CN113603691B - L-5-甲基四氢叶酸钙的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种L‑5‑甲基四氢叶酸钙的制备工艺，采用不对称催化加氢将将叶酸还原为(6S)‑四氢叶酸，叶酸的转化率高、(6S)‑四氢叶酸非对映体过量程度高；通过成盐并结晶，可以容易地富集得到具有极高非对映体过量的(6S)‑四氢叶酸中间体，由此最终制得的L‑5‑甲基四氢叶酸钙的收率和纯度高。本发明的催化加氢工艺在工业应用上十分成熟，操作方便；后续的甲基化和成盐步骤易于实施，在提高了产物收率和纯度的情况下，所述制备工艺具有很高的经济价值和实用价值。

Description

L-5-甲基四氢叶酸钙的制备工艺
技术领域
本发明涉及医药领域，具体来说，本发明涉及L-5-甲基四氢叶酸钙的制备工艺。
背景技术
L-5-甲基四氢叶酸(N-(5-甲基)-6(S)-5,6,7,8,-四氢蝶酰基-L-谷氨酸，(6S)-5-甲基四氢叶酸，简称L-5-MTHF或(6S)-5-MTHF)，是叶酸最具生物活性和功能的形式，普通叶酸只有转换为L-5-甲基四氢叶酸才能参与甲基化过程以及DNA合成。L-5-甲基四氢叶酸是人体血浆和细胞内的游离叶酸存在的唯一形式；也是唯一可以穿透血脑屏障的叶酸类药物。L-5-甲基四氢叶酸的药理作用不断被发现，人们对它进行了更加深入的研究，发现L-5-甲基四氢叶酸对阿兹海默症有很好的防治作用，此外它与抗癌药物甲酰蝶呤等配伍使用，可以降低抗癌药物的毒副作用。同时，L-5-甲基四氢叶酸也被用于巨幼红细胞性贫血、风湿性关节炎等疾病的治疗。美国、日本和欧洲已经批准将L-5-甲基四氢叶酸作为一种食品添加剂添加到各种食品中，使得L-5-甲基四氢叶酸的市场需求量剧增。
由于L-5-甲基四氢叶酸对空气和水分敏感，容易降解，同时在水中溶解度很小，市面上常以其盐的形式存在，例如碱土金属盐，尤其是钙盐，也就是L-5-甲基四氢叶酸钙盐。
目前，L-5-甲基四氢叶酸钙生产的关键在于L-5-甲基四氢叶酸的制备，其一般是以叶酸为原料，常见的工艺路线包括：1、将叶酸还原、甲基化再手性拆分；2、将叶酸还原、手性拆分，然后甲基化；以及3、将叶酸不对称还原，然后进行甲基化。前两种方法使用常规的还原工艺，例如：催化加氢法，在贵金属催化剂的存在下将叶酸用氢气还原为四氢叶酸；化学还原法，使用硼氢化钠、硼氢化钾、低价硫盐化合物如连二亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫化钠，其中效果最好的是硼氢化钠。然而，由于四氢叶酸较不稳定，易被氧化并且高温耐受性较差，而早期以金属钯-碳、氧化铂等作为催化剂需要很高的活化能，催化剂用量也较大，利用该方法得到的四氢叶酸纯度和收率较低；而硼氢化钠、硼氢化钾、低价硫盐化合物等还原剂在使用过程中会导致反应液的碱性变强，使得副反应变多，降低了四氢叶酸的产率和纯度；并且即使是其中效果最佳的硼氢化钠，也需要大过量地使用。最为重要的是，常规的还原只能得到几乎等量的(6S)-和(6R)-四氢叶酸非对映异构体混合物，因为远离还原部位的前手性亚胺部分(S)-谷氨酰基不会明显影响加氢反应。而在体内，非天然(6R)-异构体的效果比(6S)-异构体低一百倍。此外，有迹象表明(6R)-异构体在中枢神经系统中积聚，导致长期中毒。而在后续的手性拆分中需要使用较为昂贵的手性拆分剂，并且拆分效果通常不是十分理想。
