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Ribavirin oder 1-β-D-Ribofuranosyl-1H-1,2,4-triazol-3-carbonsäureamid
ist ein bekanntes Virustatikum, das normalerweise in Verbindung
mit alpha-2b-Interferon zur Behandlung von Patienten mit chronischer Hepatitis
C verabreicht wird.
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TECHNISCHES GEBIET DER
ERFINDUNG
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Ribavirin (Merck Index, 11. Auflage)
mit der folgenden Strukturformel
wird im allgemeinen synthetisch
oder fermentativ hergestellt.
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Unter den Verfahren zur synthetischen
Herstellung von Ribavirin sind diejenigen Umsetzungen von besonderer
Bedeutung, bei denen der vorgeformte Triazolkern mit geschützten Zuckerderivaten
gekoppelt wird.
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Gewöhnlich wird bei derartigen
Verfahren der vorher ausgesuchte Triazolkern mit Silylierungsmitteln aktiviert
und das Silyltriazol-Zwischenprodukt danach mit der entsprechenden
geschützten
Ribofuranose umgesetzt, wie es im folgenden allgemeinen Schema dargestellt
ist:
SCHEMA
1
worin R
1 in der Regel
für eine
O-Acetyl-Gruppe oder ein Halogen steht, Pg für eine Hydroxylschutzgruppe,
wie z. B. Acetyl oder Benzoyl, steht, R
2 vorzugsweise
für eine
Carbomethoxygruppe steht und R für
Alkyl, vorzugsweise Methyl, steht.
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Aus dem Zwischenprodukt III wird
dann gewöhnlich
durch Entschützung
des Zuckers und Umwandlung der Estergruppe in ein Amid Ribavirin
erhalten.
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Die oben angegebene Reaktionssequenz
wird beispielsweise in J. Med. Chem. (1972), 15, 1150–1154, beschrieben.
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Das Verfahren ist jedoch mit einigen
Nachteilen behaftet und daher von geringem anwendungstechnischem
Interesse. Bei der betreffenden Glykosylierungsreaktion erhält man nämlich als
Rohprodukt ein 1 : 1-Gemisch aus dem gewünschten Produkt III, das am
Triazolstickstoff in 1-Stellung glykosyliert ist, und dem am Stickstoff
in 2-Stellung glykosylierten Regioisomer.
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Daher liegt nicht nur die Endausbeute
der Reaktion weit unter der Theorie, sondern es ist vor allem wegen
der Gegenwart grosser Mengen von Nebenprodukt notwendig, das Zwischenprodukt
IV chromatographisch zu reinigen, wobei all die mit dieser Technik
und insbesondere im Fall der technischen Anwendung verbundenen Probleme
auf tauchen.
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In der Folge war das oben beschriebene
Verfahren zur Synthese von Ribavirin Gegenstand zahlreicher Studien,
aus denen verschiedene Varianten hervorgingen, die im wesentlichen
darin bestanden, das Silylierungsmittel in situ herzustellen [Rev.
Roum. Chim. (1987), 32, 329–333]
oder einen geeigneten sauren Katalysator zu verwenden. Die letztere
Silylierungs-Glykosylierungs-Reaktion in Gegenwart von sauren Katalysatoren,
insbesondere Friedel-Crafts-Katalysatoren oder Lewis-Säuren, ist
eine Standardmethode zur Herstellung von Nucleosiden [Chem. Ber.
(1981), 114, 1256–1268],
die in verschiedenen Fällen
speziell für
die Herstellung von Ribavirin verwendet wurde.
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In diesem Zusammenhang untersuchten
Vorbrüggen
et al. in Chem. Ber. (1981), 114, 1234–1255, die katalytische Wirkung
von Silyltriflaten im Vergleich mit den konventionelleren Lewis-Säuren, wie
z. B. SnCl4, bei der Kondensation von Trimethylsilyltriazolen
zu Ribavirin-Vorläufern.
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Über
ein anderes Beispiel für
die spezielle Anwendung der Synthesemethode unter HgBr2-Katalyse wird
in Nucl. Acid. Chem. (1978), 1, 255–260, berichtet.
