CN103420927A

CN103420927A - 一种喹噁啉-2-羧酸的合成方法

Info

Publication number: CN103420927A
Application number: CN2013102263914A
Authority: CN
Inventors: 袁宗辉; 潘源虎; 张西亚; 周波; 陶燕飞; 陈冬梅; 谢书宇; 王旭; 黄玲利
Original assignee: Huazhong Agricultural University
Current assignee: Huazhong Agricultural University
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2013-12-04

Abstract

本发明属于兽药制备技术领域，具体涉及一种用于兽药残留检测的卡巴氧残留标志物喹噁啉-2-羧酸的合成方法。其制备步骤包括：1）以邻苯二胺为原料，与丙酮醛缩合，即得中间产物2-甲基喹噁啉；2）将所得中间体2-甲基喹噁啉用二氧化硒进行氧化反应，即生成喹噁啉-2-甲醛；3）将所得喹噁啉-2-甲醛用酸性高锰酸钾进一步氧化，即得目标产物喹噁啉-2-羧酸。本发明的合成方法具有反应路线设计合理、操作简单和产率较高等优点。

Description

一种喹噁啉-2-羧酸的合成方法

技术领域

本发明属于兽药制备技术领域，具体涉及一种喹噁啉-2-羧酸(QCA)的化学合成方法。

背景技术

卡巴氧属于喹噁啉-1，4-二氧化物类药物，是美国辉瑞公司于二十世纪七十年代合成的广谱抗菌药。在欧盟，北美等许多国家作为抗菌促生长剂曾经广泛应用于畜、禽、水产养殖中。近年来对卡巴氧毒理学研究表明，卡巴氧及其脱一氧和脱二氧代谢物具有较强的毒性作用，主要表现为致癌、致突变作用、繁殖毒性和肝脏毒性等(

et al，1993：Yoshimura etal，1981；Scheutwinkel-Reich et al，1984)。鉴于此，欧盟于1999年禁止卡巴氧及喹乙醇用于动物抗菌促生长，即使在美国也对卡巴氧和喹乙醇的使用做出了严格规定。我国农业部明确规定禁用兽药目录中即包括喹噁啉类药物卡巴氧。喹噁啉-2-羧酸为卡巴氧的代谢物之一，目前被规定为卡巴氧残留标识物(见JECFA第36届会议(1991))。

为保障食品安全，保证我国动物性食品的正常贸易往来，农业部及国家出入境检验检疫局陆续制定了动物源食品中3-甲基喹噁啉-2-羧酸和喹噁啉-2-羧酸残留检测标准(GB/T20746-2006，牛、猪的肝脏和肌肉中卡巴氧和喹乙醇及代谢物残留量的测定液相色谱-串联质谱法；农业部06年第781-3，动物源食品中3-甲基喹噁啉-2-羧酸和喹噁啉-2-羧酸残留量的测定高效液相色谱法；农业部236号公告[2003]动物源食品中卡巴氧标示残留物检测方法)。这些标准的制订为动物性食品中喹噁啉-2-羧酸的检测提供了技术支持，但是一直以来国家标准物质中心及兽药监察所没有喹噁啉-2-羧酸(QCA)标准品，而大多采用Sigma公司提供的高纯度化合物作为对照品用于残留检测，所以合成出喹噁啉-2-羧酸(QCA)并进一步制成合格的标准物质成为当务之急。

目前关于喹噁啉-2-羧酸合成的文献报道如下：

1)美国辉瑞公司Wong，John W.等采用Pseudomonas putida(ATCC33015)，生物转化2-甲基喹噁啉合成喹噁啉-2-甲酸(Wong，John W.et al.Biocatalytic oxidation of2-methylquinoxaline to 2-quinoxalinecarboxylic acid，Organic Process Research & Development，6(4)，477-481；2002)。

该方法采用生物发酵方法合成QCA，避免用到有毒有害化学试剂且产率较高，但是采用的菌种Pseudomonas putida(ATCC33015)来源困难价格高且培养条件苛刻，普通条件下难以实现放大生产。

2)Harms，Arthur E.等以2-甲基喹噁啉为原料，经过与苯甲醛缩合后采用高锰酸钾氧化得到目标产物QCA(Harms，Arthur E.An Efficient Synthesis of 2-Quinoxalinecarboxylic Acid.Organic Process Research & Development，8(4)，666-669；2004)。该方法通过采用高锰酸钾对中间体的碳碳双键氧化而得到羧酸，不失为一种可行的办法，但是需要用到苯甲醛缩合得到中间体2-苯乙烯喹噁啉，明显的增加了反应步骤，导致最后总产率较低。

