CN109776323A

CN109776323A - 一种高效选择性制备脂肪二酸单叔丁酯的方法

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Publication number: CN109776323A
Application number: CN201910081610.1A
Authority: CN
Inventors: 赵新俊; 刘凯; 孙利权; 刘世旭; 陈有刚; 冯言枢; 高汉荣
Original assignee: Ma Hongkai Fuller (dalian) Pharmaceutical Co Ltd
Current assignee: Ma Hongkai Fuller (dalian) Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2019-05-21
Anticipated expiration: 2039-01-28
Also published as: CN109776323B

Abstract

本发明涉及一种高效选择性制备脂肪二酸单叔丁酯的方法其中，所述方法包括：步骤1，在酸性催化剂作用下，使脂肪二酸与醇进行酯化反应，得到脂肪二酯；步骤2，在碱性条件下，使步骤1中得到的脂肪二酯进行选择性水解，得到脂肪二酸单酯；步骤3，使步骤2中得到的脂肪二酸单酯发生叔丁酯化，得到脂肪二酸不对称二酯；步骤4，在碱性条件下，使步骤3中得到的脂肪二酸不对称二酯进行选择性水解，得到脂肪二酸单叔丁酯；其中，n为9～30的整数；R表示C1～C8直链烷基。本发明的方法操作简便，产品纯度高，收率高，适用于工业化生产。

Description

一种高效选择性制备脂肪二酸单叔丁酯的方法

技术领域

本发明涉及生物医药技术领域，特别涉及一种高效制备脂肪二酸单叔丁酯的方法。

背景技术

长链脂肪二酸及其衍生物常用于合成药物、特种材料、香料等一系列高附加值的特殊化学品，并且在一些已知药物分子中对延长药效、药物代谢动力学等产生着重要的影响。目前越来越多的药物开发尝试长链脂肪羧酸的结构。

例如，在国家食品药品监督管理总局(CFDA)批准的首个超长效基础胰岛素类似物—诺和诺德(中国)制药有限公司的德谷胰岛素中，其分子结构特点在于长链脂肪二酸通过一个谷氨酸分子连接在胰岛素B29位赖氨酸残基上，结构如下式所示。

在使用中，德谷胰岛素通过脂肪二酸侧链自我聚集形成多六聚体，并于注射部位形成储存库，稳定、持久地发挥其降糖作用；此后，当多六聚体缓慢解离释放出单体通过毛细血管进入血液循环，添加的脂肪二酸侧链与血浆白蛋白发生可逆性结合，进一步减缓其向靶组织和血液循环扩散的速度，以发挥其长效降糖作用。

长链脂肪二酸侧链对于德谷胰岛素在糖尿病患者体内的超长作用时间、平坦和稳定的药代/药效学特点具有重要的影响。

再者，Novo Nordisk在专利WO2008087186公开了几种潜在的长效减肥药，其中的长链脂肪二酸部分对延长药效具有重要意义。

在药物合成领域中，脂肪二酸部分一般采用单叔丁基保护的脂肪二酸进行缩合反应，最后再脱去叔丁酯的策略来连接到药物的其它部分上。从而，脂肪二酸衍生物，尤其是脂肪二酸单叔丁酯的合成在药物合成工艺中具有重要的意义。

目前，已经公开的脂肪二酸单叔丁酯的合成方法主要有以下两种。

1)以脂肪二酸为原料，直接经叔丁酯化来得到脂肪二酸单叔丁酯；例如专利CN200480021733以及WO2005012347中所公开的，以N,N-二甲基甲酰胺二叔丁基缩醛作为叔丁酯化试剂，经重结晶或者柱层析来分离得到目标产物，收率33％；或者以二碳酸二叔丁酯和N,N-二甲氨基吡啶为叔丁酯化体系，经柱层析分离得到目标产物，收率53％。该制备脂肪二酸单叔丁酯的方式简单，但是在反应结束后，产物中存在原料二酸、单叔丁酯以及二叔丁酯，难以纯化，且目标产物收率较低。换句话说，该直接经叔丁酯化的方法选择性差，难以应用到工业药物合成中。

