CN111004212A - 一种制备尼古丁的方法 - Google Patents

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李锐
姜兴涛
许静
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Abstract

本申请涉及一种制备尼古丁的方法，其包括如下步骤：(1)将N‑Cbz吡咯烷酮、烟酸酯、碱性催化剂和反应溶剂加入反应容器中反应，淬灭至体系呈中性，去除反应溶剂后，得到第一固体混合物；(2)将所述第一固体混合物加入到酸性溶液中，回流反应，得到第二反应混合物；和(3)在所述第二反应混合物中加入甲酸或甲酸盐固体以及甲醛溶液，反应后提纯产物，得到消旋尼古丁。本申请的制备方法具有较高产率，且制备得到的消旋尼古丁和S‑尼古丁均具有较高的纯度。

Description

一种制备尼古丁的方法
技术领域
本申请涉及一种制备尼古丁的方法。
背景技术
临床研究证明，尼古丁有望成为治疗老年痴呆症、抑郁症等疾病的药物。消旋尼古丁与天然尼古丁(S-尼古丁)具有相似的药理学作用。目前市场上使用的S-尼古丁主要是通过植物提取得到，而消旋尼古丁只能通过人工合成得到。植物提取S-尼古丁的方法效率低，难以工业化生产。且通过植物提取获得的S-尼古丁纯度较低，限制了其临床应用。
因此，需要一种效率较高且产品纯度较高的消旋尼古丁和S-尼古丁的制备方法。
发明内容
根据本申请的一个层面，本申请提供了一种制备尼古丁的方法，其包括如下步骤：
(1)将N-Cbz吡咯烷酮、烟酸酯、碱性催化剂和反应溶剂加入反应容器中反应，淬灭至体系呈中性，去除反应溶剂后，得到第一固体混合物；
(2)将所述第一固体混合物加入到酸性溶液中回流反应，得到第二反应混合物；和
(3)在所述第二反应混合物中加入(a)甲酸以及甲醛溶液或(b)甲酸盐以及甲醛溶液，反应后提纯产物，得到消旋尼古丁。
根据本申请的另一个层面，本申请提供了一种制备S-尼古丁的方法，其中所述方法包括：
(a)将消旋尼古丁加入到L-(-)-二苯甲酰酒石酸的甲醇溶液中反应20-30h，过滤后得到固体粉末，重结晶所述固体粉末，得到尼古丁盐；和
(b)将所述尼古丁盐酸化、萃取、浓缩后得到S-尼古丁。
本申请的制备方法具有较高产率，且制备得到的消旋尼古丁和S-尼古丁均具有较高的纯度。
本申请实施例的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本申请实施例的实施而阐释。
附图说明
图1示出了本申请制备尼古丁的方法的反应流程图。
具体实施方式
本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。本申请的实施例不应所述被解释为对本申请的限制。
另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。
如本文中所使用，术语“大致”、“大体”、“大体上”、“实质”及“约”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差值小于或等于所述值的平均值的±10％(例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％)，那么可认为所述两个数值“大体上”相同。
在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B(排除C)；A及C(排除B)；B及C(排除A)；或A、B及C的全部。项目A可包含单个元件或多个元件。项目B可包含单个元件或多个元件。项目C可包含单个元件或多个元件。
根据本申请的一个方面，本申请提供了一种制备尼古丁的方法，其包括如下步骤：
(1)将N-Cbz吡咯烷酮、烟酸酯、碱性催化剂和反应溶剂加入反应容器中，反应约3-20h，淬灭至体系呈中性，去除溶剂后，得到第一固体混合物；
(2)将所述第一固体混合物加入到酸性溶液中，回流反应约60-90h，得到第二反应混合物；和
(3)在所述第二反应混合物中加入(a)甲酸以及甲醛溶液或(b)甲酸盐以及甲醛溶液，反应约12-48h，提纯产物后，得到消旋尼古丁。
在一些实施例中，步骤(1)中的反应时间为约4-10h。在一些实施例中，步骤(1)中的反应时间为约3h、约4h、约5h、约6h、约7h、约8h、约9h、约10h、约15h、约20h或者这些数值中任意两者组成的范围。
