CN109627254B - 一种d-生物素的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机合成领域，具体涉及一种d‑生物素的制备方法，所述方法包括如下步骤：将双苄基生物素与三卤化硼的有机溶液，在无水有机溶剂的环境中，在惰性气体的保护下，经过一步反应脱去双苄基，得到d‑生物素。本发明提供了一条简便、安全、高收率、高纯度的一锅煮d‑生物素的制备方法，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于有机合成领域，具体涉及一种d-生物素的制备方法。
背景技术
d-生物素，(3aS,4S,6aR)-六氢-2-氧代-1H-噻吩并[3,4-d]咪唑-4-戊酸(结构如式I所示)，又称维生素H或辅酶R，是一种水溶性的B族维生素，B7。它广泛分布在动、植物的组织中，如主要存在于肝、肾、蛋黄、酵母中，也存在于植物的种子、花粉、新鲜蔬菜和水果中。d-生物素是一种重要的维生素，它是合成维生素C的必要物质，也是羧化酶的辅基，也是糖、蛋白质、脂肪中间代谢的重要辅酶之一。是一种维持人体自然生长、发育和正常人体机能健康必要的营养素。人体缺乏生物素会引起皮炎、食欲不振、恶心、呕吐、脱发、贫血、胆固醇升高、情绪抑郁、体重减轻等症状。d-生物素也是禽畜正常生长、繁殖所必需的，禽畜缺乏生物素会导致生长缓慢，摄食减少及饲料转化率低下，踝关节变位、腿脚乏力、毛发变劣、皮炎等，甚至死亡。所以，d-生物素也是动物饲料的关键成分之一，广泛用于饲料添加剂中。
d-生物素的生产方法主要有直接提取法、微生物合成法、化学合成法三种。其中随着化学合成法工艺的日益完善，生产成本的降低，化学合成法成为d-生物素的主要来源。化学合成法主要有1949年US2489238公开的Goldberg-Sternbach全合成法。即双苄基生物素5-[(1R,3aS,6aR)-4,6-二苄基-5-氧代六氢-1H-噻吩并[3,4-d]咪唑-1-基]戊酸(结构如式II所示)与48％氢溴酸共沸脱苄的d-生物素的制备方法。此法除仅得到33-40％的d-生物素外，仍有30％左右的单苄生物素和25-30％的开环产物((2S,3S,4S)-5-(3,4-二氨基-四氢噻吩-2-基)戊酸副产物生成，前者需再行脱苄处理，因此氢溴酸单耗高，操作繁琐，后者要在碱性溶液中与剧毒光气进行环化反应而成d-生物素，劳动保护条例要求苛刻且光气运输和贮藏受到限制，给工业化生产带来不便。CN103788112B、CN104710487B、CN1142166C也公开了以氢溴酸/光气来脱苄/关环的改进方法。但是这种方法的整个过程会产生大量的废水，还要用有机溶剂提取生成的溴化苄，给溴化苄的回收造成难度，不够环保、经济。
除此之外，将双苄基生物素的两个苄基脱去，在各种专利文献中，使用过多种方法:
US4537973，EP36030，JP45077公开了以甲基磺酸代替48％氢溴酸使双苄基生物素在高温下脱苄的改进法，此法存在反应条件要求高，副反应多，产物分离困难，生产成本高等缺点。
其他的脱苄方法如在液氨中用金属钠经birch还原脱苄制备生物素，但也无法完全脱苄。CN105198901B公开了一种金属钠液氨脱苄合成d-生物素的改进方法。首先，将双苄基生物素在液氨中用金属钠脱苄成单苄基生物素；接着，将单苄基生物素与硅烷保护剂反应，单苄基生物素的一个氨基连同羧基一起被保护得到单苄基生物素的基团保护物；然后，将单苄基生物素的基团保护物再次在液氨中用金属钠脱苄，酸中和并脱保护得到脱苄完全的d-生物素粗品；最后将d-生物素粗品精制得到纯的d-生物素。此方法步骤繁琐，金属钠昂贵，不易回收使用。而且金属钠化学活性高，遇水或湿气剧烈反应放出氢气，并大量放热，会引燃或爆炸；暴露在空气中也能自行燃烧并爆炸，使熔融物飞溅。因此，反应条件要严格控制，否则易引发安全事故。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一条简便、安全、高收率、高纯度的一锅煮d-生物素的制备方法，适合工业化生产。