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Später wurde auf einem Symposium
eine analoge Synthese von Ribavirin in Gegenwart von speziellen sauren
Katalysatoren (CF3CF2OCF2CFZSO3SiMe3) vorgestellt [Nucleosides Nucleotides (1991),
10, 619–20].
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Aus einer allgemeinen Auswertung
der Literatur zu der obigen Synthese von Ribavirin ab der ersten Arbeit
im Jahre 1972 bis zu der neueren Arbeit aus dem Jahre 1991 geht
eindeutig die Lehre hervor, dass man zur Herstellung von Ribavirin
durch Glykosylierung des Triazols letzteres zuvor durch Silylierung
aktivieren muss.
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Die oben angeführten Veröffentlichungen sind in der
Tat durch die ständige
Verwendung des Silyltriazols für
die in Rede stehende spezielle Glykosylierungsreakfion gekennzeichnet,
während
die experimentellen Aktivitäten
auf die Beurteilung des Einflusses der Säurekatalyse auf die Reaktionsausbeute
und die Zusammensetzung des rohen Endprodukts gerichtet waren. Neben
der bis jetzt diskutierten Silylierungs-Glykosylierungs-Reaktion kann die Synthese
von Ribavirin auch nach einem alternativen, ziemlich drastischen
Schmelzeverfahren durchgeführt
werden. So wird beispielsweise in demselben Aufsatz wie oben [J.
Med. Chem. (1972), 15, 1150–1154]
die Herstellung von Ribavirin durch Schmelzen einer 1 : 1-Mischung
von 3-Carbomethoxytriazol und Tetraacetylribose bei 160–165°C in Gegenwart
von Bis(p-nitrophenyl)phosphat beschrieben. Dieses Verfahren, bei
dem eine bemerkenswerte Kondensationsausbeute von etwa 78% nach
Kristallisation erreicht wird, ist jedoch aufgrund der ziemlich
kritischen Bedingungen, wie z. B. die Abwesenheit von Lösungsmittel
und die hohe Temperatur, auf technischer Ebene schwierig zu verwenden.
Das Schmelzeverfahren wird auch in der JP55160793 beschrieben.
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Es wurde nun ein neues Verfahren
zur Herstellung von Ribavirin in technischem Massstab unter besonders
einfachen Bedingungen und mit hohen Ausbeuten gefunden.
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Gegenüber den vorbeschriebenen Verfahren
ermöglicht
die vorliegende Erfindung die vorteilhafte Herstellung des Zwischenprodukts
der Formel III ohne vorherige Silylierung des Triazolsystems und
mit einer solchen Reinheit, dass das rohe Reaktionsprodukt direkt
in den nachfolgenden Stufen verwendet werden kann, wodurch aufwendige
Reinigungsverfahren vermieden werden.
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Ausserdem ist das erfindungsgemässe Verfahren
wegen der recht milden Reaktionsbedingungen besonders gut für die technische
Anwendung geeignet.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Ribavirin, bei dem man:
- a) ein Triazol der Formel worin R2 für eine C1-C4-Alkoxycarbonyl-,
Arylalkoxycarbonyl-, Carboxyl-, Cyano- oder Carbonsäureamidgruppe steht, mit einer
geschützten
Ribofuranose der Formel
worin Pg für eine Hydroxylschutzgruppe
und R1 für
eine unter C1-C4-Acyloxy,
Aryloxy und Halogen ausgewählte
Abgangsgruppe steht, umsetzt; in Gegenwart einer Lewis-Säure (IV);
und
- b) die Pg-Gruppen abspaltet und gegebenenfalls die Gruppe R2 der erhaltenen Verbindung der Formel worin Pg und R2 die
oben angegebene Bedeutung besitzen, in eine Carbonsäureamidgruppe
umwandelt, wodurch man Ribavirin erhält.
