KR101460694B1

KR101460694B1 - 글리코피롤레이트의 신규 합성방법 및 이 활성성분을 함유하는 약학적 조성물

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Publication number: KR101460694B1
Application number: KR1020120099587A
Authority: KR
Inventors: 김동진; 구창휘; 박성용; 박재용; 조일희; 이성배; 황호석; 김재진
Original assignee: 성광제약주식회사; 김동진
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2014-11-11
Anticipated expiration: 2032-09-07
Also published as: KR20140032828A

Abstract

본발명은
구조식 3의 α-사이클로펜틸만델릭산의 라세미체(R/S racemic)를 구조식 5의 1-메틸-3-피롤리디도놀 메틸브로마이드와 반응시켜서 구조식 I의 RS, SR의 라세미 글리코피롤레이트를 제조하는 방법에 관한 것이며.

본 발명의 새로운 글리코피롤레이트의 합성 방법은 반응시 생성하는 부산물이 결정화를 통해 쉽게 제거되고 정제 과장을 용이하게 하고 합성공정 시간을 단축 할 수 있었으며 미국약전 35개정 규격에 적합한 글리코피롤레이트를 합성 할 수 있었다. 또한 미 반응 물질의 회수가 용이 하고 RR체 또는 SS체의 글리코피롤레이트를 재이용함으로써 RS체 또는 SR체의 글리코피롤레이트의 수율을 증가 시킬 수 있는 계기가 되어 앞으로 그 수율은 회수 방식에 의하여 더욱 증가될 것으로 예상되는 우수한 제조 방법이다.

Description

글리코피롤레이트의 신규 합성방법 및 이 활성성분을 함유하는 약학적 조성물{New synthetic method of glycopyrrolate and pharmaceutical formulations containing this active ingredient}

본 발명은 다음의 구조식 I의 피롤리디닐사이클로펜틸만델레이트 유도체(일반명 : 글리코피롤레이트)의 새로운 합성방법에 관한 것이다.

글리코피롤레이트는 많은 약리 작용을 가지고있는 의약품원료로서 4급 아민물질이며, 최근 마취분야, 수술 전 체액, 타액 분비억제, 기관지 분비 조절, 위궤양 치료제 및 그 보조제, 다한증 치료제, 안면 다한증 선택성 치료제로 개발되고 있으며 특히 2010년 7월 28일에 미국 FDA로부터 어린이 타액분비(침흘림) 억제제로 허가받는 등 이미 원료 자체의 물질 특허가 권리기간이 완료되었음에도 이 물질의 용도 특허, 개량 신약특허로 계속 연구되고 있다.

이 물질은 원체 고가의 물질로 새로운 합성법이 계속 개발되고 있다. 그러나 이물질이 간단한 구조를 가지고 있으나, 전 합성(Total synthesis)의 합성과정이 용이하지 못하고 아직도 고가이며 세계 몇 곳에서만 합성하여 공급되고 있다.

이 물질은 다음의 표 1과 같이 RR', SS', RS' 및 SR'의 4개의 이성질체를 가지고 있다.(표 1. Glycopyrrolate 이성질체인 RR, SS, RS, SR 화학구조)

[표 1]

종래에는 이들 4종의 이성질체들의 약리 작용이 각 이성질체에 큰 차이가 없는 것으로 알려져 있었으며, 그렇기 때문에 의약품으로서는 4개의 입체 이성질체가 혼합물로서 미국약전에 등록되어 허용되고 있는 독특한 물질이다. 물론 각각의 이성질체간 약리 활성의 측정으로 효과 서열은 비교되어 있지만 큰 차이와 중요한 독성은 거의 차이가 없기 때문에 미국약전에 입체 이성체 구분없이 등록되어 있었다.

그 때문에, 이 물질의 약리 효과가 우수하여 극소량을 사용해도 약리작용이 나타나며 대단위 사용량이 적은 점도 물질의 합성 방법이 더 개발되지 못한 원인이었다.

이제 수요가 증가 되는 상황에서도 원료가 고가인 점을 해결하지 못하고 있는 의약품 원료 중 하나이다. 이 화합물을 염가로 공급하기 위해 연구자들이 부단히 노력하고 있지만 한정된 합성 방법을 벗어나지 못하고 고전 합성 방법에서 탈피하지 못하고 있는 물질이기도 하다.

그러나, 최근의 미국약전 35개정판에 의하면, RS' 및 SR'의 두 이성질체만이 약리효과를 가지고 있음이 밝혀졌고, 이 두 이성질체들만이 등재되어 있다(미국약전 35개정판 3356페이지 참조).

글리코피롤레이트는 상품명으로 에이에이치알-504(AHR-504), 노답톤(Nodapton), 로바눌(Robanul)등으로 거래 되고 있으며 분자량 398.34g/mol이고 분자식 C₁₉H₂₈BrNO₃이며, 녹는점 (M.P.) 193.2℃ ~ 194.5℃이며 그 화학적 구조는 다음의 구조식 (I)과 같다.