本发明的具体方案是：
一种d-生物素的制备方法，包括，
将式II的化合物(双苄基生物素，5-[(1R,3aS,6aR)-4,6-二苄基-5-氧代六氢-1H-噻吩并[3,4-d]咪唑-1-基]戊酸)与三卤化硼的有机溶液，在无水有机溶剂的环境中，在惰性气体的保护下，经过一步反应脱去双苄基，得到式I化合物(d-生物素，(3aS,4S,6aR)-六氢-2-氧代-1H-噻吩并[3,4-d]咪唑-4-戊酸)。
上述三卤化硼的有机溶液选自三溴化硼或三氟化硼的有机溶液，优选为三溴化硼的二氯甲烷溶液。
上述有机溶剂选自二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷中的任意一种或多种，优选为二氯甲烷。
上述式II化合物与三卤化硼物质的量的比为1:3-4。
上述惰性气体选自氮气或氩气，优选为氩气。
作为优选反应方案，上述反应先于低温下保温反应，再转入室温下继续反应。
上述低温反应的温度为-25-0℃，反应时间为10min-1h，优选地，温度为-5℃，反应时间为20min，所述室温反应时间为40min-1h，优选为50min。
上述反应的具体操作步骤是：
在无水反应容器中，将双苄基生物素溶于有机溶剂中，并用惰性气体置换体系中的空气，于低温下滴入三卤化硼的有机溶液，保温反应，再转入室温下继续反应，反应后得到d-生物素。
本发明还进一步包括由HPLC跟踪反应终点，反应结束后使用饱和碳酸钠溶液或饱和氯化铵溶液淬灭反应，减压浓缩后萃取、脱色、结晶得到式I化合物。
其具体操作步骤是：
由HPLC跟踪反应终点，反应完后，将反应体系置于之前低温反应的相同温度下冷却，加入饱和碳酸钠水溶液(或氯化铵)淬灭反应。减压浓缩料液，控制旋蒸水浴温度30-50℃，浓缩得到的固体冷却后，加入水，用乙酸乙酯萃取，然后水萃取两次，收集水相，并用活性炭脱色，用浓盐酸调至pH 1-2，析出白色固体，过滤，水洗至pH 7，得到d-生物素。
本发明还进一步包括d-生物素的精制，精制方法为重结晶，包括回流搅拌、冷却、结晶，过滤和干燥。
上述重结晶所用溶剂为纯化水，回流搅拌的时间的4-8h，优选为8h，所述干燥为冷冻干燥，所述冷冻干燥温度≤-30℃、真空度≤-10Pa、时间12-36小时。
本发明所使用的HPLC检测方法为欧洲药典EP9.5中d-生物素的检测方法。
与现有技术相比，本发明d-生物素的制备方法采用了新的合成思路，通过一锅煮的方法一步脱去两个苄基，本发明的制备方法操作简便，易于工业化生产，成本低廉，产率可达95％以上。
按照欧洲药典EP9.5生物素液相分析方法，生物素保留时间约11.9min，与药典中保留时间12min基本保持一致，纯度99％以上，产品质量达到欧洲药典EP9.5标准。
附图说明
图1为实施例1中d-生物素的HPLC图。
图2为实施例1中d-生物素的1H NMR图谱。
图3为实施例1中d-生物素的13C NMR图谱。
具体实施方式
下面通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或者改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
本发明实施例中所用的各种原料和试剂如无特别说明均为市售购买。
依据EP9.5生物素检测方法及条件对得到的d-生物素进行HPLC检测，得到其纯度。HPLC型号为AgilentTechnologies 1260infinity。柱子型号为Kromasil 100-5-C18,4.6x250mm。
采用BrukerAvance 600型核磁共振波谱仪完成所有的NMR测试，质子共振频率为600.13MHz.实验所用溶剂为D2O，TMS为内标物，实验温度均为25℃。
