專利名稱：普瑞巴林和相關化合物的制備的制作方法
背景技術：
發(fā)明領域本發(fā)明涉及通過酶動力學拆分制備對映體-富集的γ-氨基酸的方法和材料，尤其適用于制備表現出對人α2δ鈣通道亞基的結合親和力的γ-氨基酸，包括普瑞巴林和相關化合物。
討論普瑞巴林，(S)-(+)-3-氨基甲基-5-甲基-己酸，與內源的抑制性神經遞質γ-氨基丁酸(GABA)有關，后者參與腦神經元活性的調節(jié)。普瑞巴林表現出抗癲癇發(fā)作活性，如R.B.Silverman等的美國專利號5,563,175中所討論的，且被認為可以用于治療，除了其它狀況以外，疼痛，與精神運動興奮劑有關的生理狀況，炎癥，胃腸損傷，酒精中毒，失眠和多種精神病學障礙，包括躁狂癥和雙相性精神障礙。分別見，L.Bueno等的美國專利號6,242,488，L.Magnus酶C.A.Segal的美國專利號6,326,374，和L.Singh的美國專利號6,001,876；H.C.Akunne等的美國專利號6,194,459；D.Schrier等的美國專利號6,329,429；L.Bueno等的美國專利號6,127,418；L.Bueno等的美國專利號6,426,368；L.Magnus&C.A.Segal的美國專利號6,306,910；和A.C.Pande的美國專利號6,359,005，以它們的整體并為所有目的將它們并入本文中引作參考。
已經以多種方式制備了普瑞巴林。典型地，合成3-氨基甲基-5-甲基-己酸的外消旋混合物，并隨后拆分成它的R-和S-對映體。這樣的方法可以采用疊氮化物中間體，丙二酸酯中間體，或霍夫曼合成。分別見，R.B.Silverman等的美國專利號5,563,175；T.M.Grote等的美國專利號6,046,353，5,840,956,和5,637,767；和B.K.Huckabee&D.M.Sobieray的美國專利號5,629,447和5,616,793，以它們的整體并為所有目的將它們并入本文作為參考。在這些方法中的每一種中，使外消旋物與手性酸(拆分劑)反應，形成一對非對映異構的鹽，將其通過已知的技術分離，例如分級結晶法和色譜法。這些方法因而包含明顯超過外消旋物的制備的加工，其與拆分劑一起，增加到生產成本中。而且，經常丟棄不希望的R-對映體，因為它不能有效地再利用，從而使方法的有效產量減少了50％。
還已經使用手性助劑(4R，5S)-4-甲基-5-苯基-2-唑烷酮，直接合成了普瑞巴林。見例如，R.B.Silverman等的美國專利號6,359,169，6,028,214，5,847,151，5,710,304，5,684,189，5,608,090和5,599,973，以它們的整體并為所有目的將它們并入本文作為參考。盡管這些方法提供了高對映體純度的普瑞巴林，但它們不太合乎大規(guī)模合成的需要，因為它們采用比較昂貴的難以處理的試劑(例如，手性助劑)，以及用于達到需要的操作溫度(其可以低至-78℃)的特殊低溫設備。
最近公開的美國專利申請討論了制備普瑞巴林的方法，其通過氰基-取代的烯烴的不對稱氫化，生產(S)-3-氨基甲基-5-甲基己酸的手性氰基前體。見共同轉讓的2003年11月13日公開的Burk等的美國專利申請?zhí)?003/0212290A1，以其整體為所有目的將其并入本文作為參考。隨后還原氰基前體，生成普瑞巴林。不對稱的氫化采用手性的催化劑，該催化劑包含結合到雙膦配體上的過渡金屬，例如(R，R)-Me-DUPHOS。該方法導致相對于(R)-3-(氨基甲基)-5-甲基己酸實質上富集普瑞巴林。
在美國專利申請?zhí)?003/0212290A1中討論的方法代表著商業(yè)上可行的制備普瑞巴林的方法，但是因各種原因，可能需要進一步的改進。例如，經常難以制備雙膦配體，包括專有的配體(R，R)-Me-DUPHOS，因為它們具有2個手性中心，這會增加它們的成本。而且，不對稱的氫化需要使用能處理H2的特殊設備，這會增加資本成本。
發(fā)明簡述本發(fā)明提供了用于制備對映體富集的γ-氨基酸(式1)例如普瑞巴林(式9)的材料和方法。本發(fā)明的方法包含，使用適于對映選擇性地水解中間體的酯部分的酶，動力學拆分外消旋的氰基二酯中間體(式4或式12)。得到的實質上對映純的二羧酸單酯(式3或式11)，經歷進一步的反應，生成需要的對映體-富集的γ-氨基酸(式1或式9)。來自動力學拆分的未反應的對映體(式5或式13)，可以在外消旋化后的酶法拆分中再使用，從而提高總產率。
要求保護的方法提供了明顯超過現有的制備對映體-富集的γ-氨基酸(式1和式9)的方法的優(yōu)點。例如，無需使用手性助劑或專有的氫化催化劑，這會產生更低的單位成本，可以制備旋光活性的γ-氨基酸。由于酶方法可以在室溫和大氣壓下進行，要求保護的方法有助于使由于使用能處理高壓和低溫的專門設備而產生的計劃安排沖突最小化。如實施例中指出的，本發(fā)明可以用于在未反應的對映體(式13)的單批再循環(huán)后，從外消旋的氰基-取代的二酯(式12)開始，以良好的產率(26％至31％)制備普瑞巴林。這解釋為，與上面所述的丙二酸酯方法相比，物品成本節(jié)省了約50％。
本發(fā)明的一個方面提供了制備式1化合物、或其藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物的方法， 其中R1和R2不同，且各自獨立地選自氫原子，C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，和被取代的C3-12環(huán)烷基，該方法包含(a)使式2化合物或其鹽與酸和水反應，
生成式1化合物或其鹽；和(b)任選地將式1化合物或其鹽轉化成藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物，其中式2中的R1和R2與在式1中的定義相同。
本發(fā)明的另一個方面提供了制備上面的式1化合物的方法，該方法包含(a)還原式6化合物或其鹽的氰基部分， 生成式7化合物或其鹽， (b)使式7化合物或其鹽脫羧基，生成式1化合物或其鹽；和(c)任選地將式1化合物或其鹽轉化成藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物，其中式6和式7中的R1和R2與上面在式1中的定義相同。
通過水解式3化合物或其鹽，可以制備上面的式6化會物， 其中式3中的R1和R2與上面在式1中的定義相同，且R3是C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，或芳基-C1-6烷基。
本發(fā)明的另一個方面提供了制備上面的式1化合物的方法，該方法包含(a)還原式8化合物或其鹽的氰基部分， 生成式1化合物或其鹽；和(b)任選地將式1化合物或其鹽轉化成藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物，其中式8中的R1和R2與上面在式1中的定義相同，且式8中的R5是氫原子，C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基或芳基-C1-6烷基。
通過使上面的式3化合物或其鹽脫羧基，或通過水解式3化合物或其鹽和使其脫羧基，生成式8化合物或其鹽，可以制備式8化合物。
本發(fā)明的另一個方面提供了制備上面的式3化合物或其鹽的方法，該方法包含(a)使式4化合物接觸酶， 生成式3化合物和式5化合物， 其中該酶適于對映選擇性地將式4化合物水解成式3化合物或其鹽；
(b)分離式3化合物或其鹽；和(c)任選地外消旋式5化合物，生成式4化合物，其中式4和式5中的R1，R2和R3與上面在式1和式3中的定義相同；且式4和式5中的R4與R3相同或不同，且為C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基或芳基-C1-6烷基。
可以使用任意數量的酶，對映選擇性地將式4化合物水解成式3化合物或其鹽。有用的酶包括脂肪酶，例如源自疏棉狀嗜熱絲孢茵(Thermomyces lanuginosus)的那些。
本發(fā)明的另一個方面提供了由上面的式2所代表的化合物，包括其復合物、鹽、溶劑化物或水合物，條件是，當式2中由R1或R2代表的取代基之一是氫時，另一個取代基不是C1-3烷基或C5烷基。
本發(fā)明的另一個方面提供了式27化合物， 包括其復合物、鹽、溶劑化物或水合物，其中R1和R2不同，且各自獨立地選自氫原子，C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基和被取代的C3-12環(huán)烷基，條件是，當由R1或R2代表的取代基之一是氫原子時，另一個取代基不是甲基；和R5和R6獨立地選自氫原子，C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基或芳基-C1-6烷基，條件是，R5和R6如果不是氫原子，則它們不同。
式27化合物包括由上面的式3，式4，式5，式6和式7代表的那些，包括它們的復合物、鹽、溶劑化物或水合物。有用的式2-7和27的化合物包括其中R1是氫原子，且R2是異丁基的那些。
本發(fā)明的另一個方面提供了制備式9化合物或其藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物的方法，
該方法包含(a)使式10化合物或其鹽與酸和水反應， 生成式9化合物或其鹽；和(b)任選地將式9化合物或其鹽轉化成藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物。
本發(fā)明的另一個方面提供了制備上面的式9化合物或其藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物的方法，該方法包含(a)還原式14化合物或其鹽的氰基部分， 生成式15化合物， 或其鹽；(b)使式15化合物或其鹽脫羧基，生成式9化合物或其鹽；和(c)任選地將式9化合物或其鹽轉化成藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物。
通過水解式11化合物或其鹽，可以制備上面的式14化合物， 其中式11中的R3與上面在式3中的定義相同。
本發(fā)明的另一個方面提供了制備上面的式9化合物或其藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物的方法，該方法包含(a)還原式16化合物或其鹽的氰基部分， 生成式9化合物或其鹽；和(b)任選地將式9化合物或其鹽轉化成藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物，其中式16中的R5與上面在式8中的定義相同。
通過使上面的式11化合物或其鹽脫羧基(例如，通過加熱)，或通過水解式11化合物或其鹽并使其脫羧基，可以制備式16化合物。
本發(fā)明的另一個方面提供了制備上面的式11化合物或其鹽的方法，該方法包含(a)使式12化合物接觸酶， 生成式11化合物和式13化合物，
