专利名称：新的硫取代含氮杂环膦酸化合物，药物组合物，和治疗钙与磷酸盐异常代谢的方法
技术领域：
本发明涉及新的含氮、硫取代的杂环膦酸化合物，包括双膦酸盐(或酯)，膦酰基烷基次膦酸盐(或酯)、膦酰基羧酸盐(或酯)和膦酰基磺酸盐(或酯)。本发明还涉及包含这些新化合物的药物组合物，涉及采用本发明的化合物或药物组合物治疗和预防以钙和磷酸盐的异常代谢为特征的某些代谢性骨疾病的方法。具体而言，本发明涉及采用本发明的化合物或药物组合物治疗或预防骨质疏松症和关节炎特别是类风湿性关节炎和骨关节炎的方法。
许多困扰温血动物的病理状况均与钙和磷酸盐的异常代谢有关。这些病症大致可分成两类1.以钙和磷酸盐的异常活动为特征的病症，导致一般或特殊的骨损失，如骨质疏松症和佩吉特病;或导致体液中超高量的钙，如引起肿瘤的血钙过多症。该种病理状况在本文中有时被称为病理性硬组织去矿化。
2.引起或导致钙和磷酸盐在体内异常沉积的病理状况，如类风湿性关节炎和骨关节炎。这些病理状况在本文中有时称之为病理性钙化。
第一类包括最普通的代谢性骨疾病，骨质疏松症，骨质疏松症是一种骨硬组织丧失与新的硬组织的形成不成比例的病理状况。骨质疏松症一般可以定义为骨的量减少或者骨骼组织萎缩。骨髓和骨骼空间变大，纤维结缔组织减少，致密的骨骼变脆。骨质疏松症可再分成几类绝经性骨质疏松、老年性骨质疏松、药物引起的骨质疏松(如肾上腺皮质类固醇，在类固醇治疗时发生的);疾病引起的(关节炎和肿瘤)骨质疏松等;但是，其表观现象基本相同。一般说来，有两种类型的骨质疏松，一级和二级骨质疏松。二级骨质疏松是由分离的可识别的疾病过程或药剂引起的。但是，所有骨质疏松病例中约90%是“一级骨质疏松”。这种一级骨质疏松包括绝经后骨质疏松、废用性骨质疏松、年龄相关性骨质疏松(可影响年令超过70-80岁的大多数人)和特发性骨质疏松症(影响中年或年轻的男人和妇女)。
对于骨质疏松的患者来说，骨组织损失太多以致引起骨结构的机械性衰退。例如，患有绝经后骨质疏松症的妇女经常会发生髋和脊柱骨折。经常还会导致脊柱后凸(胸脊柱曲率异常增加)。
骨质疏松中骨损失的机理据信与“骨骼重建”过程不平衡有关。骨重建贯穿人的一生，实现骨骼更新并保持骨骼强度。这种重建过程包括骨表面松散部分的侵蚀和补充，该过程通过被称为“基础多细胞单位”或“BMUs”的细胞组织完成。BMUs主要由“破骨细胞”“成骨细胞”及它们的细胞前体组成。在重建循环中，在“活化”BNU位置上骨组织被破骨细胞吸收，形成吸收空洞。然后用骨骼通过骨细胞填充该空洞。
通常，成年人的重建循环由于吸收空洞的填充不完全而导致骨少量缺损。因此，即使是健康的成年人，也会发生年令相关性骨损失。但是，在骨质疏松病例中，活化的BMUs的数量会增加。这种活化的增加又加速了骨骼重建，因而导致异常高的骨损失。
虽然骨质疏松症的病因不完全清楚，但有许多危险因素据认为与骨质疏松症有关。这些因素包括体重轻、钙摄取少、体力活动少以及雌激素缺乏。
目前对骨质疏松症的治疗主要是施用钙和雌激素。
第二类涉及以钙和磷酸盐异常沉积所表现的病理状况包括进行性骨化性肌炎、全身性钙质沉着和其它一些病症，如关节炎(例如包括类风湿性关节炎和骨关节炎)、神经炎、滑襄炎、腱炎和其它使相关组织出现钙沉积的病理状况。
除了骨质疏松之外，骨损失还可能是由类风湿性关节炎和骨关节炎引起的。类风湿性关节炎是一种慢性的，系统性和关节性的炎性疾病。它的特征是关节襄和韧带无力，随之而破坏软骨、韧带、肌腱和骨。并降低滑液的粘度和发生其它改变。类风湿性关节炎和症状包括全身无力，疲劳，局部疼痛，躯体关节的僵硬，无力，肿胀和畸形。在四十至六十岁的妇女中类风湿性关节炎最为常见。
导致关节破坏的类风湿性关节炎的发病机理有两个阶段1)渗出期，该阶段影响到微循环和滑液细胞使得血浆蛋白和细胞成分流进关节;2)慢性炎性期出现在滑膜下和软骨下，它的特征是在关节腔中形成关节翳肉芽组织，骨侵蚀和软骨损伤。关节翳可能会形成粘性和瘢痕组织，由此引起以类风湿性关节炎为特征的关节变形。
类风湿性关节炎的病因依然是不清楚的。感染物如细菌和病毒与其有关。目前的假说认为非洲淋巴细胞瘤病素(EBV)是诱发类风湿性关节炎的致病物质。
目前对类风湿性关节炎的治疗大多数是通过连用非类固醇类抗炎药来缓解病症。非类固醇类抗炎药物疗法主要对早期类风湿性关节炎有效。如果病程已超过一年，就不可能对关节炎症产生抑制作用。人们也曾尝试采用金，氨甲喋呤，免疫抑制剂和皮质类固醇，但效果有限。
另一方面，骨关节病是一种可移动关节内部的非炎性疾病。它的特征是关节软骨的退化和磨损，以及在关节表面处形成新骨。随着骨关节炎的发展，关节软骨的表面损坏，磨损颗料获得进入滑液的入口，滑液反过来刺激巨噬细胞的吞噬作用。因此，最终会诱发骨关节炎中的炎性反应。骨关节炎的一般临床症状包括指关节的软骨性和骨性增大，以及起床时关节僵硬，运动时疼痛。
对骨关节炎的一般症状的治疗包括止痛药、抗炎药、类固醇及物理疗法。
业已提出各种膦酸衍生物可用于治疗和预防与钙和磷酸盐的异常代谢有关的疾病。例如，许多参考文献均公开了包含多膦酸特别是双膦酸如乙烷-1-羟基-1，1-二膦酸(“EHDP”)的组合物，以及它们在抑制在动物组织内钙和磷酸盐的异常沉积和移动中的应用，所有这些文献均引入本文以作参考。这些文献是US3，683，080(1972，8，8授权)，US4，230，700(1980，10，28授权)，这两篇均授权于Francis，US4，868，164(1989，9，19授权于Ebetino等)。许多另外一类文献公开了用于治疗骨质疏松和/或关节炎的杂环取代的二膦酸(它们被引入本文以作参考)US4，868，164(1989，9，19授权于Ebetino等);US5，104，863(1992，4，14授权于Benedict等);US4，267，108(1981，5，12授权于Blum等);1986，2，5公开Boehringer Mannhein GmbH的Ep-A170，228;1986，7，2公开Benedict和PerKinS的Ep-A，186，405;US4，754，993(1988，11，15授权于Bosies等);US4，939，130(1990，7，3授权于Jaeggi等);US4，971，958(1990，11，20授权于Bosies等);DE4011777(1990，10，18公开，Jaeggi.K.)WO90/12017(Dunn，等，1990，10，18公开);WO91/10646(Youssefyeh，R，等，1991，7，25公开);AU-A-26738/88(Jaeggi;1989，6，15，公开);AU-A-45467/89(1990，5，31公开;转让于Ciba-Geigy)和US4，208，401(1980，6，17授权于Bauman)。
此外，还有一些文献描述了含硫的膦酸，据说它们可用于治疗炎性症状，例如见US4，746，654(1988，5，24授权于Breliere等，转让于Sanofi);US4，876，247)1989，10，24授权于Barbier等;EPO100，718 Breliere等，转让于Sanofi 1984，2，15公开)US 5，071，840(1991，12，10授权于Ebetino等)公开了含硫杂环取代的二膦酸，其中二膦酸取代的碳部分连接到含氮六元环杂环的碳原子上。所述的化合物可用于治疗与钙和磷酸盐的异常代谢有关的病理状况，特别是骨质疏松症和关节炎。
进而，EP298，553(Ebetino，1989，1，11公开)描述了大量的其它取代基中硫羟取代基，它们适用于作亚甲基膦酰基烷基次膦酸上的取代基。但该文献并未表明硫羟取代基比许多其它的取代基有更强的抗吸收和抗关节炎活性。
这些文献中也没有一篇描述了采用硫取代、含氮杂环的双膦酸盐(或酯)，膦酸基羧酸盐(或酯)和膦酰基磺酰盐(或酯)、来预防和治疗骨质疏松症和类风湿性关节炎和骨关节炎。本文中定义的硫取代基包括硫羟，烷基硫醇、硫酯、烷基硫酯、二硫酯和烷基二硫酯、硫代氨基甲酸酯，硫代氨基甲酸烷基酯、二硫代氨基甲酸酯、二硫代氨基甲酸烷基酯、硫代硫酸酯、硫代碳酸烷基酯、二硫代碳酸酯和二硫代碳酸烷基酯。进而，本发明的化合物具有在关节病症中关节损坏部位的骨保护活性并具有在治疗上据信仅为炎性症状的关节炎方面具有附加效益的活性。用于本文中的术语“骨保护活性”是指对关节损坏部位骨和周围软组织疾病缓和的活性。
令人惊奇地发现，本发明的化合物比无硫取代基的杂环双膦酸化合物具有更强的骨抗吸收活性，在治疗骨质疏松和关节炎方面有更高的治疗有效性。
因而，本发明的一个目的是提供新的更有效的化合物，在骨质疏松症治疗方面它是更有效的骨吸收抑制剂，在骨关节炎和类风湿性关节炎治疗方面它是更有效的抗关节炎剂，本发明另一个目的是提供用于治疗和预防钙和磷酸盐的异常代谢以及用于治疗和预防关节炎，特别是类风湿性关节炎和骨关节炎的药物组合物。此外，本发明的一个目的是提供以人类或其它哺乳动物钙和磷酸盐的异常代谢为特征的疾病的治疗和预防方法，这些疾病包括骨质疏松和关节炎，特别是类风湿性关节炎和骨关节炎。
本发明的这些目的和其它目的从以下给出的本发明的详细描述中会更清楚地看出。
本发明涉及硫取代、含氮杂环的膦酸化合物，包括双膦酸盐(或酯)，膦酰基烷基膦酸盐(或酯)、膦酰基羧酸盐(或酯)和膦酰基磺酸盐(或酯)，及它们的可成药盐或酯。进而，本发明涉及含有安全且有效量的本发明的化合物及药物可接受的赋形剂的药物组合物。最后，本发明还涉及以人类或其它动物钙和磷酸盐的异常代谢为特征的疾病的治疗或预防方法，包括治疗或预防骨质疏松症和关节炎，特别是类风湿性关节炎和骨关节病。该方法包括以安全且有效量的本发明化合物或组合物需治疗的对人类或其它动物给药。这些化合物的一般结构式为
(a)Z为单环的或多环的杂环部分，它包含选自O、S和N中的一个或多个杂原子，且其中至少有一个为N;
(b)Q为共价键;O、S、N或NR1;
(c)R为COOH，SO3H、PO3H2或P(O)(OH)R4，其中R4为取代或未取代的C1-C8烷基;
(d)每一R1独立地选自-SR6;-R8SR6;不存在;氢;未取代或取代的C1-C8烷基;未取代或取代的芳基;羟基;-CO2R3;-O2CR3;-NR32;-OR3;-C(O)N(R3)2;-N(R3)C(O)R3;取代或未取代的苄基;硝基;或者它们的混合物;
