CN103483408B - 一种用微通道反应装置连续生产5′-核苷酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用微通道反应装置连续生产5′-核苷酸的方法，将核苷溶于溶剂中，将上述溶液和三卤氧化磷按照体积流量比2～6:1分别同时泵入微通道反应装置中的第一级微结构反应器中在-5℃～25℃下保留20～60min，再将冰水和第一级微结构反应器中的出料按体积流量比1～5:1分别同时泵入第二级微结构反应器中在0～5℃下保留10～40min，将第二级微结构反应器的出料导入结晶釜中，加入乙醇或丙酮析晶，得到5′-核苷酸粗品，然后精制得到5′-核苷酸产品。本发明的产品转化率为90～95%，产品产率高达85～92%，产品纯度（高效液相色谱检测）99.5%以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用微通道反应装置连续生产5′-核苷酸的新方法，属于化学合成及工艺领域。
背景技术
5′-核苷酸作为核苷类药物的重要中间体、保健食品和生化试剂，在农业、食品和医药行业有着广泛的用途。尤其是在婴儿食品和医药领域的应用中，有着不可替代的功能。在婴儿食品中，作为婴儿食品的添加剂其可以明显提高婴儿的免疫能力，促进肠道的成熟,促进脂蛋白和多不饱和脂肪酸的合成，减少婴儿感冒和腹泻等疾病的发生，有利于婴儿的正常生长和发育。在医药领域，临床实验表明，5′-核苷酸参与人体代谢，促进内脏器官改进和恢复，改善骨髓造血功能，可作为治疗癌症病毒的辅助药物，是一种非常重要的医药原料。5′-核苷酸可使白细胞过量增生，对于各种放射性物质或药物引起的白细胞下降、非特异性血小板减少等症状有良好的疗效，也可用于急、慢性肝炎的治疗。
5′-核苷酸在工业和实验室合成方法中，主要有化学合成法、生物发酵法、酶解法等。化学合成法存在磷酰化试剂用量大，反应时间长，转化率低，环境污染严重等缺点。在生物发酵法中，由于核苷酸极性较大，难透过细胞膜，因此增加了菌体发酵生产核苷酸的难度，导致产量较低。酶解法是当今生产5′-核苷酸技术最成熟的生产方法，但其也存在生产周期长、分离与精致工艺复杂、投资大、加工成本高、容易染菌等局限性。
化学合成法在工业生产中采用大型反应釜进行生产，此法反应时间长（≥8h），专利CN 102212096A公开了一种利用复合溶剂及缚酸剂制作5′-胞苷酸的方法，虽然加入缚酸剂将反应时间缩短为4h，但加入的缚酸剂会产生盐需要进一步除杂提纯。三卤氧化磷投料量大（核苷：三卤氧化磷=1:4～8），水解放热剧烈导致降温能耗较大。
因为，微反应器具有分子间扩散距离短、微通道的比表面积大、传热和传质速度快等优点，所以通过微反应器代替传统的反应釜生产5′-核苷酸，可以克服传统工艺中的缺点，具有重大意义。
发明内容
针对上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种用微通道反应装置连续生产5′-核苷酸的新方法，以克服传统反应釜的缺陷及现有技术中的生产周期长、三卤氧化磷用量大、能耗高、污染环境等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种用微通道反应装置连续生产5′-核苷酸的方法，包括如下步骤：
（1）将核苷溶于溶剂中，所述的溶剂为磷酸三低级烷基酯或磷酸三低级烷基酯与亚砜类溶剂的复配，核苷与溶剂的质量比为1:3～7；
（2）将步骤（1）得到的溶液和三卤氧化磷按照体积流量比2～6:1分别同时泵入微通道反应装置中的第一级微结构反应器中在-5℃～25℃下保留20～60min，再将冰水和第一级微结构反应器中的出料按体积流量比1～5:1分别同时泵入第二级微结构反应器中在0～5℃下保留10～40min；其中，所述的微通道反应装置包含串联的第一级微结构反应器和第二级微结构反应器；
（3）将第二级微结构反应器的出料导入结晶釜中，加入乙醇或丙酮析晶，得到5′-核苷酸粗品，然后精制得到5′-核苷酸产品。
步骤（1）中，所述的核苷为肌苷、腺苷、鸟苷、尿苷、胞苷或胸苷。
步骤（1）中，所述的磷酸三低级烷基酯为磷酸三甲酯、磷酸三乙酯或磷酸三丁酯。
步骤（1）中，所述的亚砜类溶剂为二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺。
