制備1,3-二氧戊環核苷的方法
【專利說明】制備1，3-二氧戊環核苷的方法
[0001]本申請是申請號為200580011995. 0(國際申請號為PCT/US2005/003620)、申請日 為2005年2月3日、發明名稱為"制備1，3-二氧戊環核苷的方法"的中國專利申請的分案 申請。
[0002] 本申請要求于2004年2月3日提交的美國臨時申請60/541,545的優先權，題目 為"制備1，3-二氧戊環核苷的方法"的。
技術領域
[0003] 本申請提供制備對映體純的0 -D-二氧戊環核苷的方法。具體地說，描述了適合 大規模開發的（-)-DAPD的新的合成法。
【背景技術】
[0004] AIDS，獲得性免疫缺陷綜合征，是一種觸及全球各個部分的災難性疾病。最近的估 計全世界有4000萬人患AIDS，每年約有500萬個新感染病例。全球年死亡數仍然超過300 萬人。另一種引起人類嚴重健康問題的病毒是乙型肝炎病毒（HBV)。HBV是僅次于煙草的 第二位的致人癌癥的病因。一些估計認為全球感染HBV的人數高達20億人，等于全球人口 的三分之一，其中約有4億為慢性感染者。
[0005] 許多2'，3'-二脫氧核苷被發現是具有抗HIV和/或乙型肝炎病毒的有效的抗 病毒劑。通過細胞激酶對5'-三磷酸鹽的細胞磷酸化后，這些合成的核苷被整合進生長的 病毒DNA鏈中，由于缺乏3'-羥基基團，引起鏈的終止。它們還可抑制病毒酶逆轉錄酶。
[0006] 在其中核苷的3'-碳被雜原子取代的核苷衍生物的合成中也有重要意義。3TC 和其5-氟胞嘧啶類似物（FTC)兩者均表現出抗HIV和HBV的活性（Furman等，Antimic. Ag. Chemo.，1992, 2686-2692 ;和 Cheng 等，J. Biol. Chem.，1992, 267 (20)，13938-13942)。
[0007] 外消旋的氧硫雜環戊烷核苷BCH-189具有有效的抗HIV復制的活性的發現促使 Chu 等合成手性的產物（+)-和（-)-BCH_189(Belleau 等，5th International Conference on AIDS，Montreal，Canada，June 4-9,1989，#T.C.O. 1 ;Chu 等 Tetr. Lett.，1991，32， 3791)。后一化合物，拉米咲啶（Lamivudine)，另外也已知為3TC或epivir (益平維），目 前正用于臨床治療HIV感染和HBV感染。5-氟胞嘧啶氧硫雜環戊烷類似物（FTC)的（-) 對映體，顯著有效對抗 HIV(Choi，W.et al.，J.Am.Chem.Soc.，1991，113,9377 ;Schinazi， R. F?等，Antimic. Ag. Chemo. 1992, 2423 ;美國專利號 5, 204, 4665、5, 210, 085、5, 914, 331 和 5, 639, 814)。
[0008] 上述的1，3_氧硫雜環戊烷核苷通過使甲硅烷基化的嘌呤或嘧啶堿與1，3_氧硫 雜環戊烷中間體縮合制得。美國專利號5, 204, 466公開了使用氯化錫作為Lewis酸，實質 上是提供完全的立體選擇性，使甲硅烷基化的嘧啶與1，3_氧硫雜環戊烷縮合的方法。 許多美國專利描述用于制備1，3-氧硫雜環戊燒核苷的方法，即存在娃堿化的Lewis酸時， 經由以保護的甲硅烷基化的堿與1，3-氧硫雜環戊烷-2-羧酸酯縮合，隨后還原該酯為相 應的羥甲基以得到終產物（見美國專利號5, 663, 320、5, 693, 787、5, 696, 254、5, 744, 596、 5, 756, 706和5, 864, 164)。另外，這些專利包含使用相應的1，3-二氧戊環中間體，以相似 的方式合成1，3-二氧戊環核苷的一般的公開。
