一种氯霉素类化合物的制备方法
技术领域
本发明涉及一种氯霉素类化合物的制备方法,属于生物制药和生物化工的技术领域。
背景技术
氯霉素是由委内瑞拉链丝菌产生的抗生素,其抗菌作用机制是与核蛋白体50S亚基结合,抑制肽酰基转移酶,从而抑制蛋白质合成,其结构式如下所示:
氯霉素为广谱抗菌素,具有副作用小、药效高等优点,对大多数革兰氏阴性和阳性细菌有效,特别是对伤寒、副伤寒杆菌作用最强;对流感杆菌、百日咳杆菌、痢疾杆菌的作用亦强;对大肠杆菌、肺炎杆菌、变形杆菌、绿脓杆菌亦有抑制作用;对立克次体、沙眼衣原体也有效。
由于氯霉素的用途广泛,近年来全世界的用量正在不断地扩大。因此开发一种绿色环保,经济适用的氯霉素工业化方法受到了广大化学生物工作者的关注。目前,氯霉素的合成路线有多种,但是一般都存在生产成本高、原子经济性低、对环境不友好等缺点,具体而言,氯霉素的制备方法包括以下几种:
(1)手性拆分法;目前国内工业化生产氯霉素的方法是以对硝基苯乙酮为起始原料,通过多步化学反应,并且对消旋体进行手性拆分来制备的,其合成路线如下:
此方法的主要缺点是:通过消旋体的拆分来获得手性的氯霉素,拆分的理论收率只能达到50%,因此该方法原子经济性很低。另外,此路线使用异丙醇-异丙醇铝体系还原酮羰基,此过程产生大量难于处理的三废,对环境造成了很大的污染。
(2)手性诱导法;该方法利用手性氨基醇的手性诱导效应制备氯霉素,其合成路线如下:
此方法的主要缺点是:反应条件非常苛刻,需要使用-78℃的超低温反应,很难实现工业化生产。
(3)不对称合成法;例如,中国专利文献CN102399161A、CN102399164A等中公开的合成方法,该方法以苯甲醛为起始原料,通过不对称合成制备氯霉素,其合成路线如下:
此方法的主要缺点是:需要使用大量的价格昂贵的手性噁唑啉催化剂以及三氟甲磺酸铜,生产成本太高,不具备工业化的生产条件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中的制备氯霉素的工艺生产成本高、反应步骤长、反应条件苛刻、原子经济性低、对环境不友好的问题,进而提供一种低成本、易于制备、产率高、更为环保的制备氯霉素方法。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种氯霉素类化合物的制备方法,包括如下步骤:取氯霉素中间体置于缓冲溶液中,再向其中加入酮还原酶,反应即得所述氯霉素类化合物;
所述酮还原反应在10-50℃下反应,优选25-35℃下反应;
所述氯霉素中间体具有如下所示的结构:
所述氯霉素类化合物具有如下所示的结构:
其中,R为-COCH3或-COCHCl2。
需要说明的是,若在非选择性条件下还原可生成四种不同的化合物:
需要说明的是,所述氯霉素的结构式如下所示:
因此,当R为-COCHCl2时,本发明方法所得的氯霉素类化合物即为氯霉素。
进一步地,所述R为-COCHCl2时,所述氯霉素类化合物的合成路线为:
更进一步地,所述R为-COCH3时,所述氯霉素类化合物的制备方法还包括:将制得的氯霉素类化合物进行水解及二氯乙酰化反应,制得氯霉素。
所述水解及二氯乙酰化反应的路径为:
优选地,所述水解反应包括向制得的氯霉素类化合物溶液中滴加浓盐酸至体系pH<1,体系加热到70-75℃,水解2-3小时,制得(R,R)-苏阿糖型-1-对硝基苯基-2-氨基-1,3-丙二醇(D-氨基物)。
优选地,所述二氯乙酰化反应包括在60-65℃下,将所述(R,R)-苏阿糖型-1-对硝基苯基-2-氨基-1,3-丙二醇(D-氨基物)与二氯乙酸甲酯混合进行二氯乙酰化反应。
优选地,所述缓冲溶液pH值为6.0-10.0、浓度为0.05-0.5mol/L,更优选pH值为6.0-7.5、浓度为0.05-0.1mol/L。
需要说明的是,所述缓冲溶液包括但不限于PBS缓冲溶液,只要能够在酶催化反应时,起到保持盐平衡、调整的适宜pH的缓冲作用即可。所述PBS缓冲溶液是指磷酸盐缓冲溶液,其成分包括但不限于Na2HPO4、KH2PO4、NaCl、KCl,本领域技术人员根据实际需求可对其成分进行调整。
优选地,向所述缓冲溶液中加入所述氯霉素中间体时,还加入葡萄糖、异丙醇、草酸、乳酸中的一种;在所述混合溶液中,所述葡萄糖与所述氯霉素中间体的摩尔比为(1.1-10):1;所述异丙醇与所述氯霉素中间体的摩尔比为(2-100):1;所述草酸与所述氯霉素中间体的摩尔比为(1.1-10):1;所述乳酸与所述氯霉素中间体的摩尔比为(1.1-10):1。
优选地,向所述缓冲溶液中加入所述酮还原酶时,还加入NADP+以及可选择地加入葡萄糖脱氢酶、草酸脱氢酶、乳酸脱氢酶中的一种或多种。
需要说明的是,下文所述术语中,Ee=(R,R)/[(R,R)+(S,S)];Dr=[(R,R)+(S,S)]/[(R,S)+(S,R)]。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
(1)本发明所述的氯霉素的制备方法,从廉价的氯霉素中间体出发,利用酮还原酶(KRED)对底物进行不对称还原,在酮还原的过程中同时还实现了动态动力学拆分,最终能以高达>99%的转化率,>99%的Ee,96/4-99/1的Dr得到氯霉素,实现了光学纯的氯霉素的制备。不仅降低了原料成本,也提高了原子经济性,产率高,解决了现有技术中制备氯霉素的异构体副产物无法利用、原料成本高、产率低的问题;
(2)本发明所述的氯霉素的制备方法,仅需一步或者两步反应即可得到氯霉素,操作简单,条件温和,反应的后处理简单,易操作,产生的三废量比较少,对环境友好,解决了氯霉素其他制备方法的操作复杂、污染大等缺点,适合大规模的工业化生产。
具体实施方式
以下结合实施例,对本发明作进一步具体描述,但不局限于此。
需要说明的是,实施例1-9采用的氯霉素中间体为
实施例1-8为制备
的方法,其合成路线为:
实施例9为制备(R,R)-苏阿糖型-1-对硝基苯基-2-氨基-1,3-丙二醇(D-氨基物)
的方法,实施例10为采用实施例9中制备得到的D-氨基物制备氯霉素的方法,其合成路线为:
实施例11-17中采用的氯霉素中间体为
实施例11-17为制备所述氯霉素的方法,其合成路线为:
实施例1
本实施例中采用的氯霉素中间体结构如下所示:
取氯霉素中间体1g、葡萄糖1.25g置于100mL的三口烧瓶中,再向其中加入50mL的pH值为6.5且浓度为0.05mol/L的PBS缓冲液;将三口烧瓶放入反应锅中,设置转速850rpm,温度30℃,然后分别加入5mg NADP+、20mg葡萄糖脱氢酶(购自苏州引航生物科技有限公司,商品编号为YH1901,此处仅给出其中一种型号的产品阐述本发明的效果,市售各型号的产品之间对于实现本发明的目的来说并无差异,下同,后文不再冗述)、以及30mg酮还原酶粉(采购自苏州引航生物科技有限公司),得到混合溶液,使所述混合溶液在温度为30℃、pH值为6.5的条件下反应,HPLC监测,结果见表1。
酮还原酶编号 |
转化率 |
Ee |
Dr |
YH2004 |
72 |
98 |
71:29 |
YH2018 |
55 |
99 |
94:6 |
YH2036 |
87 |
>99 |
88:12 |
YH2041 |
92 |
96 |
90:10 |
YH2047 |
97 |
>99 |
98:2 |
YH2055 |
73 |
>99 |
95:5 |
表1
需要说明的是,所述PBS缓冲溶液还可替换为其他缓冲溶液,只要能够在酶催化反应时,起到保持盐平衡、调整的适宜pH的缓冲作用即可;
作为本实施例可替换的实现方式,所述PBS缓冲溶液的pH值可替换为6.0-10中的任意值,浓度可替换为0.05-0.5mol/L中的任意值,并不影响本发明的目的的实现。同样地,所述搅拌反应的反应温度也可替换为10-50℃中的任意值;
实施例2-17中的缓冲溶液的pH值、浓度的选择以及搅拌反应的温度条件与本实施例相同,是可在上述范围内任意选择的,下文不再赘述。
实施例2
本实施例中采用的氯霉素中间体结构如下所示:
取氯霉素中间体5g、葡萄糖6.25g置于100mL的三口烧瓶,加入50mL pH值为6.5且浓度为0.05mol/L的PBS缓冲液;将三口烧瓶放入反应锅中,设置转速850rpm、温度30℃,然后分别加入5mg NADP+、100mg葡萄糖脱氢酶、以及100mg酮还原酶粉(采购自苏州引航生物科技有限公司,商品编号为YH2047,此处仅给出其中一种型号的产品予以阐述本发明的效果,市售各型号的产品之间对于实现本发明的目的来说并无差异,下同,后文不再冗述),得到混合溶液,使所述混合溶液在温度为30℃的条件下反应,同时,用2mol/L的NaOH溶液将所述混合溶液的pH值维持在6.5左右,采用HPLC监测反应,3小时后反应结束,测得反应转化率>99%,Ee>99%,Dr 98:2。
实施例3
本实施例中采用的氯霉素中间体结构如下所示:
取氯霉素中间体5g、葡萄糖6.25g置于100mL的三口烧瓶,加入50mL pH值为6.0且浓度为0.05mol/L的PBS缓冲液;将三口烧瓶放入反应锅中,设置转速850rpm、温度30℃,然后分别加入5mg的NADP+,100mg的葡萄糖脱氢酶(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH1901)、以及100mg酮还原酶粉(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH2047),得到混合溶液,使所述混合溶液在温度为30℃的条件下反应,同时,用2mol/L的NaOH溶液将所述混合溶液的pH值维持在6.0左右,采用HPLC监测反应,4小时后反应结束,测得反应转化率>99%,Ee>99%,Dr 97:3。
实施例4
本实施例中采用的氯霉素中间体结构如下所示:
取氯霉素中间体5g、葡萄糖6.25g置于100mL的三口烧瓶,加入50mL pH值为7.0且浓度为0.05mol/L的PBS缓冲液;将三口烧瓶放入反应锅中,设置转速850rpm、温度30℃,然后分别加入5mg的NADP+,100mg的葡萄糖脱氢酶(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH1901)、以及100mg酮还原酶粉(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH2047),得到混合溶液,使所述混合溶液在温度为30℃的条件下反应,同时,用2mol/L的NaOH溶液将所述混合溶液的pH值维持在7.0左右,采用HPLC监测反应,6小时后反应结束,测得反应转化率>97%,Ee>99%,Dr 98:2。
实施例5
本实施例中采用的氯霉素中间体结构如下所示:
取氯霉素中间体5g、葡萄糖6.25g置于100mL的三口烧瓶,加入50mL的pH值为7.5且浓度为0.05mol/L的PBS缓冲液,将三口烧瓶放入反应锅中,设置转速850rpm、温度30℃,然后分别加入5mg的NADP+,100mg的葡萄糖脱氢酶(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH1901)、以及100mg酮还原酶粉(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH2047),得到混合溶液,使所述混合溶液在温度为30℃的条件下反应,同时,用2mol/L的NaOH溶液将所述混合溶液的pH值维持在7.5左右,采用HPLC监测反应,15小时后反应结束,测得反应转化率>95%,Ee>99%,Dr 96:4。
实施例6
本实施例中采用的氯霉素中间体结构如下所示:
取氯霉素中间体5g、异丙醇10mL加至装有80mL的pH值为6.5且浓度为0.1mol/L的PBS缓冲液的250mL反应器中搅拌均匀,依次加入酮还原酶粉(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH2047)100mg、以及NADP+5mg,得到混合溶液,使所述混合溶液在温度为30℃的条件下搅拌反应24h,采用HPLC监测反应,测得反应转化率>98%,Ee>99%,Dr 97:3。
实施例7
本实施例中采用的氯霉素中间体结构如下所示:
取氯霉素中间体5g、草酸2g加至装有100mL的pH值为6.5且浓度为0.1mol/L的PBS缓冲液的250mL反应器中搅拌均匀,然后依次加入NADP+5mg、酮还原酶粉(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH2047)100mg、以及草酸脱氢酶100mg(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH1805,此处仅给出其中一种型号的产品予以阐述本发明的效果,市售各型号的产品之间对于实现本发明的目的来说并无差异,下同,后文不再冗述),得到混合溶液,采用浓度为2mol/L的草酸溶液使所述混合溶液的pH值维持在6.5左右,在温度为30℃的条件下搅拌反应24h,采用HPLC监测反应,测得反应转化率95%,Ee>99%,Dr 97:3。
实施例8
本实施例中采用的氯霉素中间体结构如下所示:
取氯霉素中间体5g、乳酸2g加至装有100mL的pH值为6.5,且浓度为0.1mol/L的PBS缓冲液的250mL反应器中搅拌均匀,然后依次加入NADP+5mg、酮还原酶粉(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH2047)100mg、以及乳酸脱氢酶100mg(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH1701,此处仅给出其中一种型号的产品予以阐述本发明的效果,市售各型号的产品之间对于实现本发明的目的来说并无差异,下同,后文不再冗述),得到混合溶液,使所述混合溶液在温度为30℃的条件下搅拌反应24h,采用HPLC监测反应,测得反应转化率>98%,Ee>99%,Dr 96:4。
实施例9
本实施例中采用的氯霉素中间体结构如下所示:
本实施例中制备所述(R,R)-苏阿糖型-1-对硝基苯基-2-氨基-1,3-丙二醇(D-氨基物)的方法具体为:
取氯霉素中间体50g、葡萄糖62.5g置于1000mL的三口烧瓶,加入500mL的pH值为6.5且浓度为0.05mol/L的PBS缓冲液,再将三口烧瓶放入反应锅中,设置转速850rpm、温度30℃,然后分别加入50mg的NADP+、1g的葡萄糖脱氢酶(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH1901)、以及1g的酮还原酶粉(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH2047),得到混合溶液,采用浓度为2mol/L的NaOH溶液使所述混合溶液的pH值维持在6.5左右,反应3h,采用HPLC监测反应,测得反应转化率>99%,Ee>99%,Dr98:2。上述反应完毕后,向反应后的溶液中滴加浓盐酸至反应体系的pH值小于1,并加热到70-75℃,使其水解2-3h,并加入活性炭脱色助滤,趁热过滤,将滤液冷至5℃以下,放置1-2h;过滤析出的固体,再将固体溶于水中,加热到45℃,向其中滴加质量分数为15%的NaOH溶液,使反应体系的pH值为6.5-7.6,过滤,再用质量分数为15%的NaOH溶液调节滤液的pH值到8.4-9.3,冷却所述滤液至5℃以下,放置1h,抽滤,用少量冰水洗涤滤饼,干燥滤饼,即得(R,R)-苏阿糖型-1-对硝基苯基-2-氨基-1,3-丙二醇(D-氨基物)43.6克,收率87%,Ee>99%,Dr>99:1。
实施例10
本实施例中制备所述氯霉素的方法具体为:
取实施例9制得的(R,R)-苏阿糖型-1-对硝基苯基-2-氨基-1,3-丙二醇(D-氨基物)9g、甲醇20mL、二氯乙酸甲酯6mL,加入到100mL三颈瓶中,混合均匀,将混合溶液在60-65℃下搅拌回流反应1h,即得氯霉素。
作为本实施例的优选实施方式,在上述反应完毕后,加入活性炭0.5g,保温脱色30分钟,趁热过滤,向滤液中以每分钟约1mL的速度滴加80mL蒸馏水,在至有少量结晶析出时停止加水,稍停片刻,继续加入剩余蒸馏水,将混合溶液冷至室温,放置30min,抽滤,滤饼用少量蒸馏水洗涤,再抽干,并在105℃下干燥,即得精制的氯霉素13克,收率95%。
实施例11:
本实施例中采用的氯霉素中间体结构如下所示:
本实施例中制备所述氯霉素的方法具体为:
取所述氯霉素中间体1g、葡萄糖1.25g置于100mL的三口烧瓶,加入50mL的pH值为6.5且浓度为0.05mol/L的PBS缓冲液,再将三口烧瓶放入反应锅中,设置转速850rpm、温度30℃,然后分别加入5mg的NADP+、0.04g的葡萄糖脱氢酶(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH1901)、以及0.04g酮还原酶粉(采购自苏州引航生物科技有限公司),得到混合溶液,采用浓度为2mol/L的NaOH溶液使所述混合溶液的pH值维持在6.5左右,反应结束即得到所述氯霉素,HPLC监测,结果见表2。
表2
实施例12:
本实施例中采用的氯霉素中间体结构如下所示:
本实施例中制备所述氯霉素的方法具体为:
取氯霉素中间体10g、葡萄糖12.5g置于1000mL的三口烧瓶,加入500mL的pH值为6.5且浓度为0.05mol/L的PBS缓冲液,再将三口烧瓶放入反应锅中,设置转速850rpm、温度30℃,然后分别加入50mg的NADP+、0.4g的葡萄糖脱氢酶(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH1901)、以及0.4g酮还原酶粉(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH2069),得到混合溶液,采用浓度为2mol/L的NaOH溶液使所述混合溶液的pH值维持在6.5左右,反应3h,即得到所述氯霉素,采用HPLC监测反应,测得反应转化率>99%,Ee>99%,Dr>99:1。
实施例13:
本实施例中采用的氯霉素中间体结构如下所示:
本实施例中制备所述氯霉素的方法具体为:
取氯霉素中间体10g、异丙醇50mL置于1000mL的三口烧瓶,加入450mL的pH值为6.5且浓度为0.05mol/L的PBS缓冲液,再将三口烧瓶放入反应锅中,设置转速850rpm、温度30℃,然后分别加入50mg的NADP+,0.4g的酮还原酶粉(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH2069),得到混合溶液,采用浓度为2mol/L的NaOH溶液使所述混合溶液的pH值维持在6.5左右,反应5h,即得到所述氯霉素,采用HPLC监测反应,测得反应转化率>97%,Ee>99%,Dr 97:3。
实施例14:
本实施例中采用的氯霉素中间体结构如下所示:
本实施例中制备所述氯霉素的方法具体为:
取氯霉素中间体10g、葡萄糖12.5g置于1000mL的三口烧瓶,加入100mL的pH值为6.5且浓度为0.05mol/L的PBS缓冲液,再将三口烧瓶放入反应锅中,设置转速850rpm、温度30℃,然后分别加入10mg的NADP+,0.2g的葡萄糖脱氢酶(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH1901)、以及0.2g的酮还原酶粉(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH2069),得到混合溶液,采用浓度为2mol/L的NaOH溶液使所述混合溶液的pH值维持在6.5左右,反应10h,即得到所述氯霉素,采用HPLC监测反应,测得反应转化率>99%,Ee>99%,Dr>98:2。
实施例15:
本实施例中采用的氯霉素中间体结构如下所示:
本实施例中制备所述氯霉素的方法具体为:
取氯霉素中间体10g、葡萄糖12.5g置于1000mL的三口烧瓶,加入100mL的pH值为6.5且浓度为0.05mol/L的PBS缓冲液,再将三口烧瓶放入反应锅中,设置转速850rpm、温度45℃,然后分别加入10mg的NADP+,0.2g的葡萄糖脱氢酶(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH1901)、以及0.2g的酮还原酶粉(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH2069),得到混合溶液,采用浓度为2mol/L的NaOH溶液使所述混合溶液的pH值维持在6.5左右,反应20h,即得到所述氯霉素,采用HPLC监测反应,测得反应转化率98%,Ee>99%,Dr>97:3。
实施例16:
本实施例中采用的氯霉素中间体结构如下所示:
本实施例中制备所述氯霉素的方法具体为:
取氯霉素中间体10g、葡萄糖12.5g置于1000mL的三口烧瓶,加入100mL的pH值为9.5且浓度为0.05mol/L的PBS缓冲液,再将三口烧瓶放入反应锅中,设置转速850rpm、温度30℃,然后分别加入10mg的NADP+,0.2g的葡萄糖脱氢酶(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH1901)、以及0.2g的酮还原酶粉(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH2069),得到混合溶液,采用浓度为2mol/L的NaOH溶液使所述混合溶液的pH值维持在6.5左右,反应16h,即得到所述氯霉素,采用HPLC监测反应,测得反应转化率>97%,Ee>99%,Dr>97:3。
实施例17:
本实施例中采用的氯霉素中间体结构如下所示:
本实施例中制备所述氯霉素的方法具体为:
取所述氯霉素中间体50g、葡萄糖62.5g置于1000mL的三口烧瓶,加入500mL的pH值为6.5且浓度为0.05mol/L的PBS缓冲液,再将三口烧瓶放入反应锅中,设置转速850rpm、温度30℃,然后分别加入50mg的NADP+、1g的葡萄糖脱氢酶(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH1901)、以及1.5g的酮还原酶粉(采购自苏州引航生物科技有限公司:商品编号YH2069),得到混合溶液,采用浓度为2mol/L的NaOH溶液使所述混合溶液的pH值维持在6.5左右,反应3h,即得到所述氯霉素,采用HPLC监测反应,测得反应转化率>99%,Ee>99%,Dr>99:1。
作为本实施例的优选实施方式,在上述反应完毕后,将反应后混合溶液用二氯甲烷萃取,合并有机相,干燥,脱溶,即得到氯霉素47克,收率94%,纯度98%,Ee>99%,Dr>99:1。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举,而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。