吡咯烷二酮衍生物的制作方法

專利名稱：吡咯烷二酮衍生物的制作方法
技術領域：
本發明涉及在藥物化學和化學療法領域中有價值的那些新的吡咯烷二酮衍生物。較具體地，本發明涉及一組由2，3-二氫吡喃并〔2，3-b〕吡啶環系衍生物的螺-雜吡咯酮化合物。在治療中，這些新的化合物可有效地用于控制由于糖尿病引起的某些慢性并發癥(如糖尿病的白內障，視網膜病和神經病。
為獲得新的更為理想的口服抗糖尿病藥，多年來，研究人員始終將主要精力放在努力合成一類能降低血糖水平的新化合物的目標上，近來，他們又對有機化合物在預防或阻止某些糖尿病的慢性并發癥(如糖尿病性白內障、神經病和視網膜病等)方面的作用進行了若干研究。例如K.Sestang等人在美國專利號3，821，383中揭示的某些醛糖還原酶抑制劑如1，3-二氧-1氫-苯基〔d，e〕異喹啉-2(3H)-乙酸及其某些緊密相關的衍生物，雖然還未知其是降血糖的，但它們對于上述這些用途是有效的。這些化合物通過抑制醛糖還原酶的酶活性而起作用，該酶主要在人體使醛糖(如葡萄糖和半乳糖)催化還原成相應的多元醇(如山梨醇和半乳糖醇)。這樣，就能預防或減少糖尿病受治療者的眼球晶狀體中半乳糖的有害的累積以及在眼球晶狀體、視網膜、周圍神經系統和腎中山梨醇的有害累積。由于本領域專業人員已知在眼睛的眼球晶狀體中存在多元醇會導致形成白內障并損害眼球晶狀體的清澈，因此，上述化合物能控制某些慢性糖尿病并發癥，包括那些損壞眼睛性能的疾病。
本發明涉及新的螺-雜吡咯烷酮化合物，該化合物作為醛糖還原酶抑制劑可有效地用于控制糖尿病受治療者中出現的某些慢性并發癥。更具體地，本發明的新化合物是選自包括下式的螺-酰亞胺，螺-噁唑烷二酮，螺-噻唑烷二酮和螺-咪唑烷二酮及其與藥物上可接受的陽離子形成的堿鹽
其中X為氫，氟，氯，溴，硝基，三氟甲基，C1-C4烷基，C1-C4烷氧基或C1-C4烷硫基;Z為亞甲基，氧，硫或亞氨基;Y為氧或硫;R為氫或C1-C4烷基，并且-A-B-D-E-表示-N-CH-CH-CH-，-CH-N-CH-CH-，-CH-CH-N-CH-或-CH-CH-CH-N-或它們的N-氧化物衍生物。這些新化合物是醛糖還原酶抑制劑，并因之具有減少或抑制糖尿病受治療者的眼球晶狀體、視網膜、腎和周圍神經中山梨醇的形成。
特別有意義的本發明的一組化合物是那些通用結構式中X，Y和R各為上述定義，Z為亞氨基，和-A-B-D-E-表示-N-CH-CH-CH-的化合物。該組中優選的化合物包括那些其中X為氫，氟，氯或溴，Y為氧和R為氫或甲基的化合物。特別優選的成員包括那些其中X為氯或溴和R為甲基的化合物。
另一組有意義的本發明化合物是那些上述結構式中X為氫，氟，氯或溴，Y為氧，Z為亞氨基，R為上述定義和-A-B-D-E-表示-N-CH-CH-CH-的N-氧化物衍生物的化合物。該組中優選的化合物包括那些X為氯和R為氫或甲基的化合物。
下述一類的本發明化合物的典型的和優選的成員是格外有意義的，如(+)-順式-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′H-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮(這里的順式(cis)是指′-甲基和4′-NH-是在吡喃環的同一側)，(+)-反式-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′氫-吡喃并〔2，3-b〕-吡啶〕-2，5-二酮(這里的反式(trans)是指2′-甲基和4′-NH是在吡喃環的相反側)，(+)-順式-6′-氟-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′H-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮，(+)-順式-6′-溴-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮，(4′S)(2′R)-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′氫-吡喃并〔2，3-b〕-吡啶〕-2，5-二酮和(4′S)(2′R)-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′-氫-吡喃并〔2，3-b〕-吡啶〕-2，5-二酮-8′-氧化物。這些關鍵化合物除了在降低糖尿病受治療者的坐骨神經，視網膜和眼睛球狀體中山梨醇的含量方面特別有效外，它還是有效的醛糖還原酶抑制劑。
按照本發明的方法，制備其中Z為亞氨基的通用結構式Ⅰ的本發明新化合物，將有合適取代的式Ⅱ羰基化合物與堿金屬氰化物(如氰化鈉或氰化鉀)和碳酸銨縮合，形成所需的具前文所示結構式的最終產物螺-咪唑烷二酮。式Ⅱ為
其中X，Y和R各如上述定義。該反應具體通常在反應惰性的極性有機溶劑介質存在下進行。在介質中，反應物和試劑是互相混溶的。用于該連接的較好的有機溶劑包括環醚，如二噁烷和四氫呋喃，低級亞烷基甘醇，如乙二醇和丙二醇，與水可相溶的低級鏈烷醇，如甲醇，乙醇和異丙醇以及N，N-二(低級烷基)低級鏈烷酰胺，如N，N-二甲基乙酰胺等，此外還有具1至4個碳原子的相應的未取代的鏈烷酰胺，如甲酰胺，乙酰胺等。通常，反應在從約25℃直至約150℃的溫度范圍下進行約2小時至約4天。然而，在該反應中所使用的反應物及試劑的量在一定程度上可變化。為了達到最高的收率，最好至少使用(相對于羰基環化合物起始物料)均為微過摩爾量的堿金屬氰化物和碳酸銨試劑。當反應完成時，通常按常規方法分離所需的產物，例如先將反應混合物用冰水稀釋，再進行酸化，從反應混合物中得到易回收的所需的螺-咪唑烷二酮化合物。然后，除了用標準的重結晶技術外，還可以用諸如硅膠柱色譜法等方法進行進一步純化。
結構式Ⅰ中Z為亞甲基的本發明化合物(即為螺-酰亞胺)能通過下列方法制備，即用結構式Ⅱ的有合適取代的羰基環化合物，經過按J.L.Belletire等人在美國專利號4，307，108上敘述的反應次序處理，再將該羰基環化合物與氰乙酸低級烷基酯縮合，得到相應的氰基烯基乙酸酯，然后用氰化鉀處理，生成相應的二氰化合物，再用常規方法進行酸水解，得到相應的二羧酸化合物，最后將該二羧酸化合物用濃氨在約200-300℃加熱處理，直到至少所有的揮發性物質從該混合物除去，合成的產物形成均相物質為止，最終得到前面所示結構式的所需要的最終產物螺-酰亞胺。
結構式Ⅰ中Z為氧的本發明化合物(即螺-噁唑烷二酮)或Z為硫的本發明化合物(即螺-噻唑烷二酮)能用結構式Ⅱ的有合適取代的羰基環化合物，經過按R.C.Schnur在美國專利號4，226，875和4，267，342中敘述的反應次序處理來制備。例如，在制備Z為氧的化合物的一個操作中，結構式Ⅱ化合物與三烷基甲硅烷基氰化物(其中各烷基有1-4個碳原子并最好是甲基)反應形成相應的氰三烷基甲硅烷氧基衍生物。該反應在路易氏酸催化劑(如囟代鋅，鹵代鋁或三氟化硼)的存在下進行，其中以碘化鋅為最好的催化劑。通常使用約0℃至約50℃的溫度，最好是約0℃至20℃，在對反應呈惰性的有機溶劑中進行反應，該溶劑一般為醚，如乙醚，二甲氧基乙烷，四氫呋喃，二噁烷等，或為囟代烴，如二氯甲烷，氯仿和類似的溶劑。任何將得到的氰三烷甲硅氧基衍生物在醇溶劑介質中與酸反應而轉化為烷基-羥甲酰亞胺鹽衍生物。合適的酸包括鹵化氫，尤其是氯化氫。上述醇可以是具1至4個碳原子的低級鏈烷醇，芐醇或是取代的芐醇，該取代基包括氯，溴，氟，羥基，具1至3個碳原子的烷基和具1至3個碳原子的烷氧基。通常該反應在約-10℃至約25℃范圍的溫度，最好在約0℃至10℃進行。