[0009] 美國專利號5, 272, 151公開了使用2-0-保護的-5-0-酰化了的-1，3-氧硫雜環戊 烷，在鈦催化劑的存在下通過與甲硅烷基化的嘌呤或嘧啶堿縮合制備核苷的方法。美國專 利號6, 215, 004公開了用于生產1，3-氧硫雜環戊烷核苷的方法，該方法包括在沒有Lewis 酸催化劑時使甲硅烷基化的5-氟胞嘧啶與2-0-保護的-甲基-5-氯-1，3-氧硫雜環戊烷 縮合。在這些案例中，1，3_氧硫雜環戊烷環以下列途徑之一制備：（i)在對甲苯磺酸的存在 下，使衍生自乙醛酸或乙醇酸的醛與巰基乙酸在甲苯反應生成5-氧代-1，3-氧硫雜環戊 烷-2-羧酸；（ii)回流下，于甲苯中以2-巰基乙醛縮二乙醇使無水乙醛酸環化生成5-乙氧 基_1，3_氧硫雜環戊烷內酯；（iii)使巰基乙醛（二聚物形式）與乙醛酸酯縮合，生成5-羥 基-1，3-氧硫雜環戊烷-2-羧酸酯或（iv)使酸基乙醛與2, 5-二羥基-1，4-二噻烷，2-巰 基乙醛的二聚物形式偶合形成2-(酸基）甲基-5-羥基_1，3_氧硫雜環戊烷。在該方法中， 內酯、5-氧代化合物必須被還原成相應的內半縮醛。2-羧酸或其酯還必須被還原為相應的 2-羥基甲基衍生物與硼燒-甲基硫（methylsulfide)的混合物。
[0010] 關鍵的中間體，醛，可使用幾種方法制備：⑴使1，4-二-0-苯甲酰基間-赤藻糖 醇、1，6-二-0-苯甲酰D-甘露醇或1，5-二-0-苯甲酰-D-阿糖醇的四乙酸酯氧化；（ii) 制備單酰化的乙二醇，隨后氧化成醛；（iii)使2-氯乙醇酰化，隨后經二甲基亞砜氧化；（v) 使四乙酸酯氧化；(vi)對烯丙基或3-甲基-2- 丁烯-1-醇酰化產物進行臭氧分解；(vii) 以及最近，通過使2-丁烯-1，4-二醇酰化，隨后進行臭氧分解。還有，美國專利號6, 215, 004 公開了通過使2, 2-二乙氧基乙醇酰化制備酸基乙醛縮二乙醇的方法。
[0011] 吣洸6〇1^，0.1.等〇'6七1^?.，1989,30,6263)報告了導致有關(：4'原子的非對映 異構體的外消旋的混合物的（±) -1- (2 0，4 0 ) -2-(羥基甲基）-4-二氧戊環基-胸腺嘧啶 的合成。該產物的X射線晶體學分析顯示二氧戊環的環一般在核苷酸中發現采用 3T4構象， 伴有03'原子在內位（endo position)，其與在 42!\42011、(1(^、(1(1(]和3'-去氧-3'-氟 胸苷中發現的扭曲的3E構象有很大不同，所有這些均表現在體外有效對抗HIV的潛力。
[0012] 二氧戊環核苷的抗病毒活性啟示Chu等合成一系列類似物，以尋找潛在的抗病毒 劑和/或抗癌劑。例如，有報道9- ( 0 -D羥基甲基-1，3-二氧戊環基）氨基嘌呤（0 -D-DAPD) 和其代謝物9-(P-D羥基甲基-1，3-二氧戊環基）鳥嘌呤（P-D-DXG)具有有效對抗人 類免疫缺陷病毒（HIV)和乙型肝炎病毒（HBV)的潛力和選擇性（Rajagopalan et al.， Antiviral Chem. Chemother.，1996,7(2)，65-70)。（-)-DAPD 是 HIV 在體外和體內的以 及HBV在體外復制的潛在的和選擇性的抑制劑（Furman等Drugs of the Future 2000， 25(5)，454-461)。類似地，l-(f3-L羥基甲基-1，3-二氧戊環基）-胸腺嘧啶（二氧戊 環-T)(Norbeck et al.，Tet. Let.，1989, 30,6263-66)具有抗 HIV 和抗 HBV 活性。l-(0-L 羥基甲基3-二氧戊環基）-胞嘧啶（P-L-OddC)被發現對人前列腺以及腎癌具有潛在的 抗腫瘤活性（Kadhim et al.