其中該酶適于對映選擇性地將式12化合物水解成式11化合物或其鹽；(b)分離式11化合物或其鹽；和(c)任選地外消旋式13化合物，生成式12化合物，其中式12和式13中的R3與上面在式3中的定義相同；且式12和式13中的R4與R3相同或不同，且為C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基或芳基-C1-6烷基。
在制備式11化合物的方法中，式11化合物的對應鹽包括選自下述的那些堿金屬鹽，例如鉀鹽；伯胺鹽，例如叔丁胺鹽；和仲胺鹽。而且，有用的酶包括脂肪酶，例如源自疏棉狀嗜熱絲孢菌的那些。
本發(fā)明的另一個方面提供了選自下述的化合物3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸，(3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸，(2S，3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸，(2R，3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸，3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯，(R)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯，4-異丁基-2-氧代-吡咯烷-3-甲酸，(S)-4-異丁基-2-氧代-吡咯烷-3-甲酸，3-氰基-2-羧基-5-甲基-己酸，(S)-3-氰基-2-羧基-5-甲基-己酸，3-氨基甲基-2-羧基-5-甲基-己酸，和(S)-3-氨基甲基-2-羧基-5-甲基-己酸，包括其復合物、鹽、溶劑化物和水合物和其相反的對映體。
本發(fā)明包括所公開的化合物的所有復合物和鹽，無論是否是藥學上可接受的，溶劑化物，水合物和多晶型物。某些化合物可以含有鏈烯基或環(huán)狀基團，這樣順/反(或Z/E)立體異構體是可能的，或可以含有酮或肟基團，這樣可能發(fā)生互變異構。在這樣的情況下，本發(fā)明通常包括所有Z/E異構體和互變異構形式，無論它們是純的，實質上純的，還是混合物。
附圖簡述

圖1描述了制備對映體-富集的γ-氨基酸(式1)的方案。
圖2描述了制備氰基-取代的二酯(式4)的方案。
詳細描述定義和縮寫除非另有說明，本公開使用下面提供的定義。有些定義和公式可能包含破折號(“-”)，以指示原子之間的鍵或與命名的或未命名的原子或原子組的結合點。其它定義和公式可能包含等號(“＝”)或衡等標識(“≡”)，以分別指示雙鍵或三鍵。某些公式還可能包含一個或多個星號(“*”)，以指示立體生成(stereogenic)(不對稱的或手性的)中心，盡管星號的缺失不表明該化合物缺少立體中心。這樣的公式可以指外消旋物或單個的對映體或單個的非對映體，其可以是或可以不是純的或實質上純的。
“被取代的”基團是其中一個或多個氫原子被替換為一個或多個非氫基團的那些，條件是，滿足化合價要求，且取代產生化學穩(wěn)定的化合物。
當與可測量的數字變量聯合使用時，“約”或“大約”指變量的指示值，也指在指示值的實驗誤差內(例如，在平均值的95％置信區(qū)間內)或在指示值±10％內(無論哪一個更大)的變量的所有值。
“烷基”指直鏈和分支的飽和烴基，其通常具有指定數目的碳原子(即，C1-6烷基指具有1，2，3，4，5或6個碳原子的烷基，且C1-12烷基指具有1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11或12個碳原子的烷基)。烷基的實例包括，但不限于，甲基，乙基，正丙基，異丙基，正丁基，仲丁基，異丁基，叔丁基，戊-1-基，戊-2-基，戊-3-基，3-甲基丁-1-基，3-甲基丁-2-基，2-甲基丁-2-基，2，2，2-三甲基乙-1-基，正己基，等。
“鏈烯基”指直鏈和分支的烴基，其具有一個或多個不飽和的碳-碳鍵，且通常具有指定數目的碳原子。鏈烯基的實例包括，但不限于，乙烯基，1-丙烯-1-基，1-丙烯-2-基，2-丙烯-1-基，1-丁烯-1-基，1-丁烯-2-基，3-丁烯-1-基，3-丁烯-2-基，2-丁烯-1-基，2-丁烯-2-基，2-甲基-1-丙烯-1-基，2-甲基-2-丙烯-1-基，1，3-丁二烯-1-基，1，3-丁二烯-2-基，等。
“炔基”指直鏈或分支的烴基，其具有一個或多個三碳-碳鍵，且通常具有指定數目的碳原子。炔基的實例包括，但不限于，乙炔基，1-丙炔-1-基，2-丙炔-1-基，1-丁炔-1-基，3-丁炔-1-基，3-丁炔-2-基，2-丁炔-1-基，等。
“烷?；焙汀巴轷；被狈謩e指烷基-C(O)-和烷基-C(O)-NH-，其中烷基如上所定義，且通常包含指定數目的碳原子，包括羰基碳。烷酰基的實例包括，但不限于，甲?；阴；?，丙酰基，丁酰基，戊?；乎；?。
“烯?；焙汀叭蝉；狈謩e指鏈烯基-C(O)-和炔基-C(O)-，其中鏈烯基和炔基如上所定義。提及烯?；腿蝉；ǔ０付〝的康奶荚?，不包括羰基碳。烯?；膶嵗ǎ幌抻?，丙烯?；?，2-甲基丙烯?；?-丁烯?；?，3-丁烯?；?，2-甲基-2-丁烯?；?-甲基-3-丁烯?；?，3-甲基-3-丁烯?；?，2-戊烯?；?-戊烯?；?-戊烯?；?，等。炔?；膶嵗ǎ幌抻?，丙炔?；?，2-丁炔?；?-丁炔?；?-戊炔?；?-戊炔?；?-戊炔?；?，等。
“烷氧基”、“烷氧基羰基”和“烷氧基羰基氨基，”分別指烷基-O-，鏈烯基-O，和炔基-O；指烷基-O-C(O)-，鏈烯基-O-C(O)-，炔基-O-C(O)-；和指烷基-O-C(O)-NH-，鏈烯基-O-C(O)-NH-，和炔基-O-C(O)-NH-，其中烷基，鏈烯基，和炔基如上所定義。烷氧基的實例包括，但不限于，甲氧基，乙氧基，正丙氧基，異丙氧基，正丁氧基，仲丁氧基，叔丁氧基，正戊氧基，仲戊氧基，等。烷氧基羰基的實例包括，但不限于，甲氧羰基，乙氧羰基，正丙氧基羰基，異丙氧基羰基，正丁氧基羰基，仲丁氧基羰基，叔丁氧基羰基，正戊氧基羰基，仲戊氧基羰基，等。
“烷基氨基，”“烷基氨基羰基，”“二烷基氨基羰基，”“烷基磺?；薄盎酋；被榛?，”和“烷基磺?；被驶狈謩e指烷基-NH-，烷基-NH-C(O)-，烷基2-N-C(O)-，烷基-S(O2)-，HS(O2)-NH-烷基-，和烷基-S(O)-NH-C(O)-，其中烷基如上所定義。
“氨基烷基”和“氰基烷基”分別指NH2-烷基和N≡C-烷基，其中烷基如上所定義。
“鹵代”、“鹵素”和“鹵素代”可互換地使用，且指氟代，鹵代，溴代，和碘代。
“鹵代烷基，”“鹵代鏈烯基，”“鹵代炔基，”“鹵代烷酰基，”“鹵代烯?；?，”“鹵代炔酰基，”“鹵代烷氧基，”和“鹵代烷氧基羰基”分別指被一個或多個鹵素原子取代的烷基，鏈烯基，炔基，烷?；?，烯?；?，炔?；?，烷氧基，和烷氧基羰基，其中烷基，鏈烯基，炔基，烷?；；蝉；?，烷氧基，和烷氧基羰基如上所定義。鹵代烷基的實例包括，但不限于，三氟甲基，三氯甲基，五氟乙基，五氯乙基，等。
“羥烷基”和“氧代烷基”分別指HO-烷基和O＝烷基，其中烷基如上所定義。羥烷基和氧代烷基的實例包括，但不限于，羥甲基，羥乙基，3-羥丙基，氧代甲基，氧代乙基，3-氧代丙基，等。
“環(huán)烷基”指飽和的單環(huán)的和雙環(huán)的烴環(huán)，其通常具有指定數目的成環(huán)碳原子(即，C3-7環(huán)烷基指具有3，4，5，6或7個作為環(huán)成員的碳原子的環(huán)烷基)。環(huán)烷基可以在任意的環(huán)原子處結合到母體基團或底物上，除非這樣的結合會違反化合價要求。同樣地，環(huán)烷基可以包含一個或多個非氫的取代基，除非這樣的取代會違反化合價要求。有用的取代基包括，但不限于，烷基，鏈烯基，炔基，鹵代烷基，鹵代鏈烯基，鹵代炔基，烷氧基，烷氧基羰基，烷?；?，和鹵代，如上所定義的，和羥基，巰基，硝基，和氨基。
單環(huán)的環(huán)烷基的實例包括，但不限于，環(huán)丙基，環(huán)丁基，環(huán)戊基，環(huán)己基，等。雙環(huán)的環(huán)烷基的實例包括，但不限于，雙環(huán)[1.1.0]丁基，雙環(huán)[1.1.1]戊基，雙環(huán)[2.1.0]戊基，雙環(huán)[2.1.1]己基，雙環(huán)[3.1.0]己基，雙環(huán)[2.2.1]庚基，雙環(huán)[3.2.0]庚基，雙環(huán)[3.1.1]庚基，雙環(huán)[4.1.0]庚基，雙環(huán)[2.2.2]辛基，雙環(huán)[3.2.1]辛基，雙環(huán)[4.1.1]辛基，雙環(huán)[3.3.0]辛基，雙環(huán)[4.2.0]辛基，雙環(huán)[3.3.1]壬基，雙環(huán)[4.2.1]壬基，雙環(huán)[4.3.0]壬基，雙環(huán)[3.3.2]癸基，雙環(huán)[4.2.2]癸基，雙環(huán)[4.3.1]癸基，雙環(huán)[4.4.0]癸基，雙環(huán)[3.3.3]十一烷基，雙環(huán)[4.3.2]十一烷基，雙環(huán)[4.3.3]十二烷基，等，其可以在任意的環(huán)原子處結合到母體基團或底物上，除非這樣的結合會違反化合價要求。
“環(huán)烯基”指單環(huán)的和雙環(huán)的烴環(huán)，其具有一個或多個不飽和的碳-碳鍵，且通常具有指定數目的成環(huán)碳原子(即，C3-7環(huán)烯基指具有3，4，5，6或7個作為環(huán)成員的碳原子的環(huán)烯基)。環(huán)烯基可以在任意的環(huán)原子處結合到母體基團或底物上，除非這樣的結合會違反化合價要求。同樣地，環(huán)烯基可以包含一個或多個非氫的取代基，除非這樣的取代會違反化合價要求。有用的取代基包括，但不限于，烷基，鏈烯基，炔基，鹵代烷基，鹵代鏈烯基，鹵代炔基，烷氧基，烷氧基羰基，烷?；?，和鹵代，如上所定義的，和羥基，巰基，硝基，和氨基。
“環(huán)烷?；焙汀碍h(huán)烯酰基”分別指環(huán)烷基-C(O)-和環(huán)烯基-C(O)-，其中環(huán)烷基和環(huán)烯基如上所定義。提及環(huán)烷?；铜h(huán)烯?；ǔ０付〝的康奶荚樱话驶?。環(huán)烷?；膶嵗?，但不限于，環(huán)丙?；h(huán)丁?；?，環(huán)戊酰基，環(huán)己?；?，環(huán)庚?；?，1-環(huán)丁烯酰基，2-環(huán)丁烯?；?，1-環(huán)戊烯?；?，2-環(huán)戊烯酰基，3-環(huán)戊烯酰基，1-環(huán)己烯酰基，2-環(huán)己烯?；?-環(huán)己烯?；?。
