CN105153251B - 一种单糖甲苷的苄基化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单糖甲苷的苄基化方法:在反应器中依次加入单糖甲苷、氢化钠、甲苯和氯化苄,升温至60~130℃的反应温度,保温至反应完全,反应结束后,反应液后处理制得单糖甲苷的苄基化产物;所述单糖甲苷的苄基化产物是单糖甲苷上所有的羟基‑OH全部苄基化生成‑O‑Bn的产物,Bn表示苄基。本发明反应溶剂和提取溶剂均为甲苯,简化了后处理操作,反应过程中副产的甲苯与反应溶剂一致,回收的甲苯无需除水即可直接用做下批反应溶剂,达到了简化操作、降低氢化钠、氯化苄单耗、有效减少副产物二苄醚的生成、减少污染的目的。
Description
(一)技术领域
本发明属于化学领域,具体地说是一种单糖甲苷的苄基化方法。
(二)背景技术
糖羟基经苄基化反应形成的苄基醚,对于多数酸碱都非常稳定;也不受负氢还原剂和温和氧化剂的影响,因而在稳定性方面具有显著的优势。形成保护基的条件温和,操作简单。苄基化试剂氯化苄、溴化苄相对便宜易得。Pd/C-H2氢解作为特征脱保护反应,多数保护基团都能与其相容。所以,苄基化反应在糖衍生物合成中被广泛应用。
单糖甲苷常用的苄基化方法是经典的Williamson合成。首先是羟基与氢化钠或氢化钾在溶剂中形成醇钠或醇钾,再与苄基化试剂反应,得到苄醚。已报导的常用溶剂有四氢呋喃、二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺和氯化苄。
美国专利US5830871(1998)报导了以四氢呋喃作为溶剂的苄基化方法:甲基葡萄糖苷、溴化苄和四丁基碘化铵在四氢呋喃中搅拌,于0℃下加入氢化钠,后移去冰浴继续搅拌反应24小时。反应毕,用乙酸乙酯稀释,然后加入到氯化铵饱和溶液中,分去水层。水层以乙酸乙酯提取两次后合并有机层并以硫酸镁干燥、浓缩得粘稠状四苄基葡萄糖甲苷,收率92%。
美国专利US5622936(1997)报导了以二氧六环作为溶剂的苄基化方法。分别以葡萄糖甲苷、半乳糖甲苷、甘露糖甲苷等为底物,以氢化钠、氢氧化钾等为碱,在二氧六环溶剂中与氯化苄反应,得到相应的苄基化产物。
Xu Ming等在《有机化学》Vol.24.2004Suppl.,1上发表的名为《Synthesis of N-Glucyl-2,3,4,6-tera-O-benzyl-1,5-dideoxy-1,5-imino-D-glucitol》一文中,描述了葡萄糖甲苷在N,N-二甲基甲酰胺中,在氢化钠作用下与溴化苄反应,得到四苄基葡萄糖甲苷。
美国专利US5354853(1994)、US5780444(1998)、US0249037(2008)等报导了氯化苄既作苄基化试剂又作溶剂的苄基化方法。如在US5354853(1994)中,报导了包括葡萄糖甲苷、半乳糖甲苷、甘露糖甲苷等多种反应底物在氯化苄中,在氢化钠作用下得到全苄基化产物的方法。
上述文献所报道四氢呋喃、二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、氯化苄等溶剂在苄基化反应中存在一些不能回避的问题。一、苄基化反应中,氢化钠与氯化苄或溴化苄反应生成甲苯,使得上述溶剂中混入一定比例的甲苯,且在套用中甲苯比例不断提高。二、四氢呋喃、二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺与水互溶,又无简便脱水方法,溶剂套用时其中水分不仅消耗氢钠、氯化苄且生成杂质二苄醚。另外四氢呋喃沸点较低,只有65.4℃,限制了苄基化反应可选择的温度范围;DMF在强碱下不稳定,尤其在高温条件下易分解;氯化苄则只能得到全苄基化产物,且沸点偏高,毒性较大,与氢化钠反应生成副产甲苯比例增加。
