CN102099366A - 结晶型糖衍生物 - Google Patents

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卡洛利·阿戈斯通
伊什特万·鲍伊扎
玛丽·博杰斯特鲁普
伊格纳西奥·菲格罗亚·普雷泽
拉尔斯·克雷格尔
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Abstract

本发明提供了一种基本不含β-乳糖胺盐酸盐的α-乳糖胺盐酸盐，以及由乳糖胺盐酸盐的端基异构混合物制备α-乳糖胺盐酸盐一水合物的方法，所述方法包括：在0℃～100℃的温度下制备包含乳糖胺盐酸盐的端基异构混合物、水与至少一种可与水混溶的有机溶剂的溶液，和使该溶液冷却从而引发α-乳糖胺盐酸盐一水合物的结晶；本发明还提供了一种制备无水α-乳糖胺盐酸盐的方法，以及α-乳糖胺盐酸盐作为食品增补剂或合成中的中间体的应用。

Description

结晶型糖衍生物
技术领域
本发明提供结晶型α-乳糖胺盐酸盐一水合物和制备该化合物的方法。
背景技术
寡糖因其多羟基特征和其末端的羰基官能团而具有若干结构形式。醛醣和酮糖都可以以吡喃糖、呋喃糖以及开链形式存在。此外，寡糖的半缩醛/半缩酮的特征在于α和β端基异构结合。上述结构多样性使得难以将单糖和寡糖分离为单独的化学个体。糖的端基异构混合物的选择性结晶十分困难，较为常见的是两种端基异构体都存在于晶体结构中。这些困难往往妨碍了通过结晶来进行重要糖的提纯。本发明提供一种通过端基异构体选择性结晶来对乳糖胺盐酸盐进行提纯的简便方法。
乳糖胺盐酸盐是一种许多天然寡糖结构中存在的主要二糖。就本发明人所知，先前并没有合成和表征过单一端基异构形式的α-乳糖胺盐酸盐。迄今为止，只通过色谱法或沉淀作用制备出乳糖胺盐酸盐的端基异构混合物1-6。乳糖胺盐酸盐的表征因产物的端基异构混合物性质而在这些文献中相当有限。此类乳糖胺盐酸盐产物始终被描述为含有α和β端基异构体的不可分离的端基异构混合物。
近期有文章描述了最先通过结晶提供乳糖胺盐酸盐的端基异构混合物的方法7。通过1H和13C NMR对所得产物进行表征。产物的端基异构混合物性质由以下特征化学位移表示：1H NMR(D2O)δ＝5.23(d，1H，H-1α，J1，2＝3.1Hz)；δ＝4.75(d，0.4H，H-1β，J1，2＝8.43Hz)；13C NMR(D2O)δ＝103.13(C-1’β)，103.08(C-1’α)，92.67(C-1α)，88.99(C-1β)。
一份奥地利专利申请也描述了沉淀/结晶法，所述方法也提供了乳糖胺盐酸盐的端基异构混合物8。所述方法给出的乳糖胺盐酸盐是含有60％α-乳糖胺盐酸盐和40％β-乳糖胺盐酸盐的不可分离的混合物，这已通过两种不同的化学个体的化学位移得到了证实：1H NMR(D2O)(δ＝5.28(d，0.6H，H-1α，J1，2＝3.6Hz)；δ＝4.81(d，0.4H，H-1β，J1，2＝8.6Hz)。
发明内容
如通过X射线晶体学和1H NMR谱证实的那样，本发明提供的结晶型α-乳糖胺盐酸盐一水合物为单独的化学个体。此外，本发明提供用于乳糖胺盐酸盐的端基异构体选择性结晶方法，所述方法用来专门制备α-乳糖胺盐酸盐一水合物。即使利用最有力的分析方法，也不能在结晶产物中检测到β-乳糖胺盐酸盐。本发明在提供高纯产物的大规模乳糖胺盐酸盐生产方面具有极大的商业价值，这是不能通过任何其他已知的提纯方法实现的。
