CN102558394B - 羟丙基-β-环糊精的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新的HP-β-CD的制备方法，该方法可以有效控制HP-β-CD的取代度在4.0-6.0之间，并且获得了较高的收率，且适用于工业化大生产，不需要使用有机溶剂。

Description

羟丙基-β-环糊精的制备方法

技术领域

本发明涉及一种羟丙基-β-环糊精的制备方法。

背景技术

术语解释：

取代度：β-环糊精分子中共有21个羟基基团，取代度即为在形成羟丙基-β-环糊精后羟基与羟丙基形成醚的平均个数。

环糊精(cyclodextrin，CD)系由6到8个葡萄糖残基以α-1，4-糖苷键连接而成环状低聚糖。环糊精自上世纪末发现以来，由于良好包合性能，且基本没毒性，价格也逐步降低，其应用领域正在不断扩大，应用量逐年增长，相关文献量也直线上升。环糊精主要有α、β和γ三种，其中，β-环糊精分子呈环形圆筒状，有一中空内腔，此内腔可以包合其它物质，形成包合物。β-环糊精的这种包合作用能使其它分子得到保护，起到增溶、增加稳定性的作用。应用于药物制剂中，可以起到增加药物稳定性，促进药物吸收，提高生物利用度等作用；但是由于β-环糊精在水中溶解度小，并且具有肾毒性和溶血性，从而限制了β-环糊精在药学上的应用。

羟丙基环糊精(Hydroxypropyl cyclodextrin，HP-CD)是环糊精一类无定型多组分化学衍生物，由羟丙基取代环糊精2、3或6位羟基H原子而得。由于环糊精主要有a、β和γ三种，羟丙基环糊精也有HP-α-CD、HP-β-CD和HP-γ-CD三类。特别是羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)，水溶性大大提高(＞500g/L，20℃)，溶血性更低，可用作注射制剂添加物，且已通过美国食品药品管理局(FDA)审批，是目前最有应用潜力环糊精材料。

中国专利200910024703.7和200910029892.7，公开了羟丙基-β-环糊精的合成方法。其步骤如下：(1)在密闭不锈钢高压釜中，将β-环糊精，环氧丙烷，碱性催化剂和去离子水，按摩尔比1∶2.5～10.5∶0.6～3.4∶62.9～126投料，在50～90℃温度、0～0.6MPa表压下进行醚化反应；(2)反应结束后经中和，过滤；(3)乙醇洗涤；(4)丙酮萃取；(5)透析等后处理制得羟丙基-β-环糊精。该方法中利用高压釜，采用加压反应，增加了实际生产过程中的安全隐患；产物需要经乙醇洗涤和丙酮萃取；该方法所得HP-β-CD的取代度为4.6-7.8，收率为70-80％。

Pitaj等在Int.J.pharm。1986.29(1)：73.公开的HP-β-CD的制备方法为将环糊精溶解于蒸馏水中，搅拌使环糊精溶解，将反应容器置于水浴中，50-60度滴加环氧丙烷，用干冰-丙酮冷凝器回流。该方法中反应温度超过环氧丙烷的沸点，因此需要使用干冰-丙酮冷凝器，工业化程度不高。

李潇，黄惠娟在《羟丙基-β-环糊精的合成及取代度的测定》(《内蒙古石油化工》2009年第8期)中公开的制备方法为：取β-环糊精置于质量浓度为30％的NaOH水溶液中，微热使之完全溶解，冰水浴(2～5℃)和搅拌条件下缓慢滴加环氧丙烷，2小时滴加完毕，冰水浴下分别继续反应94小时。该方法中反应和后处理总时间约100小时，增加生产成本，不利于工业化；所得产物需要使用丙酮进行洗涤；当β-环糊精∶环氧丙烷为1∶7-1∶21时，所得HP-β-CD的取代度为2.47-7.67。

石金霞等在《云南化工》发表的《羟丙基-β-环糊精的合成工艺研究》中合成了取代度在3-6的HP-β-CD，当取代度为4.66-5.70时，收率为40-50％；当取代度为3.77-4.71时，收率为12-60％；当取代度为5.40-8.84时，收率为40-60％。所得产物需要经乙醇、丙酮这些有机溶剂进行处理。

