(Z)-2 - [(5-氨基-[1,2,4]噻二唑-3-基)-羧基-亞甲基氨基氧基]-2-甲基-丙酸叔丁酯的制備方法

周軍榮 覃秋和 芮立濤 王干 張浩波

摘要：本文探索頭孢洛扎中間體的制備方法。首先將起始物料2-（5-氨基-1，2，4-噻二唑-3-基）-2-甲氧亞氨基乙酸與甲醇進行反應得到化合物1，然后化合物1與鹽酸羥胺反應得到化合物2，其次化合物2與α-溴代異丁酸叔丁酯進行縮合反應得到化合物3，最后通過水解反應制備（Z）-2-[（5-氨基-[1，2，4]噻二唑-3-基）-羧基-亞甲基氨基氧基]-2-甲基-丙酸叔丁酯（簡稱TATD）。該產品的純度與總摩爾收率分別為99.1%、66.1%，且反應原料易得，適合工業(yè)化規(guī)模生產。

關鍵詞：制備；TATD；工業(yè)化

中圖分類號：R978文獻標志碼：A

The method for preparing （Z）-2-[（5-Amino-[1，2，4]thiadiazol-3-yl）-carboxy-methyleneaminooxy]-2-methyl-propionic acid tert-butyl ester

Zhou Jun-rong， Qin Qiu-he， Rui Li-tao， Wang Gan， and Zhang Hao-bo

（Zhejiang Dongbang Pharmaceutical Co.，Ltd.，? Linhai 317016）

Abstract This paper explored the method for? preparing ceftolozane intermediate. First， the starting material 2-（5-amino-1，2，4-thiadiazol-3-yl）-2-（methoxyimino）acetic acid was reacted with methanol to obtain compound 1. Subsequently， compound 1 was combined with the hydroxylamine hydrochloride to synthesize compound 2， and compound 2 was reacted with the t-butyl 2-bromo isobutyrate to obtain compound 3. Finally， （Z）-2- [（5-amino-[1，2，4] thiadiazol-3-yl） -carboxy-methylene aminooxy]-2-methyl-propionate tert-butyl ester （TATD） was prepared via the hydrolysis reaction. The purity and total molar yield of the product were 99.1% and 66.1%， respectively. Furthermore， the raw materials of this process were easy to obtain. The process could thus easily be scaled up to an industrial process.

Key words Prepared; TATD; Industrial

頭孢洛扎硫酸鹽是一種新型靜脈給藥的“第五代”頭孢菌素類抗生素，具有抗菌譜廣、高效以及耐受性良好的特點，對革蘭陽性菌與革蘭陰性菌均有很好的活性[1-3]，其化學結構式如圖1所示。頭孢洛扎與β-內酰胺酶抑制劑他唑巴坦組成復方靜脈注射劑，并獲得了FDA的批準上市，上市后為臨床上治療多重耐藥菌的感染提供新的選擇[4-5]。TATD作為合成新型抗生素頭孢洛扎的重要中間體，在反應過程中起到關鍵作用。因此，TATD的合成具有非常大的社會經濟效益。

目前，有關TATD的合成方法報道非常少。參閱文獻資料[6-8]，設計了一條合成TATD的新路線。與現有文獻合成路線相比，該新路線具有反應步驟相對少，操作簡便，產物易提純，可以避免使用對環(huán)境有更大影響的試劑（如溴素）。具體路線如圖2所示：

該工藝路線：首先以2-（5-氨基-1，2，4-噻二唑-3-基）-2-甲氧亞氨基乙酸與甲醇進行酯化反應得到化合物1，然后化合物1與鹽酸羥胺反應得到化合物2，化合物2與α-溴代異丁酸叔丁酯進行縮合反應得到化合物3，最后經過水解反應得到TATD。

1 實驗部分

1.1 儀器與藥品

實驗儀器 Agilent 1200/1260高效液相色譜儀[安捷倫科技（中國）有限公司]；梅特勒托利多FE28-Standard臺式pH計酸度計[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]；Varian 400-MR型核磁共振波普儀（蘇州市萊頓科學儀器有限公司）等。