然后該羥基甲酰亞胺鹽可以通過幾種方法直接轉化為所需的螺-噁唑啶-2，4-二酮。在所有情況下，螺-4-烷氧基噁唑啉-2-酮是個中間體，如有需要，可以從反應混合物中分離。然而，通常并不需要如此分離中間體，而最好是能直接轉化。該羥基甲酰亞胺鹽可以在堿存在下于對反應呈惰性的有機溶劑中與光氣反應，該堿包括三乙胺，或其它三烷基胺，其中名烷基上有1至4個碳原子;該溶劑包括醚，例如乙醚，四氫呋喃，二甲氧基乙烷，二噁烷等。通常在約-10℃至約10℃溫度下將光氣鼓泡通過溶液5至15分鐘，并當螺-噁唑啉-2-酮的形成占優勢時，將該溶液在約20℃至50℃，最好在約25℃下接著攪拌約12至48小時。然后該中間體可以在約-10℃至約10℃下進一步充入光氣約15至75分鐘，或可以再在室溫進一步攪拌約12至48小時而轉化為所需要的螺-噁唑啶-2，4-二酮。另一種方法是，可將堿金屬碳酸鹽(如碳酸鉀或碳酸鈉或碳酸銨)加到上述中間體如含水的四氫呋喃中的溶液里，并在約15℃至約50℃，最好在約25℃的溫度下攪拌約6至24小時，形成所需的螺-噁唑啶-2，4-二酮。
所需的螺-噁唑啶-2，4-二酮還能從羥基甲酰亞胺鹽衍生物通過它與囟代甲酸烷基酯反應來制備，其中烷基有1至4個碳原子，最好的試劑是氯甲酸乙酯。通常該反應按如下方法進行，即將羥基甲酰亞胺鹽中間體與囟代甲酸烷基酯在對反應呈惰性的溶劑(如吡啶)中，于約-10℃至約15℃的溫度最好在0℃，一起攪拌30分鐘至約2小時，再將溶液加熱至如約50℃至約150℃的高溫，最好是約90℃至120℃，例如，在吡啶中加熱至回流溫度，約2至約6小時。如果需要，將上述溶液加熱相對較短的時間(由約1小時)后，可從最初的反應混合物中分離螺-噁唑啶-2-酮中間體。
該螺-噁唑啶-2，4-二酮還能從羥基甲酰亞胺鹽衍生物，通過它與1，1′-羰基-二咪唑反應來制備，該反應通常在約50℃至150℃的溫度，最好約80℃至110℃，在沒有溶劑或在對反應呈惰性的有機溶劑(如二噁烷，四氫呋喃，二甲氧基乙烷，乙醚等)中進行約12至36小時。如有需要，可通過較短時間的加熱，如約加熱30分鐘至約90分鐘，能得到螺-噁唑啉-2-酮中間體。
當Z為硫時，可利用上文討論的羥基甲酰亞胺鹽衍生物制備結構式Ⅰ化合物。該衍生物與氯化亞砜一起在約35℃和約70℃回流溫度之間加熱1-3小時，最好加熱約2小時而轉化為氯甲酰亞胺鹽衍生物。得到的氯甲酰亞胺鹽衍生物與硫脲一起在具有1-4個碳原子的鏈烷醇，最好是乙醇中回流約15-90分鐘，最好回流30分鐘，接著進行短暫的水解，該水解可以在通過酸性硅膠柱色譜時進行，或可以在含1-6N鹽酸的含水四氫呋喃或二噁烷中，于約0°-60℃，最好約25℃進行。
就結構式Ⅰ中X為羥基的本發明化合物而言，可從相應的其中X為甲氧基的化合物，通過與本領域技術人員公知的標準技術相一致的簡單脫烷基化作用，能容易地制備。例如，對此可使用三溴化硼，使本發明的6-甲氧基取代的化合物轉化為相應6-羥基化合物。此外，某些具有多于一個碳原子的低級烷氧基的環取代基(X)的本發明化合物能從相應的甲氧基化合物，通過下列方法來制備，即首先將其轉化為相應的羥基衍生物，然后按本領域技術人員公知的方法，例如用碘乙烷或異丙基溴進行脫烷基化。此外，某些具有鹵素(如上述定義)或硝基的環取代基(X)的本發明化合物，可以從相應的其中X為氫的未取代的化合物，通過用合成有機化學領域技術人員已在的有關直接鹵化或硝化的方法來制備。另一方面，按本發明基本方法制備的鹵代化合物，如6-氯代化合物，通過用在氫解(如催化氫化)方面本領域技術人員公知的標準技術方法，能容易地將其轉化為相應的未取代的(即6-脫除鹵素)化合物。這樣，(±)-順式-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮可容易地轉化為相應的6-去氯化合物。
當本發明的化合物是其母體化合物的N-氧化物衍生物時，它能通過下述簡單方法制備，即將母體化合物經過公知的氧化方法，(該方法對于從母體化合物的轉化是必需的)，例如借助于30%過氧化氫或過氧化苯甲酰等進行氧化來制備。在這樣的一個操作是，通過在(例如)乙酸提供的酸性溶劑中，用30%含水過氧化氫，于約0-100℃之間的溫度，最好約80-90℃，進行約16小時反應，能較好地實現氧化。
在本發明所有方法中，用于制備所需的結構式Ⅰ的最終產物所必需的起始物料酮(即結構式Ⅱ的羰基環化合物)多半是新化合物，它們可從易得的有機物料開始，通過多級反應次序方便地制備。例如，其中Y為氧的結構式Ⅱ新化合物2，3-二氫-4-氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮可以從已知的2-甲氧基煙酸，用一個精巧的方法，通過本說明書實驗部份(參見制備A-Y)敘述的多級反應次序來制備。同樣，相應的其中Y為硫的式Ⅱ化合物2，3-二氫-4氫-硫代吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮能從2-甲硫基煙酸制備。
由于本發明所有的螺-雜吡咯酮化合物至少都有一個不對稱中心，因而它們能以不同的立體異構形式存在。例如，R為氫的結構式Ⅰ的本發明化合物具有一個不對稱中心，而那些R為C1-C4烷基的化合物有兩個不對稱中心，因此這些化合物能以分離的(+)-和(-)-旋光性形式，以及以它們的外消旋體或(±)混合物形式存在，至于那些具有兩個不對稱中心的化合物，它們又能以包括其相應的旋光異構體在內的非對映體形式存在。本發明意欲包括其范圍內的所有這些形式。例如，該非對映體能通過本領域技術人員已知的方法(如分級結晶等)來制備，同時，該旋光異構體能通過本說明書實驗部分較詳細敘述的標準技術，將外消旋體經過簡單拆開來得到(在這方面可以參見實施例10-13)。
在本發明中為制備上述藥物上可接受的堿式鹽而用作試劑的化學堿是那些能形成無毒性堿式鹽的堿，并包括本文敘述的螺-雜吡咯酮化合物，如(4′S)(2′R)-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′H-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮。這些無毒性的堿式鹽具體包括從那些藥物上可接受的陽離子(如鈉，鉀，鈣和鎂等)衍生的堿式鹽。通過下述方法能容易地制備這些鹽，即先將上述螺-雜吡咯酮化合物與所需的藥物上可接受的陽離子的水溶液一起處理，然后將得到的溶液最好在減壓情況下蒸干。此外，也可以先將該酸性化合物的低級鏈烷醇溶液和所需的堿金屬醇鹽一起混合，然后用上述相同方法，將得到的溶液蒸干，制備堿式鹽。在上述兩種情況下，為了確保完成反應及得到所需最終產物的最高吸率，最好使用化學計算量的試劑。
正如前面敘述的那樣，由于本發明的螺-雜吡咯酮化合物具有按統計學規律地顯著降低糖尿病受治療者的眼球晶狀體和周圍神經中山梨醇含量的能力，所以它們適合于作為醛糖還原酶抑制劑，具有控制某些慢性糖尿病并發癥的治療用途。就本發明的一個典型的和優選的試劑(4′S)(2′R)-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷4，4′-4′-氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮而言，當以0.1-10.0mg/kg的范圍劑量水平將該試劑口服給予患糖尿病老鼠時，發現它能抑制老鼠坐骨神經和眼球晶體中山梨醇的形成。此外，本文敘述的本發明化合物能通過口服或局部和腸胃外的給藥途徑用藥。一般說來，盡管這些化合物的給藥劑量根據受治療者在治療時的體重和病情以及選擇的具體給藥途徑而需要變化，但是通常的給藥劑量為每天按體重計為約0.05mg/kg至約10mg/kg。
這些化合物可以單獨或以與藥物上可接受的載體組合的形式，通過上述各種途徑的任何一種途徑給藥。這些給藥可以以一單一的或復合的劑量實現。具體地講，本發明的化合物能以各種各樣不同的劑量形式給藥，例如，它們能與各種藥物上可接受的惰性載體組合制成片劑，膠囊，糖錠劑，錠劑，堿糖果;粉末，噴霧劑，懸浮水溶液，可注射的溶液，酏劑，糖漿等。這些載體包括固體稀稀劑或填料，滅菌的水介質和各種無毒性的有機溶劑。通常，本發明的化合物按組合物的總重量約0.5%至約90%的濃度含量劑量形式存在，以提供所需劑量單位。
就口服給藥而言，含有各種賦形劑(如檸檬酸鈉，碳酸鈣和磷酸鈣)的片劑，除了可以使用各種崩解劑如淀粉和較好的馬鈴薯或木薯淀粉，藻酸和某些復合磷酸鹽外，還可以與如聚乙烯吡咯烷酮，明膠和阿拉伯膠等粘結劑一起使用。另外，硬脂酸鎂，十二烷基磺酸鈉等潤滑劑通常最適用于制片目的。相似類型的固體組合物在裝填軟或硬明膠囊中也可以作為填料加以使用;就此而論，優選的材料還包括高分子量的聚乙二醇。當需要口服施用懸浮水液和/或酏劑時，可將其中的基本活性成分與各種甜味劑或調味劑，著色物或染料一起組合;如果需要，也可以與乳化劑和/或懸浮劑組合，還能與稀釋劑組合，如與水，乙醇，丙二醇，甘油和它們的各種混合物一起組合。
