇/乙腈作为流动相，分离总共2.35kg外消旋体。获得1.06kg(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇对映异构体(较少保留的对映异构体)，光学纯度为97.0％。萃余液(所需产物)的回收率是89.8％，剩余物在萃取液物流中被洗脱。生产率是4.16kg进料/kg CSP/天(24小时)。溶剂消耗量是171l/kg。本方法没有进一步优化。所得的生产率受进料泵的最大流速(50ml/min)的限制。通过结晶可以进一步提高光学纯度。
最初筛选实验下表13A和13B总结了使用不同CSP/流动相组合的单柱筛选实验的结果。
下面简要描述筛选过程，具体参照受试的CHIRALPAK和CHIRALCELCSP’s。相似的方法用于其它市场上可买到的受试的CSP’s。
Agilent 1100 HPLC系统是可以用于本方法的仪器的例子，其包括用于溶剂输送的四元G1311A泵和用于注射的G1313A自动进样器。柱洗脱液的检测使用UV DAD检测器G1315B。对于表13A和13B中所述的所有移动相，外消旋体以1ml/min的流速在20℃的温度下进行色谱分离。对映异构体的分离通过UV在220nm测定。
在表13A和13B中所使用的术语保留时间、容量因子和选择性(α)以及如何计算它们对本领域熟练技术人员来说是公知的(例如，参见公开的专利申请WO 2004/046087第7页第1-4行)。
在表13A和13B中所使用的缩写如下所示正庚烷＝n-hept 乙酸甲酯＝MeOAc 二乙胺＝DEA正己烷＝n-hex 冰乙酸＝HAc 异丙醇＝IPA甲醇＝MeOH 四氢呋喃＝THF 乙醇＝EtOH乙酸乙酯＝EtOAc 二氯甲烷＝MeCl2 叔丁基甲基醚＝MTBE此外，单柱筛选评价还在从Shiseido Fine Chemicals(日本)获得的RU1和RU2手性固定相上进行。用20μm微粒填装的RU2柱(250mm×4mm)并且使用甲醇、乙醇、乙腈、乙酸乙酯和乙酸甲酯作为移动相，在50℃或60℃的高柱温下，导致没有得到分离，外消旋体峰似乎不可逆地与柱结合。RU1柱得到相似的结果。
表13A
表13B
在本申请中参考的所有引用的专利、出版物、共同待审专利申请和临时专利申请在此引入作为参考。
因此，很显然，在此所描述的本发明可以以多种方式进行改变。这些改变不被认为是偏离本发明的精神和范围，所有这些改变对本领域熟练技术人员来说都是显而易见的并且包括在下面的权利要求的范围内。
权利要求
1.制备旋光富集的(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇的方法，包括将(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇和(-)-(2R，3R)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇的混合物进行连续色谱分离以从该混合物中拆分(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇。
2.权利要求1的方法，其中所述的混合物是外消旋混合物。
3.权利要求1或权利要求2的方法，其中将所述混合物通过MCC系统。
4.权利要求3的方法，其中将混合物通过VARICOL系统。
5.权利要求1-4任一项的方法，其中所述的连续色谱法包括将含至少一种溶剂的洗脱液与手性固定相接触，其中所述溶剂选自C5-C7烷烃、C1-C3链烷醇、甲基叔丁基醚、乙酸乙酯、丙酮和乙腈。
6.权利要求5的方法，其中所述的洗脱液是乙腈。
7.权利要求5的方法，其中所述的洗脱液是乙腈和2-丙醇的混合物。
8.权利要求7的方法，其中所述的乙腈与2-丙醇的比值在93/7％v/v至99/1％v/v之间。
9.权利要求8的方法，其中所述的乙腈与2-丙醇的比值在95/5％v/v至97/3％v/v之间。
10.权利要求5的方法，其中所述的手性固定相包含直链淀粉三-(3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯)。
11.权利要求1-10任一项的方法，其还包括对从混合物中获得的(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇进行结晶。
12.权利要求1-10任一项的方法，其中所述的(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇从萃余液物流中获得以及(-)-(2R，3R)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇从萃取液物流中获得。
13.权利要求1-12任一项的方法，其还包括外消旋化(-)-(2R，3R)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇以形成(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇和(-)-(2R，3R)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇的外消旋混合物并将由此形成的外消旋物进行连续色谱分离。
14.权利要求13的方法，其中将外消旋体再循环到进料物流中。
15.权利要求13或14的方法，其中在甲醇中进行外消旋化。
16.权利要求1-15任一项的方法，其中(+)-(2S，3S)-2-(3-氯苯基)-3，5，5-三甲基-2-吗啉醇以至少90％的量被回收。
全文摘要
本发明涉及由(+)－(2S，3S)－2－(3－氯苯基)－3，5，5－三甲基－2－吗啉醇和(－)－(2R，3R)－2－(3－氯苯基)－3，5，5－三甲基－2－吗啉醇的混合物制备光学纯的(+)－(2S，3S)－2－(3－氯苯基)－3，5，5－三甲基－2－吗啉醇及其药学上可接受的盐和溶剂合物的方法。该方法使用连续色谱法，包括技术如多柱色谱(MCC)、VARICOL和Cyclojet。
文档编号C07D265/32GK1902183SQ200480039210
公开日2007年1月24日 申请日期2004年10月25日 优先权日2003年10月27日
发明者菲利普·亚当, 奥利维尔·路德曼－杭伯格, 伊莱亚斯·恩德齐, 戴维·S·罗斯, 米雷尔·谢弗, 克里斯蒂娜·萨托伊 申请人:史密丝克莱恩比彻姆公司