本发明属于药物有机化学合成技术领域，涉及一种碳青霉烯类抗生素药物比阿培南中间体6,7-二氢-6-巯基-5h-吡唑[1,2-a][1,2,4]三唑内氯化物的合成方法。
背景技术：
比阿培南由日本lederle公司和美国氰氨公司于1989年开发的注射用碳青霉素烯类抗生素，商品名为omegacin，最早于2003年3月在日本批准上市。用于治疗由敏感细菌所引起的败血症、肺炎、肺部脓肿、慢性呼吸道疾病引起的二次感染、难治性膀胱炎、肾盂肾炎、腹膜炎、妇科附件炎等。资料显示，在抑制绿脓杆菌和厌氧菌的活性方面，比亚胺培南强2～4倍，抑制耐药绿脓杆菌活性方面，比美罗培南强4～8倍。其化学名，结构式、分子式和分子量如下所示：
化学名：6-[[(4r,5s,6s)-2-羧基-6-((1r)-1-羟乙基)-4-甲基-7-氧代-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-3-基]硫]-6,7-双氢-5h-哌唑酮[1,2-a][1,2,4]三氮杂-4-内盐；
结构式如下所示：
分子式：c15h18n4o4s
分子量：350.39
cas号：120410-24-4
比阿培南中间体(式3)为比阿培南结构的重要组成部分，其价格的高低直接决定了比阿培南的制备成本。因此，降低比阿培南中间体化合物(式3)的制备成本非常重要。
文献1(精细与专用化学品，第20卷第8期，28-35页)公开了一条路线。
该路线以水合肼为原料经缩合保护、烯丙基化、溴化、环合、硫代乙酰化、醇解、氧化二聚、脱保护、环合、还原解聚等10步反应得到目标化合物，总收率20％左右。工艺缺点是：使用烯丙基溴、溴素、溴化氢等高危试剂，同时有2步需要柱层析纯化。以上缺点决定了该工艺路线成本较高、对环境不友好。
文献2(thejournalofantibiotics,1993,46(12):1866～1882)公开了一条路线。
此路线也以水合肼为起始物料，经boc保护、环合、脱tbdms保护、羟基磺酸酯化、硫醇缩合、环合、三氟乙酸脱保护等7步反应得到目标化合物。该路线步骤虽然较短，但所用试剂昂贵、反应条件苛刻、设备要求高。如：步骤5使用正丁基锂在-78℃反应，步骤7使用昂贵并严重腐蚀设备的三氟乙酸等。因此，该路线成本较高、不适合于工业化放大。
技术实现要素：
本发明针对现有技术中存在的不足，通过实验摸索和放大研究，我们设计了一条制备“6,7-二氢-6-巯基-5h-吡唑[1,2-a][1,2,4]三唑内氯化物”的新路线，以解决现有技术中存在的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种杂环类化合物，该化合物具有式1所示的化学结构：
其中，在式1中，r为
一种杂环类化合物，该化合物具有式2所示的化学结构：
一种比阿培南中间体(式3)的合成方法，按如下路线制备：
比阿培南中间体的合成方法，详细步骤如下进行：
(1)将水合肼、环氧氯丙烷和水一起混合，于-10～30℃反应。结束后用丙酮处理过量的水合肼；再经乙酸乙酯洗涤，所得化合物2水溶液用于下步反应。
(2)将(1)所得化合物2水溶液和四氢呋喃、碳酸钾、boc酸酐于-10～10℃混合反应。反应完毕后过滤，滤饼用乙酸乙酯洗涤，水相用乙酸乙酯萃取；合并乙酸乙酯相，依次经盐酸洗、碳酸氢钠洗、食盐水洗、无水硫酸钠干燥、过滤、蒸干，得化合物3。
(3)将(2)所得化合物3和二氯甲烷、三乙胺混合，向其中滴加甲磺酰氯，于-10～10℃反应；反应结束后，加入水，搅拌，静置分层，分液，有机相依次用饱和碳酸氢钠洗、无水硫酸镁干燥、过滤、蒸干；残余物用正庚烷结晶，过滤，滤饼干燥得到化合物4。
(4)将(3)所得化合物4和硫代乙酸钾、乙腈、dmf混合，于60～100℃反应；反应结束后；向残余物中加入乙酸乙酯和水，搅拌、静置分层，分液，有机相水洗、蒸干，得到化合物5。
