Кристаллическая аммонийная соль 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрила - полупродукт в синтезе 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбоксамида

Изобретение относится к аммонийной соли 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрила, способу ее получения и способу получения фавипиравира из аммонийной соли 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрила. Технический результат: разработан новый технологичный метод синтеза фавипиравира из аммонийной соли 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрила, который является легко осуществимым в промышленном масштабе и не требует специальной сложной аппаратуры. Осуществление способа по изобретению позволяет существенно снизить содержание примесных соединений в целевом продукте, а также избежать образования токсичных отходов производства. 3 н.п. ф-лы, 3 пр., 8 ил.

 

Изобретение относится к производству фармацевтических субстанций, а именно способу получения фавипиравира из аммонийной соли 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрила.

Фавипиравир (3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбоксамид) является новым противовирусным препаратом, который эффективно подавляет репликацию РНК вирусов. В отличие от амантадина, препараты на основе которого эффективны только против вируса гриппа типа «А», фавипиравир (3-гирокси-6-фтор-2-карбоксамид) проявляет высокую ингибирующую активность по отношению к РНК-полимеразе вируса гриппа типа А и Б, а также подавляет репликацию РНК таких вирусов как ареновирус, флавивирус, альфавирус и норовирус. Также препараты на основе фавипиравира оказались эффективными в клинических испытаниях при лечении лихорадки Эбола. Помимо высокой противовирусной активности фавипиравир обладает антипаразитическим действием. Показания к применению: назначают при тяжелых вирусных заболеваниях (COVID-19), протекающих с осложнениями. Установленным побочным действием фавипиравира является повышение уровня мочевой кислоты, приводящей к гиперурикемии.

Таким образом, учитывая растущую потребность применения фавипиравира в медицине, важным является разработка новых способов получения данного вещества c высокими выходами целевого продукта и высокой степенью чистоты, применимых в промышленных масштабах.

Из уровня техники известно несколько способов получения фавипиравира. Одним из первых и основополагающих источников, в котором описаны методы синтеза фавипиравира и фармакологические эффекты является патент US 6800629, направленный на поиск противовирусных препаратов, альтернативных рибаверину и занамивиру, на основе фторсодержащих пиразинов. В патенте описан метод получения фавипиравира, где в качестве ключевого соединения использовался 3,6-дифторпиразин-2-карбонитрил, которое было получено реакцией ароматического нуклеофильного замещения атомов хлора в 3,6-дихлорпиразин-2-карбонитриле. Нуклеофильное замещение галогенов проводили в абсолютном диметилсульфоксиде под атмосферой инертного газа в присутствии калия фторида и тетра-н-бутиламмония бромида при 50°С, время реакции составляло 6 ч. Целевой продукт после стандартной обработки выделяли сложно реализуемым на производстве методом колоночной хроматографии на силикагеле с выходом 80%. Необходимо отметить, что диметилсульфоксид является одним из наиболее подходящих апротонных растворителей для проведения реакций ароматического нуклеофильного замещения, но его применение сопряжено с рядом трудностей, связанных с его физико-химическими свойствами, препятствующими легкому полному удалению данного растворителя из продуктов реакции. Также необходимо учитывать, что продукты деструкции диметилсульфоксида способны реагировать с субстратом с образованием примесных соединений.

Из полученного таким образом 3,6-дифторпиразин-2-карбонитрила синтезировали 3-гидрокси-6-фтор-2-карбоксамид последовательными реакциями гидролиза нитрильной группы до амидной под действием соляной кислоты в тетрагидрофуране и основным гидролизом связи C3-F водным раствором гидрокарбоната натрия. Все промежуточные продукты синтеза были выделены в индивидуальном виде, а их строение не противоречило результатом аналитических методов исследования.

Основным недостатком представленной схемы синтеза является легко протекающая побочная реакция гидролиза карбоксамидной группы до карбоксильной. Также авторами патента не представлено обоснование использование такого растворителя как тетрагидрофуран в реакции кислотного гидролиза карбонитрильной группы, так как в описанных условиях синтеза тетрагидрофуран легко подвержен сольволизу, затрудняя таким образом, выделение целевого продукта.