主要原料2-（5-氨基-1，2，4-噻二唑-3-基）-2-甲氧亞氨基乙酸（批號：20210302，純度98.0%），購自河南威梯希化工科技有限公司）；α-溴代異丁酸叔丁酯（批號：20210216，純度98.0%，購自北京百靈威科技有限公司）；其他溶劑與試劑均購自上海國藥集團。

1.2 合成過程

1.2.1 化合物1的合成

往干凈的反應瓶中加入甲醇80 mL，并降溫至-20℃～-15℃，再將氯化亞砜8.8 g（0.074 mol，1.5 eq）緩慢滴加至甲醇溶液中，控溫在-15℃以下。將2-（5-氨基-1，2，4-噻二唑-3-基）-2-甲氧亞氨基乙酸10.0 g（0.049 mol，1 eq）加入反應液中，逐漸升溫至60℃～65℃，微回流攪拌反應2 h（展開劑為二氯甲烷：甲醇體積比=3：1，TLC跟蹤監(jiān)測反應）。反應結束后，將料液進行減壓濃縮，控溫＜40℃，濃縮至無餾分滴出，得到白色固體。加入二氯甲烷100 mL攪拌溶清，并用飽和碳酸氫鈉溶液調節(jié)pH值約7.0，靜置分層。收集有機層，并進行減壓濃縮，控溫＜40℃，濃縮至無餾分滴出，得到白色固體。將濕品置于真空干燥箱中，溫度控制35℃～40℃進行干燥。最終得到化合物1干品10.0 g，水分≤0.5%，其摩爾收率為93.5%。HPLC檢測[色譜柱：Develosil ODS-P-5?（150 mm×4.6 mm， 5 μm）；檢測波長：254 nm；柱溫：25℃]純度為99.2%。

1.2.2 化合物2的合成

常溫下，往干凈的反應瓶中加入化合物1為10.0 g（0.046 mol，1 eq），鹽酸羥胺5.2 g（0.075 mol，1.6 eq），再加入甲醇80 mL與水75 mL，攪拌溶解。逐漸升溫至70℃～80℃，微回流攪拌反應10 h（展開劑為二氯甲烷： 甲醇體積比=3：1，TLC跟蹤監(jiān)測反應）。反應結束后，將料液進行減壓濃縮，控溫＜45℃，濃縮至無餾分滴出，得到黃色油狀物。加入二氯甲烷100 mL與水80 mL，攪拌溶解，靜置分層。收集有機層，再次進行減壓濃縮，控溫＜35℃，濃縮至一定體積?？販?0℃～30℃，往料液里慢速滴加環(huán)己烷100 mL。緩慢降溫至0℃～10℃，攪拌析晶2 h。析晶結束后，進行過濾，將濕品置于真空干燥箱中，溫度控制35℃～40℃進行干燥。最終得到化合物2干品7.9 g，水分≤0.5%，其摩爾收率為84.9%，HPLC檢測[色譜柱：Develosil ODS-P-5 （150 mm×4.6 mm， 5 μm）；檢測波長：254 nm；柱溫：25℃]純度為97.3%。

1.2.3 化合物3的合成

常溫下，往干凈的反應瓶中加入化合物2為10.0 g （0.049 mol，1 eq），加入DMF 100 mL與三乙胺7.9 g （0.078 mol，1.6 eq），攪拌均勻?？販?5℃以下，緩慢滴加α-溴代異丁酸叔丁酯13.2 g（0.059 mol，1.2? eq）。滴加完畢，逐漸升溫至30℃～40℃，攪拌反應4 h（展開劑為二氯甲烷： 甲醇體積比=3：1，TLC跟蹤監(jiān)測反應）。反應結束后，加入水300 mL，并逐漸降溫至5℃～10℃，攪拌析晶1 h。析晶結束后，進行過濾，將濕品置于真空干燥箱中，溫度控制50℃～55℃進行干燥。最終得到化合物3干品15.2 g，水分≤1.0%，其摩爾收率為90.1%，HPLC檢測[色譜柱：Develosil ODS-P-5 （150 mm×4.6 mm， 5 μm）；檢測波長：254 nm；柱溫：25℃] 純度為98.7%。