(5)将(4)所得化合物5和四氢呋喃混合，搅拌，加入氢氧化钾，于-10～10℃反应0.5～1小时，加入双氧水，于-10～10℃反应0.5～1小时；反应结束后，蒸干，加入二氯甲烷，搅拌，静置分层，分液；取有机相蒸干，向蒸干后残余物中乙酸乙酯和盐酸，于40～70℃反应.反应结束后，降温至0～20℃，过滤，滤饼用乙酸乙酯洗涤，得到化合物8。
(6)将(5)所得化合物8和水、碳酸氢钠、甲氧基甲亚胺盐酸盐混合，于室温反应；反应结束后，加入乙酸乙酯洗涤；向水相中加入甲醇，搅拌，过滤，蒸干；向残余物中加入甲醇，搅拌，过滤，冷却析晶，过滤，干燥得到化合物9。
(7)将(6)所得化合物9、三苯基膦、水和四氢呋喃混合，室温搅拌反应；反应结束后，加入乙酸乙酯洗涤，水相减压蒸干，加入乙醇，蒸干，再加入异丙醇，升温至回流，搅拌半小时；冷却析晶，过滤，滤饼用异丙醇重结晶一次，干燥得到式3化合物。
进一步，所述步骤(1)中水合肼和环氧氯丙烷的摩尔比为1-5：1；所述步骤(2)中化合物2和boc酸酐的摩尔比为1：1-4；所述步骤(3)中化合物3和甲磺酰氯的摩尔比为1：1-2；所述步骤(4)中化合物4和硫代乙酸钾的摩尔比为1：1-1.5。
进一步，所述步骤(5)中，化合物5与氢氧化钾、双氧水、盐酸的摩尔比为1：3-6：1-1.5：5-10；所述步骤(6)中化合物8与甲氧基甲亚胺盐酸盐的摩尔比为1：3-6；所述步骤(7)中化合物9与三苯基膦的摩尔比为1：1-3。
由于采用了以上技术，本发明较现有技术相比，具有的有益效果如下：
(1)本发明公开的一种比阿培南中间体的制备方法，所用物料和试剂价格低廉，性质温和；
(2)步骤5为一锅法，减少了后处理步骤，节约了成本；
(3)本发明仅在生成化合物4、化合物9时需经结晶纯化，其他步骤通过萃取、蒸干或过滤后直接用于后继步骤反应；
(4)本发明公开的一种比阿培南中间体的制备方法，成本低廉、绿色环保、目标产品纯度高，无苛刻反应条件。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明。
实施例1：化合物2的制备
将80％水合肼20g(0.32mol)和水80g加入到500ml四口烧瓶中，降温至10℃，控温10～30℃，滴加环氧氯丙烷24g(0.26mol)，滴加完毕，控温10～30℃，搅拌反应2小时。反应完毕，滴加丙酮60g，滴加完毕，搅拌反应30min。反应完毕，用乙酸乙酯50ml*2洗涤，保留水相。
实施例2：化合物3的制备
将上述化合物2的水相转移至500ml四口烧瓶中，加入四氢呋喃30g，碳酸钾42g(0.30mol)，搅拌降温至0℃，控温0～10℃，滴加四氢呋喃30g和boc酸酐95g(0.44mol)的混合液，滴加完毕，控温0～10℃，搅拌反应2小时，反应完毕，过滤，固体用80ml乙酸乙酯洗，滤液分层，水层用80ml乙酸乙酯萃取一次，合并有机相，用600ml*2的1n盐酸洗，600ml饱和碳酸氢钠洗，60ml饱和盐水洗，无水硫酸钠干燥，蒸馏乙酸乙酯，得粘稠液体72g。
取2g所得粘稠液体硅胶柱纯化，乙酸乙酯/石油醚＝1/10洗脱得到1.5g纯的化合物3。
核磁共振和质谱如下：
1hnmr(dmso-d6，400m)：δ＝1.42(m，6h)，2.96(m，2h)，3.21(m，2h)，5.28(m，1h),5.02(s，1h)。
ms:m/z＝288.17[m h] 。
实施例3：化合物4的制备
将70g化合物3(0.24mol)，二氯甲烷200g和三乙胺32g(0.32mol)加入到250ml四口烧瓶中，搅拌降温至0℃，控温0～10℃，滴加甲磺酰氯32g(0.28mol)，搅拌反应2小时，加入150ml水，搅拌5min，静置，分层。有机相用100ml饱和碳酸氢钠洗、无水硫酸钠干燥，过滤，滤液减压浓缩干，加入100g正庚烷，升温至回流，搅拌半小时，冷却至室温，过滤，固体室温真空干燥3小时，得80.5克化合物4。实施例1-3的总收率：84.5％。