3)Kepez，Mustafa等报道以2，3-二甲基喹噁啉为原料，采用二氧化硒氧化一步反应得到目标产物QCA(Kepez，Mustafa.Oxidation of 2，3-dimethylquinoxaline and2，4-dimethylquinazoline with selenium dioxide.Monatshefte fuer Chemie，120(2)，127-30；1989)。该方法在二甲苯做溶剂，以二氧化硒在高温下将喹噁啉环上两个甲基氧化成羧基，同时脱羧生成目标产物QCA，方法较为简便，但是反应条件要求高且产率太低。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种供检测卡巴氧残留检测用的标准品喹噁啉-2-羧酸的化学合成方法，该方法原料易得、操作简便。

实现本发明的总体技术路线是：

本发明以邻苯二胺与丙酮醛进行缩合，即得中间产物2-甲基喹噁啉，将生成的中间体2-甲基喹噁啉再与二氧化硒进行氧化反应，即生成喹噁啉-2-甲醛；此后将得到的喹噁啉-2-甲醛用酸性高锰酸钾进一步氧化，即得目标产物喹噁啉-2-羧酸。

具体地，本发明的合成方法包括以下步骤：

1)于三口烧瓶中加入邻苯二胺，用甲醇使之溶解，加热至回流；之后按等物质的量取40％的丙酮醛，用甲醇溶液使之稀释，缓慢滴入到三口烧瓶中，回流反应16～20h，过滤；滤液经干燥后减压蒸干即得淡黄色油状物质的中间体2-甲基喹噁啉；作为优选方案，丙酮醛应稍稍过量；

2)按物质的量比为1∶1.2的2-甲基喹噁啉与二氧化硒溶于乙酸乙酯或其他合适溶剂中，回流反应4～6h，过滤，滤液减压蒸干溶剂后加入适量乙酸乙酯使溶解，静置，结晶即得土黄色的中间体喹噁啉-2-甲醛；

3)按物质的量比为1∶1～5∶1的喹噁啉-2-甲醛与高锰酸钾溶于吡啶中，之后加入稀硫酸，室温反应16～20h，过滤；滤液加入少量蒸馏水，蒸去大部分吡啶；之后用氢氧化钠调pH＝8～9，乙酸乙酯萃取三次，弃有机相；水相冰浴，盐酸调pH＝2～3，即出现大量沉淀，过滤即得固体喹噁啉-2-羧酸。

上述合成路线具有以下优点：

1、原料易得：本发明所使用的原料及试剂邻苯二胺、盐酸、高锰酸钾、氢氧化钠、甲醇、乙酸乙酯、无水硫酸镁等都是常用原料及试剂，容易得到。

2、反应设备、操作条件等容易实现且产率稳定，适宜进一步放大生产。

附图说明

图1：是现有技术美国辉瑞公司报道的喹噁啉-2-甲酸(QCA)的生物合成路线。图中：上方的英文为菌株名称为Pseudomonas putida，括号内为菌株编号为ATCC33015，附图标记为：R：PhCH₂OH，S：Glycerol 1.R：NH₄Cl，R：(NH₄)₂SO₄。

图2：是现有技术Harms，Arthur E.报道的喹噁啉-2-甲酸(QCA)的合成路线。

图3：是现有技术Kepez，Mustafa等报道的喹噁啉-2-甲酸(QCA)的合成路线。

图4：是本发明的喹噁啉-2-甲酸(QCA)的合成路线。

图5：是本发明制备所得喹噁啉-2-羧酸的紫外扫描图谱(以甲醇为溶剂)。

图6：本发明制备所得喹噁啉-2-羧酸的红外图谱(KBr压片)。

图7：本发明制备所得喹噁啉-2-羧酸的¹HNMR图谱(CDCl₃)。

图8：本发明制备所得喹噁啉-2-羧酸的质谱图(ESI，负离子模式)。

具体实施方式

实施例1

于三口烧瓶中加入邻苯二胺10.8g，用甲醇200mL使之溶解，加热至回流；之后取40％的丙酮醛18g，用甲醇50mL使之稀释，缓慢滴入到三口烧瓶中；回流反应16～20h，过滤；无水硫酸镁干燥，过滤，蒸去甲醇，即得到淡黄色油状物质2-甲基喹噁啉12g(产率83％)。

于三口烧瓶中加入2-甲基喹噁啉10g，以乙酸乙酯为溶剂，加热至回流，之后加入二氧化硒共11g；回流反应4～6h，过滤，滤液蒸去大量乙酸乙酯，放置于4℃条件下，进行重结晶，即得土黄色的中间体喹噁啉-2-甲醛8.3g(产率76％)。

