專利名稱：：噻托溴銨制備方法
技術領域：
：本發明涉及微波和超聲波技術在合成噻托溴銨無水物中的應用，具體涉及氫溴酸東莨菪堿在微波作用下的水解反應、溴代噻吩及鎂與草酸二甲酯在超聲波作用下的取代偶聯反應、東莨菪醇與噻吩乙醇酸甲酯在微波作用下的縮合反應后經溴化反應制備的噻托溴銨粗品再經結晶和重結晶過程制備終產物噻托溴銨無水物精制品的方法。
背景技術：
：噻托溴銨(TiotropiumBromide)于2001年11月在荷蘭獲準上市，用于治療慢性阻塞性肺病(C0PD),其基本專利是EP418716，它是由德囯BoehringerIngelheim公司于1990年9月12日提出的，其發明名稱為"Thienylcarboxylicacidesterofaminoalcohols,theirquaternaryproducts,theirpreparationanduseofthecompounds"，該專利要求保護的是噻托溴銨一水合物及其以溴代噻吩為起始原料的合成路線和治療COPD的用途等。經檢索，目前制備噻托溴銨的方法均為傳統的合成工藝技術，都存在反應時間長、副產物多、收率低的問題，例如，劉憲華等在"噻托溴銨的合成新工藝"文獻中報道"以天然的東莨菪堿為原料進行合成，用氨水水解，則用時長且副反應多，主要得到異東莨菪醇；實驗室用氫氧化鋇水解東莨菪堿140分鐘，可以得到42%收率的東莨菪醇，但是生產放大時必然要延長反應時間，而堿性環境下時間越長東莨菪醇轉化為異東莨菪醇的比例就越高[山東省藥學會第一屆學術年會論文集(下)，2005年]"。美國專利公開了一種噻托溴銨的制備方法(專利號為US005610163A)，其中在說明書第7-ll欄公開了如下技術特征0.2mol的東莨菪醇與0.2mo1的二(2-嗔吩)乙醇酸酯溶解在甲苯中，并加入l.65g鈉，在9(TC反應，同時將所得的甲醇在500亳巴下餾出，繼續反應5小時后，將反應混合物加入冰和鹽酸的混合物中進行攪拌，硫酸鈉干燥，過濾，蒸餾，乙腈重結晶得二(2-噻吩)乙醇酸東莨菪酯(實施例1);說明書第7欄第6061行指出其中所述的二(2-噻吩)乙醇酸酯由草酸二甲酯和2-噻吩溴化鎂制得；說明書實施例4中公開了將二(2-p塞吩)乙醇酸東莨菪酯溶解在無水氯甲烷和乙腈的混合物中，加入溴甲烷(其是在乙腈的50%溶液中)，在室溫反應24小時，過濾，氯甲烷洗滌并減壓下35。C干燥，甲醇/丙酮中獲得白色結晶，減壓下干燥。因此，在保證噻托溴銨質量穩定可控、安全有效的前提下，縮短反應時間、減少副反應產物、提高收率是本發明的主要目的。本發明提供了一種微波和超聲波技術在合成瘞托溴銨無水物中的應用，具體涉及氫溴酸東莨菪堿在微波作用下的水解反應、溴代噻吩及鎂與草酸二甲酯在超聲波作用下的取代偶聯反應、東莨菪醇與噻吩乙醇酸甲酯在微波作用下的縮合反應后經溴化反應制備的噻托溴銨粗品再經結晶和重結晶過程制備終產物噻托溴銨無水物精制品的方法。本發明制備的噻托溴銨無水物的結構式為其合成路線見圖l、工藝流程見圖2。具體實施方式實施例1東莨菪醇(中間體一)的制備取氫溴酸東莨菪堿、甲醇、碳酸鉀，置密閉的波長為0.1100c邁的微波常壓反應器中，室溫條件下快速反應后，減壓蒸干，加二氯甲烷，過濾，濾餅用二氯甲烷洗三次，合并濾液，無水硫酸鈉干燥，減壓蒸干，制得東莨菪醇油狀物(中間體一)，收率為99.3%。實施例2雙(2-噻吩基)乙醇酸甲酯(中間體二)的制備取溴代噻吩、鎂屑、草酸二甲酯、乙醚，置頻率為20300KHZ的超聲波反應器中，室溫條件下快速反應后，'向反應液中滴加稀硫酸，分出醚層，用碳酸鈉水溶液洗，水洗，無水硫酸鈉干燥，蒸干，用甲苯重結晶，制得雙(2-嗔吩基)乙醇酸甲酯結晶物(中間體二)，收率為96.7%。
