CN103772224A - D-苏氨酸的制备方法 - Google Patents

D-苏氨酸的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种D-苏氨酸的制备方法,属于氨基酸合成技术领域,具体包括以下步骤:S1.合成:将甘氨酸铜溶于水中,加入D-脯氨酸衍生物,冷却至5~10℃滴加乙醛,反应20~28h,D-苏氨酸铜盐析出,分离固态物质,用70~80%乙醇清洗固态物质,去除洗液,得D-苏氨酸铜盐;S2.脱盐:将步骤S1所得D-苏氨酸铜盐溶于8~12%的氨水中,脱铜,浓缩,得D-苏氨酸浓缩液;S3.精制:将步骤S2所得D-苏氨酸浓缩液进行脱色、结晶,制得D-苏氨酸。本发明为D-苏氨酸的合成提供了新途径,该方法具有合成路线简单,生产成本低,操作方便,收率高,制备的D-苏氨酸手性含量高,适用于工厂化大规模生产。

Description

D-苏氨酸的制备方法
技术领域
本发明涉及氨基酸合成的技术领域,特别涉及D-苏氨酸的制备方法。
背景技术
D-苏氨酸(式Ⅰ)别名D-2-氨基-3-羟基丁酸,分子式为C4H9NO3,分子量为119.12,白色结晶或结晶性粉末,易用于水,不溶于乙醇、乙醚、氯仿,味甜。D-苏氨酸是天然氨基酸L-苏氨酸的光学异构体,是一种重要的非天然氨基酸。其主要应用于手性药物、手性添加剂、手性助剂等领域,在制药行业作为手性合成的手性源。作为一种光学活性的有机酸,在某些手性化合物的不对称合成过程中具有不可替代的作用,主要用于生产新型光谱抗生素、D-苏氨醇、多肽合成过程的苏氨酸保护剂。
由于生物的手性识别,D-苏氨酸的制备难以用微生物发酵法,也不能用L-苏氨酸外消旋拆分法,主要途径由化学合成DL-苏氨酸消旋体,拆分得到。外消旋体的化学合成,最简单的办法是以甘氨酸为原料,先与二价铜离子生成甘氨酸铜络合物,再与乙醛反应,得到苏氨酸铜络合物;通常情况下此络合物是四个异构体的混合物,由于溶解度的差异,DL-苏氨酸与DL-别苏氨酸的比例约为4:1~3:1;通过反复结晶苏氨酸铜络合物除去DL-别苏氨酸异构体,再脱铜,就可以得到DL-苏氨酸。DL-苏氨酸再通过在氨基的乙酰基保护,并在乙酰水解酶的作用下选择性水解得到D-苏氨酸。此方法存在以下缺点:为了去除DL-别苏氨酸异构体,反复结晶苏氨酸铜络合物得到DL-苏氨酸的收率低;得到的DL-苏氨酸还得进一步用酶拆分才能得到单一的D-苏氨酸,中间体利用率只有50%,总收率低、成本高,不适合工业化生产,且手性含量达不到手性化合物的质量要求,所以该法的应用受到限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点,提供一种D-苏氨酸的制备方法,该方法原料成本低、工艺流程简单、操作方便,收率高,制备的D-苏氨酸手性含量高,适用于工厂化大规模生产。
本发明的目的通过以下技术方案来实现:D-苏氨酸的制备方法,它包括以下步骤:
S1.合成:将甘氨酸铜溶于水中,加入D-脯氨酸衍生物,冷却至5~10℃滴加乙醛,反应20~28h,D-苏氨酸铜盐析出,分离固态物质,用70~80%乙醇清洗固态物质,去除洗液,得D-苏氨酸铜盐;
S2.脱盐:将步骤S1所得D-苏氨酸铜盐溶于8~12%的氨水中,脱铜,浓缩,得D-苏氨酸浓缩液;
S3.精制:将步骤S2所得D-苏氨酸浓缩液进行脱色、结晶,制得D-苏氨酸。
