CN102168117B

CN102168117B - 一种制备(r)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的方法

Info

Publication number: CN102168117B
Application number: CN201110008814.6A
Authority: CN
Inventors: 石振祥; 尹晓龙; 徐春涛
Original assignee: JIANGSU ALPHA PHARMACEUTICAL CO Ltd
Current assignee: Jiangsu alpha Pharmaceutical Co.,Ltd.
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2031-01-12
Also published as: CN102168117A

Abstract

本发明公开了一种制备(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的方法，包括：以(R)-4-氰基-3-羟基丁酸甲酯为底物，在卤醇脱卤酶的作用下，在水相中与氰化钠及氢氰酸反应，生成目标产物。所述的酶为卤醇脱卤酶，酶源于大肠埃希氏菌，加酶方式为分两批加入，可缩短反应时间，降低酶用量近1/3；反应过程中通过滴加氰化钠水溶液来控制反应pH 7-7.5；反应中过量的氢氰酸通过脱吸套用，使得消耗的氰化物与底物的摩尔比为1∶1，提高了酶活，并且降低了成本，减少了环境污染。

Description

一种制备(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的方法

技术领域

本发明涉及卤醇脱卤酶制备(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的方法。更具体而言，本发明涉及以(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯为原料，通过优化反应pH、反应物配料比、脱卤酶的加料方式、氢氰酸脱吸套用等，制备高光学和化学纯度、高收率的(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯且环境污染小的方法，适合大规模生产。

背景技术

·下式为R-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯：

·羟甲戊二酰辅酶A(HMG-CoA)还原酶抑制剂是一类新型降血脂药物，在目前的医药领域占有百余亿美元的市场份额。它们能选择性抑制肝脏中胆固醇合成的限速酶HMG-CoA还原酶，使肝脏脂蛋白生成减少，低密度脂蛋白(LDL)胆固醇受体表达增加，因而使血浆中胆固醇水平下降。它们还能使极低密度脂蛋白(VLDL)和甘油三脂显著下降，并增加抗动脉粥样硬化的高密度质蛋白(HDL)，防止动脉粥样硬化和冠心病的发生。(R)-4-氰基-3-羟基丁酸酯是HMG-CoA还原酶抑制剂的合成重要中间体，如以它为原料，合成的阿托伐他汀(atorvastatin)2008年销售达就高达78亿美元。

本领域已知的制备上述R-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的方法如下：

1.不对称合成

日本专利JP 2001335554报道以(S)-4-氯-3-羟基丁酸为原料经过氰化、酯化反应两步生成(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯，收率65％。

《中国医药工业杂志》2009，40(9)，486-487报道的路线以(S)-(-)-环氧氯丙烷为原料，经氰化钠开环得到(S)-4-氯-3-羟基丁腈，用乙醇醇解得到(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯，再经三甲硅烷基保护、氰化钠氰化、脱除保护基，得到(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯，总收率约57％。

文献Tetrahedron：Asymmetry，2005，16(16)：2717-2721报道的路线通过手性源转化，经过多步反应得到(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯。

《有机化学》2009，29(12)，1997-1999报道的路线以L-(-)-苹果酸为起始原料，经酯化、还原、溴代和氰化四步反应得到目标化合物(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯，合成总收率为56.7％。

文献Tetrahedron：Asymmetry，1999，10，1895.报道的路线从手性3-羟基-γ-丁内酯开始，经过开环、酯化和氰化制备得到(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯。

上述方法存在收率不高、化学纯度和光学纯度不高、产物分离困难等不足，难以满足工业化生产的要求。

2.生物催化

与化学法相比，生物催化法具有反应条件温和，反应转化率高，产物化学纯度和光学纯度高等优点。目前报道的生物催化酶主要有卤醇脱卤酶。

卤醇脱卤酶是一类通过分子内亲核取代机制催化邻卤醇转化为环氧化物的脱卤酶，可以高效高选择地催化环氧化物和邻卤醇之间的转化，因而可以用来合成具有光学纯的环氧化物，具有传统化学合成法所无法比拟的优越性。

美国专利U.S 2005272064和欧洲专利WO2006/091470报道的合成方法均以(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯为原料，采用卤醇脱卤酶HHEC催化，控制PH＝7左右，40℃条件下，在水相中与氰化钠及氢氰酸反应，其中氰化钠与底物(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯的摩尔比为2.82，合成了(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯，化学纯度98％，光学纯度达到99％，收率为67.13％。

上述方法存在一些不足，如氰化钠与底物的摩尔比过高，会带来严重的三废问题；反应过程中采用滴加氢氧化钠来控制pH，波动范围大；反应中的溶剂用量过大，会造成生产效率低下；反应收率不高，增加了生产成本等。

