CN105461734A

CN105461734A - 一种d-生物素的制备方法

Info

Publication number: CN105461734A
Application number: CN201410456133.XA
Authority: CN
Inventors: 何益民; 皮士卿; 顾立新; 丁文珍; 魏昂锋; 潘亚金
Original assignee: Zhejiang Medicine Co Ltd Xinchang Pharmaceutical Factory
Current assignee: Zhejiang Medicine Co Ltd Xinchang Pharmaceutical Factory
Priority date: 2014-09-09
Filing date: 2014-09-09
Publication date: 2016-04-06

Abstract

本发明公开了一种d-生物素的制备方法。目前用丙二酸二酯作原料的合成方法，在最后得到的生物素中会伴随杂质的产生。本发明的特征在于用甲烷三羧酸三烷基酯与(3aR,8aS,8bS)-1,3-二苄基-2-氧代-十氢咪唑〔3,4-d〕噻吩并〔1,2-a〕锍鎓溴化物在催化剂二甲基亚砜及无机碱存在下，在甲苯溶剂中进行缩合反应，得到(3aS,4S,6aR)-1,3-二苄基-4-(ω,ω,ω-三烷氧羰基丁基)-四氢-1H-噻吩并〔3,4-d〕咪唑-2,4(1H)-酮，该中间体再经后处理得到d-生物素。本发明避免了杂质的产生，且生物素的质量在现有基础上得到了很大的提高，避免了副反应的发生。

Description

一种d-生物素的制备方法

技术领域

本发明涉及生物素制备领域，尤其是一种d‐生物素的制备方法。

背景技术

d‐生物素又名维生素H，主要应用于医药卫生、营养强化剂、饲料添加剂、化妆保健品以及饮料等方面。d‐生物素的分子结构式如下所示：

自11949年瑞士Roche公司首次实现工业化合成d‐生物素后，国外对其合成法继续进行了大量的研究，迄今为止，已有多条全合成路线报道。但以硫内酯为关键中间体的Sternbach路线仍是公认的最具工业化意义的合成路线。

Sternbach路线是以具有光学活性的硫内酯2为起始原料，经过多步反应得到关键中间体(3aR,8aS,8bS)-1,3-二苄基-2-氧代-十氢咪唑〔3,4-d〕噻吩并〔1,2-a〕锍鎓溴化物3，在碱存在下，溴化物3与丙二酸二乙酯反应得到中间体4，进一步用氢溴酸处理(包括酯水解、脱羧、脱苄这几个步骤)，最后关环得到生物素1，合成路线如下：

其中，在溴化物3与丙二酸二酯的缩合过程中，由于丙二酸二酯上含有两个活泼氢，当其与溴化物3反应后形成的中间体4在碱作用下会进一步与溴化物3反应得到杂质5，杂质5随同正常中间体4进一步水解、脱羧、脱苄、关环，在最后得到的生物素1中会伴随杂质6的产生。尽管可以通过增加丙二酸二酯的比例来减少此杂质的产生，以及通过重结晶的方法可以减少产品中杂质的含量，但无法从根本上在最终产品生物素中完全消失，用丙二酸二酯会产生此杂质是此工艺的缺陷。杂质的产生机理和化学反应方程式如下：

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有合成路线中存在的缺陷，提供一种d-生物素的制备方法，其采用从化学机理上来改进生物素的制备方法，从而避免杂质的产生。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种d-生物素的制备方法，其特征在于，用甲烷三羧酸三烷基酯与(3aR,8aS,8bS)-1,3-二苄基-2-氧代-十氢咪唑〔3,4-d〕噻吩并〔1,2-a〕锍鎓溴化物在催化剂二甲基亚砜和无机碱存在下，在甲苯溶剂中进行缩合反应，得到中间体(3aS,4S,6aR)-1,3-二苄基-4-(ω,ω,ω-三烷氧羰基丁基)-四氢-1H-噻吩并〔3,4-d〕咪唑-2,4(1H)-酮，该中间体再经后处理方法得到d-生物素；所述的催化剂二甲基亚砜用量为甲苯溶剂用量的5-10％。

后处理方法采用现有技术，其主要为：在氢溴酸中加热使得三羧酸酯水解成三羧酸化合物，三羧酸化合物在酸和加热状态下不稳定脱羧分解成只含有一个羧基的双苄基生物素，双苄基生物素在氢溴酸存在下加热脱除苄基，生成生物素，在脱苄过程中有部分生物素的五元环开环，需要最后经过关环步骤完全转化得到d‐生物素。