“環(huán)烷氧基”和“環(huán)烷氧基羰基”分別指環(huán)烷基-O-和環(huán)烯基-O和指環(huán)烷基-O-C(O)-和環(huán)烯基-O-C(O)-，其中環(huán)烷基和環(huán)烯基如上所定義。提及環(huán)烷氧基和環(huán)烷氧基羰基通常包含指定數目的碳原子，不包括羰基碳。環(huán)烷氧基的實例包括，但不限于，環(huán)丙氧基，環(huán)丁氧基，環(huán)戊氧基，環(huán)己氧基，1-環(huán)丁烯氧基，2-環(huán)丁烯氧基，1-環(huán)戊烯氧基，2-環(huán)戊烯氧基，3-環(huán)戊烯氧基，1-環(huán)己烯氧基，2-環(huán)己烯氧基，3-環(huán)己烯氧基，等。環(huán)烷氧基羰基的實例包括，但不限于，環(huán)丙氧基羰基，環(huán)丁氧基羰基，環(huán)戊氧基羰基，環(huán)己氧基羰基，1-環(huán)丁烯氧基羰基，2-環(huán)丁烯氧基羰基，1-環(huán)戊烯氧基羰基，2-環(huán)戊烯氧基羰基，3-環(huán)戊烯氧基羰基，1-環(huán)己烯氧基羰基，2-環(huán)己烯氧基羰基，3-環(huán)己烯氧基羰基，等。
“芳基”和“亞芳基”分別指單價的和雙價的芳族基，包括含有0-4個獨立地選自氮、氧和硫的雜原子的5-和6-元單環(huán)芳族基。單環(huán)芳基的實例包括，但不限于，苯基，吡咯基，呋喃基，噻吩基，噻唑基，異噻唑基，咪唑基，三唑基，四唑基，吡唑基，唑基，異唑基，吡啶基，吡嗪基，噠嗪基，嘧啶基，等。芳基和亞芳基也包括雙環(huán)基團，三環(huán)基團等，包括稠合的上述5-和6-元環(huán)。多環(huán)芳基的實例包括，但不限于，萘基，聯苯基，蒽基，芘基，咔唑基，苯并唑基，苯并二唑基，苯并噻唑基，苯并咪唑基，苯并噻吩基，喹啉基，異喹啉基，吲哚基，苯并呋喃基，嘌呤基，吲哚嗪基，等。這些芳基和亞芳基可以在任意的環(huán)原子處結合到母體基團或底物上，除非這樣的結合會違反化合價要求。同樣地，芳基和亞芳基可以包含一個或多個非氫的取代基，除非這樣的取代會違反化合價要求。有用的取代基包括，但不限于，烷基，鏈烯基，炔基，鹵代烷基，鹵代鏈烯基，鹵代炔基，環(huán)烷基，環(huán)烯基，烷氧基，環(huán)烷氧基，烷?；?，環(huán)烷?；?，環(huán)烯?；?，烷氧基羰基，環(huán)烷氧基羰基，和鹵代，如上所定義的，和羥基，巰基，硝基，氨基，和烷基氨基。
“雜環(huán)”和“雜環(huán)基”指飽和的、部分不飽和的、或不飽和的單環(huán)的或雙環(huán)，其分別具有5-7或7-11個環(huán)成員。這些基團具有由碳原子和1-4個獨立地選自氮、氧或硫的雜原子組成的環(huán)成員，且可以包含任意的雙環(huán)基團，其中任一個上面定義的單環(huán)雜環(huán)稠合到苯環(huán)上。氮和硫雜原子可以任選地被氧化。雜環(huán)可以在任意的雜原子或碳原子處結合到母體基團或底物上，除非這樣的結合會違反化合價要求。同樣地，碳或氮環(huán)成員中的任一個可以包含非氫的取代基，除非這樣的取代會違反化合價要求。有用的取代基包括，但不限于，烷基，鏈烯基，炔基，鹵代烷基，鹵代鏈烯基，鹵代炔基，環(huán)烷基，環(huán)烯基，烷氧基，環(huán)烷氧基，烷?；?，環(huán)烷酰基，環(huán)烯酰基，烷氧基羰基，環(huán)烷氧基羰基，和鹵代，如上所定義的，和羥基，巰基，硝基，氨基，和烷基氨基。
雜環(huán)的實例包括，但不限于，吖啶基，吖辛基因，苯并咪唑基，苯并呋喃基，苯并硫代呋喃基，苯并苯硫基，苯并唑基，苯并噻唑基，苯并三唑基，苯并四唑基，苯并異唑基，苯并異噻唑基，苯并咪唑啉基，咔唑基，4aH-咔唑基，咔啉基，苯并二氫吡喃基，苯并吡喃基，1，2-二氮雜萘基，十氫喹啉基，2H，6H-1，5，2-二噻嗪基，二氫呋喃并[2，3-b]四氫呋喃，呋喃基，呋咱基，咪唑烷基，咪唑啉基，咪唑基，1H-吲唑基，假吲哚基(indolenyl)，二氫吲哚基，吲哚嗪基，吲哚基，3H-吲哚基，異苯并呋喃基，異苯并二氫吡喃基，異吲唑基，異二氫吲哚基，異吲哚基，異喹啉基，異噻唑基，異唑基，嗎啉基，萘啶基，八氫異喹啉基，二唑基，1，2，3-二唑基，1，2，4-二唑基，1，2，5-二唑基，1，3，4-二唑基，唑烷基，唑基，唑烷基，嘧啶基，菲啶基，鄰二氮雜菲基，吩嗪基，吩噻嗪基，吩噻嗪基(phenoxathiinyl)，吩嗪基，酞嗪基，哌嗪基，哌啶基，蝶啶基，嘌呤基，吡喃基，吡嗪基，吡唑烷基，吡唑啉基，吡唑基，噠嗪基，吡啶并唑，吡啶并咪唑，吡啶并噻唑，吡啶基，吡啶基，嘧啶基，吡咯烷基，吡咯啉基，2H-比咯基，吡咯基，喹唑啉基，喹啉基，4H-喹嗪基，喹啉基，奎寧環(huán)基，四氫呋喃基，四氫異喹啉基，四氫喹啉基，6H-1，2，5-噻二嗪基，1，2，3-噻二唑基，1，2，4-噻二唑基，1，2，5-噻二唑基，1，3，4-噻二唑基，噻蒽基，噻唑基，噻吩基，噻吩并噻唑基，噻吩并唑基，噻吩并咪唑基，苯硫基，三嗪基，1，2，3-三唑基，1，2，4-三唑基，1，2，5-三唑基，1，3，4-三唑基，和呫噸基。
“雜芳基”和“雜亞芳基”分別指單價的和雙價的雜環(huán)或雜環(huán)基，如上所定義的，其是芳族的。雜芳基和雜亞芳基分別代表著芳基和亞芳基的子集。
“芳基烷基”和“雜芳基烷基”分別指芳基-烷基和雜芳基-烷基，其中芳基，雜芳基，和烷基如上所定義。實例包括，但不限于，芐基，芴基甲基，咪唑-2-基-甲基，等。
“芳基烷?；薄半s芳基烷?；?，”“芳基烯?；?，”“雜芳基烯?；?，”“芳基炔酰基，”和“雜芳基炔酰基”分別指芳基-烷?；?，雜芳基-烷?；?，芳基-烯?；?，雜芳基-烯?；?，芳基-炔?；?，和雜芳基-炔?；?，其中芳基，雜芳基，烷酰基，烯酰基，和炔?；缟纤x。實例包括，但不限于，苯甲?；?，芐基羰基，芴?；?，芴基甲基羰基，咪唑-2-?；?，咪唑-2-基-甲基羰基，苯乙烯羰基，1-苯乙烯羰基，1-苯基-丙烯羰基，2-苯基-丙烯羰基，3-苯基-丙烯羰基，咪唑-2-基-乙烯羰基，1-(咪唑-2-基)-乙烯羰基，1-(咪唑-2-基)-丙烯羰基，2-(咪唑-2-基)-丙烯羰基，3-(咪唑-2-基)-丙烯羰基，苯基乙炔羰基，苯基丙炔羰基，(咪唑-2-基)-乙炔羰基，(咪唑-2-基)-丙炔羰基，等。
“芳基烷氧基”和“雜芳基烷氧基”分別指芳基-烷氧基和雜芳基-烷氧基，其中芳基，雜芳基，和烷氧基如上所定義。實例包括，但不限于，芐基氧，芴基甲基氧基，咪唑-2-基-甲基氧，等。
“芳基氧基”和“雜芳基氧基”分別指芳基-O-和雜芳基-O-，其中芳基和雜芳基如上所定義。實例包括，但不限于，苯氧基，咪唑-2-基氧基，等。
“芳基氧羰基，”“雜芳基氧羰基，”“芳基烷氧基羰基，”和“雜芳基烷氧基羰基”分別指芳基氧-C(O)-，雜芳基氧-C(O)-，芳基烷氧基-C(O)-，和雜芳基烷氧基-C(O)-，其中芳基氧基，雜芳基氧基，芳基烷氧基，和雜芳基烷氧基如上所定義。實例包括，但不限于，苯氧基羰基，咪唑-2-基氧羰基，芐基氧羰基，芴基甲基氧羰基，咪唑-2-基-甲基氧羰基，等。
“離去基團”指任意的在斷裂過程，包括取代反應，消去反應，和加成-消去反應中離開分子的基團。離去基團可以是離核的，其中該基團帶著一對電子離去，該對電子以前用作離去基團和分子之間的鍵，或可以是離電子的，其中該基團不帶電子對地離去。離核的離去基團的離去能力依賴于它的堿強度，最強的堿是最差的離去基團。常見的離核的離去基團包括氮(例如，來自重氮鹽)；磺酸根，包含烷基磺酸根(例如，甲磺酸根)，氟代烷基磺酸根(例如，三氟甲基磺酸根，六氟甲基磺酸根，九氟甲基磺酸根，和三氟乙磺酸根)，和芳基磺酸根(例如，甲苯磺酸根，對溴苯磺酸根，對氯苯磺酸根，和對硝基苯磺酸根)。其它包括碳酸根，鹵化物離子，羧酸根陰離子，酚酸根離子，和醇鹽。通過用酸處理，可以使有些更強的堿例如NH2-和OH-成為更好的離去基團。常見的離電子的離去基團包括質子，CO2，和金屬。
“對映體過量”或“ee”是一種度量，對于給定的樣品，是指一種對映體超過手性化合物的外消旋樣品的度量，且表達為百分比。將對映體過量定義為100×(er-1)/(er+1)，其中“er”是較豐富的對映體與較不豐富的對映體的比例。
“非對映體過量”或“de”是一種度量，對于給定的樣品，是指一種非對映體超過具有等量非對映體的樣品的度量，且表達為百分比。將非對映體過量定義為100×(dr-1)/(dr+1)，其中“dr”是較豐富的非對映體與較不豐富的非對映體的比例。
“立體選擇性的，”“對映選擇性的，”“非對映異構選擇性的，”和其變體，指一種給定的方法(例如，酯水解，氫化，醛化反應，π-烯丙基鈀偶合，硅氫化，氫氰化，烯烴轉移，加氫?；?，烯丙胺異構化，等)，其分別產生一種立體異構體，對映體，或非對映異構體多于另一種。
“高水平的異構選擇性，”“高水平的對映選擇性，”“高水平的非對映立體選擇性，”和其變體，指一種給定的方法，其產生具有過量的一種立體異構體，對映體，或非對映異構體的產物，其占產物的至少約90％。對于對映體或非對映體對，高水平的對映選擇性或非對映異構選擇性相當于至少約80％的ee或de。
“立體異構體富集的，”“對映體富集的，”“非對映體富集的，”和其變體，分別指具有一種立體異構體，對映體或非對映體多于另一種的化合物樣品。通過總產物的％，可以測量富集程度，或對于對映體或非對映體對，可以通過ee或de測量。
“實質上純的立體異構體，”“實質上純的對映體，”“實質上純的非對映體，”和其變體，分別指含有立體異構體，對映體，或非對映體的樣品，其占樣品的至少約95％。對于對映體和非對映體對，實質上純的對映體或非對映體相當于具有約90％或更大的ee或de的樣品。
“純立體異構體，”“純對映體，”“純非對映體，”和其變體，分別指含有立體異構體，對映體，或非對映體的樣品，其占樣品的至少約99.5％。對于對映體和非對映體對，純對映體或純非對映體”相當于具有約99％或更大的ee或de的樣品。
“相反的對映體”指一種分子，它是參照分子的不可重疊的鏡像，其可以通過反轉參照分子的所有立體生成中心來得到。例如，如果參照分子具有S絕對立體化學構型，則相反的對映體具有R絕對立體化學構型。同樣地，如果參照分子具有S，S絕對立體化學構型，則相反的對映體具有R，R立體化學構型，依此類推。
指定的化合物的“立體異構體”指該化合物的相反對映體，和該化合物的任何非對映異構體或幾何異構體(Z/E)。例如，如果指定的化合物具有S，R，Z立體化學構型，則它的立體異構體包括它的具有R，S，Z構型的相反對映體，它的具有S，S，Z構型和R，R，Z構型的非對映體，和它的具有S，R，E構型，R，S，E構型，S，S，E構型，和R，R，E構型的幾何異構體。
“對映選擇性值”或“E”指經歷化學反應或轉化的化合物的每種對映體的特異性常數的比例，且可以從下述表達式計算(對于S-對映體)，E=KS/KSMKR/KRM=ln[1-χ(1+eep)]ln[1-χ(1-eep)]=ln[1-χ(1-ees)]ln[1-χ(1+ees)],]]>其中KS和KR分別是轉化S-和R-對映體的1級速度常數；KSM和KRM分別是S-和R-對映體的米氏常數；χ是底物的轉化率；eep和ees分別是產物和底物(反應物)的對映體過量。
