CN107686488B

CN107686488B - 一种生物素中间体的合成方法

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Publication number: CN107686488B
Application number: CN201610644161.3A
Authority: CN
Inventors: 江红英; 皮士卿; 申向黎; 郭冬初
Original assignee: Zhejiang Medicine Co Ltd Xinchang Pharmaceutical Factory
Current assignee: Zhejiang Medicine Co Ltd Xinchang Pharmaceutical Factory
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2016-08-05
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2036-08-05
Also published as: CN107686488A

Abstract

本发明公开了一种生物素中间体的合成方法。目前的环酐单酯化物采用手性拆分剂进行非对映选择性拆分，现有的手性拆分剂存在成本高且回收套用率低的问题。本发明以环酸为初始原料，将环酸环合脱水制备环状内消旋的羧酸酐，经还原得到外消旋的d,l‑内酯，再以右旋氨基物进行拆分，使手性产品(4S,5R)‑单酰胺以沉淀的形式析出，最后经酸解制备得到生物素中间体(3aS,6aR)‑内酯。本发明以经济价廉且利于回收套用的右旋氨基物作为首选的拆分剂，反应简单，后处理方便，成本低，污染少，且所有废脚料均可通过氧化转化为初始原料环酸，真正做到绿色、环保、经济、可再生去循环套用的目的。

Description

一种生物素中间体的合成方法

技术领域

本发明属于有机合成化学领域，具体地说是一种生物素中间体(3aS,6aR)-内酯的合成方法。

背景技术

(3aS,6aR)-内酯是d-生物素合成的关键中间体。在生物素的合成工艺中，酰胺化所用的原料手性胺(1S,2S)-(+)-苏式-1-(4-硝基苯基)-2-氨基-1，3-丙二醇(简称右胺)为氯霉素合成的副产物，现氯霉素的生产受限制，间接导致右胺的供应紧张且价格高昂，车间生产中也存在该手性胺回收套用率低的问题。

对于拆分反应，国内外关于环酐单酯化物以手性拆分剂进行非对映选择性拆分的报道较多，其选用的拆分剂有伪麻黄碱、金鸡钠生物碱、(S)-N-甲基-α-苯乙胺、(S)-2-氨基-1，1-二苯基丙醇及(1S,2S)-1-(4-硝基苯基)-2-N,N-二甲氨基-3-三苯甲氧基-1-丙醇等，这些拆分剂均存在成本高且回收套用率低的问题。而所有拆分反应中，对于d,l-内酯以手性胺进行对映异构体选择性拆分工艺的研究较少，对拆分副产物的处理更是鲜有报道。

此外，Senuma在1990年以光学手性胺辛可尼丁直接拆分羟基内酯的工业研究中，还报道了以氯酸钠在弱酸性条件下氧化外消旋的羟基内酯制备环酸的工艺，其所用的氧化剂量大，收率低至87％。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的一系列问题，提供一条工艺简单、操作简便且绿色环保的合成新工艺，其以经济价廉且利于回收套用的右旋氨基物作为首选的拆分剂，成功获得质量合格的产品，也为扩大化生产提供有利的技术支持和安全保障。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种生物素中间体的合成方法，其包括如下步骤：

a)先将环酸经乙酸酐环合脱水得到内消旋的环酐；

b)将环酐用还原剂还原制备外消旋体d,l-内酯；

c)以非质子性极性溶剂为溶剂，d,l-内酯与右旋氨基物进行酰胺化反应合成单酰胺对映异构体，再利用该单酰胺对映异构体在酒精中的溶解度差异，将手性产品(4S,5R)-单酰胺以沉淀的形式析出，过滤；

d)手性产品(4S,5R)-单酰胺经酸解得到产品生物素中间体(3aS,6aR)-内酯。

本发明以1，3-二苄基咪唑-2-酮-顺-4，5-二羧酸(即环酸)为初始原料，将环酸环合脱水制备环状内消旋的羧酸酐，经还原剂还原得到外消旋体d,l-内酯，再以右旋氨基物进行拆分，使手性产品(4S,5R)-单酰胺以沉淀的形式析出，最后经酸解制备得到生物素中间体(3aS,6aR)-内酯。

上述合成方法的合成路线如下：

进一步地，上述合成方法还包括：e)将步骤c)得到的滤液处理后，碱性条件下氧化得到初始原料环酸。环酸套用至反应中再制备内酯，达到循环再生的目的。

进一步地，步骤a)所述的环合反应条件为：投料比：环酸与乙酸酐的摩尔比为1：1-3，优选1：1-1.5；反应温度：回流温度；反应时间：6-20h，优选10-12h；反应结束后，冷却搅拌析晶，过滤，滤饼烘干得环酐。

进一步地，步骤b)所述的还原反应条件为：投料比：环酐与还原剂的摩尔比为1：0.5-1.5，优选1：0.5-1.0；反应温度：10-30℃，优选20-25℃；反应时间：2-6h，优选2-3h；反应结束后，减压回收，滴加酸调pH＝1，升温回流4-6h，加甲苯萃取，水洗，回收甲苯至干得到d,l-内酯粗品，再用酒精重结晶。该d,l-内酯是外消旋体，HPLC检测其对映异构体选择比例为1：1。

所述的还原剂为含有BH₄ ^-的还原剂，包括：Zn(BH₄)₂、KBH₄/ZnCl₂、NaBH₄/ZnCl₂、及KBH₄或NaBH₄与卤化锌的其他还原体系。根据文献报道，酸酐的还原包括环断裂生成甲酰基和羧酸负离子。通过使用上述还原剂，在保证还原产物收率和光学纯度的基础上，可成功地将环酐还原成外消旋的内酯。

进一步地，步骤c)所述的酰胺化反应条件为：投料比：d,l-内酯与右旋氨基物的摩尔比为1：1-2，优选1：1.2-1.5；反应温度：60-100℃，优选75-85℃；反应时间：5-12h，优选6-8h；反应结束后，减压回收，加酒精重结晶，冷却析晶。步骤c)反应生成的单酰胺消旋物包含(4S,5R)-单酰胺和(4R,5S)-单酰胺，反应的立体选择性比例：(4S,5R)-单酰胺与(4R,5S)-单酰胺为1：1，拆分后滤液中比例为1：10，甚至更低，(4S,5R)-单酰胺以固体的形式析出，而滤液中绝大部分为(4R,5S)-单酰胺。该酰胺化反应适用于绝大多数消旋比例的d,l-内酯的拆分分离。

进一步地，步骤c)所述酰胺化反应所用的右旋氨基物优选为(1S,2S)-(+)-2-氨基-1-(4-硝基苯基)-1，3-丙二醇(简称右胺)、R(+)-a-甲基苄胺或具有相似结构的手性胺，其结构式分别为

进一步地，步骤c)中的非质子性极性溶剂优选为DMF或DMA。

进一步地，步骤d)所述的酸解反应条件为：在酸水中进行环合反应；反应温度：回流温度；反应时间：5-12h，优选为6-8h；反应结束后，加甲苯萃取，水洗，回收，加酒精重结晶。酸解酸水可加碱回调，将右旋氨基物游离并分离出来。

进一步地，步骤e)所述的氧化反应条件为：将步骤c)得到的滤液经回收后酸解得到的l-内酯采用TEMPO/ClO^-进行氧化操作，投料比：l-内酯与TEMPO和ClO^-摩尔比1：0.01-0.2：1-3，优选为1：0.01-0.02：1.2-1.5；反应温度：0-30℃，优选为0-10℃；反应时间：2-5h，优选为2-3h。本发明采用的是TEMPO/ClO^-氧化体系，优化了工艺，产品环酸不管是质量还是收率都有明显的提高。

进一步地，步骤e)的阴离子ClO^-供应体包含次氯酸钠、次氯酸钙或三氯异氰尿酸。

反应结束后，过滤除去固体杂质，滤液加稀盐酸调至强酸性，产生无色油状物沉淀在反应瓶底部，将酸水倾倒出，剩余的油状物加水搅拌析晶，抽滤，即得初始原料环酸。

本发明具有如下有益效果：以经济价廉且利于回收套用的右旋氨基物作为首选的拆分剂，反应简单，后处理方便，成本低，污染少，且所有废脚料均可通过氧化转化为初始原料环酸，真正做到绿色、环保、经济、可再生去循环套用的目的；一次制备(3aS,6aR)-内酯的收率42.7％以上，ee值98％以上，环酸回收套用率95.0％以上；氧化采用TEMPO/NaClO后，氧化收率明显提高，且产品含量也有所提高。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围，在不背离本发明精神的基础上所做的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

氮气保护下，在带有回流冷凝装置的500ml四口瓶中加入35.4g环酸(0.10mol)、300ml甲苯和14ml乙酸酐(0.15mol)，搅拌回流10h再冷却析晶，抽滤，50ml甲苯洗，烘干得32.8g白色固体环酐，收率97.6％；mp237-239℃。¹HNMR(CDCl₃)δ(ppm)7.26-7.36(m,10H),5.09(d,J＝14.8Hz,2H),4.20(s,2H),4.18(d,J＝15.2Hz,2H)；¹³CNMR(CDCl₃)δ166.16,156.69,134.68,129.05,128.88,128.41,54.30,46.28；ESI-MS 359.1010([M+Na]⁺)。

实施例2

先制备Zn(BH₄)₂：取熔融的13.6g无水ZnCl₂(0.10mol)，氮气保护下，加入150ml的无水THF，小心分批加入11.0g KBH₄(0.20mol)，升温明显，加完，25℃左右搅拌反应3h，得到白色乳浊状反应液；再取一个干燥的反应瓶，氮气保护下，加入33.6g环酐(0.10mol)和350mlTHF，室温搅拌至溶解绝大部分，缓慢滴加上述制备的Zn(BH₄)₂的THF溶液，冒泡明显，以冰水浴控制反应温度在10℃以下，滴完，自然升温，25℃以下保温2h，HPLC检测反应完全。减压回收THF，以3N HCl调pH＝1，升温回流反应4h，加50ml甲苯萃取，水洗，回收得内酯粗品，再加90％的酒精35ml重结晶，冷却析晶，抽滤，干燥得到白色晶体d,l-内酯30.6g，收率95.0％。

实施例3

氮气保护下，33.6g环酐(0.10mol)和400mlTHF加入反应瓶中，室温搅拌至溶解绝大部分，加入13.6g无水ZnCl₂(0.10mol)，搅拌0.5h,小心分批加入11.0g KBH₄(0.20mol)，以水浴控制反应温度在20℃左右，加完，自然升温，30℃保温2h，HPLC检测反应完全。减压回收THF，以3N HCl调pH＝1，升温回流反应4h，加50ml甲苯萃取，水洗，回收得内酯粗品，再加90％的酒精35ml重结晶，冷却析晶，抽滤，干燥得到白色晶体d,l-内酯29.7g，收率92.2％。

实施例4

取28.0g d,l-内酯(87.0mmol)、30ml DMF和右胺28.0g(0.132mol)加入反应瓶中，80℃保温6-8h，HPLC检测反应完全，减压回收DMF，加30ml水和50ml乙酸正丙酯，以2N HCl调pH＝5-6，分层，水洗，酸水层包含右胺的盐酸盐，去回收套用，而有机层回收，以100ml 80％的酒精重结晶，抽滤，干燥得类白或浅黄色粉末状固体(4S,5R)-单酰胺22.2g，含量98％，收率47.8％.ee值98.5％；mp 185-186℃；[α]_D＝+17.8°(C＝1.0,DMF)；¹H NMR(DMSO-d₆)δ(ppm)8.18(d,J＝8.8Hz,2H),7.84(d,J＝9.2Hz,1H),7.64(d,J＝8.8Hz,2H),7.05-7.31(m,10H),5.92(d,J＝5.2Hz,1H),5.04-5.06(m,1H),4.74(d,J＝14.8Hz,1H),4.62(d,J＝15.6Hz,1H),4.57-4.60(m,1H),4.15-4.19(m,1H),3.88(d,J＝9.6Hz,1H),3.53-3.57(m,1H),3.34-3.41(m,2H),2.95-3.04(m,2H),¹³C NMR(DMSO-d₆)δ167.80,160.84,152.11,146.88,138.43,137.39,128.93,128.73,128.41,128.01,127.79,127.71,127.38,123.44,69.48,61.03,60.55,58.18,57.11,55.88,46.18,46.03；ESI-MS 535.0618([M+H]⁺)。

实施例5

取28.0g d,l-内酯(87.0mmol)，加15ml DMF和14.0g R(+)-α-甲基苄胺(0.11mol)，搅拌升温，80℃保温6-8h，HPLC检测反应完全。减压回收DMF,加90％(V/V)的酒精溶液200ml，回流直至溶解，冷却析晶，抽滤，滤饼烘干得白色丝状固体(4S,5R)-单酰胺18.6g，收率48.3％，HPLC含量97.6％，mp 155-156℃，[α]_D＝-7.3°(C＝1.0,CHCl₃)；¹H NMR(CDCl₃)δ(ppm)7.17-7.33(m,15H),6.71(d,J＝8.0Hz,2H),5.05-5.12(m,1H),4.82(d,J＝14.8Hz,1H),4.63(d,J＝15.6Hz,1H),4.17(d,J＝15.6Hz,1H)；4.12(d,J＝15.2Hz,1H),3.98(d,J＝10.0Hz,1H),3.61-3.67(m,1H)，3.47(dd,J＝12.4,3.2Hz,1H),3.25(dd,J＝12.6,7.8Hz,1H),1.34(d,J＝6.8Hz,3H),¹³C NMR(CDCl₃)δ168.51,161.24,142.23,136.66,129.04,128.78,128.75,128.46,128.14,127.84,127.76,127.70,126.15,60.09,59.85,57.76,49.08,48.25,46.49；ESI-MS 444.2281([M+H]⁺)。

实施例6

上述(4S,5R)-单酰胺18.6g(42mmol)，以3N HCl调pH＝1，回流保温6-8h，反应完全，加50ml甲苯萃取，水洗，回收，加20ml 90％的酒精重结晶，抽滤，烘干得产品(3aS,6aR)-内酯12.9g,白色晶体，HPLC含量98％，收率95.4％，[α]_D＝+59.3°(C＝1.0,CHCl₃)，ee值98％；mp 118-119℃；¹H NMR(CDCl₃)δ(ppm)7.25-7.36(m,10H),5.09(d,J＝15.2Hz,1H),4.63(d,J＝15.2Hz,1H),4.28(dd,J＝15.2，10.4Hz,2H),4.10-4.18(m，3H),3.84(d,J＝8.0Hz,1H)；¹³C NMR(CDCl₃)δ168.19,156.69,134.57，134.68,129.06,128.82，128.71,128.22，128.00，127.78，70.18，54.30,52.36，46.90，45.22；ESI-MS 345.2091([M+Na]⁺)。

实施例7

将上述拆分反应滤液经浓缩后酸解，加甲苯萃取，水洗，回收得到19.9g浅褐色油状物为l-内酯，进行氧化操作：加2％NaOH调pH＝10，搅拌，升温溶解，再冰水浴冷却至10℃以下，加入0.1gTEMPO，滴加50g 10％NaClO，滴完，搅拌，HPLC监控反应完全，过滤，滤液以3NHCl调pH＝1，无色油状物附在瓶底，倾出酸水，加水搅拌，析出白色固体，抽滤，烘干得环酸20.8g白色固体,收率95.0％；mp 170-174℃；¹H NMR(D₂O)δ(ppm)7.23-7.34(m,10H),4.97(d,J＝15.2Hz,2H),4.12(s,2H),4.02(d,J＝15.2Hz,2H)；¹³C NMR(Acetone)δ168.86,159.74,136.61,128.63,128.27,127.56,,57.06,46.26；ESI-MS377.1122([M+Na]⁺)。

Claims

1.一种生物素中间体的合成方法，其包括如下步骤：

a)先将环酸经乙酸酐环合脱水得到内消旋的环酐；

b)将环酐用还原剂还原制备外消旋体d,l-内酯；

d)手性产品(4S,5R)-单酰胺经酸解得到产品生物素中间体(3aS,6aR)-内酯；

步骤c)所述酰胺化反应所用的右旋氨基物为(1S,2S)-(+)-2-氨基-1-(4-硝基苯基)-1，3-丙二醇或R(+)-a-甲基苄胺。

2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，上述合成方法还包括：e)将步骤c)得到的滤液处理后，碱性条件下氧化得到初始原料环酸。

3.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于，步骤a)所述的环合反应条件为：

投料比：环酸与乙酸酐的摩尔比为1：1-3；

反应温度：回流温度；

反应时间：6-20h；

反应结束后，冷却搅拌析晶，过滤，滤饼烘干得环酐。

4.根据权利要求3所述的合成方法，其特征在于，步骤a)所述的环合反应条件为：

投料比：环酸与乙酸酐的摩尔比为1：1-1.5；

反应时间：10-12h。

5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤b)所述的还原反应条件为：

投料比：环酐与还原剂的摩尔比为1：0.5-1.5；

反应温度：10-30℃；

反应时间：2-6h；

反应结束后，减压回收，滴加酸调pH＝1，升温回流4-6h，加甲苯萃取，水洗，回收甲苯至干得到d,l-内酯粗品，再用酒精重结晶。

6.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，步骤b)所述的还原反应条件为：

投料比：环酐与还原剂的摩尔比为1：0.5-1.0；

反应温度：20-25℃；

反应时间：2-3h。

7.根据权利要求5或6所述的合成方法，其特征在于，所述的还原剂为含有BH₄ ^-的还原剂。

8.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于，步骤c)所述的酰胺化反应条件为：

投料比：d,l-内酯与右旋氨基物的摩尔比为1：1-2；

反应温度：60-100℃；

反应时间：5-12h；

反应结束后，减压回收，加酒精重结晶，冷却析晶。

9.根据权利要求8所述的合成方法，其特征在于，步骤c)所述的酰胺化反应条件为：

投料比：d,l-内酯与右旋氨基物的摩尔比为1：1.2-1.5；

反应温度：75-85℃；

反应时间：6-8h。

10.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于，步骤c)中的非质子性极性溶剂为DMF或DMA。

11.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于，步骤d)所述的酸解反应条件为：

在酸水中进行环合反应；

反应温度：回流温度；

反应时间：5-12h；

反应结束后，加甲苯萃取，水洗，回收，加酒精重结晶。

12.根据权利要求11所述的合成方法，其特征在于，步骤d)所述的酸解反应时间为6-8h。

13.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，步骤e)所述的氧化反应条件为：

将步骤c)得到的滤液经回收后酸解得到的l-内酯采用TEMPO/ClO^-进行氧化操作，

投料比：l-内酯与TEMPO和ClO^-摩尔比1：0.01-0.2：1-3；

反应温度：0-30℃；

反应时间：2-5h；

14.根据权利要求13所述的合成方法，其特征在于，步骤e)所述的氧化反应条件为：

投料比：l-内酯与TEMPO和ClO^-摩尔比1：0.01-0.02：1.2-1.5；

反应温度：0-10℃；

反应时间：2-3h。

15.根据权利要求14所述的合成方法，其特征在于，步骤e)的阴离子ClO^-供应体包含次氯酸钠、次氯酸钙或三氯异氰尿酸。