本发明采用甲烷三羧酸酯替代丙二酸二酯，由于甲烷三羧酸酯结构中次甲基上只含有一个活泼氢，当在催化剂作用下与中间体溴化物产生取代反应时，只能产生一种产物7，不可能产生杂质5，最后得到的生物素1中不会伴随杂质6的产生，从而使生物素的质量在原有基础上得到很大提高，同时由于避免了副反应的产生，使中间体溴化物的利用效率也同步得到提高。本发明的具体反应式如下：

本发明的方法，是用甲烷三羧酸三烷基酯替代丙二酸二酯进行反应，与现有的丙二酸二酯路线比较，本发明的方法有两个最大的不同：其一是得到的产物中不含有上述所说的杂质5和杂质6产生；其二是两者的反应条件相差很大，具体描述如下：在实际操作中，在溶剂甲苯中丙二酸二酯与碱先形成负离子，形成的烷基负离子进一步与溴化物进行取代反应得到关键中间体4。而当将丙二酸二酯改用甲烷三羧酸三烷基酯时，没有任何反应发生，发明人惊奇的发现当加入一定量催化剂二甲基亚砜(DMSO)后，反应顺利发生，并得到关键中间体7，这是本发明与现有丙二酸二酯路线的另一个不同之处。

二甲基亚砜(DMSO)具有的作用：1.可以和无机碱氢化钠或氢化钾反应得到DMSO钠盐或钾盐，进而顺利夺取甲烷三羧酸三烷基酯上的次甲基氢，促进缩合反应，2.改变溶媒极性，可以增大锍鎓盐在反应溶剂中的溶解度。

实验表明，催化剂DMSO的用量低于甲苯用量的5％，反应也不能进行，催化剂超过10％，虽然反应能够进行，但会增加后处理的困难，同时也导致收率明显下降。如果增加DMSO的用量超过10％，反应结束后回收溶剂的过程比较困难，由于DMSO的高沸点以及产物为固体，使得DMSO的回收率不高，在后续处理过程中与反应产生的无机盐一起溶解在废水中，导致经济型差、废水环保处理难度增加。所以催化剂的用量优选为甲苯溶剂用量的5～10％。

在本发明中，原料甲烷三羧酸三烷基酯的化学结构式为CH(COOR)₃，其中R优选为含1～5个碳原子的烷基，且三个羧酸基上的R为相同或不同的烷基；所述的R最优选为甲基或乙基。

上述的制备方法，所述的无机碱优选为氢化钠或氢化钾。如果用到其它的有机碱例如甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钠、甲醇钾、乙醇钾或叔丁醇钾，反应收率很低，不具备工业化意义。

本发明的方法中，该制备方法的具体步骤依次如下：1)氢化钠或氢化钾悬浮于甲苯中，常温下滴加催化剂二甲基亚砜，得混合物；2)将甲烷三羧酸三烷基酯的甲苯溶液滴加到上述混合物中，反应生成甲烷三羧酸三烷基酯钠或甲烷三羧酸三烷基酯钾；3)将(3aR,8aS,8bS)-1,3-二苄基-2-氧代-十氢咪唑〔3,4-d〕噻吩并〔1,2-a〕锍鎓溴化物以固体形式加入到步骤2)得到的产物中，加热到80-110℃反应，取样检测反应完全后停止；4)后处理：水洗分层，回收甲苯，加氢溴酸水解成羧酸、脱羧同时脱苄，最后经关环和精制得到d-生物素。

本发明同现有方法比较，具有以下优点：避免了杂质6的产生，生物素的质量在原有基础上得到了很大的提高；避免了副反应的发生，中间体溴化物3的利用效率也同步得到了较大的提高。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但实施例中给出的参数并不限制本发明。

比较实施例(现有方法)