(e)R2为Z部分的原子上的一个或多个取代基，它独立地选自-SR6和-R8SR6;其中R6为H;-CO2R3;-O2CR3;-NR32;-N(R)3C(O)R3;和不存在;氢;未取代或取代的C1-8烷基;未取代或取代的芳基;羟基;取代或未取代苄基;硝基;或它们的混合物;
(f)每一R3独立地选自氢取代或未取代的C1～C8烷基;或R8SR6;
(g)R5选自-SR6、R8SR6、氢;羟基;氨基;卤素;未取代或取代的C1～C8烷基;和(h)R6独立地选自H;-C(O)R7;C(S)R7;C(O)NR72;C(S)NR72;C(O)(OR7);和C(S)(OR7);其中R7为氢;或未取代或取代的C1～C8烷基;
(i)R8为取代或未取代的C1-C8烷基;和R1、R2、R3或R5中至少有一个必须是SR6或R8SR6。
在该通式中，Z为含氮、单环或多环、饱和或不饱和的杂环部分。此外，m和n和m+n为约0～约10的整数(优选m+n＝0、1或2);Q为一共价键或选自O、N、S或NR1的部分;R为COOH、SO3H、PO3H2或P(O)(OH)R4。进而在该通式中，每一R1、R2、R3和R5是独立地选自多种取代基，最优选的是R1、R2、R3和R5为SR6、R8SR6、氢、羟基和氨基。R1、R2、R3和R5中至少有一个应是SR6、或R8SR6。R4最好为C1～C4烷基，R5最好为氢、卤素、氨基或羟基。R6最好为H、C(O)R7、C(S)R7、C(O)NR72，其中R7为不存在、氢或C1～C8烷基。最后，在该通式中，当Q为S、N、NR1或O时，含Q的链不会连接到杂环的氮原子上。
如上所述，R1、R2、R3和R5中必须至少有一个为SR6或R8SR6;当R1、R2、R3或R5任一个为SR6或R8SR6时，杂环膦酸盐(或酯)就是硫取代的。本发明的化合物中，适宜的硫取代基为硫醇、烷基硫醇、硫酯、硫代烷基酯、二硫酯、二硫代烷基酯、硫代氨基甲酸酯、硫代氨基甲酸烷基酯、二硫代氨基甲酸酯、二硫代氨基甲酸烷基酯、硫代碳酸酯、硫代碳酸烷基酯，二硫代碳酸酯和二硫代碳酸烷基酯。
本发明还涉及包含安全且有效量的本发明的化合物和药物上可接受的赋形剂的药物组合物。最后，本发明涉及治疗和预防人类或其它哺乳动物中以不正常钙和磷酸盐新陈代谢作用为特征的病理学状况。该方法包括以安全且有效量的本发明化合物或组合物给药于需治疗的人类或其它哺乳动物。
术语的定义和使用如下列出本文所用的各术语的定义。
“杂原子”指氮、硫或氧原子。含一个或多个杂原子的基团可以包含不同的杂原子。
“烷基”是指未取代或取代的，直链或支链的、饱和或不饱和烃链，所说的烃链可以是饱和的并有1-8个碳原子，除非另有说明，优选其含1-4个碳原子。所述烃链可是未饱和的，有2-8个碳原子，除非另有说明，优选其有2-4个碳原子。相应地，本文中所使用的术语“烷基”均包括了具有至少一个烯属双键的烯烃不饱和链和具有至少一个三键的炔烃不饱和链。优选的烷基包括但不限于甲基、乙基、丙基、异丙基和丁基。
“杂环烷基”是指具有3-8个原子且包含碳原子和一个或多个杂原子的未取代或取代的饱和链。
本文所用的“碳环”是未取代或取代的，饱和、不饱和或芳香烃环，通常，它包含3-8个原子，优选5-7个原子。碳环可以是含3-8个，优选5-7个碳原子的单环，或者它们可是多环。由两上环组成的多环通常具有6-16个，优选10-12个碳原子。由三个环组成的多环碳环通常包含13-17个，优选14-15个原子。
在本文中所用的“杂环”是指未取代或取代的，饱和、不饱和或芳香环，该环包含3-8个，优选5-7个碳原子且在环上有一个或多个附加的杂原子。在本文中所用的术语“杂环部分”包括稠合或未稠合、不饱合、饱合或未取代的单环或多环体系。单环杂环部分通常包含3-8个原子，优选5-7个原子。由两个环组成的多环杂环部分通常包含6-16个原子，优选10-12个原子。由三环组成的多环杂环部分通常包含13-17个原子，优选14-15个原子。此外，多环杂环部分可以单独由杂环组成(其中每一个环均含一个氮原子)，也可以由杂环(其中每一个环均须含一个氮原子)和碳环组成。每一杂环部分必须包含至少一个氮原子。除非另有说明，杂环部分中任一附加的杂原子可独立地选自氮、硫和氧。
“芳基”是指芳族碳环、优选的芳基包括但不限于苯基、甲苯基、二甲苯基、枯烯基和萘基。
“杂芳基”是指芳香杂环。优选的杂芳基包括但不限于噻吩基、呋喃基、吡咯基、吡啶基、吡嗪基、噁唑基、噻唑基、喹啉基、嘧啶基和四唑基。
“烷氧基”为一个具有烃链取代基的氧原子，其中烃链为烷基或链烯基(如-O-烷基或-O-链烯基)。优选的烷氧基包括但不限于甲氧基、乙氧基、丙氧基和烷氧基。
“羟烷基”是指具有一个羟基取代基(如-OH)的取代的烃链，它也可有其它取代基。优选的羟烷基包括但不限于羟乙基、羟丙基和羟烷基。
“羧烷基”是指具有一个羧基取代基(如-COOH)的取代的烃链，它也可有其它取代基。优选的羧烷基包括但不限于羧甲基、羧乙基、和它们的酸和酯。
“氨烷基”是指用一个胺部分(如烷基-NH-)取代的烃链(如烷基)，例如甲基胺。
“烷氨基”是指具有一个或两个烷基取代基的氨基部分(如-N-烷基)，例如二甲基胺。
“链烯基氨基”是指具有一个或两个链烯基取代基的氨基部分(如-N-链烯基)。
“炔基氨基”是指具有一个或两个炔基取代基的氨基部分(如-N-炔基)。
“烷亚氨基”是指具有一个或两个烷基取代基的亚氨基部分(如-N-烷基-)。
“芳烷基”是指用芳基取代的烷基部分。优选的芳烷基包括苄基和苯乙基。
“芳氨基”是指用芳基取代的氨基部分(如-NH-芳基)。
“芳氧基”是指具有芳基取代基的氧原子(如-O-芳基)。
“酰基”或“羰基”是指一个碳与氧的双键(如R-C(＝O)-)。优选的烷基酰基包括但不限于乙酰基、丙酰基、丁酰基和苯甲酰基。
“酰氧基”是指具有酰基取代基的氧原子(如-O-酰基);例如，-O-C(＝O)-烷基。
“酰氨基”是指具有酰基取代基的氨基部分(如-N-酰基);例如，-NH-(C＝O)-烷基。
“卤”，“卤素”或“卤化物”是指氯、溴、氟、或碘原子基。优选氯、溴和氟。
在本文中称为“低级”烃部分(如“低级”烷基)是指除另有说明外包含1-6个，优选1-4个碳原子的烃链。
本文中所用的术语“硫代-取代基”由SR6或R8SR6所述，其中R8为C1～C8的烷基。具体的硫代-取代基包括硫羟(-SH，其中R6＝H);硫酯(
，其中R6为COR7);硫代氨基甲酸酯(
，其中R6为CONR7);二硫代氨基甲酸酯(
，其中R6为CSNR72);二硫酯(
，其中R6为CSR7);硫代碳酸酯
(
，其中R6为C(O)OR7);和二硫代碳酸酯(
，其中R6为C(S)OR7)。这里所用的R7是氢或者取代或未取代的C1～C8烷基。可以理解。R8(如C1～C8烷基)可置于如上定义的SR6基团前面;这将会形成烷基硫羟;硫代烷基酯、二硫代烷基酯、硫代氨基甲酸烷基酯、二硫代氨基甲酸烷基酯、硫代碳酸烷基酯和二硫代碳酸烷基酯。
在本文中所用的术语“双膦酸盐(或酯)”或“双膦酸”是指具有连接于同一个碳原子上的两个膦酸基团的那些膦酸盐(或酯)或膦酸，它们可与术语二膦酸盐(或酯)和二膦酸替换使用。使用这里所述的结构，在这些化合物中R部分为PO3H2。
“可成药盐”是指与任何酸性(如羧基)基团形成的阳离子盐，或者与任何碱性(如氨基)基团形成的阴离子盐。现有技术中，许多这类盐均是已知的，如Johnston等人，1987，9，11公开的世界专利公开87/05297所述的那些，该文献引入这里供参考。优选的阳离子盐包括碱金属盐(如钠盐和钾盐)，碱土金属盐(如镁盐和钙盐)，优选的阴离子盐包括卤化物(如氯化物)，乙酸盐和碳酸盐。
“可生物水解的酯”是指硫取代的膦酸化合物不会影响化合物的活性，或者易于被人类或其它哺乳动物代谢以产生活性化合物。现有技术中许多这些酯均是已知的，如Johnston等人1987，9，11公开的世界专利公开87/05297所述的那些，该文献引入这里以作参考。该种酯包括低级烷基酯;低级酰氧基烷基酯(如乙酰氧甲基酯、乙酰氧乙基酯，氨基羰氧基甲基酯、新戊酰氧基甲基酯和新戊酰氧基乙基酯);内酯(如2-苯并[C]呋喃酮基酯和硫代2-苯并[C]呋喃酮基酯);低级烷氧基酰氧基烷基酯(如甲氧羰氧基甲基酯、乙氧羰氧基乙基酯和异丙氧羰氧基乙基酯);烷氧基烷基酯，胆碱酯和酰氨基烷基酯(如乙酰氨基甲基酯)。
如上定义和在这里所使用的取代基自身也可被取代。这种取代可用一个或多个取代基取代。这些取代基包括但不限于在C.HanSch和A.Leo的Substituent Constants for correlation Analysis in Chemistry and Biology(1979)所列的那些，该文献引入这里以作参考，优选的取代基包括但并不限于烷基、链烯基、烷氧基、羟基、氧代、氨基、氨烷基(如氨甲基等)、氰基、卤素、羧基、烷氧基乙酰基(如乙氧羰基等)，硫、硫羟、芳基、环烷基、杂芳基、杂环烷基(如哌啶基、吗啉基、哌嗪基、吡咯烷基等)。亚氨基、硫代、羟烷基、芳氧基、芳烷基和其混合物。
硫代含氮杂环的膦酸化合物本发明的化合物为硫取代的杂环的膦酸和其可成药盐或酯，其中含膦酸的碳原子被连接到含氮杂环部分的碳原子上，优选吡啶环部分的碳原子上。含膦酸的碳原子与杂环部分可以直接通过共价键(优选单键)键合，或者通过约1～约10个原子的长链键合。如果上述键合是通过连接链实现的，该链可以全是碳原子，一个氮原子或含氮链一个氧原子或含氧链、一个硫原子或含硫链。连接链上的碳原子和氮原子可独立地被一个或多个取代基未被取代或被取代，所说的取代基选自硫取代基(包括硫醇、烷基硫醇、硫酯、硫代烷基酯、二硫酯、二硫代烷基酯、硫代氨基甲酸酯、硫代氨基甲酸烷基酯、二硫代氨基甲酸酯、二硫代氨基甲酸烷基酯、硫代碳酸酯、硫代碳酸烷基酯、二硫代碳酸酯和二硫代碳酸烷基酯、氢、羟基、甲基、乙基或丙基。所述链上的碳或氮原子也可以不被取代。还优选该链长为一个原子，如-CH2-，-NH-和-O-。
对于连接链上的氮、硫或氧原子键合至杂环部分的化合物而言，该氮、硫或氧原子是被键合至环的碳原子上而不直接键合至环的氮原子上。本发明也包含了这样一些化合物，在该化合物中，连接链上的氮原子被键合至杂环上，该氮原子被键合至一个直接键合至杂环氮原子上的碳原子上，因而这些化合物具有一个叉结构(如下更详细地描述)。当Q为N、S、O、NR′且m＝0时，Q优选键合至环的碳原子上。当Q为共价键时，连接链可被键合至环的碳原子上或氮原子上。