在腸胃外給藥方面，可以使用這些螺-雜吡咯酮在芝麻或花生油或在含水丙二醇或N，N-二甲基甲酰胺中的溶液，以及前面列舉的相應的水可溶的堿金屬或堿土金屬鹽的無菌水溶液。如果需要，這些水溶液應該適當緩沖，并首先用足量的鹽水或葡萄糖使液體稀釋劑等滲。這些專用的水溶液特別適合于靜脈內，肌肉內，皮下和腹膜內注射。這此而論，所使用的無菌的水介質全部可通過本領域技術人員已知的標準技術方便地得到。此外，借助于合適的眼藥溶液(0.5-2.0%)將上述螺-雜吡咯酮滴入眼睛的用藥方式也是可行的。
作為控制慢性糖尿病并發癥試藥的本發明化合物的活性是由它們能否成功地通過一個或多個下列標準的生物學或藥理學試驗的能力來測定的，這些試驗包括(1)測定其抑制所分離的醛糖還原酶的酶活性的能力;(2)測定其降低或抑制患急性鏈脲佐菌素病(即糖尿病)老鼠的坐骨神經和眼球晶狀體中山梨醇累積的能力;(3)測定其使患由慢性鏈脲佐菌素引起的糖尿病的老鼠的坐骨神經和眼球晶體中已經升高的山梨醇含量恢復正常的能力;(4)測定其預防或抑制急性半乳糖病老鼠眼球晶體中半乳糖醇形成的能力;和(5)測定其延遲患慢性半乳糖病老鼠的白內障形成和減輕眼球晶體體渾濁的能力。
制備A以分次加料法，向由35g(0.22摩爾)2-氯代煙酸(可以從LonzaInc.ofFairLawn，NewJersey得到)在400ml甲醇里組成的攪拌漿液中加入25.4g(0.47摩爾)甲醇鈉，進行處理，然后繼續攪拌直至得到透明的溶液為止。此時，將液體反應混合物轉移到不銹鋼高壓釜內，在125℃加熱約16小時(即過夜)。在完成這個步驟后，將產生的反應混合物冷卻至室溫(～20℃)，過濾，用甲醇洗滌所得到的濾餅，然后將合并的有機濾液和甲醇洗液的真空濃縮，得到白色固體物，接著將其溶于水。再通過用6N鹽酸將該水溶液調節至pH3，并立即過濾除去(即回收)沉淀的固體產物，然后風干(至恒重)約16小時(即過夜)。如此，最終得到21.8g(64%)純的2-甲氧基煙酸，m.p.147-148℃(按D.E.Juhla等在美國專利號3，879，403文獻m.p.為144-146℃)。該純化產物進一步用核磁共振數據鑒定。
制備B在裝備有機械攪拌器和干冰冷凝器的反應燒瓶中放入25.5g(0.166摩爾)2-甲氧基煙酸(制備A產物)和1500ml水，然后開始攪拌，并將氯氣鼓泡通入所產生的漿液中，直至相對于氯氣來說漿液已完全飽和。該步驟需要30分鐘，在這段時間結束時，使反應混合物在室溫(～20℃)攪拌約16小時(即過夜)，然后過濾除去粗產物，該粗產物在用氯仿處理前先用水洗滌并風干，然后將經過處理的氯仿溶液用飽和鹽水洗滌，經無水硫酸鎂干燥，過濾除去干燥劑后，將溶劑減壓蒸發，最終得到26.2g(84%)呈白色固體物的純5-氯-2-甲氧煙酸，熔點149-150℃)(按D.E.Kuhla的美國專利號3，879，403文獻的熔點為149-150℃)，純產物用核磁共振數據進一步鑒定。
制備C在10℃，將217g(1.42摩爾)2-甲氧煙酸(制備A產物)樣品分次加到2.5升經過充分攪拌的5%次氯酸鈉水溶液(Clorox)中，在該添加步驟的全過程中充分保持冷卻，使反應混合物的溫度保持在28℃以下。該步驟完成后，使產生的反應混合物在室溫(～20℃)攪拌約16小時(即過夜)，然后用濃鹽酸將其酸化至pH2.0。然后通過吸濾收集沉淀的固體產物，其后分兩批每次用己烷500ml研制，接著于高真空干燥，最后得到201g(75%)純的5-氯-2-甲氧煙酸。該產物與制備B的產物在各方面都相同，通過核磁共振數據作具體證明。
制備D在1升的圓底反應燒瓶中，將100g(0.533摩爾)5-氯-2-甲氧煙酸(制備C的產物)懸浮在含有約3.0ml濃硫酸的500ml甲醇里的混合物攪拌并加熱至回流3小時。該步驟完成后，將反應混合物攪拌冷卻至室溫(～20℃)，然后使其在環境溫度攪拌過夜約16小時。通過吸濾，從反應混合物中回收沉淀的結晶產物，然后用新鮮甲醇洗滌所收集的結晶，最終得到59.5g(55%)純的5-氯-2-甲氧煙酸甲酯，m.p.86-87℃;第二批產物包括18.4g(17%)從母液中得到的同樣純的產物。該純產物的總收率為理論值的72%。純產物通過核磁共振數據進一步鑒定。
制備E于氮氣氛下在一個裝備有機械攪拌器和通氮管的三頸圓底反應燒瓶中放入在300ml無水四氫呋喃里的63.0g(0.312摩爾)5-氯-2-甲氧煙酸甲酯(制備D產物)，接著向其中加入27.9ml(0.373摩爾)丙酮和20.1g(0.373摩爾)甲醇鈉，在該全部添加過程中始終維持恒定的攪拌。然后將產生的反應混合物在室溫(～20℃)攪拌約20小時，繼之通過25-50μm多孔玻璃漏斗過濾，用100ml乙酸乙酯洗滌經過過濾的產物后，于真空下干燥至恒重，得到72.65g(92%)3-丙酮基羰基-5-氯-2-甲氧基吡啶，它是褐白色非吸濕性粉末狀的鈉鹽，m.p.＞250℃。
制備F在反應燒瓶中放入由44.5g(0.177摩爾)3-丙酮基羰基-5-氯-2-甲氧吡啶(制備E產物)溶于650ml冰醋酸組成的溶液，通過在115℃油浴加熱至100℃，此時，向該熱溶液中加入65ml48%氫溴酸，并將油浴溫度從115℃升至130℃。然后將反應混合物攪拌15分鐘，同時在整個最后加熱步驟中，將油浴的高度調節至保持反應物的內溫在100℃。該步驟完成后，將反應混合物置于冰浴中迅速冷卻至24℃，然后倒入2升冰水中。將得到的水溶液用二氯甲烷萃取三次每次250ml，合并有機層，然后用水(每次250ml)洗滌二次，再用2%氫氧化鈉水溶液(每次用250ml)洗滌，直至該水層呈堿性為止。該洗滌后的有機層經硫酸鎂干燥后，過濾除去干燥劑，通過同樣的真空濃縮，從澄清的濾液回收產物最終得到19.3g(56%)純的6-氯-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮。該純產物通過核磁共振數據進一步鑒定。
制備G通過-78℃的干冰浴將由15.0g(0.0767摩爾)6-氯-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮(制備F產物)懸浮在250ml四氫呋喃組成的攪拌混合物冷卻至-72℃，然后在10分鐘內，向該冷卻的混合物分次加入3.06g(0.080摩爾)氫化鋁鋰。該步驟完成后，將產生的混合物在-78℃(浴溫)攪拌14小時。此時，于一小時內，向該攪拌的混合物里加入溶于25ml四氫呋喃的19.5ml冰醋酸(4.44當量)，在整個添加步驟中，用相同方法使反應內溫保持在-45℃以下。然后，在將余下的反應混合物倒入1升冷水之前，先冷卻至-70℃，其后再用乙醚(每次300ml)萃取三次。合并的有機萃取液先后用水(500ml)，2%氫氧化鈉溶液(200ml)和水(2×200ml)洗滌，有機溶液經無水硫酸鎂干燥并過濾。然后減壓蒸發澄清的濾液，得到7.51g(50%)純的6-氯-2，3-二氫-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮，m.p.84-86℃。該純產物通過質譜和核磁共振數據進一步鑒定。
制備H在一個裝備有溫度計，機械攪拌器和滴液漏斗的干燥的2升三頸圓底反應燒瓶中放入25.23g(0.128摩爾)6-氯-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮(制備F產物)，然后通過滴液漏斗加入由615ml二氯甲烷和154ml四氫呋喃組成的溶液。攪拌所產生的溶液，然后在干冰/丙酮浴中冷卻，使內溫讀數達約-70℃，此時，通過滴液漏斗向該冷卻的反應溶液里漸漸加入166ml1M的在甲苯中的氫化二異丁基鋁溶液。該步驟需要20分鐘，在這段時間里可以注意到在反應混合物中出現很微的放熱(約5℃)。反應物于浴溫-78℃攪拌4小時后，通過加入含15.04g(0.250摩爾)冰醋酸的15ml四氫呋喃的溶液使之驟冷。在讓余下的反應混合物漸漸溫熱至室溫(～20℃)后，將其倒入1升水中，向其中加入稀鹽酸，使產生的水層酸化至pH2.0。然后分離兩層，其后，用500ml二氯甲烷萃取分出的水層。合并有機層，經無水硫酸鎂干燥，過濾，接著將得到的濾液于真空下蒸發，得到23.42g(93%)淺棕色固體狀的純6-氯-2，3-二氫-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮。該產物與制備G的產物在各方面都相同，具體通過核磁共振數據作證。