(구조식 I)

4개의 이성질체들의 라세미체들에 대한 종래의 합성방법은 다음의 Scheme 1에서와 같다.

이 물질에 대한 최근의 합성 제조방법 특허는 미국특허 2,956,062 와 7,576,210 B2(2009, Aug. 18) 에 상세히 재(회고)조사 보고서 형식(Review)로 이 물질의 개발 역사적 기초 자료로 잘 기술되어 있다. 또한 이물질을 이용하여 약리학적 약제형으로 개발한 특허는 미국특허 2003/0211134 A1 에 다한증 치료제에 이르기까지 등록 되어있다.

위 특허는 글리코피롤레이트의 유도체를 합성하고 새로운 입체이성질체에 대한 합성과 약리적으로 각 이성질체에 대한 광범위한 효능 검토를 하는 와중에 중간 기초 합성 중간체로서의 제조 방법을 서술하고 있는데 글리코피롤레이트의 교과서적 합성 경로의 내용을 포함하고 있어서 중요한 합성자료가 포괄적, 일괄적 내용으로 서술되어 이해를 쉽게 하고 있다.

위 합성 배경을 보면 글리코피롤레이트가 왜 고가의 물질(예 3,000만원~4,000만원/Kg)인지 이해할 수 있으며 합성 수율이 적고 제조하기 쉽지 않은 물질임을 알 수 있다.

중요한 합성경로로 3단계 또는 4단계 반응 과정을 거치는 경로가 있는데 이것은 합성도중 이성질체를 분리하지 않고도 최종 물질이 미국약전(USP)으로 인정 되는 라세믹(Racemic, RS구분 없는 4가지 혼성물질, 4개의 Diastero isomers 함유) 복합체이다.

그러나 이러한 특성으로 중간단계 공정 관리가 용이하지 않는 점이 있으므로 중간에서 분리 공정 즉, 에스텔 화에 의한 감압증류 정제 방식을 준용 하던가 컬럼크로마토그래피식으로 분리 정제하여 진행하는 방식을 사용 하지만 이런 공정 (Quality controlled purification)은 많은 손실을 초래한다. 되도록이면 반응액 중에서 정제하지 않아도 다음 반응으로 진행하는 방법을 종래의 연구자들은 모색해 왔고 많은 특허가 제시되어 있다.

이들 특허 중 예를 들면 미국특허 7,576,210 B2(Aug.18.2009) 경우 두 가지 이성질체의 합성 생성비율이 일부 높다고 서술되어 있지만 개별 이성질체별 수율은 각각 낮게 서술되어 있어서 혼합물질의 합성이 쉽지 않다는 것을 알 수 있고 실제 검정반응으로 추시 해보면 실제 수율은 개개 각각의 반을 실례를 기술한 바와 같이 45 % 수율선임을 알 수 있다.

이 이유는 동원된 유명한 미쯔노브(Mitsunobu) 반응이 사용되는 산측(Acid part)이 산도가 낮을 때는 반응이 잘 안 되는 사실이 보고되어 있다.

Izumi Sakamoto 등에 의하면(Chem.Pharm.bull.51(4)474-476(2003)), 산도를 나타내는 지표인 피케이에이 값(pKa value)이 13 이상일 경우 아예 미쯔노브 반응을 하지 않는다는 것이다.

그런데 글리코피롤레이트 합성에 사용되는 알코올 측 물질이 아민기를 함유하고 있어서 산성을 약하게 하는 물질(3-hydroxy-1-methylpyrrolidine)을 함유하기 때문에 이것으로 반응상태가 용이하지 않고 합성수율이 변동이 심한 것으로 여겨진다.

또한 전통의 미쯔노브 반응은 시약에 의해 생성하는 디히드로 디에틸 아조카복실레이트(Dihydro diethyl azodicarboxylate )와 트리페닐포스핀옥사이드(Triphenylphosphine oxide, TPP=O)가 생성물의 분리에 장애를 주어 수율이 저조하게 된다.

이를 피하고자 미쯔노브 반응을 경유하지 않고 에스테르전환반응 (trans esterification reaction) 용 촉매인 금속 나트륨 촉매를 사용할 경우도 많은 특허들이 있는데 이 또한 실제 낮은 수율을 나타내고 있다. (미국특허 7,576,210 B2,상기 특허 동일 추시, Review 참고).

이러한 종래의 방법으로 합성하는 경우는 정리하면 1차로 그리니아드 반응, 2차 메틸 에스텔화 반응, 3차 에스텔 교환반응(Trans esterification step) 또는 미쯔노브 반응, 4차 알킬 부가(Quaternization Step, by Methylbromide)에 의한 4급 아민화 반응, 최종 재결정화 단계(Crystallization step, 수율에 결정적 요인으로 또한 특허출원 부분이 많음)로 이상 서술 공정이 주종을 이루는 종래의 통상 반응방법(Conventional reaction route)에 의한 경로가 이루어져 있다.