与膦酸基团相连的碳原子可是未取代的(如一个氢原子)或取代的。该碳原子可以用两个膦酸基团取代(提供双膦酸化合物);或者用一个膦酸基团和一个亚膦酸基团取代(产生膦酰基烷基亚膦酸化合物);用一个膦酸基团和一个磺酸基团取代(产生膦酰基磺酸化合物);或用一个膦酸基团和一个羧酸基团取代(产生膦酰基羧酸化合物)。
进而，杂环上的碳原子可以是未取代的或者独立地用一个或多个取代基取代，杂环上的氮原子也可以是未取代的或取代的。
本发明的化合物必须具有至少一个硫取代基如SR6或R8SR6部分是必要的。相应地，R1、R2、R3或R5中至少有一个必须为SR6或R8SR6。
因此，本发明的硫取代、含氮杂环的膦酸和其可成药盐或酯具有下述通式
其中m和n为0～10的整数，m+n等于0～10。
(a)Z为单环或多环杂环部分，它包含一个或多个选自O、S或N的杂原子，至少其中之一为N;
(b)Q为共价键、O、N、S或NR1;
(c)R为COOH、SO3H、PO3H2或P(O)(OH)R4;其中R4为C1～C8烷基;
(d)每一R1独立地选自，-SR6;-R8SR6;无;氢;未取代或取代的C1～C8烷基;未取代或取代的芳基;羟基;-CO2R3;-O2CR3;-NR32;
-N(R3)C(O)R3;-OR3;
-C(O)N(R3)2;取代或未取代的苄基;硝基，或它们的混合物;
(e)R2为Z部分原子上的取代基，可独立地选自-SR6;-R8SR6;-CO2R3;-O2CR3;-NR32;-N(R)3C(O)R3;OR3;-C(O)N(R3)2;无;氢;未取代或取代的C1～C8烷基;未取代或取代的芳基;羟基;取代或未取代的苄基;硝基;或它们的混合物;
(f)每一R3独立地选自氢;取代或未取代的C1～C8烷基;或R8SR6;
(g)R5选自-SR6;R8SR6;氢;羟基;未取代或取代的C1～C8烷基;氨基;卤素;和(h)R6为H;-C(O)R7;-C(S)R72;-C(O)NR72;-C(S)NR7;C(O)OR7;或C(S)OR7，其中R7为氢或未取代或取代的C1～C8烷基;
(i)R8为C1～C8取代或未取代的烷基;和R1、R2、R3或R5中至少有一个为SR6或R3SR6通式中，Z为含氮杂环部分。所说的杂环部分可以为单环体系(如一个杂环)，也可以为多环体系(如一个杂环和一个或多个杂环或碳环)。每一Z部分至少应包含一个氮杂原子和可以包含一个或多个选自氧、硫或氮的附加杂原子。
通式中，Q为一共价键(优选为一单键)，或者为选自氧、硫、氮或-NR1的部分。进而，m和n和m+n为约0-约10的整数，优选m+n＝0或1;对于Q为氧或-NR1时更优选的是m＝0和n＝0或1;对于Q为共价键的情形，优选m+n＝0，1或2。
本文所述的R部分可以是COOH、SO3H、PO3H2或P(O)(OH)R4，其中R4为C1～C8烷基。当R为PO3H2时，硫取代的膦酸化合物为双膦酸盐(或酯);当R为P(O)(OH)R4时，硫取代的膦酸化合物为膦酰基烷亚膦酸盐(或酯);当R为SO3H时，硫取代的膦酸化合物为膦酰基磺酸盐(或酯);当R为COOH时，硫取代的膦酸化合物为膦酰基羧酸盐(或酯)。
如上所述，R1、R2、R3或R5中至少有一个为SR6或R8SR6是必须的;在R1、R2、R3或R5中任一个为SR6或R8SR6时，杂环膦酸盐(或酯)是硫取代的。本发明化合物适宜的硫取代基包括硫醇、烷基硫醇、硫酯、硫代烷基酯、二硫酯、二硫代烷基酯、硫代氨基甲酸酯、硫代氨基甲酸烷基酯、二硫代氨基甲酸酯、二硫代氨基甲酸烷基酯、硫代碳酸酯、硫代碳酸烷基酯、二硫代碳酸酯和二硫代碳酸烷基酯。
R1部分为取代基，且独立地选自硫羟、烷基硫羟、硫酯、硫代烷基酯、二硫酯、二硫代烷基酯、硫代氨基甲酸酯、硫代氨基甲酸烷基酯、二硫代氨基甲酸酯、二硫代氨基甲酸烷基酯、硫代碳酸酯、硫代碳酸烷基酯、二硫代碳酸酯、二硫代碳酸烷基酯、氢、卤素、C1-C8烷基、未取代或取代的芳基、未取代或取代的苄基;羟基;-C(O)N(R3)2;-OR3;-CO2R3;-O2CR3;NR32;-N(R3)C(O)R3;硝基;和它们的混合物;其中R3独立地选自R8SR6、氢、取代或未取代的C1-C8烷基，优选硫取代的烷基。当Q为共价键且任一R1不存在时，邻位的R1也不存在;这表明一种不饱和链;当Q为NR1，R1不存在表示碳氮间为两键。
但当n＝O且Q为氧、硫或氮时，R5选自氢、约1～约8个碳原子的烷基;R8SR6，其可成药盐和酯;及它们的混合物。
优选R1选自硫取代基、氢、氯、甲基、乙基、羟基、未取代的氨基、(N-甲基)氨基、(N，N-二甲基)氨基、-CO2H和其可成药盐，-CO2CH3和-CONH2。更优选的是R1选自硫羟，(或含硫取代基)，氢、甲基、氯、氨基和羟基。更优选的是R1为硫羟、氢、羟基或氨基。此外，如上所述，本发明的化合物中，R1、R2、R3和R5中至少有一个为含硫取代基如SR6或R8SR6是必要的。
本发明化合物的杂环部分可以是未取代的，或者是用一个或多个取代基(R2)于环的原子上独立地取代了的。R2基团可以在杂环部分的同一碳原子上或在不同的原子上。
因此，R2为杂环的一个或多个原子上的取代基，R2可以独立地选自不存在;SR6，R8SR6;氢、卤素;C1～C8烷基;未取代或取代的芳基;未取代或取代的苄基，-C(O)N(R3)2;-OR3;-CO2R3;-O2CR3;-NR32;-N(R3)C(O)R3;硝基，及它们的混合物，其中R3独立地选自氢、未取代或取代的C1～C8烷基，优选硫取代的烷基。
优选的是R2取代基独立地选自硫取代基;(SR6，R8SR6)，氢、甲基、乙基、羟基、未取代的氨基、(N-甲基)氨基、(N，N-二甲基)氨基、氯、甲氧基、乙氧基、硝基、-CO2H和其可成药盐、-CO2CH3、CONH2，和它们的混合物。更优选的是R2取代基独立地选自含硫取代基;氢、甲基、氨基、氯、甲氧基、羟基和它们的混合物。最优选的是R2取代基独立地选自含硫取代基;氢和甲基。此外，如上所述，本发明的化合物中，R1、R2、R3和R5中至少有一个为含硫取代基如SR6或R8SR6是必要的。
如上通式中的R5是指氢、卤素、羟基、氨基、硫取代基如SR6或R8SR6、未取代或取代的C1～C8烷基。R5优选羟基、氨基、氢、卤素、硫;R5最好为羟基、氨基和氢。
R6是指含硫取代基-SR6上的一个取代基。R6为氢;-C(O)R7;-C(S)R7;-C(O)NR72;-C(S)NR72;-C(O)OR7;-C(S)OR7，其中R7可不存在，氢、未取代或取代的C1～C8烷基。优选R6为H、C(O)R7、C(O)NR7;R6最好为氢。优选R7为氢或C1～C8烷基。
本发明的Z部分为含氮杂环部分。所说的杂环部分含有选自O、S或N中的一个或多个杂原子，其中至少有一个为氮原子。Z部分可以为具有3～8个原子的单环杂环部分或具有6～17个原子的多环杂环部分。所说的多环部分可以包含两个或多个杂环，或者一个杂环和一个或多个碳环;但杂环部分中必须至少一个杂环具有至少一个氮原子;因而杂环部分至少包含一个含氮杂环。
优选的单环Z部分为嘧啶、吡嗪、哌啶和吡啶。
优选的多环Z部分喹啉、吡咯并吡啶、喹喔啉和咪唑并吡啶。
进而在前述通式中，当m＝0且Q为氧或氮时，则Q部分与杂环的键合最好如下限制。Q部分被键合至杂环的碳原子上而不直接键合至杂环氮原子上(如当以环上的氮原子为1位计数时哌啶环的3、4或5位)，除非当Q为氮时，Q也可以通过叉结构键合到杂环上。
具有叉结构的本发明的化合物包含N＝C-N化学键作为杂环部分。
本发明优选的硫取代，含吡啶的双膦酸化合物具有如下的通用结构式。
连接链具有杂原子如Q＝S、O、N或NR1的硫取代、含吡啶的双膦酸盐(或酯)也是优选的。
此外，本发明的硫取代的哌啶双膦酸和其可成药盐和酯可为下列另一种通用结构式
其它的硫取代的双膦酸化合物包括那些Z部分为由两个环组成的多环杂环部分的化合物。
其它优选的含硫杂环取代的双膦酸为Z部分是嘧啶的那些化合物。这些化合物和其可成药盐或酯的通用结构式如下
其它适宜的硫取代的杂环双膦酸包括Z为七元含氮杂环的那些化合物。其通用结构式如下
Z部分为五元杂环的硫取代杂环双膦酸也是优选的，其通用结构式如下
其中R2选自氢或甲基，R2优选氢;R3和R4为独立地选自氢、甲基、氨基、氯、甲氧基、羟基和它们的混合物的取代基，R3和R4最好为氢或甲基。
本发明化合物的具体实例包括[(5-[巯基甲基]-2-哌啶基)亚甲基]双[膦酸];双[膦酸];双[膦酸];-2-哌啶基)亚甲基]双[膦酸];双[膦酸];-3-哌啶基)亚甲基]双[膦酸];-4-哌啶基)亚甲基]双[膦酸];双[膦酸];双[膦酸];-2-哌啶基)亚乙基]双[膦酸];双[膦酸];双[膦酸];-2-哌啶基)亚乙基]双[膦酸];双[膦酸];-1-羟基)亚乙基]双[膦酸];-1-羟基]亚乙基]双[膦酸];-1-羟基)亚乙基]双[膦酸];-1-羟基)亚乙基]双[膦酸];-1-羟基)亚乙基]双[膦酸];-1-羟基)亚乙基]双[膦酸];-1-羟基)亚乙基]双[膦酸];-1-羟基)亚乙基]双[膦酸];-1-羟基)亚乙基]双[膦酸];亚乙基]双[膦酸];双[膦酸];亚丙基]双[膦酸];亚丙基]双[膦酸];亚丙基]双[膦酸];-1-羟基-亚丙基]双[膦酸];-1-羟基亚丙基]双[膦酸];-1-羟基亚丙基]双[膦酸];双[膦酸];-2-甲基-2-哌啶基)亚乙基]双[膦酸];-1-氨基)亚乙基]双[膦酸];-1-氨基)亚乙基]双[膦酸];-4-哌啶基)-1-氨基亚乙基]双[膦酸];-1-羟基)亚乙基]双[膦酸];-1-羟基)亚乙基]双[膦酸];双[膦酸];双[膦酸];-1-羟基亚乙基]双[膦酸];-1-羟基亚乙基]双[膦酸];亚乙基]双[膦酸];亚乙基]双[膦酸];-1-羟基亚乙基]双[膦酸];-1-羟基亚乙基]双[膦酸];-2-哌啶基)氨基亚甲基]双[膦酸];双[膦酸];-3-哌啶基)氨基亚甲基]双[膦酸];双[膦酸];双[膦酸];-4-哌啶基)氨基亚甲基]双[膦酸];双[膦酸];-3-甲基-2-亚哌啶基)氨基亚甲基]双[膦酸];双[膦酸];-3-甲基-2-亚哌啶基)氨基亚甲基]双[膦酸];双[膦酸];-2-亚哌啶基)氨基亚甲基]双[膦酸];双[膦酸];-2-亚哌啶基)氨基亚甲基]双[膦酸];-2-(1，4-亚二嗪基)氨基亚甲基]双[膦酸];-2-[1，3-亚二嗪基)氨基亚甲基]双[膦酸];-2-[1，3，5-亚三嗪基)氨基亚甲基]双[膦酸];