制備I在一個1升圓底反應燒瓶中，裝有由4.5g(0.0294摩爾)2-甲氧煙酸(制備A產物)在500ml蒸餾水里組成的經過充分攪拌的懸浮液，以一次的方式(即一次同時倒入)向其中加入4.7g(0.0294摩爾)溴，然后使產生的混合物在室溫(20℃)攪拌約16小時(即過夜)。該步驟完成后，過濾該淺黃色懸浮液，回收固體產物，在過濾漏斗上風干后，最終得到4.64g淺黃色固體狀的粗制物料，然后該粗制物料從乙酸乙酯重結晶，得到3.47g(51%)蓬松的白色針狀物純的5-溴-2-甲氧煙酸(m.p.158-160℃)，該純產物通過核磁共振數據進一步鑒定。
制備J在一個裝備有攪拌棒和回流冷凝器的50ml圓底反應燒瓶中放入1.0g(0.0043摩爾)5-溴-2-甲氧煙酸(制備I產物)和10ml甲醇以及50μl濃硫酸，然后將產生的反應混合物回流約16小時(即過夜)。該步驟完成后，將混合物冷卻至室溫(～20℃)并過濾，回收沉淀并干燥至恒重，最終得到695.8mg(66%)呈蓬松的白色固體狀的純5-溴-2-甲氧煙酸甲酯(m.p.90-101℃)，該純產物通過核磁共振數據進一步鑒定。
制備K在一個裝備有通氣管，橡皮隔膜和玻璃塞的干燥的25ml三頸圓底反應燒瓶中，放入2.1g(0.00795摩爾)5-溴-2-甲氧煙酸甲酯(制備J產物)，700μl(0.00954摩爾)丙酮和15ml無水四氫呋喃，然后在干燥的氮氣氛下，將515.3mg(0.00954摩爾)無水甲醇鈉全部一次同時加入瓶中，并在此加料步驟中自始至終維持恒定的攪拌。然后將產生的反應混合物在室溫(～20℃)攪拌約16小時(即過夜)，接差過濾除去沉淀產物。這樣，在高真空干燥后，最終得到1.72g(73.5%)灰白色固體狀的2-丙酮基羰基-5-溴煙酸鈉鹽。
制備L在一個裝備有磁性攪拌棒，回流冷凝器，通氮管，玻璃塞和橡皮隔膜的100ml三頸圓底反應燒瓶中放入含1.72g(0.00585摩爾)2-丙酮基羰基-5-溴煙酸鈉鹽(制備K產物)的25ml的冰醋酸(全過程在干燥氮氣氛下進行)，然后將燒瓶和內含物浸入預熱至100℃的油浴中，五分鐘后，用注射器加入2.5ml48%氫溴酸，然后將反應混合物在100℃攪拌30分鐘，該步驟完成后，通過冰浴將混合物迅速冷卻至室溫(～20℃)，然后用25ml水稀釋。產生的水溶液再用氯仿(每次20ml)萃取三次，合并有機層，先后用0.5N氫氧化鈉水溶液(每次10ml)洗二次，水10ml洗一次，食鹽水10ml洗一次。洗滌后的有機層經硫酸鎂干燥后，過濾除去干燥劑，通過真空濃縮從澄清的濾液中回收產物，最終得到880mg(63%)黃色固體狀的純的6-溴-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮，該產物通過核磁共振數據進一步鑒定。
制備M于氮氣氛下，在一個裝備有磁性攪拌棒，通氮管和玻璃塞的35ml頸圓底燒瓶中放入116.1mg(0.00305摩爾)氫化鋁鋰和3.0ml無水四氫呋喃，然后將產生的懸浮液攪拌冷卻至-78℃，接著以滴入方式，小心地加入在10ml四氫呋喃中的700mg(0.00291摩爾)6-溴-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮(制備L產物)。該步驟完成后，將產生的反應混合物在-78℃攪拌約16小時，此時，小心地向該攪拌溶液內加入721μl冰醋酸。該余下的反應混合物在-78℃再攪拌10分鐘，向該冷卻的混合物中加入10ml飽和的酒石酸鉀鈉水溶液和10ml二氯甲烷，使其在室溫(～20℃)攪拌3小時，然后過濾除去黃色固體，保留所產生的濾液，并從中分出二氯甲烷層，用水(3×10ml)和食鹽水(1×10ml)洗滌，然后經無水硫酸鎂干燥，通過過濾除去干燥劑，經減壓蒸發溶劑，得到467.3mg黃色固體狀粗制產物。然后通過用氧化鋁快速柱(20mm×175mm)和30%乙酸乙酯/己烷作洗脫劑以及采集5ml樣品的柱色譜法達到進一步純化。這樣，最終得到185.8mg(26%)淺黃色固體狀的純6-溴-2，3-二氫-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮。該純產物通過核磁共振數據進一步鑒定。
制備N于氮氣氛下，在一個裝備有機械攪拌器和通氮管的三頸圓底反應燒瓶中放入在約100ml無水四氫呋喃中的17.13g(0.085摩爾)5-氯-2-甲氧煙酸甲酯(制備D的產物)，接著向其加入12.5ml(0.1275摩爾)乙酸乙酯(1.5當量)和6.0g(0.1105摩爾)甲醇鈉(1.3當量)，在此全部加料過程中始終維持恒定的攪拌。然后將產生的反應混合物加熱至回流3小時，接著向其加入6ml(0.061摩爾)乙酸乙酯和3.0g(0.05525摩爾)甲醇鈉。將該最后的反應混合物于回流溫度攪拌6小時后，冷卻至室溫(～20℃)，然后通過20-50μm多孔玻璃過濾漏斗過濾，其后，將分離的固體溶于100ml水并酸化至pH1.0，水層再用乙醚(每次50ml)萃取二次，合并醚萃取液，經無水硫酸鎂干燥并過濾。過濾除去干燥劑并減壓蒸發溶劑，最終得到11.73g(57%)純的5-氯-3-甲氧羰基乙酰基-2-甲氧吡啶，m.p.59-61.5℃。該純產物通過核磁共振數據進一步鑒定。
制備O將由755mg(0.003125摩爾)5-氯-3-甲氧羰乙酰基-2-甲氧吡啶(制備N產物)在10ml1N氫氧化鈉水溶液中組成的混合物回流1小時，然后在室溫(～20℃)攪拌16小時。該步驟完成后，用1N鹽酸將該攪拌的反應混合物酸化至pH1.0，再用二氯甲烷(每次15ml)萃取三次。合并的有機層相繼用2%碳酸氫鈉水溶液和水洗滌，最后用無水硫酸鎂干燥。過濾除去干燥劑后，減壓蒸發溶劑，得到殘留的黃色油狀物-純的3-乙酰基-5-氯-2-甲氧吡啶。該純產物通過核磁共振數據進一步鑒定。
制備P于氮氣氛下，在一個裝置有機械攪拌器和通氮管的三頸圓底反應燒瓶中放入在50ml無水四氫呋喃中的4.60g(0.0248摩爾)3-乙酰基-5-氯-2-甲氧吡啶(制備O產物)，接著加入3當量(6.0ml)甲酸乙酯并以滴入方式加入1.2當量50%氫化鈉(1.43g)，在全部加料過程中始終維持恒定的攪拌。然后將產生的混合物在室溫(～20℃)攪拌64小時，接著通過20-50μm多孔玻璃過濾漏斗過濾，用20ml乙酸乙酯洗滌已過濾的產物，于真空下干燥至恒重，最終得到淺黃色粉末狀的3-甲酰基甲羰基-5-氯-2-甲氧吡啶鈉鹽，m.p.＞250℃。
制備Q在一個反應燒瓶中，將由5.37g(0.233摩爾)3-甲酰基-甲羰基-5-氯-2-甲氧吡啶鈉鹽(制備P產物)溶于73ml冰醋酸中組成的溶液于100℃進行攪拌，然后在同樣溫度下用7.3ml48%氫溴酸處理。產生的反應混合物在100℃攪拌15分鐘，最后借助于冰浴冷卻至室溫(～20℃)。該步驟完成后，將冷卻的混合物倒入100ml水中，再用二氯甲烷(每次50ml)萃取三次，合并有機層，先后用50ml2%氫氧化鈉水溶液和50ml水洗滌，接著用無水硫酸鎂干燥。過濾除去干燥劑后，減壓蒸發溶劑，最后得到1.70g(40%)純的6-氯-4-氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮的所需最終產物。該純產物通過核磁共振數據進一步鑒定。