“脂肪酶單位”或“LU”指，當與三丁酸甘油酯和乳化劑(阿拉伯膠)在30℃和pH7接觸時，每分鐘釋放1μmol可滴定的丁酸的酶的量(按克計)。
“溶劑化物”指分子復合物，其包含公開的或要求保護的化合物，和化學計量的或非-化學計量的量的一種或多種溶劑分子(例如，EtOH)。
“水合物”指溶劑化物，其包含公開的或要求保護的化合物，和化學計量的或非-化學計量的量的水。
“藥學上可接受的復合物，鹽，溶劑化物，或水合物”指要求保護的和公開的化合物的復合物、酸或堿加成鹽、溶劑化物或水合物，其在合理的醫(yī)學判斷范圍內，適用于與患者的組織接觸，沒有過度的毒性、刺激、過敏反應等，具有合理的利益/風險比，且對于它們的目標用途是有效的。
“前催化劑”或“催化劑前體”指在使用前轉化成催化劑的一種化合物或一組化合物。
“治療”指反轉、減輕、抑制該術語適用的障礙或狀況的進展，或預防該障礙或狀況，或預防該障礙或狀況的一種或多種癥狀。
“治療”指“治療”的行為，如上面所定義的。
表1列出了在本說明書中使用的縮寫。
表1.縮寫列表
在下面的一些反應方案和實施例中，可以使用能阻止在其它反應位點發(fā)生不希望的化學反應的保護基團，制備某些化合物。保護基團也可以用于增強溶解度或以其它方式改變化合物的物理性質。對于保護基團策略的討論，關于安裝和去除保護基團的材料和方法的描述，對常見的官能團(包括胺，羧酸，醇，酮，醛，等)有用的保護基團的匯編，見T.W.Greene和P.G.Wuts，Protecting Groups in OrganicChemistry(1999)和P.Kocienski，Protective Groups(2000)，以其整體為所有目的將它們并入本文作為參考。
另外，下面的一些方案和實施例可能省略常見反應的細節(jié)，包括氧化、還原等，它們是有機化學領域的普通技術人員已知的。在許多論文中，包括Richard Larock，Comprehensive OrganicTransformations(1999)，和Michael B.Smith等人編輯的多卷系列，Compendium of Organic Synthetic Methods(1974-2003)，可以找到這樣的反應的細節(jié)。通常，可以從商業(yè)來源得到原料和試劑，或可以從文獻來源制備。
通常，使用實質上化學計量的量的反應物，可以實現本說明書所述的化學轉化，盡管某些反應可能從使用過量的一種或多種反應物獲益。另外，本說明書公開的許多反應，包括下面詳細描述的外消旋的二酯(式4)的對映選擇性的水解，可以在大約RT進行，但是根據反應動力學、產率等，特定的反應可能需要使用更高的或更低的溫度。而且，許多化學轉化可以采用一種或多種兼容的溶劑，其可以影響反應速度和產率。根據反應物的性質，一種或多種溶劑可以是極性的質子溶劑，極性的非質子溶劑，非極性的溶劑，或一些組合。在本公開中任何提及濃度范圍、溫度范圍、pH范圍、催化劑裝載范圍等時，無論是否清楚地使用詞語“范圍”，都包括指示的端點。
本發(fā)明提供了用于制備旋光活性的γ-氨基酸(式1)的材料和方法，包括其藥學上可接受的鹽，酯，酰胺，或前藥。式1的化合物包括如上所定義的取代基R1和R2。有用的式1化合物因而包括這樣的化合物，其中R1是氫原子，且R2是C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，或被取代的C3-12環(huán)烷基，或這樣的化合物，其中R2是氫原子，且R1是C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，或被取代的C3-12環(huán)烷基。特別有用的式1化合物包括這樣的化合物，其中R1是氫原子，且R2是C1-6烷基或C3-7環(huán)烷基，或這樣的化合物，其中R2是氫原子，且R1是C1-6烷基或C3-7環(huán)烷基。特別有用的式1化合物包括這樣的化合物，其中R1是氫原子，且R2是C1-4烷基，例如普瑞巴林(式9)。
圖1顯示了制備旋光活性的γ-氨基酸(式1)的方法。該方法包括下述步驟使由氰基-取代的二酯(式4)和水組成的反應混合物與酶相接觸或結合，生成包含旋光活性的二羧酸單酯(式3)和旋光活性的二酯(式5)的產物混合物。氰基-取代的二酯(式4)具有立體生成中心，其標有星號(“*”)，且如下面所述，可以根據圖2所示的反應方案制備。在接觸酶之前，氰基-取代的二酯(式4)典型地包含式5二酯和它的相反對映體的外消旋的(等摩爾的)混合物。式3，式4，和式5中的取代基R1，R2和R3，和式4和式5中的取代基R4如上面關于式1所定義的。通常，除了有不同的陳述外，當結合式首次定義特定的取代基標識(R1，R2，R3，等)時，在隨后的式中使用的相同的取代基標識將具有與在前式中相同的含義。
酶(或生物催化劑)可以是任意的蛋白質，盡管對式5化合物具有很少的作用或沒有作用，但將催化它的相反對映體的水解，生成二羧酸單酯(式3)。對映選擇性地將式4化合物水解成式3化合物的有用的酶因而可以包括水解酶，包括脂肪酶，某些蛋白酶，和其它對映選擇性的酯酶。這樣的酶可以從許多天然來源得到，包括動物器官和微生物。見例如，關于商業(yè)上可得到的水解酶的非限制性實例的表2。
表2.商業(yè)上可得到的水解酶
如實施例部分中所示，對氰基-取代的二酯(式4和式12)向需要的旋光活性的二羧酸單酯(式3和式11)的對映選擇性轉化有用的酶包括脂肪酶。特別有用的脂肪酶包括源自微生物疏棉狀嗜熱絲孢茵的酶，例如可以商品名稱LIPOLASE(CAS號9001-62-1)從Novo-NordiskA/S得到的那些。通過浸沒發(fā)酵用來自疏棉狀嗜熱絲孢菌DSM 4109的編碼脂肪酶的氨基酸序列的DNA遺傳修飾的米曲霉微生物，可以得到LIPOLASE酶。LIPOLASE100L和LIPOLASE100T可以分別作為液體溶液和粒狀固體得到，各自具有100kLU/g的標稱活性。其它形式的LIPOLASE包括LIPOLASE50L，其具有LIPOLASE100L的活性的一半，和LIPOZYME100L，其具有與LIPOLASE100L相同的活性，但為是食品級。
可以使用多種篩選技術來鑒別合適的酶。例如，使用下面實施例部分中所述的高通量篩選技術，可以篩選大量商業(yè)上可得到的酶。使用富集分離技術，可以篩選其它酶(或酶的微生物源)。這樣的技術典型地包含使用添加了富集底物的碳-限制的或氮-限制的培養(yǎng)基，所述底物可以是外消旋的底物(式4)或結構上類似的化合物。選擇潛在地有用的微生物，用于基于它們在含有富集底物的培養(yǎng)基中生長的能力的進一步研究。隨后，通過使微生物細胞的懸浮液接觸外消旋的底物，并使用手性HPLC、氣液色譜法、LC/MS等分析方法，測試希望的旋光活性的二羧酸單酯(式3)的存在，來評價這些微生物的對映選擇性地催化酯水解的能力。
一旦已經分離了具有需要的水解活性的微生物，可以采用酶工程來改良它生產的酶的性質。例如，且不限于，可以使用酶工程來增加酯水解的產率和對映選擇性，拓寬酶的溫度和pH操作范圍，提高酶對有機溶劑的耐受性。有用的酶工程技術包括合理的設計方法，例如定位誘變，和使用連續(xù)回合的隨機誘變的體外-定向演化技術，基因表達，和高通量篩選，以優(yōu)化需要的性質。見例如，K.M.Koeller&C.-H.Wong，“Enzymes for chemical synthesis，”Nature 409232-240(11 Jan.2001)，和其中引用的文獻，其完整內容并入本文引作參考。
酶可以是完整的微生物細胞、透化的微生物細胞、微生物細胞的提取物、部分純化的酶、純化的酶等形式。酶可以包含具有基于體積小于約0.1mm(細微分散體)或約0.1mm或更大(粗分散體)的平均粒度的顆粒分散體。粗酶分散體提供超過細微分散體的潛在加工優(yōu)點。例如，可以在分批過程或半連續(xù)或連續(xù)過程中重復使用粗酶顆粒，且通常可以比酶的細微分散體更容易地從生物轉化的其它組分中分離(例如，通過過濾)。
有用的粗酶分散體包括交聯的酶晶體(CLEC)和交聯的酶聚集體(CLEA)，其基本上由酶組成。其它粗分散體可以包括固定化到不溶的支持物之上或之內的酶。有用的固體支持物包括聚合物基質，其包含海藻酸鈣，聚丙烯酰胺，EUPERGIT，和其它聚合材料，以及無機基質，例如CELITE。關于CLEC和其它的酶固定化技術的一般描述，見M.A.Navia&N.L.St.Clair的美國專利號5,618,710。關于CLEA的一般討論，包括它們的制備和使用，見L.Cao&J.Elzinga等的美國專利申請?zhí)?003/0149172。關于將CLEC和CLEA技術應用于脂肪酶的討論，也參見A.M.Anderson，Biocat.Biotransform，16181(1998)和P.López-Serrano等，Biotechnol.Lett.241379-83(2002)。上述文獻的完整內容并入本文中為所有目的引作參考。
反應混合物可以包含單一相，或可以包含多個相(例如，二-或三-相系統)。因而，例如，可以在單一水相中，其含有酶、最初的外消旋的底物(式4)、不希望的旋光活性的二酯(式5)和希望的旋光活性的二羧酸單酯(式3)，發(fā)生圖1所示的對映選擇性的水解?；蛘?，反應混合物可以包含多相系統，其包括與固相(例如，酶或產物)相接觸的水相，與有機相相接觸的水相，或與有機相和固體相相接觸的水相。例如，可以在由固相和水相組成的兩相系統中進行對映選擇性的水解，所述固相含有酶，所述水相含有最初的外消旋的底物，不希望的旋光活性的二酯，和希望的旋光活性的二羧酸單酯。
或者，可以在由固相、有機相和水相組成的三相系統中進行對映選擇性的水解，所述固相含有酶，所述有機相最初含有外消旋的底物(式4)，所述水相最初含有小部分外消旋的底物。由于希望的旋光活性的二羧酸單酯(式3)具有比未反應的旋光活性的二酯(式5)更低的pKa，因此會表現出更大的水溶性，隨著反應的進行有機相富集了未反應的二酯，而水相富集了希望的二羧酸單酯。
在對映選擇性的水解中使用的外消旋的底物(式4)和生物催化劑的量取決于，除了別的以外，特定的氰基-取代的二酯和酶的性質。但是，通常，反應可以采用具有約0.1M至約3.0M的最初濃度的底物，且在許多情況下，具有約1.5M至約3.0M的最初濃度。另外，反應通?？梢圆捎眉s1％至約10％的酶裝載，且在許多情況下，可以采用約3％至約4％(v/v)的酶裝載。
對映選擇性的水解可以在廣范圍的溫度和pH下進行。例如，可以在約10℃至約50℃的溫度進行反應，但是典型地在約RT進行。這樣的溫度通常允許在合理量的時間(約2h至約24h)實質上完全轉化(例如，約42％至約50％)外消旋物(式4)，而不使酶失活。另外，可以在約5的pH至約10的pH，更典型地在約6的pH至約9的pH，且經常在約6.5的pH至約7.5的pH，進行對映選擇性的水解。
