Научная статья на тему 'Синтез кетопрофена'

Синтез кетопрофена Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
30135
1955
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КЕТОПРОФЕН / РАЦЕМАТ / СИНТОН / ХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ / БИОКАТАЛИЗ / KETOPROFEN / RACEMATE / SYNTHONE / CHEMICAL SYNTHESIS / BIOCATALYSIS

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Вершинин С. С., Хабибуллина И. И., Коньшин П. С., Петухова Н. И., Зорин В. В.

Осуществлен синтез рацемической 2-(3-бензоилфенил)пропионовой кислоты (кетопрофена), нестероидного антивосполительного фармацевти ческого препарата из простых и доступных реагентов с высоким выходом целевого продукта. Выявлены перспективные штаммы микроорганизмов для получения оптически чистого кетопрофена в процессе переэтерификации его рацемической смеси.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Вершинин С. С., Хабибуллина И. И., Коньшин П. С., Петухова Н. И., Зорин В. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SYNTHESIS OF KETOPROFEN

The synthesis of racemic 2-(3-benzoylphenyl)propionic acid (ketoprofen) are non-steroidal anti-inflammatory drug using simple and available reagents is carried out with a high yield of main product. The perspective strains of microorganisms for obtaining optically pure ketoprofen in the process transesterification of racemic mixture are investigated.

Текст научной работы на тему «Синтез кетопрофена»

УДК 547.057

С.С. Вершинин, И.И. Хабибуллина, П.С. Коньшин, Н.И. Петухова, В.В. Зорин

Синтез кетопрофена*

Уфимский государственный нефтяной технический университет 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел.: (3472) 43-19-35, е-maihbio@rusoiLnet

Осуществлен синтез рацемической 2-(3-бензо-илфенил)пропионовой кислоты (кетопрофена), нестероидного антивосполительного фармацевтического препарата из простых и доступных реагентов с высоким выходом целевого продукта. Выявлены перспективные штаммы микроорганизмов для получения оптически чистого кетопрофена в процессе переэтерификации его рацемической смеси.

Ключевые слова: кетопрофен, рацемат, синтон, химический синтез, биокатализ.

а-Арилпропионовые кислоты — важный класс нестероидных антивосполительных фармацевтических препаратов. Среди многочисленных методов получения 1-5 этого класса соединений катализ металлами занимает важное место в рацемическом и асимметрическом синтезе.

В литературе приведены схемы получения 2-(3-бензоилфенил)пропионовой кислоты (ке-топрофена) с использованием методов металл-окомплексного катализа. Так, асимметрическое гидрирование 2-(3-бензоилфенил)акрило-вой кислоты под высоким давлением =85 атм в присутствии гомогенного энантиосе-лективного катализатора [КиС12-(Б)-ВШАР]2-Е13К приводит к (Б)-кетопрофену с 95% оптическим выходом 2. Однако использование энантиоселективных металлокомплекс-ных катализаторов в препаративных целях ограничивается их дороговизной и трудностью регенерации для повторного использования.

В связи с этим, целью настоящего исследования является разработка альтернативной хемо-энзиматической схемы синтеза кетопро-фена с использованием доступных энантиосе-лективных биокатализаторов. На первом этапе был разработан и осуществлен синтез рацемической смеси кетопрофена из простых и доступных реагентов с высоким выходом целевого продукта. На втором этапе был проведен скрининг микроорганизмов для создания биокаталитических систем, осуществляющих кинетическое разделение рацемического кетопрофена.

* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 05-03-97915_агидель_а)

Анализ известных схем синтеза рацемического кетопрофена 3'5 показывает, что его ключевыми синтонами являются 3-бромбензо-фенон (3) и этил-2-бромпропионат (4). Синтез 3-бромбензофенона (3) был осуществлен в две стадии. На первой стадии, бромированием бензойной кислоты (1) смесью молекулярного брома и раствора бромата калия получили 3-бромбензойную кислоту (2).

соон

соон

0

1

КВг03

Вг2

О

чВг

2 (54%)

На второй стадии обработкой кислоты 2 тионилхлоридом был получен соответствующий хлорангидрид, который был использован в реакции Фриделя-Крафтса для ацилирова-ния бензола с образованием 3-бромбензофено-на (3) (выход 87%).

соон

о

1. 8оС1

Вг

2. РШ, А1С13

Вг

2 3 (87%)

Получение второго синтона кетопрофена — этил-2-бромпропионата (4), осуществляли по известной методике 6. Пропионовую кислоту переводили с помощью тионилхлорида в пропионилхлорид, который при взаимодействии с молекулярным бромом превращается в -бромпропионилхлорид. Последующая обработка хлорангидрида а-бромпропионовой кислоты абсолютизированным этанолом приводит к этиловому эфиру а-бромпропионовой кислоты 4 с выходом 72%.