制備R在-78℃，向由1.0g(0.0055摩爾)6-氯-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮(制備Q產物)溶于18ml四氫呋喃和36ml甲苯中組成的攪拌溶液里加入6.0ml1M的氫化二異丁基鋁甲苯溶液，然后將產生的混合物在-78℃攪拌2.5小時。該步驟完成后，通過加入溶于3ml四氫呋喃的0.51ml冰醋酸，使反應驟冷。使余下的反應混合物逐漸調節至室溫(～20℃)后，將其倒入100ml水中，向其中加入稀鹽酸，使產生的水層酸化至pH2.0。然后分離兩層，其后，將分出的水層用75ml二氯甲烷萃取兩次，合并的有機層用無水硫酸鎂干燥并過濾，接著將得到的濾液于真空下蒸發，得到715mg(71%)固體產物純6-氯-2，3-二氫-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮(m.p.120-123℃)。該純產物通過核磁共振數據進一步鑒定。
制備S除了使用與前面相同摩爾比率的5-氯-2-甲氧煙酸代替起始物料2-甲氧煙酸外，按制備D所述方法進行復制，制備5-氯-2-甲氧煙酸甲酯(參見D.E.Kuhla等美國專利No.3，879，403)。在該具體情況下，得到相應的最終產物是2-甲氧煙酸甲酯(與Kitagawa等在Chem.Pharm.Bull.Vol.26.P.1403(1978)敘述的化合物相同)。
制備T對含8.6g(0.050摩爾)2-甲氧煙酸甲酯(制備S產物)的25ml無水三氟乙酸溶液用6.0g(0.075摩爾)硝酸銨(分次加入)進行處理。該步驟完成后，將產生的混合物在室溫(～20℃)攪拌2小時，然后倒入30ml冰/水混合物中，其后，通過吸濾法收集此時形成的黃色結晶，再將其溶于氯仿。從中分出水層，其后將得到的有機溶液用無水硫酸鎂干燥，過濾除去干燥劑后，減壓蒸發溶劑，得到殘余物料6.5g(60%)純5-硝基-2-甲氧煙酸甲酯(m.p.98-99.5℃)，該純產物通過核磁共振數據進一步鑒定。
制備U將由1.08g(0.005摩爾)5-硝基-2-甲氧煙酸甲酯(制備T產物)和5.64g(0.0025摩爾)于10ml乙酸乙酯中的二氯化物二水合物組成的混合物回流20分鐘。該步驟完成后，將產生的反應混合物倒入50ml冰水中，并用碳酸氫鈉處理，使該溶液的pH調節至7.0。然后將得到的水溶液用乙酸乙酯(每次50ml)萃取三次，接著用50ml水洗滌一次所合并的有機萃取液，再用無水硫酸鎂干燥，過濾除去干燥劑后，減壓蒸發溶劑，得到殘余物800mg(86%)純5-氨基-2-甲氧煙酸甲酯(m.p.109-110.5℃)。該緇產物通過核磁共振數據進一步鑒定。
制備V對含1.5g(0.00806摩爾)5-氨基-2-甲氧煙酸甲酯(制備U產物)的25ml乙醇攪拌溶液，用12ml23%氟硅酸處理，然后將產生的反應混合物在冰中冷卻，接著通過吸濾法收集形成的白色鹽產物，然后將該鹽產物懸浮在25ml冰醋酸中，以滴加方式向該懸浮液中加入足量的亞硝酸丁酯，使該鹽完全溶解。再用40ml乙醚將產生的溶液稀釋，冷卻至0℃。此時，分離所需的重氮鹽油狀物，然后收集之，再將其懸浮在20ml乙醇中，形成新的白色固體鹽。通過吸濾法(在氮氣層下)收集白色固體鹽，用乙醚(每次10ml)洗滌三次，在高真空下干燥，得到550mg(20%)3-甲氧甲酰基-2-甲氧吡啶-5-氫六氟硅酸重氮鹽m.p.124-127℃(分解)。
將上述重氮鹽(550mg，0，0016摩爾)懸浮在10ml二甲苯中，加熱至油浴溫度為130℃，此時開始有氮氣揮發，反應混合物表面上變成油狀。然后將浴溫升至140℃。此時繼續將混合物加熱15分鐘。該步驟完成后，使反應混合物冷卻至室溫(～20℃)，然后通過玻璃棉管塞過濾。將得到的濾液減壓濃縮至幾乎無水，得到293mg所需的5-氟化合物。該產物再通過硅膠徑向色譜法(用15%乙酸乙酯/己烷洗脫)達到進一步純化，最終得到210mg(68%)純5-氟-2-甲氧煙酸甲酯。純產物的總收率(基于5-氨基-2-甲氧煙酸甲酯起始物料計算)的理論值的14%。該純產物通過核磁共振數據進一步鑒定。
制備W在氮氣氛下，向含2.0g(0.0106摩爾)5-氟-2-甲氧煙酸甲酯(制備V產物)的20ml無水四氫呋喃的攪拌溶液里，一次同時加入全部0.91ml丙酮(1.3當量)和670mg無水甲醇鈉，然后在室溫(～20℃)繼續攪拌約16小時，接著減壓濃縮該混合物，得到粘稠的油。將油用20ml1N鹽酸稀釋，其后，用乙醚分三次(每次20ml)萃取所產生的酸化水溶液，再合并醚萃取液，并用無水硫酸鎂干燥。過濾除去干燥劑，減壓蒸發溶劑，最終得到1.94g(87%)棕色油狀物3-丙酮基羰基-5-氟-2-甲氧吡啶。該產物通過核磁共振數據進一步鑒定。
制備X由1.94g(0.00928摩爾)3-丙酮基羰基-5-氟-2-甲氧吡啶(制備W產物)溶于30ml冰醋酸組成的溶液，在100℃，用3.0ml48%氫溴酸處理，并在此時攪拌20分鐘。該步驟完成后，將反應混合物冷卻至室溫(～20℃)，并倒入100ml水中，再用二氯甲烷(每次30ml)將產生的水溶液萃取三次，合并有機層，相繼用50ml水和2%氫氧化鈉水溶液各洗滌一次。用無水硫酸鎂干燥洗滌過的有機層，過濾除去干燥劑，將得到的澄清濾液真空濃縮，得到645mg6-氟-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮，然后通過硅膠徑向色譜法，用1%甲醇/氯仿作洗脫劑，得到440mg(26%)純的6-氟-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮。該純產物通過核磁共振數據鑒定。
制備Y在-78℃，向含440mg(0.00246摩爾)6-氟-2-甲基-4-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮(制備X產物)的5.0ml四氫呋喃和10ml甲苯的攪拌溶液里加入3.0ml1M的氫化二異丁基鋁的甲苯溶液。然后將產生的混合物在-78℃攪拌2.5小時。該步驟完成后，通過加入0.25ml冰醋酸，使反應驟冷。讓余下的反應混合物逐漸調節溫熱至室溫(～20℃)后，倒入20ml水中，向其加入稀鹽酸，使得到的水層酸化至pH3.0。然后分離兩層，將分出的水層用乙醚萃取三次(每次20ml)。合并的有機層經無水硫酸鎂干燥并過濾，真空濃縮所產生的濾液，最終得到殘余油狀物110mg(25%)純6-氟-2，3-二氫-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮。該純產物通過核磁共振數據進一步鑒定。
實施例1將由2.3g(0.016摩爾6-氯-2，3-二氫-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶4-酮(制備G產物)，1.5g(0.0232摩爾)氰化鉀，6.6g(0.0696摩爾)碳酸銨和1.2g(0.0116摩爾)硫酸氫鈉在100ml50%甲醇水溶液中組成的攪拌混合物放在一個用金屬絲完全捆住、已塞好塞子的燒瓶中于80-90℃下加熱約16小時(即過夜)。該步驟完成后，將反應混合物倒入水/乙酸乙酯混合物中，并用6N鹽酸化。用乙酸乙酯萃取所產生的含水有機溶液后，合并得到的各個有機萃取液，用飽和鹽水洗滌，經無水硫酸鎂干燥。過濾除去干燥劑后，減壓蒸發溶劑，最終得到殘余物料黃色油狀物。將該油狀物從含有少量甲醇的氯仿中結晶兩次，得到13mg純的(±)順式-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺〔咪唑烷-4，4′-4′氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮，m.p.＞250℃。除了用元素分析外，還通過質譜和薄層色譜法對該純產物作進一步鑒定。
