CN104650013B - 一种高选择性的(S)-β-羟基-γ-丁内酯简便制备方法 - Google Patents

一种高选择性的(S)-β-羟基-γ-丁内酯简便制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高选择性的(S)‑β‑羟基‑γ‑丁内酯简便制备方法。该方法包括:以烯丙醇为起始原料,经不对称环氧化制备(R)‑2,3‑环氧丙醇,该(R)‑2,3‑环氧丙醇经氰化、氰基水解、酯化制得(S)‑β‑羟基‑γ‑丁内酯。本发明的方法反应路线短,原料易得,反应条件易于操作,且反应选择性高,适于工业化生产。

Description

一种高选择性的(S)-β-羟基-γ-丁内酯简便制备方法
技术领域
本发明涉及一种医药中间体(S)-β-羟基-γ-丁内酯的制备方法,属于手性药物中间体合成技术领域。
背景技术
(S)-β-羟基-γ-丁内酯(以下简称化合物Ⅰ)是许多天然产物合成的重要合成原料,也是重要的医药中间体,是精神抑制药增效剂、神经调节剂、降血脂药阿托伐他汀等药物的重要合成原料。
(S)-β-羟基-γ-丁内酯(化合物Ⅰ)的合成方法主要有糖源降解合成法、L-苹果酸还原合成法、(2R,3R)-2,3-二羟基-γ-丁内酯合成法、(S)-4-氯-3-羟基丁腈合成法、L-苹果酸二甲酯催化加氢还原法。糖源降解合成法虽然原料易得,但是在氧化过程中易出现过度氧化问题,反应终点不易控制。L-苹果酸还原合成法是由L-苹果酸经乙酰氯酸酐化、不对称醇解、还原制备化合物Ⅰ,反应路线如下:
但是该路线醇解选择性不高,难以得到高光学纯度的手性中间体4,难以得到单一的目标产物,因此收率较低。例如:CN101891716A公开了一种S-β-羟基-γ-丁内酯的合成方法,使用L-苹果酸为原料,经过甲酯化制备L-苹果酸二甲酯,再选择性还原得到3,4-二羟基丁酸甲酯,最后内酯化生成S-羟基-γ-丁内酯。采用三溴化铋/硼氢化物/低级醇还原体系选择性还原单酯成醇,尽管可以免除使用易燃易爆、不易保存、价格昂贵的硼烷二甲硫醚复合物,但是所述选择性还原三溴化铋用量大,价格高,无机废水量大,产品收率较低,不适合工业化生产。
(S)-4-氯-3-羟基丁腈合成法是由价格较高的(S)-4-氯-3-羟基丁腈为原料,经水解、内酯化制备化合物Ⅰ,反应路线如下所示:
该反应路线虽然简短,但是原料(S)-4-氯-3-羟基丁腈价格高,不易获得,无工业化应用价值。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种简便的、低成本、高选择性的(S)-β-羟基-γ-丁内酯的制备方法。
术语说明:
Sharpless不对称环氧化,是夏普莱斯不对称环氧化反应的统称,是一种不对称选择的化学反应。
ee值:对映体过量(enantiomeric excess)简称ee,化合物对映体组成用对映体过量来描述;ee值表示一个对映体对另一个对映体的过量,通常用百分数表示。反映化合物的光学纯度。
本发明的技术方案如下:
一种(S)-β-羟基-γ-丁内酯的制备方法,包括步骤如下:
(1)式II所示的烯丙醇于溶剂A中,在催化剂1与催化剂2的催化作用下,与过氧化物氧化剂经Sharpless不对称环氧化,生成式III所示的(R)-2,3-环氧丙醇;
所述溶剂A选自无水二氯甲烷、无水三氯甲烷、无水四氢呋喃、无水2-甲基四氢呋喃或无水甲苯;
所述催化剂1为四异丙氧基钛与L-酒石酸二乙酯的络合物,所述催化剂2为氢化钙或氢化钠与硅胶的组合;
