CC BY
9УДК 547.892
РАЗРАБОТКА МЕТОДА СИНТЕЗА 1-ГИДРОКСИМИДАЗОЛАМА
А.Э. Паромов, И.А. Щурова, С.В. Сысолятин, А.И. Рогова, С.Е. Грибкова
Изучен процесс получения 1-гидроксимидазолама на основе мидазолама в три этапа: окисление метахлорпербензойной кислотой, ацилирование и гидролиз. Предложен новый способ окисления 1-ацетоксиметил-8-хлор-3а, 4-дигидро-6-(2-фторфенил)-3Н-[1,3]имидазо[1,5a][1,4]бензодиазепи-на перманганатом калия на оксиде алюминия с образованием 1-ацетоксимидазолама - предшественника 1-гидроксимидазолама.
Ключевые слова: мидазолам, 1-гидроксимидазолам, 4-гидроксимиазолам, бензодиазепи-ны, метаболизм, метахлорпербензойная кислота.
Мидазолам (8-хлор-6- (2-фто рфенил)-1-метил-4Н-имидазо[1,5-а][1,4]бензодиазепин) (1) относят к классу бензодиазепиновых седа-тивных средств. В последние годы препараты на его основе становятся все популярнее, поскольку он безопаснее, по сравнению с другими бензодиазепинами и проявляет более высокую эффективность. На данный момент средство наиболее широко используется в анестезиологии, а также при купировании приступов эпилепсии. Кроме того, данное соединение применяется в США как компонент смертельной инъекции для лиц, приговоренных к смертной казни. Вещество чаще всего назначают для премедикации перед оперативными вмешательствами, так как оно обладает быстрым временем восстановления, высокой эффективностью и низкой токсичностью. Удобно, что лекарство часто вызывает антероградную амнезию, что блокирует неприятные воспоминания пациентов о подготовке к операции [1].
Основным метаболитом мидазолама является 1-гидроксимидазолам (преобразуется 75 % введенного в организм мидазолама) (2). Это соединение обладает фармакологической активностью, однако, биологическое действие проявляется лишь на животных, и оно значительно менее выражено, чем у исходного вещества. Клинического значения не имеет.
Два других метаболита: 4-гидрокси-мидазолам (3) и а,4-дигидроксимидазолам (4) выделяются с мочой в незначительном количестве (3 % и 1 % от дозы мидазолама, соответственно) в конъюгированной форме. Не измененный мидазолам в моче не определяется. Период полувыведения мидазолама составляет 1,5-3 часа, а 1-гидроксимидазолама 1 час [2]. В связи с необходимостью определения мидазолама в моче по его метаболитам важной задачей является разработка методов их синтеза.
На рисунке 1 представлена упрощенная схема метаболизма мидазолама.
Рисунок 1 - Превращение мидазолама в организме
Данная работа посвящена исследованию возможных путей получения 1-гидрокси-мидазолама.
Согласно литературным данным, 1 -гидроксимидазолам может быть синтезирован как побочный продукт при получении 4-гидроксимидазолама [3]. На первом этапе
мидазолам окисляют мета-хлорпербензойной кислотой в хлористом метилене при комнатной температуре. Авторами показано, что при использовании двойного избытка окислителя в течение 1,5 часа образуется 5-оксид (5), в то время, как тройной избыток окислителя и увеличение продолжительности процесса до
3
2
1
4
18 часов приводит к образованию также 2- ставляют 30 %, 2,5 % и 11 % для оксидов (5), оксида (6) и 2,5-диоксида (7) . Выходы со- (6), (7) соответственно.
И,с.
Оксиды (6) и (7) могут быть выделены и Обработка последнего метилатом натрия в проацилированы в среде уксусного ангидрида. метаноле приводит к получению 1-гидрокси-В случае диоксида в результате ацилирования мидазолама [3]. образуется 1-ацетоксиметил-5-оксид (8), который восстанавливают в 1-ацетоксимидазолам.
При реализации данного способа нами изучалось влияние соотношения метахлор-пербензойной кислоты : мидазолам на выход оксидов (5) и (6). Показано, что избыток окислителя, равный 7, приводит к образованию 5-оксида и 2-оксида в соотношении 3 : 2 с суммарным выходом около 30 %. Смесь оксидов без разделения ацилировали уксусным ангидридом при температуре 120 °С. Анализ методом высокоэффективной жидкостной
хроматографии показывает, что первым аци-лируется 2-оксид (в течение первых 30 минут), полное ацилирование 5-оксида протекает за 5,5 часов. На рисунке 2 приведена хро-матограмма реакционной массы.