元素分析C11H10ClN3O3計算值C，49.36;H，3.76;N，15.70實測值C，49.15;H，3.78;N，15.49實施例2將由500mg(0.0025摩爾)6-氯-2，3-二氫-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮(制備G產物)，325mg(0.0050摩爾)氰化鉀，1.7g(0.0175摩爾)碳酸銨和2.5g(0.042摩爾)乙酰胺組成的攪拌混合物放在一個用金屬絲完全捆住的已塞好塞子的燒瓶中，于80℃下加熱約16小時(即過夜)。該步驟完成后，將反應混合物冷卻至室溫(～20℃)，得到固體物，然后將其分配于乙酸乙酯和水之間，再用6N鹽酸化。該酸化的有機水溶液用活性炭處理并過濾，再用乙酸乙酯萃取所得到的澄清水溶液。合并有機萃取液，再用飽和鹽水洗滌，最后用無水硫酸鎂干燥。過濾除去干燥劑后，減壓蒸發溶劑，得到暗棕色油狀物的殘余液體。將該油狀物從氯仿/甲醇(95∶5體積)結晶，得到20mg(3%)純(±)-順式-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′-氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮，m.p.＞250℃。該產物與實例1產物在各方面均相同，具體通過薄層色譜研究作證。該純產物通過核磁共振數據進一步鑒定。
實施例3將由5.0g(0.025摩爾)6-氯-2，3-二氫-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮(制備G產物)，3.25g(0.050摩爾)氰化鉀，16.8g(0.175摩爾)碳酸銨，2.6g(0.025摩爾)硫酸氫鈉在50ml甲酰胺中組成的混合物放入不銹鋼高壓釜，并在40℃加熱4天。該步驟完成后，將反應混合物冷卻至室溫(～20℃)，倒入水中，然后用6N鹽酸酸化至pH3.0。通過吸濾法收集所得到的沉淀產物，風干至恒重，得到3.3g粗制物料。將粗制物料從125ml氯仿/甲醇(9∶1體積)重結晶，得到2.26g(34%)純(±)順式-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′-氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮，m.p.＞250℃。從母液中得到第二批結晶，它包括600mg(9%)相同純產物。純產物的總收率為理論值的43%。該產物與實施例1的產物在各方面均相同，通過核磁共振數據進一步鑒定(與實施例2產物也相同)。
實施例4A.將由39.3g(0.20摩爾)6-氯-2，3-二氫-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮(制備H產物)，26g(0.40摩爾)氰化鉀，134.4g(0.40摩爾)碳酸銨和25g(0.24摩爾)硫酸氫鈉在400ml甲酰胺中組成的混合物放入不銹鋼高壓釜中，在50℃加熱3天。該步驟完成后，將反應混合物冷卻至室溫(～20℃)，用水稀釋(直至3500ml)，過濾除去少量不溶物。然后將得到的濾液用濃鹽酸酸化至pH2.5，使其在室溫下攪拌30分鐘。通過吸濾法收集這樣得到的沉淀產物，風干至恒重，得到33g粗制物，將其從1200ml(9∶1體積)氯仿/甲醇重結晶(該步驟首先將總體積減少至600ml，然后將產生的溶液在室溫攪拌約16小時)，得到15.4g(29%)純(±)順式6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′氫-吡喃并〔2，3-b〕-吡啶〕-2，5-二酮(m.p.＞250℃)，它與上述實施例產物在各方面均相同(具體通過核磁共振數據作證)。從母液中得到第二批和第三批同樣純產物)分別為9.1g(17%)和2.1g(4%)。純產物(2′-CH3，4′-NH順式;2′R，4′S/2′S，4′R)的總收率為理論值的50%(26.6g)。
B.上述母液中還含有少量反式異構體，可以通過制備性高壓液相色譜法(HPLC)，用多次注射這樣，在Zorboy Silica Prep柱(21.2×25cm)上，用含5%甲醇的氯仿洗脫來進行分離。收集極性較大的部分，得到40mg粗制的反式異構體，將其從乙酸乙酯/己烷重結晶，得到26.5mg純(±)反式6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺〔咪唑烷-4，4′-4′氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮(m.p.＞250℃)，通過核磁共振數據進一步鑒定該純產物(2′-CH3，4′-NH反式;2′S，4′S/2′R，4′R)。
實施例5將由100mg(0.00037摩爾)(±)順式-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺〔咪唑烷-4，4′-4′氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮(實施例4A產物)，3.0ml冰醋酸和1.0ml30%過氧化氫組成的混合物在85℃加熱約16小時(即過夜)。該步驟完成后，將反應混合物冷卻至室溫，用水稀釋，過濾，從中除去所產生的沉淀。將回收的產物風干至恒重后，得到30mg(28%)純(±)順式-6-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮-8′-氧化物，m.p.＞250℃。該純產物除了用元素分析之外，還通過質譜和薄層色譜法進一步鑒定。
元素分析C11H10ClN3O4計算值C，46.58;H，3.55;N，14.81實測值C，46.42;H，3.56;N，14.67實施例6在一個100ml裝備有磁性攪拌棒，用金屬絲全部捆住并已塞好塞子的圓底燒瓶中，放入由360.6mg(0.00149摩爾)6-溴-2，3-二氫-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮(制備M的產物)，194.1mg(0.00298摩爾)氰化鉀，1.0g(0.0105摩爾)碳酸銨154.8mg(0.00149摩爾)硫酸氫鈉和10ml甲酰胺組成的混合物，將混合物在40-45℃攪拌加熱約16小時(即過夜)。該步驟完成后，使上述琥珀色溶液冷卻至室溫(～20℃)，然后用水10ml稀釋(此時溶液的pH約為9-10)。通過滴加6N鹽酸，使溶液的pH調節至pH2-3，得到的溶液于室溫下攪拌1.5小時。通過吸濾法收集這樣得到的沉淀產物(白色固體狀)，并風干至恒重，得到176.7mg粗制物，然后將其從異丙醇/異丙醚重結晶，得到115.5mg(25%)純(±)順式-6′-溴-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′-氫吡喃并〔2，3-b〕吡啶-2，5-二酮，m.p.＞250℃。該純產物除了用元素分析外，還通過質譜和核磁共振數據進一步鑒定。
元素分析C11H10BrN3O3計算值C，42.32;H，3.23;N，13.45實測值C，41.95;H，3.25;N，13.18實施例7將由715mg(0.00389摩爾)6-氯-2，3-二氫-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮(制備R產物)，500mg(0.00128摩爾)氰化鉀，2.58g(0.027摩爾)碳酸銨和400mg(0.00386摩爾)硫酸氫鈉在7.0ml甲酰胺中組成的混合物放入一個65ml的用金屬絲捆住并塞好塞子的圓底燒并中，在52℃攪拌加熱15小時。該步驟完成后，將后應混合物冷卻至室溫(＞20℃)，用30ml水稀釋，然后將產生的水浴液用濃鹽酸酸化至pH3.0，通過收濾，收集由此得到的產物，用水在過濾漏斗上洗滌后，在高真空下干燥至恒重，最終得到848mg(84%)粗產物，然后將其從60ml氯仿/甲醇(9∶1體積)重結晶，得到752mg(52%)純(±)6-氯-2′，3′-二氫-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′氫吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮的氯仿溶劑化物，m.p.265-266℃。