步骤（1）中，磷酸三低级烷基酯与亚砜类溶剂体积比为4～6：1。
步骤（2）中，所述的三卤氧化磷为三氯氧化磷或三溴氧化磷。
步骤（2）中，第一级微结构反应器与第二级微结构反应器的内径为0.5mm～5.0mm。优选的是，第一级微结构反应器为模块式微结构反应器。第二级微结构反应器为管式微结构反应器
步骤（2）中，所述的微通道反应装置包含通过管道依次串联的第一级微结构混合器、第一级微结构反应器、第二级微结构混合器、第二级微结构反应器和产品储罐。第一原料储罐和第二原料储罐分别通过泵与第一级微结构混合器相连通，第三原料储罐通过泵与第二级微结构混合器连通，第一级微结构反应器由管状温度控制模块控制温度。本发明可采用现有技术中的微通道反应器，可自行组装或直接从市场上购买。
步骤（3）中，精制的方法包括-10～-5℃冰冻、减压蒸馏和重结晶。
与现有技术相比，本发明的主要优势：
1、本发明通过微通道反应器生产5′-核苷酸，反应时间短（小于50min），产品的转化率高，能量消耗低，操作简便，安全性高，能有效克服传统反应釜的缺点。
2、本发明可有效的减少三卤氧化磷的用量（从原来的4～8eq减少到2～5eq）克服了现有技术中三卤氧化磷用量大，生产周期长，生产成本高，后期水解放热剧烈，能耗高等缺点。
3、本发明的产品转化率为90～95%，产品产率高达85～92%，产品纯度（高效液相色谱检测）99.5%以上。
附图说明
图1为本发明的反应路线示意图；
图2为代表性产物胞苷酸的液相色谱图（液相条件：254nm，磷酸二氢铵缓冲盐，汉邦C18液相柱）；
图3为代表性产物胞苷酸的1H NMR；
图4为代表性产物胞苷酸的13C NMR；
图5为代表性产物胞苷酸的31P NMR；
图6为代表性产物胞苷酸的质谱图。
具体实施方式
根据下述实例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
以下实例所使用的微通道反应装置包含通过管道依次串联的第一级微结构混合器、第一级微结构反应器、第二级微结构混合器、第二级微结构反应器和产品储罐。第一原料储罐和第二原料储罐分别通过泵与第一级微结构混合器相连通，第三原料储罐通过泵与第二级微结构混合器连通，第一级微结构反应器由管状温度控制模块控制温度。本发明可采用现有技术中的微通道反应器，可自行组装或直接从市场上购买，具体型号为：
所述微结构混合器为slit plate mixer LH25(Hastelloy C)；购自于Ehrfeld MikrotechnikBTS GmbH，型号为0109-4-0004-F。
所述微结构反应器为meander reactor HC、sandwich reactor HC、fixed bed meanderreactor HC；优选sandwich reactor HC，购自于Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH，第一级和第二级型号分别为0211-2-0314-F；0222-2-2004-F。
所述管状温度控制模块，购自于Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH，型号为0501-2-1004-F。
实施例1：
将尿苷与磷酸三甲酯质量比为1:5的尿苷磷酸三甲酯溶液（第一原料储罐）和三氯氧化磷（第二原料储罐）按照摩尔比为1:4（体积流速比为3：1）分别注入第一微结构混合器并进入第一微结构反应器，在微结构反应器中常温常压下停留25min进行反应。与此同时，将冰水（第三原料储罐），通过另一个恒流泵与第一微结构反应器的流出料分别注入第二微结构反应器，其中流出料与冰水的摩尔比为1:6（体积流速比为1：1），并且在第二微结构反应器5℃常压下停留10min进行反应，第二微结构反应器通过一段长的聚四氟毛细管将料液注入产品储罐，产品储罐需保持低温。然后将产品储罐的产物通过结晶精制后得到5′-尿苷酸。产品转化率为93%，产率为90%，产品纯度（高效液相色谱检测）99.5%以上。
实施例2：