N-(2′-(1′，3′-亚二嗪基)-氨基甲烷二膦酸;和它们的可成药盐和酯。
为了测定和评价药物活性，采用本领域普通技术人员公知的各种测试方法，在动物体内进行了二膦酸化合物的测试。因此，使用一种通过测试这些化合物抑制骨吸收能力所设定的方法就可便利地表示体内骨骼抗吸收活性，所说的骨吸收性能表征钙和磷酸盐的异常代谢。该类已知的测试的实例包括SchenK模型老鼠模型和辅助的关节炎试验。在玻璃试管管内羟基磷灰石晶体生产抑制试验也是有用的。这些试验和其它的药物活性评价试验均公开和/或参见下述文献Shinoda，等，Calcified Tissue International 35，p87-99(1983);Schenk等，Calcified Tissue Research，11，p196-214(1973);Russell等Calcified Tissue Research，6 p183-196(1970);Muhibauer和Fleisch，Mineral Electrolyte Metab，5，P296-303(1981);MancolLas等人，Oral Biol，15，731(1970);US专利3，683，080(Francis，1972.8.8授权);US专利4，134，969(Schmidt-Dunker，1979.1.16授权);EPO-A-189，662(1986.8.6公开);所有这些文献被完整地引入本发明以作参考。在以下给出的实施例中详细地描述其中的一些药物活性试验。
除了可用作钙或磷酸盐的异常代谢为特征的病理学的状况的治疗或预防外，本发明的化合物还有其它的一些用途。例如，本发明的化合物据信用99m-锝标记后可用作骨扫描剂。此外，本发明的化合物还可用作多价金属离子特别是二价(如钙和镁)和三价金属离子(如铟)的多价螯合剂。因此，本发明的化合物可用作洗涤剂和清洁剂助剂或处理水时的助剂。它们也可用作化合物的稳定剂。此外，它们也可用于防止牙齿上酒石(如结石)和/或蚀斑的形成。最后，本发明的化合物也可用作除草剂，它对动物无毒。
本发明的硫取代含氮杂环的膦酸化合物可以采用本文中实施例A-H给出的方法制备。
包含新的硫取代、含氮杂环的膦酸化合物的组合物本发明的新的膦酸化合物可以通过各种途径对人类或其它动物给药，这些方式包括但不限于口服和注射(静脉内，肌肉内，腹膜内和皮下注射)。本领域的普通技术人员采用下面限定的适宜的药物赋形剂可很容易地配制出许多包含本发明的新型硫取代膦酸化合物的其它给药形式。从患者易于接受的角度来考虑，通常最好的采用口服给药的方式。
本文所用的术语“药物组合物”是指包含安全且有效量的硫取代膦酸化合物的活性成分或其混合物以及药物可接受的赋形剂的混合物。
本文所用的术语“安全且有效量”是指化合物和组合物的用量在安全的医疗判断范围内应足够大以显著地改善欲治疗的症状和/或病症，但又足够小以避免产生严重的副作用(合理的效益/风险比)。在本文中所发明的方法中所使用的药物组合物所用的活性成分的安全且有效用量可以因各种因素而变化，这些因素包括所要治疗的具体病症，患者的年龄和身体状况，疾病的严重程度，治疗的持续时间，共同作用的别的治疗方式，所采用的具体的活性成分，所采用的具体的药物可接受的赋形剂以及主治医生的知识和经验范围内的其它因素。
本文所用的术语“药物可接受的赋形剂包括本领域普通技术人员公知的任何生物惰性，药物非活性的物质，它应与所选用的具体膦酸化合物活性成分的物理和化学特性相容。药物可接受的赋形剂包括但不限于聚合物，树脂，增塑剂，填充剂，粘合剂，润滑剂，滑动剂(glidant)分解剂，溶剂，共溶剂，缓冲体系，表面活性剂，防腐剂，甜味剂，香味剂，医药级染料或颜料和粘性剂。
本文所用的术语“口服给药形式”是指经患者口腔将所说的组合物送至患者的肠胃系统内而将任何所需药物组合物系统地给药于患者就本发明情况而言，服用的形式可以是包衣或未包衣的片剂，溶液，悬浮液;或者包衣或未包衣的胶囊。
本文所用的术语“注射”是指通过经对患者皮肤打针而输送含活性成分的溶液或乳液以使所说的溶液或乳液经静脉内，肌肉内，腹膜内和皮下注射输送至患者的循环系统中使得任何所需的药物组合物系统地给药于人或其它哺乳动物。
本领域的普通技术人员可以采用下列一种或多种方式以满意地控制系统的传输速度(a)活性成分性能;
(b)药物可接受的赋形剂;只要变化不干扰所选用的具体活性组分的活性;
(c)赋形剂的类型和伴随物所希望有的所说赋形剂的稠度和渗透性(膨胀性能);
(d)赋形剂自身和/或赋形剂内的时间依从条件;
(e)粒状的活性组分的颗粒尺寸;和(f)赋形剂的PH值依从条件。
具体说来，用作性能选择指导的因素可以是不同硫取代膦酸盐(或酯)活性成分溶解度，酸性和水解敏感性，所说的活性成分例如为酸加成盐，即与羟基形式的盐如碱金属盐，碱土金属盐等;和酯，如烷基，链烯基，芳基，芳烷基的酯。此外，通过向活性成分中添加适宜的缓冲剂而使口服剂达到适宜的PH条件以与所希望的释放型式一致。
如上所述，药物可接受的赋形剂包括但不限于树脂，填充剂，粘合性，润滑剂，溶剂，滑动剂，分解剂，共溶剂，表面活性剂，防腐剂，甜味剂，香味剂，缓冲体系，医药级染料或颜料和粘性剂。
优选的溶剂为水。
本文中所用的香味剂包括下述文献公开的那些Remington′s Pharmaceutical Sciences第18版，MacK Publishing Company，1990第1288-1300页，该文献引入这里供参考。本文中适用的药物组合物通常包含0-2%的香味剂。
本文中所用的染料或颜料包括下述文献公开的那些HandbooK of Pharmaceutical Excipients第81-90页，1986，American Pharmaceutical Association & The Pharmaceutical Society of Great Britain该文献引入这里供参考，这里的药物组合物通常含0-2%染料或颜料。
优选的共溶剂包括，但不限于乙醇，甘油，丙二醇，聚乙二醇。本发明的药物组合物包含0-5%的共溶剂。
优选的缓冲体系包括但不限于乙酸，硼酸，碳酸，磷酸，琥珀酸，马来酸，酒石酸，柠檬酸，乙酸，苯甲酸，乳酸，甘油酸，葡糖酸，戊二酸，谷氨酸和它们的钠，钾和铵盐。特别优选的是磷酸，酒石酸，柠檬酸和乙酸与它们的盐。本发明的药物组合物中通常含0-5%的缓冲体系。
优选的表面活性剂但不限于聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯，聚氧乙烯单烷基醚，蔗糖单酯和羊毛脂酯和醚，烷基硫酸盐，脂肪酸的钠，钾和铵盐。本发明的药物组合物包含0-2%的表面活性剂。
优选的防腐剂包括但不限于苯酚，对羟基苯甲酸烷基酯、邻苯基苯酚苯甲酸和其盐、硼酸和其盐、山梨酸和其盐、氯代丁醇、苄醇，乙基汞硫代水杨酸钠，乙酸和硝酸苯汞，硝基酚汞，杀藻铵，十六烷基吡啶氯化物，羟苯甲酸甲酯，对羟苯甲酸丙酯。本发明的组合物通常含0-2%的防腐剂。
优选的甜味剂包括但不限于蔗糖，葡萄糖，糖精，山梨糖醇，甘露糖醇和天冬酰苯丙氨酸甲酯。特别优选的是蔗糖和糖精。本发明的药物组合物包含0-5%的甜味剂。
优选的粘性剂包括但不限于甲基纤维素，羧甲基纤维素钠，羟丙基甲基纤维素，羟丙基纤维素，海藻酸钠，卡波姆，聚乙烯吡咯酮，阿拉伯胶，爪耳树胶，黄原胶和黄蓍胶。特别优选的是甲基纤维素，卡波姆，黄原胶，爪耳树胶，聚乙烯吡咯酮，羧甲基纤维素钠和硅铝酸镁。本发明的组合物包含0-5%的粘性剂。
优选的填充剂包括但不限于乳糖，甘露醇，山梨糖醇，三元磷酸钙，二元磷酸钙，压缩糖，淀粉，硫酸钙，右旋且微晶的纤维素。本发明的组合物包含0-75%的填充剂。
优选的润滑剂包括但不限于硬脂酸镁，硬脂酸和滑石。本发明的药物组合物包含0.5-2%的润滑剂。
优选的滑动剂包括但不限于滑石和胶体二氧化硅。本发明的组合物包含1-5%的滑动剂。
优选的分解剂包括但不限于淀粉，羟基乙酸淀粉钠，Crospovidone，Croscarmelose Sodium和微晶纤维素。本发明的药物组合物包含4-15%的分解剂。
优选的粘合剂包括但不限于阿拉伯胶，黄蓍胶，羟丙基纤维素，预胶化的淀粉，明胶，聚乙烯吡咯酮，羟丙基纤维素，羟丙基甲基纤维素，甲基纤维素，糖溶液如蔗糖和山梨醇溶液，乙基纤维素。本发明的组合物包含1-10%的粘合剂。
本发明的化合物可以占本发明药物组合物重量的约0.1%-约99%。优选的是本发明的化合物占本发明的药物组合物重量的约15%-约95%。
相应地，本发明的药物组合物包含约15-95%的硫取代膦酸化合物活性成分或其混合物;0-2%的香味剂;0-50%的共溶剂;0-5%的缓冲体系;0-2%的表面活性剂;0-2%防腐剂;0-5%的甜味剂;0-5%的粘性剂;0-75%的填充剂;0.5-2%的润滑剂;1-5%的滑动剂;4-15%分解剂;1-10%的粘合剂。
相应于与本发明的硫取代膦酸化合物一起使用的药物赋形剂的选择基本上取决于膦酸化合物的给药方式。如果化合物通过注射给药，优选的药物载体是无菌的生理盐水，其PH值可调节至约7.4。但是，本发明的膦酸化合物的优选给药方式是口服，因而优选的单元剂量形式是片剂，胶囊剂等，每一单位剂量形式包含0.1mgP-约600mgP的本文中给出的二膦酸化合物。适用于制备口服给药的单位剂量形式的药物载体在现有技术中是公知的。这些载体的选择将取决于别的一些需考虑的因素如味觉，成本和贮藏稳定性，这些对本发明并不是至关重要的，而且本领域的普通技术人员也易于制备它们。
本文所用术语“mgP”是指存在于一定量的本发明的二膦酸化合物中的磷原子的重量。该单位用来规范用于药物组合物发明的二膦酸化合物的数量和本发明的方法。例如，[(5-[(2-巯基-1-氧杂丙氨基(oxopropylamino)-2-吡啶基]氨基亚甲基]双(膦酸)的分子量为371g/mol，其中16.7%(62g/mol)归于该分子中的两个磷原子。因而，1mg该化合物经计算有0.17mgP(1mg×16.7%)。所以，为了制备包含1mgP该化合物的药物组合物，该组合物应包含6Mg的化合物;为了给一位50Kg的患者以1mgP/Kg剂量给药该化合物，该患者应被给药300mg的该化合物。用于与本发明的膦酸一起使用的药物可接受的载体是以一足以能使所得药物适于实际使用的浓度来使用。总体说来，优选药物可接受的载体可以占总的组合物重量的约0.1%-约99.9%;更优选的是约20%-约80%。