在沒有pH控制的情況下，由于二羧酸單酯(式3)的形成，反應混合物pH會隨著底物(式4)的水解的進行而降低。為了補償該變化，水解反應可以在內部pH控制(即，有合適的緩沖劑存在)下進行，或可以在外部pH控制(通過加入堿)下進行。合適的緩沖劑包括磷酸鉀，磷酸鈉，醋酸鈉，醋酸銨，醋酸鈣，BES，BICINE，HEPES，MES，MOPS，PIPES，TAPS，TES，TRICINE，tris，TRIZMA，或具有約6的pKa至約9的pKa的其它緩沖劑。緩沖劑濃度通常為約5mM至約1mM，典型地為約50mM至約200mM。合適的堿包括含KOH，NaOH，NH4OH等的水溶液，其具有約0.5M至約15M的濃度，或更典型地，約5M至約10M。也可以使用其它無機添加劑，例如醋酸鈣。
在外消旋物(式4)的酶促轉化后或在該過程中，使用標準的技術，從產物混合物分離希望的旋光活性的二羧酸單酯(式3)。例如，在單一(水)相分批反應的情況下，可以用非極性的有機溶劑，例如己烷或庚烷，其分離分別在水相和有機相中的希望的二羧酸單酯(式2)和未反應的二酯(式5)，萃取產物混合物一次或多次?；蛘撸诓捎梅謩e富集了希望的單酯(式3)和未反應的二酯(式5)的水相和有機相的多相反應的情況下，可以在反應后逐批分離單酯和二酯，或可以在對映選擇性的水解過程中半連續(xù)地或連續(xù)地分離。
如圖1所示，可以從有機相分離未反應的二酯(式5)，并外消旋，生成外消旋的底物(式4)。可以再循環(huán)得到的外消旋物(式4)，或與未轉化的外消旋的底物結合，后者隨后經歷如上所述的向式3的酶促轉化。再循環(huán)未反應的二酯(式5)，使對映選擇性的水解的總產率增加超過50％，從而提高該方法的原子經濟性，并降低與處置不希望的對映體有關的成本。
用足以提取丙二酸酯部分的酸性α-質子的強堿處理二酯(式5)，通常會導致立體生成中心的反轉和外消旋的底物(式4)的產生。有用的堿包括有機堿，例如醇鹽(例如，乙醇鈉)，線性脂肪族胺，和環(huán)狀胺，和無機堿，例如KOH，NaOH，NH4OH，等。反應是在兼容的溶劑中進行，包括極性的質子溶劑，例如EtOH，或質子惰性的極性的溶劑，例如MTBE。超過室溫的反應溫度，典型地會提高外消旋過程的產率。
如圖1所示，使用至少3種不同的方法，可以將實質上對映純的二羧酸單酯(式3)轉化成旋光活性的γ-氨基酸(式1)。在一種方法中，在有酸催化劑或堿催化劑存在下，水解單酯(式3)，生成旋光活性的氰基-取代的二羧酸(式6)或對應的鹽。還原得到的二羧酸(或它的鹽)的氰基部分，生成旋光活性的γ-氨基二羧酸(式7)或對應的鹽，隨后通過用酸處理，通過加熱，或二者，使其脫羧基，生成希望的旋光活性的γ-氨基酸(式1)。通過在有催化量的阮內鎳、鈀、鉑等存在下與H2反應，或通過與還原劑，例如LiAlH4，BH3-Me2S，等反應，可以還原氰基部分。對水解和脫羧基反應有用的酸包括無機酸，例如HClO4，HI，H2SO4，HBr，HCl，等。對水解反應有用的堿催化劑包括多種堿和堿土金屬氫氧化物和氧化物，包括LiOH，NaOH，KOH，等。
在另一種方法中，二羧酸單酯(式3)經歷還原環(huán)化，形成旋光活性的環(huán)狀3-羧基-吡咯烷-2-酮(式2)，后者隨后用酸處理，生成希望的對映體-富集的γ-氨基酸(式1)。通過在有催化量的阮內鎳、鈀、鉑等存在下使單酯(式3)與H2反應，可以進行還原環(huán)化?？梢允褂靡环N或多種酸來水解和脫羧基化得到的內酰胺酸(式2)，包括無機酸例如HClO4，HI，H2SO4，HBr，和HCl，和有機酸例如HOAc，TFA，p-TSA，等。酸的濃度范圍可以是約1N至約12N，酸的量的范圍可以是約1eq至約7eq?？梢栽诩sRT或更高的溫度，或在約60℃或更高的溫度，或在約60℃至約130℃的溫度范圍，進行水解和脫羧基反應。
在第三種方法中，首先水解二羧酸單酯(式3)的酯部分，生成如上所述的氰基-取代的二羧酸(式6或它的鹽)。隨后使得到的二羧酸(或它的鹽)脫羧基，生成旋光活性的氰基-取代的羧酸或它的鹽(式8，其中R5是氫原子，盡管R5也可以是如下指出的C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，或芳基-C1-6烷基)?？梢允褂孟嗤氖箖弱０匪?式2)或γ-氨基二羧酸(式7)脫羧基的條件。不是首先水解酯部分，通過將二羧酸單酯(作為鹽)的水溶液從約50℃的溫度加熱至回流，可以首先直接使二羧酸單酯(式3)脫羧基，生成氰基取代的單酯(式8)。也可以使用Krapcho條件(DMSO/NaCl/水)。在任一種情況下，隨后還原式8化合物的氰基部分，生成旋光活性的γ-氨基酸(式1)。除了阮內鎳以外，還可以使用許多其它的催化劑來還原式3，6和8化合物的氰基部分。它們包括，但不限于，非均質的催化劑，其含有約0.1％至約20％、更典型地約1％至約5％(按重量計)的過渡金屬例如Ni，Pd，Pt，Rh，Re，Ru，和Ir，包括氧化物和其組合，其典型地支持在多種材料上，包括Al2O3，C，CaCO3，SrCO3，BaSO4，MgO，SiO2，TiO2，ZrO2，等。許多這樣的金屬，包括Pd，可以摻有胺、硫化物或第二種金屬，例如Pb，Cu，或Zn。有用的催化劑因而包括鈀催化劑例如Pd/C，Pd/SrCO3，Pd/Al2O3，Pd/MgO，Pd/CaCO3，Pd/BaSO4，PdO，Pd黑，PdCl2，等，其含有約1％至約5％Pd，以重量計。其它有用的催化劑包括Rh/C，Ru/C，Re/C，PtO2，Rh/C，RuO2，等。
氰基部分的催化還原典型地在有一種或多種極性溶劑存在下進行，包括但不限于，水，醇，醚，酯和酸，例如MeOH，EtOH，IPA，THF，EtOAc，和HOAc。反應可以在約5℃至約100℃的溫度范圍進行，盡管在室溫的反應是常見的。通常，底物與催化劑的比例范圍可以為約1∶1至約1000∶1，按重量計，且H2壓力范圍可以為約大氣壓，0psig，至約1500psig。更典型地，底物與催化劑的比例范圍為約4∶1至約20∶1，且H2壓力范圍為約25psig至約150psig。
可以使用所有的前述方法，將實質上對映純的單酯(式3)轉化成旋光活性的γ-氨基酸(式1)，但是各自可以提供優(yōu)于其它方法的某些優(yōu)點。例如，在采用還原環(huán)化的過程的酸后處理后，可以通過將其萃取到有機溶劑中，而分離和純化內酰胺酸(式2)，而氰基-取代的二羧酸(式6)可能更難以分離，因為它的相對更高的水溶性。內酰胺酸(式2)的分離，會減少水溶性的雜質轉入最終的產物混合物，并在水解和脫羧基過程中允許更高的反應物濃度(例如，約1M至約2M)，從而增加過程通量。另外，通過加熱二羧酸單酯(式3)的水溶液直接脫羧基，會提供高對映體純度的氰基單酯(式8)。通過在有機溶劑中萃取，或通過直接的相分離，可以從反應介質中分離該化合物，確保從水相中有效地去除無機雜質。高反應通量和強酸性條件的避免，是該方法的兩個優(yōu)點。
圖2舉例說明了制備氰基-取代的二酯(式4)的方法，其可以用作圖1所示的酶促的對映選擇性的水解的底物。該方法包括交叉羥醛縮合，其包含在有催化量的堿存在下，使不對稱的酮或醛(式17)與丙二酸二酯(式18)反應，生成α，β-不飽和的丙二酸二酯(式19)其中R1，R2，R3，和R4如上關于式1所定義的。這類交叉羥醛反應稱作Knoevenagel縮合，其在許多文獻綜述中有所描述。見例如，B.K.Wilk，Tetrahedron537097-7100(1997)，和其中引用的文獻，其完整內容并入本文中為所有目的引作參考。
通常，可以使用任意的能從丙二酸二酯(式18)產生烯醇型離子的堿，包括仲胺，例如二-正丙基胺，二-異丙基胺，吡咯烷，等，和它們的鹽。反應可以包括羧酸，例如HOAc，以中和產物，并使不對稱的酮或醛(式17)的烯醇化最小化。包含不對稱的酮的反應，也可以采用路易斯酸，例如四氯化鈦，氯化鋅，醋酸鋅，等，以促進反應。該反應典型地在回流條件下在烴溶劑中進行。有用的溶劑包括己烷，庚烷，環(huán)己烷，甲苯，甲基叔丁基醚，等，并共沸地去除水。
在隨后的步驟中，氰化物源，例如HCN，丙酮氰醇，堿金屬氰化物(NaCN，KCN，等)，或堿土金屬氰化物(氰化鎂，等)，經歷向α，β-不飽和的丙二酸二酯(式19)的β-碳的共軛加成。反應典型地在一種或多種極性的質子溶劑中進行，包括EtOH，MeOH，正丙醇，異丙醇，或極性的非質子溶劑，例如DMSO，等。隨后的酸后處理生成氰基-取代的二酯(式4)。關于圖2所示的方法在制備普瑞巴林前體(式12)中的應用，見Grote等的美國專利號5,637,767，以其整體為所有目的并入本文引作參考。
通過經典的拆分、手性色譜法或重結晶，可以進一步富集本文公開的任一種化合物的希望的(S)-或(R)-對映體。例如，可以使旋光活性的γ-氨基酸(式1或式9)與對映體-純的化合物(例如，酸或堿)反應，生成非對映立體異構體對，其各自由單個的對映體組成，它們通過例如分級重結晶法或色譜法分離。隨后，從適當的非對映異構體，再生希望的對映體。另外，當它可以足夠的量得到時(例如，典型地不過分低于約85％ee，且在有些情況下，不過分低于約90％ee)，通過在合適的溶劑中重結晶，經?？梢赃M一步富集希望的對映體。
如在本說明書中描述的，許多公開的化合物具有立體異構體。有些這樣的化合物可以作為單一對映體(對映純的化合物)或對映體的混合物(富集的和外消旋的樣品)存在，其依賴于樣品中的一種對映體比另一種的相對過量，可以存在旋光活性。這樣的立體異構體，它們是不可重疊的鏡像，具有立體生成軸或一個或多個立體生成中心(即，手性)。其它公開的化合物可以是非鏡像的立體異構體。這樣的立體異構體被稱作非對映異構體，可以是手性的或非手性的(不含有立體生成中心)。它們包括含有鏈烯基或環(huán)狀基團的分子，這樣順/反(或Z/E)立體異構體是可能的，或含有2個或更多個立體生成中心的分子，其中單一立體生成中心的反轉，會產生對應的非對映異構體。除非陳述或另有清除的說明(例如，通過使用立體鍵，立體中心描述符，等)，本發(fā)明的范圍通常包括參照化合物和它的立體異構體，無論它們是各自純的(例如，對映純的)還是混合物(例如，對映體富集的或外消旋的)。
有些化合物也可以含有酮或肟基團，這樣可能發(fā)生互變異構現象。在這樣的情況下，本發(fā)明通常包括互變異構形式，無論它們是各自純的還是混合物。
許多本文所述的化合物，包括由式1和式9代表的那些，能形成藥學上可接受的鹽。這些鹽包括，但不限于，酸加成鹽(包括二酸)和堿鹽。藥學上可接受的酸加成鹽包括無毒的源自無機酸的鹽，例如鹽酸，硝酸，磷酸，硫酸，氫溴酸，氫碘酸，氫氟酸，亞磷酸等的鹽，以及無毒的源自有機酸的鹽，例如脂肪族的單-和二羧酸，苯基-取代的鏈烷酸，羥基鏈烷酸，鏈烷二酸，芳族酸，脂肪族的和芳香族的磺酸等的鹽。這樣的鹽因而包括硫酸鹽，焦硫酸鹽，硫酸氫鹽，亞硫酸鹽，亞硫酸氫鹽，硝酸鹽，磷酸鹽，磷酸氫鹽，磷酸二氫鹽，偏磷酸鹽，焦磷酸鹽，氯化物，溴化物，碘化物，醋酸鹽，三氟醋酸鹽，丙酸鹽，辛酸鹽，異丁酸鹽，草酸鹽，丙二酸鹽，琥珀酸鹽，辛二酸鹽，癸二酸鹽，延胡索酸鹽，馬來酸鹽，扁桃酸鹽，苯甲酸鹽，氯代苯甲酸鹽，甲基苯甲酸鹽，二硝基苯甲酸鹽，酞酸鹽，苯磺酸鹽，甲苯磺酸鹽，苯醋酸鹽，檸檬酸鹽，乳酸鹽，蘋果酸鹽，酒石酸鹽，甲烷磺酸鹽，等。