(三)发明内容
本发明要解决的技术问题是:现有技术所使用的溶剂在套用过程中甲苯比例不断提高,影响工艺稳定性;或对水溶解性较好、又无简便脱水方法,其中水分消耗原料氢化钠和氯化苄或溴化苄,生成副产物二苄醚;或是所使用溶剂沸点较低,限制了苄基化反应可选择的温度范围;或是所使用溶剂本身在碱性条件性不稳定;或是所使用溶剂应用范围窄,只能合成全苄基产物,且回收困难、毒性较高、消耗原料氢钠且副产甲苯增加。
本发明解决上述技术问题的技术原理是:选择一合适的溶剂,该溶剂应满足如下要求:1、沸点适中,100~120℃,使苄基化反应温度可以有较宽的选择范围。2、易脱水得到低水份溶剂。3、水中溶解度小,与水分层,且对苄基化产物溶解度好。4、性质稳定,不与单糖甲苷、氢化钠、苄基化试剂等发生反应。5、能和副产甲苯较简便分离,避免积累。综合上述要求,并考察原料来源、价格、毒性、环保等多方面因素,本发明选定以甲苯作为溶剂。甲苯溶剂沸点110.6℃;不溶于水;与水共沸,脱水效果好;对单糖甲苷苄基化产物溶解度较好,可作为提取溶剂;化学性质稳定,不与单糖甲苷、氢化钠、苄基化试剂发生反应;且不存在甲苯套用积累的问题。因此选用甲苯作为溶剂可以达到解决现有技术所存在问题的目的。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下:一种单糖甲苷的苄基化方法,所述方法为:
在反应器中依次加入单糖甲苷、氢化钠、甲苯和氯化苄,升温至60~130℃的反应温度,保温至反应完全,反应结束后,反应液后处理制得单糖甲苷的苄基化产物;所述单糖甲苷的的苄基化产物是单糖甲苷上所有的羟基-OH全部苄基化生成-O-Bn的产物,Bn表示苄基。
所述的单糖甲苷中所有的羟基数与氢化钠、氯化苄的物质的量之比为1:1~1.2:1~1.4,优选1:1~1.2:1.05~1.2。
所述的单糖甲苷为葡萄糖甲苷或半乳糖甲苷。
进一步,所述单糖甲苷优选为甲基-α-D-吡喃葡萄糖苷、甲基-α-D-吡喃半乳糖苷或甲基-β-D-吡喃葡萄糖苷,更优选为甲基-α-D-吡喃葡萄糖苷或甲基-α-D-吡喃半乳糖苷。
所述的反应温度为60~130℃,优选为90~110℃,更优选为90~100℃。
所述的甲苯的质量用量为单糖甲苷和氢化钠总重量的2~6倍,优选3~5倍。
所述氢化钠一般以氢化钠与保护油的混合物的形式加入,保护油一般为煤油或石蜡油,如氢化钠与石蜡油的混合物或氢化钠与煤油的混合物,氢化钠与保护油的混合物中氢化钠的质量分数为50~60%,本发明中直接将氢化钠与保护油的混合物加入反应体系即可。
所述的甲苯的质量用量为单糖甲苷和氢化钠总重量的2~6倍,其中的氢化钠是指氢化钠与保护油的混合物中含有的氢化钠的质量。
所述反应液后处理方法为:反应结束后,反应液加水破坏残留的氢化钠,然后过滤、滤饼用甲苯洗涤,合并有机层,经水洗后用回流分水法脱水,然后减压蒸馏回收甲苯,剩余物冷却静置,分液除去保护氢化钠的油,制得所述单糖甲苷的苄基化产物。
反应液后处理中所回收的甲苯可直接作为溶剂套用于下一批反应中。
本发明还提供单糖甲苷的水合物的一锅化苄基化方法,所述方法为:
反应器中加入单糖甲苷的水合物和甲苯,加热升温至90~95℃,控制真空度-0.03~-0.04Mpa,用回流分水器回流分水,除去结晶水,脱水完毕后,冷却至30~40℃,回流分水器改为回流冷凝装置,反应器中再依次加入氢化钠、氯化苄,升温至60~130℃的反应温度,保温至反应完全,反应结束后,反应液后处理制得单糖甲苷的苄基化产物;所述单糖甲苷的的苄基化产物是单糖甲苷上所有的羟基-OH全部苄基化生成-O-Bn的产物,Bn表示苄基。