金超的博士论文《羟丙基-β-环糊精的制备、性质及应用研究》公开的制备方法是把NaOH溶液加热到60℃，边搅拌边加入β-环糊精，直到β-环糊精完全溶解，冷却到室温，然后在冰浴下边搅拌边滴加环氧丙烷，反应所得溶液减压蒸馏，得到浆状物用95％乙醇溶解，搅拌使NaCl沉淀，过滤，滤液减压蒸馏得浓浆，用水溶解后流水透析数小时后再次减压蒸馏，得到浓浆冷冻干燥得产品。反应时间16h，反应温度31℃，透析时间7.4h，此时取代度为4.02，得率61.80％。取代度较低，而且收率不高。

《羟丙基-β-环糊精特性及其在医药领域中的应用与安全性》(国外医药--合成药、生化药、制剂分册2002，23(5))取代度是表示HP-β-CD中羟丙基的相对含量。每个β-CD分子中有7个葡萄糖残基，每个葡萄糖残基上有3个可以被取代的位置，也就是说全取代的最大分子取代度(MS)是21，最少是1。在HP-β-CD的制备中，往往不易控制某个固定的取代度，所以不同来源的HP-β-CD其平均分子取代度是不同的，由于HP-β-CD取代度的不同，其各种性能参数也有不同。羟丙基β-环糊精的取代度是质量中最关键的因素，取代度的大小直接影响产品的副作用大小和物化性质，取代度过低，副作用较大，表现为溶血性、吸湿性增强，制成药用制剂后稳定性差，制成注射用制剂后若溶血性过强则无法应用于临床；取代度太高则导致增溶能力降低，起不到应有的增溶效果。欧洲药典规定HP-β-CD的取代度范围是3.5-5.0。所以很好的控制产品的取代度在比较集中的适宜区域对提高产品的适用性和降低副作用有很大帮助。

发明内容

针对现有技术生产的HP-β-CD质量不稳定(主要表现在取代度变化范围较大)，或者收率不高，或者所用方法不适用于工业化，或者在处理过程中需要用到乙醇、丙酮等有机溶剂的缺陷，本发明采用的方法有效控制HP-β-CD的取代度在4.0-6.0之间，并且获得了较高的收率，且适用于工业化大生产，不需要使用有机溶剂。

本发明提供了一种取代度为4.0-6.0的羟丙基-β-环糊精的制备方法，β-环糊精∶1，2-环氧丙烷∶碱性催化剂(摩尔比)为1∶8-15∶8-20，包括在反应容器中加入碱性催化剂水溶液，温度降至33℃以下时加入β-环糊精，待β-环糊精完全溶解后，控制温度在20-33℃，滴加1，2-环氧丙烷，滴加完毕后继续反应3-20小时，即得羟丙基-β-环糊精溶液。

其中所得羟丙基-β-环糊精的的取代度优选为4.0-5.0。

其中滴加完毕后继续反应优选3-8小时。

其中β-环糊精、1，2-环氧丙烷和碱性催化剂三者的摩尔比优选1∶8-12∶8-12。

其中控制温度优选在25-30℃。

其中碱性催化剂选自氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂。

采用本方法所得的HP-β-CD的取代度为4.0-6.0，收率高于70％。无菌HP-β-CD是制备注射级药品的重要辅料，而现有技术没有公开任何制备无菌HP-β-CD的方法。

本发明还提供一种可作为注射用制剂辅料的羟丙基-β-环糊精的制备方法，包括在上述羟丙基-β-环糊精的制备方法基础上，将所得羟丙基-β-环糊精溶液用酸性溶液调节pH为6.5-7.5，然后转移至纳滤机内进行纳滤，纳滤结束后将反应液分别过强碱性阴离子交换树脂柱和强酸性阳离子交换树脂柱，然后浓缩，过滤，进行干燥，即得可作为注射用制剂辅料的羟丙基-β-环糊精。