在一些实施例中，步骤(1)中的反应温度为约40℃-110℃。在一些实施例中，步骤(1)中的反应温度为约50℃、约60℃、约70℃、约80℃、约90℃、约100℃、约110℃或者这些数值中任意两者组成的范围。
在一些实施例中，步骤(1)中N-Cbz吡咯烷酮、烟酸酯、碱性催化剂和反应溶剂可以一起混合添加至反应釜中；也可以将N-Cbz吡咯烷酮、碱性催化剂、反应溶剂混合添加至反应釜中，再将烟酸酯加入至反应溶剂然后滴加入反应釜中。
在一些实施例中，步骤(1)中碱性催化剂、N-Cbz吡咯烷酮和烟酸酯的摩尔比为约(10-20):(5-10):(7-15)，优选是约14:8.43:9.38。
在一些实施例中，步骤(2)中酸性溶液和N-Cbz吡咯烷酮的摩尔比为约(20-40)：(5-10)，优选是约30:8.43。
在一些实施例中，步骤(3)中甲醛可以是约20-50wt％(例如约25％、约37％)甲醛水溶液。在一些实施例中，甲酸盐、甲醛水溶液和N-Cbz吡咯烷酮的重量为约(2-6)：(0.5-1.5)：(1-3)，优选是约4:0.76:1.85。
在一些实施例中，步骤(1)中的淬灭通过向反应体系中加入酸性溶液进行。在一些实施例中，所述酸性溶液包括盐酸、硫酸、硝酸或其任意组合。
在一些实施例中，步骤(1)中的碱性催化剂包括叔丁醇钾、叔丁醇钠、叔丁醇锂，三苯甲基钠、氢化钠、氢化钾、氢化钙、氨基钠，六甲基二硅基氨基钠(NaHMDS)，六甲基二硅基氨基钾(KHMDS)，二异丙基氨基锂、丁基锂或其任意组合。
在一些实施例中，步骤(1)中的反应溶剂包括四氢呋喃、甲基四氢呋喃、甲苯、苯、N,N-二甲基甲酰胺或其任意组合。
在一些实施例中，烟酸酯包括烟酸甲酯、烟酸乙酯、烟酸丁酯、烟酸异丙酯或其任意组合。
在一些实施例中，步骤(2)中的酸性溶液包括盐酸、氢溴酸、氢碘酸、硫酸、高氯酸或其任意组合。
在一些实施例中，步骤(2)中的酸性溶液的浓度为约2M-12M。在一些实施例中，步骤(2)中的酸性溶液的浓度为约2M、约3M、约4M、约5M、约6M、约7M、约8M、约9M、约10M、约11M、约12M或者这些数值中任意两者组成的范围。
在一些实施例中，步骤(2)中的反应时间为约60-90h。在一些实施例中，步骤(2)中的反应时间为约60h、约65h、约70h、约75h、约80h、约85h、约90h或者这些数值中任意两者组成的范围。
在一些实施例中，步骤(2)中的反应温度为约60℃-120℃。
在一些实施例中，步骤(3)中的甲酸盐是包括甲酸钠、甲酸钾或其组合的固体。
在一些实施例中，步骤(3)中的提纯方法包括萃取，其中萃取溶剂包括二氯甲烷、正己烷、甲苯、甲基叔丁基醚、环己烷、庚烷或其任意组合。
在一些实施例中，步骤(3)中的反应时间为约15-48h。在一些实施例中，步骤(3)中的反应时间为约12h、约15h、约20h、约25h、约30h、约35h、约40h、约45h、约48h或者这些数值中任意两者组成的范围。
在一些实施例中，步骤(3)中在反应约12-48h后，包括向反应体系中加入氢氧化钠的步骤。在一些实施例中，加入氢氧化钠直至反应体系的pH达到约12为止。
在一些实施例中，步骤(3)中的反应得率为约60％-约80％。在一些实施例中，步骤(3)中的反应得率为约60％、约65％、约70％、约71％、约75％、约80％或者这些数值中任意两者组成的范围。
在一些实施例中，所述方法在步骤(3)后进一步包括：
(4)将步骤(3)所得消旋尼古丁加入到L-(-)-二苯甲酰酒石酸的甲醇溶液中，反应约20-30h，过滤后得到固体粉末，重结晶所述固体粉末，得到尼古丁盐；
(5)将所述尼古丁盐酸化、萃取、浓缩后得到S-尼古丁。
在一些实施例中，L-(-)-二苯甲酰酒石酸和消旋尼古丁的摩尔比为约10:4-1:1。在一些实施例中，L-(-)-二苯甲酰酒石酸和消旋尼古丁的摩尔比为约10:4、约10:5、约10:5、约10:6、约10:7、约10:8、约10:9、约1:1或者这些数值中任意两者组成的范围。
在一些实施例中，L-(-)-二苯甲酰酒石酸和消旋尼古丁的重量比为约1:1-5:1。在一些实施例中，L-(-)-二苯甲酰酒石酸和消旋尼古丁的重量比为约1:1、约2:1、约3:1、约4:1、约5:1或者这些数值中任意两者组成的范围。
