CN100486970C - 外消旋高柠檬酸内酯制备方法 - Google Patents
外消旋高柠檬酸内酯制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
外消旋高柠檬酸内酯制备方法,涉及一种高柠檬酸内酯,尤其是一种以2-酮戊二酸为原料,可简洁地、规模化制备外消旋高柠檬酸内酯的方法。提供一种以廉价、易得的2-酮戊二酸为原料,可简洁地、规模化地制备外消旋高柠檬酸内酯的方法。步骤为:2-酮戊二酸1在加入酰氯或氯硅烷的一种醇中反应得到化合物2,化合物2在混合溶剂中在金属铟调节下与烯丙基溴反应得到化合物3,化合物3在混合溶剂中,与水合三氯化钌-高碘酸钠体系反应,后在加入酰氯或氯硅烷的醇中反应,柱层析后得到化合物4和5,化合物4或5在一种酸中回流得到高柠檬酸内酯6。原料廉价易得,产率高,合成路线最短,制备工艺简单,采用常用试剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种高柠檬酸内酯,尤其是一种以2-酮戊二酸为原料,可简洁地、规模化制备外消旋高柠檬酸内酯的方法。
背景技术
高柠檬酸(Homocitric acia)是重要的生化试剂,它是真菌和裸藻生物合成赖氨酸的重要中间体,被认为是潜在的抗菌药物。同时高柠檬酸在固氮酶催化氮气还原为氨的过程中起着非常重要的作用。目前采用酶法合成高柠檬酸的数量一般都在几百毫克以内,使得高柠檬酸的价格十分昂贵(≥1000美元/g),且全球只有一家公司有销售,这极大地限制了相关的研究。因此,发展简洁、可供规模制备高柠檬酸的方法显得特别重要。
1996年Biellmann等(J.Org.Chem.1996,61,1822-1824)以L-乳酸为原料,首先利用特戊醛将其保护为(S)-2-叔丁基-5-亚甲基-1,3-二氧戊环-4-酮,然后经过不对称Diels-Alder加成反应得到高对映纯中间体,而后通过臭氧化-氧化、酯化、去保护等多步反应,最终得到(R)-构型的高柠檬酸内酯,反应的总收率为3.0%。利用同样的办法,从L-丝氨酸出发可以合成得到(S)-构型的高柠檬酸内酯。但此合成路线总产率低,实用价值不高。
1997年Russell等(Tetrahedron Asymmetry,8,3379-3382,1997)以柠檬酸为原料,首先通过三步反应得到外消旋的2-(4-(2-甲氧基-2-氧代乙基)-5-氧代-1,3-二氧戊环基)-乙酸,然后通过(S)-苯乙胺动力学拆分、Arndt-Eistert反应、Wolff重排、去保护等多步反应得到(R)-高柠檬内酯。总收率为5.61%。这条路线步骤长,操作繁琐,实用性不强。
1998年李增春等(Molecules,3,31-34,1998)以丙二酸单乙酯为原料,通过酯化、缩合、重排三步反应合成了重要中间体3-氧代-己二酸甲乙酯。而后通过氢氰酸的加成,水解,浓硫酸作用下脱水而得到外消旋高柠檬酸内酯,总收率41.9%。这条路线反应步骤相对较短,有一定的合成价值,但反应过程中必须使用剧毒的氰化钾。
2000年Palmer小组从D-苹果酸出发,首先利用合成特戊醛将苹果酸进行保护得到关键的中间体,然后通过亲电取代,硼氢化,PDC氧化,去保护,碱水解等多步反应得到(R)-构型的高柠檬酸三钠盐,反应的总收率为12.0%(Tetrahedron Lett,2000,41,9209-9212)。这条路线操作繁琐,实用性不高。
2004年Lopp小组(Tetrahedron,2004,60,9081-9084)报道了由螺环化合物经简短的路线制备高柠檬酸内酯的方法。作者将螺环化合物在碱性高锰酸钾中氧化,然后酸化即得高柠檬酸内酯,总产率74%。尽管此路线看起来很简洁,但关键的中间体螺环化合物的制备麻烦,不具备实用价值。