В патенте US 8586741 фавипиравир был получен из 3,6-дихлорпиразин-2-карбонитрила последовательными реакциями нуклеофильного замещения хлора на фтор, гидролиза C3-F связи карбонитрила и реакцией гидролиза нитрильной группы до карбоксамидной под действием концентрированной серной кислоты.

Реакцию замещение атомов хлора на фтор проводили в смеси толуол диметилсульфоксид в соотношении близком один к одному. Полученный после окончания и обработки реакции толуольный раствор анализировался на количественное содержание 3,6-дифторпиразин-2-карбонитрила и использовался на следующей стадии без дополнительной очистки.

Получение 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрила проводили в смеси толуол, диметилсульфоксид и вода в присутствии ацетата натрия при 50°С в течение 7 часов. После обработки валовый продукт был выделен в виде масла и использовался в синтезе Фавипиравира. Следует отметить, что авторами изобретения не указаны качество и чистота промежуточных соединений.

Фавипиравир был получен из технического маслообразного 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрила нагреванием при 50°С и выдержке 4 часа в концентрированной серной кислоте с последующим разбавлением водой при охлаждении и подщелачивании.

С технологической точки зрения такой подход является наиболее выгодным, но из-за высоких требований по качеству, предъявляемых к АФИ, имеет ряд недостатков, обусловленными низкой чистотой и сложностью выделения в индивидуальном виде промежуточных продуктов реакций и, как следствие, перенос и накопление родственных примесей от стадии к стадии вплоть до конечной.

Авторам патента RU 2470924, действующего на данный момент времени, удалось реализовать наиболее перспективную технологическую схему синтеза Фавипиравира. Промежуточный продукт реакции гидролиза, полученный из 3,6-дифторпиразин-2-карбонитрила по описанным ранее в литературе методам, 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрил был выделен из реакционной массы индивидуально в виде соли с рядом вторичных аминов с высоким выходом и чистотой. Выделение промежуточного соединения в виде кристаллического вещества позволило упростить технологический процесс синтеза, увеличить выход и чистоту целевого Фавипиравира, полученного реакцией щелочного омыления в присутствии 30% раствора пероксида водорода. Наилучшие результаты авторам удалось достичь в случае применения дициклогексиламина.

Таким образом, учитывая все преимущества и недостатки вышеописанных способов получения Фавипиравира, в данной области техники существует потребность в разработке новых технологичных способов получения высокоэффективного противовирусного препарата. А именно, существует потребность в улучшенном способе, который может быть легко применим на крупномасштабном промышленном производстве, в котором осуществлена возможность получения Фавипиравира высокой степени чистоты и качества из коммерчески доступного сырья с минимальным количеством токсичных отходов производства.