1.2.4 （Z）-2-[（5-氨基-[1，2，4]噻二唑-3-基）-羧基-亞甲基氨基氧基]-2-甲基-丙酸叔丁酯（簡稱TATD）的合成

常溫下，往干凈的反應瓶中加入水50 mL與氫氧化鈉2.1 g（0.052 mol，1.8 eq）攪拌溶清。加入甲醇100 mL，攪拌均勻，并降溫至25℃。將化合物3為10.0 g（0.029 mol，1 eq）加入反應瓶中，并逐漸升溫至30℃～40℃，攪拌反應2 h（展開劑為二氯甲烷： 甲醇體積比=3：1，TLC跟蹤監(jiān)測反應）。反應結束后，將反應體系降溫至20℃～25℃，加入二氯甲烷150 mL與水150 mL，攪拌洗滌10 min，靜置分層。收集水層物料，并降溫至15℃～20℃，用10%鹽酸調節(jié)pH值為3.5～4.0，析出少量固體，養(yǎng)晶1 h。析出較多固體，繼續(xù)用10%鹽酸調節(jié)pH值為1.5～2.0，控溫15℃～20℃，攪拌析晶2 h。析晶結束后，進行過濾，將濕品置于真空干燥箱中，溫度控制45℃～50℃進行干燥。最終得到8.9 g TATD，水分≤0.5%，摩爾收率為92.4%，HPLC檢測[色譜柱：Develosil ODS-P-5 （150 mm×4.6 mm， 5 μm）；檢測波長：254 nm；柱溫：25℃]純度為99.1%；1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ（ppm）：3.95（s，2H，NH2），1.64（s，6H，CH3），1.46（d，9H，CH3）。

2 分析討論

2.1 化合物1的合成

該步驟是將2-（5-氨基-1，2，4-噻二唑-3-基）-2-甲氧亞氨基乙酸與甲醇進行酯化反應得到化合物1，加入氯化亞砜的目的是將羧酸反應生成酰氯，使酯化反應更加容易進行。因此，考察氯化亞砜的用量比較關鍵，對應的化合物1純度及摩爾收率見表1。由表1可以看出，當氯化亞砜與2-（5-氨基-1，2，4-噻二唑-3-基）-2-甲氧亞氨基乙酸的摩爾比在1.3～1.5：1.0的改變過程中，產品的純度及收率基本隨氯化亞砜的用量增加而提高。但當摩爾比為1.5～1.7：1.0時，其目標產物的收率以及純度的變化不明顯，純度均為99.0%左右，摩爾收率約93.0%。綜合考慮，氯化亞砜與2-（5-氨基-1，2，4-噻二唑-3-基）-2-甲氧亞氨基乙酸的最佳摩爾比為1.5：1.0。

2.2 化合物2的合成

該步驟是將化合物1與鹽酸羥胺進行取代反應得到化合物2，考察鹽酸羥胺的用量對于反應的影響也是比較重要的，具體的實驗數據見表2。由表2的結果看出，隨著鹽酸羥胺的用量為1.3當量增加至1.6當量時，化合物2的純度及摩爾收率也隨之逐漸增加，其中摩爾收率從77.1%提升至84.9%，變化幅度較大，純度從96.3%提高至97.3%。而當鹽酸羥胺的用量1.6～1.9：1.0時，化合物2的純度及摩爾收率變化較小。綜合考慮，鹽酸羥胺與化合物1的最佳摩爾比為1.6：1.0。

實驗過程發(fā)現，析晶溶劑對于產物化合物2的純度、摩爾收率及外觀顏色的影響非常明顯，因此考察溶劑的選擇也比較關鍵，具體情況見附表3。由表3的數據觀察到，選擇溶劑環(huán)己烷的效果最佳，收率及純度均較高，分別為84.9%與97.3%，而且化合物2的外觀顏色為淡黃色。