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Das Triazol-Edukt der Formel I kann
ganz im allgemeinen nach bekannten Verfahrensweisen hergestellt
werden, beispielsweise gemäss
US-PS 3798209 . Bevorzugt
sind diejenigen Verbindungen der Formel I, in denen R
2 für eine C
1-C
4-Alkoxycarbonylgruppe
steht, und insbesondere diejenigen, in denen R
2 für eine Carbomethoxygruppe
steht.
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Die geschützte Ribofuranose der Formel
II kann nach herkömmlichen
Methoden zur Schätzung
von Zuckern aus Ribose hergestellt werden oder ist im Handel erhältlich.
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Erfindungsgemäss steht Pg für eine Hydroxylschutzgruppe.
Als Schutzgruppen eignen sich generell Ether, Ester, Ketale und
alle auf dem Gebiet der Kohlenhydratchemie üblichen Gruppen. Siehe beispielsweise die
von T. Green und P. Wuts in "Protecting
Groups in Organic Synthesis",
Kapitel 2, Seite 17, 3. Auflage (1999), beschriebenen Gruppen. Bevorzugte
Schutzgruppen sind Acetyl-, Benzoyl- und Benzylgruppen. Hierbei
ist die Acetylgruppe besonders bevorzugt.
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Die Gruppe R1 der
Verbindung der Formel II steht für
eine unter C1-C4-Acyloxy,
Aryloxy und Halogen, vorzugsweise Chlor, Brom und C1-C4-Acyloxy ausgewählte Abgangsgruppe und besonders
bevorzugt für
Acetoxy.
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Die in Rede stehende Kopplungsreaktion
wird in Gegenwart einer Lewis-Säure
durchgeführt.
Bezüglich
einer Definition des Begriffs "Lewis-Säure" siehe beispielsweise
J. March in "Advanced
Organic Chemistry",
Seite 227, 3. Auflage (1985). Erfindungsgemäss bevorzugte Lewis-Säuren sind
AlCl3, SbCl5, BF4, SnCl4 und FeCl3; SnCl4 hat sich
als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Als Lösungsmittel für die in
Rede stehende Kopplungsreaktion können im allgemeinen halogenierte Kohlenwasserstoffe,
Ether oder aromatische Kohlenwasserstoffe verwendet werden. Bevorzugt
sind halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Dichlormethan, Chloroform,
Trichlorethan und höhere
Homologe. Besonders bevorzugt ist Dichlormethan.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
verwendet man das Triazol (I), die geschützte Ribofuranose (II) und
die Lewis-Säure
(IV) im allgemeinen in einem Molverhältnis von 1–2 mol I und 1–1,5 mol
IV pro mol II. Vorzugsweise verwendet man im in Rede stehenden Verfahren
ein Molverhältnis
von 1–1,2
mol I und 1–1,1 mol
IV pro mol II.
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Die erfindungsgemässe Kopplungsreaktion wird
im allgemeinen bei einer Temperatur zwischen –10°C und der Rückflusstemperatur des Lösungsmittels
durchgeführt.
Vorzugsweise wird die Reaktionsmischung während der Zugabe der Lewis-Säure auf
eine Temperatur zwischen +5 und +20°C abgekühlt und danach zum Rückfluss
erhitzt.
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Das Kopplungsreaktionsprodukt der
Formel III wird üblicherweise
nach herkömmlichen,
dem Fachmann bekannten Methoden isoliert, wie z. B. Extraktion mit
geeigneten Lösungsmitteln,
Aufkonzentrieren der organischen Phase durch Eindampfen und Filtrieren
des so ausgefällten
Rohprodukts. Das Rohprodukt wird vorzugsweise als solches in den
nachfolgenden Stufen verwendet oder kann alternativ dazu gereinigt
werden, beispielsweise durch Kristallisation oder Chromatographie.
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Schliesslich spaltet man bei dem
erfindungsgemässen
Verfahren zur Herstellung von Ribavirin die Pg-Schutzgruppen ab
und wandelt gegebenenfalls die Gruppe R2 des
Zwischenprodukts der Formel III in eine Carbonsäureamidgruppe um.