發明內容，分子式為C19H22BrN04S2,分子量為472.42。實施例3雙(2-噻吩基)乙醇酸東莨菪酯(中間體三)的制備取等摩爾分子比的中間體二和中間體一混合，加入鈉后置密閉的波長為0.1100cm微波常壓反應器中，室溫條件下快速反應后，向反應液中加入甲苯，繼續反應，加乙酸乙酯稀釋，水洗滌有機層2次，無水硫酸鈉干燥，過濾，蒸干，用乙腈重結晶，制得雙(2-噻吩基)乙醇酸東莨菪酯結晶物(中間^:三)，收率為98.3%。實施例4噻托溴銨產品粗品的制備取中間體三溶于無水二氯甲烷和無水乙腈的溶液，冷卻，取冷的乙腈加入到冷至同樣溫度的溴甲烷中，加入到盛有無水二氯甲烷和無水乙腈的溶液中，密閉，升至室溫反應，過濾，制得噻托溴銨粗品。實施例5噻托溴銨的精制取噻托溴銨粗品，用乙腈-甲醇溶液、活性炭重結晶兩次，重結晶液中加入乙醚析出結晶，過濾，真空干燥，制得終產物噻托溴銨無水物精制品。工業實用性采用本發明方法制備的噻托溴銨無水物，進行以下試驗研究，結果表明本發明制備噻托溴銨無水物不但在室溫條件下反應時間短、副反應少、收率高，而且產品質量穩定可控、安全有效。一、確證化學結構l.元素分析①儀器型號CARLO-ERBA1106元素分析儀②測試結果見表l。表l.元素分析數據列表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>樣品的元素分析測定值與理論值基本一致。硫和溴的含量測定由半微量滴定法測得。2.紫外光譜①儀器型號HP-8452A紫外可見分光光度計②測試條件CAOH0.lmol/LHCl0.lmol/LNaOH樣品濃度(ing/ml)21.4521.4921.46③測試結果見表2。表2.紫外光譜數據列表溶劑入(nm)e(x104)E入(nm)e(x104)E歸屬C2H5OH2020.78168.232401.34287.01雙鍵0.lmol/LHC12021.23261.142381.30279.96雙鍵0.lmol/LNa0H2181.21259.662381.41305.03雙鍵④解析樣品紫外光譜的主要吸收歸屬為雙鍵。3.紅外光譜①儀器型號NicoletFTIR-670紅外光譜儀②儀器校正聚苯乙烯薄膜③測試條件KBr壓片法④測試結果見表3。表3.紅外光譜數據列表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>解析a、3476,1078cm—'為羥基的伸縮振動和碳-氧單鍵伸縮振動。b、3093,3116，738cra—'為噻吩環、三元環的碳氫伸縮振動和噻吩環的碳氫搖擺振動。c、2907,1436cm-'為飽和碳氫(甲基、亞甲基等)的伸縮振動和彎曲振動。d、17121，1231cm—'為酯羰基伸縮振動和稷氧單鍵伸縮振動。e、1279，936，872cnf'為三元環氧的碳氧伸縮振動和骨架振動。f、紅外光譜數據說明結構中存在羥基、噻吩、三元環氧、甲基、亞甲基和酯等,4.核磁共振譜①儀器型號②測試條件③測試結果VarianI麗A-400核磁共振儀溶劑DMS0-d6'H、13C、DEPT、COSY、HMQC、HMBC譜表4.核磁共振111、COSY譜數據列表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>④解析a、結構中有兩個甲基。兩個甲基均為氮甲基，單峰；季銨鹽的氮與不對稱碳原子有相似性，故兩個甲基不等價，有兩個化學位移值。b、結構中有兩個亞甲基。4,4'位兩個亞甲基的質子表現為不等價，既有鄰位偶合，又有同碳偶合，具有不同的化學位移值。c、結構中有五個次甲基。2,2，位兩個次甲基重疊，在圖譜上未顯示偶合，呈一個單峰；雖然其與氧相鄰，但三元環的張力影響甚大，其化學位移值于53.48左右。3,3，位質子的化學位移值為54.19，4.20。上述四個質子的偶合裂分不明顯，可能因所處的化學環境使其偶合能力減弱，COSY譜顯示的相關點亦很弱。