이를 다음의 Scheme 2에 예시한다.

미국특허 US 7,576,219 B2 대한민국특허 10-0950524 미국특허 US 2,956,062 대한민국 10-0487992 미국특허 5,962,505 미국특허 5,996,797

Pure Appl. Chem.,Vol. 71, no. 6,pp. 1053-1057 Chem. Pharm. Bull. 51(4) 474-476 (2003)

그러나 이 위의 방법으로부터는 설명한 바와 같이 최종 수율 낮고 기본적으로 경로에 투입되는 기초 원료가 고가로 인한 문제가 해결되지 못하여 전문가도 통상적 개념으로 이해할 수 없는 정도로 약리 활성 물질(Active Pharmaceutical Ingredients, API)인 글리코피롤레이트의 가격이 고가로 형성되어 있다.

본 출원인은 이러한 문제점을 해결하고, 고순도 및 고수율로 이들 RR', SS', RS' 및 SR'의 4종의 이성질체의 라세미체를 제조할 수 있는 발명을 완성하여 특허출원 제 10-2011-0046357호로 특허출원하여 현재 특허청에 출원계류중에 있다.

그러나 이러한 방법들에 의하면 이들 RR', SS', RS' 및 SR'의 4종의 이성질체의 라세미체를 제조할 수 있을 뿐, 이들 이성질체들중 약리효과를 나타내는 RS' 및 SR'의 2종의 이성질체들의 라세미체는 제조할 수 없었으며, 이들 2종의 이성질체들만의 라세미체를 제조하기 위하여서는 RR', SS', RS' 및 SR'의 4종의 이성질체의 라세미체를 분할하여 RS' 및 SR'의 2종의 이성질체들의 라세미체를 제조하거나 새로운 RS' 및 SR'의 2종의 이성질체들의 라세미체를 제조하여야만 한다. 그러나 아직까지 효율좋게 RS' 및 SR'의 2종의 이성질체들의 라세미체를 제조할 수 있는 방법은 개발되지 못하였다.

본 발명은 글리코피롤레이트의 합성에 반응 경로를 단축 시키고 수율을 증가시키고 선택적으로 RS' 및 SR'의 이성질체들만으로 구성된 라세미체를 제조할 수 있는 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였으며, 이를 반응식으로 표시하면 다음의 스킴 3와 같다.

스킴 3. 새로운 방법(NMR-MeBr Salt)에 의한 합성 반응식:

상기 반응식중의 반응을 단계별로 설명하면 다음과 같다.

1) 먼저 벤조일포픔산(Benzoylformic acid)(구조식 1 화합물)을 사이클로펜틸마그네슘브로마이드(구조식 2 화합물)와 에테르중에서 그리나드반응을 실시하여 α-사이클로펜틸만델릭산의 라세미체(R/S racemic)(구조식 3 화합물)를 합성한다(1단계반응).

2) 별도로 1-메틸-3-피롤리디도놀(구조식 4화합물)에 메틸브로마이드를 반응시켜서 얻어진 1-메틸-3-피롤리디도놀 메틸브로마이드(구조식 5 화합물)을 제조한다(2단계반응).

3) 1단계 반응에서 얻어진 α-사이클로펜틸만델릭산의 라세미체(R/S racemic)(구조식 3 화합물)을 2단계 반응에서 얻어진 1-메틸-3-피롤리디도놀 메틸브로마이드(구조식 5 화합물)을 반응시켜서 주성분이 (3R,2S')-[(2-사이클로펜틸-2-하이드록시-2-페닐아세틸)옥시]-1,1-디메틸피롤리디늄 브로마이드( (3R,2’S)-[(2-cyclopentyl-2-hydroxy-2-phenylacetyl)oxy]-1,1-dimethylpyrrolidinium bromaide) 와 (3S,2R')-[(2-사이클로펜틸-2-하이드록시-2-페닐아세틸)옥시]-1,1-디메틸피롤리디늄 브로마이드((3S,2’R)-[(2-cyclopentyl-2-hydroxy-2-phenylacetyl)oxy]-1,1-dimethylpyrrolidinium bromaide)의 라세미체(이하 “글리코피롤레이트”라 한다.)가 얻어진다.

이렇게 하여 간단한 방법으로 이성체의 분할이 필요없는 R,S'- 및 S,R'의 이성질체의 라세미체가 얻어진다.

Salt(염)화 후 반응시 RR,SS체를 사전 1당량 투여하여 반응시키면, 더 이상의 RR,SS 이성질체가 생성되지 않아서 RS 및 SR만의 라세미체들이 얻어진다.

이성질체 분리 solvent는 1차 에틸아세테이트로 추출하여 미반응을 제거한 다음 2차로 이소프로필알코올을 사용하여 RR', SS'(거울이성질체,enantiomer)를 분리 제거하고 잔사를 다시 이소프로필알코올로 가열 냉각 재결정하여 미국약전 USP35 (2012) 규격에 적합한 RS', SR' (거울이성질체,enantiomer)을 얻는다.