он

1. 8оа

о

2

2. Br2, P(red)

3. Et0H

Br

4 (72%) Для защиты карбонильной группы осуществляли ацетализацию бромкетона 3 этиленг-

Дата поступления 20.02.06

+

Ac0H, H2S04

о

о

ликолем. 2-(3-Бромфенил)-2-фенил-1,3-диок-солан (5) был получен с высоким выходом. Наличие характерных химических сдвигов протонов диоксоланового цикла в области 4.4 м.д., подтверждает образование целевого продукта реакции.

ГЛ

о о

^_^ ТзОН

НО ОЫ РЬЫ

3

5 (95%)

Превращение диоксолана 5 в магнийорга-ническое соединение с последующей конденсацией его с а-бромэтилпропионатом, протекает с образованием рацемической смеси этилового эфира 2-[3-(2-фенил-1,3-диоксолан-2-ил)фе-нил]пропионовой кислоты (6).

ГЛ

О О

5 6 (80%)

Обработка соединения 6 смесью соляной и ледяной уксусной кислот позволяет снять ацетальную защиту и перевести эфир 6 в 2-(3-бензоилфенил)пропионовую кислоту (7) с выходом 85%.

6 7 (85%)

Наличие характерных сигналов СН3- и СН- групп пропионовой кислоты, химические сдвиги протонов арильной группировки и отсутствие сигналов этокси-группы подтверждают структуру полученного соединения.

Необходимо отметить, что кетопрофен и его эфиры плохо растворимы в воде. Это ограничивает эффективность процессов гидролиза эфиров, протекающих в водных системах и обуславливает необходимость поиска способов их интенсификации, а также разработку альтернативных процессов кинетического разделения рацемического кетопрофена, реализуемых в органических растворителях.

При исследовании этерификации кетопро-фена бутанолом в изооктане в присутствии обезвоженных ацетоном клеток микроорганизмов, обладающих липолитической или эсте-разной активностью (27 штаммов из коллекции микроорганизмов кафедры), были найдены 4 штамма, конвертирующие субстрат в указанных условиях (табл.).

Наиболее активно трансформировали субстрат штаммы 56-11 и 56-14. Однако реакция протекала с невысокой конверсией (27—29 % через сутки), что может быть связано с образованием в качестве одного из продуктов реакции воды, смещающей равновесие в сторону исходных соединений.

Более высокая конверсия субстрата за тоже время наблюдалась при переэтерифика-ции с использованием в качестве акцепторов ацильной группы эфиров (этилацетата, бути-лацетата или этилбутирата).

Таблица

Конверсия кетопрофена(%) в реакциях с различными акцепторами ацильной группы Температура 30 оС, состав реакционной смеси: изооктан - 1 мл, кетопрофен - 10 мг/мл,

акцепторы ацильной группы эфиров (этилацетат, бутилацетат, этилбутират), бутанол - 0.03 мл; обезвоженная ацетоном биомасса - 50 мг/мл

Акцептор ацильной группы Штаммы

56-11 55-8 59-6 56-14

Бутанол 27 15 29 12

этилацетат 56 24 33 18

бутилацетат 59 26 35 17

этилбутират 98 53 47 25

Наиболее активный штамм 56-11 практически полностью трансформировал кетопро-фен в присутствии этилбутирата, что свидетельствует об отсутствии у него энантиоселек-тивных гидролаз (липаз или эстераз). Вместе с тем два штамма 55-8 и 59-6 конвертировали в тех же условиях субстрат на уровне 47—53 %, что соответствует теоретическому 50% уровню конверсии для высокоэнантиоселективных процессов кинетического разделения рацемических смесей.

Экспериментальная часть

Методы анализа и химического синтеза.

Спектры ЯМР *Н записаны на приборе Вгикег АМ-300 (рабочая частота 300 МГц для 1Н ). Образцы готовили в стандартных 5 мм ампулах. Концентрация растворов составляла 5—10 % об. Растворитель — (СЭ3)2СО внутренний стандарт — ГМДС.

Количественный анализ реакционных смесей осуществляли методом ГЖХ на приборе СЬгош-5 с пламенно-ионизационным

О

Вг

Вг

+

Вг

детектором, газ-носитель — гелий, колонка длиной 3.6 м, неподвижная фаза 5% SE-30 на носителе Chromatone N-AW; программирование температуры в интервале 30—220 °С, 20 оС/мин, изотерма 220 оС 4 мин.