A、(3aS,4S,6aR)-1,3-二苄基-4-(ω,ω-二乙氧羰基丁基)-四氢-1H-噻吩并〔3,4-d〕咪唑-2,4(1H)-酮(中间体4)的合成

在带回流冷凝器，滴液管，搅拌浆，温度计的干燥氮气保护500ml四口烧瓶中，加入甲苯300mL，60％的氢化钠6.0g(0.15mol)，控制内温80℃以下滴加丙二酸二乙酯48g(0.3mol)，滴加完毕继续保温2h，冷却至常温，加入溴锍鎓盐33.3g(0.075mol)，升温，控制80℃保温反应15h，冷却至常温，用5％的硫酸调节PH＝3左右，分出有机层，水层用甲苯100mL分二次萃取，合并有机层，用5％的碳酸氢钠水溶液40mL洗涤有机层二次，无水硫酸钠干燥油层，过滤，减压回收得淡黄色液体，目标产物双酯双苄生物素37g(理论值的94.1％)，HPLC测定其含量为94.5％，含有杂质5(简称双羧酸酯)3.5％。

B、d‐生物素的合成

在2000mL三口烧瓶中，投入上述双酯双苄生物素37g，48％氢溴酸800g，搅拌，在125-126℃回流保温8h，用薄层法跟踪反应直至完全(展开剂为：甲苯—冰乙酸—甲醇＝10：10：3(v/v/v))，真空回收氢溴酸，剩余物用10％氢氧化钠调PH至8～9，冷却至20℃以下。称固体光气(BTC)16g，用甲苯150mL溶解后，慢慢滴加至上述溶液中，并在滴加过程中一直用碱控制水层PH在8～9，滴毕，搅拌一小时，分去有机层，水层用10％盐酸调PH至弱酸性，析出生物素粗品，将粗品用水重结晶并干燥得到纯品生物素13.5g，HPLC测定其含量为96.5％，含有杂质6(简称双羧酸)1.2％。

实施例1

A、(3aS,4S,6aR)-1,3-二苄基-4-(ω,ω,ω-三乙氧羰基丁基)-四氢-1H-噻吩并〔3,4-d〕咪唑-2,4(1H)-酮(中间体7)的合成

在带回流冷凝器，滴液管，搅拌浆，温度计的干燥氮气保护500ml四口烧瓶中，加入甲苯300mL，60％的氢化钠3.3g(0.0825mol)，滴加催化剂15mL，控制内温80℃以下滴加甲烷三羧酸三乙酯19.3g(0.083mol)，滴加完毕继续保温2h，冷却至常温，加入溴锍鎓盐33.3g(0.075mol)，升温，控制80℃保温反应15h，冷却至常温，用5％的硫酸调节PH＝3左右，分出有机层，水层用甲苯100mL分二次萃取，合并有机层，用5％的碳酸氢钠水溶液40mL洗涤有机层二次，无水硫酸钠干燥油层，过滤，减压回收得淡黄色液体，目标产物三酯双苄生物素42.5g(理论值的95.5％)，HPLC测定其含量为97.8％，无杂质5产生。

B、d‐生物素的合成

在2000mL三口烧瓶中，投入上述42.5g三酯双苄生物素7，48％氢溴酸800g，搅拌，在125—126℃回流保温8h，用薄层法跟踪反应直至完全(展开剂为：甲苯—冰乙酸—甲醇＝10：10：3(v/v/v))，真空回收氢溴酸，剩余物用10％氢氧化钠调PH至8～9，冷却至20℃以下。称固体光气(BTC)16g，用甲苯150mL溶解后，慢慢滴加至上述溶液中，并在滴加过程中一直用碱控制水层PH在8～9，滴毕，搅拌一小时，分去有机层，水层用10％盐酸调PH至弱酸性，析出粗品生物素，过滤，进一步用水重结晶得到纯品生物素13.8g，HPLC测定其含量为98.8％，没有杂质6存在于产物中。

实施例2

在带回流冷凝器，滴液管，搅拌浆，温度计的干燥氮气保护500ml四口烧瓶中，加入甲苯300mL，60％的氢化钠3.3g(0.0825mol)，滴加催化剂20mL，控制内温80℃以下滴加甲烷三羧酸三乙酯19.3g(0.083mol)，滴加完毕继续保温2h，冷却至常温，加入溴锍鎓盐33.3g(0.075mol)，升温，控制80℃保温反应15h，冷却至常温，用5％的硫酸调节PH＝3左右，分出有机层，水层用甲苯100mL分二次萃取，合并有机层，用5％的碳酸氢钠水溶液40mL洗涤有机层二次，无水硫酸钠干燥油层，过滤，减压回收得淡黄色液体，目标产物三酯双苄生物素42.5g(理论值的95.5％)，HPLC测定其含量为98.0％，无杂质5产生。