，Can. Cancer Res.，57(21)，4803-10,1997)。（-)-(2' S， 4' R)-l' _[2'-(羥基-甲基）-l'，3'-二氧戊環-4'-基]-5-碘尿嘧啶）L-IOddU 最近在臨床前和臨床研究中被評價其作為抗病毒劑或抗癌劑的價值（見Kim等，J. Med. Chem. 1993, 36, 519-528 和其引用的參考文獻；Corbett，&Rublein，Curr. Opin. Investig Drugs 2001，2,348-353 ;Gu 等，Antimicrob.Agents Chemother. 1999,43,2376-2382; Mewshaw 等，J. Acquir. Immune Defic. Syndr. 2002, 29,11-20) 〇
[0013] Belleau等的US 5, 041，449和US 5, 270, 315披露一組外消旋的2-取代的-4-取 代的-1，3-二氧戊環。參考文獻中的表1顯示用于兩個外消旋的1，3-二氧戊環核苷一一具 有胞嘧啶堿的外消旋反式（a ) 1，3-二氧戊環核苷（化合物XII)和具有腺嘌呤堿的外消旋 順式（0)1，3_二氧戊環核苷（化合物XIV)的數據（也見于IAF BioChem International 的 EP 0 337 713)。
[0014] 1989年6月，Belleau等報告了合成在3'-位置上含氧或硫的胞嘧啶核苷的方 法（Belleau，B.等Fifth International Conference on AIDS,Montreal international Development Research Center :0ttawa，Ontario, 1989 ;T. C. 0? 1.)。二氧戊環的環通過使 RC02CH2CH0與丙三醇縮合制備。該合成產生有關核苷的C4'碳的非對映異構體的外消旋的 混合物。如流程圖1中所述合成外消旋DAPD。
[0015]
[0016] Belleau等使丙三醇與氯乙醛反應生成二氧戊環中間體。在以苯甲酸鹽置換氯之 后，伯醇被氧化為羧酸并以間氯過苯甲酸經Baeyer-Villiger重排，得到相應的外消旋的 二氧戊環苯甲酸酯。然后使該化合物與2-氨基-6-氯嘌呤偶合，并在壓力下將所得的核苷 中間體與氨反應，得到外消旋的DAPD。（±)_二氧戊環-T也以由Choi等（Choi等，J. Am. Chem. Soc. 1991，113,9377-9378和美國專利號5, 852, 027)所述的類似方式合成。
[0017] 如以上討論的，在1989年后期，Norbeck等發表了一篇描述也具有體外抗HIV活 性的外消旋的順式-1，3-二氧戊環胸苷的合成的文章（Norbeck等Tet. Let. 1989, 30 (46)， 6263-6266)。從芐氧基醛縮二甲醇和（±)甲基甘油酸酯共五步合成所述產物，得到79%得 率的1 : 1非對映異構體混合物。如與Belleau合成一起，Norbeck合成產生關于核苷的 C4'碳的非對映異構體的外消旋混合物。見流程2。
[0018]
[0019] 同樣的外消旋二氧戊環乙酸酯中間體由Liotta等從順式-2- 丁烯-1，4-二醇開 始合成（Choi 等 J. Am. Chem. Soc. 1991，113 (24)，9377-0379 和 Wilson 等 Bioorg. Med. Chem. Let. 1993, 3 (2)，169-174)。見流程 3。
[0020]
[0021] 如流程3中所示，這些方法的缺點是它們包含不穩定的醛的合成和困難的氧化步 驟。
