毛果芸香碱及其中间体化合物的制备方法与流程

本发明涉及医药化学领域，更具体而言，涉及作为合成毛果芸香碱的中间体的化合物以及制备这些中间体化合物的方法。

背景技术：

1、青光眼是指眼内压力间断或持续升高的一种眼病。持续的高眼压可以给眼球各部分组织和视功能带来损害，如不及时治疗，视野可以全部丧失而至失明。

2、毛果芸香碱(pilocarpine)，又名匹鲁卡品，是从毛果芸香属植物巴西毛果芸香与小叶毛果芸香(pilocarpus microphyllus stapf)叶中提取的具有模拟乙酰胆碱作用的生物碱。

3、

4、毛果芸香碱可以用于治疗原发性青光眼，包括开角型与闭角型青光眼。与毒扁豆碱比较，毛果芸香碱作用温和而短暂，水溶液较稳定。它也可用于唾液腺功能减退，其口服片剂salagen可缓解口腔干燥症。另外，也可以用于白内障人工晶体植入手术中缩瞳以及阿托品类药物中毒的对症治疗。目前药用的毛果芸香碱都是从植物中分离提取，但随着环境保护的要求不断提高，从植物提取变得越发困难，因此，如果能通过化学合成来获得，将可获得较高的社会效益和经济效益。

5、关于毛果芸香碱的化学合成一直是研究的热点，早期的文献tetrahedron,1972,28,967-972和专利jp03161481、us 5182198报道了其合成路线。该路线以糠醛为原料，经酶拆分高匹罗匹酸(homopilopic acid)酯，但高匹罗匹酸酯在碱性条件下水解2-位乙基容易产生异构化，需再经酶促反应得到(+)-高匹罗匹酸。该方法路线长，使用到危险物料金属钠和贵金属铑。另外，此路线使用价格昂贵的酶水解拆分，且拆分收率低。这些都给工业化生产带来极大的不便。

6、

7、针对毛果芸香碱游离碱化学性质不稳定，在碱性条件下2-位乙基容易异构化为热力学稳定的异毛果芸香碱，

8、

9、文献helvetica chimica acta,1972,vol.55,p.1053–1062尝试以丁二酸二乙酯先经stobbe缩合等步骤先合成外消旋的毛果芸香素(pilosinine)，经过手性拆分得到所需的(+)-毛果芸香素。为了立体选择性地引入顺式2-位乙基，需经2-乙酰化，氢化还原，脱水，氢化得到毛果芸香碱和异毛果芸香碱75/25的混合物，然后用成盐的方法重结晶纯化才能得到毛果芸香碱纯品。该方法的中间体毛果芸香素(pilosinine)拆分效率极低；并且引入2-位乙基需要使用金属铂，立体选择性也不高，使得后续分离纯化十分困难。

10、

11、随后的文献tetrahedron letters.vol.33.no.18..2441-2450.1992尝试利用even’s不对称烷基化反应对中间体毛果芸香素(pilosinine)的合成进行了改进，但该方法不对称烷基化一步收率只有50％，并且还原脱辅基的反应周期太长，难于工业化。

12、

13、文献j.am.chem.soc.2002,124,8198-8199报道，丁炔酸顺式丁烯二醇单酯在金属铑和手性膦配体催化下可以对映选择性地高效地得到去氢高匹罗匹醛(4r)-(z)-dehydrohomopilopic aldehyde，再经催化氢化得到高匹罗匹醛，然后与对甲基磺酰甲基异腈和甲胺发生[3+2]环加成消除反应得到毛果芸香碱。但是，该方法不仅需要使用5％贵金属铑，并且氢化得到的高匹罗匹醛立体选择性差，而且最后一步引入二氮唑杂环的反应周期太长，不适合工业化生产。