2)将脂肪二酸首先转化为酰氯，随后进行叔丁酯化反应，最后经水解得到目标产物脂肪二酸单叔丁酯。例如，CN201510372328中记载了使脂肪二酸与二氯亚砜反应来得到酰氯，随后使酰氯与叔丁醇反应得到单酰氯单叔丁酯中间体，随后进行水解得到目标产物，产率为38％～42％。同样地，该方法选择性差，纯化困难且收率低。因此，不适合工业放大。

由于已知的方法在选择性、成本、产率等方面不能满足在工业，尤其是生物医药领域中的需求，因此仍然需要一种适用于工业化放大的高效选择性制备脂肪二酸单叔丁酯的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种高效选择性制备脂肪二酸单叔丁酯的方法。该方法操作简便，产品纯度高，收率高，适用于工业化生产。

因此，本发明提供了一种高效选择性制备脂肪二酸单叔丁酯的方法，其中，所述方法按照以下所示的路线进行，包括：

步骤1，在酸性催化剂作用下，使脂肪二酸与醇进行酯化反应，得到脂肪二酯；

步骤2，在碱性条件下，使步骤1中得到的脂肪二酯进行选择性水解，得到脂肪二酸单酯；

步骤3，使步骤2中得到的脂肪二酸单酯发生叔丁酯化，得到脂肪二酸不对称二酯；

步骤4，在碱性条件下，使步骤3中得到的脂肪二酸不对称二酯进行选择性水解，得到脂肪二酸单叔丁酯；

其中，n为9～30的整数；R表示C1～C8直链烷基。

根据一个实施方式，n为11～21的整数。

根据一个实施方式，R表示C1～C4直链烷基，优选甲基或乙基。

根据一个实施方式，步骤1可在本领域常见的酯化条件下进行，例如在酸性条件下进行。可使用的酸性催化剂包括磷酸、硼酸、硫酸、有机磺酸、氯化氢、二氯亚砜以及固体酸、杂多酸和固体超强酸。优选二氯亚砜和硫酸。

所用酸性催化剂与脂肪二酸的摩尔比为0.1:1～3:1，优选0.1:1～0.2:1。

所使用的醇可选自C1～C8直链脂肪醇，优选C1～C4直链脂肪醇，更优选甲醇或乙醇。

所使用的醇与脂肪二酸的质量比为1:1～30:1，优选5:1～10:1。

在步骤1结束后，反应混合物经过滤、干燥后可直接用于步骤2。

根据一个实施方式，步骤2可在第一无机碱的存在下进行，所使用的第一无机碱选自氢氧化钙和氢氧化钡，优选氢氧化钡。

所用第一无机碱和脂肪二酯的摩尔比为0.5:1～1:1，优选0.5:1～0.6:1。

步骤2在溶剂存在下进行。其中对于溶剂没有特别的限制，例如可以使用甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃和丙酮等，但不限于此。优选甲醇。

所用溶剂和脂肪二酯的质量比为5:1～30:1，优选10:1～15:1。

根据一个实施方式，步骤2还包括过滤和酸化处理。

该过滤和酸化处理包括待反应完毕后，过滤出不溶物。随后，使所得到的不溶物与水混合并用酸将所得混合体系的pH调节至1～2。所使用的酸没有特别限制，例如可为盐酸。

根据一个实施方式，步骤3中的叔丁酯化体系可优选采用异丁烯和酸催化剂体系。该酸催化剂可为有机磺酸、浓硫酸、高氯酸、磷酸和硼酸，优选浓硫酸和甲基磺酸。

所用酸催化剂与脂肪二酸单酯的摩尔比为0.5:1～5:1，优选1.0:1～1.2:1。

在另一实施方式中，步骤3中使用的叔丁酯化体系可为二碳酸二叔丁酯和 N,N-二甲氨基吡啶体系。

在上述两种叔丁酯化体系中可使用例如二氯甲烷、氯仿、乙酸叔丁酯、乙酸乙酯和乙腈作为溶剂，优选二氯甲烷；溶剂与脂肪二酸单酯的质量比为 5:1～30:1，优选7:1～15:1。

