催化有机化合物氧化的方法

药物代谢的研究是昂贵的药物研究与开发过程的重要组成部分。在 人类和其他哺乳动物中，许多药物通过含有血红素和细胞色素的酶催化 的氧化反应进行代谢。细胞色素P450单氧化酶是药物氧化代谢中涉及的 主要酶，在其活性中心中含有血红素部分。

合成的金属卟啉可有利地用来模仿在生物体系中出现的催化氧化反 应，为了生成和鉴定在体内研究中允许的数量的药物侯选物的氧化产物。

PCT申请WO96/08455公开了一种用合成的金属卟啉、辅助氧化剂和 溶剂的各种组合物来制氧化产物的方法。溶剂通常为CH3CN/CH3Cl2组合 物。这类方法的主要麻烦之一是，它们常常得到寻求的单个产物的不完 全产率以及低的转化率。因此，它们很少可以可靠的方式用于整个发现 过程。事实上，它们的应用通常限于实验有效性。

发明概述

根据本发明，本发明人意外地发现，可通过使用惰性的非质子传递 溶剂以显著的方式来提高涉及金属卟啉的氧化反应的产率，它们可适用 于有兴趣的有机化合物代谢物的合成。

因此，本发明的一个目的是一种有机化合物的氧化方法。所述的方 法包括所选的有机化合物在惰性的非质子传递溶剂存在下与催化数量的 金属卟啉和氧化剂反应，然后从中回收得到的想要产物。

本发明的方法特别适用于药物研究和开发，因为它可用来进行这样 的代谢过程的预评价，当给定的化合物在体内试验时，所述的代谢过程 可能发生。这些预评价可快速进行，而不必进行昂贵的费时的体内实验。 此外，本发明的方法比使用现有技术的方法得到更高产率的单个产物。 换句话说，本发明的方法开辟了以更系统的方式对进行这一方法的所选 化合物制得和分析更大数目单个可能代谢物的可能性。

发明详述

所以，本发明涉及一种有效氧化制备有机化合物代谢物的方法。本 发明包括有兴趣的有机化合物在非反应性的非质子传递溶液中与催化数 量的金属卟啉和氧化剂反应。本发明还包括回收和鉴定想要的反应产物。

正如上述，几种药物通过氧化反应进行代谢。所以本发明的方法有 利地适用于含有在氧化条件下反应的一个或多个官能基团的有兴趣的有 机化合物。这些官能基团中一些在下文中描述，但是正如熟练的技术人 员很容易理解的那样，并不打算提供无遗漏的官能基团清单。事实上， 本发明的方法可用于任何一种可以某种方式被药物氧化代谢中涉及的酶 氧化的有机化合物。

优选的是，含有杂原子例如氮或硫的化合物可通过本发明的方法有 效地氧化，具体氧化到更高的氧化态，更具体氧化到它们的最高氧化态。 例如，伯胺可很容易转化成相应的羟胺、亚硝基或硝基衍生物；以及叔 胺转化成相应的N-氧化物。

同样，根据本发明，C-H键也可通过金属卟啉催化的氧化作用很容易 羟化成C-OH键。例子包括活泼的C-H键，例如处于苄基位置的C-H键或 碳原子与杂原子(例如N、S、O等)相邻的C-H键。这些C-H键特别是 对这些反应条件具有反应性。用这一方法，伯醇可转化成相应的醛；而 醛又可转化成相应的酸，而所述的酸可进一步脱羧。

用本发明的方法，仲醇可转化成相应的酮。

根据本发明，碳-碳双键可通过金属卟啉催化的氧化作用环氧化，而 芳香基可氧化成相应的酚或醌。

在本发明方法中涉及的主要参数是原料(通常为有兴趣的有机化合 物)、反应物(通常包括金属卟啉)、氧化剂和惰性的非质子传递溶剂以 及包括反应温度和反应时间在内的反应条件。下面将进一步详细讨论这 些参数中的每一个。

金属卟啉

合成的金属卟啉在国际专利申请WO96/08455中公开。正如这里使用 的，术语“金属卟啉”指分子式(I)的卟啉化合物： 式中，R1、R2和R3独立地表示氢或吸电子基团，例如Cl、F、Br、SO3Na等；R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10和R11独立地表示氢或吸电子基团，例如 Cl、F、Br、NO2、CN、SO3Na等；R12为Cl、乙酸根等；M选自铁、锰、铬、 钌、钴、铜和镍。

优选的金属卟啉包括四(五氟苯基)卟啉氯化锰(III)，在这里简 写为Mn(TPFPP)Cl，它为上述分子式(I)中这样一化合物，其中M为锰， R1、R2和R3为氟，R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10和R11为氢，而R12为氯。