优选地,步骤S1中所述D-脯氨酸衍生物为S-2-(二苯基羟甲基)-四氢吡咯或N-三苯基甲基-(L)-脯氨酸。
优选地,步骤S1中所述甘氨酸铜:水:D-脯氨酸衍生物:乙醛的质量比为0.9~1:6~7:0.1~0.15:1~1.5。
优选地,步骤S1中所述甘氨酸铜的制备方法为:将甘氨酸溶于2mol/L的氢氧化钠溶液中,升温至65~75℃,恒温反应6~8h,冷却至室温,离心、烘干,制得甘氨酸铜。
优选地,所述甘氨酸:氢氧化钠:五水合硫酸铜的质量比为1~1.05:5~6:1.4~1.6。
优选地,甘氨酸纯度大于97%。
优选地,步骤S2中所述氨水:D-苏氨酸铜盐的质量比为4~5:1~1.2。
优选地,步骤S2中所述脱铜采用氢型732阳离子氨型树脂吸附脱除铜。
优选地,步骤S3中所述脱色方法为:将D-苏氨酸浓缩液升温至45~55℃,加入3~5%的酸性活性炭,保温0.5~1h,过滤去除活性炭。
本发明中,D-苏氨酸是一种中性氨基酸,因苏氨酸分子有2个不对称碳原子,故有D-苏氨酸、L-苏氨酸、D-别苏氨酸和L-别苏氨酸4种光学异构体。从一般的合成理念上来说会产生DL-苏氨酸和DL-别苏氨酸2对异构体,本发明人认为可以采用化学不对称合成法,即:合成时反应体系由于手性催化剂的诱导效应优先生成D-苏氨酸,可得到EE值为60~70%D-苏氨酸,在经过后期的结晶即可得到高EE值的D-苏氨酸产品。因此,本发明人曾尝试采用L-苏氨酸外消旋拆分,但因苏氨酸两个手性中心的相互作用无法达到消旋的目的,也尝试采用传统方法即甘氨酸铜合成法,但收率低、产量低、且成本高,也试用了大量的手性催化剂,例如:色氨酸衍生物,金鸡纳衍生的季铵盐,手性冠醚类的催化剂,但都没有达到预期的效果,或是没有立体选择性(例如:色氨酸衍生物),或是得到的D-苏氨酸EE值低至15~20%(例如:金鸡纳衍生的季铵盐),达不到手性合成的目的或是手性催化剂费用高昂不易得。本发明人在多次的实验过程中偶然发现采用D-脯氨酸衍生物可以高立体选择性的催化D-苏氨酸的合成,其在反应体系中溶解度很好,分离方便,催化效果很理想。
本发明中,合成时将甘氨酸铜溶于水中,加水不仅可以使甘氨酸铜溶解,而且水量的多少也会影响产品质量好坏和收率。若水的量过多,反应后D-苏氨酸铜的析出量就会减少,水的量过少即D-苏氨酸铜浓度过高,则其他构型的苏氨酸也会有部分一并析出。本发明发现,控制甘氨酸铜水:手性催化剂:乙醛的质量比为0.9~1:6~7:0.1~0.15:1~1.5时,D-苏氨酸铜的析出效果好。
本发明中,合成时冷却至5~10℃反应24h的目的是为了达到更好的催化效果更,减少其他构型产物的生产,反应24h是为了原料反应更彻底;若温度低于5℃,D-苏氨酸铜析出反应会很缓慢,影响生产的效率,若高于10℃立体选择性很低,会有大量的其他构型生成,从而达不到合成的目的。
本发明中发明人研究发现甘氨酸经纯度大于97%时,既可满足工艺要求,又能有效的降低成本。
本发明中,分离固态物质可采用离心机甩干或减压抽滤的方法去除液体,得到固体物质;脱色一般采用活性炭,还可以加大活性碳的用量不升温脱色,但效果不如升温脱色效果好,加大活性碳的用量也就增加了成本。结晶可采用静态结晶和动态结晶,采用静态结晶产品得到的结晶很不规则,有的析出颗粒很大,给后续工作带来不便,很大程度上影响产品的外观,本发明中采用动态结晶,所得产品结晶颗粒均匀,外观晶形很好。