所述的单糖甲苷的水合物中所有羟基数与氢化钠、氯化苄的物质的量之比为1:1~1.2:1~1.4;
所述的单糖甲苷为葡萄糖甲苷或半乳糖甲苷。
所述单糖甲苷的水合物一般为单糖甲苷的一水合物。
进一步,所述单糖甲苷优选为甲基-α-D-吡喃葡萄糖苷、甲基-α-D-吡喃半乳糖苷或甲基-β-D-吡喃葡萄糖苷,更优选为甲基-α-D-吡喃葡萄糖苷或甲基-α-D-吡喃半乳糖苷。
所述的反应温度为60~130℃,优选为90~110℃,更优选为90~100℃。
所述的甲苯的质量用量为单糖甲苷和氢化钠总重量的2~6倍,优选3~5倍。
所述氢化钠一般以氢化钠与保护油的混合物的形式加入,保护油一般为煤油或石蜡油,如氢化钠与石蜡油的混合物或氢化钠与煤油的混合物,氢化钠与保护油的混合物中氢化钠的质量分数为50~60%,本发明中直接将氢化钠与保护油的混合物加入反应体系即可。
所述的甲苯的质量用量为单糖甲苷和氢化钠总重量的2~6倍,其中的氢化钠是指氢化钠与保护油的混合物中含有的氢化钠的质量。
所述反应液后处理方法为:反应结束后,反应液加水破坏残留的氢化钠,然后过滤、滤饼用甲苯洗涤,合并有机层,经水洗后用回流分水法脱水,然后减压蒸馏回收甲苯,剩余物冷却静置,分液除去保护氢化钠的油,制得所述单糖甲苷的苄基化产物。
本发明与现有方法相比,具有以下显著优点:1、反应溶剂和提取溶剂均为甲苯,简化了后处理操作。2、反应过程中副产的甲苯与反应溶剂一致,无套用积累的问题。3、回收的甲苯无需除水即可直接用做下批反应溶剂,达到了简化操作、降低氢化钠、氯化苄单耗、有效减少副产物二苄醚的生成、减少污染的目的。4、甲苯沸点适宜,既保证反应需求,又能较好除去。5、可直接用于单糖甲苷的水合物的一锅化苄基化,除去水合物的结晶水后可直接进行苄基化。
(四)附图说明
图1实施例一制备的甲基-2,3,4,6-四-O-苄基-α-D-吡喃葡萄糖苷的液相色谱图。
图2实施例一制备的甲基-2,3,4,6-四-O-苄基-α-D-吡喃葡萄糖苷的红外光谱图。
图3实施例三制备的甲基-2,3,4,6-四-O-苄基-α-D-吡喃半乳糖苷的液相色谱图。
图4实施例三制备的甲基-2,3,4,6-四-O-苄基-α-D-吡喃半乳糖苷的红外光谱图。
(五)具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但本发明的保护范围不限于此。凡是依据本发明的技术实质对实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均落入本发明的保护范围内。
实施例一
甲基-2,3,4,6-四-O-苄基-α-D-吡喃葡萄糖苷
在装有搅拌器、温度计、冷凝管的250ml三颈瓶中,依次加入甲基-α-D-吡喃葡萄糖苷9.7g(50.0mmol)、氢化钠石蜡油分散体(氢化钠含量55wt%)9.16g(209.9mmol)、甲苯60ml、氯化苄27.85g(220.0mmol),加热升温至约105~110℃,液相色谱跟踪,保温至反应完全。保温反应毕,冷却降温至60℃左右,缓慢滴加水,与残留氢化钠反应至无气泡生成。过滤除去固体物质,并以15ml×2次甲苯洗涤滤饼,将有机层合并。有机层加热升温至65~70℃,水洗至中性,每次用水20ml,水洗3~4次(第一次洗水弃去,其它洗涤水依次套用于下批水洗)。有机层回流分水法脱水后,减压回收甲苯至无馏分蒸出(回收的甲苯可直接套用于下批),冷却静置,分液除去上层的石蜡油,下层得到浅红色糖浆状黏性液体29.06g,即为甲基-2,3,4,6-四-O-苄基-α-D-吡喃葡萄糖苷,含量为92.6%,收率97.1%。产物的液相色谱图见图1,红外谱图见图2。