B、d‐生物素的合成

在2000mL三口烧瓶中，投入上述42.5g三酯双苄生物素7，48％氢溴酸800g，搅拌，在125—126℃回流保温8h，用薄层法跟踪反应直至完全(展开剂为：甲苯—冰乙酸—甲醇＝10：10：3(v/v/v))，真空回收氢溴酸，剩余物用10％氢氧化钠调PH至8～9，冷却至20℃以下。称固体光气(BTC)16g，用甲苯150mL溶解后，慢慢滴加至上述溶液中，并在滴加过程中一直用碱控制水层PH在8～9，滴毕，搅拌一小时，分去有机层，水层用10％盐酸调PH至弱酸性，析出粗品生物素，过滤，进一步用水重结晶得到纯品生物素13.9g，HPLC测定其含量为98.7％，没有杂质6存在于产物中。

实施例3

在带回流冷凝器，滴液管，搅拌浆，温度计的干燥氮气保护500ml四口烧瓶中，加入甲苯300mL，60％的氢化钠3.3g(0.0825mol)，滴加催化剂30mL，控制内温80℃以下滴加甲烷三羧酸三乙酯19.3g(0.083mol)，滴加完毕继续保温2h，冷却至常温，加入溴锍鎓盐33.3g(0.075mol)，升温，控制80℃保温反应15h，冷却至常温，用5％的硫酸调节PH＝3左右，分出有机层，水层用甲苯100mL分二次萃取，合并有机层，用5％的碳酸氢钠水溶液40mL洗涤有机层二次，无水硫酸钠干燥油层，过滤，减压回收得淡黄色液体，目标产物三酯双苄生物素42.6g(理论值的95.3％)，HPLC测定其含量为97.6％，无杂质5产生。

B、d‐生物素的合成

在2000mL三口烧瓶中，投入上述42.5g三酯双苄生物素7，48％氢溴酸800g，搅拌，在125—126℃回流保温8h，用薄层法跟踪反应直至完全(展开剂为：甲苯—冰乙酸—甲醇＝10：10：3(v/v/v))，真空回收氢溴酸，剩余物用10％氢氧化钠调PH至8～9，冷却至20℃以下。称固体光气(BTC)16g，用甲苯150mL溶解后，慢慢滴加至上述溶液中，并在滴加过程中一直用碱控制水层PH在8～9，滴毕，搅拌一小时，分去有机层，水层用10％盐酸调PH至弱酸性，析出粗品生物素，过滤，进一步用水重结晶得到纯品生物素13.8g，HPLC测定其含量为98.7％，没有杂质6存在于产物中。

实施例4

A、(3aS,4S,6aR)-1,3-二苄基-4-(ω,ω,ω-三甲氧羰基丁基)-四氢-1H-噻吩并〔3,4-d〕咪唑-2,4(1H)-酮(中间体7)的合成

在带回流冷凝器，滴液管，搅拌浆，温度计的干燥氮气保护500ml四口烧瓶中，加入甲苯300mL，60％的氢化钠3.3g(0.0825mol)，滴加催化剂20mL，控制内温80℃以下滴加甲烷三羧酸三甲酯15.8g(0.083mol)，滴加完毕继续保温2h，冷却至常温，加入溴锍鎓盐33.3g(0.075mol)，升温，控制80℃保温反应15h，冷却至常温，用5％的硫酸调节PH＝3左右，分出有机层，水层用甲苯100mL分二次萃取，合并有机层，用5％的碳酸氢钠水溶液40mL洗涤有机层二次，无水硫酸钠干燥有机层，过滤，减压回收得淡黄色液体，目标产物三酯双苄生物素40.2g(理论值的95.3％)，HPLC测定其含量为98.0％，无杂质5产生。

B、d‐生物素的合成

在2000mL三口烧瓶中，投入上述40.2g三酯双苄生物素7，48％氢溴酸800g，搅拌，在125—126℃回流保温8h，用薄层法跟踪反应直至完全(展开剂为：甲苯—冰乙酸—甲醇＝10：10：3(v/v/v))，真空回收氢溴酸，剩余物用10％氢氧化钠调PH至8～9，冷却至20℃以下。称固体光气(BTC)16g，用甲苯150mL溶解后，慢慢滴加至上述溶液中，并在滴加过程中一直用碱控制水层PH在8～9，滴毕，搅拌一小时，分去有机层，水层用10％盐酸调PH至弱酸性，析出粗品生物素，过滤，进一步用水重结晶得到纯品生物素13.9g，HPLC测定其含量为98.6％，没有杂质6存在于产物中。