藥學上可接受的堿鹽包括無毒的源自堿的鹽，包括金屬陽離子，例如堿或堿土金屬陽離子，以及胺。合適的金屬陽離子的實例包括，但不限于，鈉陽離子(Na+)，鉀陽離子(K+)，鎂陽離子(Mg2+)，鈣陽離子(Ca2+)，等。合適的胺的實例包括，但不限于，N，N’-二芐基乙二胺，氯普魯卡因，膽堿，二乙醇胺，二環(huán)己基胺，乙二胺，N-甲基葡萄糖胺，普魯卡因，和叔丁基胺。關于有用的酸加成鹽和堿鹽的討論，見S.M.Berge等，“Pharmaceutical Salts，”66 J.of Pharm.Sci.，1-19(1977)；也見Stahl和Wermuth，Handbook of Pharmaceutical SaltsProperties，Selection，and Use(2002)。
通過使化合物的游離堿(或游離酸)或兩性離子接觸足夠量的需要的酸(或堿)，生成無毒的鹽，可以制備藥學上可接受的酸加成鹽(或堿鹽)。如果鹽從溶液中沉淀，可以通過過濾分離它；否則，可以通過蒸發(fā)溶劑，回收鹽。通過使酸加成鹽接觸堿(或使堿鹽接觸酸)，也可以再生游離堿(或游離酸)。盡管游離堿(或游離酸)和它各自的酸加成鹽(或堿鹽)的某些物理性質可能不同(例如，溶解度，晶體結構，吸濕性，等)，但化合物的游離堿和酸加成鹽(或它的游離酸和堿鹽)對于本發(fā)明的目的卻是相同的。
公開的和要求保護的化合物可以以未溶劑化的和溶劑化的形式存在，和作為除鹽以外的其它類型的復合物存在。有用的復合物包括包合物或化合物-宿主包含復合物，其中化合物和宿主以化學計量的或非化學計量的量存在。有用的復合物也可以含有2種或更多種化學計量的或非化學計量的量有機的、無機的、或有機的和無機的組分。得到的復合物可以是離子化的，部分地離子化的或未離子化的。關于這樣的復合物的評論，見J.K.Haleblian，J.Pharm.Sci.64(8)1269-88(1975)。藥學上可接受的溶劑化物也包括水合物和溶劑化物，其中結晶溶劑可以是被同位素地取代的，例如D2O，d6-丙酮，d6-DMSO，等。通常，為本公開的目的，提及未溶劑化形式的化合物也包括對應的溶劑化或水合形式的化合物。
公開的化合物也包括所有的藥學上可接受的同位素變體，其中至少一個原子被替換為具有相同原子序，但是其原子質量與通常自然界發(fā)現的原子質量不同的原子。適于包含在公開的化合物中的同位素的實例包括，但不限于，氫的同位素，例如2H和3H；碳的同位素，例如13C和14C；氮的同位素，例如15N；氧的同位素，例如17O和18O；磷的同位素，例如31P和32p；硫的同位素，例如35S；氟的同位素，例如18F；和氯的同位素，例如36Cl。使用同位素變體(例如，氘，2H)，可以提供某些源自更大的代謝穩(wěn)定性的治療優(yōu)點，例如，增加的體內半衰期或降低的劑量需求。另外，公開的化合物的某些同位素變體可以結合放射性同位素(例如，氚，3H，或14C)，其可以用于藥物和/或底物組織分布研究中。
實施例下面的實施例意在舉例說明而不是限制，且代表著本發(fā)明的特定的實施方案。
一般材料和方法使用96-孔平板進行酶篩選，其被描述在D.Yazbeck等，Synth.Catal.345524-32(2003)，其完整內容在本文中為所有目的引作參考。在篩選平板中使用的所有酶(見表2)都從商業(yè)酶供應商得到，包括Amano(Nagoya，日本)，Roche(Basel，瑞士)，Novo Nordisk(Bagsvaerd，丹麥)，Altus Biologics Inc.(Cambridge，MA)，Biocatalytics(Pasadena，CA)，Toyobo(Osaka，日本)，Sigma-Aldrich(St.Louis，MO)和Fluka(Buchs，瑞士)。在Eppendorf Thermomixer-R(VWR)中，進行篩選反應。隨后的更大規(guī)模的酶促拆分采用LIPOLASE100L和LIPOLASE100T，其可以從Novo-Nordisk A/S(CAS號9001-62-1)得到。
核磁共振在裝配了5mm可自動切換的PHQNP探頭的BRUKER 300UltraShieldTM上，得到300MHz1H NMR和75MHz13C NMR光譜。通常在接近室溫采集光譜，并采用標準的自動鎖定、自動補償和自動增益途徑。通常在20Hz旋轉樣品，進行1D實驗。使用30-度頂角脈沖，1.0秒再循環(huán)延遲，和0.25Hz/點的分辨率的16掃描，采集1H NMR光譜。采集窗口典型地是8000Hz，從+18至-2ppm(參照TMS，在0ppm)，并用0.3Hz譜線增寬處理。典型的采集時間是5-10秒。使用30-度頂角脈沖，2.0秒再循環(huán)延遲，和1Hz/點的分辨率的2048掃描，采集常規(guī)的13C NMR光譜。光譜寬典型地是25KHz，從+235至-15ppm(參照TMS，在0ppm)。連續(xù)應用質子解耦，并在處理過程中應用1Hz譜線增寬。典型的采集時間是102分鐘。
質譜法使用HP Chemstation Plus軟件，在HEWLETT PACKARD1100MSD上進行質譜法。LC裝配有Agilent 1100 quaternary LC系統和作為自動采樣器的Agilent液體處理器。以ACN/水(含有0.1％甲酸)作為溶劑(10％ACN至90％，7分鐘)，在電子噴霧電離下獲取數據。溫度探頭是350℃，源是150℃。陽離子的電暈放電是3000V，陰離子是3000V。
高效液相色譜法在配備了Agilent 220 HPLC自動采樣器、四元泵和UV檢測器的1100 AGILENT TECHNOLOGIES儀器組上，進行高效液相色譜法(HPLC)。LC是PC控制的，使用HP Chemstation Plus軟件。使用從Chiral Technologies(Exton，PA)和Phenomenex(Torrance，CA)得到的手性HPLC柱，進行正相手性HPLC。
氣相色譜法在配備了FID檢測器(其具有靜電計)、7683組分流/不分流毛細管注射器、監(jiān)視4個外部事件的繼電器板、和艙內打印機/繪圖機的110伏特Agilent 6890N網絡GC系統上，進行氣相色譜法(GC)。使用CHIRALDEX G-TA柱(30m×0.25mm)，用氦載氣，在135℃，進行二酯(式13，R3＝R4＝Et)和單酯(式11，R3＝Et)的對映體過量。在這樣的條件下，單酯會分解，生成(S)-3-氰基-5-甲基-己酸乙基酯，并基于分解產物，測定ee。從Astec，Inc(Whippany，NJ)得到在分析中使用的手性GC柱。
實施例1.通過(R/S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯(式20)的酶促水解，生成(3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸(式21)，進行酶篩選 使用篩選試劑盒，其包含放置在96-孔平板的分開的孔中的單個的酶，進行酶篩選，所述平板預先根據D.Yazbeck等，Synth.Catal.345524-32(2003)中所述的方法制備。每個孔具有0.3ml的空體積(淺孔平板)96-孔平板的一個孔僅含有磷酸鹽緩沖液(10μL，0.1M，pH7.2)，另一個孔僅含有ACN(10μL)，且剩余的各孔含有表2列出的94種酶之一(10μL，100mg/mL)。在使用前，從-80℃保藏取出篩選試劑盒，使酶在室溫解凍約5分鐘。使用多通道移液管，將磷酸鉀緩沖液(85μL，0.1M，pH7.2)分配到每個孔中。隨后，通過多通道移液管，將濃縮的底物(式20，5μL)加入每個孔，在30℃和750rpm溫育96個反應混合物。24h后，通過將每個反應混合物轉移到第二個96-孔平板的分開的孔中，淬滅反應，并取樣。每個孔具有2mL的空體積(深孔平板)，且含有EtOAc(1mL)和HCl(1N，100μL)。通過用移液管抽吸孔內容物，混合各孔的組分。離心第二個平板，并將100μL有機上清液從每個孔轉移到第三個96-孔平板(淺平板)的分開的孔中。隨后，使用可穿透的墊蓋，密封第三個平板的孔。一旦密封好孔，將第三個平板轉移到GC系統，測定光學純度(ee)。
表3列出了篩選的一些酶，商品名稱，供應商，和E值。對于給定的酶，E值可以解釋為一對對映體(底物)的相對反應性。使用稱作Ee2的計算機程序，其可從Graz大學得到，從HPLC數據(轉化率，χ，和ee)計算出表3列出的E值。通常，表現出S-選擇性和約35或更大的E值的酶，適用于放大規(guī)模。
表3.實施例1的篩選反應的結果
實施例2.酶促拆分(R/S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯(式20)，生成(3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸鉀鹽(式23)和(R)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯(式22)
給配備上置攪拌的反應器(392L)，裝載磷酸鉀緩沖液(292.2L，10mM，pH8.0)和LIPOLASE100L，EX型(3.9L)。將混合物在800RPM攪拌1分鐘，并加入KOH(2M)，調節(jié)pH至8.0。加入(R/S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯(式20，100kg)，在水解過程中，用NaOH水溶液(50％)滴定得到的混合物，維持pH8.0。通過HPLC(C18柱，4.6mm×150mm，在200nm檢測)，監(jiān)視反應的程度。在達到約40-45％的轉化后(例如，約24h后)，將反應混合物轉入分液漏斗。用庚烷(205L)萃取含水的混合物。加入EtOH(無水的)(直到約5％v/v)，破壞形成的輕乳狀液，分離水層和有機層。重復萃取步驟2次，可以在真空下進一步濃縮含有(3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸鉀鹽(式23)的水層(例如，它的原始體積的25-50％)。合并含有(R)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯(式22)的有機層，干燥，并濃縮。隨后，根據實施例6，外消旋得到的二乙基酯。MS m/z[M+H]+227。1H NMR(300MHz，D2O)δ 2.35(dd，6H)，2.70(t，3H)，2.85(m，1H)，2.99(m，1H)，3.25(m，1H)，4.75(m，1H)，5.60(q，2H)。13C NMR(75ppm，D2O)δ 172.19，171.48，122.85，62.70，59.49，40.59，31.83，27.91，23.94，21.74，14.77。