14、

15、文献tetrahedron 65,2009,8283–8296，以丙二酸二乙酯为原料，在乙醇钠存在下与2-溴-1,1-二甲氧基乙烷进行烷基化，经氢化铝锂还原得二醇中间体，随后经酶促酯化得手性单醇，dess-martin氧化得相应的醛，再与乙烯基溴化镁加成得手性二醇、与羰基二咪唑环合得1,3-二氧杂环己烷-2-酮中间体，该中间体在金属钯和一氧化碳存在下反应得手性缩醛内酯。然后经脱保护与对甲基磺酰甲基异腈和甲胺发生[3+2]环加成消除反应、催化氢化等得毛果芸香碱硝酸盐。该路线反应步骤较长，中间体均为油状物，各步纯化困难，并且涉及生物酶以及两步贵金属钯、铂催化反应，成本较高。

16、

17、文献journal of organic chemistry,1993,vol.58,#5,p.1159-1166和专利wo9221675报道了一种毛果芸香碱盐酸盐的制备方法，该方法以l-天门冬氨酸为起始原料，通过将氨基用基团体积大的保护试剂(9-溴-9-苯基芴(phfibr))保护，立体选择性烷基化，脱保护、重氮化溴代、酯化、然后经zn(ag)齐介导的reformatsky反应得到三取代的内酯中间体，该中间体内酯环上4-位甲酸甲酯α构型/β构型的比例约为9/1。随后经氢解、libh4选择性还原羧基、内酯化反应，最终得到毛果芸香碱。但是，该路线制备式i化合物(2s,3r)-2-溴-3-乙基丁二酸二甲酯的反应步骤冗长，原料天门冬氨酸的氨基保护需要价格昂贵的9-溴-9-苯基芴(phfibr)试剂，且该保护基的引入需要用到环境不友好的试剂pb(no3)2；另外，该保护基的分子量大，原子经济性差；而且，引入咪唑杂环的reformatsky反应需要用到zn(ag)齐，但zn(ag)齐的制备过程繁琐，在工业生产上存在安全隐患，这些缺点使得该路线的工业化生产受到严重限制。

18、

19、因此，如何简便、高效的制备上述的式i化合物，成为解决毛果芸香碱工业化生产的关键。

技术实现思路

1、本发明克服现有技术的方法中的缺点，提供了用于制备毛果芸香碱的中间体式ii和式i化合物以及它们的制备方法，还提供了使用它们制备毛果芸香碱的方法。本发明的方法具有反应条件温和、反应过程简单、目标产物总收率高且纯度高等优点，特别适合工业化生产。

2、定义：

3、为了解释本说明书，将使用以下定义，并且只要适当，以单数形式使用的术语也可以包括复数，并且反之亦然。应当理解，本文所用的术语仅是为了描述具体的实施方案，并且不意欲是限制性的。

4、本文所用的术语“卤素”或“卤代”是指f、cl、br或i。此外，术语“卤素取代的”基团旨在包括单卤代或多卤代基团，其中一个或多个相同或不同的卤素取代该基团中的一个或多个氢。

5、本文所用的术语“烷基”指由碳原子和氢原子组成的直链或支链的饱和烃基团。具体地，烷基具有1-10个，例如1至8个、1至6个、1至5个、1至4个、1至3个或1至2个碳原子。例如，如本文中所使用，术语“c1-8烷基”指具有1至8个碳原子的直链或支链的饱和烃基团，其实例例如甲基、乙基、丙基(包括正丙基和异丙基)、丁基(包括正丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基)、戊基(包括正戊基、异戊基、新戊基)、正己基、2-甲基戊基等。

6、本文所用的术语“卤代c1-8烷基”指上文所述的c1-8烷基，其中一个或多个(例如1、2、3、4、5或6个)氢原子被卤素代替。本领域技术人员应当理解，当卤素取代基多于一个时，卤素可以相同或不同，并且可以位于相同或不同的碳原子上。“卤代c1-8烷基”的实例包括-ch2f、-chf2、-cf3、-ccl3、-c2f5、-c2cl5、-ch2cf3、-ch2cl、-ch2ch2cf3或-cf(cf3)2等。