发明内容

发明人进行了广泛的研究解决了现有技术上的上述问题，本发明者发现了通过改变卤醇脱卤酶的加入方式以及如氰化钠与底物的摩尔比等，可以得到需要的具有高光学纯度、高纯度和收率的产物。发明人还发现通过氢氰酸脱吸再套用，可以大大降低氰化物的排放，减少了环境污染，同时还降低了生产成本。

本发明的卤醇脱卤酶购买于安琪酵母有限公司，它源于基因工程菌，名称为大肠埃希氏菌，拉丁学名Escherichia coli MC 1061，保藏于中国典型培养物保藏中心(CCTCC)，保藏日期：2008-6-16，保藏编号CCTCC NO：M208089。

酶活力检测定义

30℃恒温条件下，在含有5mmol/l底物(2-溴乙醇)的50mM Tris/SO4缓冲液(pH 8.0)中每分钟降解底物生成1μmol溴离子的酶量定义为一个单位(U)。

酶催化反应过程如上图示：首先(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯在卤醇脱卤酶的作用下，生成(S)-3，4-环氧丁酸乙酯，然后在与HCN开环反应生成(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯。

氰化钠与底物的摩尔比对反应转化率影响较大，，这是由于环氧化物开环反应的低反应活性，与氢氰酸的浓度有很大关系。因此考察了不同的氰化钠与底物的摩尔比对反应转化率的影响，见附图1。从而选择了合适的氰化钠与底物的摩尔比1.5～2.5∶1.

卤醇脱卤酶的加入方式对反应有影响。随底物的不断转化，溶液中氯化钠的浓度会上升，从而造成卤醇脱卤酶的催化活性减低或失活，因此酶的的加入方式对反应收率也有影响，发明人发现分两批加入醇脱卤酶，可以缩短反应时间，降低酶的用量近1/3。从附图2中可以看出，同样的酶量，分二次投酶可以缩短反应时间12小时。

pH值对该反应有影响，通过滴加氰化钠水溶液控制pH7-7.5左右，可以保持pH稳定，有利于底物的转化。

发明人还发现反应中过量的氢氰酸通过脱吸后，用碱液吸收，经过定量分析后可以直接套用，这样可以减少了氰化钠的投料量，从而降低了生产成本，还大大减少三废的排放。氰化物分析方法见GB/T 23765-2009。

另外，通过氢氰酸脱吸套用，还能在反应初期避免用硫酸调pH时生成的硫酸钠，从而降低了无机盐的浓度，有利于酶的存活，对反应是有利的，套用后投料收率更高。

因此，本发明的目的是提供一种大规模制备具有高光学纯度的(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的方法，该方法收率高、成本低、环境友好。

附图说明

图1为氰化钠与底物的摩尔比对反应转化率的影响

图2为酶一次性投入与二次投入反应进程比较

具体的实施方法：

实例1：在洁净的5000升R01#反应釜中内加入2000L水，然后将称量好的30％氰化钠溶液320公斤(1.95Kmol)抽入反应釜中，然后开始用硫酸调节溶液的PH值，硫酸滴加过程中温度控制在30℃以下，直至pH值7-7.5；然后向釜内加入卤醇脱卤酶(100万UM)32公斤，再加入400kg(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯(99％，2.4Kmol)，反应过程中，釜内PH会不断的下降，通过补加高位槽中的氰化钠，使釜内一直保持在PH 7-7.5，开始缓慢升温至40℃，保持该反应温度，通过气相检测跟踪反应进程，取样气相检测底物含量在50％以下时，再补加酶32公斤，当中控检测原料含量在1％以下时即终止反应。(原料检测方法见附1)

反应至终点后，反应液进行脱氢氰酸的操作，尾气进入吸收塔用稀碱吸收。当尾气中HCN浓度＜5PPM时，反应液降至常温转入R02#脱色釜，加入20kg的活性炭，搅拌20分钟后，用高速离心机分离。母液转入R03#分层釜，用丁酸乙酯(2000L+1500L+1500L)萃取三次，将三次分层后的有机相合并，回收丁酸乙酯至干，即得(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯.(98.2％，319Kg)，收率83.8％.