因此，本发明的第一方面提供基本不含β-乳糖胺盐酸盐的α-乳糖胺盐酸盐(如式2所示)。
Figure BDA0000043879060000021
式2
就本发明人所知，先前从未制备和表征过该产物。优选的是，所述α-乳糖胺盐酸盐包含低于5重量％(例如低于2重量％)、优选低于1重量％(例如0.5重量％)、最优选低于0.1重量％的β-乳糖胺盐酸盐。
本发明人已经由乳糖胺盐酸盐的端基异构混合物选择性地结晶出α形态，并已通过X射线晶体学确认了结晶产物的身份为α-乳糖胺盐酸盐一水合物。另外，本发明人还已制备了无水α-乳糖胺盐酸盐。
通过使用本领域中已知的若干方法，例如对α-乳糖胺盐酸盐一水合物进行加热(优选在真空和/或在干燥剂存在下)，来除去结晶的水而可以由α-乳糖胺盐酸盐一水合物制得水含量在0重量％～1重量％内的无水α-乳糖胺盐酸盐。
本发明的第二方面提供一种由乳糖胺盐酸盐的端基异构混合物制备α-乳糖胺盐酸盐一水合物的方法，所述方法包括：
在0℃～100℃的温度下制备包含乳糖胺盐酸盐的端基异构混合物、水和至少一种可与水混溶的有机溶剂的溶液；
使所述溶液冷却，从而引发α-乳糖胺盐酸盐一水合物的结晶。
适当的是，通过以下方式制备该溶液：在40℃～100℃的温度下将乳糖胺盐酸盐的端基异构混合物溶解在水中，随后添加至少一种可与水混溶的有机溶剂。
适当的是，该方法可以还包括以下预备步骤：将乳糖胺盐酸盐的端基异构混合物溶解在水中；和将该溶液添加到体积大得多的丙酮中(例如丙酮的体积为该水溶液的体积的10倍)，以引发白色粉末的沉淀，然后将该粉末用作制备包含端基异构混合物、水和至少一种可与水混溶的有机溶剂的溶液中的端基异构混合物。该预备步骤形成了不溶于该水/丙酮混合物的端基异构混合物的丙酮加合物，因而沉淀出白色粉末而使其他杂质留在溶液中。
适当的是，所述至少一种可与水混溶的有机溶剂选自由丙酮、四氢呋喃、乙腈、二 
Figure BDA0000043879060000031
烷、脂肪醇和1，2-二甲氧基乙烷组成的组。适当的是，在使用丙酮作为所述至少一种可与水混溶的溶剂时，丙酮在溶剂混合物中的体积要比用来生成丙酮加合物时的体积小得多，例如至多为溶剂混合物中水的体积的约2倍～3倍。
适当的是，使用的至少一种可与水混溶的溶剂的体积大于所用水的体积。适当的是，存在的与水混溶的溶剂为所用水的体积的至少2倍，例如为所用水量的至少2.5倍或3倍。
优选的是，所述至少一种可与水混溶的有机溶剂为至少一种脂肪醇ROH，其中R选自甲基、乙基、异丙基、异丁基和正丁基。优选的是，所述至少一种脂肪醇为异丙醇或异丁醇。最优选的是，使用的是异丙醇。
优选的是，将溶液冷却至-5℃～30℃来引发结晶。优选的是，在冷却过程中可以搅拌该溶液来防止形成能够捕获杂质的较大晶体。这在α-乳糖胺盐酸盐大规模结晶时是特别优选的，因为在缺乏搅拌的情况下形成非常大的晶体能够在从器皿中回收晶体时导致处理问题，并对部分结晶器皿造成损坏。也可以采取本领域技术人员已知的诱发结晶的方法，例如使用玻璃棒刮擦结晶器皿的侧面，或者在结晶器皿中提供籽晶。特别优选的是使用籽晶来诱发结晶，因为这样会提供较高的晶体纯度和较快的结晶，并且所使用的籽晶优选为根据本发明的方法制得的α-乳糖胺盐酸盐一水合物的晶体。
乳糖胺盐酸盐的初始端基异构混合物的纯度可以含有5％～100％的α-端基异构体。