Сущность изобретения

Авторами настоящего изобретения разработан новый технологичный метод синтеза субстанции Фавипиравир из аммонийной соли 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрила, которая ранее не была описана в литературе. Аммонийная соль 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрила была получена двумя последовательными химическими стадиями. С учетом коммерческой доступности и экономической целесообразности, авторами изобретения в качестве исходного соединения на первой стадии синтеза был использован 3,6-дихлорпиразин-2-карбонитрил. Принимая во внимание сложность и специфичность реакций ароматического нуклеофильного замещения, авторами было проведено исследование влияния природы растворителя и температурных режимов на скорость и полноту реакции замещения атомов хлора на фтор в исходном 3,6-дихлорпиразин-2-карбонитриле с использованием в качестве источника фторид-ионов безводный калия фторид, а также были предприняты попытки воспроизвести описанные в литературе методы синтеза. Так проведение реакций в таких апротонных растворителях (необходимое условие проведения реакции) как ацетонитрил, N-метилпирролидон, диметилформамид не дало ожидаемых результатов. В случае использования ацетонитрила целевой продукт не детектировался даже при длительном кипячении реакционной массы, при применении N-метилпирролидона и диметилформамида исчерпывающего замещения хлора на фтор достичь не удалось, а реакционные массы представляли собой сложные смеси веществ. Были предприняты попытки получить целевой продукт по методам синтеза, указанных в патентах US 6800629 и US 8586741, согласно которым реакции проводились в диметилсульфоксиде и смеси диметилсульфоксид - толуол в соотношении близком один к одному в присутствии тетра-н-бутиламмоний бромида. Однако полученные образцы целевого продукта содержали родственную примесь 6-хлор-3-метоксипразин-2-карбонитрил количестве от 1,5 до 3%, образующаяся при взаимодействии 3,6-дихлорпиразин-2-карбонитрила с продуктами разложения диметилсульфоксида в условиях проведения реакции. Авторами экспериментально было установлено, что при проведении реакции в смеси толуол-диметилсульфоксид в соотношении два к трем при 110°С полной конверсии исходного соединения удается достичь за один час, но содержание родственной примеси 6-хлор-3-метоксипразин-2-карбонитрила в промежуточном 3,6-дифторпиразин-2-карбонитриле не соответствует нормам общих фармакопейных статей. В тоже время уменьшение количества диметилсульфоксида приводит к увеличению времени протекания реакции и к снижению выхода за счет деструкции промежуточного продукта, а при проведении реакции в чистом толуоле замещения хлора на фтор вообще не происходит. Нуклеофильное замещение атомов хлора проводили в присутствии каталитических количеств дибензо-18-краун-6 в смеси толуол-диметисульфоксид, взятых в соотношении девять к одному соответственно.

Использование краун-эфиров в качестве катализаторов массопереноса в реакциях нуклеофильного замещения на фтор для повышения активности источника фторид-ионово широко используется в органическом синтезе. Так, авторами была проведена неописанная ранее в литературе реакция замещения хлора на фтор в 3,6-дихлорпиразин-2-карбонитриле в присутствии каталитических количеств краун-эфира дибензо-18-краун-6 (фиг. 1).

Применение впервые авторами краун-эфира дибензо-18-краун-6 при замещении хлора на фтор в 3,6-дихлорпиразин-2-карбонитриле позволило снизить количество диметилсульфоксида, используемого в реакции, до минимального, что, в свою очередь, повысило технологический уровень химического процесса за счет упрощения метода обработки реакционной массы, выход и чистоту интермедиата - 3,6-дифторпиразин-2-карбонитрила. Необходимо отметить, что получаемый промежуточный продукт 3,6-дифторпиразин-2-карбонитрил является высокотоксичным соединением раздражающего действия. Для минимизации контакта персонала с агрессивным агентом авторы изобретения использовали 3,6-дифторпиразин-2-карбонитрил в виде раствора в толуоле на следующей стадии без дополнительной очистки и выделения, предварительно анализировав толуольный раствор на количественное содержание 3,6-дифторпиразин-2-карбонитрила. По аналитическим данным выход промежуточного 3,6-дифторпиразин-2-карбонитрила составлял 80% с чистотой более 97%. В качестве единственной родственной примеси детектировался продукт неполного нуклеофильного замещения - 6-хлор-3-фторпиразин-2-карбонитрил, который присутствовал в количестве менее 0.05%.

На второй технологической стадии синтеза, заключающейся в гидролизе связи C3-F, авторам заявки на изобретение впервые удалось получить и охарактеризовать аммония 3-циано-5-фторпиразин-2-олат, который в дальнейшем использовался авторами в качестве интермедиата в синтезе 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбоксамида (фавипиравира) (фиг. 2).

Промежуточный продукт 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрил, полученный в результате щелочного гидролиза 3,6-дифторпиразин-2-карбонитрила в присутствии катализатора межфазного переноса тетра-н-бутиламмоний бромида, был выделен из реакционной массы в виде аммонийной соли, аммония 3-циано-5-фторпиразин-2-олата, с высоким выходом и чистотой. Выделение промежуточного соединения в виде кристаллического вещества позволило упростить технологический процесс синтеза, увеличить выход и чистоту промежуточного полупродукта. Содержание родственных примесей в аммонийной соли 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрила, полученной авторами изобретения, меньше содержания аналогичных примесей в дициклогексиламониевой соли 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрила, описанной в патенте RU 2470924.