适宜的药物组合物在下列的实施例J-L中描述。很清楚，本领域的普通技术人员能够改变下述非限定实施例以形成宽范围的药物组合物。
以钙和磷酸盐的异常代谢为特征的疾病的治疗和预防方法本发明的另一方面是以钙和磷酸盐的异常代方谢为特征的疾病的治疗和预防方法。该方法包括向需要治疗的人类或其它哺乳动物以本发明的有效且安全量的二膦酸化合物给药。
优选的给药方式是口服，但其它已知的给药方法也可改虑，如皮肤粘膜给药(例如皮肤，直肠等给药方式)和肠胃外给药(例如，通过皮下注射，肌肉内注射，关节内注射，静脉内注射等)，吸入法也包括在内。因此，具体的给药方式包括但不限于口服，皮肤，粘膜，舌下的，肌肉内的，静脉内的，腹膜内的和皮下给药以及局部的施用。
本文所用术语“钙和磷酸盐的异常代谢”是指(1)因钙和磷酸盐的异常流动作用而导致普通或特殊的骨质丧失或在体液中过高的钙和磷酸盐含量为特征的病症;和(2)由钙和磷酸盐在体内异常沉积所引起或产生的病症。第一类病症包括但不限于骨质疏松症，佩吉特病，甲状旁腺机能亢进，恶性的血钙过多，异位骨化和溶骨骨转移。第二类病症包括但不限于肌炎骨化进展，全身心钙质沉着和其它折磨人的病痛。如关节炎，类风湿性关节炎，骨关节炎，神经炎，粘液囊炎，腱炎和其它素因性的包括在组织上沉积钙和磷酸盐而引发的有关疾病。
本文所用的术语“类风湿性关节炎”是指不清楚病因的慢性内吸性的和关节炎性病症。它的特征是破坏关节软骨，韧带，腱和骨骼。
本文所用的术语“骨关节炎”是指可活动的关节的非炎性疾病。它的特征是恶化和磨损关节软骨;和关节表面处的新骨形成。
本文所用的术语“危险病人”和“需治疗的病人”是指那些如不经治疗会承受严重的钙和磷酸盐的异常代谢危险的人们或其它哺乳动物，和经诊断受钙和磷酸盐的异常代谢困拢着的人们或其它哺乳动物。例如，绝经后的妇女，进行某种类固醇治疗的人;服用抗惊厥药品的人;经诊断有佩吉特病，甲状旁腺机能亢进，恶性血钙过多或溶骨骨转移等病症的人;经诊断患有各种形式的骨质疏松症中的一种或多种的人;属于较一般人有更多的机会得骨质疏松症的人，如绝经后的妇女，年过65岁的男人，以及用已知的一些药物治疗而引起骨质疏松症副作用的人;经诊断患有肌炎骨化进步或全身心钙质沉着的人;和受其它一些病痛折磨的人，这些病痛为关节炎，骨关节炎，神经炎，粘液囊炎，腱炎和其它素因性的包括与在组织上沉积钙和磷酸盐有关的而发炎的病理状况。
本文所用的术语“安全且有效量”是指本发明的化合物或组合物的用量在合理的药物评判范围内应足够大以显著地改善欲治疗的病症，但又足够小以避免产生严重的副作用(合理的效益/风险比)。本发明的二膦酸化合物的安全和有效量可以因各种因素变化，这些因素包括所要治疗的具体病症，患者的年龄和身体状况，疾病的严重程度，治疗的持续时间，同时采用的治疗方式，所采用的具体的膦酸盐(或酯)所采用的具体药物可接受的赋形剂以及主治医生的知识和经验范围内的其它因素。一次剂可以是约0.01mgP-约3500mgP，或者每Kg体重约0.0002-约70mgP(以50Kg体重计)。优选的是一次剂量可为约1mgP-约600mgP，或每Kg体重约0.02-约12gP(以50Kg体重计)。每天可给药量高至4个剂量。每日剂量超过500mgP/Kg不会产生所希望的效果，反而可能造成不希望的副作用。当然，对于口服给药情况，由于吸收有限，因而在上述范围内需用较高的剂量。
下列的实施例进一步描述和表示本发明范围内优选的实施方案。这些实施例仅用来说明本发明，而不作为对本发明的限制;这是因为其各种变化方式均不会脱离本发明的精神实质范围。
实施例A[(5-(3-巯基丙基)-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)的合成
按下述过程制备和合成上述化合物Ⅰ.合成[(5-溴-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸]四乙酯在备有蒸馏头以收集整个反应过程中的乙醇的圆底烧瓶中，2-氨基-5-嗅吡啶(12.5g，72mmol)，原甲酸三乙酯(79.2mmol)和亚磷酸二乙酯(158.4mmol)在140℃加热，加热8小时后，冷却反应混合物，然后减压浓缩。通过5%的异丙醇的二氯甲烷溶液经硅胶快速色谱得到想要的产物。
Ⅱ.合成[(5-(3-羟丙基-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯向冷至-78℃的[(5-溴-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯(10mmol)的THF(10mmol)溶液中在30分钟内加入正丁基锂(2.1当量)的己烷溶液。在-78℃再保持反应30分钟。向该溶液中加入3-碘丙醇三甲基甲硅烷基(TMS)醚(2.5当量)，使反应在30分钟内热至室温。经标准水处理后(work-up)后，分离出[(5-(3-羟丙基，TMS醚)-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯，不经纯化用于下一步反应。
通过在THF中搅拌上述产物并在30分钟内通过滴加加入氟化四丁基铵(1M的THF溶液)溶液而实现TMS醚从产物中的解离。经标准水处理后，待到分离成油状的伯醇，可直接用于下一步骤。
Ⅲ.合成[(5-(3-溴丙基)-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)]四乙酯在室温下搅拌[(5-(3-羟丙基-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯(10mmol)，四溴化碳(11mmol)和三苯膦(11mmol)在二氯甲烷(100ml)中的混合物5个小时。向其中加水，产物用二氯甲烷萃取。干燥亦浓缩组合有机萃取物，残留物用快速柱色谱纯化得到[(5-(3-溴丙基-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯。
Ⅳ.合成[(5-(3-乙酰硫代丙基-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯。双(膦酸)四乙酯。(5.0mmol)的溶液在无水丙酮(35ml)中进行搅拌并加入硫代乙酸钠(5.2mmol)。混合物在500℃下搅拌12小时。冷却至室温后，经减压去除溶剂。粗的残留物溶解于二氯甲烷中并用水洗涤。然后干燥有机层，再进行减压浓缩。使用梯度5-10%异丙醇的二氯甲烷溶液经硅胶快速色谱纯化得到想要的产物。
Ⅴ.合成[(5-(3-巯基丙基-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)
硫代乙酸盐(4.2mmol)在1NHCl(15ml)中加热回流5小时。冷却反应混合物，用活性炭处理，过滤，减压浓缩，随后用丙酮研制，进而在真空下干燥过夜，得到适宜纯度的所要的产物。
实施例B[(5-(3-乙酰硫代丙基-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)的合成
在氩气氛下使[(5-(3-乙酰硫代丙基-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯(上述实例A(Ⅲ)中所述制备的)在蒸馏水中加热回流18小时制备[(5-(3-乙酰硫代丙基)-2-吡啶基)氨基亚甲基)双(膦酸)。减压下对上述反应混合物进行浓缩，经水和异丙醇重结晶得到产物。
实施例C[(5-巯基-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)的合成
上述化合物用下述过程进行制备和合成。
Ⅰ.合成[(5-硝基-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯在备有蒸馏头以收集整个反应过程中的乙醇的圆底烧瓶中，2-氨基-5-硝基吡啶(10g，71.9mmol)，原甲酸三乙酯(11.7g，79.1mmol)和亚磷酸二乙酯(21.86g，158.2mmol)在140℃下加热。在加热10小时后，冷却反应混合物，然后减压浓缩。通过5%的异丙醇的二氯甲烷溶液经硅胶快速色谱得到想要的产物。
Ⅱ.合成[(5-氨基-2-吡啶基)氨基亚甲基)双(膦酸)四乙酯[(5-硝基-2-吡啶基)氨基亚甲基)双(膦酸)四乙酯(5.29g，12.4mmol)，无水乙醇(100mmol)和10%碳(1.3g)上钯置于500mlparr氢化烧瓶中，在40Psi下氢化4小时。经硅藻土过滤反应反应混合物，然后减压浓缩。无需进一步纯化，生成的固体就可用于下面的过程。
Ⅲ.合成[(5-巯基-2-吡啶基)氨基亚甲基)双(膦酸)四乙酯向室温下在二氯甲迷(6ml)中的四氟硼酸亚硝鎓(NoBF4)中加入[(5-氨基-2-吡啶基)氨基亚甲基)双(膦酸)四乙酯(75mg，0.19mmol)。搅拌反应混合物3小时，然后减压浓缩。粗产物溶于乙腈(6ml)中，加入硫化钠(46mg，0.19mmol)。室温下搅拌12小时后，加水使反应停止，用二氯甲烷萃取混合物。合并有机萃取物，用10%Na2S2O3水溶液洗涤。有机萃取物再经硫酸钠干燥后，过滤，减压浓缩。用2%的异丙醇的二氯甲烷溶液经快速色谱纯化，待到想要的硫羟化合物。
Ⅳ.合成[(5-巯基-2-吡啶基)氨基亚甲基)双(膦酸)在氮气氛下的蒸馏水(25ml)中回流四乙酯(0.5mmol)15小时得到双膦酸。反应混合物用活性炭处理，过滤并减压浓缩。粗产物用水和乙醇重结晶而得到[(5-巯基-2-吡啶基)氨基亚甲基)双(膦酸)。
实施例D[(4-(4巯基丁基)-2-吡啶基)氨基亚甲基)双(膦酸)的合成
上述化合物按下述过程进行制备和合成。