实施例二
甲基-2,3,4,6-四-O-苄基-α-D-吡喃葡萄糖苷
在装有搅拌器、温度计、冷凝管的250ml三颈瓶中,依次加入甲基-α-D-吡喃葡萄糖苷9.7g(50.0mmol)、氢化钠石蜡油分散体(氢化钠含量55%)9.16g(209.9mmol)、甲苯60ml、氯化苄26.56g(210.0mmol),加热升温至约90~95℃,液相色谱跟踪,保温至反应完全。保温反应毕,冷却降温至60℃左右,缓慢滴加水,与残留氢化钠反应至无气泡生成。过滤除去固体物质,并以15ml×2次甲苯洗涤滤饼,将有机层合并。有机层加热升温至65~70℃,水洗至中性,每次用水20ml,水洗3~4次(第一次洗水弃去,其它洗涤水依次套用于下批水洗)。有机层回流分水法脱水后,减压回收甲苯至无馏分蒸出(甲苯可直接套用于下批),冷却静置,分去石蜡油,得到浅红色糖浆状黏性液体29.03g,即为甲基-2,3,4,6-四-O-苄基-α-D-吡喃葡萄糖苷,含量为93.6%,收率98.1%。
实施例三
甲基-2,3,4,6-四-O-苄基-α-D-吡喃半乳糖苷
在装有搅拌器、温度计、回流分水器(装有冷凝管)的250ml三颈瓶中,依次加入甲基-α-D-吡喃半乳糖苷一水合物10.6g(50.0mmol),甲苯100ml,加热升温至90~95℃,控制真空度-0.03~-0.04Mpa,回流分水以除去甲基-α-D-吡喃半乳糖苷一水合物中的结晶水。脱水毕,冷却至35~40℃,回流分水器改为回流冷凝装置。依次加入氢化钠石蜡油分散体(含量55%)10.0g(229.2mmol)、氯化苄30.5g(240.9mmol),加热升温至约90~95℃,液相色谱跟踪,保温至反应完全。保温反应毕,冷却降温至60℃左右,缓慢滴加水,与残留氢化钠反应至无气泡生成。过滤除去固体物质,并以15ml×2次甲苯洗涤滤饼,将有机层合并。有机层加热升温至65~70℃,水洗至中性,每次用水20ml,水洗3~4次(第一次洗水弃去,其它洗涤水依次套用于下批水洗)。有机层回流分水法脱水后,减压回收甲苯至无馏分蒸出(甲苯可直接套用于下批)。冷却静置,分去石蜡油,得到浅红色糖浆状黏性液体28.9g,即为甲基-2,3,4,6-四-O-苄基-α-D-吡喃半乳糖苷,含量为92.5%,收率96.5%。所得产物的液相色谱图见图3,红外光谱图见图4。
实施例四
在装有搅拌器、温度计、回流分水器(装有冷凝管)的250ml三颈瓶中,依次加入甲基-α-D-吡喃葡萄糖苷一水合物10.6g(50.0mmol),实施例一和二中回收的甲苯100ml,加热升温至90~95℃,控制真空度-0.03~-0.04Mpa,回流分水以除去甲基-α-D-吡喃葡萄糖苷一水合物中的结晶水。脱水毕,冷却至35~40℃,回流分水器改为回流冷凝装置。依次加入氢化钠石蜡油分散体(含量55%)10.0g(229.2mmol)、氯化苄30.5g(240.9mmol),加热升温至约90~95℃,液相色谱跟踪,保温至反应完全。保温反应毕,冷却降温至60℃左右,缓慢滴加水,与残留氢化钠反应至无气泡生成。过滤除去固体物质,并以15ml×2次甲苯洗涤滤饼,将有机层合并。有机层加热升温至65~70℃,加入实施例二中第二次洗水,充分搅拌后分去水层。再加入实施例二中第三次水洗水,按上述方法进行水洗,洗水如上述依次套用直至水洗至中性,水洗3~4次(第一次洗水弃去,其它洗涤水依次套用于下批水洗)。有机层回流分水法脱水后,减压回收甲苯至无馏分蒸出(甲苯可直接套用于下批),冷却静置,分去石蜡油,得到浅红色糖浆状黏性液体28.93g,即为甲基-2,3,4,6-四-O-苄基-α-D-吡喃葡萄糖苷,测得含量为94.3%,收率98.5%。
