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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Ribavirin und genauer gesagt ein Verfahren zur Herstellung des L-Isomers
von Ribavirin.
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Ribavirin
oder 1-β-D-Ribofuranosyl-1H-1,2,4-triazol-3-carbonsäureamid
(Merck Index, 11. Auflage) der Formel
ist ein bekanntes Virustatikum,
das normalerweise in Verbindung mit alpha-2b-Interferon zur Behandlung
von Patienten mit chronischer Hepatitis C verabreicht wird. Ribavirin,
das ausserdem eine sehr interessante T-zellvermittelte immunmodulatorische
Wirkung zeigt, ist jedoch recht toxisch.
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Es
wurde entdeckt, dass das L-Isomer von Riberinin (1-β-L-Ribofuranosyl-1H-1,2,4-triazol-3-carbonsäureamid,
das auch als ICN17261, L-Riberinin oder Levorinin bezeichnet wird,
siehe J. Med. Chem, (2000), 43, 1019–1028) der Formel
verringerte Toxizität und virostatische
Wirkung unter Beibehaltung der immunmodulatorischen Wirkung zeigt und
einen sehr vielversprechenden Ribarinin-Ersatz der zweiten Generation
darstellt.
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Bisher
wurde Levoririn nach den gleichen Synthesemethoden wie Ribevirin
erhalten, wie in der
US-PS 6,130,326 beschrieben.
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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, die beispielsweise in J. Med.
Chem. (1972), 15, 1150–1154, beschrieben
wird, kann einfach zur Herstellung von Levovirin verwendet werden,
indem man die obige D-Ribofuranose (II) durch eine geeignet geschützte L-Ribofuranose
ersetzt.
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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 III chromatographisch
zu reinigen, wobei all die mit dieser Technik und insbesondere im
Fall der technischen Anwendung verbundenen Probleme auftauchen.
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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 (CF3CF2OCF2CF2SO3SiMe3) 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 Glykosylierungsreaktion gekennzeichnet,
während
die experimentellen Aktivitäten
auf die Beurteilung des Einflusses der Säurekatalyse auf die Reaktionsausbeute
und die Zusammensetzung des rohen Endprodukts gerichtet waren.
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Neben
der bis jetzt diskutierten Silylierungs-Glykosylierungs-Reaktion
kann die Synthese von Ribavirin auch nach einem alternativen, ziemlich
drastischen Schmelzverfahren 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. Levovirin wurde ebenfalls
nach dem genannten Schmelzeverfahren synthetisiert, wie in der bereits
erwähnten
US-PS-6,130,326 beschrieben.
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Dieses
Verfahren, bei dem die Ausbeute bemerkenswert hoch ist, ist jedoch
aufgrund der ziemlich kritischen Bedingungen, wie z.B. die Reaktion
in der Schmelze und die hohe Temperatur, auf technischer Ebene schwierig
zu verwenden.
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Es
wurde nun ein neues Verfahren zur Herstellung von L-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 L-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
L-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 eines Lösungsmittels;
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 L-Ribavirin der Formel erhält.
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Das
Triazol-Edukt der Formel I kann ganz im allgemeinen nach bekannten
Verfahrensweisen hergestellt werden, beispielsweise gemäss
US-PS 3,798,209 . 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
L-Ribofuranose der Formel II kann nach herkömmlichen Methoden zur Schätzung von Zuckern
aus L-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 IV 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
L-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 (I).
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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 L-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 L-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 Atmosphären 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 L-Ribavirin erhält.
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So
gelingt die direkte Herstellung von L-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,
für Ribavirin
beschrieben wird.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
versetzt man die vorgekühlte
Suspension des Triazols der Formel I und der geschützten L-Ribose
der Formel II in dem vorher ausgewählten Lösungsmittel unter Rühren und
unter 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 III 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 L-Ribavirin
umgewandelt. L-Ribavirin wird dann durch Kristallisation, vorzugsweise
aus wässrigem
Methanol, isoliert; nach der besten Ausführungsform der Erfindung wird
die Kristallisation bei einer Kühltemperatur
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 L-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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BEISPIELE
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Synthese von 1-(2,3,5-Tri-O-acetyl-β-L-ribofuranosyl)-1H-1,2,4-triazol-3-carbonsäuremethylester
(3-Carbomethoxy-triacetyl-L-ribavirin, L-TARC, III, Pg = CH3CO, R2 = COOCH3)
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In
einem wasserfreien 250-ml-Vierhalsreaktionsgefäss mit Thermometer, Kühler und
mechanischem Rührer
werden unter Rühren
und mit einem Stickstoffstrom 42 ml Dichlormethan, 10,0 g L-Tetraacetylribose (Fluka)
und 4,6 g 3-Carbomethoxytriatol vorgelegt.
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Die
Mischung wird auf etwa 5°C
gekühlt,
wonach die Suspension unter Rühren
mit 9,0 g Zinntetrachlorid 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 (4,4
ml) und Wasser (38,0 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
(4,4 ml) und Wasser (38,0 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
(4,4 ml) und Wasser (38,0 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 75 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
Büchner-Filter
filtriert, wobei mit Toluol (2 × 5,0
ml) gewaschen wird.
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Es
werden 12,5 g feuchtes Produkt erhalten, was 9,8 g trockenem Produkt
entspricht.
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Synthese von 1-β-L-Ribofuranosyl-1H-1,2,4-triazol-3-carbonsäuremethylester
(L-Ribavirinmethylester, L-RIBEST, III, Pg = H, R2 =
COOCH3)
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Der
so erhaltene feuchte feste Rückstand
wird mit 50,0 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 0,9 g 30%igem Natriummethoxid
in 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 0,3 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 L-Ribavirin
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Der
so erhaltene Rückstand
wird mit 25,0 ml Methanol und 1,6 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 5,0 ml Wasser versetzt und bis zur vollständigen Auflösung auf
60–70°C erhitzt,
wonach 10,0 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 7,5 g feuchtes rohes
L-Ribavirin erhalten, das ohne Entwässerung kristallisiert wird.
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Kristallisation
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7,5
g feuchtes L-Ribavirin (entsprechend 5,2 g trockenem Produkt) werden
mit 5,0 ml Wasser versetzt und unter Rühren bis zur vollständigen Auflösung auf
eine Höchsttemperatur
von 60°C
erhitzt. Dann werden 12,5 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 5 ml Methanol gewaschen wird.
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Es
werden 5,4 g feuchtes kristallisiertes L-Ribavirin erhalten, die
unter Vakuum über
Nacht bei 60°C getrocknet
werden, was 4,9 g trockenes Produkt ergibt. Analytische
Daten:
Aussehen: | kristallines
weisses Pulver, |
[α]D(10 mg/ml; H2O): | +37,0° |
HPLC-Reinheit: | 99,5% |
NMR
(Brucker, 300 MHz, d6-DMSO): | die 1H- und 13C-Spektren
bestätigen
die Struktur von L-Ribavirin. 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. |