在一些实施例中，重结晶使用的溶液包括异丙醇、乙醇、甲醇、四氢呋喃、乙腈、叔丁醇、正丁醇、乙酸乙酯或其任意组合。在一些实施例中，重结晶使用的溶液是体积比为约1:2-2:1(例如1:1)的异丙醇和乙醇混合液。
在一些实施例中，步骤(4)中的重结晶使用的溶液与固体粉末的重量比为约5:1、约4:1、约3:1、约2:1、约1:1或者这些数值中任意两者组成的范围。
在一些实施例中，步骤(4)中反应约20-30h是指在室温下搅拌5-30分钟(例如10、15、20、25分钟)，随后加热至40-60℃(例如45℃、50℃、55℃)搅拌0.5-2小时(例如1或1.5小时)，随后在室温下搅拌析晶19-30小时(例如20、21、22、23、24、25或27小时)。
在一些实施例中，步骤(5)中的萃取分两步进行。在一些实施例中，步骤(5)中的两个萃取步骤使用的萃取溶剂包括甲基叔丁基醚(MTBE)、二氯甲烷、正己烷、甲苯、甲基叔丁基醚、环己烷、庚烷或其任意组合。在一些实施例中，步骤(5)中的两个萃取步骤使用的萃取溶剂可以相同，也可以不同。
在一些实施例中，步骤(5)中两个萃取步骤之间包括向反应体系中加入氢氧化钠的步骤。在一些实施例中，加入氢氧化钠直至反应体系的pH达到约12为止。
在一些实施例中，本申请提供了一种制备S-尼古丁的方法，其中所述方法包括：
(a)将消旋尼古丁加入到L-(-)-二苯甲酰酒石酸的甲醇溶液中反应20-30h，过滤后得到固体粉末，重结晶所述固体粉末，得到尼古丁盐；和
(b)将所述尼古丁盐酸化、萃取、浓缩后得到S-尼古丁。
在一些实施例中，对步骤(a)和(b)的限定和上述制备方法中的步骤(4)和(5)中的限定相同。
在一些实施例中，所述S-尼古丁的ee值大于或等于约90％。在一些实施例中，所述S-尼古丁的ee值大于或等于约95％。在一些实施例中，所述S-尼古丁的ee值为约90％、约91％、约92％、约93％、约94％、约95％、约96％、约97％、约98％或者这些数值中任意两者组成的范围。
在一些实施例中，以S-尼古丁含量计，反应总得率大于或等于约60％。在一些实施例中，以S-尼古丁含量计，反应总得率为约61％、约62％、约63％、约64％、约65％、约66％、约67％、约68％、约69％、约70％、约75％或者这些数值中任意两者组成的范围。
图1示出了本申请制备尼古丁的方法的反应流程图。从反应流程图可以看出，本申请首先通过一锅法制备得到了消旋尼古丁，然后通过对消旋尼古丁进行拆分处理得到了S-尼古丁。本申请的制备方法具有较高产率，且制备得到的消旋尼古丁和S-尼古丁均具有较高的纯度。
实施例
为便于更好地理解本申请，通过以下实例加以说明。这些实例属于本申请的保护范围，但不限制本申请的保护范围。
实施例1
消旋尼古丁的合成
在10L反应釜中，依次投入叔丁醇钾1.58kg(14mol 1.5eq)、N-Cbz吡咯烷酮1.85kg(8.43mol 0.9eq)、以及四氢呋喃7.5L，搅拌15分钟，将烟酸甲酯1.29kg(9.38mol)的四氢呋喃溶液7.5L滴加入反应釜中，滴加结束后，升温至66℃进行回流反应，反应时间为12小时。
反应结束后降至室温，然后室温下滴加甲酸中和至体系的pH为7，通过减压旋蒸回收四氢呋喃至干，得到第一固体混合物。
随后加入5L浓度为6M的盐酸溶液，升温至100℃，在搅拌下进行回流反应，反应时间为72小时，降温至室温，得到第二反应混合物。
向第二反应混合物中加入4kg无水甲酸钠和0.76kg的37wt％甲醛，继续搅拌，升温至100℃，回流反应24小时，反应结束后加入固体氢氧化钠1600g，使反应体系的pH值达到12，用5L环己烷萃取4次，去除溶剂后，得到消旋尼古丁1kg。
消旋尼古丁的拆分
将无水L-(-)-二苯甲酰酒石酸215g用0.4L甲醇溶解后，在搅拌下加入消旋尼古丁97.2g，在室温下搅拌15分钟，随后加热至50℃，搅拌1小时，随后在室温下搅拌析晶24小时，抽滤得到滤饼，继续用0.4L溶液(异丙醇/乙醇，体积比为1：1)重结晶，最后得到尼古丁盐70.9g；所得尼古丁盐用100ml浓度为6M的盐酸酸化，用MTBE萃取回收L-(-)-二苯甲酰酒石酸，最后加入氢氧化钠直到使体系pH值达到12，用二氯甲烷萃取、在50℃下旋蒸进行浓缩，得到ee值大于或等于95％的S-尼古丁，纯度≥99.5％，反应总得率(以S-尼古丁含量计)为65.8％。