将尿苷与磷酸三甲酯质量比为1:5的尿苷磷酸三甲酯溶液（第一原料储罐）和三氯氧化磷（第二原料储罐）按照摩尔比为1:3（流速比为4：1）分别注入第一微结构混合器并进入第一微结构反应器，在微结构反应器中常温常压下停留40min进行反应。与此同时，将冰水（第三原料储罐），通过另一个恒流泵与第一微结构反应器的流出料分别注入第二微结构反应器，其中流出料与冰水的摩尔比为1:6（流速比为1：1），并且在第二微结构反应器中5℃常压下停留10min进行反应，第二微结构反应器通过一段长的聚四氟毛细管将料液注入产品储罐，产品储罐需保持低温。然后将产品储罐的产物通过结晶精制后得到5′-尿苷酸。产品转化率为90%，产率为85%，产品纯度（高效液相色谱检测）99.5%以上。
实施例3：
将尿苷与磷酸三甲酯质量比为1:5的尿苷磷酸三甲酯溶液（第一原料储罐）和三氯氧化磷（第二原料储罐）按照摩尔比为1:5（流速比为2.5：1）分别注入第一微结构混合器并进入第一微结构反应器，在微结构反应器中常温常压下停留20min进行反应。与此同时，将冰水（第三原料储罐），通过另一个恒流泵与第一微结构反应器的流出料分别注入第二微结构反应器，其中流出料与冰水的摩尔比为1:6（流速比为1：1），并且在第二微结构反应器5℃常压下停留10min进行反应，第二微结构反应器通过一段长的聚四氟毛细管将料液注入产品储罐，产品储罐需保持低温。然后将产品储罐的产物通过结晶精制后得到5′-尿苷酸。产品转化率为95%，产率为91%，产品纯度（高效液相色谱检测）99.5%以上。
实施例4-8：
采用同实施例1相同的条件，所不同的是，实施例4以肌苷替换尿苷；实施例5以腺苷替换尿苷；实施例6以鸟苷替换尿苷；实施例7以胞苷替换尿苷；实施例8以胸苷替换尿苷；得到对应的5′-核苷酸的转化率，产率及纯度见表1。
表1
| 实施例编号 | 产品转化率（%） | 产品产率（%） | 产品纯度（%） |
| 3 | 95 | 90 | 99.5 |
| 4 | 91 | 86 | 99.5 |
| 5 | 92 | 89 | 99.5 |
| 6 | 95 | 92 | 99.5 |
| 7 | 90 | 88 | 99.5 |
实施例9：
将尿苷与磷酸三甲酯质量比为1:5的尿苷磷酸三甲酯溶液（第一原料储罐）和三氯氧化磷（第二原料储罐）按照摩尔比为1:4（流速比为3：1）分别注入第一微结构混合器并进入第一微结构反应器，在微结构反应器中0℃常压下停留35min进行反应。与此同时，将冰水（第三原料储罐），通过另一个恒流泵与第一微结构反应器的流出料分别注入第二微结构反应器，其中流出料与冰水的摩尔比为1:6（流速比为1：1），并且在第二微结构反应器中0℃常压下停留10min进行反应，第二微结构反应器通过一段长的聚四氟毛细管将料液注入产品储罐，产品储罐需保持低温。然后将产品储罐的产物通过结晶精制后得到5′-尿苷酸。产品转化率为89%以上，产率为90%，产品纯度（高效液相色谱检测）99.5%以上。
实施例10：
将尿苷与磷酸三甲酯质量比为1:5的尿苷磷酸三甲酯溶液（第一原料储罐）和三氯氧化磷（第二原料储罐）按照摩尔比为1:4（流速比为3：1）分别注入第一微结构混合器并进入第一微结构反应器，在微结构反应器中-5℃常压下停留50min进行反应。与此同时，将冰水（第三原料储罐），通过另一个恒流泵与第一微结构反应器的流出料分别注入第二微结构反应器，其中流出料与冰水的摩尔比为1:6（流速比为1：1），并且在第二微结构反应器中0℃常压下停留10min进行反应，第二微结构反应器通过一段长的聚四氟毛细管将料液注入产品储罐，产品储罐需保持低温。然后将产品储罐的产物通过结晶精制后得到5′-尿苷酸。产品转化率为87%以上，产率为88%，产品纯度（高效液相色谱检测）99.5%以上。
实施例11-15：
采用同实施例10相同的条件，所不同的是，实施例11以肌苷替换尿苷；实施例12以腺苷替换尿苷；实施例13以鸟苷替换尿苷；实施例14以胞苷替换尿苷；实施例15以胸苷替换尿苷；得到对应的5′-核苷酸的转化率，产率及纯度见表2。
表2
| 实施例编号 | 产品转化率（%） | 产品产率（%） | 产品纯度（%） |
| 11 | 91 | 90 | 99.5 |
| 12 | 88 | 85 | 99.5 |
| 13 | 89 | 86 | 99.5 |
| 14 | 90 | 91 | 99.5 |
| 15 | 88 | 87 | 99.5 |
实施例16：