本发明的第三方面提供一种由乳糖胺制备α-乳糖胺盐酸盐一水合物的方法，所述方法包括：
在40℃～100℃下将乳糖胺溶解盐酸水溶液中；和
使该溶液冷却，从而引发α-乳糖胺盐酸盐一水合物的结晶。
适当的是，所述HCl水溶液的浓度可以为0.1％～38％。
优选的是，所述HCl水溶液包含至少一种可与水混溶的有机溶剂。适当的是，所述HCl水溶液中可以包含如丙酮、四氢呋喃、乙腈、二
Figure BDA0000043879060000041
烷、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或1，2-二甲氧基乙烷等有机溶剂。优选的是，该至少一种可与水混溶的有机溶剂为至少一种脂肪醇ROH，其中R选自甲基、乙基、异丙基、异丁基和正丁基。更优选的是，所述至少一种脂肪醇为异丙醇或异丁醇。最优选的是，所述至少一种脂肪醇为异丙醇。
适当的是，将溶液冷却至-5℃～30℃来引发结晶。优选的是，在冷却过程中可以搅拌该溶液来防止形成能够捕获杂质的较大晶体。如上所述，这在大规模进行结晶时特别优选。也可以采取本领域技术人员已知的诱发结晶的方法，例如使用玻璃棒刮擦结晶器皿的侧面，或者在结晶器皿中提供籽晶。特别优选的是提供籽晶来诱发结晶，因为这样会提供较高的晶体纯度和较快的结晶，另外所使用的籽晶优选为根据本发明的方法制得的α-乳糖胺盐酸盐一水合物的晶体。
本发明的第四方面提供一种制备水含量为0重量％～1重量％的无水α-乳糖胺盐酸盐的方法，所述方法包括对α-乳糖胺盐酸盐一水合物进行加热，以使基本上全部结晶的水进行热脱除。
适当的是，加热温度为20℃～172℃。
优选的是，该方法包括在真空下对所述一水合物进行加热。适当的是，该方法可以包括使用干燥剂来促进脱除结晶的水。
本发明还包括基本不含β-乳糖胺盐酸盐的α-乳糖胺盐酸盐在食品或饮料中，或者作为功能食品增补剂的应用。
本发明还包括基本不含β-乳糖胺盐酸盐的α-乳糖胺盐酸盐作为有机合成用，特别是人乳寡糖的合成中的中间体/前体的应用。
附图说明
图1显示了α-乳糖胺盐酸盐一水合物的X射线结构。
图2显示了由α-乳糖胺盐酸盐一水合物的X射线衍射研究获得的数据。
图3显示了在制备出样品的当时(3A)和一天后(3B)α-乳糖胺盐酸盐一水合物在D2O中的1H NMR谱。
具体实施方式
一般方法
可以通过使用文献方法1-7来制备乳糖胺盐酸盐的粗制端基异构混合物。不同的制备方法提供不同纯度的粗制混合物。不过，发现通过不同方法获得的反应混合物中存在的全部预期中的杂质和副产物在40℃～100℃的温度下都溶于水性醇中。在-5℃～30℃搅拌粗制混合物在上述溶剂或溶剂混合物中的溶液而引起α-乳糖胺盐酸盐的结晶。过滤、使用EtOH或异丙醇对晶体的洗涤和随后在室温或更高温度下的干燥处理提供了熔点为174℃的高纯度α-乳糖胺盐酸盐一水合物。
作为另一选择，可以在40℃～100℃将粗乳糖胺盐酸盐溶解水中，随后添加至少一种可与水混溶的溶剂。在冷却和搅拌时α-乳糖胺盐酸盐开始结晶。
实施例：
方法1：
将1.5kg根据文献方法7获得的乳糖胺盐酸盐的粗制端基异构混合物溶解在温水中(1.5L，50℃)。在30分钟的时间内将乙醇(4L)添加到该混合物中。然后将该混合物冷却至0℃并搅拌8小时。通过过滤收集白色晶体并使用乙醇(200mL)洗涤。产率：1.3kg纯α-端基异构体。