2005年Young小组(Tetrahedron Lett.46,2093-2096,2005)报道了以(-)-奎尼酸衍生物为原料经4步反应合成高柠檬酸衍生物的方法。作者首先对5-位羟基进行保护,而后通过还原消除得到保护的5-脱氧奎尼酸衍生物,紧接着通过离子交换树脂去保护即得到关键中间体(1R,3R,4S)-1,3,4-三羟基环已基甲酸甲酯。再经过氧化、酯化等反应最终得到二甲基保护的高柠檬酸内酯和高柠檬酸三甲酯。反应的总产率为26.4%。应该指出的是,保护形式的高柠檬酸产物需要去保护才能得到高柠檬酸内酯。这条合成路线操作繁琐,实用性不高。
2005年日本的Tatsumi小组(Tetrahedron Lett.46,3815-3818,2005)在Palmer小组工作的基础上做了改进。采用3-碘代丙酸酯替代烯丙基溴作为亲电试剂,通过改变反应条件、提高反应温度及延长反应时间(-5℃,10h)得到保护形式的高柠檬酸,而后在酸性条件下去保护得到(R)-高柠檬内酯,总收率32%。该合成路线有一定的实用价值,但不适宜规模制备。
发明内容
本发明的目的在于针对已有的制备高柠檬酸内酯方法中存在的缺点,提供一种以廉价、易得的2-酮戊二酸为原料,可简洁地、规模化地制备外消旋高柠檬酸内酯的方法。
本发明的具体合成路线如下:
其具体步骤为:
1)、2-酮戊二酸1在加入酰氯或氯硅烷的一种醇中反应4~20h得到化合物2,所说的酰氯主要是指氯化亚砜、乙酰氯;所说的氯硅烷主要是指三甲基氯硅烷、三乙基硅烷;所说的醇主要是指C1-C4的一元醇,特别是甲醇、乙醇;按摩尔比含量2-酮戊二酸1:(酰氯或氯硅烷)=100:(200~300);
2)、化合物2在混合溶剂中在金属铟调节下与烯丙基溴反应7~15小时,得到化合物3,所说的混合溶剂主要是指甲醇-水、乙醇-水、四氢呋喃-水体系;按摩尔比含量化合物2:金属铟:烯丙基溴=100:100:(150~300);
3)、化合物3在混合溶剂中,与水合三氯化钌-高碘酸钠体系反应1-4h,而后在加入酰氯或氯硅烷的醇中反应5~20h,柱层析后得到化合物4和5,所说的混合溶剂为乙酸乙酯-乙腈-水,四氯化碳-乙腈-水的体系中的一种;所说的酰氯主要是指氯化亚砜、乙酰氯;所说的氯硅烷主要是指三甲基氯硅烷、三乙基氯硅烷;所说的醇主要是指C1-C4的一元醇,特别是甲醇、乙醇,按摩尔比含量化合物3:水合三氯化钌-高碘酸钠体系:(酰氯或氯硅烷)=100:2.2:(400~600):(100~300);
4)、化合物4或5在一种酸中回流至少48h,得到高柠檬酸内酯6,所说的酸主要是指甲酸、乙酸、三氟乙酸,按摩尔比含量化合物4(或5):酸=100:(500~1000)。
本发明是一种以廉价、易得的2-酮戊二酸为原料,高产率地合成了外消旋高柠檬酸内酯的新方法。与已报道的合成路线相比,本发明的合成路线最短(四步),制备工艺最简单,且产率最高(65%),所用试剂均为常用试剂,具有很好的应用前景。
具体实施方式
下面以实施例进一步对本发明作详细说明。
实施例1
1、合成2-酮戊二酸二甲酯2a:
往盛有2-酮戊二酸1(10.0g,68.49mmol)的单颈瓶中加入甲醇100mL。在冰浴下滴加三甲基氯硅烷(20mL,153.4mmol),在室温下反应15h,浓缩抽干溶剂,加入乙酸乙酯150mL,用10mL饱和碳酸氢钠溶液洗涤两次,然后用10mL饱和食盐水洗涤,用无水硫酸钠干燥,过滤、减压浓缩后快速柱层析(乙酸乙酯:石油醚=1:4)得到化合物2a,11.68g,浅黄色液体,产率98%。IR(CH2Cl2):1731,1438,1262,1083;1H-NMR(CDCl3,500MHz)3.86(s,3H),3.65(s,3H),3.14(t,J=6.5Hz,2H),2.65(t,J=6.5Hz,2H);13C-NMR(CDCl3,125MHz)190.68,170.81,159.26,51.34,50.25,32.54,25.67;MS(ESI,m/z):175(M+H+),192(M+H2O),197(M+Na′);Anal.Calcd for C7H10O5:C 48.28,H 5.79;Found:C:48.12,H 5.82.