5位質子鄰氧，化學位移較低場，三重峰。d、結構中有雙鍵質子六個。兩個噻吩環上的六個質子一一對應，重疊；既有鄰位偶合，又有遠程偶合。10,10'位質子分別與兩個相鄰的質子偶合，dd峰，均為鄰位偶合，偶合常數稍大。9,9'位質子的dd峰為鄰位偶合和間位偶合。11，11'位質子的峰形亦為鄰位偶合和間位偶合，因鄰硫，化學位移最低場。結構中有一個羥基質子，單峰，加重水后消失。e、樣品的核磁共振氫譜給出了氮甲基、兩個對稱的瘞吩環、羥基、亞甲基和次甲基的信息。表5.核磁共振"C、DEPT、HMQC、HMBC譜數據列表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>解析a、結構中有兩個氮甲基，DEPT譜示t。它們有兩個化學位移值的原因與氫譜類似，HMQC譜示與它們的質子相關。b、結構中有兩個亞甲基，DEPT譜示i。4,4，位的兩個碳重疊，HMQC譜示與它們的質子相關。c、結構中有五個次甲基。2,2，，3,3'位的四個次甲基兩兩重疊。5位次甲基歸屬為563.54。d、結構中有雙鍵CH碳六個。兩個噻吩環對稱，其六個CH碳兩兩重疊，HMQC譜示與它們的質子相關。e、結構中有三個季碳。全譜最低場5169.17的碳，由HMBC譜顯示與5位和OH質子相關，故歸屬為6位酯羰基碳。次低場5146.29的碳，歸屬為8,8'位P塞吩環季碳，鄰硫且由HMBC譜示與9，9'位質子和OH質子相關。576.83的飽和季碳，由HMBC譜顯示與OH質子相關，歸屬為7位碳。f、樣品碳譜的碳原子數和類型與該化學結構相符，證明了羰基、兩個噻吩環、氮甲基、亞甲基、次甲基等的存在，相關譜均有合理對應點。5.質譜①儀器型號Q-Tofmicro質譜儀②測試條件ESI源③解析該化合物d,H22BrN04S^472，扣除溴其M-392。由ESI法得到離子簇m/z392[M]+;m/z393[M+l〗+;m/z394[M+2〗+，符合ESI規律，與該化合物分子量相符。6.熱分析①儀器型號P-EDSC-7差示掃描量熱儀P-ETG-7熱重儀②測試條件50°C10。C/mi250°C50°C10。C/m、n250'C③解析DSC譜得到熔融峰的Onset值為218.86'C。7.粉末X-射線衍射分析①儀器型號BrukerD8AdvanceX-射線衍射儀②測試條件Target:Cu40kv40mAscanspeed0.2③測試結果見表6。表6，X-衍射數據列表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>8.綜合解析①元素分析測定值與該化合物理論值基本一致。②結構中0s的特征表現IR譜顯示羥基，雙鍵的吸收峰。'HNMR和弋NMR(DEPT)譜低場區域顯示對稱的三組共六個質子和六個碳；"CNMR譜低場顯示兩個季碳重疊的峰；說明了兩個遂吩環對稱？HNMR譜低場有一個活潑氫；"CNMR譜中場有一鄰氧季碳。這些信息均支持該片段的存在。③結構中的特征表現IR譜中顯示酯羰基，三元環醚，甲基的吸收峰。'HNMR和"CNMR譜高場區域顯示兩組氮甲基，化學位移值相差一定距離，為季銨鹽氮的不對稱性所致，即說明季銨鹽的存在。'HNMR和"CNMR(DEPT)譜高、中場區域顯示的亞甲基、次甲基，對稱或重疊。"CNMR譜最低場的羰基峰。這些信息均支持該片段的存在。④樣品顧R譜質子數、碳原子數、碳的類型均符合該化學結構的要求。樣品ESI質譜圖，得到的離子簇[M]+與該化合物的化學結構相符。⑥綜上所述，樣品的化學結構可以確證為蓬托溴銨。二、質量控制標準本品為6p,7P-環氧-3oc-[2-羥基-2，2-雙(2-噻吩基)乙酰氧基]-8,8-二甲基-locH,5ctH-托烷基溴化物。按干燥品計算，含d,H22BrN04S2不得少于98.0%。性狀本品為白色或類白色結晶性粉末；無臭或幾乎無臭。