根据另一实施方式，步骤3的叔丁酯化体系可采用乙酸叔丁酯和酸性催化剂体系中。在使用该叔丁酯化体系时，乙酸叔丁酯既是反应物又是溶剂。

在步骤3中，所使用的叔丁酯化试剂与脂肪二酸单酯的摩尔比为10:1～50:1，优选10:1～15:1。

根据一个实施方式，步骤3包括中和处理。该中和步骤包括用碱性溶液将反应体系pH调节至7～8。

在步骤3结束后，反应混合物经萃取、过滤、干燥后可直接用于步骤4。

根据一个实施方式，步骤4在第二无机碱存在下进行，其中，所使用的碱可选自氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化钙和氢氧化钡，优选氢氧化锂。

所使用的第二无机碱与脂肪二酸不对称二酯的摩尔比为1.0:1～3.0:1，优选1.1:1～1.2:1。

步骤4可在溶剂存在下进行。所使用的溶剂可为甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、四氢呋喃和2-甲基四氢呋喃，但不限于此。优选甲醇。

步骤4中溶剂与脂肪二酸不对称二酯的质量比可为5:1～30:1，优选 7:1～15:1。

根据一个实施方式，步骤4还包括酸化处理。该酸化处理包括用酸将所得反应体系的pH调节至1～2。所使用的酸没有特别限制，例如可优选为盐酸。

另一方面，本发明提供了通过本发明的上述方法得到的脂肪二酸单叔丁酯。

在本发明中，通过采用酯化-水解-酯化-水解来制备长链脂肪二酸单叔丁酯，通过对脂肪二酸中的一个羧基进行“保护”来高选择性地制备目标产物。因此，该方法，具有非常广泛的适用性。并且各步骤的化学反应选择性好，收率高，纯化方法简单，适用于工业化放大。

附图说明

图1示出了根据本发明制备例1的步骤1产物的HPLC谱图；其中，十八烷二酸的保留时间约为4.81分钟，十八烷二酸单甲酯的保留时间约为5.88分钟，十八烷二酸二甲酯的保留时间约为7.44分钟；

图2示出了根据本发明制备例1的步骤2产物的HPLC谱图；其中，十八烷二酸的保留时间约为4.82分钟，十八烷二酸单甲酯的保留时间是5.87分钟；

图3示出了根据本发明制备例1的步骤3产物的HPLC谱图；其中，十八烷二酸甲酯叔丁酯的保留时间是10.93分钟；十八烷二酸双叔丁酯的保留时间是17.08分钟；

图4示出了根据本发明制备例1的步骤4产物的HPLC谱图；其中，十八烷二酸的保留时间是4.89分钟；十八烷二酸单叔丁酯的保留时间是8.38分钟；

图5示出了根据本发明制备例1得到的十八烷二酸单叔丁酯的¹H NMR谱图。

具体实施方式

在本发明中，通过对长链脂肪二酸中的一个羧基进行“保护”和“脱保护”来高选择性地制备脂肪二酸单酯。控制酯化、选择性水解、叔丁酯化和选择性水解的条件，从而获得较高的选择性和较高的产率，且后处理方法简单，十分适合商业化放大生产。

根据下文的具体实施例可以看到，本发明的方法经公斤级规模的实验，选择性高、收率稳定、产品纯度高。

以下，将以尤其优选的合成路线来进一步说明本发明。本领域技术人员应当知晓的是，本发明并不限于以下具体实施例。应当知晓的是，在以下制备例、比较例中所使用的反应原料、催化剂、溶剂等均可商购得到。

在反应中，通过HPLC来监控反应以及中间体。其中，HPLC(Agilent 1200) 的测试条件如下：

色谱柱：Kromasil C18 250×4.6mm 5μm

柱温：25℃

检测器：CAD

流速：1mL/min

进样量：2μL

运行时间：20min

流动相：0.05％TFA/乙腈

制备例1：十八烷二酸单叔丁酯的合成

步骤1：在氮气保护下，将1.30kg十八烷二酸，130g浓硫酸和7.2L甲醇加热回流8小时，通过HPLC检测反应进程。待反应完毕后，使反应温度冷却至0℃～5℃，大量固体析出，搅拌2小时后过滤，湿饼干燥后得到1.41kg十八烷二酸二甲酯，收率100％。利用HPLC对所得产物进行鉴定。