2、合成2-烯丙基-2-羟基戊二酸二甲酯3a:
将合成的化合物2a(5.22g,30mmol)溶于30mL甲醇中,加入180mL水,8.1mL烯丙基溴(90mmol)和4.14g铟粉(36mmol),反应结束后加入盐酸(4N,10mL)并搅拌10min,然后用乙醚萃取(5×50mL)。合并的有机相用10mL饱和碳酸氢钠溶液洗涤两次,然后用10mL饱和食盐水洗涤,用无水硫酸钠干燥,过滤、减压浓缩后快速柱层析(乙酸乙酯:石油醚=1:8)得到化合物3a,5.70g,浅黄色液体,产率88%。IR(CH2Cl2):3512,1797,1738,1228;1H-NMR(CDCl3,500MHz)5.62-5.50(m,1H),4.94-4.86(m,2H),3.78(s,3H),3.67(s,3H),2.56-2.38(m,3H),2.28-2.18(m,1H),2.16-2.00(m,2H)13C-NMR(CDCl3,125MHz)175.30,173.05,131.71,118.45,76.14,52.15,51.06,43.32,32.97,28.05;MS(ESI,m/z):217(M+H+),239(M+Na+);Anal.Calcd for C10H16O5:C 55.55,H 7.46;Found:C:55.39,H 7.46.
3、合成高柠檬酸内酯二甲酯4a和高柠檬酸三甲酯5a:
将合成的化合物3a(6.05mg,28mmol)溶解于乙酸乙酯(60mL)和乙腈(60mL)中,在常温下依次加入水(90mL),高碘酸钠(36.0g,168mmol)和15.2mL三氯化钌水溶液(0.05M,2.2%eq.)。剧烈搅拌1h,加入15mL异丙醇进行淬灭,激烈搅拌15min,抽滤除去不溶物。减压抽去有机溶剂,残余的水相用乙酸乙酯(6×50mL)萃取,合并的有机相用10mL饱和食盐水洗涤两次,用无水硫酸钠干燥,过滤、减压浓缩。得到的油状物溶解于60mL甲醇,在冰浴条件下加入4mL(30.68mmol)三甲基氯硅烷,然后于室温下搅拌过夜。减压下出去甲醇,加入150mL的乙酸乙酯,有机相用饱和碳酸氢钠(10mL)洗涤两次,饱和食盐水(15mL)洗一次,无水硫酸钠干燥,过滤,减压浓缩后快速柱层析(乙酸乙酯:石油醚=1:4~1:2)得到化合物4a(1.57g,7.27mmol)和化合物5a(3.99g,16.10mmol),总产率83.5%。
化合物4a的谱图数据:IR(CH2Cl2)1779,1749,1736,1209;1H-NMR(CDCl3,500MHz)
3.59(s,3H),3.47(s,3H),2.95(d,J=17.0Hz,1H),2.75(d,J=17.0Hz,1H),2.47-2.36(m,2H),2.32-2.27(m,1H),2.23-2.14(m,1H);13C-NMR175.11,170.56,168.62,82.28,52.48,51.38,40.69,30.58,27.00;MS(ESI,m/z):217(M+H+),239(M+Na+);Anal.Calcd for C9H12O6:C 50.00,H 5.59;Found:C:50.16,H5.60.