实施例1
(1)d-生物素粗品的合成
无水反应容器中，将双苄基生物素(2.13g,5mmol)溶于100mL无水二氯甲烷中，用氩气置换体系中的空气三次再通氩气保护，于-5℃冰浴下滴入1M的三溴化硼二氯甲烷溶液(15mL,15mmol)反应20min，再转入25℃下搅拌50min，并用HPLC监测反应完全后，将反应体系置于0℃冰浴下冷却，加入213mL饱和碳酸钠水溶液淬灭反应。旋蒸除去有机溶剂后加入213mL水，500mL乙酸乙酯萃取，然后水萃取两次，每次326mL，收集水相，并用5g活性炭脱色30min，用浓盐酸调至pH 1-2，析出白色固体，过滤，水洗至pH 7，得到d-生物素粗品。
(2)d-生物素粗品的纯化
对以上粗品加入15mL纯水中进行重结晶，回流搅拌8h，冷却、结晶，过滤、冷冻干燥干燥得到的白色结晶粉末即为d-生物素纯品。所述冷冻干燥温度为≤-30℃、真空度≤-10Pa、时间12小时。
得到的d-生物素质量为1.16g，产率95.0％。
如图1所示，所述d-生物素，按照欧洲药典EP9.5生物素液相分析方法，生物素保留时间约11.9min，与药典中保留时间12min基本保持一致。纯度99.8％。
其1H NMR、13C NMR分别见附图2、3，数据为：1H NMR(600MHz,D2O)δ4.60(q,J＝7.0Hz,1H),4.50(t,J＝7.0Hz,1H),3.33-3.21(m,2H),3.00(dd,J＝9.9,7.0Hz,1H),2.79(td,J＝12.6,2.9Hz,1H),2.45-2.29(m,2H),2.12(tq,J＝12.8,3.3Hz,1H),1.88-1.75(m,2H),1.75-1.63(m,1H),1.47-1.35(m,1H)；13C NMR(150MHz,D2O)δ209.35,178.76,163.27,61.95,59.52,55.21,39.98,35.18,29.20,27.95,26.60.
实施例2
(1)d-生物素粗品的合成
无水反应容器中，将双苄基生物素Ⅱ(21.3g,50mmol)溶于1000mL无水二氯甲烷中，用氩气置换体系中的空气三次再通氩气保护，于0℃冰浴下滴入1M的三溴化硼二氯甲烷溶液(150mL,150mmol)反应20min，再转入25℃下搅拌1h，并用HPLC监测反应完全后，将反应体系置于0℃冰浴下冷却，加入2130mL饱和碳酸钠水溶液淬灭反应。旋蒸除去有机溶剂后加入2130mL水，5000mL乙酸乙酯萃取，然后水萃取两次，每次3260mL，收集水相，并用50g活性炭脱色30min，用浓盐酸调至pH 1-2，析出白色固体，过滤，水洗至pH 7，得到d-生物素粗品。
(2)d-生物素粗品的纯化
对以上粗品加入100mL纯水中进行重结晶，回流搅拌8h，冷却、结晶，过滤、冷冻干燥干燥得到的白色结晶粉末即为d-生物素纯品。所述冷冻干燥温度为≤-30℃、真空度≤-10Pa、时间12小时。
得到的d-生物素质量为11.38g，产率93.2％，纯度99.3％。
实施例3
无水反应容器中，将双苄基生物素(2.13g,5mmol)溶于100mL无水氯仿中，用氮气置换体系中的空气三次再通氮气保护，于-25℃冰浴下滴入1M的三氟化硼氯仿溶液(20mL,20mmol)反应10min，再转入25℃下搅拌40min，并用HPLC监测反应完全后，将反应体系置于0℃冰浴下冷却，加入213mL饱和氯化铵水溶液淬灭反应。旋蒸除去有机溶剂后加入213mL水，500mL乙酸乙酯萃取，然后水萃取两次，每次326mL，收集水相，并用5g活性炭脱色30min，用浓盐酸调至pH 1-2，析出白色固体，过滤，水洗至pH 7，得到d-生物素粗品。
(2)d-生物素粗品的纯化
对以上粗品加入15mL纯水中进行重结晶，回流搅拌4h，冷却、结晶，过滤、冷冻干燥干燥得到的白色结晶粉末即为d-生物素纯品。所述冷冻干燥温度为≤-30℃、真空度≤-10Pa、时间24小时。