При разработке стадии получения Фавипиравира из аммония 3-циано-5-фторпиразин-2-олат были апробированы описанные в литературе условия кислотного и основного гидролиза нитрильной группы. При проведении синтеза согласно условиям методики, изложенной в патенте US 8586741, получить удовлетворяющие результаты не удалось. После нагревания в концентрированной серной кислоте при 50°C в течение четырех часов в реакционной массе методом высокоэффективной жидкостной хроматографией детектировался исходный 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрил и продукты его разложения, а Фавипиравир присутствовал в следовых количествах.

При получении Фавипиравира действием перекиси водорода в присутствии основания были исследованы влияния соотношений реагентов, времени выдержки реакции и влияние температурного режима на выход чистоту целевого соединения (фиг. 3).

Реакцию омыления проводили в воде в диапазоне температур 0…45°С и интервале времени от 30 минут до двух часов при избыточных количествах перекиси водорода и гидроксида натрия. В результате проведенных исследований было установлено, что при добавлении перекиси водорода наибольший выход и чистоту продукта обеспечивал температурный интервал 5…15°С, а повышение температуры даже на 5…10°С увеличивало содержание количества родственных примесей в целевом Фавипиравире и понижало выход продукта до 60%.

Также, экспериментально было установлено, что увеличение времени выдержки реакционной массы после добавления перекиси водорода и после подкисления реакционной массы оказывает негативный эффект на чистоту и выход продукта.

С целью оптимизации процесса было изучено влияния количественных соотношений реагентов, а именно, были проведены реакции при установленных оптимальных температурных и временных режимах с избыточными количествами перекиси водорода и гидроксида натрия. Наилучшие результаты были получены при использовании избытка реагентов по отношению к аммония 3-циано-5-фторпиразин-2-олату в интервале 1,5…2,5 эквивалента.

В результате проведенных исследований были установлены оптимальные параметры проведения технологического процесса синтеза, которые обеспечивали выход более 80% целевого продукта. Также стоит учесть, что молекулярная масса аммонийной соли 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрила в два с небольшим раза меньше, чем дициклогесиламмонийной соли 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрила, поэтому на том же оборудовании за один раз можно произвести примерно вдвое большее количество фавипиравира, загрузив такое же по массе количество сырья. При этом, отпадает необходимость в технологических операциях по отделению дициклогексиламина, так как побочный побочным продуктом является аммиак. Образующиеся количества аммиака незначительны, при этом он прекрасно растворим в маточном растворе и не влияет на качество продукта. Таким образом, авторам удалось повысить технологический уровень процесс получения Фавипиравира, а полученная субстанция соответствовала нормам и стандартам качества общих фармакопейный статей и не требовала дополнительной очистки.

Таким образом, предложенный способ получения Фавипиравира из аммония 3-циано-5-фторпиразин-2-олата с высоким выходом и высокой степенью чистоты целевого продукта, является легко осуществимым в промышленном масштабе и не требует специальной сложной аппаратуры. Осуществление способа по изобретению позволяет существенно снизить содержание примесных соединений в целевом продукте, а также избежать образования токсичных отходов производства.

На изображениях (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) проиллюстрирован химический процесс, описанный в изобретении. На изображениях (фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7, фиг. 8) представлены данные анализа физико-химических экспериментов, подтверждающие структуру полученного аммония 3-циано-5-фторпиразин-2-олата.