核磁共振和质谱如下：
1hnmr(dmso-d6，400m)：δ＝1.42(m，6h)，3.21(m，2h)，2.96(m，2h)，3.16(m，3h),6.04(m，1h)。
ms:m/z＝366.15[m h] 。
实施例4：化合物5的制备
将22g化合物4(0.06mol)、硫代乙酸钾8.5g(0.07mol)、乙腈70g和dmf30g加入250ml三口瓶，升温至100℃，反应3小时，加入150ml乙酸乙酯和100g水，搅拌10分钟，静止分层，有机相用100克水洗二次，有机相蒸干得20克油状物化合物5。收率：96.2％。
核磁共振和质谱如下：
1hnmr(dmso-d6，400m)：δ＝1.42(m，6h)，2.30(m，3h)，3.44(m，2h)，3.69(m，2h),4.05(m，1h)。
ms:m/z＝346.16[m h] 。
实施例5：化合物8的制备
将20g(0.058mol)化合物5用100ml四氢呋喃溶解，降温至0℃，分批加入氢氧化钾14.4g(0.26mol)，控制温度在10℃以下，加完搅拌半小时(取1号样：5ml，柱层析分离，见实施例8“化合物6的制备”)，滴加30％双氧水7g(0.06mol)，控制温度在15℃以下，加完搅拌半小时。减压蒸除四氢呋喃，加入二氯甲烷150g和水100g，搅拌、静置、分层，蒸除二氯甲烷，加入200g乙酸乙酯，溶解(取2号样：10ml，柱层析分离，见实施例9“化合物7的制备”)，加入35g盐酸，升温至40℃，反应1小时，降温至10℃，过滤，滤饼用乙酸乙酯洗涤，得7.2g化合物8。收率：89.3％。
核磁共振和质谱如下：
1hnmr(dmso-d6，400m)：δ＝2.77(m，4h)，3.02(m，4h)，3.04(m，2h)，4.2(s，4h)。
ms:m/z＝206.07[m h] 。
实施例6：化合物9的制备
将水50g、碳酸氢钠20g、10g(0.036mol)化合物8和10g(0.091mol)甲氧基甲亚胺盐酸盐加入三口瓶，室温反应2小时。向反应液中加入50ml乙酸乙酯，搅拌、静置、分层，向水相加入50ml甲醇，搅拌、过滤，滤液减压蒸干。向残余物中加入50ml甲醇，溶解、过滤，冷却至0℃结晶4小时，过滤，滤饼于60℃减压干燥5小时，得9.76克化合物9。收率：77.0％。
核磁共振和质谱如下：
1hnmr(dmso-d6，400m)：δ＝1.40(m，2h)，1.70(m，2h)，2.50(m，2h)，3.85(m，2h)，4.10(m，2h)，8.92(s，4h)。
ms:m/z＝141.04[m h] 。
实施例7：式3化合物(6,7-二氢-6-巯基-5h-吡唑[1,2-a][1,2,4]三唑内氯化物)的制备
将20g化合物9、30g三苯基膦、12g水和12g四氢呋喃加入到100ml三口烧瓶中，室温搅拌反应4小时；加入20g乙酸乙酯洗涤，静置、分层，水相减压蒸干，加入20g乙醇，蒸干，加入100g异丙醇，升温至回流，搅拌半小时；冷却至0℃析晶4小时，过滤，滤饼用异丙醇重结晶一次并于50度真空干燥10小时，得15.2g白色固体比阿培南中间体。收率：76％。
hplc：99.15％；
分子式：c5h8cln3s；
核磁共振和质谱如下：
1hnmr(dmso-d6，400m)：δ＝1.40(m，1h)，1.70(m，1h)，2.60(m，1h)，3.85(m，1h)，4.10(m，1h)，8.92(s，2h)。
ms:m/z＝177.01[m h] 。
实施例8：化合物6的制备
取实施例5中1号样硅胶层析柱纯化，乙酸乙酯/石油醚＝1/8洗脱，得到0.5克纯的化合物6。