化合物5a的谱图数据:IR(CH2Cl2):3500,2956,1739,1439,1205;1H-NMR(CDCl3,500MHz)3.80(s,3H),3.68-3.65(superposed,6H),2.95(d,J=16.0Hz,1H),2.71(d,J=16.0Hz,1H),2.54-2.46(m,1H),2.31-2.21(m,1H),2.11-1.99(m,2H)13C-NMR(CDCl3,125MHz)174.59,172.90,170.59,73.91,52.58,51.47,51.31,42.88,33.51,27.70;MS(ESI,m/z):249(M+H+),271(M+Na+);Anal.Calcd forC10H16O7:C 48.39,H 6.50;Found:C:48.36,H 6.45.
4、合成高柠檬酸内酯6:
将化合物4a(2.16g,10mmol)或5a(2.48g,10mmol),溶解于85%甲酸中(10mL)回流48h。减压除去甲酸得固体粗产物,重结晶得到纯的高柠檬酸内酯6,产率82%。IR(KBr):1787,1730,1703;1H-NMR(DMSO-d6,500MHz)3.08(d,J=17.0Hz,1H),2.85(d,J=17.0Hz,1H),2.66-2.54(m,2H),2.38-2.24(m,2H)13C-NMR(DMSO-d6,125MHz)176.55,172.46,170.64,82.87,41.41,30.98,27.65;HRMS calcd for[C7H8O6-1]:187.0240,found:187.0237.
实施例2
步骤1 合成2-酮戊二酸二甲酯2a:
往盛有2-酮戊二酸1(2.92g,20.0mmol)的单颈瓶中加入甲醇30mL。在冰浴下滴加氯化亚砜(3.25mL,153.4mmol),然后升到室温下反应20h,浓缩抽干溶剂,加入乙酸乙酯50mL,用5mL饱和碳酸氢钠溶液洗涤两次,然后用10mL饱和食盐水洗涤,用无水硫酸钠干燥,过滤、减压浓缩后快速柱层析(乙酸乙酯:石油醚=1:4)得到化合物2a,3.17g,浅黄色液体,产率91%。
步骤2 按照实施例1由化合物2a制备化合物3a的方法,用乙醇替代甲醇,期于操作相同,产率84%。
步骤3 按照实施例1由化合物3a制备化合物4a和5a的方法,用四氯化碳-乙腈-水做溶剂,反应3h,总产率75%。
步骤4 按照实施例1由化合物4a或5a制备化合物6的方法,用三氟乙酸代替甲酸,其余操作相同,产率91%。
实施例3
步骤1合成2-酮戊二酸二乙酯2b:
往盛有2-酮戊二酸1(2.96g,20.0mmol)的单颈瓶中加入无水乙醇30mL。在冰浴下滴加乙酰氯(3.2mL,45.0mmol),在室温下反应15h,减压浓缩,加入乙酸乙酯50mL,用8mL饱和碳酸氢钠溶液洗涤两次,然后用10mL饱和食盐水洗涤,用无水硫酸钠干燥,过滤、减压浓缩后快速柱层析(乙酸乙酯:石油醚=1:10)得到化合物2b,3.60g,产率89%。IR(CH2Cl2):2984,1731,1081;1H-NMR(CDCl3,500MHz)δ 4.28(q,J=7.0Hz,2H),4.08(q,J=7.0Hz,2H),3.10(t,J=6.5Hz,2H),2.61(t,J=6.5Hz,2H),1.32(t,J=7.0Hz,3H),1.20(t,J=7.0Hz,3H);13C-NMR(CDCl3,125MHz)δ 192.58,171.84,160.40,62.41,60.73,34.01,27.53,13.99,13.85;MS(ESI,m/z):202(M+H+),224(M+Na+);Anal.Calcd for C9H14O5:C53.46,H 6.98;Found:C:53.39,H 6.97.