元素分析C10H8ClN3O3CHCl3計算值C，35.42;H，2.43;N，11.26實測值C，35.84;H，2.51;H，11.55實施例8于氮氣氛下，在反應燒瓶中，將500mg(0.0018摩爾)(±)順式-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮(實例4A產物)和50mg在10ml含377mg(0.0036摩爾)的甲醇中的鈀-炭催化劑等成分一起混合制備成懸浮液。然后在大氣壓下，于室溫(～20℃)，將產生的混合物氫解16小時(即過夜)，此時，可以檢測到不再吸收氫氣。然后從反應瓶中潷析，回收含最終產物的反應液，并通過Super-Cel(硅藻土)過濾除去催化劑，接著將過濾物用少量甲醇洗滌，然后保留所合并的濾液和洗液，其后真空濃縮，得到白色海棉狀物。將其用氯仿研制，得到白色固體物，通過吸濾收集并風干至恒重，最終得到450mg(86%)純(±)順式-2′，3′-二氫-2-甲基-螺-〔咪唑烷-4，-4′-4′氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮，m.p.150℃(分解)。該純產物除了用元素分析外，還通過薄層色譜法和核磁共振數據進一步鑒定。
元素分析C11H11N3O 0.4CHCl3
計算值C，48.73;H，4.09;N，14.95實測值C，49.01;H，4.12;N，15.10實施例9將由110mg(0.0061摩爾)6-氟-2，3-二氫-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-酮(制備Y產物)，78mg(0.00075摩爾)氰化鉀，400mg(0.00512摩爾)碳酸銨粉末和62mg(0.00061摩爾)硫酸氫鈉在1.0ml甲酰胺中組成的混合物放入一個6ml的由金屬絲捆住、并已塞好塞子的圓底燒瓶中，在51℃下攪拌加熱24小時。該步驟完成后，將該反應混合物冷卻至室溫(～20℃)，將其攪拌5天，然后用10ml水稀釋。將產生的水溶液用稀鹽酸酸化至pH3.0，再用乙酸乙酯萃取三次(每次10ml)。合并的有機層用無水硫酸鎂干燥，并過濾，其后，將得到的濾液真書空濃縮，得到殘余的油狀物，然后用3.0ml熱氯仿/甲醇(9∶1體積)研制，最后得到42mg黃色結晶粉末。將其從約7.0ml氯仿/甲醇(9;1體積)重結晶，得到28mg(16%)白色片狀粉末純(±)-順式-6′-氟-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮(第三個氯仿溶劑化物)，熔點231-232.5℃。該純產物除了用元素分析外，還通過質譜，核磁共振數據和紅外吸收光譜進一步鑒定。
元表分析C11H10FN3O30.33CHCl3計算值C，46.78;H，3.58;N，14.43實測值C，46.98;H，3.80;N，14.33實施例10A.將(±)-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4′，4′-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮順式異構體(965mg.，0.0036摩爾)加到1.18g(0.0036摩爾)辛可寧甲羥化物的24ml水溶液中〔按R.T.Major等在JournaloftheAmericanChemicalSociety，Vo.63，P.1368(1941)上的所述方法制備〕。然后將產生的混合物真空蒸發，殘余物再從異丙醇-異丙醚結晶，通過吸濾收集得到919mg白色固體，同時保留母液。將如此得到的固體物從異丙醚重結晶，得到680mg(65%)上述化合物的對映體純(4′S)(2′R)鹽。取400mg該鹽樣品，用17ml 1N鹽酸處理，得到的溶液用乙酸乙酯(每次10ml)萃取3次。合并乙酸乙酯萃取液，干燥并蒸發，最終得到172mg白色固體物，將其從乙酸乙酯/己烷中重結晶，得到129mg(70%)純(4′S)(2′R)-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮，m.p.＞250℃;〔α〕20D-235.7°(C-1，甲醇)元素分析C11H10ClN3O3計算值C，49.36;H，3.76;N，15.70實測值C，49.00;H，3.85，N，15.34B.再將上述保留的原始母液真空濃縮從中得到990mg白色固體。取該固體樣品890mg，用10ml1N鹽酸處理，產生的溶液用乙酸乙酯每次15ml萃取3次，然后合并乙酸乙酯萃取液，干燥，并真空濃縮至接近蒸干，最終得到的殘余物經用乙酸乙酯/己烷處理，沉淀得到120mg外消旋產物。濃縮母液，將殘余物從乙酸乙酯/己烷結晶，得到142.6mg純(2′S)(4′R)-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮，m.p.＞250℃;〔α〕-226.3°(C-1，甲醇)元素分析C11H10ClN3O3計算值C，49.36;H，3.76;N，15.70實測值C，49.15;H，3.76;N，15.37實施例11將(±)-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮順式異構體(2.67g，0.01摩爾)與在100ml水中的15.8g(0.05摩爾)氫氧化鋇八水合物一起回流加熱4天。冷卻至室溫(～20℃)后，該含水混合物用水稀釋，再滴入4.8g(0.05摩爾)碳酸銨溶液處理，此時形成沉淀固體，再通過過濾除去固體，并用水洗滌，然后真空濃縮，得到殘余物，再從甲醇中重結晶，得到第一批產物1.4g(58%)純的順式-4-氨基-6-氯-2，3-二氫-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-羧酸，m.p.200-203℃。
質譜，m/e242元素分析C10H11ClN2O30.75H2O計算值C，46.87;H，4.92;N，10.94實測值C，46.89;H，4.62;N，10.89實施例12對由1.0g(0.004摩爾)順式-4-氨基-6-氯-2，3-二氫-2-甲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-羧酸(實施例11產物)溶于220ml水中組成的溶液，用1N鹽酸調節至pH5.0，并用640mg(0.008摩爾)氰化鉀分次處理，同時繼續用1N鹽酸將該溶液的pH調節在pH5，保持1小時。混合物攪拌過夜約16小時后，用鹽酸將其pH(pH值已增加到8.0)調節到pH3.0，此時形成沉淀固體，用水洗滌，風干至恒重，得到570mg(50%)純的順式-6-氯-2，3-二氫-2-甲基-4-脲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-羧酸，m.p.209-210℃;
質譜，m/e285元素分析C11H12ClN3O40.5H2O計算值C，44.83;H，4.44;N，14.26實測值C，44.54;H，4.13;N，14.23實施例13對由2.5g(0.00875摩爾)順式-6-氯-2，3-二氫-2-甲基-4-脲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-羧酸(實施例12產物)在25ml甲醇中組成的漿液，用1.85g(0.00875摩爾)S-(-)-N-芐基-2-甲基芐胺處理，產生的溶液讓其在室溫(～20℃)慢慢蒸發直至形成結晶為止。然后通過吸濾收集結晶，用甲醇洗滌，得到2.1g(97%)粗制物(4S)(2R)-脲基乙酸鹽，m.p.168-170℃(分解)。保留母液(A)。固體從甲醇重結晶，得到第一批產量1.0g(46%)純的(4S)-(2R)-6-氯-2，3-二氫-2-甲基-4-脲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-羧酸的S-(-)-N-芐基-α-甲基芐胺鹽，m.p.175-177℃(分解);〔α〕20D+58.7°(C-1，甲醇)元素分析C11H12ClN3O4C15H17N 0.25H2O計算值C，62.27;H，5.93;N，11.17實測值C，62.33;H，5.87;N，11.17取上述純鹽的樣品500mg(0.001摩爾)溶于5.0ml冰醋酸，在90℃加熱4小時。將混合物冷卻至室溫(20℃)，用水稀釋，用乙酸乙酯萃取，然后將乙酸乙酯萃取液干燥，并真空蒸發最終得到260mg(97%)純的(4′S)(2′R)-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′氫-吡喃并〔2，3-b〕-吡啶〕-2，5-二酮，〔α〕20D+205.5°(C-1，甲醇)將保留的從第一批產物得到的原始母液(A)在室溫下放置3天，然后沉淀出87mg純的(4R)(2S)-6-氯-2，3-二氫-2-甲基-4-脲基-4氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶-4-羧酸的(S)(-)-N-芐基-α-甲基-芐胺鹽，m.p.164-165℃;〔α〕20D-67.6°(C-1，甲醇)。X-射線分析確認該化合物為4R，2S構型。