(2)将步骤(1)制得的(R)-2,3-环氧丙醇(Ⅲ)经过滤,向滤液中直接加入干燥的氰化钠,所述氰化钠的加入量为所述烯丙醇物质的量的1-1.2倍,于-20~60℃温度下氰化反应生成式Ⅳ所示的开环化合物Ⅳ:
(3)将步骤(2)的反应物过滤,滤液减压回收溶剂A,加入碱液调节pH至7.5-12,升温至40-100℃,保温1-5h,化合物Ⅳ在碱性条件下水解,得式V所示的化合物V:
该化合物Ⅴ不经分离,加入盐酸调节pH至1-6,保持温度在30-100℃进行酯化,酯化完全后,降温至室温,用溶剂B提取产物,回收溶剂B,得(S)-β-羟基-γ-丁内酯(Ⅰ);
所述溶剂B为甲苯、二甲苯、石油醚、乙酸乙酯、二氯甲烷或1,2-二氯乙烷。
根据本发明优选的,步骤(1)所述溶剂A为无水四氢呋喃。
根据本发明优选的,步骤(1)所述催化剂1为四异丙氧基钛(Ti(O-Pr-i)4):L-酒石酸二乙酯(L-DAT)=1:1~3(摩尔比)的络合物;进一步优选为四异丙氧基钛:L-酒石酸二乙酯=2:2.4~3的络合物。
根据本发明优选的,步骤(1)所述催化剂2为氢化钙与硅胶按1:1~2(质量比)的组合;
本发明中的催化剂1、催化剂2的用量均为催化量。进一步优选,催化剂1的用量为烯丙醇用量的4~13%(质量比);催化剂2的用量为烯丙醇用量的2~6%(质量比)。
根据本发明优选的,步骤(1)所述过氧化物氧化剂选自叔丁基过氧化氢、过氧化氢、过氧乙酸;特别优选叔丁基过氧化氢。
优选的,步骤(1)中所述不对称环氧化反应温度为-30~30℃,进一步优选-25~20℃,特别优选-20~0℃;最优选-20~-10℃。
优选的,步骤(1)中所述不对称环氧化反应时间为1~15h,进一步优选8~12h。
优选的,步骤(2)中所述氰化反应温度为-20~30℃;反应时间为1~6h,特别优选1~4h。
根据本发明优选的,步骤(3)所述碱液为质量分数20-35%的氢氧化钠溶液;所述调pH范围为10-11;升温至反应温度为50-85℃,特别优选70-80℃;水解反应时间为1~6h,优选2~3h。
根据本发明优选的,步骤(3)所述酯化时,盐酸调节pH范围为2-4;所用盐酸是质量分数25-32%的盐酸。酯化反应温度范围为50-85℃,特别优选60-80℃;酯化反应时间为1~5h,优选2~3h。所述溶剂B为石油醚或甲苯。
上述步骤(2)中将(R)-2,3-环氧丙醇(Ⅲ)过滤的目的是除去步骤(1)反应物中的催化剂1和催化剂2;不需要将步骤(1)反应物(R)-2,3-环氧丙醇(Ⅲ)与溶剂A分离。
本发明所述的室温具有本领域通用的含义,是指20~25℃。
本发明方法的合成路线如下:
本发明的有益效果:
1.本发明的原料是式II所示的烯丙醇,也称3-羟基丙烯;该原料价廉易得,降低产品成本。
2.本发明通过不对称环氧化,优选特定复合催化剂、特定的反应条件及用量配比等,是的反应选择性高,产物(S)-β-羟基-γ-丁内酯(Ⅰ)的收率(以烯丙醇计)可达86.3%,ee值可达99%及以上。
3.本发明操作流程简便,步骤(1)的产物只需要简单过滤除去催化剂1和催化剂2即可进行步骤(2)的反应,无需将(R)-2,3-环氧丙醇(Ⅲ)与溶剂A分离;步骤(3)的水解、酯化反应也在一锅内进行,操作简便,降低了劳动强度,提高工作效率。
4.本发明反应不仅所需原料价廉易得,催化剂还可回收再利用,节约能源及工时,收率好,因此产品综合成本得以大幅降低。
具体实施方式
以下所述实施例详细说明了本发明,但是本发明不仅限于以下实施例。
以烯丙醇(CAS No.107-18-6,3-羟基丙烯)为原料,所用原料及试剂均为市场购买。试剂浓度均为质量百分比。实施例中所用的溶剂均为无水的。