Выход 1 -ацетоксимидазолама составил порядка 70 %. Снятие ацильной защиты проводили метилатом натрия. Суммарный выход 1-гидроксимидазолама в пересчете на мида-золам составил около 7 %.
+
С1
С1
о
7
1
5
6
С1
Рисунок 2 - Хроматограмма реакционной массы ацилирования оксидов (5) и (6)
В более поздней публикации [4] представлен способ получения 1 -гидроксимидазолама, основанный на многостадийном преобразовании 2-аминометил-7-хлор-2,3-дигидро-5-(2-фторфенил^^И ,4-бензодиазепина (10).
Процесс включает несколько стадий. Сначала проводят обработку амина (10) этил-2-ацетоксиацетамидат гидрохлоридом (2-(ацетокси)-1-этоксиэтаниминия гидрохлоридом) (ЭААГХ) в смеси этанола с тетрагидро-фураном (ТГФ) при пониженной температуре.
Несмотря на многостадийность процесса получения амина (10) и 1-гидроксимидазолама на его основе, большая часть стадий реализуется с высокими выходами. В то время, как наиболее проблематичной является реакция окисления (11) оксидом марганца (IV).
В процессе исследования нами показано, что принципиальное значение имеет нейтральность окислителя и степень его дезактивации. В зависимости от способа получения, оксид марганца может содержать примеси гидроксида калия или серной кислоты, которые способствуют снятию ацильной группы и образованию большого количества побочных продуктов окисления гидроксильной группы.
Нами использовался оксид марганца, полученный по схеме [5]:
В результате получают 1-ацетоксиметил-8-хлор-3a,4-дигидро-6-(2-фторфенил)-3H-[1,3] имидазо[1,5а][1,4]бензодиазепин (11) с выходом 78 %. Далее проводят окисление последнего активным оксидом марганца (IV) до 1-ацетоксимидазолама (9) (выход 50-60 %). Завершающей стадией синтеза 1-гидрокси-мидазолама является снятие ацильной группы (9) метилатом натрия в метаноле (выход 80-89 %) [4].
2 КМгЮ4 +3 Мпв04 + 2 И20->-5 МГЮ2 + К,Э04 + 2 Н2в04
Осадок оксида марганца тщательно промывали до отрицательной реакции на сульфат-ион и высушивали при температуре 115 °С в течение 17 часов.
Определено, что полученная окись марганца слишком активна и не может использоваться для окисления без предварительной дезактивации. Установлено, что на данном окислителе максимальный выход (9) достигается при применении оксида марганца, дезактивированного кипячением в толуоле в течение 6 часов с насадкой Дина-Старка. Меньшая продолжительность дезактивации приводит к образованию большего количества побочных продуктов окисления (рисунок 3).
В качестве реакционной среды для окисления (11) нами рассматривались бензол, толуол и ацетонитрил. В случае с бензолом наблюдалось слишком медленное протекание реакции (низкая, по сравнению с толуолом температура кипения) и разложение исходного продукта циклизации. Ацетонитрил также не дал желаемых результатов. Поэтому, в дальнейшем использовался толуол. Процесс окисления проводили при кипении растворителя.
Масштабирование процесса показало, что к падению выхода также приводит повышение содержания воды в реакционной массе на протяжении процесса. Удаление воды производили постоянным отгоном азеотропа толуол : вода. В этих условиях реакция заканчивалась за 3 часа. Ввиду низкой стабильности (11), выход (9) на практике колеблется в пределах 25-40 %. Необходимо также отметить, что обработанный толуолом оксид марганца в течение 2-3 суток теряет свою активность, поэтому желательно использовать его сразу после получения.
В связи с трудоемкостью процедуры получения оксида марганца, а также необходимостью дезактивации и нестабильность свойств при хранении, нами были предприня-
□ ОАР1 А. д=254,8 (АР_03_С 8_16^004317.0)
тАи
70 -
60 - 8
50 - 11 /
40 /
9
30 - 1 * \
20 ■ 1 \
10 -
о> 5 £ У \ 8 § 1
7.511 У \ ° о 1 1
7 8 9 10 11
Рисунок 3 - Хроматограмма окисления (11) активной окисью марганца
Таким образом, сравнительный анализ проведенных исследований показывает, что лучшим подходом к синтезу 1-гидрокси-мидазолама является трехстадийное преобразование 2-аминометил-7-хлор-2,3-дигидро-5-(2-фторфенил)-1Н-1,4-бензодиазепина, а именно, взаимодействие с 2-(ацетокси)-1-этоксиэтани-миния гидрохлоридом, окисление образующегося продукта циклизации и снятие ацильной
ты попытки поиска альтернативных окислителей. Были опробованы персульфат калия, гидроксид оксида марганца МпО(ОН)2, а также смесь перманганата калия и оксида алюминия КМпО4/А12О3. Положительные результаты наблюдались в последнем случае. Подготовку окислителя проводили тщательным растиранием компонентов в ступке. Были опробованы следующие массовые соотношения КМпО4/А12О3 : 1 : 1,3, 1 : 3, 1 : 6. В качестве растворителей применяли ацетонитрил, ди-оксан, бензол, смесь ацетонитрила с этанолом при температурах от минус 20 °С до +25 °С. Контроль за протеканием процесса осуществляли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.