本品在水中溶解，在甲醇中溶解，在乙醇中略溶，在氯仿或乙醚中不溶，熔點照熔點測定法(按照中國藥典2005年版二部附錄VIC)，本品的熔點為216~219°C，熔融時分解。鑒別(1)取本品，加水制成每lml中含15ng的溶液，照分光光度法(中國藥典2005年版二部附錄IVA)測定，在238nm的波長處有最大吸收。(2)本品的紅外光吸收圖譜應與對照品圖譜一致。(3)本品顯托烷生物堿類的鑒別反應(中國藥典2005年版二部附錄m)。(4)本品的水溶液顯溴化物的鑒別反應(中國藥典2005年版二部附錄ffl)。檢查有關物質取本品適量，加含量測定項下的流動相制成每lml中分別含0.004mg與0.4mg的溶液，分別作為對照溶液和供試品溶液。照含量測定下的方法試驗，取對照溶液20nl注入液相色譜儀，調節儀器檢測靈敏度，使主成分色譜峰高約為記錄儀滿量程的10%—20%;再取供試品溶液和對照溶液各20pl，分別注入液相色譜儀，記錄色譜圖至主成分峰保留時間的4倍，供試品溶液的色譜圖中如顯示雜質嶧，各雜質峰面積總和不得大于對照溶液主峰面積(i.o%)。硫酸鹽取本品O.lg,依法檢査(中國藥典2005年版二部附錄V1HB),與標準硫酸鉀溶液O.5ral制成的對照液比較，不得更濃(0.05%)。干燥失重取本品，在105X:干燥至恒重，減失重量不得過1.0。A(中國藥典2005年版二部附錄V1UL)。熾灼殘渣不得過0.1%(中國藥典2005年版二部附錄VIIIN)。重金屬取熾灼殘渣項下遺留的殘渣，依法檢查(中國藥典2005年版二部附錄VIIIH第二法)，含重金屬不得過百萬分之十。有機溶劑殘留取本品適量，精密稱定，加水使溶解并制成每lml中含100mg的溶液，依法檢査(中國藥典2005年版附錄VllIP),甲醇、乙腈、二氯甲烷及甲苯均不得過O.03%。含量測定照高效液相色譜法(中國藥典2005年版附錄VD)測定。色譜條件與系統適用性試驗用十八烷基硅烷鍵合硅膠為填充劑；以磷酸溶液(磷酸5.5，加水至1000ml，三乙胺調節pH為3.2)-乙腈(80:20)為流動相；檢測波長為238nm。理論板數按噻托溴銨峰計算應不低于2000,噻托溴銨峰與相鄰峰的分離度應符合要求。測定法取本品約20mg,精密稱定，置50ml量瓶中，加流動相使溶解并稀釋至刻度，搖勻，精密量取5ml,置50ml量瓶中，加流動相稀釋至刻度，搖勻，取20pl注入液相色譜儀，記錄色譜圖；另取經105'C干燥至恒重的噻托溴銨對照品約20mg,同法測定。按外標法以峰面積計算，即得。檢測結果表明，本發明方法制備的噻托溴銨無水物各項指標均符合上述質量控制標準的規定。三、穩定性研究本品經影響因素(強光、高溫、高濕)試驗10天、加速試驗6個月、長期試驗24個月，結果表明，各項考察指標未見明顯改變，質量穩定。四、急性毒性試驗本品小鼠灌胃給藥L"。為1361.27mg/kg,小鼠靜脈注射給藥LD5。為41.56mg/kg。五、藥代動力學研究用本發明制備的蓬托j旲銨無水物制成的膠曩型吸入粉霧刑體內吸收迅迷，吸入5分鐘后即達血藥濃度峰值，60分鐘后回復到穩態濃度。半衰期約為5.8天。絕對生物利用度為35%。食物不影響其吸收。血漿蛋白結合率為75%。10%以藥物原形從尿中排出。持續用藥未見藥物蓄積現象發生。六、臨床研究163例中至重度COPD患者經12周臨床試驗，結果表明，每天l次吸入上述粉霧劑(含噻托溴銨無水物18微克)較每天4次吸入異丙托溴銨40微克其FEV1與FVC的谷值、峰值及均值均有顯著升高，患者的呼吸困難癥狀明顯改善，療效明顯優于異丙托溴銨和沙美特羅，不良反應少，最常見的不良反應是口干和咳嗽，多數患者繼續治療癥狀消失，不必中斷治療，不良反應發生率和嚴重程度不呈劑量依賴性變化。七、本發明東莨菪堿發生的水解反應與傳統水解反應的效益比較本發明采用微波技術制備東莨菪醇，與傳統的東莨菪堿水解反應制備東莨菪醇比較，反應時間縮短60倍，收率提高25%,副反應產物減少10倍。