实施例1:
(1)制备(R)-2,3-环氧丙醇(Ⅲ)
在装有搅拌、温度计和滴加漏斗的500mL的四口烧瓶中加入100mL四氢呋喃,烯丙醇11.6g(0.2mol),四异丙基钛与L-酒石酸二乙酯的络合物1.5g,其中(Ti(O-Pr-i)4:L-DAT=2:2.4摩尔比,氢化钙和硅胶(质量比为1:1)的混合物0.3g,冷却至-20℃,滴加叔丁基过氧化氢19.8g(0.22mol),滴加过程控制温度-20~-15℃,滴加完毕,保持此温度搅拌6h,经过滤除去催化剂,将滤液转入500mL干燥烧瓶中;
(2)在装有搅拌、温度计、回流冷凝装置和滴加漏斗的500mL的四口烧瓶中加入步骤(1)所得滤液,保持-20~0℃之间加入粉末状干燥氰化钠10.8g(0.22mol)加毕,保温1~2h,升温至20~30℃,保温1~2h,反应完全后,得到化合物Ⅳ。
(3)将所得化合物Ⅳ的反应物过滤,滤饼收集进行分解处理。滤液减压回收溶剂四氢呋喃,回收完毕后,向残余物中加入水(100mL),搅拌下滴加30%氢氧化钠溶液调节pH至10,升温至80℃,保温3h,取样检测反应完全后,得到化合物Ⅴ,不经分离,直接加入30%盐酸调节pH至2~3,在80℃条件下保温反应2~3h,反应完全后,降温至室温,加入甲苯(25mL×3)萃取三次,合并有机相,水洗,无水硫酸钠干燥。回收甲苯溶剂后剩余物为(S)-β-羟基-γ-丁内酯(Ⅰ)17.4g。含量98.15%(产品GC面积百分比),ee值99.0%,收率83.7%(以烯丙醇计,三步的总收率)。
实施例2:
如实施例1所述,所不同的是步骤(1)中所用溶剂A为甲苯,氧化剂为40%的过氧乙酸甲苯溶液,催化剂1是四异丙基钛与L-酒石酸二乙酯(2:3摩尔比)的络合物。
步骤(1):(R)-2,3-环氧丙醇(Ⅲ)的制备
在装有搅拌、温度计和滴加漏斗的500mL的四口烧瓶中加入100mL甲苯,烯丙醇11.6g(0.2mol),四异丙基钛与L-酒石酸二乙酯(2:3)的络合物0.5g,氢化钙和硅胶(质量比为1:2) 的混合物0.5g,冷却至-20℃,滴加40%过氧乙酸甲苯溶液(41.8g,0.22mol),滴加过程控制温度-20~-15℃,滴加完毕,保持此温度搅拌10~12h,过滤,将滤液转入500mL干燥烧瓶中,用于步骤(2)。
步骤(2):化合物Ⅳ的制备,与实施例1相同。
步骤(3):将步骤(2)所得反应物过滤,滤饼收集进行分解处理。滤液减压回收溶剂甲苯,回收完毕后,向残余物中加入水100mL搅拌下滴加30%氢氧化钠溶液调节pH至11,升温至80℃,保温3h,取样检测反应完全后,得到化合物Ⅴ,不经分离,直接加入30%盐酸调节pH至2~3,在80℃条件下保温反应2~3h,反应完全后,降温至室温,加入甲苯(25mL×3)萃取三次,合并有机相,水洗,无水硫酸钠干燥。回收溶剂甲苯后剩余物为(S)-β-羟基-γ-丁内酯(Ⅰ)17.9g。含量98.3%,ee值99.1%,收率86.3%(以烯丙醇计)。
实施例3:
步骤(1)与实施例1相同
步骤(2):化合物Ⅳ的制备
在装有搅拌、温度计、回流冷凝装置和滴加漏斗的500mL的四口烧瓶中加入步骤(1)所得滤液,保持-10~0℃之间加入粉末状干燥氰化钠10.8g(0.22mol)加毕,保温1.5h,升温至25℃,保温1.5h,反应完全后,得到化合物Ⅳ。
步骤(3):(S)-β-羟基-γ-丁内酯(Ⅰ)的制备