本发明实施例中所用的原料均为工业级,并均可在国内市场上采购得到。
本发明实施例中所用的仪器、设备为化工实验中的通用的玻璃三颈瓶、液液分离设备,可根据规模从市场上选购。
本发明一种单糖甲苷的苄基化方法中产生的少量废水,生化性能良好,可通过废水处理系统处理后,达到国家排放标准。
Claims (8)
1.一种单糖甲苷的苄基化方法,其特征在于所述方法为:
在反应器中依次加入单糖甲苷、氢化钠、甲苯和氯化苄,升温至60~130℃的反应温度,保温至反应完全,反应结束后,反应液后处理制得单糖甲苷的苄基化产物;所述单糖甲苷的的苄基化产物是单糖甲苷上所有的羟基-OH全部苄基化生成-O-Bn的产物,Bn表示苄基;所述反应液后处理方法为:反应结束后,反应液加水破坏残留的氢化钠,然后过滤、滤饼用甲苯洗涤,合并有机层,经水洗后用回流分水法脱水,然后减压蒸馏回收甲苯,剩余物冷却静置,分液除去保护氢化钠的油,制得所述单糖甲苷的苄基化产物。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述的单糖甲苷中所有的羟基数与氢化钠、氯化苄的物质的量之比为1:1~1.2:1~1.4。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述的单糖甲苷为葡萄糖甲苷或半乳糖甲苷。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于所述单糖甲苷为甲基-α-D-吡喃葡萄糖苷、甲基-α-D-吡喃半乳糖苷或甲基-β-D-吡喃葡萄糖苷。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述的反应温度为90~110℃。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述的甲苯的质量用量为单糖甲苷和氢化钠总重量的2~6倍。
7.一种单糖甲苷的水合物的一锅化苄基化方法,其特征在于所述方法为:
反应器中加入单糖甲苷的水合物和甲苯,加热升温至90~95℃,控制真空度-0.03~-0.04MP a,用回流分水器回流分水,除去结晶水,脱水完毕后,冷却至30~40℃,回流分水器改为回流冷凝装置,反应器中再依次加入氢化钠、氯化苄,升温至60~130℃的反应温度,保温至反应完全,反应结束后,反应液后处理制得单糖甲苷的苄基化产物;所述单糖甲苷的的苄基化产物是单糖甲苷上所有的羟基-OH全部苄基化生成-O-Bn的产物,Bn表示苄基;所述的单糖甲苷的水合物中所有羟基数与氢化钠、氯化苄的物质的量之比为1:1~1.2:1~1.4。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于所述的单糖甲苷为葡萄糖甲苷或半乳糖甲苷。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: 321016 Zhejiang city of Jinhua Province Li Yu No. 1958 Applicant after: Zhejiang Sugar Technology Co., Ltd. Address before: 321016 Zhejiang city of Jinhua Province Li Yu No. 1958 Applicant before: Dier Chemical Co., Ltd., Zhejiang |
|
CB02 | Change of applicant information | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |