CC BY
1954
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
6. Vogel A. I. Practical organic chemistry.-London: Longman, 1974.- 1188 p.