7、单独或与其他基团组合的术语“烷氧基”表示基团ry-o-，其中ry是如上所述的烷基。例如，“c1-8烷氧基”表示基团ry-o-，其中ry是如上所述的c1-8烷基。

8、“c3-8环烷基”是指含有3至8个环碳原子的环状饱和烃基，其实例包括但不限于：环丙基，环丁基，环戊基，环己基，环庚基，环辛基，甲基环丁基等。

9、“芳基”是指由碳原子和氢原子组成的单环或稠合双环的芳香环。“c6-10芳基”是指含有6-10个碳原子的芳基。例如，芳基可以是苯基或萘基。

10、“芳烷基”是指被如上所述的芳基取代的如上所述的烷基，优选c6-10芳基-c1-8烷基，例如苄基。

11、“芳烷氧基”是指被如上所述的芳基取代的如上所述的烷氧基，例如苄氧基。

12、“酰基”是指基团-co-rx，其中rx为如上所述的烷基、环烷基、芳基或芳烷基，例如烷酰基或芳烷酰基，例如乙酰基或苯甲酰基。

13、“磺酰基”是指-s(o)2-rx，其中rx为如上所述的烷基、环烷基、芳基或芳烷基，例如甲磺酰基、乙磺酰基、苯磺酰基、对甲苯磺酰基、对氯苯磺酰基、对硝基苯磺酰基或间二硝基苯磺酰基。

14、以上所述的芳基，无论是作为芳基基团本身，还是作为其它基团例如芳烷基、芳烷氧基、酰基或磺酰基的一部分，均可以任选地被一个或多个取代基所取代。当所述的芳基被取代时，所述取代基选自c1-8烷基、c1-8烷氧基、卤代c1-8烷基、卤代c1-8烷氧基、卤素、羟基和硝基，更优选甲基、乙基、甲氧基、乙氧基、卤素或硝基。例如，取代的苯磺酰基可以是苯环上具有一个或多个选自c1-8烷基、卤代c1-8烷基、卤素或硝基的取代基的苯磺酰基。

15、第一方面，本发明提供了一种用于合成毛果芸香碱的式ii的中间体化合物：

16、

17、其中，r3为-s(o)2-rx，且rx是c1-8烷基、c3-8环烷基、c6-10芳基、或c6-10芳基-c1-8烷基，它们各自任选地被一个或多个选自c1-8烷基、c1-8烷氧基、卤代c1-8烷基、卤素和硝基的取代基所取代，且

18、r1和r2可以相同或不同，各自独立的选自c1-8烷基、c3-8环烷基、c6-10芳基、或c6-10芳基-c1-8烷基，其中所述c1-8烷基、c3-8环烷基、c6-10芳基或c6-10芳基-c1-8烷基各自任选地被一个或多个c1-8烷基、c1-8烷氧基、卤代c1-8烷基、卤代c1-8烷氧基、卤素、羟基和硝基取代，

19、优选地，r1和r2各自独立地选自c1-8烷基、苄基、c1-8烷基取代的苄基、c1-8烷氧基取代的苄基或卤素取代的苄基。

20、在一个优选的实施方案中，r3选自甲磺酰基、乙磺酰基、苯磺酰基、对甲苯磺酰基、对氯苯磺酰基、对硝基磺酰基或间二硝基磺酰基。

21、第二方面，本发明提供了一种制备式ii化合物的方法，包括以下步骤：

22、

23、其中，r1、r2和r3如上文第一方面所定义，x为cl、br或i，

24、步骤1：式v化合物与式ry-oh的醇或与硫酸酯反应，得到式iv的化合物，其中ry如上文第一方面的r1和r2所定义；

25、步骤2：在碱性条件下，使式iv的化合物与卤代烃ch3ch2x反应，以得到式iii的化合物；

26、步骤3：在碱性条件下，使式iii的化合物与磺酰化试剂反应，从而得到式ii的化合物。

27、在一个实施方案中，步骤1所述的硫酸酯选自硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、硫酸二异丙酯或硫酸二丙酯。