步骤2 2-烯丙基-2-羟基戊二酸二乙酯3b:
将合成的化合物2b(4.04g,20mmol)溶于20mL乙醇中,加入120mL水,5.4mL烯丙基溴(60mmol)和2.76g铟粉(24mmol),反应结束后加入盐酸(4N,5mL)并搅拌10min,然后用乙醚萃取(5×30mL)。合并的有机相用10mL饱和碳酸氢钠溶液洗涤两次,然后用10mL饱和食盐水洗涤,用无水硫酸钠干燥,过滤、减压浓缩后快速柱层析(乙酸乙酯:石油醚=1:10)得到化合物3b,4.98g,浅黄色液体,产率83.7%。IR(CH2Cl2):3513,2981,1735,1223,1181;1H-NMR(CDCl3,500MHz)δ 5.80-5.70(m,1H),5.16-5.06(m,2H),4.23(q,J=7.0Hz,2H),4.12(q,J=7.0Hz,2H),2.54-2.38(m,3H),2.26-2.16(m,1H),2.14-2.00(m,2H),1.30(t,J=7.0Hz,3H),1.25(t,J=7.0Hz,3H);13C-NMR(CDCl3,125MHz)δ 192.58,171.84,160.40,62.41,60.73,34.01,27.53,13.99,13.85;MS(ESI,m/z):244(M+H+),266(M+Na+);Anal.Calcd for C12H20O5:C 59.00,H 8.25,Found:C:58.93,H 8.19.
步骤3 合成高柠檬酸内酯二乙酯4b和高柠檬酸三乙酯5b;
将合成的化合物3b(2.44mg,10mmol)溶解于乙酸乙酯(20mL)和乙腈(20mL)中,在常温下依次加入水(30mL),高碘酸钠(12.8g,60mmol)和4.4mL三氯化钌水溶液(0.05M,2.2%eq.)。剧烈搅拌1h,加入15mL异丙醇进行淬灭,激烈搅拌15min,抽滤除去不溶物。减压抽去有机溶剂,残余的水相用乙酸乙酯(5×40mL)萃取,合并的有机相用10mL饱和食盐水洗涤两次,用无水硫酸钠干燥,过滤、减压浓缩。得到的油状物溶解于20mL无水乙醇,在冰浴条件下加入0.7mL(10.0mmol)乙酰氯,然后于室温下搅拌过夜。减压下抽去乙醇,加入50mL的乙酸乙酯,有机相用饱和碳酸氢钠(5mL)洗涤两次,饱和食盐水(10mL)洗一次,无水硫酸钠干燥,过滤,减压浓缩后快速柱层析(乙酸乙酯:石油醚=1:6~1:3)得到化合物4b(0.55g,2.25mmol)和化合物5b(1.48g,5.10mmol),总产率73.5%。
化合物4b的谱图数据:IR(CH2Cl2):2956,1793,1739,1178;1H-NMR(CDCl3,500MHz)δ4.334.22(m,2H),4.20-4.10(m,2H),3.12(d,J=16.5Hz,1H),2.96(d,J=16.5Hz,1H),2.76-2.50(m,3H),2.41-2.31(m,1H),1.31(t,J=7.5Hz,3H),1.26(t,J=7.5Hz,3H);13C-NMR(CDCl3,125MHz)δ 175.43,170.36,168.44,82.85,62.30,61.04,41.47,31 11,27.71,13.89;MS(ESI,m/z):244(M+H+),266(M+Na+);Anal.Calcd for C11H16O6:C 54.09,H6.60;Found:C:54.13,H 6.60.
化合物5b的谱图数据:IR(CH2Cl2)3505,1736,1190;1H-NMR(CDCl3,500MHz)δ 4.34-4.22(m,2H),4.17-4.09(m,4H),2.94(d,J=16.0Hz,1H),2.69(d,J=16.0Hz,1H),2.54-2.44(m,1H),2.30-2.22(m,1H),2.08-2.00(m,2H),1.34-1.20(superposed,9H);13C-NMRδ 174.51,172.81,170.41,74.11,62.11,60.77,60.48,43.38,33.83,28.27,14.01;MS(ESI,m/z):290(M+H+),312(M+Na+);Anal.Calcd for C13H22O7:C 53.78,H 7.64;Found:C:53.62,H7.60.