方法2：
将100g根据文献方法7获得的乳糖胺盐酸盐的粗制端基异构混合物溶解在温水中(100mL，50℃)。在10分钟的时间内将异丙醇(250mL)添加到该混合物中。然后将该混合物冷却至0℃并搅拌8小时。通过过滤收集白色晶体并使用异丙醇(20mL)洗涤。产率：85g纯α-端基异构体。
方法3：
将100g根据文献方法7获得的乳糖胺盐酸盐的粗制端基异构混合物溶解在温水中(100mL，50℃)。将该溶液添加至丙酮(1L)中，获得白色沉淀。将该粉末再次溶解在水(90mL)中，并在10分钟的时间内将异丙醇(220mL)添加至该混合物中。然后将该混合物冷却至0℃并搅拌8小时。通过过滤收集白色晶体并使用异丙醇(20mL)洗涤。产率：82g纯α-端基异构体。
方法4：
将100g根据文献方法7获得的乳糖胺盐酸盐的粗制端基异构混合物溶解在温水中(100mL，50℃)。将该溶液添加至丙酮(1L)中，获得白色沉淀。将该粉末再次溶解在水(90mL)中，并在10分钟的时间内将乙醇(300mL)添加至该混合物中。然后将该混合物冷却至0℃并搅拌8小时。通过过滤收集白色晶体并使用乙醇(20mL)洗涤。产率：78g纯α-端基异构体。
方法5：
将100g根据文献方法7获得的乳糖胺盐酸盐的粗制端基异构混合物溶解在温水中(100mL，50℃)。将该溶液添加至丙酮(1L)中，获得白色沉淀。将该粉末再次溶解在水(90mL)中，并在10分钟的时间内将乙醇与异丙醇的混合物(8％的异丙醇，220mL)添加至该混合物中。然后将该混合物冷却至0℃并搅拌8小时。通过过滤收集白色晶体并使用该溶剂混合物(20mL)洗涤。产率：80g纯α-端基异构体。
方法6：
将100g根据文献方法7获得的乳糖胺盐酸盐的粗制端基异构混合物溶解在温水中(100mL，50℃)。在10分钟的时间内将乙醇与异丙醇的混合物(8％的异丙醇，250mL)添加到该混合物中。然后将该混合物冷却至0℃并搅拌8小时。通过过滤收集白色晶体并使用该溶剂混合物(20mL)洗涤。产率：88g纯α-端基异构体。
方法7：
在高真空(1毫巴～10毫巴)下于55℃的温度对100g根据上述方法获得的α-乳糖胺盐酸盐于进行脱水，得到95g脱水纯α-端基异构体。
方法8：
在高真空(1毫巴～10毫巴)下于75℃的温度对100g根据上述方法获得的α-乳糖胺盐酸盐进行脱水，得到95g脱水纯α-端基异构体。
方法9：
在高真空(10毫巴～15毫巴)下于40℃的温度对100g根据上述方法获得的α-乳糖胺盐酸盐进行脱水，得到95g脱水纯α-端基异构体。
方法10：
在高真空(10毫巴～15毫巴)下于75℃的温度对100g根据上述方法获得的α-乳糖胺盐酸盐进行脱水，得到95g脱水纯α-端基异构体。
方法11：
在高真空(20毫巴～50毫巴)下于95℃的温度对100g根据上述方法获得的α-乳糖胺盐酸盐进行脱水，得到94g脱水纯α-端基异构体。
方法12：
在高真空(50毫巴～100毫巴)下于120℃的温度对100g根据上述方法获得的α-乳糖胺盐酸盐进行脱水，得到94g脱水纯α-端基异构体。
X射线晶体学
根据本发明制得用于单晶X射线衍射研究的乳糖胺盐酸盐样品。此前未曾公布过乳糖胺盐酸盐的晶体结构。但是，N-乙酰基乳糖胺的X射线结构是已知的。
采用的研究方法
i.单晶生长
ii.单晶X射线衍射数据收集
iii.结构的解析
iv.结构和氢键网络的分析