Ⅰ.合成[(4-溴-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯使用前述实施例A(Ⅰ)描述的基本相同过程使2-氨基-4-溴吡啶与原甲酸三乙酯和亚磷酸二乙酯反应得到[(4-溴-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯。
Ⅱ.合成[(4-4-羟丁基)-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯向冷却至-78℃的[(4-溴-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯(10mmol)的THF(10ml)溶液中在30分钟内加入正丁基锂(2.1当量的)己烷溶液。在-78℃下再保持该反应30分钟。向溶液中加入4-碘丁醇三甲基甲硅烷基(TMS)醚(2.5当量)，在30分钟内将反应加热至室温。经标准水处理后，[(4-(4-丁醇，TMS醚)-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯被分离出来，无需纯化即可用于下一步反应。
通过在THF中搅拌上述产物并在30分钟内通过滴加加入氟化四丁基铵(1M的THF溶液)而实现TMS醚从产物中的分离。经标准水处理后，得到分离成一种油状的伯醇，可直接用于下一步反应。
Ⅲ.合成[(4-(4-乙酰硫代丁基)-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯使用上述实施例A(Ⅲ和Ⅳ)所述基本相同的反应过程，使[(4-(4-羟丁基-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯转化成[(4-(4-乙酰硫代丁基)-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯。
Ⅳ.合成[(4-(4-巯基丁基)-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)在1NHCl(20ml)中硫代乙酸酯(5.0mmol)被加热回流8小时，冷却反应混合物，用活性炭处理，过滤并减压浓缩。随后用丙酮研制，进而在真空下干燥过夜。得到适宜纯度的所需的产物。
实施例E[(4-(4-乙酰硫代丁基)-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)的合成 双(膦酸)经下述过程制备在氩气氛下的蒸馏水中加热回流[(4-(4-乙酰硫代丁基)-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯[按上述实施例D所述制备的]18小时。减压浓缩反应混合物，经水和异丙醇的重结晶得到产物。
实施例F[(5-[(2-巯基-1-氧代丙基)氨基]-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)的合成
上述化合物经下述过程制备和合成。
Ⅰ.合成[(5-[(2-巯基-1-氧代丙基)氨基]-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯在0℃将硫代乳酸(1.95g，18.38mmol)缓慢地加入在二氯甲烷(15ml)中的偶合剂1-(3-二甲基氨丙基)-3-乙基碳化二亚胺氢氯化物(3.52g，18.38mmol)中。然后向其中加入二氯甲烷(10ml)中的[(5-氨基-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)四乙酯[上述实施例C(Ⅱ)所述制备的产物](4.84g，12.25mmol)。在氮气氛室温下搅拌反应混合物24小时。用二氯甲烷(150ml)稀释反应混合物，再用水(2×150ml)洗涤，再用饱和NaCl水溶液(1×125ml)洗涤。有机层用硫酸钠干燥，过滤并减压浓缩。通过5%的异丙醇的二氯甲烷溶液经硅胶快速色谱纯化酰胺得到产率为52%的黄色油产物(3.05g)。
Ⅱ.合成[(5-[(2-巯基-1-氧代丙基)氨基]-2-吡啶基)氨基亚甲基]双(膦酸)在氮气氛室温下，用氯仿(25ml)中的溴代三甲基硅烷(5.80g，37.89mmol)处理双膦酸四乙酯(3.05g，6.31mmol)。加入甲醇使反应混合物停止反应，然后减压浓缩该产物。粗产物用乙酸乙酯研制，进而高真空干燥，得到产率100%的双膦酸(2.34g)浅黄色固体。
实施例G[2-乙酰硫代-2-(3-吡啶基)亚乙基]双(膦酸)的合成
上述化合物经下述过程制备和合成。
Ⅰ.合成4，4′-(3-吡啶基亚甲基)双吗啉包含3-吡啶羧基醛(Carboxaldehyde)(3.97g，37.09mmol)，三氧化硼(4.31g，61.94mmol)和吗啉(7.76g，89.02mmol)的苯(10ml)的悬浮液在室温下搅拌2小时。经硅藻土过滤反应混合物以除去水合硼复合物，滤液经减压浓缩得到产率73%纯度很好的bisaminal(7.17g)。
Ⅱ.合成[3-(2-吡啶基)亚乙烯基]双(膦酸)四乙酯。
向甲苯(6ml)中的bisaminal(1.00g，3.80mmol)中加入三氟乙酸(0.89g，7.79mmol)。该混合物在60℃下加热15分钟，加入亚甲基二膦酸四乙酯(1.10g，3.80mmol)，在60℃下的反应搅拌共22小时。冷却反应混合物，向其中加入水。两层被分离开，用二氯甲烷(3×15ml)萃取水层。合并有机层，用硫酸钠干燥，过滤，减压浓缩。通过硅胶上快速色谱(97∶3二氯甲烷/异丙醇)使双膦酸的酯与未反应的亚甲基二膦酸的酯和吡啶羧基醛分离，得到产率20%的乙烯加合物(296mg)浅黄色油。
Ⅲ.合成[3-(2-吡啶基)亚乙烯基]双(膦酸)在氮气氛50℃下双膦酸的酯(1.66g，4.39mmol)用氯仿中的溴代三甲基硅烷(5.38g，35.12mmol)处理12小时。用水(20ml)和乙酸乙酯(20ml)搅拌反应混合物30分钟。将两层分离开，水层用活性炭处理，通过硅藻土过滤并浓缩得到产率57%的双(膦酸)(0.66g)浅黄色固体。
Ⅳ.合成[2-乙酰硫代-2-(3-吡啶基)亚乙烯基]双(膦酸)向水(5ml)中的[3-(2-吡啶基)亚乙烯基]双(膦酸)(0.56g，2.11mmol)中加入硫代乙酸(0.80g，10.55mmol)。在室温下搅拌5小时后，减压浓缩反应混合物，用丙酮研制，然后再高真空下干燥，待到产率52%的双(膦酸)浅黄色固体(375mg)。
实施例H[2-巯基-2-(3-吡啶基)亚乙基]双(膦酸)的合成
上述化合物按下述过程制备和合成。
Ⅰ.合成[2-乙酰硫代-2-(3-吡啶基)亚乙基]双(膦酸)四乙酯。
在室温无水氯仿中(15ml)搅拌(3-(2-吡啶基)亚乙烯基)双(膦酸)四乙酯(1.0g，2.65mmol)[前述实施例G(Ⅱ)制备的产物]和硫代乙酸(0.30g，3.98mmol)48小时。然后减压浓缩反应混合物。残留物溶于丙酮中，再在真空下第二次浓缩，待到产率83%的硫代乙酸酯(1.01g)。
Ⅱ.合成[2-巯基-2-(3-吡啶基)亚乙基]双(膦酸)在浓盐酸中加热回流[2-乙酰硫代-2-(3-吡啶基)亚乙基双(膦酸)四乙酯(1.01g，2.21mmol)3小时制备双膦酸。然后减压下蒸发溶液至干。粗产物溶于温水中，用活性炭处理，再通过硅藻土过滤。滤液用二氯甲烷萃取两次。通过添加乙醇使产物从滤液中沉淀出来。经过滤收集沉淀物，用二乙醚洗涤，并在干燥器中真空干燥。
实施例1[5-巯基-2-(3-)亚戊基]双(膦酸)的合成
该化合物按下述过程制备和合成Ⅰ.合成5-羟基-2-(3-吡啶基)戊酸乙酯，叔丁基二甲基甲硅烷基醚向-78℃氩气氛下无水THF(125ml)中的3-吡啶乙酸乙酯(0.76g，4.60mmol)的溶液中加入THF(25ml)中的二异丙基酰胺锂(4.60mmol)。在-78℃下搅拌溶液30分钟，然后向溶液中加入3-碘丙醇，在THF(20ml)中的叔丁基二甲基甲硅烷基醚(5.00mmol)。在-78℃下再搅拌反应2小时，然后在室温下搅拌8小时。加入饱和氯化铵水溶液使反应混合物停止反应。将两层分离，水层用乙醚萃取，合并有机层，干燥，并减压浓缩。产物用20%二氯甲烷的己烷溶液经硅胶快速色谱进行纯化。
Ⅱ.合成2-(3-吡啶基)戊烷-1，5-二醇，5-叔丁基二甲基甲硅烷基醚。
在氮气氛下回流的THF(100ml)中用氢化锂铝(5.50mmol)处理使羧酸酯还原成相应的醇。小心地加入水以使反应停止，随后用稀NaOH水溶液处理铝盐。经硅藻土过滤反应混合物，再将两层分离，水层用二乙基醚萃取。合并有机层，干燥并在减压下浓缩。生成的油无需进一步纯化。
Ⅲ.合成5-溴-4-(3-吡啶基)戊醇，叔丁基二甲基甲硅烷基醚在室温下搅拌2-(3-吡啶基)戊烷-1，5-二醇，5-叔丁基二甲基甲硅烷基醚(10mmol)，四溴化碳(11mmol)和三苯膦(11mmol)在二氯甲烷(100ml)中的混合物5小时。加入水，产物用二氯甲烷萃取。合并有机萃取液并干燥和浓缩之。残留物经快速柱色谱纯化得到5-溴-4-(3-吡啶基)戊醇，叔丁基二甲基甲硅烷基醚。
Ⅳ.合成5-羟基-2-(3-吡啶基)戊基膦酸二乙酯，叔丁基二甲基甲硅烷基醚在90℃下加热5-溴-4-(3-吡啶基)戊醇，叔丁基二甲基甲硅烷基醚(0.75mmol)和三乙膦(1.12mmol)的溶液72小时，加热过程中保持氮气流通过反应。通过蒸馏除去过量的三甲膦，粗残馏物用2%的异丙醇的二氯甲烷溶液经硅胶色谱处理。产物无需进一步纯化可用于下面的反应过程。
Ⅴ.合成[5-羟基-2-(3-吡啶基)亚戊基]双(膦酸)二乙酯，叔丁基的二甲基甲硅烷基醚在0℃下，向5-羟基-2-(3-吡啶基)戊基膦酸，二乙酯，叔丁基的二甲基甲硅烷基醚(15.0mmol)的无水THF(200ml)溶液中加入仲丁基锂(33.0mmol，1.3M的环己烷溶液)。随后继续搅拌30分钟。然后在室温下向溶液中缓慢地加入氯代磷酸二乙酯(2.50g，14.47mmol)的无水THF(100ml)溶液。搅拌反应过夜后，加入碳酸氢钠的饱和水溶液使混合物停止反应，然后用二氯甲烷进行萃取。合并的有机萃取液用无水硫酸钠干燥，过滤并在减压下浓缩。粗产物用30%丙酮的己烷溶液经硅胶快速色谱纯化。