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Die Abspaltung der Pg-Schutzgruppen
erfolgt unter Standardbedingungen, die je nach der chemischen Beschaffenheit
der Gruppe selbst variieren. Siehe im allgemeinen die von T. Green
und P. Wuts in dem oben zitierten Text "Protecting Groups in Organic Synthesis", Kapitel 2, Seite
17, 3. Auflage (1999), beschriebenen Abspaltungsbedingungen.
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So wird beispielsweise eine Ester-Schutzgruppe
durch Alkoholyse unter Basenkatalysebedingungen abgespalten. Insbesondere
wenn Pg eine Acetylgruppe darstellt, wird die Entschützung vorzugsweise
mit Methanol in Gegenwart von Natriummethylat durchgeführt.
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Schliesslich wird die Synthese von
Ribavirin für
den Fall, dass R2 von CONH2 verschieden
ist, durch Umwandlung der Gruppe R2 des
bereits am Zucker entschützten
Zwischenprodukts der Formel III in eine Carbonsäureamidgruppe abgeschlossen.
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Diese Umwandlung wird je nach der
Bedeutung von R2 unter verschiedenen Bedingungen
und in jedem Fall durch dem einschlägigen Fachmann gut bekannte
und für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung nicht bindende Reaktionen
durchgeführt.
Beispielhaft seien die Reaktionen zur Herstellung von Amiden gemäss J. March
in "Advanced Organic
Chemistry", Seite
1152, 3. Auflage (1985), genannt.
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Insbesondere wenn R2 für Carbomethoxy
steht, führt
man die obige Transformation des entschützten Zwischenprodukts III
durch Behandlung mit Ammoniak in Methanol durch. Diese Ammonolysereaktion
kann bei einem Druck zwischen 1 und 4 Atmos phären und vorzugsweise bei 1,9–2,5 atm
durchgeführt
werden.
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Es ist aber auch möglich, die
Entschützung
des Zuckers und die Umwandlung der Gruppe R2 der
Verbindung der Formel III in eine Carbonsäureamidgruppe gleichzeitig
vorzunehmen, wodurch man direkt Ribavirin erhält.
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So gelingt die direkte Herstellung
von Ribavirin beispielsweise durch Behandlung des Zwischenprodukts
III, worin Pg für
Acetyl und R2 für Carbomethoxy steht, mit Ammoniak
in Methanol, wie es in J. Med. Chem. 1972, Band 15, Nr. 11, 1150–1154, beschrieben
wird.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform
versetzt man die vorgekühlte
Suspension des Triazols der Formel I und der geschützten Ribose
der Formel II in dem vorher ausgewählten Lösungsmittel unter Rühren und
in einer Inertatmosphäre
mit der Lewis-Säure IV,
wobei man die Temperatur unter 20°C
hält.
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Nach beendeter Zugabe wird die Reaktion
zum Rückfluss
gebracht und vervollständigt.
Die Reaktion wird durch Zugabe von angesäuertem Wasser beendet, wobei
man sich vergewissert, dass die Temperatur nicht über 20°C ansteigt.
Nach Phasentrennung wird die organische Phase erneut mit angesäuertem Wasser gewaschen,
und die wässrigen
Phasen werden einige Male mit organischem Lösungsmittel extrahiert. Die
organischen Phasen werden unter Vakuum aufkonzentriert, wonach das
Rohprodukt IV durch Ausfällen
durch Zugabe eines Cosolvens, teilweises Eindampfen und Filtrieren
des Feststoffs isoliert wird.
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Der so erhaltene Feststoff wird in
dem vorher ausgewählten
Alkohol aufgenommen und nach herkömmlichen Methoden entschützt, vorzugsweise
durch Alkoholyse in Gegenwart des entsprechenden Natriumalkoholats,
und dann durch Ammonolyse in alkoholischem Medium in Ribavirin umgewandelt.
Das Ribavirin wird dann durch Kristallisation, vorzugsweise aus
wässrigem
Methanol, isoliert; nach der besten Ausführungsform der Erfindung wird
die Kristallisation bei einer Temperatur unter 50°C und mit
2 bis 5 Volumina Methanol pro Volumen Wasser durchgeführt.