v.粉末衍射数据的计算
vi.粉末数据收集
通过使甲醇在乳糖胺盐酸盐水溶液上分层可以生长出适于X射线衍射测量的单晶。这通过以下方式进行：制备乳糖胺盐酸盐的饱和水溶液，对该溶液进行过滤来除去任何残留的固体乳糖胺盐酸盐，然后添加少量水，随后小心地添加甲醇。
选择较小的无色棱晶来进行测量，并使用全氟化石蜡油将其固定在环中。对于科学文献和/或专利而言，结构数据是可靠的，并且结果是可接受的。
X射线结构确定
C12H26N1Cl1O11的无色棱晶(0.08×0.05×0.02mm)，M＝395.79，单斜晶系，
Figure BDA0000043879060000072
β＝93.97(1)°，Z＝2，空间群：P21，ρcalc＝1.527g cm-3。在以下条件下收集数据：110(1)K，Bruker-GADDS多丝正比衍射仪，Cu Kα射线
Figure BDA0000043879060000074
θmax＝63.3°，测量了6882个反射，在I＞2σ(I)下其2059个独立反射中有1793个反射是独特的。利用FRAMBO软件评估原始数据，使用SIR-92软件来解析其结构并利用SHELX-97程序通过F2进行精调，使用WINGX-97系列来制备文献材料，2509个反射、254个参数、10个约束条件下的R(F)＝0.061并且wR(F2)＝0.156。剩余电子密度：
Figure BDA0000043879060000081
碳原子上的氢原子位于几何位置上，而其他氢原子可见于差别电子密度图。这些氢原子与各自氧或氮的距离受到约束。氢原子的坐标可以在施主原子的短程范围内进行精调。利用骑式模型(riding model)发现氨基上的氢的位置，而且其与氮原子的距离是固定的。由于该大规模的氢键网络，可能的是这些氢原子中有一些位于其他位置。图1和图2中显示了由此确定的全部数据和结构。
1H-NMR结构确定
将10mg纯α-乳糖胺盐酸盐溶解在700μL D2O中，然后立即记录1H-NMR谱。1天后记录第二1H-NMR谱，经过这段时间纯净的物质已经端基异构化。在第一谱图(图3，上)中，在5.26ppm处可以观察到H-1，并且在4.29ppm处可以观察到H-1′。在第二谱图(图3，下)中，在紧邻α-端基异构体处已经出现了β-端基异构体。在4.78ppm处可以观察到H-1-β，并且在2.85ppm处可以观察到H-2-β。该实验表明，初始材料是纯净的端基异构体，其于1天内在室温发生了端基异构化。
参考文献
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Claims (25)

1.一种基本不含β-乳糖胺盐酸盐的α-乳糖胺盐酸盐，所述α-乳糖胺盐酸盐如式2所示
式2            。
2.如权利要求1所述的α-乳糖胺盐酸盐，所述α-乳糖胺盐酸盐包含低于5重量％的β-乳糖胺盐酸盐。
3.如权利要求1所述的α-乳糖胺盐酸盐，所述α-乳糖胺盐酸盐包含低于1重量％的β-乳糖胺盐酸盐。
4.如权利要求1所述的α-乳糖胺盐酸盐，所述α-乳糖胺盐酸盐包含低于0.1重量％的β-乳糖胺盐酸盐。
5.如权利要求1～4中任一项所述的α-乳糖胺盐酸盐，所述α-乳糖胺盐酸盐的形式为如式1所示的结晶一水合物
Figure FDA0000043879050000012
式1         。