将步骤(2)所得反应物过滤,滤饼收集进行分解处理。滤液减压回收溶剂四氢呋喃,回收完毕后,向残余物中加入水100mL搅拌下滴加30%氢氧化钠溶液调节pH至10.5,升温至80℃,保温3h,取样检测反应完全后,得到化合物Ⅴ,不经分离,直接加入30%盐酸调节pH至3.5,在80℃条件下保温反应2.5h,反应完成降温至室温,加入石油醚(25mL×3)萃取三次,合并有机相,水洗,无水硫酸钠干燥。回收溶剂后剩余物为(S)-β-羟基-γ-丁内酯17.1g。含量98.75%,ee值98%,收率82.8%(以烯丙醇计)。
实施例4:
(1)制备(R)-2,3-环氧丙醇(Ⅲ)
在装有搅拌、温度计和滴加漏斗的500mL的四口烧瓶中加入100mL四氢呋喃,烯丙醇11.6g(0.2mol),四异丙基钛(Ti(O-Pr-i)4)与L-酒石酸二乙酯(L-DAT)的络合物1.5g,其中Ti(O-Pr-i)4:L-DAT=2:2.4,氢化钙与硅胶(质量比为1:1)的混合物0.3g,冷却至-20℃,滴加叔丁基过氧化氢19.8g(0.22mol),滴加过程控制温度-15~-10℃,滴加完毕,保持-10℃搅拌8h,过滤除 去催化剂,将滤液转入500mL干燥烧瓶中直接用于步骤(2);
(2)在装有搅拌、温度计、回流冷凝装置和滴加漏斗的500mL的四口烧瓶中加入步骤(1)所得滤液,保持-10~0℃之间加入粉末状干燥氰化钠10.8g(0.22mol)加毕,保温1~2h,升温至20~25℃,保温1~2h,反应完全后,得到化合物Ⅳ。
(3)将所得化合物Ⅳ的反应物过滤,滤饼收集进行分解处理。滤液减压回收溶剂四氢呋喃,回收完毕后,向残余物中加入水(100mL),搅拌下滴加30%氢氧化钠溶液调节pH至10,升温至80℃,保温3h,取样检测反应完全后,得到化合物Ⅴ,不经分离,直接加入30%盐酸调节pH至2~3,在60℃条件下保温反应4h,反应完全后,降温至室温,加入甲苯(25mL×3)萃取三次,合并有机相,水洗,无水硫酸钠干燥。回收甲苯溶剂后剩余物为(S)-β-羟基-γ-丁内酯(Ⅰ)17.3g。含量98.5%,ee值99.2%,收率83.5%(以烯丙醇计)。
实施例5:
(1)制备(R)-2,3-环氧丙醇(Ⅲ)
在装有搅拌、温度计和滴加漏斗的500mL的四口烧瓶中加入100mL 2-甲基四氢呋喃,烯丙醇11.6g(0.2mol),四异丙基钛与L-酒石酸二乙酯的络合物0.6g,其中(Ti(O-Pr-i)4:L-DAT=2:2.5摩尔比,氢化钙与硅胶(质量比为1:1)的混合物0.6g,冷却至-10℃,滴加叔丁基过氧化氢19.8g(0.22mol),滴加完毕,-10℃搅拌7h,过滤,将滤液转入500mL干燥烧瓶中,用于步骤(2);
(2)化合物Ⅳ的制备
在装有搅拌、温度计、回流冷凝装置和滴加漏斗的500mL的四口烧瓶中加入步骤(1)所得滤液,保持-20~-10℃之间加入粉末状干燥氰化钠10.8g(0.22mol)加毕,保温1~2h,升温至20~25℃,保温1~2h,反应完全后,得到化合物Ⅳ。
(3)将所得化合物Ⅳ的反应物过滤,滤饼收集进行分解处理。滤液减压回收溶剂2-甲基四氢呋喃,回收完毕后,向残余物中加入水(100mL),搅拌下滴加30%氢氧化钠溶液调节pH至10,升温至70℃,保温4h,取样检测反应完全后,得到化合物Ⅴ,不经分离,直接加入30%盐酸调节pH至2~3,70℃保温反应4h,反应完全后,降温至室温,加入甲苯(25mL×3)萃取三次,合并有机相,水洗,无水硫酸钠干燥。回收甲苯溶剂后剩余物为(S)-β-羟基-γ-丁内酯(Ⅰ)17.7g。含量99.1%,ee值99.3%,收率86.0%(以烯丙醇计)。