得到的d-生物素质量为1.12g，产率91.7％，纯度99.2％。
实施例4
无水反应容器中，将双苄基生物素(2.13g,5mmol)溶于50mL无水二氯乙烷和50ml氯仿的混合溶液中，用氮气置换体系中的空气三次再通氮气保护，于-10℃冰浴下滴入1M的三溴化硼二氯乙烷溶液(17.5mL,17.5mmol)反应60min，再转入25℃室温下搅拌50min，并用HPLC监测反应完全后，将反应体系置于0℃冰浴下冷却，加入213mL饱和氯化铵水溶液淬灭反应。旋蒸除去有机溶剂后加入213mL水，500mL乙酸乙酯萃取，然后水萃取两次，每次326mL，收集水相，并用5g活性炭脱色30min，用浓盐酸调至pH 1-2，析出白色固体，过滤，水洗至pH 7，得到d-生物素粗品。
(2)d-生物素粗品的纯化
对以上粗品加入15mL纯水中进行重结晶，回流搅拌6h，冷却、结晶，过滤、冷冻干燥干燥得到的白色结晶粉末即为d-生物素纯品。所述冷冻干燥温度为≤-30℃、真空度≤-10Pa、时间36小时。
得到的d-生物素质量为1.14g，产率93.4％，纯度99.4％。
需要说明的是，尽管通过参照本发明的实施例，已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
Claims (13)
1.一种d-生物素的制备方法，包括，
将式II的化合物与三溴化硼或三氟化硼的有机溶液，在无水有机溶剂的环境中，在惰性气体的保护下，经过一步反应脱去双苄基，得到式I化合物；
其中X代表溴原子或氟原子。
2.根据权利要求1所述的一种d-生物素的制备方法，其特征在于，所述三卤化硼的有机溶液为三溴化硼的二氯甲烷溶液。
3.根据权利要求1所述的一种d-生物素的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷中的任意一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种d-生物素的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为二氯甲烷。
5.根据权利要求1所述的一种d-生物素的制备方法，其特征在于，所述式II化合物与三卤化硼物质的量的比为1：3-4。
6.根据权利要求1所述的一种d-生物素的制备方法，其特征在于，所述惰性气体选自氮气或氩气。
7.根据权利要求6所述的一种d-生物素的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。
8.根据权利要求1所述的一种d-生物素的制备方法，其特征在于，所述反应先于低温下保温反应，再转入室温下继续反应，所述低温反应的温度为-25-0℃，反应时间为10min-1h，所述室温反应时间为40min-1h。
9.根据权利要求8所述的一种d-生物素的制备方法，其特征在于，所述低温反应温度为-5℃，反应时间为20min，所述室温反应时间为50min。
10.根据权利要求1所述的一种d-生物素的制备方法，其特征在于，所述反应由HPLC跟踪，反应结束后使用饱和碳酸钠溶液或饱和氯化铵溶液淬灭反应，减压浓缩后萃取、脱色、结晶得到式I化合物。
11.根据权利要求1所述的一种d-生物素的制备方法，其特征在于，所述方法还包括式I化合物的重结晶，所述重结晶的方法为回流搅拌、冷却、结晶，过滤和干燥。
12.根据权利要求11所述的一种d-生物素的制备方法，其特征在于，所述重结晶所用溶剂为纯化水，回流搅拌的时间的4-8h，所述干燥为冷冻干燥，所述冷冻干燥温度≤-30℃、真空度≤-10Pa、时间12-36小时。
13.根据权利要求12所述的一种d-生物素的制备方法，其特征在于，所述回流搅拌的时间为8h。
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