[0022] Chu和Schinazi的US5, 179, 104公開了經由立體有擇合成獲得對映體純的 -D-1，3-二氧戊環核苷方法（也見相關的美國專利號5, 925, 643、5, 767, 122、5, 444, 063、 5, 684, 010、5, 834, 474 和 5, 830, 898)。
[0023] BioChem Pharma的EP 0 515 156公開使用立體選擇性合成得到1，3_二氧戊環核 苷的對映體的方法，該方法包括以甲硅烷基Lewis酸與共價鍵結合于手性輔助劑的1，3-二 氧戊環中間體縮合（也見相關的美國專利號5, 753, 706和5, 744, 596)。
[0024] Chu等發表了從1，6-脫水甘露糖立體有擇地合成0-D-1，3-二氧戊環核苷（Chu 等Tet. Let.，1991，32, 3791-3794)。大約與此同時，Thomas和Surber發表文章描述如下： (i)徹底檢索手性色譜的文獻沒有顯示任何核苷分離的實例以及（ii)他們的論文披露了 通過手性高效液相色譜首次分離核苷的對映體。拆分的核苷不是1，3_二氧戊環核苷，所嘗 試的手性柱的五分之四不起作用（Thomas等，J Chromat.，1991，586,265-270)。
[0025] Kim 等（Kim 等 J. Med. Chem. 1993, 36(1)，30-37)隨后發表論文公開從 1，6-脫 水-D-甘露糖不對稱合成1，3_二氧戊環嘧啶核苷的P-D和a-D對映體。（-)-DAH)的合成 被描述為從1，6-脫水-D-甘露糖起始的十三個步驟的方法，包括經九步使1，6-脫水-D-甘 露糖轉化為手性的乙酸酯（流程4)。
[0026]
[0027] 在Vorbruggen條件下使乙酸酯偶合以及幾次純化和去保護步驟后，得到適度收 率的（-)-DAPD。此方法費時、困難并且包含復雜的氧化步驟。
[0028] 1992 年，Belleau 等（Belleau 等 Tet. Let. 1992,33,6949_6952)發表了使用 L-抗 壞血酸作為手性輔助劑經八步法合成對映體純的2'，3'-二脫氧-3-氧雜胞嘧啶立體異 構體。L-抗壞血酸被用于產生一批可分離的非對映異構體。四乙酸鉛的應用使得該方法 不適合于按比例放大（scale-up)。1992年，Kim等也發表論文公開從1，6_脫水-L-0 -古 洛P比喃糖（gulopyranose)獲得（-)-L- 0 -二氧戊環-C和（+) -L- 0 -二氧戊環-T的方法 (Kim 等，Tet. Let. 1992, 32 (46)，5899-6902)。
[0029] 在US 5, 276, 151中，Liotta和Shinazi發現外消旋的2-0-保護的-5-0-酰化了 的-1，3-二氧戊環在含鈦的Lewis酸的存在下可與嘌呤或嘧啶堿基偶合，主要產生外消旋 的0 -異構體（又見W0 92/14729)。
[0030] Jin 等（Jin 等 Tet. Asym. 1993,4 (2)，211-214)公開 Lewis 酸催化劑在 1，3-二氧 戊環核苷的制備中起重要作用。在使對映體純的2'-去氧-3'-氧雜核苷與甲硅烷基化 的N-乙酰胞嘧啶偶合中，TiCIdP SnCl 4促進伴有外消旋化的二氧戊環核苷的形成。應用 Lewis酸三甲基甲硅烷基三氟甲磺酸酯、三甲基甲硅烷基碘和TiCl 2 (0i-Pr) 2以低的非立體 選擇性提供對映體純的胞嘧啶二氧戊環核苷。