虽然已参考本申请的特定实施例描述并说明本申请，但是这些描述和说明并不限制本申请。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本申请的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变(例如对本申请的风味组合物中的成分进行适当增加、减少和改变)，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本申请的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本申请的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本申请的限制。

Claims (17)

1.一种制备尼古丁的方法，其包括如下步骤：
(1)将N-Cbz吡咯烷酮、烟酸酯、碱性催化剂和反应溶剂加入容器中反应，淬灭至体系呈中性，去除溶剂后，得到第一固体混合物；
(2)将所述第一固体混合物加入到酸性溶液中，回流反应，得到第二反应混合物；和
(3)在所述第二反应混合物中加入(a)甲酸和甲醛溶液或(b)甲酸盐和甲醛溶液，反应后提纯产物，得到消旋尼古丁。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(1)中的反应时间为3-20小时，反应温度为40℃-110℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(1)中的碱性催化剂包括叔丁醇钾、叔丁醇钠、叔丁醇锂，三苯甲基钠、氢化钠、氢化钾、氢化钙、氨基钠，六甲基二硅基氨基钠(NaHMDS)，六甲基二硅基氨基钾(KHMDS)，二异丙基氨基锂、丁基锂或其任意组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(1)中的反应溶剂包括四氢呋喃、甲基四氢呋喃、甲苯、苯、N,N-二甲基甲酰胺或其任意组合。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述烟酸酯包括烟酸甲酯、烟酸乙酯、烟酸丁酯、烟酸异丙酯或其任意组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(2)中的酸性溶液包括盐酸、氢溴酸、氢碘酸、硫酸、高氯酸或其任意组合。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述酸性溶液的浓度为2M-12M。
8.根据权利要求1所述的方法，其中酸性溶液与所述第一固体混合物的摩尔比为3:1至9:1。
9.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(2)中的反应时间为60-90小时，反应温度为60℃-120℃。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述甲酸盐包括甲酸钠、甲酸钾或其组合。
11.根据权利要求1所述的方法，步骤(3)中的提纯方法包括萃取，其中萃取溶剂包括二氯甲烷、正己烷、甲苯、甲基叔丁基醚、环己烷、庚烷或其任意组合。
12.根据权利要求1所述的方法，步骤(3)中的反应时间为12-48小时，反应温度为60℃-120℃。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括：
(4)将步骤(3)中得到的消旋尼古丁加入到L-(-)-二苯甲酰酒石酸的甲醇溶液中反应20-30h，过滤后得到固体粉末，重结晶所述固体粉末，得到尼古丁盐；
(5)将所述尼古丁盐酸化、萃取、浓缩后得到S-尼古丁。
14.根据权利要求13所述的方法，其中L-(-)-二苯甲酰酒石酸和消旋尼古丁的摩尔比为10:4至1:1。
15.根据权利要求13所述的方法，所述重结晶使用的溶液包括异丙醇和乙醇。
16.根据权利要求13所述的方法，其中步骤(5)中的萃取溶剂包括甲基叔丁基醚、环己烷或其组合。
17.一种制备S-尼古丁的方法，其中所述方法包括：
(a)将消旋尼古丁加入到L-(-)-二苯甲酰酒石酸的甲醇溶液中反应20-30h，过滤后得到固体粉末，重结晶所述固体粉末，得到尼古丁盐；和
(b)将所述尼古丁盐酸化、萃取、浓缩后得到S-尼古丁。
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