Лучшие результаты получены при проведении реакции в ацетонитриле при комнатной температуре и медленной дозировке окислителя в соотношении КМпО4/А12О3, равном 1 : 6. При использовании меньшего соотношения оксида алюминия наблюдалось образование значительного количества продуктов деструкции (11). Выход (9) колеблется около 25 %. На рисунке 4 представлена хро-матограмма реакционной массы при окислении перманганатом калия на оксиде алюминия.
Рисунок 4 - Хроматограмма окисления (11) КМпО4/А12О3
защиты метилатом натрия. Показано, что применение перманганата калия в смеси с оксидом алюминия может существенно упростить процесс окисления 1-ацетоксиметил-8-хлор-3а,4-дигидро-6-(2-фторфенил)-3Н-[1,3]имидазо[1,5а] [1,4]бензодиазепина и может рассматриваться как альтернатива трудоемкому методу с применением оксида марганца.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Мидазолам получали по методике [4]
Получение 8-хлор-6-(2-фторфенил)-1-метил^Н-имидазо^^ДОДбензо-диазепин-
5-оксида (6)
В круглодонную колбу вносят мидазолам (0,106 г, массовое содержание 94 %, 0,307 ммоль) и сухой свежеперегнанный хлористый метилен (35 мл). Смесь перемешивают до полного растворения мидазолама. Затем, не прекращая перемешивания, на протяжении 2-3 минут в массу дозируют мета-хлорпербензойную кислоту (0,7 г, массовое содержание порядка 60 %, примесь м-хлорбензойной кислоты, 2,433-2,636 ммоль). Смесь перемешивают 50 минут при комнатной температуре (24-25 °С), затем экстрагируют водной соляной кислотой (1 М, 2^30 мл). Экстракт отделяют, промывают хлористым метиленом (2^12 мл) и нейтрализуют водным аммиаком (25 %) до pH порядка 9-9,5. Процедуру экстракции, промывки и нейтрализации необходимо проводить быстро во избежание разложения продукта. По окончании нейтрализации в смесь добавляют 3-4 г хлорида натрия и взмучивают до полного растворения. Далее проводят экстракцию массы хлористым метиленом (5*15 мл). Органические экстракты объединяют и сушат над сульфатом натрия. Смесь фильтруют на складчатом фильтре. Маточник упаривают под вакуумом. Получают густую смолу светло-коричневого цвета (0,053 г), содержащую смесь (5) и (6), с выходом порядка 25-26 % (0,028 г; массовая доля в смоле 53,5 % по данным ВЭЖХ). Оксиды в полученной смоле не стабильны при хранении.
1H NMR (400 MHz, (œsbSO): 8.00-6.79 (м, 8H), 5.27 (д, 1 H), 4.94 (д, 1H), 2.52 (с, 3H) ppm.
Получение 1-гидроксимидазолама (8-хлор-6-(2-фторфенил)-4Н-имидазо[1,5-a][1,4]бензодиазепин-1-метанола) (2)
В трёхгорлую колбу, снабжённую магнитной мешалкой, хлоркальциевой трубкой и термометром, загружают смолу, содержащую смесь (5) и (6) (0,97 г; массовая доля в смоле 26,8 % по данным ВЭЖХ), и уксусный ангидрид (70 мл). Смесь нагревают до 120 °С и перемешивают при этой температуре 5,5 часов. По истечении времени реакционную упаривают под вакуумом до полной отгонки остатков уксусного ангидрида. Получают густую смолу (1,1 г), содержащую 4-ацетокси-8-хлор-
6-(2-фторфенил)-1 -метил-4^имидазо[1,5a] [1,4]бензодиазепин (10,9 % по данным ВЭЖХ) и 1 -ацетоксиметил-8-хлор-6-(2-фторфенил)-
4^имидазо[1,5а][1,4]бензодиазепин (9) (7,27 % по данным ВЭЖХ). Выделение соединений проводят препаративной хроматографией (элюент тетрагидрофуран/хлороформ 5 : 1). В результате получают смолу, насыщенную 4-ацетокси-8-хлор-6-(2-фторфенил)-1-метил-4H-имидазо[1,5a][1,4]бензодиазепином (0,14 г с содержанием 69,2 % по данным ВЭЖХ), и смолу, насыщенную 1 -ацетоксиметил-8-хлор-6-(2-фторфенил)-4H-имидазо[1,5а][1,4]бензо-диазепином (9) (0,091 г с содержанием 65,9 % по данным ВЭЖХ).