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Wie aus den folgenden Beispielen,
die die Erfindung in keiner Weise einschränken sollen, ersichtlich ist,
ermöglicht
das vorliegende Verfahren die Herstellung von Ribavirin mit hohen
Ausbeuten und Reinheiten, ohne dass der Triazolring in einer Vorstufe
aktiviert werden muss, was offensichtliche Vorteile bezüglich Zeit, Reinheit
und Edukten mit sich bringt.
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Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht ferner
die Herstellung von Ribavirin in einer einzigen polymorphen Form,
wie es von den Gesundheitsbehörden
verlangt wird. Ribavirin existiert nämlich in zwei verschiedenen
polymorphen Formen; die erste, die durch Kristallisation aus wässrigem
Ethanol erhalten wird, hat einen Schmelzpunkt von 166–168°C; die zweite,
die durch Kristallisation aus Ethanol erhalten wird, hat einen Schmelzpunkt
von 174–176°C (Merck
Index, 11. Auflage). Bei dem erfindungsgemässen Verfahren erhält man Ribavirin
ausschliesslich in der ersten Form (bzw. derjenigen mit einem Schmelzpunkt
von 166–168°C) ohne irgendeine
Spur der zweiten Form.
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BEISPIELE
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Synthese von 1-(2,3,5-Tri-O-acetyl-β-D-ribofuranosyl)-1H-1,2,4-triazol-3-carbonsäuremethylester
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(3-Carbomethoxy-triacetylribavirin,
TARC, IV, PG=CH3CO, R2=COOCH3)
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In einem wasserfreien 6000-ml-Vierhalsreaktionsgefäss mit Thermometer,
Kühler
und mechanischem Rührer
werden unter Rühren
und mit einem Stickstoffstrom 1680 ml Dichlormethan, 400 g Tetraacetylribose (Fluka)
und 185,2 g 2-Carbomethoxytriatol vorgelegt.
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Die Mischung wird auf etwa 5°C gekühlt, wonach
die Suspension unter Rühren
mit 360 g Zinntetrachlorid in dünnem
Strom versetzt wird.
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Zur Beherrschung der Exothermie der
Reaktion wird mit einem Eisbad so gekühlt, dass die Temperatur nicht über 15–20°C ansteigt.
Nach beendeter Zugabe wird die Reaktionsmischung 2 Stunden unter
Rückfluss erhitzt
und dann mit einem Eis/Wasser-Bad innerhalb von 15 Minuten auf 20°C abgekühlt.
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Dann werden bei einer Temperatur
unter +20°C
30%ige Salzsäure
(176,7 ml) und Wasser (1503,3 ml) zugegeben, wonach 45 Minuten gerührt wird;
nach 15 Minuten Stehenlassen zur Phasentrennung wird die obere wässrige Phase
von der reichen organischen Phase abgetrennt, welche danach mit
30%iger Salzsäure (176,7
ml) und Wasser (1503,3 ml) behandelt wird.
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Nach 45 Minuten Rühren und 15 Minuten Stehenlassen
zur Phasentrennung wird die obere wässrige Phase von der reichen
organischen Phase abgetrennt, welche danach mit 30%iger Salzsäure (176,7
ml) und Wasser (1503,3 ml) behandelt wird.
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Nach 45 Minuten Rühren und 15 Minuten Stehenlassen
zur Phasentrennung werden die Phasen getrennt: die organische Phase
wird bei Normaldruck (Innentemp. etwa 45°C) destilliert, und der ölige Rückstand wird
mit 3000 ml Toluol versetzt, wonach die Mischung unter Vakuum bei
etwa 200 mbar Restdruck destilliert wird, bis man eine rührbare,
feuchte Paste erhält.
Diese wird 2 Stunden auf 5–10°C abgekühlt und über einen Bücchner-Filter
filtriert, wobei mit Toluol gewaschen wird.
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Es werden 524 g feuchtes Produkt
erhalten, was 392 g trockenem Produkt entspricht.