因此，开发了叶酸的不对称还原方法。CN1264842C公开了在铑金属前体、R-BINAP等配体的存在下，在醇中或者在水中将叶酸二甲酯磺酸盐不对称还原为四氢叶酸二甲酯磺酸盐，然后通过结晶将其中优势的(6S)-异构体富集并分离，从而得到光学纯的左旋异构体。然而，该方法中不对称还原的转化率以及左旋异构体的比例均不理想，结晶后所获得的光学纯左旋异构体产率只有44％。Henri Brunner等人在Z.Anorg.Allg.Chem.2005,631,2555-2562中使用水溶性的含有葡萄糖基的肟类配体，但在叶酸转化率以及左旋异构体的过量程度上没有显著改善。
为此，有必要提供更多能够容易地制备L-5-甲基四氢叶酸钙的工艺。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种制备L-5-甲基四氢叶酸钙的工艺，采用不对称催化加氢将将叶酸还原为(6S)-四氢叶酸，(6S)-四氢叶酸非对映体过量程度高，L-5-甲基四氢叶酸钙的收率和纯度高。
在本发明的一个实施方案中，所述L-5-甲基四氢叶酸钙的制备工艺包括：
Figure BDA0003208639990000031
其中，步骤a采用不对称催化加氢还原的方法，前催化剂为Rh前催化剂，配体的结构如以下式I所示：
Figure BDA0003208639990000032
其中，R独立地选自：C1-C4烷基、苯基。
在本发明的一个实施方案中，所述步骤a包括：在惰性气体保护下，将Rh前催化剂、配体溶于甲醇或乙醇中，得到催化剂溶液；将叶酸加入到缓冲液中溶解，得到叶酸的缓冲溶液；将催化剂溶液加入到叶酸的缓冲溶液中，然后进行催化加氢反应；反应结束后，用酸将溶液的pH调整至2.5±1，随后过滤收集析出的四氢叶酸粗品；将其加入到水中，然后加入苯磺酸或对甲苯磺酸，升温搅拌反应，之后缓慢冷却至室温，将析出的晶体过滤，将其重新分散于水中，常温下加碱调节pH至中性，使固体完全溶解，再用酸将溶液的pH调至1.5±0.5，析出大量固体，过滤水洗，得(6S)-四氢叶酸湿品。
本发明的不对称催化加氢还原方法中，叶酸的转化率可达92％以上，(6S)-四氢叶酸的非对映构异体过量程度可达86％以上，在用苯磺酸或对甲苯磺酸成盐并重结晶精制后，(6S)-四氢叶酸的非对映构异体过量的程度可达97％以上，与现有技术的不对称催化加氢还原方法相比显著改善。
在一个优选的方案中，步骤a中所述的Rh前催化剂选自[Rh(cod)Cl]2、[Rh(nbd)Cl]2、[Rh(cod)2]SbF6、[Rh(cod)2]BF4、[Rh(cod)2]ClO4的至少一种。
优选的，所述Rh前催化剂的用量，以Rh的摩尔量计算，为叶酸的0.1～1％，优选0.2～0.8％，更优选0.3～0.6％。
在一个优选的方案中，步骤a中式I的R独立地选自：甲基、乙基、苯基；优选的，步骤a中所述配体选自以下配体1或配体2：
Figure BDA0003208639990000041
优选的，所述配体的摩尔量为Rh摩尔量的1.0～1.5倍，优选1.1～1.3倍。
在一个优选的方案中，步骤a中所述缓冲液选自磷酸盐缓冲液，优选磷酸钠缓冲液、磷酸钾缓冲液；所述缓冲液的pH为7.1～7.5，优选7.1～7.3；缓冲液的浓度为0.05～0.2M，优选0.1～0.15M。
在一个优选的方案中，步骤a中甲醇或乙醇与缓冲液的体积比为1～3：3～1，优选1～2：2～1，更优选1：1。
在一个优选的方案中，步骤a中加氢反应时H2的压力为10～100bar，优选20～70bar，更优选30～50bar；加氢反应的温度为60～90℃，优选70～80℃；加氢反应的时间为6～36h，优选15～24h。