Полученную смолу, насыщенную (9), (0,091 г с содержанием 65,9 %) и 12 мл метанола помещают в круглодонную колбу, снабжённую магнитной мешалкой. Затем в смесь при активном перемешивании прикапывают 5 %-ный раствор метилата натрия в метаноле до достижения рН 9-9,5. Массу перемешивают при комнатной температуре 30 минут и нейтрализуют ледяной уксусной кислотой до достижения рН 7. Затем смесь упаривают под вакуумом. Остаток подвергают препаративной хроматографии (элюент хлороформ/метанол/ ледяная уксусная кислота 10 : 0,5 : 0,2 соответственно). Полученный раствор целевого продукта после хроматографии нейтрализуют насыщенным водным раствором гидрокарбоната натрия, органический слой отделяют, промывают дистиллированной водой, сушат сульфатом натрия и упаривают досуха. Остаток кристаллизуют из диэтилового эфира, фильтруют, промывают диэтиловым эфиром и сушат при 2 мм. рт. ст. и температуре 75 °С до постоянной массы (порядка 8 часов). Получают 1-гидроксимидазолам (2) (в виде кристаллического осадка светло-жёлтого цвета с выходом 70 % (0,042 г, Тпл = 258,3-260,1 °С). Содержание основного вещества 96,7 %
2-аминометил-7-хлор-2,3-дигидро-5-(2-фторфенил)-1Н-1,4-бензодиазепин (10) получали по методике [4].
Получение 1-ацетоксиметил-8-хлор-3а,4-дигидро-6-(2-фторфенил)-3Н-[1,3]имидазо[1 ,4]бензодиазепина (11)
В трёхгорлую колбу, наполненную аргоном и снабжённую термометром, магнитной мешалкой, подводом аргона и хлоркальциевой трубкой, загружают (10) (12,3 г, 0,03 моль), и абсолютный свежеперегнанный этиловый спирт (500 мл). Через колбу пускают слабый ток аргона. Смесь перемешивают до полного растворения амина и охлаждают до минус 30 °С. Далее в реакционную массу всыпают маленькими порциями сухой свежеполучен-ный 2-(ацетокси)-1-этоксиэтаниминия гидрохлорид (14 г) на протяжении 15 минут при минус 30 °С. Исключают контакт 2-(ацетокси)-1-
этоксиэтаниминия гидрохлорида с воздухом. Дозирование проводят из бюкса, наполненного аргоном. Далее смесь нагревают до -20 °С и перемешивают 1 час, после чего нагревают до 0-5 °С и выдерживают при этой температуре 2 суток. Затем смесь нагревают до комнатной температуры, перемешивают 2,5 часа и упаривают под вакуумом досуха при температуре бани 25 °С, после чего остаток взмучивают 40 минут с насыщенным раствором гидрокарбоната натрия (150 мл) и хлористым метиленом (200 мл). Органический слой отделяют, водный слой дополнительно экстрагируют хлористым метиленом (3*20 мл). Органические экстракты промывают дистиллированной водой (2*90 мл), насыщенным раствором хлорида натрия и сушат сульфатом натрия. Суспензию фильтруют через складчатый фильтр. Маточник упаривают под вакуумом при температуре бани 27 °С (соединение нестабильно при повышенной температуре). Получают густую смолу жёлтого цвета, содержащую (11) с выходом 26,6 % (12,0 г, содержание основного вещества 26 %).
1HNMR (400 MHz, (CDCl3): 7.65-7.02 (м, 7H), 5.30 (с, 1 H), 4.78-4.73 (м, 1H), 4.39-4.36 (д, 1H), 4.22-4.18 (м, 1H), 3.60-3.55 (м, 2H), 3.50-3.46 (м, 1H), 2.16 (с, 3H) ppm.
