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

周军荣 覃秋和 芮立涛 王干 张浩波

摘要：本文探索头孢洛扎中间体的制备方法。首先将起始物料2-（5-氨基-1，2，4-噻二唑-3-基）-2-甲氧亚氨基乙酸与甲醇进行反应得到化合物1，然后化合物1与盐酸羟胺反应得到化合物2，其次化合物2与α-溴代异丁酸叔丁酯进行缩合反应得到化合物3，最后通过水解反应制备（Z）-2-[（5-氨基-[1，2，4]噻二唑-3-基）-羧基-亚甲基氨基氧基]-2-甲基-丙酸叔丁酯（简称TATD）。该产品的纯度与总摩尔收率分别为99.1%、66.1%，且反应原料易得，适合工业化规模生产。

关键词：制备；TATD；工业化

中图分类号：R978文献标志码：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

頭孢洛扎硫酸盐是一种新型静脉给药的“第五代”头孢菌素类抗生素，具有抗菌谱广、高效以及耐受性良好的特点，对革兰阳性菌与革兰阴性菌均有很好的活性[1-3]，其化学结构式如图1所示。头孢洛扎与β-内酰胺酶抑制剂他唑巴坦组成复方静脉注射剂，并获得了FDA的批准上市，上市后为临床上治疗多重耐药菌的感染提供新的选择[4-5]。TATD作为合成新型抗生素头孢洛扎的重要中间体，在反应过程中起到关键作用。因此，TATD的合成具有非常大的社会经济效益。

目前，有关TATD的合成方法报道非常少。参阅文献资料[6-8]，设计了一条合成TATD的新路线。与现有文献合成路线相比，该新路线具有反应步骤相对少，操作简便，产物易提纯，可以避免使用对环境有更大影响的试剂（如溴素）。具体路线如图2所示：

该工艺路线：首先以2-（5-氨基-1，2，4-噻二唑-3-基）-2-甲氧亚氨基乙酸与甲醇进行酯化反应得到化合物1，然后化合物1与盐酸羟胺反应得到化合物2，化合物2与α-溴代异丁酸叔丁酯进行缩合反应得到化合物3，最后经过水解反应得到TATD。

1 实验部分

1.1 仪器与药品

实验仪器 Agilent 1200/1260高效液相色谱仪[安捷伦科技（中国）有限公司]；梅特勒托利多FE28-Standard台式pH计酸度计[梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司]；Varian 400-MR型核磁共振波普仪（苏州市莱顿科学仪器有限公司）等。

主要原料2-（5-氨基-1，2，4-噻二唑-3-基）-2-甲氧亚氨基乙酸（批号：20210302，纯度98.0%），购自河南威梯希化工科技有限公司）；α-溴代异丁酸叔丁酯（批号：20210216，纯度98.0%，购自北京百灵威科技有限公司）；其他溶剂与试剂均购自上海国药集团。

1.2 合成过程

1.2.1 化合物1的合成

往干净的反应瓶中加入甲醇80 mL，并降温至-20℃～-15℃，再将氯化亚砜8.8 g（0.074 mol，1.5 eq）缓慢滴加至甲醇溶液中，控温在-15℃以下。将2-（5-氨基-1，2，4-噻二唑-3-基）-2-甲氧亚氨基乙酸10.0 g（0.049 mol，1 eq）加入反应液中，逐渐升温至60℃～65℃，微回流搅拌反应2 h（展开剂为二氯甲烷：甲醇体积比=3：1，TLC跟踪监测反应）。反应结束后，将料液进行减压浓缩，控温＜40℃，浓缩至无馏分滴出，得到白色固体。加入二氯甲烷100 mL搅拌溶清，并用饱和碳酸氢钠溶液调节pH值约7.0，静置分层。收集有机层，并进行减压浓缩，控温＜40℃，浓缩至无馏分滴出，得到白色固体。将湿品置于真空干燥箱中，温度控制35℃～40℃进行干燥。最终得到化合物1干品10.0 g，水分≤0.5%，其摩尔收率为93.5%。HPLC检测[色谱柱：Develosil ODS-P-5 （150 mm×4.6 mm， 5 μm）；检测波长：254 nm；柱温：25℃]纯度为99.2%。