6.如权利要求1～4中任一项所述的α-乳糖胺盐酸盐，所述α-乳糖胺盐酸盐的水含量为0重量％～1重量％。
7.一种组合物，所述组合物包含基本不含β-乳糖胺盐酸盐的如式2所示的α-乳糖胺盐酸盐。
8.一种由乳糖胺盐酸盐的端基异构混合物制备α-乳糖胺盐酸盐一水合物的方法，所述方法包括：
在0℃～100℃的温度下制备包含乳糖胺盐酸盐的端基异构混合物、水和至少一种可与水混溶的有机溶剂的溶液；
使所述溶液冷却，从而引发α-乳糖胺盐酸盐一水合物的结晶。
9.如权利要求8所述的制备α-乳糖胺盐酸盐一水合物的方法，其中，所述溶液通过以下方式制备：在40℃～100℃的温度下将乳糖胺盐酸盐的端基异构混合物溶解在水中，随后添加所述至少一种可与水混溶的有机溶剂。
10.如权利要求8或9所述的方法，所述方法还包括以下预备步骤：将所述乳糖胺盐酸盐的端基异构混合物溶解在水中；和
将所述溶液添加至丙酮中，以引发白色粉末的沉淀；
其中，将所述白色粉末用作权利要求8或权利要求9的溶液制备中的端基异构混合物。
11.一种由乳糖胺制备α-乳糖胺盐酸盐一水合物的方法，所述方法包括：
在40℃～100℃下制备乳糖胺在HCl水溶液中的溶液；
使所述溶液冷却，从而引发α-乳糖胺盐酸盐一水合物的结晶。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述溶液还包含至少一种可与水混溶的有机溶剂。
13.如权利要求8～12中任一项所述的方法，其中，所述至少一种可与水混溶的有机溶剂选自由丙酮、四氢呋喃、乙腈、二
Figure FDA0000043879050000021
烷、脂肪醇和1，2-二甲氧基乙烷组成的组。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述至少一种可与水混溶的有机溶剂为至少一种脂肪醇ROH，其中R选自甲基、乙基、异丙基、异丁基和正丁基。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述R为异丙基。
16.如权利要求8～15中任一项所述的方法，其中，将所述溶液冷却至-5℃～30℃来引发结晶。
17.如权利要求8～16中任一项所述的方法，其中，在冷却中对所述溶液进行搅拌。
18.如权利要求8～17中任一项所述的方法，其中，在冷却中提供所述α-乳糖胺盐酸盐一水合物的籽晶来促进诱发结晶。
19.一种制备无水α-乳糖胺盐酸盐的方法，所述无水α-乳糖胺盐酸盐的水含量为0重量％～1重量％，所述方法包括对α-乳糖胺盐酸盐一水合物进行加热，以使基本上全部结晶的水进行热脱除。
20.如权利要求19所述的制备无水α-乳糖胺盐酸盐的方法，所述方法包括将温度加热至20℃～172℃。
21.如权利要求19或20所述的制备无水α-乳糖胺盐酸盐的方法，其中，所述加热在真空下进行。
22.如权利要求19、20或21所述的制备无水α-乳糖胺盐酸盐的方法，其中，所述加热在干燥剂存在下进行。
23.基本不含β-乳糖胺盐酸盐的α-乳糖胺盐酸盐在食品或饮料中，或者其作为功能食品增补剂的应用。
24.基本不含β-乳糖胺盐酸盐的α-乳糖胺盐酸盐作为有机合成用中间体/前体的应用。
25.如权利要求24所述的α-乳糖胺盐酸盐的应用，所述应用为在合成人乳寡糖中的应用。
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