[0031] Evans等（Tet. Asym. 1993,4, 2319-2322)報告了二氧戊環核苷的不對稱合成。在 1，2-二甲氧基乙烷中的SnCl2的存在下，使D-甘露醇與BnOCH 2CH- (0CH3) 2反應，隨后經 RuCl3/NaOCl氧化生成順式-和反式-二氧戊環-4-羧酸，后者然后經脫羧、偶合和去保護 反應轉化為D-和L-二氧戊環核苷。對這些羧酸的可選途徑是通過BnOCH 2CH-(OCH3)2與 L-抗壞血酸的反應，這也報告于該文中。手性的羧酸也可通過使商業上可獲得的2, 2-二甲 基-1，3-二氧戊環-4- (S)-羧酸與保護的羥基-乙醛的衍生物諸如苯甲酰氧基乙醛在酸性 條件下反應制備（見美國專利號5, 922, 867和6, 358, 963)。
[0032] Siddiqui等公開了順式-2,6-二氨基嘌呤二氧戊環可使用腺苷脫氨酶有選擇地 脫氨（Siddiqui 等，Bioorg. Med. Chem. Let.，1993, 3 (8)，1543-1546) 〇
[0033] 雖然二氧戊環核苷的合成可能使用在文獻中描述的方法，此化學方法并不適合于 大規模的（-)-0厶?0合成。見〇111等16七1^七1991，32，3791-3794;5丨(1(119111等祀〇〇邙. Med. Chem. Let. 1993, 3,1543-1546 ;Kim等Tet. Let. 1992,46,6899-6902)。
[0034] Mansour等的US 5, 763, 606描述了用于通過使甲硅烷基化的嘌呤或嘧啶堿與雙 環中間體偶合主要生產純的1，3_氧硫雜環戊烷和1，3_二氧戊環核苷的方法（又見W0 94/29301)。
[0035] Painter等的US 6, 215, 004公開了在Lewis酸諸如乙醚合三氟化硼的存在下，通 過使乙醇酸與式（RiOhCHR的乙縮醛；式（R20) (HO)CHR的半縮醛；或其混合物反應，用于制 備 2- [Rt (0) 0CH2] -1，3-二氧戊環基-5-酮的方法，其中 R 為-(CH2-0-C (0) R1)，且 R1和 R 2 獨立為烷基、芳基、雜芳基、雜環基、烷芳基、烷基雜芳基或烷基雜環基或芳烷基（又見W0 00/09494)〇
[0036] 均為BioChem Pharma的W0 00/47759和W0 01/58894公開了在與嘌呤或嘧啶堿 偶合之前，從在C4'位具有C00R部分的二氧戊環類似物的端基異構體的混合物中分離0 和a端基異構體的方法。用于拆分二氧戊環類似物主要獲得具有L-構型的二氧戊環的該 方法，包括酶，即水解酶的使用。
[0037] Shire BioChem有限公司的W0 03/062229公開了通過加入Lewis酸、甲硅烷基化 劑和非甲硅烷基化的嘌呤或嘧啶堿至二氧戊環的用于生產二氧戊環核苷類似物的單個反 應容器法。該出版物還描述存在DIB和12時，使用適合的能源，使在溶劑中的二氧戊環化 合物反應來生產二氧戊環化合物的方法。
[0038] 3'-氧雜-取代的2'，3'-二脫氧核苷類似物（"二氧戊環核苷類似物"）的 立體化學在其生物學活性中可起重要的作用。核苷中的核糖的C1'位是手性中心，因為此 碳結合四個不同的部分。同樣地，在核苷的C4'有光學活性中心。
[0039]
[0040] 如下所示，1，3_二氧戊環核苷的手性碳（指定的嘌呤或嘧啶堿和CH20H)上的取代 基相對于二氧戊環的環系統可或者為順式（在同一側）或者為反式（在對側）。為一致性 的目的，當甲氧基部分或堿部分被另一個取代基取代時使用同樣的立體化學的名稱。順式 和反式外消旋物兩者組成一對光學異構體。因此，每個化合物有四個單個的光學異構體。此 四個光學異構體由以下構型表示（當確定二氧戊環部分于水平面方向時，則-0-ch2-部分 在前面）：（1)順式，兩個基團均"朝上"，其為順式構型（稱為0-D) ; (2)順式，兩個基 團均"朝下"，其為相反的順式構型（稱為0-L) ;(3)具有C4'取代基"朝上"和C1' 取代基"朝下"的反式；和（4)具有C4'取代基"朝下"和C1'取代基"朝上"的反式。兩 個順式對映體一起被稱為對映體的外消旋混合物以及兩個反式對映體被稱為a-對映 體的外消旋混合物。通常，分離或另外獲得順式-構型的單個的對映體是困難的。順式-1， 3_二氧戊環核苷的四種可能的立體異構體用圖表示如下：