在一个优选的方案中，步骤a中调节pH的酸选自盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、氢溴酸中的至少一种。优选的，所述酸选自盐酸。
优选的，步骤a中在加氢反应后用酸调节pH至2.5±0.5，优选2.5±0.3。
优选的，步骤a中用碱调中性后再用酸调节pH至1.5±0.4，优选1.5±0.3。
在一个优选的方案中，步骤a中苯磺酸或对甲苯磺酸的摩尔量是叶酸的1～3倍，优选1.5～2倍。苯磺酸或对甲苯磺酸加入后与四氢叶酸成盐，在结晶步骤中，非对映体过量的(6S)-四氢叶酸盐析出，从而使得(6S)-四氢叶酸得到精制，化学纯度和光学纯度均得到提升。
在一个优选的方案中，步骤a中在加入苯磺酸或对甲苯磺酸后，升温至40～70℃搅拌0.5～4h。优选的，升温至50～60℃搅拌0.5～2h。
在一个优选的方案中，步骤a中的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的至少一种。
在本发明的一个实施方案中，所述制备工艺还包括：
步骤b：将步骤a中的(6S)-四氢叶酸湿品加入到甲酸中，并加入三氟乙酸作为催化剂，常温搅拌至完全溶清；溶清后，加入酸，然后搅拌至大量固体析出，过滤后滤饼用水洗涤、干燥，得到(6S)-5,10-亚甲基四氢叶酸；
步骤c：在水中加入还原剂，控制内温度30～60℃，缓慢加入步骤b中的干燥(6S)-5,10-亚甲基四氢叶酸，加完后搅拌反应；随后，用酸将溶液的pH调至7.0±0.3，过滤，滤液中再次加入还原剂，控制内温30～60℃，继续搅拌反应，然后加入活性炭脱色，过滤，得(L)-5-甲基四氢叶酸滤液；
步骤d：将滤液升温至70～90℃，加入食品级氯化钙，搅拌0.5～3h，然后自然冷却至室温，析出晶体，过滤；将滤饼用40～60℃的热水打浆，随后再用亲水的低沸点有机溶剂打浆，过滤、干燥，得到(L)-5-甲基四氢叶酸钙成品。
在一个优选的方案中，步骤b中甲酸的用量以叶酸计，其与叶酸的体积质量比为1～5：1ml/g，即每g叶酸使用1～5ml的甲酸；优选的，所述体积质量比为2～4：1ml/g。
在一个优选的方案中，步骤b中三氟乙酸的用量为甲酸体积的1～6％，优选2～4％。
在一个优选的方案中，步骤b中(6S)-四氢叶酸与甲酸反应的搅拌时间为2～10h，优选4～8h。
在一个优选的方案中，步骤b中的酸选自盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、氢溴酸中的至少一种。优选的，所述酸选自盐酸，更优选浓盐酸。
在一个优选的方案中，步骤c中的还原剂选自硼氢化钠、硼氢化钾、连二亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫化钠中的至少一种。优选的，所述还原剂选自硼氢化钠或硼氢化钾。
优选的，所述还原剂的用量以叶酸计，第一次的加入量是叶酸摩尔量的1.5～5倍，优选2～3倍；第二次的加入量是第一次的5～30％，优选10～20％，更优选10～15％。
优选的，还原反应的时间为2～16h，优选4～10h。
在一个优选的方案中，步骤c中的酸选自盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、氢溴酸中的至少一种。优选的，所述酸选自盐酸。
在一个优选的方案中，步骤c中控制内温度在40～50℃。
在一个优选的方案中，步骤c中第二次加入还原剂后的搅拌时间为0.5～1h。
在一个优选的方案中，步骤d中将滤液升温至75～85℃。
在一个优选的方案中，步骤d中食品级氯化钙的用量以叶酸计，为叶酸摩尔量的3～5倍，优选4～5倍。