3-Бромбензойная кислота (2). В раствор 12.21 г (0.1 моль) бензойной кислоты и 6.51 г (0.0406 моль) брома в смеси 100 мл ледяной уксусной кислоты и 50 мл концентрированной H2SO4 при 25 оС в течение 15—25 мин при перемешивании приливали по каплям раствор 4 г (0.024 моль) KBrO3 в 50 мл воды. Во время перемешивания (=1 ч) выпадает 3-бромбен-зойная кислота, затем в течение 30 мин прикапывали еще 4 г KBrO3 в 50 мл воды. Выход продукта (2) 11 г (54% мольн.), Т пл. 155 оС. Спектр ЯМР (8.м.д.): 7.4-8.1 м (4Н, С6Н4), 8.8 с (Н, СООН).

3-Бромбензофенон (3). Кипятили 11 г (0.054 моль) кислоты (2) с 9.63 г (0.081 моль) тионилхлорида с обратным холодильником, закрытым хлоркальциевой трубкой, до прекращения выделения HCl. Затем избыток тионилхлорида отгоняли. Реакционную смесь, содержащую хлорангидрид, растворяли в 50 мл бензола и переносили в капельную воронку. В колбе снабженной мешалкой, капельной воронкой, обратным холодильником с хлоркальциевой трубкой, смешивали 100 мл бензола и 8.66 г (0.065 моль) безводного хлористого алюминия. Далее из капельной воронки при охлаждении прикапывали раствор хло-рангидрида бромбензойной кислоты, таким образом, чтобы температура внутри колбы была около 20 оС. Реакционную смесь перемешивали 2 часа и оставляли на ночь. Для выделения продукта (3), содержимое колбы выливали в воду со льдом, перемешивали и добавляли конц. HCl. Затем в делительной воронке отделяли органический слой и дважды экстрагировали дихлорметаном. Объединенные экстракты промывали водой, 2% раствором гидроксида натрия и снова водой. Продукт сушили над сульфатом магния и перегоняли в вакууме. Выход 12.27 г (87% мольн.), Т кип. 175 оС (5 мм рт.ст.), Т пл. 77 оС. Спектр ЯМР (8.м.д.): 7-7.8 м (9Н, Ar).

Этил-2-бромпропионат (4). Нагревали до кипения 22 г тионилхлорида и в течение 1 ч добавляли при перемешивании 12.5 г пропио-новой кислоты так, чтобы обеспечить нормальное кипение. По мере того, как выделение диоксида серы прекратилось, содержимое колбы охлаждали и вносили 0.05 г красного фосфора. Затем при слабом кипении реакционной

смеси, прикапывали 31 г сухого брома. По окончании выделения НВг, в реакционную смесь при перемешивании добавляли 5 мл абсолютизированного этанола и обеспечивали равномерное кипение. После завершения выделения хлористого водорода реакционную смесь выдерживали на водяной бане при перемешивании еще 4 ч. Далее полученную смесь выливали в дистиллированную воду, отделяли органический слой, обрабатывали его бикарбонатом натрия, затем водой и сушили сульфатом магния. Отгоняли легкую фракцию, содержащую бромистый этил при атмосферном давлении, а дистилляцией в вакууме отделяли продукт (4). Выход составил 22.1 г (72.2% мольн.), Т кип. 69-70 оС (25 мм рт.ст.). Спектр ЯМР 1Н (8.м.д.): 1.33 т (3Н, СН3СН2О), 1.86 д (3Н, СН3СНВг), 4.3 к (2Н, СН2О), 4.4 к (Н, СНВг).

2-(3-Бромфенил)-2-фенил-1,3-диоксолан

(5). В реакцию брали 12 г (0.046 моль) 3-бромбензофенона (3) и 20 г (0.322 моль) эти-ленгликоля. Смесь нагревали 24 ч в 200 мл бензола в присутствие пара-толуолсульфокис-лоты, отделяя воду, с помощью насадки Дина-Старка. Затем реакционную смесь промывали раствором бикарбоната натрия, промывали водой и сушили над сульфатом магния. Вакуумной дистилляцией отделяли продукт 5. Выход 13.32 г (95% мольн.). Т кип. 143-6 оС (2 мм рт.ст.). Спектр ЯМР (8.м.д.): 4.4 к (4Н, ОСН2СН2О), 6.8-7.5 м (9Н, Аг).