优选的金属卟啉还包括，四(五氟苯基)卟啉氯化铁，简写为 Fe(TPFPP)Cl，它为上述分子式(I)中这样一化合物，其中M为铁，R1、 R2和R3为氟，R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10和R11为氢，而R12为氯。

四(2，6-二氯苯基)卟啉氯化锰，简写为Mn(TDCPP)Cl，它为上述 分子式(I)中这样一化合物，其中M为锰，R1为氯化物，R2、R3、R4、R5、 R6、R7、R8、R9、R10和R11为氢，而R17为氯；

四(2，6-二氯苯基)卟啉氯化铁，简写为Fe(TDCPP)Cl，它为上述 分子式(I)中这样一化合物，其中M为铁，R1为氯化物，R2、R3、R4、R5、 R6、R7、R8、R9、R10和R11为氢，而R12为氯；

四(2，6-二氯苯基)-八氯卟啉氯化铁，简写为Fe(TDCPCl8P)Cl， 它为上述分子式(I)中这样一化合物，其中M为铁，R1为氯化物，R2和 R3为氢，R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10和R11为氯化物，而R12为氯；

上述分子式(I)的Mn((Cl2Ph)4(NO2)P)Cl化合物，其中M为锰，R1 为氯化物，R4为NO2，R2、R3、R5、R6、R7、R8、R9、R10和R11为氢，而R12为 氯；

上述分子式(I)的Mn((Cl2Ph)4(NO2)P)Cl化合物，其中M为锰，R1 为氯化物，R5和R6为NO2，R2、R3、R7、R8、R9、R10和R11为氢，而R12为氯；

金属卟啉催化剂的数量通常为0.5-10％(摩尔)，优选为约1％(摩 尔)。

氧化剂

各种氧化剂都可用于本发明。应当指出，本发明的方法中，氧化剂 的本性看来不是限制因素。因此，熟悉本专业的技术人员可在已用于金 属卟啉催化的氧化反应的各种各样化合物中选择适合的氧化剂。一系列 可能的氧化剂包括但不限于亚碘酰苯、过氧化氢水溶液(浓度为约30至 45％)、过氧化氢的无水等价物例如过碳酸钠、脲过氧化氢配合物等，单 过硫酸钾、次氯酸钠、叔丁基氢过氧化物、异丙苯氢过氧化物、间氯过 苯甲酸和单过氧邻苯二甲酸镁。优选的氧化剂包括亚碘酰苯、任一种过 氧化氢源和单过硫酸钾。

在辅助催化剂例如咪唑、乙酸铵、N-已基咪唑、胺N-氧化物、四丁 基乙酸铵、叔丁基吡啶、吡啶、4-甲基吡啶和2，4，6-三甲基吡啶存在 下，使用过氧化氢的氧化更有效。参见“仿生氧化催化剂研制的技术现 状”Rocha Gonsalves，A.M；Pereira，M.M.分子催化杂志；化学，1996， 113，209。

溶剂

本发明的金属卟啉催化的氧化在惰性溶剂中进行，事实上后者可含 有一种或多种溶剂。当在这里使用时，术语“惰性的非质子传递溶剂” 用来命名任何一种这样的溶剂或溶剂混合物，当用普遍的方式评价时， 它不以任何明显的方式与原料或与反应产物反应。更具体地说，所述的 溶剂不与氧化剂反应。此外，所述的溶剂还应抗夺氢作用。

在溶剂混合物的情况下，这一混合物通常含有所谓的“主溶剂”和 “辅溶剂”。但应当指出，有类似性质的几种溶剂可用来制成主溶剂。类 似的考虑适用于辅溶剂的最后混合物。

在溶剂混合物中，主溶剂的数量大于辅溶剂。

事实上，给整个溶剂混合物提供全部性质的是主溶剂，它在本发明 的方法中起关键作用。所以，主溶剂应为惰性的和非质子传递的。

为了达到尽可能的程度，主溶剂应有溶解原料(即有兴趣的有机化 合物)和金属卟啉的能力。

主溶剂的例子包括但不限于多卤化的脂族溶剂，例如1，1，2-三氯 -1，2，2-三氯乙烷等或多卤化的芳族溶剂例如1，2-二氯苯、1，2，4- 三氯苯、五氟苯等。优选的多卤化的溶剂包括多氟化的芳族化合物，例 如三氟甲苯等。三氟甲苯为最优选的溶剂，它将溶解各种有机化合物的 能力与对氧化条件低的反应性结合起来。

虽然熟练的技术人员可通过常规的实验来确定在每一个别情况下要 使用的主溶剂的最佳数量，但原料在所选溶剂中的适合浓度可在0.1- 0.5摩尔浓度范围变化，优选0.1摩尔浓度。