本发明具有以下优点:本发明为D-苏氨酸的合成提供了新途径,该方法具有合成路线简单,生产成本低,操作方便,收率高,制备的D-苏氨酸手性含量高,适用于工厂化大规模生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述,本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1:D-苏氨酸的制备方法,它包括以下步骤:
S1.合成:
A.将纯度为97%的甘氨酸溶于2mol/L的氢氧化钠溶液中,升温至65℃,恒温反应6h,冷却至室温,离心、烘干,制得甘氨酸铜;其中,甘氨酸:氢氧化钠:五水合硫酸铜的质量比为1:5:1.4;
B.将甘氨酸铜溶于水中,加入S-2-(二苯基羟甲基)-四氢吡咯,冷却至5℃滴加乙醛,反应20h,D-苏氨酸铜盐析出,分离固态物质,用70%乙醇清洗固态物质,去除洗液,得D-苏氨酸铜盐;其中,甘氨酸铜:水:D-脯氨酸衍生物:乙醛的质量比为0.9:6:0.1:1;
S2.脱盐:将步骤S1所得D-苏氨酸铜盐溶于8%的氨水中,采用氢型732阳离子氨型树脂吸附脱除铜,浓缩,得D-苏氨酸浓缩液;其中,氨水:D-苏氨酸铜盐的质量比为4:1;
S3.精制:将步骤S2所得D-苏氨酸浓缩液进行脱色,将D-苏氨酸浓缩液升温至45℃,加入3%的酸性活性炭,保温0.5h,过滤去除活性炭,结晶,制得D-苏氨酸。
实施例2:D-苏氨酸的制备方法,它包括以下步骤:
S1.合成:
A.将纯度为98%的甘氨酸溶于2mol/L的氢氧化钠溶液中,升温至75℃,恒温反应8h,冷却至室温,离心、烘干,制得甘氨酸铜;其中,甘氨酸:氢氧化钠:五水合硫酸铜的质量比为1.05:6:1.6;
B.将甘氨酸铜溶于水中,加入N-三苯基甲基-(L)-脯氨酸,冷却至10℃滴加乙醛,反应28h,D-苏氨酸铜盐析出,分离固态物质,用80%乙醇清洗固态物质,去除洗液,得D-苏氨酸铜盐;其中,甘氨酸铜:水:D-脯氨酸衍生物:乙醛的质量比为1:7:0.15:1.5;
S2.脱盐:将步骤S1所得D-苏氨酸铜盐溶于12%的氨水中,采用氢型732阳离子氨型树脂吸附脱除铜,浓缩,得D-苏氨酸浓缩液;其中,氨水:D-苏氨酸铜盐的质量比为5:1.2;
S3.精制:将步骤S2所得D-苏氨酸浓缩液进行脱色,将D-苏氨酸浓缩液升温至55℃,加入5%的酸性活性炭,保温1h,过滤去除活性炭,结晶,制得D-苏氨酸。
实施例3:D-苏氨酸的制备方法,它包括以下步骤:
S1.合成:
A.将纯度为98.5%的甘氨酸溶于2mol/L的氢氧化钠溶液中,升温至70℃,恒温反应7h,冷却至室温,离心、烘干,制得甘氨酸铜;其中,甘氨酸:氢氧化钠:五水合硫酸铜的质量比为1.02:5.5:1.5;
B.将甘氨酸铜溶于水中,加入N-三苯基甲基-(L)-脯氨酸,冷却至8℃滴加乙醛,反应25h,D-苏氨酸铜盐析出,分离固态物质,用76%乙醇清洗固态物质,去除洗液,得D-苏氨酸铜盐;其中,甘氨酸铜:水:D-脯氨酸衍生物:乙醛的质量比为0.95:6.8:0.12:1.3;
S2.脱盐:将步骤S1所得D-苏氨酸铜盐溶于10%的氨水中,采用氢型732阳离子氨型树脂吸附脱除铜,浓缩,得D-苏氨酸浓缩液;其中,氨水:D-苏氨酸铜盐的质量比为4.6:1.1;
S3.精制:将步骤S2所得D-苏氨酸浓缩液进行脱色,将D-苏氨酸浓缩液升温至50℃,加入4%的酸性活性炭,保温0.8h,过滤去除活性炭,结晶,制得D-苏氨酸。