Ⅵ.合成[5-羟基-2-(3-吡啶基)亚戊基]双(膦酸)二乙酯在室温下用氟化四丁基铵(0.75mmol)处理THF中的醚(0.50mmol)30分钟以分解出甲硅烷基醚。完全脱保护后，用饱和NaCl溶液洗涤反应混合物。用硫酸钠干燥有机层，过滤，减压浓缩。得到可用的残留物无需进一步纯化。
Ⅶ.合成[5-溴-2-(3-吡啶基)亚戊基]双[膦酸]二乙酯使用前述部分Ⅲ基本相同的过程，将[5-羟基-2-(3-吡啶基)亚戊基)双(膦酸)二乙酯转化成[5-溴-2-(3-吡啶基)亚戊基]双(膦酸)二乙酯。
Ⅷ.合成[5-乙酰硫代-2-(3-吡啶基)亚戊基]双(膦酸)二乙酯在无水丙酮(35ml)中搅拌[5-溴-2-(3-吡啶基)亚戊基]双(膦酸)二乙酯的溶液，并加入硫代乙酸钠(5.2mmol)。混合物在50℃下搅拌12小时。冷却至室温后，减压脱除溶剂。粗残留物溶于二氯甲烷，用水洗涤。然后干燥有机层，减压浓缩。得到想要的产物经硅胶快速色谱用5-10%的异丙酮的二氯甲烷溶液梯度进行纯化。
Ⅸ合成[5-巯基-2-(3-吡啶基)亚戊基]双[膦酸]将[5-2酰硫代-2-(3-吡啶基)亚戊基]双[膦酸]二乙酯(4.2mmol)溶于2.5MHCL(65ml)中，加热回流7小时。冷却反应混合物并减压浓缩。固体残留物用丙酮研制，然后用水和乙醇重结晶得到[5-巯基-2-(3-吡啶基)亚戊基双[膦酸]实施例JScheNK模型用骨代谢领域内称之为SchenK模型的动物模型体系对本发明化合物进行体内骨吸收抑制和矿化抑制评估。该模型体系的一般原则在下述文献中公开Shinoda等，Calcif，Tissue Int，35，87-99(1983);Schenk等Calcif，Tissue Res，11，196-214(1973)，上述文献引入这里以作参考。
原料和方法动物断奶前17天(30克)的雄性Sprague Dawley大鼠(chanles River Breeding Laboratories)与其母亲一起装运，并将其与其母亲一起置于塑料笼子中直至到达试验地。在长至19天时，将喂过鼠食(Rat Chow)和水的幼鼠随机分配成治疗组或对照组，每组包含7个幼鼠。在第1天和第7天两次，对所有幼鼠腹膜内(“IP”)注射钙黄绿素(在0.9%盐水溶液中1%的溶液，剂量为0.2ml/100g体重。第4天，给所有动物IP注射盐酸四环素(0.9%盐水溶液中1%的溶液;剂量为0.2ml/100g体重)。这些化合物活性标记矿化骨骼和软骨。
剂量溶液和剂量方法将所有溶液配制成在0.9%的生理盐水中的皮下注射试剂并用NaoH和/或HCl调节PH值至7.4。剂量溶液是以mg/Kg(体重)表示的活性物质粉末质量(以水合分子量为基准)来进行的，mg/Kg相应于mgP/Kg。浓度是以0.2ml/100g体重剂量为基准。通常，7天内，所有化合物以0.01、0.1、1.0和10.0mgP/Kg/天给药。在0.1mgP/Kg/天显示活性的化合物以对数递减至0.001mgP/Kg/天进行测试。以每日体重的变化为基准来调节剂量。
尸体剖检、组织加工和组织形态测量在开始服药后第8天，通过注射过量的戊巴比妥(Penta batol)使所有的动物致死。解剖胫骨，将其置于70%的乙醇中。一根胫骨以分级的乙醇溶液脱水，并将其置于甲基丙烯酸甲酯中，如Caleified Tissue Preparation中Schenk的方法所述(G.R.DicKson编;Elsevitr Science出版，荷兰，1984)，该文献引入这里以作参考。胫骨通过干骺端区域纵向切法。标本的一个表面用硝酸银染色，将标本置于显微镜载片上使用Quantimet Image Analyzer(Cambridge Instruments，Inc)以白炽和紫外照射进行评估。干骺端的小梁骨含量以荧光标记和生长板间区域进行测量并表示为总面积(骨+骨髓)的百分比。骺的生长板宽度是整个横截面10个等空间测量值的平均值。
使用参数和非参数的方差分析以及wilcoxons秩和测试进行数据的统计评估以确定相比于对照动物统计学的明显效果。
Schenk模型提供了本发明化合物用于体内骨吸收抑制的数据。表2中给出了由Schenk模型确定的所测试的有代表性的化合物的最低有效(抗吸收)剂量“LED”。
实施例K辅助关节炎模型关节炎的动物模型有许多种，其中的一种是使用MycobacteRiumbutyRium的辅助诱导模型。该模型以多种方式模拟人体的类风湿性关节炎(与关节空间的细胞和关节翳侵入有关的关节肿胀、骨吸收和进入关节空间趋化性因素和溶酶体构分的释放(1，2)。许多预防和治疗研究已经表明抗炎药物(3，4)和二膦酸(5，6)在关节炎治疗时，可有效使用。
参考文献Pearson，C.，Wood F.(1959)，Studies of Polyarthritis and Other Lesions Induced by Injection of Mycobacterial Adjuvant.1.General Clinical and Pathological Characteristics and Some Modifying Factors，Arth.Rheum.，2440-459.
Blackman，A.，Burns，J.W.，Framer，J.B.，Radziwonik，H.，Westwick，J.(1977)，An X-ray Analysis of Adjuvant Arthritis in the Rat.The Effect of Prednisolone and Indomethacin，Aqents and Actions，7145-151.
Winter，C.A.，Nuss，G.W.(1966)，Treatment of Adjuvant Arthritis in Rats with Anti-inflammatory Drugs，Arth.Rheum.，9394-404.
Winder，C.V.，Lembke，L.A.，Stephens，M.D.(1969)，Comparative Bioassay of Drugs in Adjuvant-Induced Arthritis in RatsFlufenamic Acid，Mefenamic Acid，and Phenylbutazone，Arth.Rheum.，12472-482.
Francis，M.D.，Flora，L.King，W.R.(1972)，The Effects of Disodium Ethane-1-Hydroxy-1-Diphosphonate on Adjuvant Induced Arthritis in Rats，Calcif.Tiss.Res.，9109-121.
Flora，L.(1979)，Comparative Antiinflammatory and Bone Protective Effects of Two Diphosphonates in Adjuvant Arthritis，Arth.Rheum，22340-346.
药剂诱发的关节炎是一种严重的蜂窝织炎和滑膜炎。它们是在第零天对雄性大鼠(Sprague Dawley或Lewis Strain)进行一次皮下(SC)注射在矿物油中的Mycobacterium butyricum(8mg/ml)而诱发的，每日一次通过口服(PO)或肠胃外(SC)服用本发明的化合物，并以预防(从第零天起)或治疗(从第9或10或14天起)试验对其进行测试。抗关节炎效能可相比于盐水治疗的关节炎对照样，以爪体积的减小、体重损失/骨损失或反应新骨形成来测量。可停止治疗并检测“突发病”响应(炎性的迅速增加)，这种响应表明化合物保持效能的能力。
原料和方法A动物使用动物的是雄性Lewis大鼠(LEW)。当动物运抵后，将其通过计算机产生的随机号码进行随机取样，并将其置于单独用线悬吊的笼中。在整个研究期间，随意地供给食物或水。按照州和联邦条例进行动物的常规照料和养护。每一个大鼠是用置于每个笼子前面和鼠尾的号码进行识别的。
B实验设计第一天，对所有大鼠的体重(BW)和后爪体积(PV)进行了测量。[(PV)是通过水银位移法使用与计算机连接的压力转换器来记录)。第零天，使用MFA[Mycobacterium butyricum(Mb)以4.4mg/Kg在油中)诱导关节炎的过程如下使大鼠麻醉并在无菌的条件下在鼠尾端一次性的SC注射MFA。
爪体积和体重每隔几天进行测量，通常一周测两次。对预防试验，大鼠被随机地分配成8～10个鼠一组，从第零天开始治疗且每天持续进行直至实验结束。对治疗试验，大鼠按其第10天的PV随机分配成8～10个鼠一组的治疗组。第10天开始给药，每日连续给药直至试验结束。对两种试验来说，在第10天或第10天之前，动物被置于具有较深底层的鞋盒笼内。
剂量溶液对于不可能氧化的化合物在一个经校准的天平上对药物称重，然后将其与蒸馏水在一容量烧瓶中混合。用0.1N NaOH调节PH值到7.4。然后溶液用0.45μm的无菌滤器过滤使其进入无菌贮藏容器中。不使用时，将其贮于冰箱中。
对于可能氧化的化合物在一个经校准的天平上对药物称重，然后使其与脱氧水在一容量烧瓶中混合。将储备溶液用0.45μm的无菌滤器过滤使其进入无菌贮藏容器中。当不使用时，将其贮存冰箱中。
以每日用量为基准，将一定量的溶液从储备溶液中取出，将其放入体积较小的烧杯中，按照预定计算值将溶液的PH值调节至7.4。如果需要的话可将调节过的溶液稀释(用脱氧水)。
药物计量是以分子量和化合物的纯度为基准计算的，其用量以mg/Kg(体重)为基准来计算，所需的最终的浓度以mgP/Kg表示，在动物的腹股沟褶折处皮下注射时，每个大鼠的给药量为0.1ml/100g体重，其中注射应在两侧褶折处隔天交替进行。另一种给药方式是使用弯曲的不锈钢剂量管以1ml/200gBW口服给药。以每周的体重变化调整用量。
放射照片，尸体剖检和组织收集给药结束时，每个大鼠用1ml Socomb
经腹膜(IP)致死。立即通过Torrox 120DX射线单元在MA＝5，ISUP＝50，时间为60秒的条件下对整个身体进行放射照片的拍摄，照相使用的是Kodak无网药用胶片。将每个鼠的后腿剖下并和一片肝、肾、脾和thimus一起。置于10%缓冲的福尔马林中，胫跗关节在4%EDTA(PH7.4)中脱钙并在石蜡块和H+E染剂中作常规处理。器官部分也在石蜡和染剂H+E中进行处理。