其中所述酸性溶液为盐酸溶液。

其中将所得羟丙基-β-环糊精溶液用酸性溶液调节pH为6.8-7.0。

其中干燥选自冻干、结晶或喷雾干燥。

本方法所得的HP-β-CD能够快速溶解，特别适用于作为注射级制剂辅料。

本发明中取代度的计算方法为：

按照《中国药典》2005年版二部附录VII F“羟丙氧基测定法”，取HP-β-CD约0.1g，精密称定，置蒸馏瓶中，加30％(g/g)三氧化铬溶液10ml。通入氮气流并控制其流速为每秒钟约1个气泡。于30分钟内将油浴升温至155℃，并维持此温度至收集馏液约50ml，将冷凝管自分馏柱上取下，用水冲洗，洗液并入收集液中，加酚酞指示液2滴，用氢氧化钠滴定液滴定至pH值6.9～7.1，记下消耗的容积V1(ml)，而后加碳酸氢钠0.5g与稀硫酸10ml，静置至不再产生二氧化碳为止，加碘化钾1.0g，密塞，摇匀，置暗处放置5分钟，加淀粉指示液1ml，用硫代硫酸钠滴定液滴定至终点，记下消耗的容积V2(ml)。另作空白试验，分别记下消耗的氢氧化钠滴定液的体积Va(ml)；与硫代硫酸钠滴定液的体积Vb(ml)。羟丙氧基含量计算公式如下：

然后利用下式计算HP-β-CD的取代度X：

$X=\frac{P\%\×1135}{75-P\%\×58}$

式中V₁为供试品消耗氢氧化钠滴定液的体积，ml；

V₂为供试品消耗硫代硫酸钠滴定液的体积，ml；

V_a为空白试验消耗氢氧化钠滴定液的体积，ml；

V_b为空白试验消耗硫代硫酸钠滴定液的体积，ml；

W为供试品的称样量，g；

M₁为氢氧化钠滴定液的浓度，mol/L；

M₂为硫代硫酸钠滴定液的浓度，mol/L；

0.0751为羟丙氧基(OCH₂CHOHCH₃)的毫摩尔质量。

1135为β-CD的分子量，75为羟丙氧基(OCH₂CHOHCH₃)的分子量，58为羟丙基(CH₂CHOHCH₃)的分子量。

本发明的技术方案如下：

在反应釜中，加入去离子水，搅拌下缓慢加入碱性催化剂例如氢氧化钠，搅拌溶解，温度降至33℃以下时加入β-环糊精，待β-环糊精完全溶解后匀速滴加1，2-环氧丙烷，控制温度在25-33℃之间，3小时滴加完毕。溶液继续在25-33℃之间反应搅拌3小时，用酸性溶液调节溶液pH值为6.5-7.5。

碱性催化剂如氢氧化钠溶解时放出大量的热，使溶液的温度上升，因此碱性催化剂一方面起催化剂作用，另一方面增大β-环糊精在水中溶解度，因此当碱性催化剂溶液温度降低后再加入β-环糊精，这样既不影响β-环糊精的溶解，又保证了β-环糊精在较低温度下的稳定性。

将反应液转移至纳滤机内，开启纳滤，除去反应中产生的无机盐。然后将料液分别过强碱性阴离子交换树脂柱和强酸性阳离子交换树脂柱。料液转移至纳滤机内浓缩，过滤，料液进入冻干机的托盘中，料液厚度控制在1.0～1.5cm，按照设定好的冻干曲线进行冻干。冻干结束时，取样检测水分，合格后出料，粉碎，得白色固体，即为羟丙基-β-环糊精。

与现有技术相比，用酸中和后的反应液不用加入有机溶剂(例如乙醇等低级醇)，而是采用纳滤设备除去反应生成的盐。节约成本，减少有机醇的应用，降低了对环境的影响。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的具体说明，不应对本发明的范围构成限制。

实施例1：

将52.0L去离子水加入400L反应釜，开启搅拌，缓慢加入7.4kg氢氧化钠，搅拌使之溶解，温度降至30℃时加入β-环糊精20.0kg，待β-环糊精完全溶解后滴加1，2-环氧丙烷10.0kg，开启冷盐水使温度保持在25-30℃之间，3小时滴加完毕。溶液继续在25-30℃之间反应搅拌3小时。取代度为4.5，收率73.4％。

反应完毕后，用31％盐酸调节溶液pH值为6.8。

将反应液转移至纳滤机内，纳滤除去无机盐，将料液分别过强碱性阴离子交换树脂柱和强酸性阳离子交换树脂柱，检测β-环糊精残留量小于0.3％，1，2-丙二醇残留量小于0.5％。料液转移至纳滤机内浓缩，当料液浓度在25-30％时，进入冻干机按照设定好的冻干曲线进行冻干，得HP-β-CD的白色无定形粉末。