于单口烧瓶中加入所得产物喹噁啉-2-甲醛2.2g，用吡啶20mL使之溶解；之后加入高锰酸钾0.42g和3mol·L^-1的硫酸6mL，室温反应16～20h，过滤；滤液加入少量蒸馏水，蒸去大部分吡啶；之后用2mol·L^-1的氢氧化钠调pH至8～9，乙酸乙酯萃取三次，弃有机相；水相冰浴，用4mol·L^-1的盐酸调pH至2～3，即出现大量沉淀，过滤即得固体喹噁啉-2-羧酸1.6g(产率67％)。

实施例2

于三口烧瓶中加入邻苯二胺21.6g，用甲醇250mL使之溶解，加热至回流；之后取40％的丙酮醛36g，用甲醇100mL使之稀释，缓慢滴入到三口烧瓶中；回流反应16～20h，过滤；无水硫酸镁干燥，过滤，蒸去甲醇，即得到淡黄色油状物质2-甲基喹噁啉25.2g(产率88％)。

于三口烧瓶中加入2-甲基喹噁啉20g，以1，4-二氧六环为溶剂，加热至90℃，分次加入二氧化硒共10g；搅拌反应4～6h，过滤，滤液蒸去大量溶剂，以适量乙酸乙酯溶剂后于4℃放置，结晶，即得土黄色的中间体喹噁啉-2-甲醛15.8g(产率72％)。

于单口烧瓶中加入产物喹噁啉-2-甲醛5g，用吡啶20mL使之溶解；之后加入高锰酸钾0.42g和3mol·L^-1的硫酸6mL，室温反应16～20h，过滤；滤液加入少量蒸馏水，蒸去大部分吡啶；之后用2mol·L^-1的氢氧化钠调pH至8～9，乙酸乙酯萃取三次，弃有机相；水相冰浴，用4mol·L^-1的盐酸调pH至2～3，即出现大量沉淀，过滤即得固体喹噁啉-2-羧酸3.8g(产率69％)。

实施例3

本发明制备的产品经紫外、红外、核磁共振、质谱方法检测结果如下：

喹噁啉-2-羧酸的紫外扫描图谱(MeOH)见图1。

喹噁啉-2-羧酸的红外扫描图谱(溴化钾压片)见图2。图中：各主要吸收峰与各基团的对应关系为：3452cm^-1，υ_OH羧羟基伸缩振动；3071cm^-1，υ_C-H苯环C-H伸缩振动；1707cm^-1，υ_C＝O羰基伸缩振动；1498cm^-1，1467cm^-1苯环C＝C伸缩振动。

喹噁啉-2-羧酸¹HNMR谱图(Mercury400核磁共振仪，氘代三氯甲烷为溶剂)见图3。图中：7.260ppm为溶剂氘代三氯甲烷的¹H的化学位移；3.180ppm为-CH₃氢位移；7.826～8.155ppm为喹噁啉基团的氢位移；8.6～12.0ppm宽峰，为-COOH缔合氢键的化学位移。

喹噁啉-2-羧酸质谱图(LC/MS-IT-TOF质谱仪)见图4(源温200℃，电子能量1.7KV，扫描质量范围125-225Da，负离子模式)。图中：m/z173.0388为喹噁啉-2-羧酸的分子离子峰；m/z129.0483为分子离子脱去CO₂分子的碎片离子峰。

Claims

1.一种喹噁啉-2-羧酸的合成方法，其特征在于以下步骤：采用邻苯二胺与丙酮醛进行缩合反应后即得中间产物2-甲基喹噁啉，将生成的中间体2-甲基喹噁啉与二氧化硒进行氧化反应，即得喹噁啉-2-甲醛，最后将喹噁啉-2-甲醛在酸性条件下用高锰酸钾进行氧化，即得目标产物喹噁啉-2-羧酸；

合成步骤如下：

(1)取邻苯二胺，用甲醇或乙醇使之溶解，然后按物质的量比1∶1的量取40％的丙酮醛，缓慢滴入到反应液中，回流反应16～20h后，停止反应，反应液减压蒸干即得淡黄色油状物质的中间体2-甲基喹噁啉；

(2)将上步反应产物溶于溶剂乙腈，乙酸乙酯，二氯甲烷或二氧六环，按物质的量1.2倍称取二氧化硒加入反应液中，回流反应4～6h后，停止反应，将反应液蒸去大部分溶剂后，于4℃静置，析出土黄色结晶即喹噁啉-2-甲醛；

(3)按物质的量比为3∶1的量取喹噁啉-2-甲醛和氧化剂高锰酸钾的溶于吡啶中，以稀硫酸或稀盐酸调溶液至酸性，在室温下反应16～20h后，过滤，滤液蒸去大部分吡啶后用氢氧化钠溶液调pH至8～9，用乙酸乙酯萃取三次，弃去有机相，取水相以稀盐酸调至pH2～3，析出沉淀，过滤即得产物喹噁啉-2-羧酸。