實施例3.酶促拆分(R/S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯(式20)，生成(3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸鉀鹽(式23)和(R)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯(式22)給配備上置攪拌的反應器(3.92L)，裝載醋酸鈣緩沖液(1.47L，100mM，pH7.0)和(R/S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯(式20，1kg)。將混合物在1100RPM攪拌5分鐘，并加入KOH(5M)，調節(jié)pH至7.0。加入LIPOLASE100L，EX型(75mL)，在水解過程中，用KOH(5M)滴定得到的混合物，維持pH7.0。通過HPLC(C18柱，4.6mm×150mm，在200nm檢測)，監(jiān)視反應的程度。在達到約42％至45％的轉化后(例如，約20-25h后)，將反應混合物轉入分液漏斗。用己烷(100％v/v)萃取含水的混合物。加入EtOH(無水的)(直到約5％v/v)，破壞形成的輕乳狀液，分離水層和有機層。重復萃取步驟2次，得到含有(3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸鉀鹽(式23)的水層，其可以在隨后的轉化中不經分離地使用。合并含有(R)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯(式22)的有機層，干燥，并濃縮。隨后，根據實施例6，外消旋得到的二乙基酯。
實施例4.從(3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸鉀鹽(式23)制備(S)-4-異丁基-2-氧代-吡咯烷-3-甲酸(式10) 給罐裝載含有(3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸鉀鹽(式23，411L，來自實施例2)的水溶液。將阮內鎳(50％水溶液，Sigma-Aldrich)加入混合物，用20h將氫氣導入罐中，在反應過程中維持罐頂部空間50psig的壓力。通過罐內容物的H2吸收和HPLC分析(C18柱，4.6mm×150mm，在200nm檢測)，監(jiān)視氫化反應。反應后，過濾含水的混合物，去除阮內鎳催化劑。使用37％HCl(約14L)，將濃縮的溶液的pH調節(jié)至3.0。用EtOAc(50％v/v)萃取得到的溶液3次。在真空下濃縮合并的有機層，得到(S)-4-異丁基-2-氧代-吡咯烷-3-甲酸(式10)。MS m/z[M+H]+186.1130。13C NMR(75ppm，CDCl3)δ 175.67，172.23，54.09，47.62，43.69，37.22，26.31，23.34，22.54。產率40-42％；97％ee。
實施例5.從(S)-4-異丁基-2-氧代-吡咯烷-3-甲酸(式10)制備普瑞巴林(式9) 給反應器罐(60L)裝載(S)-4-異丁基-2-氧代-吡咯烷-3-甲酸(式10)，HCl(36-38％，30L)，和水(29L)。將HOAc(1L)加入溶液，將得到的漿在80℃加熱36-38h，并在110℃另外加熱6h。通過HPLC(C18柱，4.6mm×150mm，在200nm檢測)，監(jiān)視反應的程度。蒸發(fā)水和多余的HCl，得到油，用MTBE(2×15L)洗滌。將水加入油，攪拌混合物，直到溶液澄清。使用KOH(約6kg)，將溶液的pH調節(jié)至5.2-5.5，這導致普瑞巴林的沉淀。將混合物加熱至80℃，并隨后冷卻至4℃。10h后，過濾晶體狀的普瑞巴林，并用IPA(12L)洗滌。在真空下濃縮濾液，得到剩余的油。將水(7.5L)和EtOH(5.0L)加入剩余的油，將得到的混合物加熱至80℃，然后冷卻至4℃。10h后，過濾第二批普瑞巴林晶體，并用IPA(1L)洗滌。在45℃，在真空干燥箱中干燥合并的普瑞巴林晶體24h。MS m/z[M+H]+160.1340。1H NMR(300MHz，D2O)δ 2.97(dd，J＝5.4，12.9Hz，1H)，2.89(dd，J＝6.6，12.9Hz，1H)，2.05-2.34(m，2H)，1.50-1.70(七重峰，J＝6.9Hz，1H)，1.17(t，J＝7.0Hz，2H)，0.85(dd，J＝2.2，6.6Hz，6H)。13C NMR(75ppm，D2O)δ181.54，44.32，41.28，32.20，24.94，22.55，22.09。產率80-85％；ee＞99.5％。
實施例6.通過(R)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯(式22)的外消旋，制備(R/S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯(式20) 給反應器裝載(R)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯(式22，49.5kg)和EtOH(250L)。將乙醇鈉(21％w/w，在EtOH中，79.0L，1.1eq)加入混合物，在80℃加熱20h。完成反應后，將混合物冷卻至室溫，并通過加入HOAc(12.2L)進行中和。蒸發(fā)EtOH后，將MTBE(150L)加入混合物，過濾得到的溶液，并蒸發(fā)，以定量的產率得到(R/S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯(式20)。
實施例7.從(3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸(式21)制備(S)-3-氰基-5-甲基-己酸乙基酯(式24) 給50mL圓底燒瓶裝載(3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸(式21，3.138g，13.79mmol)，NaCl(927mg，1.15eq)，去離子水(477μL，1.92eq)和DMSO(9.5mL)。將得到的混合物加熱至88℃，并在該溫度維持17h。取樣進行LC和LC/MS分析，其顯示原料(式21)和產物(式24和式25)的存在。隨后，使混合物的溫度升高至135℃，并另外反應3.5h。取第二次樣品進行LC和LC/MS分析，其顯示不存在原料(式21)，并顯示，除了希望的產物(式24和式25)外，還存在未鑒別的副產物。(S)-3-氰基-5-甲基-己酸乙基酯(式24)88℃后97.4％ee；135℃后97.5％ee。
實施例8.(S)-4-異丁基-2-氧代-吡咯烷-3-甲酸(式10)的光學純度(ee)的測定通過衍生化方法，測定了(S)-4-異丁基-2-氧代-吡咯烷-3-甲酸(式10)的光學純度。在有催化量的在二烷中的無水HCl存在下，在70℃用EtOH酯化(S)-4-異丁基-2-氧代-吡咯烷-3-甲酸的樣品。通過HPLC(CHIRALPAK AD-H，4.6mm×250mm)，使用己烷和EtOH(95∶5)的流動相，1.0mL/min的流速，10μL的注射體積，35℃的柱溫度，在200nm檢測，分析得到的內酰胺酯。
實施例9.普瑞巴林(式9)的光學純度(ee)的測定通過衍生化方法，分析了普瑞巴林的光學純度。用Marfey試劑(1-氟代-2-4-二硝基苯基-5-L-丙氨酸酰胺)衍生普瑞巴林的樣品，然后通過HPLC(LUNA C18(2)柱，0.46mm×150mm，3μm)，使用含水的NaPO4(20nM，pH2.0)和ACN的流動相(90∶10進行10分鐘，10∶90進行3分鐘，90∶10進行5分鐘)，1.2mL/分鐘的流速，10μL的注射體積，35℃的柱溫度，在200nm檢測進行分析。
實施例10.酶促拆分(R/S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯(式20)，生成(3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸鈉鹽(式23)和(R)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯(式22) 給裝配了上置攪拌的反應器(16000L)裝載醋酸鈣(254kg)，去離子水(1892.7kg)和LIPOZYMETL 100L(食品級LIPOLASE，983.7kg)。完全混合后，裝載(R/S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯(式20，9000kg，85％純度測定)，將混合物攪拌24h。在反應過程中，加入NaOH(2068kg的30％溶液)，將pH維持在7.0。通過HPLC(C18柱，4.6mm×150mm，在200nm檢測)，監(jiān)視反應的程度。達到約42％至45％的轉化后(例如，約20-25h后)，停止滴定計和攪拌。立即分離有機相，并用甲苯(780kg)洗滌水相2次。含有(3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸鈉鹽(式23)的水層在隨后的轉化(實施例11)中不分離地使用。合并含有(R)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯(式22)的有機層，并濃縮。隨后，根據實施例6外消旋得到的二乙基酯。
實施例11.從(3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸鈉鹽(式23)制備(S)-3-氰基-5-甲基-己酸乙基酯(式24) 給裝配了上置攪拌的反應器(16000L)裝載來自實施例10的最終水溶液(9698.6L，含有(3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸鈉鹽，式23)，NaCl(630kg)和甲苯(900L)。在回流條件(75-85℃)下，攪拌混合物2h。停止攪拌；立即分離有機相，并用甲苯(900L)洗滌水相2次。合并含有(S)-3-氰基-5-甲基-己酸乙基酯(式24)的有機層，并濃縮。隨后，根據實施例12水解乙基酯(式24)。
實施例12.從(S)-3-氰基-5-甲基-己酸乙基酯(式24)制備(S)-3-氰基-5-甲基-己酸鉀鹽(式26) 給裝配了上置攪拌的反應器(12000L)裝載(S)-3-氰基-5-甲基-己酸乙基酯(式24，196L，來自實施例11)。在激烈攪拌下，將KOH(1795.2kg，45％溶液，w/w)和H2O(693.9kg)加入反應混合物。將溫度維持在25℃。4h后，將反應混合物裝進氫化罐(實施例13)，沒有進一步后處理。