检测：细菌不超过100个/g；霉菌、酵母菌数不超过100个/g；未检出大肠埃希菌。

实施例2

将52.0L去离子水加入200L反应釜，开启搅拌，缓慢加入5.9kg氢氧化钠，搅拌使之溶解，温度降至33℃时加入β-环糊精20.0kg，待β-环糊精完全溶解后滴加1，2-环氧丙烷8.1kg，开启冷盐水使温度保持在30-33℃之间。溶液继续在30-33℃之间反应搅拌20小时，反应完毕后，用31％盐酸调节溶液pH值为7.0。取代度为4.5，收率71.9％。

将反应液转移至纳滤机内，纳滤除去无机盐。浓缩，进入洁净室，冻干得HP-β-CD的白色无定形粉末。

检测：细菌不超过100个/g；霉菌、酵母菌数不超过100个/g；未检出大肠埃希菌。

实施例3

将52.0L去离子水加入200L反应釜，开启搅拌，缓慢加入14.1kg氢氧化钾，搅拌使之溶解，温度降至30℃以下时加入β-环糊精20.0kg，待β-环糊精完全溶解后滴加1，2-环氧丙烷15.2kg，开启冷盐水使温度保持在20-25℃之间。溶液继续在20-25℃之间反应搅拌8小时，反应完毕后，用浓盐酸调制溶液pH值为7.1。取代度为4.9，收率75.5％。

将反应液转移至纳滤机内，纳滤除去无机盐。浓缩，进入洁净室，喷雾干燥得HP-β-CD的类白色无定形粉末。

检测：细菌不超过100个/g；霉菌、酵母菌数不超过100个/g；未检出大肠埃希菌。

实施例4

将52.0L去离子水加入200L反应釜，开启搅拌，缓慢加入10.6kg氢氧化锂，搅拌使之溶解，温度降至30℃时加入β-环糊精20.0kg，待β-环糊精完全溶解后滴加1，2-环氧丙烷12.2kg，开启冷盐水使温度保持在25-30℃之间。溶液继续在25-30℃之间反应搅拌6小时，反应完毕后，用浓盐酸调制溶液pH值为6.5。取代度为4.6，收率73.9％。

将反应液转移至纳滤机内，纳滤除去无机盐。浓缩，通过0.45μm和0.1μm膜过滤，进入洁净室，冻干得HP-β-CD的白色无定形粉末。

检测：细菌不超过100个/g；霉菌、酵母菌数不超过100个/g；未检出大肠埃希菌。

实施例5

将52.0L去离子水加入200L反应釜，开启搅拌，缓慢加入8.5kg氢氧化钠，搅拌使之溶解，温度降至28℃时加入β-环糊精20.0kg，待β-环糊精完全溶解后滴加1，2-环氧丙烷12.2kg，开启冷盐水使温度保持在20-25℃之间。溶液继续在20-25℃之间反应搅拌15小时，反应完毕后，用浓盐酸调制溶液pH值为6.5。取代度为4.4，收率73.5％。

将反应液转移至纳滤机内，纳滤除去无机盐。浓缩，进入洁净室，冻干得HP-β-CD的白色无定形粉末。

检测：细菌不超过100个/g；霉菌、酵母菌数不超过100个/g；未检出大肠埃希菌。

实施例6

将45.0L去离子水加入200L反应釜，开启搅拌，缓慢加入7.1kg氢氧化钠，搅拌使之溶解，温度降至30℃时加入β-环糊精20.0kg，待β-环糊精完全溶解后滴加1，2-环氧丙烷12.2kg，开启冷盐水使温度保持在25-30℃之间。溶液继续在25-30℃之间反应搅拌6小时，反应完毕后，用浓盐酸调制溶液pH值为7.5。取代度为4.3，收率73.5％。

将反应液转移至纳滤机内，纳滤除去无机盐。浓缩，进入洁净室，冻干得HP-β-CD的白色无定形粉末。

检测结果：细菌不超过100个/g；霉菌、酵母菌数不超过100个/g；未检出大肠埃希菌。

实施例7

将52.0L去离子水加入200L反应釜，开启搅拌，缓慢加入10.6kg氢氧化钠，搅拌使之溶解，温度降至33℃以下时加入β-环糊精20.0kg，待β-环糊精完全溶解后滴加1，2-环氧丙烷15.2kg，开启冷盐水使温度保持在30-33℃之间。溶液继续在30-33℃之间反应搅拌20小时，反应完毕后，用浓盐酸调制溶液pH值为7.1。取代度为6.0，收率76.8％。

将反应液转移至纳滤机内，纳滤除去无机盐。浓缩，进入洁净室，冻干得HP-β-CD的白色无定形粉末。

检测：细菌不超过100个/g；霉菌、酵母菌数不超过100个/g；未检出大肠埃希菌。

Claims (8)