1.2.2 化合物2的合成

常温下，往干净的反应瓶中加入化合物1为10.0 g（0.046 mol，1 eq），盐酸羟胺5.2 g（0.075 mol，1.6 eq），再加入甲醇80 mL与水75 mL，搅拌溶解。逐渐升温至70℃～80℃，微回流搅拌反应10 h（展开剂为二氯甲烷： 甲醇体积比=3：1，TLC跟踪监测反应）。反应结束后，将料液进行减压浓缩，控温＜45℃，浓缩至无馏分滴出，得到黄色油状物。加入二氯甲烷100 mL与水80 mL，搅拌溶解，静置分层。收集有机层，再次进行减压浓缩，控温＜35℃，浓缩至一定体积。控温20℃～30℃，往料液里慢速滴加环己烷100 mL。缓慢降温至0℃～10℃，搅拌析晶2 h。析晶结束后，进行过滤，将湿品置于真空干燥箱中，温度控制35℃～40℃进行干燥。最终得到化合物2干品7.9 g，水分≤0.5%，其摩尔收率为84.9%，HPLC检测[色谱柱：Develosil ODS-P-5 （150 mm×4.6 mm， 5 μm）；检测波长：254 nm；柱温：25℃]纯度为97.3%。

1.2.3 化合物3的合成

常温下，往干净的反应瓶中加入化合物2为10.0 g （0.049 mol，1 eq），加入DMF 100 mL与三乙胺7.9 g （0.078 mol，1.6 eq），搅拌均匀。控温35℃以下，缓慢滴加α-溴代异丁酸叔丁酯13.2 g（0.059 mol，1.2  eq）。滴加完毕，逐渐升温至30℃～40℃，搅拌反应4 h（展开剂为二氯甲烷： 甲醇体积比=3：1，TLC跟踪监测反应）。反应结束后，加入水300 mL，并逐渐降温至5℃～10℃，搅拌析晶1 h。析晶结束后，进行过滤，将湿品置于真空干燥箱中，温度控制50℃～55℃进行干燥。最终得到化合物3干品15.2 g，水分≤1.0%，其摩尔收率为90.1%，HPLC检测[色谱柱：Develosil ODS-P-5 （150 mm×4.6 mm， 5 μm）；检测波长：254 nm；柱温：25℃] 纯度为98.7%。

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

常温下，往干净的反应瓶中加入水50 mL与氢氧化钠2.1 g（0.052 mol，1.8 eq）搅拌溶清。加入甲醇100 mL，搅拌均匀，并降温至25℃。将化合物3为10.0 g（0.029 mol，1 eq）加入反应瓶中，并逐渐升温至30℃～40℃，搅拌反应2 h（展开剂为二氯甲烷： 甲醇体积比=3：1，TLC跟踪监测反应）。反应结束后，将反应体系降温至20℃～25℃，加入二氯甲烷150 mL与水150 mL，搅拌洗涤10 min，静置分层。收集水层物料，并降温至15℃～20℃，用10%盐酸调节pH值为3.5～4.0，析出少量固体，养晶1 h。析出较多固体，继续用10%盐酸调节pH值为1.5～2.0，控温15℃～20℃，搅拌析晶2 h。析晶结束后，进行过滤，将湿品置于真空干燥箱中，温度控制45℃～50℃进行干燥。最终得到8.9 g TATD，水分≤0.5%，摩尔收率为92.4%，HPLC检测[色谱柱：Develosil ODS-P-5 （150 mm×4.6 mm， 5 μm）；检测波长：254 nm；柱温：25℃]纯度为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 分析讨论