2.3 化合物3的合成

該步驟是將α-溴代異丁酸叔丁酯與化合物2進行縮合反應得到化合物3，由于α-溴代異丁酸叔丁酯活性較大，可能與化合物2結構上的羥基或者氨基同時進行反應，直接影響產物的純度及摩爾收率，因此考察α-溴代異丁酸叔丁酯的用量是非常有必要的，具體實驗數據見表4。觀察表4的結果可知，當α-溴代異丁酸叔丁酯用量過少時，會直接影響化合物3的摩爾收率，其用量從1.2當量減少至1.0當量，摩爾收率從90.1%下降至78.4%；但當α-溴代異丁酸叔丁酯用量過大時，導致過多的α-溴代異丁酸叔丁酯與化合物2結構上的氨基進行縮合反應，并產生相應的雜質影響化合物3的純度，其用量從1.2當量增加至1.5當量，純度從98.7%下降至94.3%。綜合考慮，α-溴代異丁酸叔丁酯與化合物2的最佳摩爾比為1.2：1.0。

2.4 （Z）-2-[（5-氨基-[1，2，4]噻二唑-3-基）-羧基-亞甲基氨基氧基]-2-甲基-丙酸叔丁酯（簡稱TATD）的合成該步驟是將化合物3在堿性條件下進行水解反應得到TATD，反應過程的后期是將鈉鹽水溶液經過稀鹽酸調節(jié)pH值進行析晶，考察析晶pH值對反應結果的影響是比較關鍵的，具體實驗數據見表5。從表5的實驗結果可知，當析晶pH值為1.5～2.0時，純度為99.1%，摩爾收率為92.4%，純度及摩爾收率均較高，將pH值調節(jié)為1.0～1.5，酸性增強時，純度為98.7%，摩爾收率下降至87.3%，原因是酸性過強，可能形成氨基鹽酸鹽溶于水中，導致物料收率明顯下降。當pH值逐漸調節(jié)至2.0～3.0，其純度變化不明顯，摩爾收率也下降至82.2%，原因是過多的鈉鹽還未形成羧酸化合物析出，導致產物的收率降低。綜合考慮，析晶的最佳pH值為1.5～2.0。

3 結論

本論文主要闡述了一種全新的TATD合成工藝：首先以2-（5-氨基-1，2，4-噻二唑-3-基）-2-甲氧亞氨基乙酸與甲醇進行酯化反應得到化合物1，然后化合物1與鹽酸羥胺反應得到化合物2，其次化合物2與α-溴代異丁酸叔丁酯進行縮合反應得到化合物3，最后經過水解反應得到TATD。該工藝制備的產品純度與收率都比較高，且反應原料易得，適合工業(yè)化規(guī)模生產，具有非常大的社會經濟效益。

參 考 文 獻

[1]石克金， 陳林， 任鳳英， 等. 新型廣譜頭孢菌素ceftolozane[J]. 中國抗生素雜志， 2016， 41（5）： 321-327.

[2]Jonathan C C， Fiorenza M A， Estrada S J. C-eftolozane/tazobactam： A novel cephalosporin/β-lact-amase inhibitor combination[J]. Pharmacotherapy， 2015， 35（7）： 701-715.

[3]Moya B， Zamorano L， Juan C， et al. Activity of a new cephalosporin， CXA-101（FR264205）， against β-lactam-resistant Pseudomonas aeruginosa mutants selected in vitro and after antipseudomona-l treatment of intensive care unit patients[J]. Antimicrob Agents Chemother， 2010， 54（3）： 1213-1217.

[4]Moya B， Beceiro A， Cabot G， et al. Pan-β-la-ctam resistance development in Pseudomonas aeru-ginosa clinical strains： Molecular mechanisms， penicillin-binding protein profiles， and binding affinities[J]. Antimicrob Agents Chemother， 2012， 56（9）： 4771-4778.

[5]閆薈羽， 曲曉宇， 李艷嬌， 等. 新型抗菌藥物ceftolozane/tazobactam的研究進展[J]. 中國藥房， 2016， 27（29）： 4171-4173.

[6]周軍榮， 張佳， 江東， 等. 頭孢洛扎的7-位側鏈噻二唑衍生物TATD的制備方法[J]. 中國抗生素雜志， 2019， 44（9）： 1054-1059.

[7]W.卡布里， G. 波齊， F. 奧利瓦， 等. 制備頭孢菌素側鏈的方法： CN， 1309713C[P]. 2007-04-11.

[8]厲昆， 江海波， 陳亮， 等. 一種新頭孢側鏈中間體的合成方法： CN， 103232405B[P]. 2014-12-17.