Claims (9)

1.一种(S)-β-羟基-γ-丁内酯的制备方法,包括步骤如下:
(1)式II所示的烯丙醇于溶剂A中,在催化剂1与催化剂2的催化作用下,与过氧化物氧化剂经Sharpless不对称环氧化,生成式Ⅲ所示的(R)-2,3-环氧丙醇;
所述溶剂A选自无水二氯甲烷、无水三氯甲烷、无水四氢呋喃、无水2-甲基四氢呋喃或无水甲苯;
所述催化剂1为四异丙氧基钛与L-酒石酸二乙酯的络合物,所述催化剂2为氢化钙或氢化钠与硅胶的组合;
所述过氧化物氧化剂选自叔丁基过氧化氢或过氧乙酸;
所述不对称环氧化反应温度为-20~-10℃;
(2)将步骤(1)制得的(R)-2,3-环氧丙醇(Ⅲ)经过滤,向滤液中直接加入干燥的氰化钠,所述氰化钠的加入量为所述烯丙醇物质的量的1-1.2倍,于-20~60℃温度下氰化反应生成式Ⅳ所示的开环化合物Ⅳ:
(3) 将步骤(2)的反应物过滤,滤液减压回收溶剂A,加入碱液调节pH至7.5-12,升温至40-100℃,保温1-5h,化合物Ⅳ在碱性条件下水解,得式V所示的化合物Ⅴ:
该化合物Ⅴ不经分离,加入盐酸调节pH至1-6,保持温度在30-100℃进行酯化,酯化完全后,降温至室温,用溶剂B提取产物,回收溶剂B,得(S)-β-羟基-γ-丁内酯(Ⅰ);
所述溶剂B为甲苯、二甲苯、石油醚、乙酸乙酯、二氯甲烷或1,2-二氯乙烷。
2.如权利要求1所述的(S)-β-羟基-γ-丁内酯的制备方法,其特征在于步骤(1)所述催化剂1为四异丙氧基钛(Ti(O-Pr-i)4 ): L-酒石酸二乙酯( L-DAT)= 1 : 1~3摩尔比的络合物。
3.如权利要求1所述的(S)-β-羟基-γ-丁内酯的制备方法,其特征在于步骤(1)所述催化剂1为四异丙氧基钛: L-酒石酸二乙酯= 2 : 2.4~3的络合物。
4.如权利要求1所述的(S)-β-羟基-γ-丁内酯的制备方法,其特征在于步骤(1)所述催化剂2为氢化钙与硅胶按1 : 1~2质量比的组合。
5.如权利要求1所述的(S)-β-羟基-γ-丁内酯的制备方法,其特征在于催化剂1的用量为烯丙醇用量的4~13%质量比。
6.如权利要求1所述的(S)-β-羟基-γ-丁内酯的制备方法,其特征在于催化剂2的用量为烯丙醇用量的2~6%质量比。
7.如权利要求1所述的(S)-β-羟基-γ-丁内酯的制备方法,其特征在于步骤(2)中所述氰化反应温度为-20~30℃。
8.如权利要求1所述的(S)-β-羟基-γ-丁内酯的制备方法,其特征在于步骤(3)所述加入碱液调节pH范围为10-11;升温至反应温度为50-85℃,进行水解。
9.如权利要求1所述的(S)-β-羟基-γ-丁内酯的制备方法,其特征在于步骤(3)所述酯化时调pH范围为2-4;反应温度范围为60-80℃。
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Denomination of invention: A highly selective (s)- b- Hydroxyl- g- Simple preparation method of butyrolactone

Effective date of registration: 20211130

Granted publication date: 20160824

Pledgee: Zhejiang Commercial Bank Co.,Ltd. Dongying Branch

Pledgor: Xinfa pharmaceutical Co.,Ltd.

Registration number: Y2021980013546