2.1 化合物1的合成

该步骤是将2-（5-氨基-1，2，4-噻二唑-3-基）-2-甲氧亚氨基乙酸与甲醇进行酯化反应得到化合物1，加入氯化亚砜的目的是将羧酸反应生成酰氯，使酯化反应更加容易进行。因此，考察氯化亚砜的用量比较关键，对应的化合物1纯度及摩尔收率见表1。由表1可以看出，当氯化亚砜与2-（5-氨基-1，2，4-噻二唑-3-基）-2-甲氧亚氨基乙酸的摩尔比在1.3～1.5：1.0的改变过程中，产品的纯度及收率基本随氯化亚砜的用量增加而提高。但当摩尔比为1.5～1.7：1.0时，其目标产物的收率以及纯度的变化不明显，纯度均为99.0%左右，摩尔收率约93.0%。综合考虑，氯化亚砜与2-（5-氨基-1，2，4-噻二唑-3-基）-2-甲氧亚氨基乙酸的最佳摩尔比为1.5：1.0。

2.2 化合物2的合成

该步骤是将化合物1与盐酸羟胺进行取代反应得到化合物2，考察盐酸羟胺的用量对于反应的影响也是比较重要的，具体的实验数据见表2。由表2的结果看出，随着盐酸羟胺的用量为1.3当量增加至1.6当量时，化合物2的纯度及摩尔收率也随之逐渐增加，其中摩尔收率从77.1%提升至84.9%，变化幅度较大，纯度从96.3%提高至97.3%。而当盐酸羟胺的用量1.6～1.9：1.0时，化合物2的纯度及摩尔收率变化较小。综合考虑，盐酸羟胺与化合物1的最佳摩尔比为1.6：1.0。

实验过程发现，析晶溶剂对于产物化合物2的纯度、摩尔收率及外观颜色的影响非常明显，因此考察溶剂的选择也比较关键，具体情况见附表3。由表3的数据观察到，选择溶剂环己烷的效果最佳，收率及纯度均较高，分别为84.9%与97.3%，而且化合物2的外观颜色为淡黄色。

2.3 化合物3的合成

该步骤是将α-溴代异丁酸叔丁酯与化合物2进行缩合反应得到化合物3，由于α-溴代异丁酸叔丁酯活性较大，可能与化合物2结构上的羟基或者氨基同时进行反应，直接影响产物的纯度及摩尔收率，因此考察α-溴代异丁酸叔丁酯的用量是非常有必要的，具体实验数据见表4。观察表4的结果可知，当α-溴代异丁酸叔丁酯用量过少时，会直接影响化合物3的摩尔收率，其用量从1.2当量减少至1.0当量，摩尔收率从90.1%下降至78.4%；但当α-溴代异丁酸叔丁酯用量过大时，导致过多的α-溴代异丁酸叔丁酯与化合物2结构上的氨基进行缩合反应，并产生相应的杂质影响化合物3的纯度，其用量从1.2当量增加至1.5当量，纯度从98.7%下降至94.3%。綜合考虑，α-溴代异丁酸叔丁酯与化合物2的最佳摩尔比为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（简称TATD）的合成该步骤是将化合物3在碱性条件下进行水解反应得到TATD，反应过程的后期是将钠盐水溶液经过稀盐酸调节pH值进行析晶，考察析晶pH值对反应结果的影响是比较关键的，具体实验数据见表5。从表5的实验结果可知，当析晶pH值为1.5～2.0时，纯度为99.1%，摩尔收率为92.4%，纯度及摩尔收率均较高，将pH值调节为1.0～1.5，酸性增强时，纯度为98.7%，摩尔收率下降至87.3%，原因是酸性过强，可能形成氨基盐酸盐溶于水中，导致物料收率明显下降。当pH值逐渐调节至2.0～3.0，其纯度变化不明显，摩尔收率也下降至82.2%，原因是过多的钠盐还未形成羧酸化合物析出，导致产物的收率降低。综合考虑，析晶的最佳pH值为1.5～2.0。

3 结论

本论文主要阐述了一种全新的TATD合成工艺：首先以2-（5-氨基-1，2，4-噻二唑-3-基）-2-甲氧亚氨基乙酸与甲醇进行酯化反应得到化合物1，然后化合物1与盐酸羟胺反应得到化合物2，其次化合物2与α-溴代异丁酸叔丁酯进行缩合反应得到化合物3，最后经过水解反应得到TATD。该工艺制备的产品纯度与收率都比较高，且反应原料易得，适合工业化规模生产，具有非常大的社会经济效益。

参 考 文 献

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