CN109096128A - 一种氨基聚乙二醇丙酸的制备方法 - Google Patents

一种氨基聚乙二醇丙酸的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及有机合成领域,具体涉及一种氨基聚乙二醇丙酸的制备方法。该制备方法包括:1)将如式I‑2所示的双苄基氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯进行催化氢化反应得到如式I‑3所示的氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯;2)如式I‑3所示的氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯在酸性条件下水解,得到如式I所示的氨基聚乙二醇丙酸。本发明解决了现有技术收率低、危险性高和难以放大生产的缺点。本发明的制备方法,反应条件温和,操作简单,中间体不需提纯即可直接进行下一步反应,总收率高达87‑92%,终产品纯度高达97‑99.5%,为氨基聚乙二醇丙酸的制备提供了一条安全高效的合成路线。

Description

一种氨基聚乙二醇丙酸的制备方法
技术领域
本发明涉及有机合成领域,具体涉及一种氨基聚乙二醇丙酸的制备方法。
背景技术
聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)是由环氧乙烷开环聚合而成,其分子式中氧元素与碳元素的比例高达1:2。这种独特的结构赋予其极好的水溶性和生物相容性。将聚乙二醇偶联到多肽或蛋白药物表面,可以增加药物的水溶性,延长药物半衰期,降低药物免疫原性,并且聚乙二醇毒性低,可由肾脏排出,不会在体内累积。为方便聚乙二醇与药物偶联,需提前将聚乙二醇进行修饰。氨基聚乙二醇丙酸就是这样一种修饰性聚乙二醇试剂,带有氨基和羧基双官能团,具备天然氨基酸类似的化学反应性能,可以很方便的与多肽或蛋白药物相偶联。
氨基聚乙二醇丙酸现有合成技术如PCT专利申请WO2016059622,如文献Journalof Chemical Research,2016,40,368-370,都是以聚乙二醇为起始原料,与丙烯酸叔丁酯进行缩合引入丙酸片段,羟基用甲磺酰基或对甲苯磺酰基保护,再与叠氮化钠反应,得到叠氮聚乙二醇丙酸叔丁酯,接着用兰尼镍还原叠氮基,最后在酸性条件下水解叔丁酯,得到目标化合物氨基聚乙二醇丙酸。由于兰尼镍遇空气容易燃烧且叠氮化钠具有爆炸风险,该方法不利于放大生产。为了避免上述风险,现有技术如专利申请CN107235848A采用氢氧化铵为氨化试剂,20℃~50℃下,反应24-48h,得到氨基聚乙二醇叔丁酯,水解后得到目标化合物氨基聚乙二醇丙酸,收率为32%-86%。该方法以氢氧化铵作为氨化试剂,反应生成的高一级胺的反应活性比原来的胺要高,故该步氨化反应往往得到一级、二级、三级和季铵盐的混合物,产物分离提纯困难,不利于工业化放大生产。
现有技术的工艺路线如下:
发明内容
为了解决现有技术中的问题,本发明提供一种安全性好、收率高、纯度高、易于工业化放大生产的氨基聚乙二醇丙酸的制备方法。
在一方面,本发明提供一种如式I所示的氨基聚乙二醇丙酸的制备方法,其中n选自1-10的整数,包括以下步骤:
1)将如式I-2所示的双苄基氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯进行催化氢化反应得到如式I-3所示的氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯;
2)如式I-3所示的氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯在酸性条件下水解,得到如式I所示的氨基聚乙二醇丙酸。
在本发明的一个实施方案中,优选的,n选自1、2或3。
在本发明的一个实施方案中,其中步骤1)催化氢化反应的催化剂为6%的钯碳,催化剂用量为式I-2化合物重量的3%~10%。
在本发明的一个实施方案中,其中步骤1)中的反应温度为10℃~80℃。
在本发明的一个实施方案中,其中步骤2)中所述酸选自盐酸、硫酸、乙酸或三氟乙酸。
在另一方面,本发明提供一种如式I-2所示的双苄基氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯的制备方法,其中n选自1-10的整数,包括:在碱和催化剂存在的条件下,将如式I-1所示的双苄基氨基聚乙二醇与丙烯酸叔丁酯反应,得到如式I-2所示的双苄基氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯。
在本发明的一个实施方案中,优选的,n选自1、2或3。
在本发明的一个实施方案中,其中如式I-1所示的双苄基氨基聚乙二醇与丙烯酸叔丁酯的摩尔比为1:1~5。
在本发明的一个实施方案中,其中所述碱选自碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾或氢氧化钠。
在本发明的一个实施方案中,其中所述催化剂选自四丁基氟化铵、四丁基溴化铵、苄基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵。
在又一方面,本发明提供一种如式I-1所示的双苄基氨基聚乙二醇的制备方法,其中n选自1-10的整数,包括:在碱性条件下,由双苄基氯乙胺盐酸盐与聚乙二醇反应得到。
在本发明的一个实施方案中,优选的,n选自1、2或3。
在本发明的一个实施方案中,其中所述碱选自叔丁醇钾、叔丁醇钠、氢化钾或氢化钠。
在本发明的一个实施方案中,其中反应温度为-20℃~80℃。
进一步地,本发明提供一种如式I所示的氨基聚乙二醇丙酸的制备方法,其中n选自1-10的整数,包括以下步骤:
1)在碱和催化剂存在的条件下,将如式I-1所示的双苄基氨基聚乙二醇与丙烯酸叔丁酯反应得到如式I-2所示的双苄基氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯;
2)将如式I-2所示的双苄基氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯进行催化氢化反应得到如式I-3所示的氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯;
3)如式I-3所示的氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯在酸性条件下水解,得到如式I所示的氨基聚乙二醇丙酸。
在本发明的一个实施方案中,优选的,n选自1、2或3。
在本发明的一个实施方案中,其中步骤1)中如式I-1所示的双苄基氨基聚乙二醇与丙烯酸叔丁酯的摩尔比为1:1~5。
在本发明的一个实施方案中,其中步骤1)中所述碱选自碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾或氢氧化钠。
在本发明的一个实施方案中,其中步骤1)中所述催化剂选自四丁基氟化铵、四丁基溴化铵、苄基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵。
在本发明的一个实施方案中,其中步骤2)催化氢化反应的催化剂为6%的钯碳,催化剂用量为式I-2化合物的3%~10%。
在本发明的一个实施方案中,其中步骤2)中的反应温度为10℃~80℃。
在本发明的一个实施方案中,其中步骤3)中所述酸选自盐酸、硫酸、乙酸或三氟乙酸。
在又一方面,本发明提供一种如式I-1所示的双苄基氨基聚乙二醇的制备方法,其中n选自1-10的整数,包括:在碱性条件下,由双苄基氯乙胺盐酸盐与聚乙二醇反应得到。
在本发明的一个实施方案中,优选的,n选自1、2或3。
在本发明的一个实施方案中,其中所用的碱选自叔丁醇钾、叔丁醇钠、氢化钾或氢化钠。
在本发明的一个实施方案中,其中反应温度为-20℃~80℃。
更进一步地,本发明提供一种如式I所示的氨基聚乙二醇丙酸的制备方法,其中n选自1-10的整数,包括以下步骤:
1)在碱性条件下,由双苄基氯乙胺盐酸盐与聚乙二醇反应得到如式I-1所示的双苄基氨基聚乙二醇;
2)在碱和催化剂存在的条件下,将如式I-1所示的双苄基氨基聚乙二醇与丙烯酸叔丁酯反应得到如式I-2所示的双苄基氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯;
3)将如式I-2所示的双苄基氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯进行催化氢化反应得到如式I-3所示的氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯;
4)如式I-3所示的氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯在酸性条件下水解,得到如式I所示的氨基聚乙二醇丙酸。
在本发明的一个实施方案中,优选的,n选自1、2或3。
在本发明的一个实施方案中,其中步骤1)所用的碱选自叔丁醇钾、叔丁醇钠、氢化钾或氢化钠。
在本发明的一个实施方案中,其中步骤1)反应温度为-20℃~80℃。
在本发明的一个实施方案中,其中步骤2)中如式I-1所示的双苄基氨基聚乙二醇与丙烯酸叔丁酯的摩尔比为1:1~5。
在本发明的一个实施方案中,其中步骤2)中所述碱选自碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾或氢氧化钠。
在本发明的一个实施方案中,其中步骤2)中所述催化剂选自四丁基氟化铵、四丁基溴化铵、苄基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵。
在本发明的一个实施方案中,其中步骤3)催化氢化反应的催化剂为6%的钯碳,催化剂用量为式I-2化合物重量的3%~10%。
在本发明的一个实施方案中,其中步骤3)中的反应温度为10℃~80℃。
在本发明的一个实施方案中,其中步骤4)中所述酸选自盐酸、硫酸、乙酸或三氟乙酸。
本发明进一步提供如式I-1所示的化合物,其中n选自1-10的整数;优选地,n选自1、2或3。
本发明进一步提供如式I-2所示的化合物,其中n选自1-10的整数;优选地,n选自1、2或3。
本发明进一步提供如式I-3所示的化合物,其中n选自1-10的整数;优选地,n选自1、2或3。
本发明又一步提供如式I-1所示的化合物在制备如式I所示的氨基聚乙二醇丙酸中的用途,其中n选自1-10的整数;优选地,n选自1、2或3。
本发明又一步提供如式I-2所示的化合物在制备如式I所示的氨基聚乙二醇丙酸中的用途,其中n选自1-10的整数;优选地,n选自1、2或3。
本发明又一步提供如式I-3所示的化合物在制备如式I所示的氨基聚乙二醇丙酸中的用途,其中n选自1-10的整数;优选地,n选自1、2或3。
本发明所述双苄基氯乙胺盐酸盐可通过下述反应进行制备:
即,在碱性条件(例如碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾或氢氧化钠)下,乙醇胺与苄溴在-10~80℃的温度下反应得到双苄基乙醇胺,随后双苄基乙醇胺与氯化亚砜在-20~60℃的温度下反应得到。
本发明的有益效果
本发明解决了现有技术收率低、危险性高和难以放大生产的缺点。本发明的制备方法,反应条件温和,操作简单,中间体不需提纯即可直接进行下一步反应,总收率高达87-92%,终产品纯度高达97-99.5%,为氨基聚乙二醇丙酸的制备提供了一条安全高效的合成路线。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的一些方面进行详细描述,应该理解,所述描述仅是例示性的,并不构成本发明的保护范围的限制。除非另有说明,下文描述的实施例的试剂均为市售产品。
实施例1:氨基三乙二醇丙酸的制备
在20升的玻璃反应釜中依次加入500g乙醇胺,10L乙腈和2200g碳酸钾。反应液冷却至-10℃,向反应液中滴加2800g苄溴,滴加时间为5h。加料完毕,反应液升温至50℃,继续反应3.0h,HPLC检测显示原料已反应完全。反应液过滤,乙酸乙酯洗涤滤饼,滤液浓缩后得到1920g淡黄色固体。
在20升的玻璃反应釜中加入上步得到的1920g淡黄色油状液体和10L二氯甲烷,反应液冷却至-10℃,向反应液中滴加1060g氯化亚砜,滴加时间为3h。加料完毕,反应液升温至40℃,继续反应5.0h,HPLC检测显示原料已反应完全。室温下,向反应液中加入5L乙酸乙酯,反应液中析出大量固体,过滤后得到2350g白色固体。
在50升的玻璃反应釜中加入10L二乙二醇和10L四氢呋喃。反应液冷却至-10℃,向反应液中分批加入820g氢化钠(含量60%),加料时间为2h。加料完毕,向反应液中一次性加入上步得到的2350g白色固体。反应液升温至50℃,继续反应5.0h,HPLC检测显示原料已反应完全。反应液冷却至-10℃,滴加冰水淬灭反应,反应液用乙酸乙酯萃取,饱和食盐水洗涤,有机相浓缩后得到2600g淡黄色油状液体。
在50升的玻璃反应釜中加入上步得到的2600g淡黄色油状液体,400g四丁基溴化铵和10L二氯甲烷。室温下,向反应液中加入预先配制的氢氧化钠水溶液(1650g氢氧化钠溶于5.0L蒸馏水中)。冷却至0℃,向反应液中滴加3150g丙烯酸叔丁酯,加料时间为2h~3h。加料完毕,继续室温反应16h,HPLC检测显示原料已反应完全。反应液静止分液,饱和食盐水洗涤,有机相浓缩后得到3550g淡黄色油状液体。
在50升的不锈钢反应釜中依次加入上步得到的3550g淡黄色油状液体,20L甲醇和225g钯碳。向反应釜中通入氢气,调节氢气压力至0.2MPa。反应液加热至50℃,继续反应12h,HPLC检测显示原料已反应完全。过滤除去钯碳,滤液蒸干后得到2080g黄色油状液体。
在10升的玻璃反应釜中加入上步得到的2080g黄色油状液体和4L 6M的盐酸溶液。室温下反应3h,HPLC检测显示原料已反应完全。反应液浓缩蒸干,用1M氢氧化钠溶液中和至中性,再次浓缩蒸干,二氯甲烷溶解样品,用无水硫酸钠干燥,过滤,浓缩蒸干后得到1650g无色油状物。HPLC检测显示产品纯度为97%,反应总收率为91%。
质谱:(M+1)+=222.2,(2M+1)+=443.3
核磁:1HNMR(400Hz,D2O):δ3.692~3.614(m,12H);3.138(t,J=4.8Hz,2H);2.485(t,J=6.0Hz,2H)
实施例2:氨基四乙二醇丙酸的制备
在20升的玻璃反应釜中依次加入440g乙醇胺,8.0L乙腈和2190g碳酸钠。反应液冷却至0℃,向反应液中滴加2492g苄溴,滴加时间为5h。加料完毕,反应液升温至50℃,继续反应3.0h,HPLC检测显示原料已反应完全。反应液过滤,乙酸乙酯洗涤滤饼,滤液浓缩后得到1700g淡黄色固体。
在20升的玻璃反应釜中加入上步得到的1700g淡黄色油状液体和8.0L二氯甲烷,反应液冷却至0℃,向反应液中滴加966g氯化亚砜,滴加时间为2h。加料完毕,反应液升温至50℃,继续反应3.0h,HPLC检测显示原料已反应完全。室温下,向反应液中加入4L乙酸乙酯,反应液中析出大量固体,过滤后得到2000g白色固体。
在50升的玻璃反应釜中加入12L三乙二醇和12L四氢呋喃。反应液冷却至0℃,向反应液中分批加入610g氢化钠(含量60%),加料时间为2h。加料完毕,向反应液中一次性加入上步得到的2000g白色固体。反应液升温至50℃,继续反应5.0h,HPLC检测显示原料已反应完全。反应液冷却至-10℃,滴加冰水淬灭反应,反应液用乙酸乙酯萃取,饱和食盐水洗涤,有机相浓缩后得到2500g淡黄色油状液体。
在50升的玻璃反应釜中加入上步得到的2500g淡黄色油状液体,350g四丁基氟化铵和10L二氯甲烷。室温下,向反应液中加入预先配制的氢氧化钠水溶液(1200g氢氧化钠溶于4.0L蒸馏水中)。冷却至0℃,向反应液中滴加1920g丙烯酸叔丁酯,加料时间为1h。加料完毕,继续室温反应12h,HPLC检测显示原料已反应完全。反应液静止分液,饱和食盐水洗涤,有机相浓缩后得到3300g淡黄色油状液体。
在50升的不锈钢反应釜中依次加入上步得到的3300g淡黄色油状液体,20L甲醇和165g钯碳。向反应釜中通入氢气,调节氢气压力至0.2MPa。反应液加热至50℃,继续反应12h,HPLC检测显示原料已反应完全。过滤除去钯碳,滤液蒸干后得到2080g黄色油状液体。
在10升的玻璃反应釜中加入上步得到的2080g棕色油状液体和4L 6M的盐酸溶液。室温下反应3h,HPLC检测显示原料已反应完全。反应液浓缩蒸干,用1M氢氧化钠溶液中和至中性,再次浓缩蒸干,二氯甲烷溶解样品,用无水硫酸钠干燥,过滤,滤液浓缩后,析出大量固体,过滤烘干后得到1660g白色粉末。
HPLC检测显示产品纯度为99%。反应总收率为87%。
质谱:(M+1)+=266.25,(2M+1)+=531.35
核磁:1HNMR(400Hz,D2O):δ3.684~3.605(m,16H);3.141(t,J=4.8Hz,2H);2.387(t,J=6.4Hz,2H)
实施例3:氨基五乙二醇丙酸的制备
在20升的玻璃反应釜中依次加入300g乙醇胺,6.0L乙腈和1200g碳酸钾。反应液冷却至0℃,向反应液中滴加1850g苄溴,滴加时间为5.5h。加料完毕,反应液升温至50℃,继续反应3.0h,HPLC检测显示原料已反应完全。反应液过滤,乙酸乙酯洗涤滤饼,滤液浓缩后得到1180g淡黄色固体。
在20升的玻璃反应釜中加入上步得到的1180g淡黄色油状液体和6.0L二氯甲烷,反应液冷却至0℃,向反应液中滴加660g氯化亚砜,滴加时间为2.5h。加料完毕,反应液升温至40℃,继续反应5.0h,HPLC检测显示原料已反应完全。室温下,向反应液中加入3L乙酸乙酯,反应液中析出大量固体,过滤后得到1445g白色固体。
20升的玻璃反应釜中加入6.0L四乙二醇。反应液冷却至0℃,向反应液中分批加入500g氢化钠(含量60%),加料时间为3h。加料完毕,向反应液中一次性加入上步骤得到的1445g白色固体。反应液升温至40℃,继续反应6.0h,HPLC检测显示原料已反应完全。反应液冷却至-10℃,滴加冰水淬灭反应,反应液用乙酸乙酯萃取,饱和食盐水洗涤,有机相浓缩后得到2020g淡黄色油状液体。
在20升的玻璃反应釜中加入上步得到的2020g淡黄色油状液体,250g四丁基溴化铵和6.0L二氯甲烷。室温下,向反应液中加入预先配制的氢氧化钠水溶液(980g氢氧化钠溶于3.0L蒸馏水中)。冷却至0℃,向反应液中滴加1880g丙烯酸叔丁酯,加料时间为1.5h。加料完毕,继续室温反应12h,HPLC检测显示原料已反应完全。反应液静止分液,饱和食盐水洗涤,有机相浓缩后得到2600g淡黄色油状液体。
在50升的不锈钢反应釜中依次加入上步得到的2600g淡黄色油状液体,18L甲醇和120g钯碳。向反应釜中通入氢气,调节氢气压力至0.2MPa。反应液加热至50℃,继续反应12h,HPLC检测显示原料已反应完全。过滤除去钯碳,滤液蒸干后得到1740g黄色油状液体。
在10升的玻璃反应釜中加入上步得到的1740g棕色油状液体和3.0L 6M的盐酸溶液。室温下反应3h,HPLC检测显示原料已反应完全。反应液浓缩蒸干,用1M氢氧化钠溶液中和至中性,再次浓缩蒸干,二氯甲烷溶解样品,用无水硫酸钠干燥,过滤,滤液浓缩后,析出大量固体,过滤烘干后得到1400g白色固体粉末。HPLC检测显示产品纯度为99.5%,反应总收率为92%。
质谱:(M+1)+=310.20,(2M+1)+=619.40。
核磁:1HNMR(400Hz,D2O):δ3.600~3.680(m,20H);3.131(t,J=4.8Hz,2H);2.382(t,J=6.4Hz,2H)。

Claims (13)

1.一种如式I所示的氨基聚乙二醇丙酸的制备方法,其中n选自1-10的整数,包括以下步骤:
1)将如式I-2所示的双苄基氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯进行催化氢化反应得到如式I-3所示的氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯;
2)如式I-3所示的氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯在酸性条件下水解,得到如式I所示的氨基聚乙二醇丙酸。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,n选自1、2或3。
3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤1)中催化氢化反应的催化剂为6%的钯碳,催化剂用量为式I-2化合物重量的3%~10%。
4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤1)中的反应温度为10℃~80℃。
5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤2)中所述酸选自盐酸、硫酸、乙酸或三氟乙酸。
6.如权利要求1-5中任一项所述的制备方法,其特征在于,如式I-2所示的双苄基氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯通过以下步骤制备得到:在碱和催化剂存在的条件下,将如式I-1所示的双苄基氨基聚乙二醇与丙烯酸叔丁酯反应,得到如式I-2所示的双苄基氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯;
7.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,其中如式I-1所示的双苄基氨基聚乙二醇与丙烯酸叔丁酯的摩尔比为1:1~5。
8.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述碱选自碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾或氢氧化钠。
9.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述催化剂选自四丁基氟化铵、四丁基溴化铵、苄基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵。
10.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,如式I-1所示的双苄基氨基聚乙二醇主要通过以下步骤制备得到:在碱性条件下,由双苄基氯乙胺盐酸盐与聚乙二醇反应得到;
11.如权利要求10所述的制备方法,其特征在于,所述碱选自叔丁醇钾、叔丁醇钠、氢化钾或氢化钠。
12.如权利要求10所述的制备方法,其特征在于,所述反应温度为-20℃~80℃。
13.如式I-2所示的双苄基氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯的制备方法,其特征在于包括以下步骤:在碱和催化剂存在的条件下,将如式I-1所示的双苄基氨基聚乙二醇与丙烯酸叔丁酯反应,得到如式I-2所示的双苄基氨基聚乙二醇丙酸叔丁酯;其中n选自1-10的整数;
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