Получение 1-ацетоксиметил-8-хлор-6-(2-фторфенил)-4Н-имидазо-[1,5a][1,4]-бензодиазепина (9)
В круглодонную колбу, снабжённую магнитной мешалкой, насадкой Вюрца, капельной воронкой и холодильником Либиха, загружают абсолютный свежеперегнанный толуол (350 мл). Растворитель при перемешивании нагревают до 100 °С, после чего в колбу вносят активный оксид марганца (IV)* (62 г, массовая доля бензола 40-45 %). Смесь нагревают до кипения и после начала отгонки (6-10 капли за 1 мин) кипятят 20 минут. На протяжении отгонки прикапывают абсолютный свежеперегнанный толуол, поддерживая объём реакционной массы в колбе порядка 380-390 мл. Затем в кипящую реакционную массу вносят (11) (3,1 г, массовое содержание в смоле 26 %, 0,0021 моль), растворённый в толуоле (16 мл), и продолжают кипячение с отгонкой и прикапыванием толуола на протяжении 3 часов, поддерживая объём реакционной массы в колбе порядка 380-390 мл. По истечении времени горячую реакционную массу фильтруют через двойной бумажный фильтр и последовательно промывают горячим толуолом (6*15 мл, 60-70 °С), ацетонит-рилом (5*15 мл) и хлороформом (4*10 мл). Маточник упаривают. Получают густую смолу коричневого цвета, содержащую (9) с выхо-
дом 30,6 % (2,1 г, содержание основного вещества 11,7 %). Очистку проводят методом препаративной хроматографии, как описано выше.
1HNMR (400 MHz, (CDCl3): 7.81-7.79 (м, 8H), 5.64 (д, 1 H), 5.22 (д, 1H), 5.02 (д, 1H), 4.10 (д, 1H), 2.08 (с, 3H) ppm.
*Оксид марганца (IV) получают по методике [5], дезактивировуют кипячением в толуоле с обратным холодильником в течение 6 часов, фильтруют, промывают на фильтре бензолом. Используют далее во влажном виде.
Получение 1 -ацетоксиметил-8-хлор-6-(2-фторфенил)-4Н-имидазо-[1,5a][1,4]-бензодиазепина (9)
В круглодонную колбу, снабженную магнитной мешалкой, вносят (11) (0,06 г, массовое содержание в смоле 26 %) и ацетонит-рил (20 мл). При комнатной температуре небольшими порциями в течение 2 часов дозируют тщательно растертую смесь 0,06 г пер-манганата калия и 0,36 г оксида алюминия. По окончании дозировки реакционную массу оставляют при перемешивании на ночь. Затем осадок отфильтровывают, маточник упаривают под вакуумом. Получают густую смолу коричневого цвета, содержащую (9) с выходом 25 % (0,041 г, содержание основного вещества 9,8 %). Очистку проводят методом препаративной хроматографии, как описано выше.
СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ
1. http://medside.ru/midazolam.
2. Heizmann, P. Pharmacokinetics and bioavailability of midazolam in man / P. Heizmann, M. Eckert, W. H. Ziegler // Br. J. Clin. Pharmacol. - 1983. -Vol. 16. (Suppl 1). - P. 43S-49S.
3. Walser, A. Quinazolines and 1,4-Benzo-diazepines. 84. Synthesis and Reactions of Imidazo[ 1,5-4[1,4]benzodiazepines / A. Walser, L. E. Benjamin, T. Flynn, C. Mason // J. Org. Chem. - 1978. -Vol. 43, № 5. - P. 936-944.
4. Zhang, Y. Convergent syntheses of carbon-13 labeled midazolam and 1-hydroxymidazolam / Y. Zhang, P. W. K. Woo, J. Hartman, N. Colbry et al. // Tetrahedron Lett. - 2005. - Vol. 46. - P. 2087-2091.
5. Карякин, Ю. В. Чистые химические вещества / Ю. В. Карякин, И. И. Ангелов. - 4-е изд., пе-рераб. и доп. - М. : Химия, 1974. - 226 с.
Паромов Артём Эдуардович, младший научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук, Алтайский край, г. Бийск, ул. Социалистическая, д. 1, e-mail: paromovar-tem@mail.ru.
Щурова Ирина Анатольевна, кандидат
химических наук, старший научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук, Алтайский край, г. Бийск, ул. Социалистическая, д. 1, e-mail: shchurova_irina@mail.ru.
Сысолятин Сергей Викторович, директор, доктор химических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук, Алтайский край, г. Бийск, ул. Социалистическая, д. 1, e-mail: dir@ipcet.ru.
Рогова Алла Ивановна, старший лаборант, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук, Алтайский край, г. Бийск, ул. Социалистическая, д. 1, e-mail: alla_rogov@mail.ru.
Грибкова Светлана Евгеньевна, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук, Алтайский край, г. Бийск, ул. Социалистическая, д. 1.