[0041]
[0042]因為二氧戊環核苷的立體異構體通常具有不同的生物學活性和毒性，獲得純的有 治療活性的異構體變得至關重要。常常，一種立體異構體被認為比其他異構體更具活性。
[0043] Chu等開發了分別用于合成D-和L-二氧戊環核苷的從D-甘露糖和從L-古洛糖 內酯不對稱合成二氧戊環核苷的方法（美國專利號5, 767, 122、5, 792, 773)。然而，這些方 法包含了許多步驟并且大多數的中間體需要經硅膠柱色譜法純化（見Kim et al.J. Med. Chem. 1993,36,519-528)。
[0044] 為制備足夠大量的二氧戊環核苷藥物用于臨床試驗，使用手性2-酸基甲基-5-氧 代-1，3-二氧戊環作為關鍵的中間體。在8&的存在下，用乙醇酸將ROCH 2CH0或其醛縮醇 環化，隨后經手性樹脂進行柱分離或經酶拆分（為昂貴和困難的技術）制備該中間體。
[0045] 因此，一直有對成本-效益的和具立體選擇性的方法生產生物學活性的二氧戊環 核苷異構體的需求。
[0046] 本發明的目的是提供新的和有成本-效益的方法，以合成對映體純的二氧戊環核 苷。
【發明內容】
[0047] 本發明包括從便宜的前體有效合成1，3_二氧戊環核苷的途徑，如需要時任選引 入官能團。所述方法允許立體選擇性制備這些化合物的生物學活性異構體。
[0048] 在本發明的一個實施方案中，提供了制備基本純的0 -D-或0 -L-1，3-二氧戊環 核苷，諸如0 -D-DAPD的方法，其包括：
[0049] a)制備或得到式（la)或（lb)的酯化的2, 2-二烷氧基乙醇；
[0050]
[0051]其中：
[0052] 每個R1獨立為烷基、芳基、雜芳基、雜環基、烷芳基、烷基雜芳基或烷基雜環基或芳 烷基；以及
[0053] R2為任何適合的可離去基團，這樣（1)它可在合成結束時很容易被除去，（2)它具 有低分子量以避免在過程中攜帶大的質量，（3)它是商業上可獲得的并且是便宜的，（4)其 相應的酯在還原性乙酰化條件下是穩定的，（5)髓后的內酯是可分解的，和（6)偶合后，相 應的端基異構體易于優先使用結晶法（如異丁酰或對甲氧基苯甲酰）分離；
[0054]然后，
[0055] b)用乙醇酸使式（la)或（lb)的酯化的2, 2-二烷氧基乙醇環化，優選在Lewis 酸，諸如BF3 ? Et20的存在下，得到式（II) 1，3-二氧戊環內酯
[0056]
[0057]然后，
[0058]c)拆分式（II)的1，3-二氧戊環內酯，得到基本純的D-或L-內酯；
[0059]然后，
[0060] d)用還原劑，諸如LiAlH (OtBu) 3選擇性地還原和活化基本純的D-或L-手性內酯， 得到基本純的式（III) D-或L-1，3-二氧戊環：
[0061]
[0062]其中：
[0063] L是適合的離去基團，例如，0-酰基如OAc、鹵素（F、Br、C1或I)、甲磺酰氧基 (Omesylates，OMs)和甲苯甲酰氧基（OToluate，OTs)等；
[0064]然后，
[0065] e)使基本純的式（III)D-或L-l，3_二氧戊環與活化的和/或保護的嘌呤或嘧 啶堿或其衍生物，諸如活化的2,6_二氯嘌呤偶合，得到基本純的保護的式（IV)D-或L-l， 3_二氧戊環核苷的a : 0混合物：