八、本發明鹵化物與酯發生的取代偶聯反應與傳統反應的效益比較本發明采用超聲波技術制備噻吩乙醇酸甲酯，與傳統反應比較，反應時間縮短20倍，收率提高1倍。九、本發明縮合反應與傳統反應的效益比較本發明采用微波技術使東莨菪醇與噻吩乙醇酸甲酯發生的縮合反應，與傳統反應比較，反應時間縮短50倍，收率提高1倍。說明書圖1.噻托溴銨無水物合成路線2.噻托溴銨無水物合成工藝流程2a.水解反應工藝路線2b.雙(2-瘞吩基)乙醇酸甲酯(中間體二)制備工藝流程圖圖2c.雙(2-噻吩基)乙醇酸東莨菪酯(中間體三)制備工藝流程2d.噻托溴銨粗品制備工藝路線圖圖2e.噻托溴銨精制工藝路線圖權利要求1.噻托溴銨制備方法，其特征在于它是氫溴酸東莨菪堿在微波作用下的水解反應制備中間體一、溴代噻吩及鎂與草酸二甲酯在超聲波作用下的取代偶聯反應制備中間體二、東莨菪醇與噻吩乙醇酸甲酯在微波作用下的縮合反應制備中間體三經溴化反應制備噻托溴銨粗品后再經結晶和重結晶過程制備終產物噻托溴銨無水物精制品的方法。2.權利要求1所述的噻托溴銨無水物，其分子式為C19H22BrN04S2,分子量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>3.權利要求1所述的噻托溴銨制備方法，其特征在于制備終產物噻托溴銨無水物所用的中間體一是通過取氫溴酸東莨菪堿、甲醇、碳酸鉀，置密閉的波長為0.1100cm的微波常壓反應器中，室溫條件下快速反應后，減壓蒸干，加二氯甲烷，過濾，濾餅用二氯甲烷洗三次，合并濾液，無水硫酸鈉干燥，減壓蒸干，得東莨菪醇油狀物，即中間體一的方法制備的。4.權利要求1所述的噻托溴銨制備方法，其特征在于制備終產物噻托溴銨無水物所用的中間體二是通過取溴代噻吩、鎂屑、草酸二甲酯、乙醚，置頻率為20300KHZ的超聲波反應器中，室溫條件下快速反應后，向反應液中滴加稀硫酸，分出醚層，用碳酸鈉水溶液洗，水洗，無水硫酸鈉干燥，蒸干，用甲苯重結晶，得雙(2-蓬吩基)乙醇酸甲酯結晶物，即中間體二的方法制備的。5.權利要求1所述的噻托溴銨制備方法，其特征在于制備終產物噻托溴銨無水物所用的中間體三是通過取等摩爾分子比的中間體二和中間體一混合，加入鈉后置密閉的波長為0.1-100cm微波常壓反應器中，室溫條件下快速反應后，向反應液中加入甲苯，繼續反應，加乙酸乙酯稀釋，水洗滌有機層2次，無水硫酸鈉干燥，過濾，蒸干，用乙腈重結晶，得雙(2-噻吩基)乙醇酸東莨菪酯結晶物，即中間體三的方法制備的。6.權利要求1所述的噻托溴銨制備方法，其特征在于制備噻托溴銨粗品是通過取中間體三溶于無水二氯甲烷和無水乙腈的溶液，冷卻，取冷的乙腈加入到冷至同樣溫度的溴甲烷中，加入到盛有無水二氯甲烷和無水乙腈的溶液中，密閉，升至室溫反應，過濾，得噻托溴銨粗品的方法制備的。7.權利要求1所述的噻托溴銨制備方法，其特征在于噻托溴銨無水物精制品是通過取噻托溴銨粗品，用乙腈-甲醇溶液、活性炭重結晶兩次，重結晶液中加入乙醚析出結晶，過濾，真空干燥，得噻托溴銨無水物精制品的方法制備的。全文摘要本發明涉及微波和超聲波技術在合成噻托溴銨無水物中的應用，具體涉及氫溴酸東莨菪堿在微波作用下的水解反應、溴代噻吩及鎂與草酸二甲酯在超聲波作用下的取代偶聯反應、東莨菪醇與噻吩乙醇酸甲酯在微波作用下的縮合反應后經溴化反應制備的噻托溴銨粗品再經結晶和重結晶過程制備終產物噻托溴銨無水物精制品的方法。本發明制備噻托溴銨無水物不但在室溫條件下反應時間短、副反應少、收率高，而且產品質量穩定可控、安全有效。文檔編號C07D451/10GK101230063SQ200810081019公開日2008年7月30日申請日期2008年2月20日優先權日2008年2月20日發明者劉孝樂申請人:南昌弘益科技有限公司