参见图1，HPLC测得的积分结果如下表1。

表1

步骤2：将步骤1所得的1.41kg十八烷二酸二甲酯固体与704g八水合氢氧化钡和15L甲醇混合，然后在20℃～25℃下对混合得到的悬浊液搅拌24小时，利用HPLC检测反应液。待反应完毕后，过滤出钡盐不溶物。随后，将该钡盐不溶物与15L水混合，用浓盐酸将体系pH值调节至1～2，并且在此pH 下搅拌12小时，然后过滤出产品，用水洗涤。于真空下干燥湿饼4小时，得到 1.20kg十八烷二酸单甲酯白色固体，收率88％。利用HPLC对所得产物进行鉴定。

参见图2，HPLC测得的积分结果如下表2。

表2

步骤3：将步骤2所得的1.20kg十八烷二酸单甲酯与12L二氯甲烷和300g 浓硫酸混合，然后使所得溶液冷却至0℃～5℃，在此温度下，通入2kg异丁烯，反应24小时，通过HPLC检测反应进程。待反应完毕后，加入10L水，用氢氧化钠水溶液将反应体系pH调节至7～8。随后，分液，并用3L10％碳酸氢钠水溶液洗涤二氯甲烷相，除去未反应的十八烷二酸单叔丁酯。减压浓缩二氯甲烷相，加入10L正庚烷，过滤，干燥，得到1.20kg十八烷二酸甲酯叔丁酯白色固体，收率86％。利用HPLC对所得产物进行鉴定。

参见图3，HPLC测得的积分结果如下表3。

表3

步骤4：将步骤3所得的1.20kg十八烷二酸甲酯叔丁酯加入到10L甲醇中，然后冷却至0℃～5℃。加入150g氢氧化锂一水合物，随后使该体系在0℃～5℃下反应直到反应完全。待反应完全后，用浓盐酸将反应体系pH调节到7～8，然后减压浓缩去除甲醇，加入10L甲基叔丁基醚，继续用浓盐酸调节体系pH 值为2～3。用5L水洗涤甲基叔丁基醚相，然后进行减压浓缩，在减压浓缩过程中析出产物。加入10L正庚烷，在20℃～25℃下搅拌2小时。过滤，干燥后得到1.14kg最终产物十八烷二酸单叔丁酯，收率98％。四步总收率共计74％。利用HPLC对所得产物进行鉴定。

参见图4，该步骤HPLC测得的积分结果如下表4。

表4

制备例2：二十烷二酸单叔丁酯的合成

步骤1：在氮气保护下，将3.0kg二十烷二酸，282g浓硫酸和20L甲醇加热回流8小时，通过HPLC检测反应进程。待反应完毕后，使反应温度冷却至 0℃～5℃，大量固体析出，搅拌2小时后过滤，湿饼干燥后得到3.20kg二十烷二酸二甲酯，收率98％。利用HPLC对所得产物进行鉴定。

表5

步骤2：将步骤1所得的3.20kg二十烷二酸二甲酯固体，加入1.6kg八水合氢氧化钡和32L甲醇，让悬浊液在20℃～25℃下搅拌24小时，HPLC检测反应液。反应完毕后，过滤出产品的钡盐。将钡盐和30L水混合，用浓盐酸调节体系pH值为1～2并且让悬浊液在此pH下搅拌12小时，然后过滤出产品，用 5L水洗涤。湿饼真空干燥4小时，得到2.80kg二十烷二酸单甲酯白色固体，收率91％。利用HPLC对所得产物进行鉴定。