辅溶剂在混合物中的数量较小，它的加入给整个溶剂混合物提供一 些外加的性质；在某些方面，它是有用的，但它不以明显的方式影响反 应本身。

在本发明方法的第一实施方案中，如果有兴趣的有机化合物或氧化 剂中任一个不溶于主溶剂，那么辅溶剂可用来改善它们在反应介质中的 溶解性。

例如，如果原料不溶于三氟甲苯或任何一种可利用的主溶剂，为了 改善在反应介质中的溶解性可使用辅溶剂。优选的溶剂包括高度极性的 和低亲核性的辅溶剂。优选的是，应这样选择辅溶剂的性质，以便与金 属卟啉生成配合物最大化。2，2，2-三氟乙醇，特别是1，1，1，3，3， 3-六氟丙-2-醇(也称为六氟异丙醇或HFIP)为可用于本发明方法的辅溶 剂的代表例。更具体地说，在一种上述有机溶剂中，六氟异丙醇可能是 适用于使用亚碘酰苯进行的氧化反应，因为这种辅溶剂有助于这一特定 的氧化剂溶于反应介质。

相对于主溶剂来说，用于使原料或氧化剂以及最终催化剂溶解的辅 溶剂的数量应保持在相对低的水平。虽然熟练的技术人员可通过常规的 实验来确定用于每一个别情况的辅溶剂的最佳数量，但相对于主溶剂来 说，适合的溶度可在1-30％、优选1-20％、更优选1-10％范围变化。

在本发明方法的第二个实施方案中，为了使反应物易于在反应介质 中转移也可使用辅溶剂。例如，在原料或一个或几种反应物形成有两相 溶液的反应混合物的情况下使用辅溶剂。

例如，在氧化剂为水溶液和反应为两相反应的情况下，可使用水混 溶的辅溶剂，以便氧化剂易于在有机相中转移。少量的辅溶剂例如六氟 异丙醇是优选的。这种辅溶剂可与水混溶，它可促进原料的溶解。

用于第二实施方案以催化量表示的辅溶剂的数量相对于原料通常为 0.25-1当量、优选0.3-0.5当量、更优选约0.4当量。

作为本发明第二个实施方案的替代方案，可使用相转移催化剂来促 进任何一种反应物转移到发生反应的相中。例如，当使用氧化剂水溶液 时，可使用相转移催化剂来促进氧化剂转移到有机相中。

相转移催化剂的例子包括四烷基铵盐(例如十二烷基三甲基溴化铵 等)。用于第二个实施方案的以催化数量表示的相转移催化剂的数量相对 于原料通常为0.05-0.5当量、更优选约0.10当量。

反应的温度和时间

反应在约-20至100℃、优选约-10至40℃下进行。

但是熟练的技术人员应注意，可使用声处理来提高反应速率。反应 优选在冷却到0℃的超声处理浴中进行。

通常，反应时间在几分钟至2小时之间变化。可用TLC(薄层色谱) 或HPLC(高压液体色谱)分析技术监测反应进程；当氧化反应达到平稳 点，超过该点未观测到明显转化时，停止反应。

实施例

以下实施例用来说明本发明方法的实施，对本发明没有限制。

制得的产物的纯度，结构(identity)和物理化学特性测定如下：

——纯度通过在Merck Lachrom仪上的分析反相

HPLC和所用的洗脱剂得到的观测Rf(比移值)来鉴定；

——用假定的结构物得到的产物结构用质子核磁共振谱和质谱来证 实。

1HNMR谱在Bruker仪上在400MHz下记录，化合物溶解在含氘氯仿中， 用四甲基硅烷作内标。记录了信号的特性、以ppm表示的化学变更、质 子数以及与D2O的交换容量。

质谱在Micromass Platform LC光谱仪(带正离子化电子喷射的简 单四极)上记录。红外光谱在Nicolet光谱仪上记录。

术语“氧化硅色谱柱上的快速色谱”指Still等(1978)，有机化学 杂志，43：2923的方法。洗脱馏分的纯度在它们收集和汽化以前鉴定。

术语溶剂的“汽化”、“消除”或“浓缩”可能在关于适合的脱水剂 例如Na2SO4或MgSO4的讨论以后指在25-50mmHg(3.3-6.7千帕)的压力 和在水浴中在30℃以下缓和加热下蒸馏。

实施例1

在三氟苯中用四(五氟苯基)卟啉氯化锰(III)催化的亚碘酰苯 (PhIO)氧化地西泮(1)

在这一反应中，生成nordiazepam(2)、替马西泮(3)、去甲羟基安定 (4)、6-氯-4-苯基-1-甲基-2-(1H)-喹唑啉酮(5)和6-氯-4-苯基-2- (1H)-喹唑啉酮(6)。