核磁共振和质谱如下：
1hnmr(dmso-d6，400m)：δ＝1.40(s，1h)，1.42(m，6h)，3.08(m，2h)，3.33(m，2h),3.80(m，1h)。
ms:m/z＝304.15[m h] 。
实施例9：化合物7的制备
取实施例5中2号样硅胶层析柱纯化，乙酸乙酯/石油醚＝1/15洗脱，得到0.7克纯的化合物7。
核磁共振和质谱如下：
1hnmr(dmso-d6，400m)：δ＝1.42(m，12h)，3.08(m，4h)，3.33(m，4h),3.78(m，2h)。
ms:m/z＝606.28[m h] 。
上述实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围，即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
1.一种杂环类化合物，其特征在于，该化合物具有式1所示的化学结构：
其中，在式1中，r为
2.一种杂环类化合物，其特征在于，该化合物具有式2所示的化学结构：
3.一种比阿培南中间体的制备方法，其特征在于，所述合成工艺路线如下所示：
4.根据权利要求3所述的一种比阿培南中间体的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体步骤如下：
(1)将水合肼与环氧氯丙烷混合反应后，制得化合物2；
(2)将化合物2与boc酸酐进行反应，制得化合物3；
(3)将化合物3与甲磺酰氯进行反应，制得化合物4；
(4)将化合物4与硫代乙酸钾进行反应，制得化合物5；
(5)化合物5经氢氧化钾水解、双氧水氧化、盐酸脱保护反应后，制得化合物8；
(6)将化合物8与甲氧基甲亚胺盐酸盐进行反应，制得化合物9；
(7)化合物9在三苯基膦存在下进行还原反应，即可得到如式3所示的比阿培南中间体。
5.根据权利要求4所述的一种比阿培南中间体的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中水合肼和环氧氯丙烷的摩尔比为1-5：1；所述步骤(2)中化合物2和boc酸酐的摩尔比为1：1-4；所述步骤(3)中化合物3和甲磺酰氯的摩尔比为1：1-2；所述步骤(4)中化合物4和硫代乙酸钾的摩尔比为1：1-1.5。
6.根据权利要求4所述的一种比阿培南中间体的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，化合物5与氢氧化钾、双氧水、盐酸的摩尔比为1：3-6：1-1.5：5-10；所述步骤(6)中化合物8与甲氧基甲亚胺盐酸盐的摩尔比为1：3-6；所述步骤(7)中化合物9与三苯基膦的摩尔比为1：1-3。
7.根据权利要求4所述的一种比阿培南中间体的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中混合反应的温度为-10～30℃；所述步骤(2)中混合反应的温度为-10～10℃。
8.根据权利要求4所述的一种比阿培南中间体的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中混合反应的温度为-10～10℃；所述步骤(4)中混合反应的温度为60～100℃。
9.根据权利要求4所述的一种比阿培南中间体的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中加入氢氧化钾进行水解反应，反应条件为-10～10℃下反应0.5～1小时。
10.根据权利要求4所述的一种比阿培南中间体的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中加入双氧水进行氧化反应，反应条件为-10～15℃下反应0.5～1小时。
技术总结