1.一种取代度为4.5的羟丙基-β-环糊精的制备方法，包括在反应容器中加入52.0L去离子水，开启搅拌，缓慢加入7.4kg氢氧化钠，搅拌使之溶解，温度降至30℃时加入β-环糊精20.0kg，待β-环糊精完全溶解后，控制温度在25-30℃，滴加1,2-环氧丙烷10.0kg，3小时滴加完毕后，继续在25-30℃反应 3小时，反应完毕后，用31%盐酸调节溶液pH值为6.8，即得羟丙基-β-环糊精溶液。

2.一种取代度为4.5的羟丙基-β-环糊精的制备方法，包括在反应容器中加入52.0L去离子水，开启搅拌，缓慢加入5.9kg氢氧化钠，搅拌使之溶解，温度降至33℃时加入β-环糊精20.0kg，待β-环糊精完全溶解后，控制温度在30-33℃，滴加1,2-环氧丙烷8.1kg，滴加完毕后在30-33℃继续反应20小时，反应完毕后，用31%盐酸调节溶液pH值为7.0，即得羟丙基-β-环糊精溶液。

3.一种取代度为4.9的羟丙基-β-环糊精的制备方法，包括在反应容器中加入52.0L去离子水，开启搅拌，缓慢加入14.1kg氢氧化钾，温度降至30℃以下时加入β-环糊精20.0kg，待β-环糊精完全溶解后，控制温度在20-25℃，滴加1,2-环氧丙烷15.2kg，滴加完毕后继续在20-25℃反应8小时，反应完毕后，用浓盐酸调节溶液pH值为7.1，即得羟丙基-β-环糊精溶液。

4.一种取代度为4.6的羟丙基-β-环糊精的制备方法，包括在反应容器中加入52.0L去离子水，开启搅拌，缓慢加入10.6kg氢氧化锂，温度降至30℃时加入β-环糊精20.0kg，待β-环糊精完全溶解后，控制温度在25-30℃，滴加1,2-环氧丙烷12.2kg，滴加完毕后在25-30℃继续反应6小时，反应完毕后，用浓盐酸调节溶液pH值为6.5，即得羟丙基-β-环糊精溶液。    

5.一种取代度为4.4的羟丙基-β-环糊精的制备方法，包括在反应容器中加入52.0L去离子水，开启搅拌，缓慢加入8.5kg氢氧化钠，温度降至28℃时加入β-环糊精20.0kg，待β-环糊精完全溶解后，控制温度在20-25℃，滴加1,2-环氧丙烷12.2kg，滴加完毕后在20-25℃继续反应15小时，反应完毕后，用浓盐酸调节溶液pH值为6.5，即得羟丙基-β-环糊精溶液。

6.一种取代度为4.3的羟丙基-β-环糊精的制备方法，包括在反应容器中加入45.0L去离子水，开启搅拌，缓慢加入7.1kg氢氧化钠，温度降至30℃时加入β-环糊精20.0kg，待β-环糊精完全溶解后，控制温度在25-30℃，滴加1,2-环氧丙烷12.2kg，滴加完毕后在25-30℃继续反应6小时，反应完毕后，用浓盐酸调节溶液pH值为7.5，即得羟丙基-β-环糊精溶液。

7.一种取代度为6.0的羟丙基-β-环糊精的制备方法，包括在反应容器中加入52.0L去离子水，开启搅拌，缓慢加入10.6kg氢氧化钠，温度降至33℃以下时加入β-环糊精20.0kg，待β-环糊精完全溶解后，控制温度在30-33℃，滴加1,2-环氧丙烷15.2kg，滴加完毕后在30-33℃继续反应20小时，反应完毕后，用浓盐酸调节溶液pH值为7.1，即得羟丙基-β-环糊精溶液。

8.如权利要求1所述的羟丙基-β-环糊精的制备方法，其特征在于将所得羟丙基-β-环糊精溶液转移至纳滤机内进行纳滤，除去无机盐，纳滤结束后将反料液分别过强碱性阴离子交换树脂柱和强酸性阳离子交换树脂柱，检测β-环糊精残留量小于0.3%，1,2-丙二醇残留量小于0.5%，然后将料液转移至纳滤机内浓缩，当料液浓度在25-30%时，进行冻干，即得可作为注射用制剂辅料的羟丙基-β-环糊精。