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Synthese von 1-β-D-Ribofuranosyl-1H-1,2,4-triazol-3-carbonsäuremethylester
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(Ribavirinmethylester,
RIBEST, Pg=H, R2=COOCH3)
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Der so erhaltene feuchte feste Rückstand
wird mit 2000 ml Methanol versetzt, wonach man sich vergewissert,
dass der Feuchtigkeitsgehalt unter 0,2% liegt. Die Mischung wird
auf 10°C
abgekühlt
und über
einen Zeitraum von 30 Minuten mit 34 g Natriummethoxid in 30%igem
Methanol versetzt.
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Die erhaltene klare gelbe Lösung wird
unter Rühren
in Inertatmosphäre
3 Stunden bei 10°C
gehalten. Dann versetzt man mit 11,4 g Eisessig und destilliert
die Mischung unter Vakuum (300 mbar bis 50 mbar) bei 30–35°C, wobei
man einen öligen
Rückstand
erhält.
Der Rückstand
wird wiederum in Methanol aufgenommen und unter Vakuum destilliert,
wobei man einen öligen
Rückstand
erhält.
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Synthese von Ribavirin
(I)
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Der so erhaltene Rückstand
wird mit 1000 ml Methanol und 64 g gasförmigem Ammoniak versetzt, wonach
die Mischung 4 Stunden bei 20°C
gerührt
wird; im Lauf der Reaktion fällt
Produkt aus.
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Nach Einengen unter vermindertem
Druck (200 mmHg, Innentemp. 40°C)
auf etwa die Hälfte
des Volumens wird mit 200 ml Wasser versetzt und bis zur vollständigen Auflösung auf
60–70°C erhitzt,
wonach 400 ml Methanol zugegeben werden.
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Dann wird die Mischung 4 Stunden
auf 0–5°C abgekühlt und
der Feststoff über
einen Büchner-Filter abfiltriert,
wobei mit Methanol gewaschen wird; es werden 300 g feuchtes rohes
Ribavirin erhalten, das ohne Entwässerung kristallisiert wird.
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Kristallisation
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In einem 1000-ml-Reaktionsgefäss mit Rührer und
Kühler
werden 200 ml Wasser vorgelegt und auf 40–50°C erhitzt, wobei 300 g feuchtes
Ribavirin (entsprechend 206 g trockenem Produkt) in kleinen Portionen zugegeben
werden und auf eine Höchsttemperatur
von 60°C
unter Rühren
bis zur vollständigen
Auflösung
erhitzt wird. Dann werden 500 ml Methanol zugegeben; dabei stellt
sich ein pH-Wert von 7–8
ein. Durch Abkühlen auf
etwa 40–45°C wird das
Produkt ausgefällt
und unter Rühren
bei Umgebungstemperatur eine Stunde kristallisieren gelassen, wobei
sich reichlich Niederschlag bildet. Nach 2 Stunden Abkühlen auf
5°C wird
das Produkt über
einen Büchner-Filter abfiltriert,
wobei mit 200 ml Methanol gewaschen wird.
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Es werden 300 g feuchtes kristallisiertes
Ribavirin erhalten, die unter Vakuum über Nacht bei 60°C getrocknet
werden, was 197,5 g trockenes Produkt ergibt. Analytische
Daten:
Aussehen | kristallines
weisses monomorphes Pulver, |
[α]D (10 mg/ml; H2O) | –35,6 |
Schmelzpunkt | 166–168°C |
HPLC-Reinheit | 99,8% |
NMR
(Brucker, 300 MHz, d6-DMSO) | die 1H- und 13C-Spektren
bestätigen
die Struktur von Ribavirin. |
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Das NOESY-Spektrum schliesst die
Gegenwart von α-Anomer
aus und zeigt, dass es sich bei dem erhaltenen Regioisomer um dasjenige
handelt, in dem die 1-Stellung der Ribose an das Stickstoffatom
in 1-Stellung des Triazolrings gebunden ist. Die DSC-Analyse bestätigt schliesslich
die völlige
Abwesenheit anderer polymorpher Formen (selbst Spuren).