實施例13.從(S)-3-氰基-5-甲基-己酸鉀鹽(式26)制備普瑞巴林(式9) 給氫化器(12000L)裝載水(942.1L)和來自實施例12的含有(S)-3-氰基-5-甲基-己酸鉀鹽(式26，4122.9L)的反應混合物。加入阮內鎳懸浮液(219.6kg，50％w/w，在H2O中)。在50psig、35℃下，進行氫化。6h后，過濾阮內鎳，將得到的濾液轉入反應器(16000L)，進行結晶。加入H2O(1098L)后，使用HOAc(864.7kg)，將溶液的pH調節(jié)至7.0-7.5。過濾得到的沉淀，并用H2O(549L)洗滌一次，用IPA(每次2,586L)洗滌2次。用IPA(12296L)和H2O(6148L)使固體重結晶。將混合物加熱至70℃，并隨后冷卻至4℃。5-10h后，過濾晶體狀固體，用IPA(5724L)洗滌，并在45℃在真空干燥箱中干燥24h，生成普瑞巴林，它是白色晶體狀固體(1431kg，30.0％總產率，99.5％純度和99.75％ee)。
應當指出，如在本說明書和所附權利要求書中使用的，單數物品例如“一”、“1”和“該”可以指單一對象或多個對象，除非上下文另有清楚的說明。因而，例如，含有“一種化合物”的組合物可以包含單一化合物或兩種或更多種化合物。應當理解，上面的描述意在舉例說明，而不是限制。閱讀上面的描述后，許多實施方案對本領域的技術人員來說將是顯而易見的。因此，應當根據所附權利要求書確定本發(fā)明的范圍，且包括與這樣的權利要求等同的所有范圍。所有論文和參考文獻的內容，包括專利、專利申請和出版物，都以其整體并為所有目的并入本文作為參考。
權利要求
1.制備式1化合物、或其藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物的方法， 其中R1和R2不同，且各自獨立地選自氫原子，C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，和被取代的C3-12環(huán)烷基，該方法包含(a)使式2化合物或其鹽與酸和水反應， 生成式1化合物或其鹽；和(b)任選地將式1化合物或其鹽轉化成藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物，其中式2中的R1和R2與在式1中的定義相同。
2.權利要求1的方法，還包含還原式3化合物或其鹽的氰基部分， 生成式2化合物或其鹽，其中式3中的R1和R2與在式1中的定義相同；且式3中的R3是C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，或芳基-C1-6烷基。
3.權利要求2的方法，還包含(a)使式4化合物接觸酶， 生成式3化合物，或其鹽，和式5化合物， 其中該酶適于對映選擇性地將式4化合物水解成式3化合物或其鹽；(b)分離式3化合物或其鹽；和(c)任選地外消旋式5化合物，生成式4化合物，其中式4和式5中的R1，R2，和R3與在式3中的定義相同；且式4和式5中的R4與R3相同或不同，且為C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，或芳基-C1-6烷基。
4.制備式1化合物、或其藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物的方法， 其中R1和R2不同，且各自獨立地選自氫原子，C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，和被取代的C3-12環(huán)烷基，該方法包含(a)還原式6化合物或其鹽的氰基部分， 生成式7化合物， 或其鹽；(b)使式7化合物或其鹽脫羧基，生成式1化合物或其鹽；和(c)任選地將式1化合物或其鹽轉化成藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物，其中式6和式7中的R1和R2與在式1中的定義相同。
5.備式1化合物、或其藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物的方法， 其中R1和R2不同，且各自獨立地選自氫原子，C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，和被取代的C3-12環(huán)烷基，該方法包含(a)還原式8化合物或其鹽的氰基部分， 生成式1化合物或其鹽；和(b)任選地將式1化合物或其鹽轉化成藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物，其中式8中的R1和R2與在式1中的定義相同，且式8中的R5是氫原子，C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，或芳基-C1-6烷基。
6.制備式3化合物或其鹽的方法， 其中R1和R2不同，且各自獨立地選自氫原子，C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，和被取代的C3-12環(huán)烷基，且R3是C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，或芳基-C1-6烷基，該方法包含(a)使式4化合物接觸酶， 生成式3化合物和式5化合物， 其中該酶適于對映選擇性地將式4化合物水解成式3化合物或其鹽；(b)分離式3化合物或其鹽；和(c)任選地外消旋式5化合物，生成式4化合物，其中式4和式5中的R1，R2和R3為上面式3中所定義的；且式4和式5中的R4與R3相同或不同，且為C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，或芳基-C1-6烷基。
7.式2的化合物， 包括其鹽，其中R1和R2不同，且各自獨立地選自氫原子，C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，和被取代的C3-12環(huán)烷基，條件是，當由R1或R2代表的取代基之一是氫時，另一個取代基不是C1-3烷基或C5烷基。
8.式27的化合物， 包括其鹽，其中R1和R2不同，且各自獨立地選自氫原子，C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，和被取代的C3-12環(huán)烷基，條件是，當由R1或R2代表的取代基之一是氫原子時，另一個取代基不是甲基；且R5和R6獨立地選自氫原子，C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，或芳基-C1-6烷基，條件是，R5和R6如果不都是氫原子，則它們不同。
9.制備式9化合物或其藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物的方法， 該方法包含(a)使式10化合物或其鹽與酸和水反應， 生成式9化合物或其鹽；和(b)任選地將式9化合物或其鹽轉化成藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物。
10.權利要求9的方法，還包含還原式11化合物或其鹽的氰基部分， 生成式10化合物或其鹽，其中R3是C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，或芳基-C1-6烷基。
11.權利要求10的方法，還包含(a)使式12化合物接觸酶， 生成式11化合物，或其鹽，和式13化合物， 其中該酶適于對映選擇性地將式12化合物水解成式11化合物或其鹽；(b)分離式11化合物或其鹽；和(c)任選地外消旋式13化合物，生成式12化合物，其中式12和式13中的R3與上面在式11中的定義相同；且式12和式13中的R4與R3相同或不同，且為C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，或芳基-C1-6烷基。
12.制備式9化合物或其藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物的方法， 該方法包含(a)還原式14化合物或其鹽的氰基部分， 生成式15化合物或其鹽， (b)使式15化合物或其鹽脫羧基，生成式9化合物或其鹽；和(c)任選地將式9化合物或其鹽轉化成藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物。
13.制備式9化合物或其藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物的方法， 該方法包含(a)還原式16化合物或其鹽的氰基部分， 生成式9化合物或其鹽；和(b)任選地將式9化合物或其鹽轉化成藥學上可接受的復合物、鹽、溶劑化物或水合物；其中式16化合物任選地通過使式11化合物或其鹽脫羧基來制備， 且其中式11中的R3是C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，或芳基-C1-6烷基，且式16中的R5是氫原子，C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，或芳基-C1-6烷基。
14.制備式11化合物或其鹽的方法， 其中R3是C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，或芳基-C1-6烷基，該方法包含(a)使式12化合物接觸酶， 生成式11化合物和式13化合物， 其中該酶適于對映選擇性地將式12化合物水解成式11化合物或其鹽；(b)分離式11化合物或其鹽；和(c)任選地外消旋式13化合物，生成式12化合物，其中式12和式13中的R3與在式11中的定義相同；且式12和式13中的R4與R3相同或不同，且為C1-12烷基，C3-12環(huán)烷基，或芳基-C1-6烷基。
15.選自下述的化合物3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸，(3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸，(2S，3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸，(2R，3S)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸，3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯，(R)-3-氰基-2-乙氧羰基-5-甲基-己酸乙基酯，4-異丁基-2-氧代-吡咯烷-3-甲酸，(S)-4-異丁基-2-氧代-吡咯烷-3-甲酸，3-氰基-2-羧基-5-甲基-己酸，(S)-3-氰基-2-羧基-5-甲基-己酸，3-氨基甲基-2-羧基-5-甲基-己酸，和(S)-3-氨基甲基-2-羧基-5-甲基-己酸，包括其鹽和其相反的對映體。
全文摘要
公開了通過酶動力學拆分制備(S)－(+)－3－氨基甲基－5－甲基－己酸和結構上相關的化合物的材料和方法。
文檔編號C07C229/08GK1972904SQ200580020494
公開日2007年5月30日 申請日期2005年6月9日 優(yōu)先權日2004年6月21日
發(fā)明者S·胡, C·A·馬丁尼茲, J·陶, W·E·塔利, P·G·T·凱勒爾, Y·R·杜蒙德 申請人:沃尼爾·朗伯有限責任公司