表6

步骤3：将步骤2所得的2.80kg二十烷二酸单甲酯，加入26L二氯甲烷以及741g甲磺酸，所得溶液降温到0℃～5℃，在此温度下通入异丁烯6.6kg，然后让体系在此温度下反应24小时。HPLC检测反应。反应完毕后，加入20L 水，用氢氧化钠水溶液调节体系pH值为7～8。二氯甲烷相用10L10％碳酸氢钠水溶液洗涤，除去未反应的二十烷二酸单叔丁酯。减压浓缩二氯甲烷相，加入 20L正庚烷，经过过滤，干燥，得到2.80kg二十烷二酸甲酯叔丁酯白色固体，收率86.5％。利用HPLC对所得产物进行鉴定。

表7

步骤4：将步骤3所得的2.80kg二十烷二酸甲酯叔丁酯加入20L甲醇，降温到0℃～5℃，然后加入274g氢氧化锂一水合物，最后让体系在0℃～5℃反应12小时，直到反应完全。反应完全后，用浓盐酸将体系pH值调节到7～8，然后减压浓缩出甲醇，再加入25L甲基叔丁基醚，继续用浓盐酸调节体系pH 值为2～3。甲基叔丁基醚相用10L水洗涤后，减压浓缩，在浓缩过程中产品析出。加入25L正庚烷，在20℃～25℃搅拌2小时。经过过滤，干燥后得到最终产品二十烷二酸单叔丁酯2.45kg，收率90.2％。四步总收率70％。利用HPLC 对所得产物进行鉴定。

表8

对比例1：十六烷二酸单叔丁酯的合成(CN200480021733)

将40g十六烷二酸悬浮于250ml甲苯中，加热至回流。在4小时内，向反应体系滴加76.3g N,N-二甲基甲酰胺二叔丁基缩醛。回流过夜，并在50℃下于真空下除去溶剂。使粗产物悬浮在500mL二氯甲烷和乙酸乙酯中，搅拌15 分钟。过滤收集固体，并与200mL二氯甲烷一起研磨。在真空中蒸发滤液，得到30g十六烷二酸单叔丁酯粗品。将该物质悬浮于50mL二氯甲烷，用冰冷却10分钟并过滤。在真空中除去溶剂而得到25g十六烷二酸单叔丁酯粗品，使其从200mL正庚烷中重结晶或者在通过使用硅胶色谱法纯化(洗脱剂：乙酸乙酯和正庚烷)，得到15.9g十六烷二酸单叔丁酯，收率33％。

对比例2：十六烷二酸单叔丁酯的合成(CN201510372328)

将20g十六烷二酸悬浮于100mL二氯亚砜，80℃下加热回流3小时，减压蒸馏除去过量的二氯亚砜。加入200mL二氯甲烷溶解，随后加入7.34mL叔丁醇并在2小时内加入2.9mL吡啶，25℃下反应3小时。减压蒸干溶剂，加入预冷至0℃～4℃的600mL DMF和水混合溶剂(1V：2V)，过滤收集沉淀。真空干燥到恒重，加入300mL二氯甲烷，收集滤液后减压蒸干溶剂，加入400mL 石油醚，收集滤液减压蒸干，加入80mL正庚烷重结晶，过滤收集沉淀，减压干燥至恒重，得到十六烷二酸单叔丁酯，产量10.32g，收率40％，HPLC检测纯度为99.4％。

Claims

1.一种合成脂肪二酸单叔丁酯的方法，其中，所述方法包括：

其中，n为9～30的整数；R表示C1～C8直链烷基。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，n为11～21的整数。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，R表示C1～C4直链烷基，优选甲基或乙基。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤2在第一无机碱的存在下进行，所使用的第一无机碱选自氢氧化钙和氢氧化钡。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所用第一无机碱和脂肪二酯的摩尔比为0.5:1～1:1，优选0.5:1～0.6:1。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤2还包括过滤和酸化处理。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，步骤3中的叔丁酯化体系选自异丁烯和酸催化剂体系、乙酸叔丁酯和酸催化剂体系以及二碳酸二叔丁酯和N,N-二甲氨基吡啶体系。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，步骤4在第二无机碱存在下于溶剂中进行，其中，所使用的第二无机碱选自氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化钙和氢氧化钡。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所使用的第二无机碱与脂肪二酸不对称二酯的摩尔比为1.0:1～3.0:1，优选1.1:1～1.2:1。