实施例5

在带回流冷凝器，滴液管，搅拌浆，温度计的干燥氮气保护500ml四口烧瓶中，加入甲苯300mL，40％的氢化钾8.3g(0.0825mol)，滴加催化剂20mL，控制内温80℃以下滴加甲烷三羧酸三乙酯19.3g(0.083mol)，滴加完毕继续保温2h，冷却至常温，加入溴锍鎓盐33.3g(0.075mol)，升温，控制80℃保温反应15h，冷却至常温，用5％的硫酸调节PH＝3左右，分出有机层，水层用甲苯100mL分二次萃取，合并有机层，用5％的碳酸氢钠水溶液40mL洗涤有机层二次，无水硫酸钠干燥油层，过滤，减压回收得淡黄色液体，目标产物三酯双苄生物素43.0g(理论值的97.0％)，HPLC测定其含量为97.8％，无杂质5产生。

B、d‐生物素的合成

在2000mL三口烧瓶中，投入上述43.0g三酯双苄生物素7，48％氢溴酸800g，搅拌，在125-126℃回流保温8h，用薄层法跟踪反应直至完全(展开剂为：甲苯—冰乙酸—甲醇＝10：10：3(v/v/v))，真空回收氢溴酸，剩余物用10％调PH至8～9，冷却至20℃以下。称固体光气(BTC)16g，用甲苯150mL溶解后，慢慢滴加至上述溶液中，并在滴加过程中一直用碱控制水层PH在8～9，滴毕，搅拌一小时，分去有机层，水层用10％盐酸调PH至弱酸性，析出粗品生物素，过滤，进一步用水重结晶得到纯品生物素14.0g，HPLC测定其含量为98.7％，没有杂质6存在于产物中。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术方案作凭任何形式上的限制，凡是依据本发明的实质内容对以上实施所作的任何简单修改，等同变化与修饰，均落入要发明的保护范围内。

Claims

1.一种d-生物素的制备方法，其特征在于，用甲烷三羧酸三烷基酯与(3aR,8aS,8bS)-1,3-二苄基-2-氧代-十氢咪唑〔3,4-d〕噻吩并〔1,2-a〕锍鎓溴化物在催化剂二甲基亚砜和无机碱存在下，在甲苯溶剂中进行缩合反应，得到中间体(3aS,4S,6aR)-1,3-二苄基-4-(ω,ω,ω-三烷氧羰基丁基)-四氢-1H-噻吩并〔3,4-d〕咪唑-2,4(1H)-酮，该中间体再经后处理方法得到d-生物素；

所述的催化剂二甲基亚砜用量为甲苯溶剂用量的5-10％。

2.根据权利要求1所述的d-生物素的制备方法，其特征在于，原料甲烷三羧酸三烷基酯的化学结构式为CH(COOR)₃，其中R为含1～5个碳原子的烷基，且三个羧酸基上的R为相同或不同的烷基。

3.根据权利要求2所述的d-生物素的制备方法，其特征在于，原料甲烷三羧酸三烷基酯结构式中的R为甲基。

4.根据权利要求2所述的d-生物素的制备方法，其特征在于，原料甲烷三羧酸三烷基酯结构式中的R为乙基。

5.根据权利要求2所述的改进制备方法，其特征在于，所述的无机碱为氢化钠或氢化钾。

6.根据权利要求5所述的d-生物素的制备方法，其特征在于，该制备方法的具体步骤依次如下：1)氢化钠或氢化钾悬浮于甲苯中，常温下滴加催化剂二甲基亚砜，得混合物；2)将甲烷三羧酸三烷基酯的甲苯溶液滴加到上述混合物中，反应生成甲烷三羧酸三烷基酯钠或甲烷三羧酸三烷基酯钾；3)将(3aR,8aS,8bS)-1,3-二苄基-2-氧代-十氢咪唑〔3,4-d〕噻吩并〔1,2-a〕锍鎓溴化物以固体形式加入到步骤2)得到的产物中，加热到80-110℃反应，取样检测反应完全后停止；4)后处理：水洗分层，回收甲苯，加氢溴酸水解成羧酸、脱羧同时脱苄，最后经关环和精制得到d-生物素。