본 발명은 구조식 3의 α-사이클로펜틸만델릭산의 라세미체(R/S racemic)를 구조식 5의 1-메틸-3-피롤리디도놀 메틸브로마이드와 반응시켜서 구조식 I의 RS, SR의 라세미 글리코피롤레이트를 제조하는 방법을 제공하는 것이며, 본 발명의 새로운 글리코피롤레이트의 합성 방법은 반응시 생성하는 부산물이 결정화를 통해 쉽게 제거되고 정제 과장을 용이하게 하고 합성공정 시간을 단축 할 수 있었으며 미국약전 35개정 규격에 적합한 글리코피롤레이트를 합성 할 수 있었다. 또한 미 반응 물질의 회수가 용이 하고 RR체 또는 SS체의 글리코피롤레이트를 재이용함으로써 RS체 또는 SR체의 글리코피롤레이트의 수율을 증가 시킬 수 있는 계기가 되어 앞으로 그 수율은 회수 방식에 의하여 더욱 증가될 것으로 예상되는 우수한 제조 방법이다.

도 1은 표준품의 HPLC 그래프이다.
도 2는 NMP를 MeBr와 염(salt)화하여 Glycopyrrolate 합성시킨 반응액의 HPLC 그래프이다.
도 3은 본 발명에서 제조된 글리코피롤레이트의 반응액의 HPLC 그래프이다.

본 발명의 발명을 실시예로서 더욱 상세히 설명하며, 이들 실시예가 본 발명의 범위를 제한 하는 것은 아니다.

α-사이클로펜틸만델릭 산(acid)(구조식 3 화합물) 합성

벤조일포름산(Benzoylformic acid)(구조식 1 화합물) 15g을 무수 에틸에텔 330mL에 녹인 후 0℃로 냉각하였다. 2M 사이클로펜틸마그네슘브로마이드 (Cyclopentylmagnesium bromide)(구조식 2 화합물) 에텔 용액 100mL를 0℃에서 30분간 서서히 적하하였다. 상온으로 24시간 교반하였다. 1N 염산을 넣어 반응을 종결시킨 후 에텔 용매로 추출하였다. 추출한 에텔 용액에 K2CO3 수용액으로 잔류 염산을 처리 한 후 에텔 용매로 두 번 추출하였다. 에텔 용액에 무수 마그네슘 설페이트를 넣어 탈수 처리 후 감압 농축하여 에텔 용액을 제거하였다. 이 때 얻어진 물질을 정제수로 씻어 α-사이클로펜틸만델릭 산(acid)(구조식 3 화합물) 8.8g을 얻었다.

수율: 40%

m.p.: 153 ~ 154 ℃

¹H-NMR(CDCl₃): 1.28-1.39, 1.42-1.50, 1.51-1.61, 1.63-1.72 (8H, m), 2.93 (1H, m), 7.26-7.30, 7.33-7.36, 7.65-7.67 (5H, m)

1-메틸-3-피롤리디도놀 메틸브로마이드 염(구조식 5 화합물) 합성

1-메틸-3-피롤리디도놀 (1-Methyl-3-pyrrolidonol)(구조식 4 화합물) 2.6mL을 아세톤 40mL에 녹인 후 0℃로 냉각하였다. 여기에 메탄올(MeOH) 200mL를 상온에서 질소가스 기류하에 부롬화수소산 ( Hydrobromic acid) 33% / 빙초산액 (Solution in Glacial Acetic acid) 298mL를 서서히 적하 하여 얻은 메틸브로마이드(Methyl bromide) 가스를 가압 해준다. 상온으로 24시간 교반하였다. 용매를 제거해준다. 1-메틸-3-피롤리디도놀 메틸브로마이드 염(salt)(구조식 5 화합물) 4.38g을 얻었다.

수율: 94%

m.p: 357~ 359 ℃

¹H-NMR(D2O): 2.12~2.21 (1 H, m, CHH'CH₂N), 2.52~2.62 (1 H, m, CHH'CH₂N), 3.14 (3 H, s, NCH₃), 3.25 (3 H, s, NCH₃), 3.51~3.61 (2 H, m, CH₂CH ₂N), 3.64~3.70 (1 H, m, CHCHHN), 3.72~3.80 (1 H, m,CHCHHN). 13C-NMR(D₂O): 30.21 (CHCH₂CH₂), 51.59 (NCH₃), 51.98 (NCH₃), 63.16 (CH₂ CH₂N), 67.25 (OHCH), 70.63 (CHCH₂N)

글리코피롤레이트(I) 합성

무수 N,N-디메틸포름아마이드 (N,N- Dimethyl Formamide) 23mL에 α-사이클로펜틸 만델산 (α-cyclopenthyl mandelic acid)(구조식 3 화합물) 7.55g과 1- 메틸-3-피롤리도놀 메틸부로마이드 염 ( 1-methyl-3-pyrorrlidonol*MeBr salt )(구조식 5 화합물) 4.38g, 트리페닐포스핀 (Triphenylphosphine) 9.0g를 0℃의 질소 기류 하에서 녹인다. 그 후 무수 N,N-디메틸포름아마이드 23mL에 디이소프로필 마조디카복실레이트 (Diisopropyl azodicarboxylate) 6.74mL를 녹인 액을 천천히 첨가 해준다. 상온에서 2시간 교반하였다. N,N-디메틸포름아마이드 용매를 감압증류하여 제거한다. 순수한 결과물을 얻기 위해 에틸 아세테이트 (Ethyl acetate) 과량 (약 200mL)으로 씻어 결정을 만든 후 이소-프로필 알코올 (Iso-propyl Alcohol)를 소량(약 40mL)를 넣어 약 100℃의 물에 담가서 결정을 녹인다. 0~-5℃에서 결정이 생길 때까지 방치한다. 결정이 생기면 다시 이소-프로필 알코올과 에틸 아세테이트로 씻어 글리코피롤레이트 (Glycoptrrolate)(I) 6.0g을 얻을 수 있다.

수율: 44%

m.p.: 193.5 ~ 194.8 ℃

¹H-NMR(D₂O): 1.13-1.71 (8H, m, C(5)H₂,C(5')H₂, C(6)H₂, C(6')H₂), 2.03-2.13 (1H, m, C(9)HH'), 2.59~2.71 (1H, m, C(9)HH'), 2.98 (3H, s, C(12)H₃), 3.03~3.12 (1H, m, C(4)H), 3.14 (3H, s,C(11)H₃), 3.43-3.58 (2H, m, C(8)HH', C(10)HH'), 3.68 (1H, d, J = 14 Hz, C(10)HH'), 3.79 (1H, dd, J = 15, 6, C(8)HH'), 5.45 (1H, s, C(7)H), 7.30-7.35 (1H, m, C(1)H), 7.36-7.45 (2H, m, C(3)H, C(3')H), 7.55-7.60 (2H, m, C(2)H, C(2')H) 13C-NMR(D₂O): 25.82 (C(8)), 26.13 (C(8')), 26.28 (C(7)), 26.77 (C(7')), 30.02 (C(12)), 53.19 (C(15)), 53.76 (C(14)), 65.01 (C(13)), 70.23 (C(10)), 74.13 (C(11)), 80.76 (C(5), 126.09 (C(3)), 128.43 (C(1)), 128.83 (C(2)), 140.85 (C(4)), 174.54 (C(9)).

종래의 방법(먼저 methylation후 MeBr 부가 방법) 반응식은 다음과 같다.

[비교실시예 1]

사이클로펜틸만델릭 산(acid)(구조식 3 화합물) 합성

벤조일포름산(Benzoylformic acid)(구조식 1 화합물) 10g을 무수 에틸에텔 250mL에 녹인 후 0℃로 냉각하였다. 2M 사이클로펜틸마그네슘브로마이드(Cyclopentylmagnesium bromide)(구조식 2 화합물) 에텔 용액 67mL를 0℃에서 30분간 서서히 적하하였다. 상온으로 24시간 교반하였다. 1N 염산을 넣어 반응을 종결시킨 후 에텔 용매로 추출하였다. 추출한 에텔 용액에 K2CO3 수용액으로 잔류 염산을 처리한 후 에텔 용매로 두 번 추출하였다. 에텔 용액에 무수 마그네슘 설페이트를 넣어 탈수 처리 후 감압 농축하여 에텔 용액을 제거하였다. 이 때 얻어진 물질을 정제수로 씻어 사이클로펜틸만델릭 산(acid)(구조식 3 화합물) 5.8g을 얻었다.

수율: 39.5%

[비교실시예 2]

메틸 사이클로펜틸만델레이트 합성(구조식 6 화합물)

상온에서 사이클로펜틸만델릭 산(구조식 3 화합물) 5.8g, K₂CO₃ 9.1g, 메틸 아이오다이드 11.2g을 Dimethylformamide (DMF) 65mL에 녹인다. 상온에서 2시간 동안 교반하였다. 정제수를 넣어 반응을 종결 시키고 n-Hexane으로 추출하였다. n-Hexane 용매를 감압증류 하여 용매를 제거하였다. 용매를 제거한 생성물을 n-Hexane : Methylene chloride = 1.5 : 1로 크로마토그래피 하여 메틸 사이클로펜틸만델레이트(구조식 6 화합물) 3.9g을 얻었다.

수율: 63.2%

¹H-NMR(CDCl3): 1.32-1.37, 1.43-1.69 (8H, m), 2.90 (1H, m), 3.74 (3H, s), 7.25-7.37, 7.63-7.65 (5H, m)

[비교실시예 3]

N-메틸-3-피롤리디닐-사이클로펜틸만델레이트의(구조식 7 화합물) 합성

메틸 사이클로펜틸만델레이트(구조식 6 화합물) 3.9g과 N-메틸-3-피롤리도놀(구조식 4 화합물) 2.5mL을 n-Heptane 70mL에 녹인 후 헵탄이 초기량의 반인 35mL를 증류한다. 8mg 가량의 나트륨 조각을 첨가하고 가열 교반하면서 2시간 동안 증류를 계속 진행한다. 증류된 헵탄의 양과 같은 비율로 새로운 헵탄을 추가 한다. 추가로 나트륨을 한 시간 지난 증류 및 보충 말기에 추가한다. 용액을 식힌 후 3N 염산으로 추출한다. 산성 추출물을 진한 수산화나트륨용액으로 알카리화시킨 후 에텔로 3번 추출한다. 에텔 용액을 증류 시킨 후 얻은 생성물을 Ethyl Acetate : Ethanol = 8 : 1로 크로마토그래피 하여 N-메틸-3-피롤리디닐-사이클로펜틸만델레이트(구조식 7 화합물) 3.6g을 얻었다.

수율: 71.3%

¹H-NMR(CDCl3): 1.27-1.35, 1.40-1.47, 1.54-1.60, 1.75-1.90 (8H, m), 2.12-2.30, 2.52-2.57, 2.64-2.81, (6H, m), 2.33, 2.36 (3H, s), 2.93 (1H, m), 3.83 (1H, m), 5.23 (1H, m), 7.23-7.36, 7.64-7.67 (5H, m)

[비교실시예 4]

글리코피롤레이트(I)

메탄올 400mL를 0℃로 냉각하여 교반한 후 브롬산 포화 초산용액 580mL를 서서히 적하 한다. 4시간 교반한 후 상온으로 하여 메틸브로마이드를 생성한다. 생성된 메틸브로마이드를 N-메틸-3-피롤리디닐-사이클로펜틸만델레이트(구조식 7 화합물) 3.6g을 무수 아세톤 40mL에 녹인 용액에 -5 ~ 5 ℃하여 30분간 통과시킨다. 반응온도를 15 ~ 25℃로 하여 4시간 교반한다. 아세톤 용액을 감압 증류시켜 용매를 재거 한 후 메탄올 38mL를 넣어 용해시킨 후 메틸 에틸 케톤 (Methyl ethyl ketone, MEK) 25mL를 넣는다. MEK 30mL를 더 넣고 가열하여 환류반응을 30분간 한다. 반응온도를 시간당 30℃씩 냉각하여 -10 ~ 0 ℃로 한다. 찬 MEK 8mL로 씻으면 재결정된 글리코피롤레이트(I) 4.0g을 얻었다.

수율: 85.3%

m.p.: 193 ~ 194.5 ℃

¹H-NMR(D2O): 1.19-1.25 (1H, m), 1.46-1.69 (8H, m), 2.30-2.33 (1H, m), 2.68-2.75 (1H, m), 2.84 (3H, s), 3.09 (3H, s), 3.46-3.59, 3.64-3.82 (4H, m), 5.46-5.50 (1H, m), 7.34-7.37, 7.41-7.44, 7.59-7.62 (5H, m)

본 발명과 종래방법의 비교검토

1. 최근 입체이성질체로서 글리코피롤레이트 (Glycopyrrolate)가 미국약전 35개정(2012)에 개정되어 새로이 등재됨으로 원료의 합성이 어려워 졌다. 종전은 4개의 이성질체(RR, RS, SS 및 SR) 전부 규격상 문제가 없었으나 현재 새로이 개정된 미국약전 35개정에서는 RS,SR체만 인정함으로 새로운 합성법이 필요하게 되었다.

본 발명은 이 새로운 규격의 물질 글리코피롤레이트를 합성하여 얻을 수 있는 획기적 개선방법을 찾아내어 본 발명을 완성하였다.

2. 글리코피롤레이트의 3단계 합성법(본 발명) 및 4단계 합성법

만델릭산( 알파 사이클로펜틸만델릭 산)으로부터 출발하여 전 합성 과정을 거치면서 제일 수율 향상에 결정적 요인이 되는 공정은 에스테르반응으로 이 반응에 통상 적용되고 통용되는 수단인 미쯔노브반응에서 반응 진행이 잘 되지 않고 정제과정에서 충분히 순도가 확보 되지 못하면 수율이 높은 것으로 오인되기 쉽고 최종 제품 글리코피롤레이트 단계로 오면 실제 수율이 저조함을 알 수 있다. 이것은 최종중간체의 바로 직전의 물질이 에스테르로 고체가 아닌 액체로서 그 순도가 확인되지 않으면 수율의 착오를 초래한다.