28、在一个实施方案中，步骤2所述的碱性条件通过加入选自lihmds、nahmds、lda、正丁基锂、叔丁基锂、nah中的一种或者多种试剂而实现。

29、在一个实施方案中，步骤3所述的碱性条件通过加入选自甲胺、乙胺、丙胺、环丙胺、正丁胺、叔丁胺、正戊胺、异戊胺、叔戊胺、环戊胺、己胺、环己胺、二乙胺、乙二胺、二异丙基乙胺、三乙胺、乙醇胺、苯胺、苯乙胺和苄胺的一种或者多种试剂而实现。

30、在一个实施方案中，步骤3所述的磺酰化试剂为x-s(o)2-rx，其中rx如权利要求1所定义，x为为cl、br或i，优选地，所述的磺酰化试剂选自甲磺酰氯、乙磺酰氯、苯磺酰氯、对甲苯磺酰氯、对氯苯磺酰氯、对硝基磺酰氯或间二硝基磺酰氯、甲磺酰溴、乙磺酰溴、苯磺酰溴、对甲苯磺酰溴、对氯苯磺酰溴、对硝基磺酰溴或间二硝基磺酰溴。

31、一般地，在有机溶剂中，在适当的温度下，式v化合物和当量或者过量的酰氯反应制备式v化合物的酰氯，然后加入醇或者酚反应制备r1＝r2的式iv化合物。当制备单酰氯时，加入醇或酚，可以得到单酯化的式iv化合物，然后再次重复酰氯化，加入不同的醇或酚试剂，得到r1≠r2的式iv化合物。

32、将式iv化合物溶解在有机溶剂中，控制反应温度-80～-20℃下，滴加1.0-1.2当量的碱，滴加完毕后，保温30min。然后加入当量的卤代烃ch3ch2x，至反应完毕。经过常规淬灭、提取、分层、浓缩得到式iii化合物。

33、在有机溶剂中，在碱性条件下，通过常规的反应制备式ii化合物。

34、第三方面，本发明提供了另外一种式ii化合物的制备方法，包括以下步骤：

35、

36、步骤4：正丁醛和ix化合物在催化下作用下发生缩合反应，得到式viii的化合物；

37、步骤5：式viii化合物经过氧化反应得到式vii化合物；

38、步骤6：式vii化合物经过酯化反应得到式vi化合物；

39、步骤7：式vi化合物磺酰化反应反应得到式ii化合物；

40、其中，r1、r2和r3如上文第一方面所定义。

41、在一个实施方案中，步骤4所述的催化剂为：

42、

43、其中，r4和r5各自独立的选自c6-10芳基、c1-8烷基取代的c6-10芳基和卤素取代的c6-10芳基，优选苯基。在一个优选的实施方案中，所述催化剂是

44、在上述方法中，所用的催化剂制备方法可以依据参考文献the journal oforganic chemistry,2002,67,22,7769-7773制备。

45、在一个实施方案中，步骤4是在含水的有机溶剂中，正丁醛与式ii化合物发生不对称羟醛缩合反应，选择性地生成式viii化合物，该产物不经分离纯化，直接加入氧化剂进行步骤5反应。所述的含水的有机溶剂，是指四氢呋喃、甲基四氢呋喃、丙酮、乙腈、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮中的任何一种或其组合与水任意比例的混合溶剂。催化剂的用量为1.0～20％当量，反应温度为0～35℃。

46、在一个实施方案中，步骤5中所用的氧化剂选自双氧水、过氧化氢叔丁基、次氯酸钠、亚氯酸钠、氯酸钠中的任何一种或其组合。

47、在一个实施方案中，在步骤6中，在酸性条件下，式vii化合物与r1oh发生酯化反应制备式vi化合物。所述的酸性条件为，硫酸、盐酸、氢溴酸或磷酸。所述的r1如上所定义，选自c1-8烷基、c3-8环烷基、c6-10芳基、c1-8烷基取代的c6-10芳基、苄基、c1-8烷基取代的苄基、c1-8烷氧基取代的苄基或卤素取代的苄基；优选地，r1选自c1-8烷基、苄基、c1-8烷基取代的苄基、c1-8烷氧基取代的苄基或卤素取代的苄基。