将10微升25Mm 5，10，15，20-四(五氟苯基)-21H，23H-卟啉氯化锰 (III)(0.25微摩尔，1％(摩尔))的三氟甲苯溶液加到240微升含有 25微摩尔地西泮(1)的三氟甲苯溶液中，每1小时分3次将亚碘酰苯(3 ×5.5毫克，3×25微摩尔，3当量)加到生成的搅拌溶液中。每次加完 后用分析HPLC监测反应1小时；将5微升粗溶液和100微升5mM用395 微升甲醇稀释的乙酰苯(内标)的甲醇溶液制得的样品注射到 Nuclesil5C18 150×4.8毫米色谱柱中，用50/50甲醇/水在1毫升/分下 洗脱45分钟。通过与权威样品(Sigma公司)比校来鉴定生成的 nordiazepam(2)、替马西泮(3)、去甲羟基安定(4)。它们的保留时间分 别为21.9、16.7和13.3分钟。分别在25.1和20.5分钟洗脱出的6-氯 -1-甲基-4-苯基-1H-喹唑啉-2-酮(5)和6-氯-4-苯基-1H-喹唑啉-2-酮 (6)在分离操作中通过分离和与Felix等(1968)，杂环化学杂志，5， 731和Sulkowski等，(1962)，有机化学杂志，27，4424的1HNMR和MS 数据比较来鉴定。

反应得到的产物产率列入下表：     PhIO     (当量)        得到的产物：产率(％)     1    2     3    4    5     6     1     2     3     31   19    12   3    4     0     5    17    6    7    11    4     1    9     2    5    10    3

在现有技术条件的1∶1CH2Cl2/CH3CN溶剂下进行的反应结果列入下 表：     PhIO     (当量)     得到的产物：产率(％)     1     2    3     1     2     3     86    l    1     83    1    2     79    1    2

两组结果的比较表明，溶剂例如三氟甲苯代替传统的二氯甲烷/乙腈 的应用得到更好的地西泮转化率并以显著更好的产率生成更多数目的产 物。

实施例2

用四(五氟苯基)卟啉氯化锰(III)在三氟甲苯中催化的30％过氧 化氢水溶液氧化地西泮(1)

这一反应在催化数量的咪唑(Battioni等，(1988)，美国化学会杂 志，110，8462)和乙酸铵(Thelled等，(1994)，美国化学会杂志，1035) 存在下更有效。

在这一反应过程中，生成nordiazepam(2)、替马西泮(3)、去甲羟基 安定(4)、6-氯-4-苯基-1-甲基-2-(1H)-喹唑啉酮(5)、地西泮N-氧 化物(7)和nordiazepam N-氧化物(8)。

将10微升25Mm5，10，15，20-四(五氟苯基)-21H，23H卟啉氯化锰 (III)(0.25微摩尔，1％(摩尔))和1，1，1，3，3，3-六氟-2-丙醇(1.1 微升，10.4微摩尔，0.4当量)在三氟甲苯中的溶液加到240微升含有 25微摩尔地西泮(1)的三氟甲苯的溶液中。在2小时内将30％过氧化氢 (2.6微升，25微摩尔，1当量)、咪唑(6.5微升1M水溶液，6.5微摩 尔，0.25当量)和乙酸铵(25微升1M水溶液，25微摩尔，1当量)的 溶液滴加到生成的搅拌溶液中。加入30分钟后，以实施例1相同的方式 通过分析HPIC监测反应。然后每10分钟加入1当量30％过氧化氢水溶液 (2.6微升，25微摩尔，1当量)，一直到使用15当量氧化剂为止。在加 入2、5、10和15当量过氧化氢以后，监测反应。通过与地西泮和 nordiazepam同间氯过苯甲酸反应制得的样品比较(参见Ebel等， (1979)Arzeim-Forsch 29，1317)，鉴定出diazepam N-氧化物(7) (保留时间8.4分)和nordiazepam N-氧化物(6.7分)。

反应产物的产率列入下表：   H2O2 (当量)                          得到的产物：产率(％)     1   2   3   4   5   6    7    8     1     2     5     10     15     71        4           7          0           1          5           5           0     58        8           10         1           1          9           9           1     41        10          13         1           3          10          10          1     26        10          12         2           5          8           8           2     19        10          14         2           8          6           6           2

在1∶1CH2Cl2/CH3CN代替三氯甲苯和六氟异丙醇作为辅溶剂中进行的 类似反应的结果列入下表：  H2O2 (当量)  得到的产物：产率(％)     1     2    3    7   1   2   5   10   15     84    1    1    2     77    2    1    3     74    5    3    6     74    6    7    7     74    5    9    7

当氧化在两相体系中用过氧化氢进行时，在六氟异丙醇代替二氯甲 烷/乙腈溶剂体系存在下，用三氟甲苯在产物中得到更高的地西泮转化率 和产率。

从目前正在进行的其他实验的初步结果证实证实本发明的方法对相 对不同结构参数的化合物氧化的有效性。

发明领域