메틸화 반응을 경유하여 4단계로 합성된 글리코피롤레이트의 총 수율은 15.2%가 나왔고 이성질체가 혼합되어 있었으나 새로운 합성 방법인 1-메틸-3-피롤리디도놀과 부롬화수소산 / 빙초산액으로 1-메틸-3-피롤리디도놀 메틸브로마이드 염을 합성하고 알파-사이클로펜틸 만델산과 반응시켜 글리코피롤레이트를 합성에 적용한 결과 종래의 방법을 사용한 것 보다 실제 수율이 15.2%에서 16.5%로 상승됨을 알 수 있었다. 또한 이성질체 분리도 가능하게 되었다.

본 발명의 새로운 글리코피롤레이트의 합성 방법은 반응시 생성하는 부산물이 결정화를 통해 쉽게 제거되고 정제 과장을 용이하게 하고 합성공정 시간을 단축 할 수 있었으며 미국약전 35개정 규격에 적합한 글리코피롤레이트를 합성할 수 있었다. 또한 미 반응 물질의 회수가 용이하고 RR체 또는 SS체의 글리코피롤레이트를 재이용함으로써 RS체 또는 SR체의 글리코피롤레이트의 수율을 증가시킬 수 있는 계기가 되어 앞으로 그 수율은 회수 방식에 의하여 더욱 증가 될 것으로 예상되는 우수한 제조 방법이다.

3. Glycopyrrolate 표준품과 합성물의 HPLC 확인 시험

1) 표준품의 HPLC 그래프는 첨부된 도 1과 같다.

2) NMP를 MeBr와 염(salt)화하여 Glycopyrrolate 합성시킨 반응액의 HPLC 그래프는 첨부된 도 2와 같다.

여기에서 앞쪽의 피크는 RR, SS 의 공존 혼합물이며, 뒤쪽의 피크는 RS, SR 의 공존 혼합물이다.

3) 본 발명에서 제조된 글리코피롤레이트의 반응액의 HPLC 그래프는 첨부된 도 3과 같다.

여기에서 NMP를 MeBr와 염(salt)화하여 글리코피롤레이트를 합성한 반응액을 에틸아세테이트와 IPA로 정제하여 얻은 글리코피롤레이트이다. 이 글리코피롤레이트는 USP 35개정판(2012년)에 적합하며, 불순물인 RR, SS체의 함량이 0.4%이하이다.

USP 35(2012)개정에 의거하여 Glycopyrrolate 합성물을 표준품과 HPLC 비교 시험결과

도 1은 Glycopyrrolate 표준품으로서 Reten, Time이 4.88 min이 측정되었다.

도 2는 Glycopyrrolate 합성물로서 종래의 Glycopyrrolate의 합성법은 α-사이클로펜틸만델릭 산 (α-Cyclopentylmandelic acid)과 N-메틸-3-피롤리디놀(N-Methyl-3-Pyrrolidinol(NMP))를 미쯔노부 반응 후 나중에 메틸브로마이드(MeBr)을 반응시키나 본 발명은 먼저 NMP을 MeBr와 반응시켜 Salt화하고 α-사이클로펜틸만델릭 산(acid)와의 미쯔노부 반응을 통해 합성된 Glycopyrrolate 합성물. (RR,SS,RS,SR 이성질체 혼합). Reten, Time은 4.63, 4.81min이 측정되었다.

도 3은 본 발명의 Glycopyrrolate 합성물로서 NMP*MeBr salt를 합성 후 α-사이클로펜틸만델릭 산(acid)와의 미쯔노부 반응을 통해 합성된 Glycopyrrolate 합성물. 이 합성물을 에틸 아세테이트와 이소프로필 알코올를 이용하여 정제. (RS,SR ). Reten, Time은 4.94 min이 측정되었다.

결론적으로 두 방법의 생성물은 동일하였다.

에어로졸제제의 제조 방법 실시예

직경 6.5센티미터 길이 20센티미터 원통형 에어로졸용기(용기 허용압력 12kg/cm제곱~ 13kg/cm제곱)에 분사체를 달고 분사체에 라미네이트필림 츄브, 300미리리터 용량을 밀페식으로 플라스틱 대롱으로 감싸서 강력 접착제로 밀폐시켜 붙이고 밀봉한 다음 에어로졸 병 내부를 질소로 충진 압력 5kg/cm제곱 ( 가능 압력 범위 3kg/ cm제곱 ~ 7kg /cm제곱, 압력용기규정 8kg /cm제곱 이하)으로 밀어 넣고 밀봉한 다음 분사 노즐로부터 비닐 튜브(봉지) 내부로 글리코피롤레이트 에탄올 용액을 밀어 넣는 압력은 용기에 미리 넣은 질소 사용압력 보다 1kg/cm제곱 이상 초과하는 압력(6kg/ cm제곱)으로 글리코피롤레이트 에탄올 용액 ( 글리코피롤레이트를 2.0% 함유하는 35% 에탄올 수용액, PH 4.0 표준, 묽은 염산으로 조정)을 압력으로 밀어 넣고 밀폐한다.