48、在一个实施方案中，在步骤7中，式vi化合物与磺酰化试剂反应生成式ii化合物，其中磺酰化试剂和r3基团如上所述。反应溶剂为非质子有机溶剂，包括甲苯、乙腈、异丙醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、甲基叔丁基醚、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮。

49、第四方面，本发明提供了一种式i化合物的制备方法，

50、

51、该方法包括：将式ii的化合物与卤化试剂反应得到式i化合物

52、

53、其中r1、r2和r3如上文第一方面所定义，x为cl、br或i。

54、在一个实施方案中，所述的卤化试剂选自氯、ncs、三氯异氰尿酸、二氯海因、氯化锂、氯化钠、氯化钾、四丁基氯化铵、溴素、nbs、二溴海因、三溴异氰尿酸、溴化锂、溴化钠、溴化钾、四丁基溴化铵、碘、二碘海因、碘化锂、碘化钠、碘化钾和四丁基碘化铵的一种或两种及以上的卤化试剂的组合。

55、第五方面，本发明提供了一种毛果芸香碱的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

56、

57、步骤8：式ii化合物与卤化试剂反应，得到式i化合物；

58、步骤9：式i化合物与1-甲基咪唑-5-甲醛反应，得到式ix化合物；

59、步骤10：式ix化合物在还原剂作用下，得到式x化合物；

60、步骤11：式x化合物在另一种还原剂作用下，得到毛果芸香碱；

61、其中r1、r2和r3如上文第一方面所定义，x为cl、br或i。

62、在一个实施方案中，步骤8所述的卤化试剂如上文第四方面所述。

63、在一个实施方案中，在步骤9中，在非质子有机溶剂中，式i化合物与1-甲基咪唑-5-甲醛在锌粉、二烷基氯化铝和溴化亚铜存在下进行reformatsky缩合和内酯化反应，得到式ix化合物。所述的非质子有机溶剂如上所述。

64、在一个实施方案中，步骤10中所述的还原剂为用于催化氢化或还原催化的还原剂，催化氢化的还原剂选自ni、pd/c、pt/c、pto2/c与氢气、氯化铵和硝酸铵。还原催化的还原剂选自硼氢化钠、硼氢化锂、氰基硼氢化钠、硼氢化钾、硼烷、红铝、氢化铝锂。

65、在一个实施方案中，步骤11中所述的另一种还原剂选自硼氢化钠、硼氢化锂、氰基硼氢化钠、硼氢化钾、硼烷、红铝、氢化铝锂中的任何一种或它们的任意组合。

66、在一个实施方案中，该方法还包括毛果芸香碱与酸反应制备其盐，例如其盐酸盐或硝酸盐。

67、在一个优选的实施方案中，本发明提供了式ii化合物，其选自下列化合物：

68、

69、在第六方面，本发明提供了式i的化合物：

70、

71、其中r1和r2如上文第一方面所述，x为cl、br或i，

72、条件是，不包括以下情况：当x是br时,r1和r2都是me，或者r1是me且r2是et或叔丁基；或者当x是i时,r1是me且r2是et。

73、在一个实施方案中，式i化合物不包括以下四个化合物：

74、

75、在上述方法中，对使用的有机溶剂没有特别限制，只要能够溶解起始原料化合物且不参与反应即可。优选地，使用的有机溶剂可以选自甲苯、己烷、正庚烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、乙腈、四氢呋喃、异丙醚、甲基叔丁基醚、二氯甲烷、丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、或它们的两种或两种以上的混合物。

76、在上述方法中，对反应温度也没有特殊的限制，属于常规的反应温度范围。

77、在上述方法中，常规的淬灭反应，是指向反应液中加入水溶液、氯化铵溶液、盐酸水溶液、磷酸水溶液等，使反应终止或破坏反应体系。