步骤4 按照实施例2由化合物4a或5a制备化合物6的方法,其余操作相同,产率87%。
Claims (6)
1、外消旋高柠檬酸内酯制备方法,其特征在于合成路线如下:
其具体步骤为:
1)、2-酮戊二酸1在加入酰氯或氯硅烷的一种醇中反应4~20h得到化合物2a或2b,所说的一种醇为甲醇或乙醇;
2)、化合物2a或2b在混合溶剂中在金属铟调节下与烯丙基溴反应7~15h,得到化合物3a或3b,所说的混合溶剂是指甲醇-水、四氢呋喃-水、乙醇-水体系中的至少一种;
3)、化合物3a或3b在混合溶剂中,与水合三氯化钌-高碘酸钠体系反应1-4h,而后在加入酰氯或氯硅烷的醇中反应5~20h,柱层析后得到化合物4a或4b和5a或5b,所说的混合溶剂为乙酸乙酯-乙腈-水,四氯化碳-乙腈-水的体系中的一种,所说的醇为甲醇或乙醇;
4)、化合物4a或4b或5a或5b在一种酸中回流至少48h,得到外消旋高柠檬酸内酯6。
2、如权利要求1所述的外消旋高柠檬酸内酯制备方法,其特征在于步骤1)中,所说的酰氯选自氯化亚砜、乙酰氯;所说的氯硅烷选自三甲基氯硅烷、三乙基氯硅烷。
3、如权利要求1所述的外消旋高柠檬酸内酯制备方法,其特征在于步骤1)中,按摩尔比,2-酮戊二酸1∶酰氯或氯硅烷=100∶200~300。
4、如权利要求1所述的外消旋高柠檬酸内酯制备方法,其特征在于步骤2)中,按摩尔比,化合物2a或2b∶金属铟∶烯丙基溴=100∶100∶150~300。
5、如权利要求1所述的外消旋高柠檬酸内酯制备方法,其特征在于在步骤3)中,所说的混合溶剂选自乙酸乙酯-乙腈-水,四氯化碳-乙腈-水的体系中的一种;所说的酰氯选自氯化亚砜、乙酰氯;所说的氯硅烷选自三甲基氯硅烷、三乙基氯硅烷;
在步骤4)中,按摩尔比,化合物4a或4b或5a或5b∶酸=100∶500~1000。
6、如权利要求1所述的外消旋高柠檬酸内酯制备方法,其特征在于步骤4)中,所说的酸选自甲酸、乙酸和三氟乙酸中的至少一种。
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2005
- 2005-10-11 CN CNB2005101081007A patent/CN100486970C/zh not_active Expired - Fee Related
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A facile method for synthesis of(R)-(-)-and(S)-(+)-homocitricacid lactones andrelatedα-hydroxydicarboxylic acids fromD- or L-malic acid. Peng-Fei Xu,et al.Tetrahedron Letters,Vol.46 . 2005 |
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A short enantioselective synthesisofhomocitricacid-γ-lactoneand4-hydroxy-homocitricacid-γ-lactones. Anne Paju,et al.Tetrahedron,Vol.60 . 2004 |
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Enantioselective Syntheses of (-)- and(+)-HomocitricAcidLactones. Gaston H. Rodriguez R.,et al.J. Org. Chem.,Vol.61 No.5. 1996 |
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Synthesisoftrimethyl(2S,3R)-and(2R,3R)-[2-2H1]-homocitratesandthecorrespondingdimethylesterlactones-towardselucidatingthestereochemistryof thereactioncatalysed byhomocitratesynthase and by theNif-Vprotein. Ali Tavassoli,et al.Tetrahedron Letters,Vol.46 No.12. 2005 |
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Publication number | Publication date |
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