将尿苷与磷酸三甲酯质量比为1:6的尿苷磷酸三乙酯溶液（第一原料储罐）和三氯氧化磷（第二原料储罐）按照摩尔比为1:5（流速比为2.5：1）分别注入第一微结构混合器并进入第一微结构反应器，在微结构反应器中-5℃常压下停留45min进行反应。与此同时，将冰水（第三原料储罐），通过另一个恒流泵与第一微结构反应器的流出料分别注入第二微结构反应器，其中流出料与冰水的摩尔比为1:6（流速比为1：1），并且在第二微结构反应器中5℃下停留10min进行反应，第二微结构反应器通过一段长的聚四氟毛细管将料液注入产品储罐，产品储罐需保持低温。然后将产品储罐的产物通过结晶精制后得到5′-尿苷酸。产品转化率为92%，产率为89%，产品纯度（高效液相色谱检测）99.5%以上。
实施例17：
将尿苷与磷酸三甲酯质量比为1:7的尿苷磷酸三丁酯溶液（第一原料储罐）和三氯氧化磷（第二原料储罐）按照摩尔比为1:6（流速比为3：1）分别注入第一微结构混合器并进入第一微结构反应器，在微结构反应器中常温常压下停留25min进行反应。与此同时，将冰水（第三原料储罐），通过另一个恒流泵与第一微结构反应器的流出料分别注入第二微结构反应器，其中流出料与冰水的摩尔比为1:6（流速比为1：1），并且在第二微结构反应器5℃常压下停留10min进行反应，第二微结构反应器通过一段长的聚四氟毛细管将料液注入产品储罐，产品储罐需保持低温。然后将产品储罐的产物通过结晶精制后得到5′-尿苷酸。产品转化率为91%，产率为88%，产品纯度（高效液相色谱检测）99.5%以上。
实施例18：
将尿苷与磷酸三甲酯质量比为1:5的尿苷磷酸三甲酯溶液（第一原料储罐）和三溴氧化磷（第二原料储罐）按照摩尔比为1:4（流速比为3：1）分别注入第一微结构混合器并进入第一微结构反应器，在微结构反应器中常温常压下停留25min进行反应。与此同时，将冰水（第三原料储罐），通过另一个恒流泵与第一微结构反应器的流出料分别注入第二微结构反应器，其中流出料与冰水的摩尔比为1:6（流速比为1：1），并且在第二微结构反应器5℃常压下停留10min进行反应，第二微结构反应器通过一段长的聚四氟毛细管将料液注入产品储罐，产品储罐需保持低温。然后将产品储罐的产物通过结晶精制后得到5′-尿苷酸。产品转化率为94%，产率为90%，产品纯度（高效液相色谱检测）99.5%以上。
实施例19：
将尿苷与复配溶剂（磷酸三甲酯与DMSO的体积比为4:1）质量比为1:4的尿苷磷酸三甲酯溶液（第一原料储罐）和三溴氧化磷（第二原料储罐）按照摩尔比为1:3（流速比为4：1）分别注入第一微结构混合器并进入第一微结构反应器，在微结构反应器中常温常压下停留25min进行反应。与此同时，将冰水（第三原料储罐），通过另一个恒流泵与第一微结构反应器的流出料分别注入第二微结构反应器，其中流出料与冰水的摩尔比为1:6（流速比为1：1），并且在第二微结构反应器5℃常压下停留10min进行反应，第二微结构反应器通过一段长的聚四氟毛细管将料液注入产品储罐，产品储罐需保持低温。然后将产品储罐的产物通过结晶精制后得到5′-尿苷酸。产品转化率为87%，产率为84%，产品纯度（高效液相色谱检测）99.5%以上。
实施例20-24：
采用同实施例19相同的条件，所不同的是，实施例20以肌苷替换尿苷；实施例21以腺苷替换尿苷；实施例22以鸟苷替换尿苷；实施例23以胞苷替换尿苷；实施例24以胸苷替换尿苷；得到对应的5′-核苷酸的转化率，产率及纯度见表3。
表3
| 实施例编号 | 产品转化率（%） | 产品产率（%） | 产品纯度（%） |
| 20 | 89 | 87 | 99.5 |
| 21 | 88 | 85 | 99.5 |
| 22 | 88 | 86 | 99.5 |
| 23 | 90 | 88 | 99.5 |
| 24 | 84 | 83 | 99.5 |
实施例25：
将尿苷与磷酸三甲酯质量比为1:5的尿苷磷酸三甲酯溶液（第一原料储罐）和三氯氧化磷（第二原料储罐）按照摩尔比为1:4（体积流速比为3：1）分别注入第一微结构混合器并进入第一微结构反应器，在微结构反应器中常温常压下停留25min进行反应。与此同时，将冰水（第三原料储罐），通过另一个恒流泵与第一微结构反应器的流出料分别注入第二微结构反应器，其中流出料与冰水的摩尔比为1:12（体积流速比为1：2），并且在第二微结构反应器5℃常压下停留10min进行反应，第二微结构反应器通过一段长的聚四氟毛细管将料液注入产品储罐，产品储罐需保持低温。然后将产品储罐的产物通过结晶精制后得到5′-尿苷酸。产品转化率为93%，产率为90%，产品纯度（高效液相色谱检测）99.5%以上。