实施例4:D-苏氨酸的制备方法,它包括以下步骤:
S1.合成:
A.甘氨酸铜的制备:将反应釜中加入2mol/L的氢氧化钠溶液600L,缓慢加入纯度为97%的甘氨酸300kg,加入500kg的五水合硫酸铜,升温至65℃,恒温反应6h,冷却至室温,离心、烘干,制得甘氨酸铜416kg,甘氨酸铜的收率为97%;
B.将上述含有甘氨酸铜的反应釜中加水补至2500L,搅拌溶解后加入S-2-(二苯基羟甲基)-四氢吡咯6kg,冷却至5℃滴加乙醛,反应20h,D-苏氨酸铜盐析出,离心分离固态物质,用70%乙醇清洗固态物质,去除洗液,得D-苏氨酸铜盐226kg;
S2.脱盐:将步骤S1所得D-苏氨酸铜盐溶于浓度为8%的1000L氨水中,采用氢型732阳离子氨型树脂吸附脱除铜,收集流出液浓缩去除氨,得D-苏氨酸浓缩液500L;
S3.精制:将步骤S2所得D-苏氨酸浓缩液升温至45℃,加入酸性活性炭3kg,保温0.5h,过滤去除活性炭、滤液减压浓缩至液面出现结晶,搅拌冷却,过滤,得固体,并于80℃烘干,即得D-苏氨酸72kg。
实施例5:D-苏氨酸的制备方法,它包括以下步骤:
S1.合成:
A.甘氨酸铜的制备:将反应釜中加入2mol/L的氢氧化钠溶液600L,缓慢加入纯度为98%的甘氨酸300kg,加入500kg的五水合硫酸铜,升温至75℃,恒温反应8h,冷却至室温,离心、烘干,制得甘氨酸铜416kg,甘氨酸铜的收率为97%;
B.将上述含有甘氨酸铜的反应釜中加水补至4000L,搅拌溶解后加入N-三苯基甲基-(L)-脯氨酸6kg,冷却至10℃滴加乙醛,反应28h,D-苏氨酸铜盐析出,离心分离固态物质,用80%乙醇清洗固态物质,去除洗液,得D-苏氨酸铜盐131kg;
S2.脱盐:将步骤S1所得D-苏氨酸铜盐溶于浓度为12%的800L氨水中,采用氢型732阳离子氨型树脂吸附脱除铜,收集流出液浓缩去除氨,得D-苏氨酸浓缩液400L;
S3.精制:将步骤S2所得D-苏氨酸浓缩液升温至55℃,加入酸性活性炭3kg,保温1h,过滤去除活性炭、滤液减压浓缩至液面出现结晶,搅拌冷却,过滤,得固体,并于80℃烘干,即得D-苏氨酸45kg。
实施例6:D-苏氨酸的制备方法,它包括以下步骤:
S1.合成:
A.甘氨酸铜的制备:将反应釜中加入2mol/L的氢氧化钠溶液600L,缓慢加入纯度为98%的甘氨酸300kg,加入500kg的五水合硫酸铜,升温至75℃,恒温反应8h,冷却至室温,离心、烘干,制得甘氨酸铜416kg,甘氨酸铜的收率为97%;
B.将上述含有甘氨酸铜的反应釜中加水补至1500L,搅拌溶解后加入S-2-(二苯基羟甲基)-四氢吡咯6kg,冷却至8℃滴加乙醛,反应24h,D-苏氨酸铜盐析出,离心分离固态物质,用75%乙醇清洗固态物质,去除洗液,得D-苏氨酸铜盐347kg;
S2.脱盐:将步骤S1所得D-苏氨酸铜盐溶于浓度为10%的1400L氨水中,采用氢型732阳离子氨型树脂吸附脱除铜,收集流出液浓缩去除氨,得D-苏氨酸浓缩液700L;
S3.精制:将步骤S2所得D-苏氨酸浓缩液升温至50℃,加入的酸性活性炭3kg,保温0.8h,过滤去除活性炭、滤液减压浓缩至液面出现结晶,搅拌冷却,过滤,得固体,并于80℃烘干,即得D-苏氨酸109kg。
实施例7:D-苏氨酸的制备方法,它包括以下步骤:
S1.合成:
A.甘氨酸铜的制备:将反应釜中加入2mol/L的氢氧化钠溶液600L,缓慢加入纯度为97%的甘氨酸300kg,加入500kg的五水合硫酸铜,升温至75℃,恒温反应8h,冷却至室温,离心、烘干,制得甘氨酸铜416kg,甘氨酸铜的收率为97%;
B.将上述含有甘氨酸铜的反应釜中加水补至2500L,搅拌溶解后加入N-三苯基甲基-(L)-脯氨酸6kg,冷却至常温滴加乙醛,反应24h,D-苏氨酸铜盐析出,离心分离固态物质,用75%乙醇清洗固态物质,去除洗液,得D-苏氨酸铜盐231kg;
S2.脱盐:将步骤S1所得D-苏氨酸铜盐溶于浓度为10%的1000L氨水中,采用氢型732阳离子氨型树脂吸附脱除铜,收集流出液浓缩去除氨,得D-苏氨酸浓缩液500L;
S3.精制:将步骤S2所得D-苏氨酸浓缩液升温至50℃,加入的酸性活性炭3kg,保温1h,过滤去除活性炭、滤液减压浓缩至液面出现结晶,搅拌冷却,过滤,得固体,并于80℃烘干,即得D-苏氨酸72kg。
实施例8:D-苏氨酸的制备方法,它包括以下步骤:
S1.合成:
A.甘氨酸铜的制备:将反应釜中加入2mol/L的氢氧化钠溶液600L,缓慢加入纯度为97%的甘氨酸300kg,加入500kg的五水合硫酸铜,升温至75℃,恒温反应8h,冷却至室温,离心、烘干,制得甘氨酸铜416kg,甘氨酸铜的收率为97%;
B.将上述含有甘氨酸铜的反应釜中加水补至2500L,搅拌溶解后加入S-2-(二苯基羟甲基)-四氢吡咯6kg,冷却至0℃以下滴加乙醛,反应24h,D-苏氨酸铜盐析出,离心分离固态物质,用80%乙醇清洗固态物质,去除洗液,得D-苏氨酸铜盐74kg;
S2.脱盐:将步骤S1所得D-苏氨酸铜盐溶于浓度为10%的300L氨水中,采用氢型732阳离子氨型树脂吸附脱除铜,收集流出液浓缩去除氨,得D-苏氨酸浓缩液150L;
S3.精制:将步骤S2所得D-苏氨酸浓缩液升温至50℃,加入的酸性活性炭1kg,保温1h,过滤去除活性炭、滤液减压浓缩至液面出现结晶,搅拌冷却,过滤,得固体,并于80℃烘干,即得D-苏氨酸13kg。
实施例9:使用不同的催化剂制备D-苏氨酸
S1.合成:
A.甘氨酸铜的制备:将反应釜中加入2mol/L的氢氧化钠溶液600L,缓慢加入纯度为97%的甘氨酸300kg,加入500kg的五水合硫酸铜,升温至75℃,恒温反应8h,冷却至室温,离心、烘干,制得甘氨酸铜416kg,甘氨酸铜的收率为97%;
B.将上述含有甘氨酸铜的反应釜中加水补至2500L,搅拌溶解后加入金鸡纳衍生的季铵盐6kg,冷却至8℃滴加乙醛,反应24h,D-苏氨酸铜盐析出,离心分离固态物质,用72%乙醇清洗固态物质,去除洗液,得D-苏氨酸铜盐226kg;
S2.脱盐:将步骤S1所得D-苏氨酸铜盐溶于浓度为10%的1000L氨水中,采用氢型732阳离子氨型树脂吸附脱除铜,收集流出液浓缩去除氨,得D-苏氨酸浓缩液500L;
S3.精制:将步骤S2所得D-苏氨酸浓缩液升温至50℃,加入的酸性活性炭3kg,保温1h,过滤去除活性炭、滤液减压浓缩至液面出现结晶,搅拌冷却,过滤,得固体,并于80℃烘干,即得D-苏氨酸74kg。
实施例10:传统工艺制备D-苏氨酸
S1.甘氨酸铜的制备:
2mol/L氢氧化钠1600L加到反应釜中,缓慢加入甘氨酸300kg,五水合硫酸铜500kg,升温至70℃反应8h,冷却到室温,离心,烘干,得甘氨酸铜416kg,收率97%;