이 제제를 사용 시에는 에어로졸 캔의 상부 노즐을 누르면 질소는 에어로졸 용기 내에 그대로 존재하고 글리코피롤레이트 에탄올 용액만 질소의 충진 압력에 의해 용기 밖으로 미세하게 분사되며 바람직한 분사용액은 인체 국소(예 겨드랑이, Axilla)에 23cm제곱(4.8cm X 4.8cm) 센티미터당 분사용액 약 1.0 ~ 1.2 mL를 도포 한다. (일반적 글리코피롤레이트 알코올용액의 피부 국소 도포 용량은 국내특허 10-0950524 등에 소개되어 있다.)

본 발명에서, 새로운 NMP*MeBr salt을 합성 후 α-사이클로펜틸만델릭 산(acid)와의 미쯔노부 반응을 통해 합성된 Glycopyrrolate 합성물은 표-2처럼 RR,SS,RS,SR이성질체 모두 혼합되어있는 화합물이지만 종래의 반응으로 중간체는 쉽게 RR,SS그룹으로 분리가 어렵지만 이 합성물을 에틸 아세테이트와 이소프로필 알코올를 이용하여 정제를 하게 되면 도 3 처럼 새로운 USP 35개정에서 불순물로 취급시킨 RR체 및 SS체의 쉽게 분리할 수 있다. 또한 개량된 반응법에서는 반응된 RR체와 SS체를 미리 동량 첨가하여 반응하게 되면 RR,SS체 그룹과 RS,SR체 그룹이 1:1 비율로 반응이 진행함으로 위치 선택적 반응을 구사할 수 있으므로 수율을 극대화 시킬 수 있다. 그러나 종래의 방법으로 중간체는 오일(Oil) 형태이므로 RR,SS체 그룹과 RS,SR체 그룹으로 분리가 불가능하여 위치 선택적 반응이 사실상 어렵다. 본 발명은 NMP*MeBr salt 후 미쯔노부 반응을 함으로서 종래의 반응 수율을 향상시키고 USP 35개정(2012)에 적합한 고수율의 Glycopyrrolate 합성법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.

다음의 표 2는 본 발명에서의 합성수율 비교 및 요약표 및 평가 설명의 요약표이다.

[표 2]

새로운 NMP-MeBr Salt(염)을 먼저 합성한후 다음 미쯔노부 반응하여 글리코피롤레이트(Glycopyrrolate)를 합성하는 방법이 새로운 USP 35개정에서 불순물로 취급시킨 RR체및 SS체의 생성량이 적고 입체 선택적 반응이 용이하였다. 종래의 에스텔전환 방식(Methylation, Trans methylation)으로는 새로운 미국약전 35개정(USP 35, 2012년)의 규격상 불순물 제거가 용이하지 않았다.

4. Glycopyrrolate 이성질체인 RR, SS, RS, SR 화학구조는 다음의 앞의 표 1과 같다.

[표 1]

5. 글리코피롤레이트 에탄올 용액 에어로졸형 분사 제제

종래의 에어로졸제제 제조 방법보다 공해 물질, 환경 영향 물질(프레온 가스)을 쓰지 않고 혼합 가스 상태가 아닌 간단히 불활성 질소 압력으로만 내부 튜브에 충진 된 액이 분사되는 간단하고 좋은 에어로졸 제제 형태이다. 이 제제의 경우 특히 글리코피롤레이트 에탄올 용액이 적합하였다.

Claims

구조식 3의 α-사이클로펜틸만델릭산의 라세미체(R/S racemic)를 구조식 5의 1-메틸-3-피롤리디도놀 메틸브로마이드와 반응시켜서 구조식 I의 RS, SR의 라세미 글리코피롤레이트를 제조하는 방법.
제 1항에 있어서, 반응전에 글리코피롤레이트의 RR',SS'체를 1당량 투여하여 반응시키는 방법.
제 1항에 있어서, 반응이 종료된 후, 1차로 에틸아세테이트로 추출하여 미반응물을 제거한 다음, 2차로 이소프로필알코올(IPA)을 사용하여 RR',SS'(거울이성질체, enantiomer)를 분리제거하고 잔류물을 다시 이소프로필알콜로 가열냉각 재결정하여 RS', SR' (거울이성질체,enantiomer)을 제조하는 방법.
제 1항에 있어서, 구조식 5의 화합물은 다음 구조식 4의 N-메틸-3피롤리디놀과 메틸브로마이드와 반응시켜서 제조하는 방법.
글리코피롤레이트의 RS' 및 SR' 이성질체 혼합물을 에탄올 수용액에 녹이고 별도 비닐팩 용기에 넣고 이것을 에어로졸 병에 넣어 밀봉한 다음 질소를 비닐팩 외부 에어로졸 벽 내부에 충진시키고 사용시 분사노즐로 약액을 미세한 틈새로 간접적으로 질소에 의해 분사되는 미립자액 에어로졸 형태로 하는 약학적 조성물.