实施例26：
将尿苷与磷酸三甲酯质量比为1:5的尿苷磷酸三甲酯溶液（第一原料储罐）和三氯氧化磷（第二原料储罐）按照摩尔比为1:4（体积流速比为3：1）分别注入第一微结构混合器并进入第一微结构反应器，在微结构反应器中常温常压下停留25min进行反应。与此同时，将冰水（第三原料储罐），通过另一个恒流泵与第一微结构反应器的流出料分别注入第二微结构反应器，其中流出料与冰水的摩尔比为1:6（体积流速比为1：1），并且在第二微结构反应器5℃常压下停留30min进行反应，第二微结构反应器通过一段长的聚四氟毛细管将料液注入产品储罐，产品储罐需保持低温。然后将产品储罐的产物通过结晶精制后得到5′-尿苷酸。产品转化率为94%，产率为90%，产品纯度（高效液相色谱检测）99.5%以上。
实施例27：
将尿苷与磷酸三甲酯质量比为1:5的尿苷磷酸三甲酯溶液（第一原料储罐）和三氯氧化磷（第二原料储罐）按照摩尔比为1:4（体积流速比为3：1）分别注入第一微结构混合器并进入第一微结构反应器，在微结构反应器中常温常压下停留25min进行反应。与此同时，将冰水（第三原料储罐），通过另一个恒流泵与第一微结构反应器的流出料分别注入第二微结构反应器，其中流出料与冰水的摩尔比为1:12（体积流速比为1：2），并且在第二微结构反应器5℃常压下停留30min进行反应，第二微结构反应器通过一段长的聚四氟毛细管将料液注入产品储罐，产品储罐需保持低温。然后将产品储罐的产物通过结晶精制后得到5′-尿苷酸。产品转化率为95%，产率为92%，产品纯度（高效液相色谱检测）99.5%以上。
Claims (7)
1.一种用微通道反应装置连续生产5′-核苷酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将核苷溶于溶剂中，所述的溶剂为磷酸三低级烷基酯或磷酸三低级烷基酯与亚砜类溶剂的复配，核苷与溶剂的质量比为1:3～7；
(2)将步骤(1)得到的溶液和三卤氧化磷按照体积流量比2～6:1分别同时泵入微通道反应装置中的第一级微结构反应器中在-5℃～25℃下保留20～60min，再将冰水和第一级微结构反应器中的出料按体积流量比1～5:1分别同时泵入第二级微结构反应器中在0～5℃下保留10～40min；其中，所述的微通道反应装置包含串联的第一级微结构反应器和第二级微结构反应器；
(3)将第二级微结构反应器的出料导入结晶釜中，加入乙醇或丙酮析晶，得到5′-核苷酸粗品，然后精制得到5′-核苷酸产品；
步骤(2)中，第一级微结构反应器与第二级微结构反应器的内径为0.5mm～5.0mm；
步骤(1)中，所述的磷酸三低级烷基酯为磷酸三甲酯、磷酸三乙酯或磷酸三丁酯。
2.根据权利要求1所述的用微通道反应装置连续生产5′-核苷酸的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的核苷为肌苷、腺苷、鸟苷、尿苷、胞苷或胸苷。
3.根据权利要求1所述的用微通道反应装置连续生产5′-核苷酸的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的亚砜类溶剂为二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺。
4.根据权利要求1所述的用微通道反应装置连续生产5′-核苷酸的方法，其特征在于，步骤(1)中，磷酸三低级烷基酯与亚砜类溶剂体积比为4～6：1。
5.根据权利要求1所述的用微通道反应装置连续生产5′-核苷酸的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的三卤氧化磷为三氯氧化磷或三溴氧化磷。
6.根据权利要求1所述的用微通道反应装置连续生产5′-核苷酸的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的微通道反应装置包含通过管道依次串联的第一级微结构混合器、第一级微结构反应器、第二级微结构混合器、第二级微结构反应器和产品储罐。
7.根据权利要求1所述的用微通道反应装置连续生产5′-核苷酸的方法，其特征在于，步骤(3)中，精制的方法包括-10～-5℃冰冻、减压蒸馏和重结晶。
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