元素分析C11H12ClN3O4C15H17NCH3OH計算值C，61.30;H，6.29;N，10.59實測值C，61.04;H，6.24;N，10.57實施例14將由100mg(0.00037摩爾)(4′S)(2′R)-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮〔實施例10A的(4′S)(2′R)產物)，3.0ml冰醋酸和1.0ml30%過氧化氫組成的攪拌混合物在80-90℃加熱約16小時(即過夜)。該步驟完成后，將反應混合物冷卻至室溫(～20℃)，并用水稀釋。通過過濾回收沉淀產物，用水充分洗滌，風干至恒重，再于真空下進一步干燥過夜。這樣，得到40mg(40%)純的(4′S)(2′R)-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮-8′-氧化物，m.p.＞250℃。除了用元素分析外，還通過質譜和薄層色譜法進一步鑒定該純產物。
元素分析C11H10ClN3O4計算值C，46.58;H，3.55;N，14.81實測值C，46.37;H，3.52;N，14.71實施例15通過S.Hayman等人在Journal of Biological Chemistry，Vol.，240，P.877(1965)中敘述的方法及K.Sestanj等人在美國專利號3，821，383中的改進方法，分別測試實施例4A，4B，6-9，10A，10B和14的螺-3-雜吡咯酮化合物降低或抑制醛糖還原酶活性的能力。在每個試驗中，所使用的作用物是從人的胎盤中得到的部分純化的醛糖還原酶。按照所選擇的具體濃度水平(10-5M)，以每個化合物抑制酶的活性的百分數(%)表示所得結果。
化合物在10M時的抑制百分數實施例4A產物83實施例4B產物77實施例6產物80實施例7產物60實施例8產物57實施例9產物77
實施例10A產物100實施例10B產物100實施例14產物79實施例16按美國專利No.3.821，383中主要介的方法，分別測試實施例4A，4B，6和10A的螺-3-雜吡咯酮化合物對于減少或抑制在鏈脲佐菌素化(即糖尿病)老鼠的坐骨神經和眼球晶狀體中山梨醇累積的能力。在本試驗中，先在誘發糖尿病后27小時測定每個試驗動物坐骨神經和眼球晶體中山梨醇累積量，然后在施用鏈脲佐菌素后4，8和24小時時，按指定的劑量水平口服施用測試化合物。與未施用化合物的動物(即未經治療的動物在27小時的試驗期間組織中山梨醇水平通常從約50-100mM/g升至高達400mM/g)作比較，以試驗化合物所產生的抑制百分數(1%)表示由此得到的結果。
劑量抑制百分數(%)化合物(mg/kg)坐骨神經眼球晶狀體實施例4A的產物5.09889實施例4A的產物0.253422實施例4B的產物0.251332實施例6的產物1.07367實施例10A的產物1.07873實施例10A的產物0.1433權利要求
1.一種制備式I螺-吡咯酮化合物或其與藥物上可接受的陽離子形成的堿式鹽的方法
其中X為氫，氟，氯，溴，硝基，三氟甲基，C1-C4烷基，C1-C4烷氧基或C1-C4烷硫基；Z為亞甲基，氧，硫或亞氨基；Y為氧或硫；R為氫或C1-C4烷基；-A-B-D-E-表示-N-CH-CH-CH-，-CH-N-CH-CH-，-CH-CH-N-CH-或-CH-CH-CH-N-，或它們的N-氧化物衍生物，該方法的特征在于(a)將有合適取代的式Ⅱ羰基環化合物與堿金屬氰化物和碳酸銨一起縮合形成所需的具前面所示結構式I、其中Z為亞氨基的最終產物，螺-咪唑烷二酮，式Ⅱ為
其中X，Y，和R及-A-B-D-E-分別按上述定義；或(b)將如上述定義的式Ⅱ有合適取代的羰基環化合物與-氰基乙酸低級烷基酯縮合，得到相應的氰基烯基乙酸酯，再將該酯用氰化鉀處理，形成相應的二氰化合物，然后經過下列步驟，即使該二氰化合物進行酸水解，產生相應的二羧酸，最后將該酸與氨在約200-300℃加熱，產生其中Z為亞甲基的結構式I的最終產物，所需的螺-酰亞胺；或(c)將如上述定義的有合適取代的結構式Ⅱ的羰基環化合物與三烷甲硅基氰化物(其中每個烷基具有1-4個碳原子)在路易氏酸存在下進行反應，形成相應的氰三烷基甲硅烷氧基衍生物，然后將氰三烷基甲硅烷氧基衍生物與酸反應，以便將所述的氰三烷基甲硅烷氧基衍生物與酸反應，以便將所述的氰三烷基甲硅烷氧基衍生物轉化成羥甲酰亞胺烷基酯衍生物，并最后將所述的羥甲酰亞胺酯衍生物轉化為其中Z為硫的結構式I的螺-噻唑烷二酮化合物；和(d)需要時，可以將如最初定義的結構式I和囟代化合物轉化為相應的其中X為氫的未取代的環一去囟的化合物；和(e)需要時，可以將如最初定義的結構式I的化合物氧化，以便形成其相應的N-氧化物衍生物；然后，如果需要，可將如最初定義的結構式I的螺-吡咯酮化合物用藥物上可接受的陽離子轉化成它的堿鹽。
2.按權利要求1(a)部分所要求的方法，其特征在于使用相對于羰基環化合物起始原料至少微過摩爾量的堿金屬氰化物和碳酸銨試劑。
3.按權利要求1(a)部分所要求的方法，其特征在于該縮合反應是在對反應呈惰性的極性有機溶劑介質存在下，于從約25℃至約150℃范圍的溫度進行的。
4.按權利要求3所要求的方法，其特征在于使用的有機溶劑是具有1至4個碳原子的未取代的低級鏈烷醇酰胺。
5.按權利要求1(d)部分所要求的方法，其特征在于環的去囟化是通過用催化氫化;使其中X為氟，氯或溴的結構式Ⅰ的囟代化合物進行氫解反應，以便形成其中X為氫的相應的去囟化合物。
6.按權利要求1(e)部分所要求的方法，其特征在于所述的氧化反應是在酸性溶劑中，于從約0℃至約100℃范圍溫度下，用30%過氧化氫水溶液進行的。
7.按權利要求1(a)部分所要求的方法，其中所制備的化合物是其中Z為亞氨基，Y為氧和-A-B-D-E-為-N-CH-CH-CH-的式Ⅰ化合物。
8.按權利要求7所述的方法，其中X為氟，氯或溴，R為C-C烷基。
9.按權利要求1(a)部分所要求的方法，其中制備的螺-咪唑烷二酮化合物是(±)-順式-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′氫-吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮。
10.按權利要求1(a)部分所要求的方法，其中制備的螺-咪唑烷二酮化合物是(±)-順式-6′-溴-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-〔咪唑烷-4，4′-4′-氫吡喃并〔2，3-b〕吡啶〕-2，5-二酮。
全文摘要
一組可制備的2，3-二氫吡喃并[2，3-b]吡啶環系衍生的新的螺-雜吡咯酮類及其藥物上可接受的鹽。這些化合物作為醛糖還原酶抑制劑可有效地用于治療控制某些慢性糖尿病并發癥。從上述環系衍生的化合物的典型成員包括螺-酰亞胺，螺-唑烷二酮，螺-噻唑烷二酮和螺-咪唑烷二酮。(4′S)(2′R)-6′-氯-2′，3′-二氫-2′-甲基-螺-[咪唑烷-4，4′-4′氫-吡喃并[2，3-b]吡啶]-2，5-二酮是典型的和優選的化合物成員。本文提供了從已知的起始物料制備所有這些化合物的方法。
文檔編號C07D495/20GK1031702SQ8810648
公開日1989年3月15日 申請日期1988年9月3日 優先權日1987年9月4日
發明者史蒂文·韋恩·戈爾茨坦, 萊因哈德·薩杰斯 申請人:美國輝瑞有限公司