Этиловый эфир 2-[3-(2-фенил-1,3-диок-солан-2-ил )фенил] -пропионовой кислоты

(6). Раствор 12.2 г (0.04 моль) диоксолана 5 в 30 мл бензола прибавляли к 1.215 г (0.05 моль) магния (стружка) в 20 мл кипящего бензола в атмосфере азота. Затем вносили 2.72 г (0.02 моль) безводного хлорида цинка и перемешивали 1 ч при 20 оС . Далее в реакционную смесь добавляли 9.05 г (0.05 моль) этил-2-бромпропионата (4) в 10 мл бензола и перемешивали 15 ч при 50-60 оС. Затем приливали 175 мл 1.5 н соляной кислоты и 70 мл дихлорметана, перемешивали, после чего реакционную смесь фильтровали, водный слой экстрагировали дихлорметаном. Далее органический слой промывали водой, сушили и упаривали. Вакуумной дистилляцией выделяли продукт (6). Выход 9.54 г (80% мольн.), Т кип. 142-5 оС (0.01 мм рт.ст.), п% =1.5432. Спектр ЯМР *Н (8.м.д.): 0.8 т (3Н, СН3СН2О), 1.45 д (3Н, СН3СН), 3.5 к (Н, СНСОО), 3.9 к (2Н, СН3СН2О), 4.2-4.5 к (4Н, ОСН2СН2О), 6.8-7.5 м (9Н, Аг).

2-(3-Бензоилфенил)пропионовая кислота (7). Раствор 9.54 г (0.032 моль) диоксолана 6 в 35 мл ледяной уксусной кислоты и 35 мл концентрированной соляной кислоты кипятили 8 ч, затем добавляли 100 мл дистиллированной воды. Из органического слоя 1 н раствором гидроксида натрия извлекали кислоту (7), после чего подкисляли раствором соляной кислоты до рН 1 и экстрагировали эфиром, затем перекристаллизовывали. Выход 6.91 г (85% мольн.), Т пл. 98 оС. Спектр ЯМР (8.м.д.): 1.55 д (3Н, СН3), 3.82 к (Н, СН), 7.46-7.84 м (9Н, Аг).

Биотрансформация кетопрофена.

Микроорганизмы выращивали на агари-зованном панкреатическом гидролизате рыбы в чашках Петри при 30 оС в течение 72 ч, затем трехсуточную биомассу собирали с поверхности среды, промывали 0.05 М фосфатным буфером (рН 7.0) и обрабатывали ацетоном (1:3) при перемешивании, затем центрифугировали при 6000 g. Полученный порошок высушивали при комнатной температуре.

Реакцию этерификации осуществляли в герметично закрытых флаконах при температуре 30 оС и постоянном перемешивании реакционной смеси на шейкере в течение 1—4 сут. Состав реакционной смеси: органический растворитель — изооктан 1 мл, кетопрофен — 10 мг/мл растворяли в 1 мл диэтилового эфи-

ра и вносили в объеме 0.04 мл; акцепторы ацильной группы эфиров (этилацетат, бутила-цетат, этилбутират) и бутанол вносили в объеме 0.03 мл; обезвоженная ацетоном биомасса — 50 мг/мл.

Из реакционной смеси периодически отбирали пробу для анализа продуктов трансформации.

Количественную оценку осуществляли с помощью газового хроматографа Chrom 5 с пламенно-ионизационным детектором, газ-носитель — гелий, фаза полихром-1, колонка длиной 1м, R=100 мА, At=256, программирование температуры в интервале 150—270 °С, 20 град./мин., расход гелия 30 мл/мин.

Литература

1. Rieu, J. P., Boucherle A., Cousse H., Mouzin G. // Tetrahedron.- 1986.- V. 42.- P. 4095.

2. C. Ramminger, D. Zim, V.R. Lando. // J. Braz. Chem. Soc.- 2000.- V. 11, № 2.

3. Bennetau, B.; Krempp, M.; Dunogues // J. Synth. Commun.- 1994.- V. 24.- P. 77.

4. Sonawane, H. R.; Bellur, N. S.; Ahuja, J. R.; Kulkarni, D. G. // Tetrahedron: Asymmetry.-1992.- V. 3.- P. 163.

5. Заявка 2403326 Франция, С 07 С 65/20 Способ получения 2-(3-бензоилфенил)пропионовой кислоты /Pahi F.J. Vila № 2403326; заявлено 23.12.77; Опубл. 13.04.79

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6. Vogel A. I. Practical organic chemistry.-London: Longman, 1974.- 1188 p.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.