使用显微镜对骨骼和软组织损伤进行组织断面的定性评估。对于骨吸收(BR)，放射照片的定级是以每一后腿6个解剖小梁骨位点和每一前腿4个位点进行，对4条腿以0～3级表征0～60间估计分数。对反应新骨形成(RNB)，放射照片对胫骨的外侧和内表面定为强度等级0～3，对上述所有其它区域定义为0-2，从而估计分数为0～44。
D统计分析对爪体积，骨吸收和反应新骨形成的数据分析通过学生的t-试验和Tukeys(SAS)(12)方差的一步分析进行。在P＝0.05或更小时误差被认为是明显的。
本模型提供了说明抗关节炎化合物效能的体内数据与盐水处理关节炎的动物相比较，该效能减小的爪肿胀骨损失和反应新骨的形成。
实施例L按照常规方法制备包含以下组成的胶囊活性成分 mg/胶囊[5-巯基-2- 350.0(3-吡啶基)亚戊基]双[膦酸]赋形剂乳糖 90.0微晶纤维素 60.0硬酯酸镁 1.0具有上述组成的胶囊使用如下描述的常规方法制备活性成分与微晶纤维素在转筒混合机中混合约10分钟。
制得的混合物通过一个带有80目筛的锤磨机。
该混合物与乳糖一起返回到两筒混合机中再混合约15分钟。
再加入硬酯酸镁并再混合5分钟。然后制得的混合物在活塞一活化的胶囊填充机上压制。
实施例M制备具有下列组成的药片活性成分 mg/片[2-巯基-2- 700.0(3-吡啶基)亚乙基]双[膦酸]赋形剂乳糖(喷雾干燥的) 200.0淀粉(1500) 100.0硬酯酸镁 25.0具有上述组成的药片按照下述常规的方法制备在球磨中研磨活性组分约30分钟，研磨过的活性成分与喷雾干燥后的乳糖在双浆混合器内混合约20分钟。
向混合物中加入淀粉，再混合15分钟。在标准压片机上将混合物压成片。
对患有佩吉特病的体重约70Kg的患者每日两次将上述药片口服给药，持续6个月基本上减少了骨吸收。当使用下述化合物替换上述药片的[2-巯基-2-(3-吡啶基)亚乙基]双[膦酸]时获得了类似的结果[(5-(3-巯基丙基)-2-吡啶基)氨基亚甲基]双[膦酸];[5-(3-乙酰硫取代丙基)-2-吡啶基)氨基亚甲基]双[膦酸];[(5-巯基-2-吡啶基)氨基亚甲基]双[膦酸];[(4-(4-乙酰硫代丁基)-2-吡啶基)氨基亚甲基]双[膦酸];[(4-(4-巯基丁基)-2-吡啶基)氨基亚甲基]双[膦酸];或这些膦酸化合物的可成药盐或酯。
实施例N按照常规方法制备适于注射的溶液，使用10.0ml的生理盐水溶液和7.0mgP的[2-巯基-2-(3-吡啶基)亚乙基]双[膦酸]，调节PH＝7.4。
对体重约70Kg的恶性血钙过多的患者每天一次共注射四天，结果症状明显减轻。
实施例O一位体重约92Kg、72岁，右膝患有中等至严重程度疼痛且偶而还肿胀的高加索男性患者。经过约一年不断加重的不适后，他去找一位医生，这位医生作的临床诊断为右膝患有骨关节炎病，随后经X射线诊断确诊。
经过一段时间各种NSAIDs包括阿斯匹林、naprosen和Ketopprofen的改善治疗，他的病症继续恶化，他的状况明显退化。他又去看了他的医生，医生处方让其服用实施例M所述制得的药片，饭前和饭后两个小时服用，每天两次并持续了三个月。经过三个月的治疗，他的疼病和肿胀的临床症状，特别是蔓延到行走时的症状得到明显的改善。在三个月，每天一次一个以实例R所述制备的胶囊给药之后继续治疗进行，但剂量为原剂量(如每天一个胶囊)的一半。
实施例P一位体重约65Kg年龄为55岁双手指关节肿胀且变形，其手指和手部分丧失了强度和/或灵敏性的黑人妇女。经目视和X～射线检测和American Rheumatological Association(ARA)所确认的各种适宜的临床测试，确证她患有类风湿性关节炎。
经过一次不成功的止痛和消炎治疗，她的医生让其服用实例M制得的药片，每天两次，在饭前或饭后两小时内服用并持续4个月。经过一个月的治疗，她的指节肿胀的症状显著改善，其手指的活动范围也明显增大;她继续其四个月剩下的日子的治疗，以后，她的医生继续让其按前述剂量继续治疗两个月。
实例Q一位西班牙裔女性(12岁，体重约37Kg)向医生陈述其自发的青少年性的类风湿性关节炎。她的症状包括多数关节严重发炎，并发烧和触痛，表明关节功能的迅速和病理的衰退。
她的医生建议她去看一位风湿病专家，这位专家立即制订了积极的治疗方案，在3天内对其以实例N所述制备的溶液Ⅳ给药，每天注射一次，每次注射给药时间超过2小时。在Ⅳ治疗结束时，医生给她开了实例N所述制备的药片、每天服两次，在饭前或饭后两小时内服用，并持续2个月，在此期间，她的症状明显改善，关节活动性增加，疼痛减轻。再经过两个月后，减小剂量至原来剂量的3/4，每两天服3片，例如，一天两个胶囊变为一天一个胶囊。经过这次治疗，剂量再次减为原来剂量的1/4，即让其服用实例L所述制备的胶囊，每天一个胶囊，再服用四个月。
权利要求
1.一种硫取代的含氮杂环的膦酸化合物或其可成药的膦酸盐或酯，其结构式如下
其中m和n为0-10的整数，m+n等于0～10。(a)Z为单环或多环杂环部分，它包含选自O，S或N中一个或多个杂原子，其中至少有一个为N；(b)Q为共价键，S，O，N或NR1；(c)R为PO3H2或P(O)(OH)R4，其中R4为取代或未取代的C1-C8烷基；(d)每一R1独立地选自-SR6；-R8SR6；不存在；氢；未取代的或取代的C1-C8烷基；未取代的或取代的芳基；羟基；-CO2R3；-O2CR3；-NR32；-OR3；-N(R3)C(O)R3；-C(O)N(R3)2；取代或未取代的苄基；硝基或它们的混合物；(e)R2是Z部分的原子上的取代基，它独立地选自-SR6；-R8SR6；-CO2R3；-O2CR3；-NR32；-N(R)3C(O)R3；-OR3；-C(O)N(R3)2；不存在，氢，未取代或取代的C1-C8烷基，未取代或取代的芳基；羟基；取代或未取代的苄基；硝基；或它们的混合物；(f)每一R3独立地选自氢；取代或未取代的C1-C8烷基；或R8SR6；(g)R5选自-SR6；R8SR6；氢；羟基；氨基；卤素；未取代或取代的C1-C8烷基；(h)R6为H；-C(O)R7；-C(S)R7；-C(O)N(R7)2；-C(S)N(R7)2；-C(O)OR7或-C(S)OR7；其中R7为氢，未取代或取代的C1-C8烷基；(i)R8为取代或未取代的C1-C8烷基；R1，R2，R3或R5中至少有一个须为SR6或R8SR6。
2.按权利要求1的化合物，其中Z为为单环杂环部分。
3.按权利要求2的化合物，其中Z为六元杂环。
4.按权利要求3的化合物，其中Z为吡啶，嘧啶，哌啶和二氢吡啶。
5.按权利要求4的化合物，其中Z为吡啶。
6.按权利要求2的化合物，其中Z为五元杂环。
7.按权利要求6的化合物，其中Z为咪唑，噻唑，噁唑，吡咯，呋喃，噻吩或吡咯烷。
8.按权利要求1的化合物，其中Z为多环杂环部分。
9.按权利要求8的化合物，其中Z为稠合到五元环上的六元环。
10.按权利要求8的化合物，其中Z为稠合到六元环上六元环。
11.按权利要求1的化合物，其中Q为N或NR1。
12.按权利要求1的化合物，其中R1为独立地选自-SR6;-R8SR6;氢;取代或未取代的C1-C8烷基;-NR32;或-CO2R3。
13.按权利要求12的化合物，其中R1为-SR6，R8SR6;氢。
14.按权利要求1的化合物，其中R2为-SR6，R8SR6;氢;取代或未取代的C1-C8烷基;-NR23或-CO2R3。
15.按权利要求14的化合物，其中R2为-SR6;R8SR6或氢。
16.按权利要求1的化合物，其中R3为氢或R8SR6。
17.按权利要求12的化合物，其中R3为氢或R8SR6。
18.按权利要求14的化合物，其中R3为氢或R8SR6。
19.按权利要求12的化合物，其中R6为氢，-C(O)R7;C(S)R7或C(O)N(R7)2。
20.按权利要求19的化合物，其中R6为H;-C(O)R7;或C(S)R7。
21.按权利要求19的化合物，其中R6为H;-C(O)R7;C(S)R7或C(O)N(R7)2。
22.按权利要求19的化合物，其中R6为H;-C(O)R7;C(S)R7或C(O)N(R7)2。
23.按权利要求14的化合物，其中R6为H;-C(O)R7;C(S)R7或C(O)N(R7)2。
24.一种药物组合物，它包含安全且有效量的权利要求1的化合物和药物可接受的赋形剂。
25.按权利要求24的组合物，它包含0.1%-99.9%(重量)的权利要求1的化合物。
26.按权利要求25的组合物，它包含20%-80%(重量)的本发明的化合物。
27.按权利要求25的组合物，它包含15%-95%的权利要求1的化合物;0-2%的香味剂;0-50%的共溶剂;0-5%的缓冲体系;0-2%的表面活性剂;0-2%防腐剂;0-5%的甜味剂;0-5%的粘结剂;0-75%的填充剂;0.5-2%的润滑剂;1-5%的滑动剂(glidants);4-15%的分解剂和1-10%的粘合剂。
28.权利要求1的化合物在生产用于治疗或预防需要此种治疗的人类或其它哺乳动物的与钙和磷酸盐异常代谢有关的病症的药物方面的应用，其特征在于包括对人类或其它哺乳动物以安全且有效量的权利要求1的化合物给药。
29.权利要求1的化合物在生产用于治疗或预防需要此种治疗的人类或其它哺乳动物的关节炎的药物方面的应用，其特征在于包括对人类或其它哺乳动物以安全且有效量的权利要求1的化合物给药。
全文摘要
本发明涉及硫取代的含氮杂环的膦酸化合物，包括双膦酸盐(或酯)，膦酰基烷基膦酸盐(或酯)膦酰基羧酸盐(或酯)，膦酰基磺酸盐(或酯)和它们的可成药的盐或酯。本发明还涉及包含安全且有效量的本发明的化合物和药物可接受的赋形剂的药物组合物。最后，本发明还涉及人类或其它哺乳动物钙和磷酸盐的异常代谢为特征的病理学状况的治疗或预防方法，包括治疗或预防骨质疏松症和关节炎，特别是类风湿性关节炎和骨关节炎病。该方法包括以安全且有效量的本发明化合物或组合物对需要治疗的人类或其它哺乳动物给药。这些化合物的一般结构式如上。
文档编号C07F9/58GK1085907SQ9310827
公开日1994年4月27日 申请日期1993年5月29日 优先权日1992年5月29日
发明者S·M·卡斯, F·H·艾贝丁诺, M·D·弗朗西斯 申请人:普罗格特甘布尔药品有限公司