水相母液进入R04#蒸馏釜内，加入盐酸中和至PH＝1，然后加热进行蒸馏，气体经吸收塔稀碱吸收，保持吸收塔内PH＝7～8，直至蒸馏釜内液体体积约500升为止。此时，可以过滤除去氯化钠，母液进入蒸馏釜，蒸馏塔内的氰化钠与氢氰酸混合溶液，按GB/T23765-2009氰化钠和氰化钾产品的测定方法测定其氰化物的含量，用作投料用水，实现了工艺水闭路循环，解决了含氰废水问题。(工艺流程见附图2)

实例2：在5000升R01#反应釜中，釜内已有回收的HCN和氰化钠混合的水溶液(氰基含量1.95Kmol)，直接向釜内加入卤醇脱卤酶(100万UM)32公斤，再加入400kg(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯(99％，2.4Kmol)，按上面相同的步骤，得到(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯.(98.3％，328Kg)，收率86.29％，比旋光度[α_D ²⁰]＝33.5°(C＝1，CHCl₃)

附1

(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯及(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯含量的分析方法

仪器和设备：

气相色谱仪：配有FID检测器，灵敏度和稳定性符合GB/T9722中有关规定和任何型号的气相色谱仪。

微量进样器：1.0μm或2.0μm

检测方法：面积归一法

色谱柱：0.3mm毛细管柱30m(DIKMA)

数据处理机：或数据工作站

分析步骤：

(1)色谱试验参考条件：

保留时间：(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯约3.5分钟

(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯约5分钟

Claims

1.一种制备 (R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的方法，包括：在洁净的5000 升R01# 反应釜中内加入2000L 水，然后将称量好的1.95Kmol 、30％氰化钠溶液320 公斤抽入反应釜中，然后开始用硫酸调节溶液的pH 值，硫酸滴加过程中温度控制在30℃以下，直至pH 值7-7.5 ；然后向釜内加入100万UM卤醇脱卤酶32公斤，再加入400kg、2.4Kmol 、99％的(S)-4- 氯-3- 羟基丁酸乙酯，反应过程中，釜内pH会不断的下降，通过补加高位槽中的氰化钠，使釜内一直保持在pH 7-7.5，开始缓慢升温至40℃，保持该反应温度，通过气相检测跟踪反应进程，取样气相检测底物含量在50％以下时，再补加酶32 公斤，当中控检测原料含量在1％以下时即终止反应；

反应至终点后，反应液进行脱氢氰酸的操作，尾气进入吸收塔用稀碱吸收；当尾气中HCN 浓度＜5ppm 时，反应液降至常温转入R02# 脱色釜，加入20kg 的活性炭，搅拌20分钟后，用高速离心机分离；母液转入R03#分层釜，分别用2000L丁酸乙酯、1500L丁酸乙酯和1500L丁酸乙酯萃取三次，将三次分层后的有机相合并，回收丁酸乙酯至干燥，即得319Kg 、98.2％(R)-4- 氰基-3- 羟基丁酸乙酯，收率83.8％；

水相母液进入R04#蒸馏釜内，加入盐酸中和至pH＝1，然后加热进行蒸馏，气体经吸收塔稀碱吸收，保持吸收塔内pH＝7～8，直至蒸馏釜内液体体积约500 升为止；此时过滤除去氯化钠，母液进入蒸馏釜，蒸馏塔内的氰化钠与氢氰酸混合溶液，按GB/T23765-2009 氰化钠和氰化钾产品的测定方法测定其氰化物的含量，用作投料用水，实现了工艺水闭路循环，解决了含氰废水问题。

2.一种制备 (R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯的方法，包括：在5000 升R01# 反应釜中，釜内已有回收的HCN 和氰化钠混合的水溶液，其中氰基含量1.95Kmol；直接向釜内加入100万UM卤醇脱卤酶32 公斤，再加入400kg、2.4Kmol、99％的(S)-4- 氯-3- 羟基丁酸乙酯，反应过程中，釜内pH会不断的下降，通过补加高位槽中的氰化钠，使釜内一直保持在pH 7-7.5，开始缓慢升温至40℃，保持该反应温度，通过气相检测跟踪反应进程，取样气相检测底物含量在50％以下时，再补加酶32 公斤，当中控检测原料含量在1％以下时即终止反应；

反应至终点后，反应液进行脱氢氰酸的操作，尾气进入吸收塔用稀碱吸收；当尾气中HCN 浓度＜5ppm 时，反应液降至常温转入R02# 脱色釜，加入20kg 的活性炭，搅拌20分钟后，用高速离心机分离；母液转入R03#分层釜，分别用2000L丁酸乙酯、1500L丁酸乙酯和1500L丁酸乙酯萃取三次，将三次分层后的有机相合并，回收丁酸乙酯至干燥，即得328Kg 、98.3％(R)-4- 氰基-3- 羟基丁酸乙酯，收率86.29％。