S2.D-苏氨酸铜的制备:
将甘氨酸铜416kg加水补至2500L,搅拌溶解后常温滴加乙醛,滴毕后反应24H,离心,得D-苏氨酸铜盐315kg;
S3.DL-苏氨酸的制备
DL-苏氨酸铜盐溶于氨水10%1200L中,通过预处理好的732阳离子氨型树脂脱除螯合铜,流出液收集浓缩除氨,得D-苏氨酸浓缩液600L;
S4.精制:
将收集的DL-苏氨酸溶液升温50℃加3kg活性炭脱色,保温1h,过滤,滤液减压浓缩至液面出现结晶,搅拌冷却,过滤,得固体,固体经过3次诱导结晶后并于80℃烘干,即得D-苏氨酸28kg。
观察上述实施例4-10制得的D-苏氨酸的性状、测定熔点、比旋光度、D-苏氨酸的总收率(D-苏氨酸占甘氨酸的质量百分比)、含量(晶体粉末中D-苏氨酸和L-苏氨酸的总含量百分比)、EE值(用HPLC手性柱对比检测两种构型的百分比含量,然后减去另一对映体的含量,然后计算得EE值),结果如表1所示:
表1:实施例4-10各实验参数结果
由表1可知:采用本发明方法制备D-苏氨酸的总收率和EE值较现有方法有了很大的提高。在手性化合物的生产中,EE值达到98%后再提高是相当困难的,而采用本发明方法制备D-苏氨酸时,EE值提高了1.5%,达到99.7%,手性纯度得到了极大的提高。因此,说明本发明方法具有广阔的应用前景。

Claims (9)

1.D-苏氨酸的制备方法,其特征在于,它包括以下步骤:
S1. 合成:将甘氨酸铜溶于水中,加入D-脯氨酸衍生物,冷却至5~10℃滴加乙醛,反应20~28h,D-苏氨酸铜盐析出,分离固态物质,用70~80%乙醇清洗固态物质,去除洗液,得D-苏氨酸铜盐;
S2. 脱盐:将步骤S1所得D-苏氨酸铜盐溶于8~12%的氨水中,脱铜,浓缩,得D-苏氨酸浓缩液;
S3. 精制:将步骤S2所得D-苏氨酸浓缩液进行脱色、结晶,制得D-苏氨酸。
2.如权利要求1所述的D-苏氨酸的制备方法,其特征在于,步骤S1中所述D-脯氨酸衍生物为S-2-(二苯基羟甲基)-四氢吡咯或N-三苯基甲基-(L)-脯氨酸。
3.如权利要求1所述的D-苏氨酸的制备方法,其特征在于,步骤S1中所述甘氨酸铜:水:D-脯氨酸衍生物:乙醛的质量比为0.9~1:6~7:0.1~0.15:1~1.5。
4.如权利要求1所述的D-苏氨酸的制备方法,其特征在于,步骤S1中所述甘氨酸铜的制备方法为:将甘氨酸溶于2mol/L的氢氧化钠溶液中,加入五水合硫酸铜,升温至65~75℃,恒温反应6~8h,冷却至室温,离心、烘干,制得甘氨酸铜。
5.如权利要求4所述的D-苏氨酸的制备方法,其特征在于,所述甘氨酸: 氢氧化钠: 五水合硫酸铜的质量比为1~1.05:5~6:1.4~1.6。
6.如权利要求4或5所述的D-苏氨酸的制备方法,其特征在于,所述的甘氨酸纯度大于97%。
7.如权利要求1所述的D-苏氨酸的制备方法,其特征在于,步骤S2中所述氨水: D-苏氨酸铜盐的质量比为4~5:1~1.2。
8.如权利要求1所述的D-苏氨酸的制备方法,其特征在于,步骤S2中所述脱铜采用氢型732阳离子氨型树脂吸附脱除铜。
9.如权利要求1所述的D-苏氨酸的制备方法,其特征在于,步骤S3中所述脱色方法为:将D-苏氨酸浓缩液升温至45~55℃,加入3~5%的酸性活性炭,保温0.5~1h,过滤去除活性炭。
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