Сущность данного изобретения иллюстрируется, но не ограничивается следующими примерами:

Пример 1

В пятилитровый реактор, снабженный термометром, обратным холодильником, сборником дистиллята и перемешивающим устройством, загружают в атмосфере инертного газа безводный калия фторид (500,9 г, 8,62 моль, 3 экв.), дибензо-18-краун-6 (51,71 г, 0,143 мол, 0,05 экв.), толуол (3 л), диметилсульфоксид (0,5 л) и нагревают при температуре кипения суспензии (120°С) 2 часа при интенсивном перемешивании. Затем, суспензию охлаждают до температуры (80…90°С) и добавляют одной порцией 3,6-дихлорпиразин-2-карбонитрил (500 г, 2,87 мол, 1 экв.), далее реакционную массу нагревают при температуре (110…115°) 2 часа. Охлажденную до температуры (20…25°С) реакционную смесь фильтруют, промывают водой (3×1000 мл), полученную органическую фазу анализируют методом газовой хроматографии на содержание целевого вещества и используют на следующей стадии синтеза без дополнительной очистки. Таким образом, получают раствор (2,8 л) 3,6-дифторпиразин-2-карбонитрила в толуоле, содержащий 360 г (89% от теоретически возможного) целевого вещества.

Пример 2

В пятилитровый реактор, снабженный перемешивающим устройством и обратным холодильником, загружают раствор (2,8 л) 3,6-дифторпиразин-2-карбонитрила (360 г, 2,55 мол, 1 экв.) в толуоле, тетра-н-бутиламмония бромид (82,2 г, 0,255 мол, 0,1 экв.) и раствор натрия гидроксида (153 г, 3,82 мол, 1,5 экв.) в воде (1000 мл). Полученную эмульсию интенсивно перемешивают при 50°С пять часов. Водную фазу реакции отделяют, подкисляют соляной кислотой до рН 3 - 5 и экстрагируют этилацетатом (3×500 мл). Объединённые этилацетатные фракции обрабатывают 25% водным раствором аммиака (2×500 мл), водную фазу отделяют, перемешивают с активированным углем (18 г, 0,05 экв.), фильтруют и концентрируют при пониженном давлении. Таким образом, получают 342,3 г (86%) аммония 3-циано-5-фторпиразин-2-олата.

Определение подлинности аммонийной соли 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрила (аммония 3-циано-5-фторпиразин-2-олат).

Инфракрасный спектр, полученный в дисках с калия бромидом (1,0 мг субстанции в 200 мг калия бромида), в области от 4000 до 400 см-1.

Пример 3

В пятилитровый реактор, снабженный перемешивающим устройством, термометром и обратным холодильником, загружают воду очищенную (2 л) и при охлаждении порциями добавляют натрия гидроокись (175,2 г, 4,38 мол, 2 экв.). Щелочной раствор охлаждают до 10°С и добавляют 3-циано-5-фторпиразин-2-олат аммония (342 г, 2,19 мол, 1 экв.) при интенсивном перемешивании. Гомогенный раствор охлаждают до 3°С и по каплям добавляют водорода перекись (496,5 г, содержание H₂O₂ 30%), с такой скоростью, чтобы не допустить повышения температуры реакционной массы выше 15°С. Полученную суспензию перемешивают при температуре 0…5°С в течение 40 минут, реакционную массу подкисляют до рН (3…4). Реакционную массу перемешивают при температуре (5…10°С) в течение 15 мин, выпавший осадок отфильтровывают, промывают охлажденной водой (3×100 мл). Полученный продукт сушат при пониженном давлении при температуре 40°С до постоянной массы. Выход Фавипиравира составляет 278,5 г, что составляет 81 % от теор.

1. Аммонийная соль 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрила.

2. Способ получения аммонийной соли 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрила, включающий взаимодействие 3,6-дихлорпиразин-2-карбонитрила с фторсодержащим компонентом (агентом или фторидом калия) в растворе смеси толуола и диметилсульфоксида, с преобладающим содержанием толуола в растворе, в присутствии краун-эфира дибензо-18-краун-6, затем обработка толуольного раствора 3,6-дифторпиразин-2-карбонитрила щелочью в присутствии тетра-н-бутиламмония бромида и отделение полученного водного раствора, с последующим подкислением и экстракцией этилацетатом, затем обработка этилацетатного экстракта гидратом аммония с образованием аммонийной соли 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрила.

3. Способ получения 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбоксамида (фавипиравира), включающий обработку аммонийной соли 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбонитрила перекисью водорода в щелочной среде с последующим подкислением, при этом получают 3-гидрокси-6-фторпиразин-2-карбоксамид фармакопейной чистоты.