在一个优选的方案中，步骤d中所述亲水的低沸点有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙酮中的至少一种，优选为乙醇。
在一个本发明的技术方案中，所用到的水在没有额外说明的情况下，均指纯化水。
本发明所述的L-5-甲基四氢叶酸钙的制备工艺，采用不对称催化加氢将叶酸还原为(6S)-四氢叶酸，叶酸的转化率在92％以上，非对映体过量程度高，在86％以上；通过成盐并结晶，可以容易地富集得到具有极高非对映体过量的(6S)-四氢叶酸中间体，非对映体过量在97％以上，由此最终制得的L-5-甲基四氢叶酸钙的收率和纯度高。本发明的催化加氢工艺在工业应用上十分成熟，操作方便，在提高了产物收率和纯度的情况下，所述制备工艺具有很好的实用价值。
附图说明
图1为实施例1制得的L-5-甲基四氢叶酸钙的HPLC图谱。
具体实施方式
以下将对发明的优选实例进行详细描述。所举实例是为了更好地对发明内容进行，并不是发明内容仅限于实例。根据发明内容对实施方案的非本质的改进和调整，仍属于发明范畴。
实施例1：
步骤a：在氮气保护下，将99mg(0.2mmol)的前催化剂[Rh(cod)Cl]2、147mg(0.44mmol)的配体1溶于400ml乙醇中，得到催化剂溶液；将44.1g(100mmol)的叶酸加入到400ml的磷酸钠缓冲液(0.1M，pH7.1)中，搅拌使叶酸溶解，得到叶酸的缓冲溶液。随后，将催化剂溶液加入到叶酸的缓冲溶液中，然后在30bar的H2、80℃下反应24h。反应结束后，取反应液进行分析，其中叶酸的转化率为98％；(6S)-异构体与(6R)-异构体的比例为95:5，(6S)-异构体的de值90％。用3M盐酸将溶液的pH调整至2.5左右，随后过滤收集析出的四氢叶酸粗品43.8g；将其加入到300ml的水中，然后加入23.7g(150mmol)的苯磺酸，升温到55℃搅拌1h，到时间后缓慢冷却至室温，将析出的晶体过滤，将其重新分散于水中，常温下加氢氧化钠调节pH至中性，使固体完全溶解，再用3M盐酸将溶液的pH调至1.5左右，析出大量固体，过滤水洗，得(6S)-四氢叶酸湿品，无需干燥直接进行下一步。取少量样品分析，计算后可知(6S)-四氢叶酸湿品中包含固体40.1g，固体中(6S)-四氢叶酸与(6R)-四氢叶酸的比例为99:1，(6S)-四氢叶酸的de值为98％。
步骤b：将步骤a中的(6S)-四氢叶酸湿品加入到150ml的甲酸中，再加入3ml的三氟乙酸作为催化剂，常温搅拌6h至完全溶清。溶清后，加入60ml的浓盐酸，然后搅拌至大量固体析出，过滤后滤饼用水洗涤、干燥，得到40.2g的(6S)-5,10-亚甲基四氢叶酸。
步骤c：在300ml水中加入11.3g(0.3mol)的硼氢化钠，控制内温度45～50℃，缓慢加入步骤b中的干燥(6S)-5,10-亚甲基四氢叶酸，加完后搅拌反应6h。随后，用3M盐酸将溶液的pH调至7.0左右，过滤，滤液中再次加入1.7g(0.045mol)的硼氢化钠，控制内温度45～50℃。加毕，搅拌反应0.5h，加入活性炭搅拌0.5h，过滤，得(L)-5-甲基四氢叶酸滤液。
步骤d：将滤液升温至85℃，加入50g(0.45mol)的食品级氯化钙，搅拌1h，然后自然冷却至室温，析出晶体，过滤。滤饼用50℃的热水打浆，随后再用乙醇打浆，过滤、干燥，得到41.7g的(L)-5-甲基四氢叶酸钙成品，以叶酸计算的收率为83.8％；HPLC纯度为99.2％。
实施例2：
步骤a：在氮气保护下，将99mg(0.2mmol)的前催化剂[Rh(cod)Cl]2、172mg(0.44mmol)的配体2溶于400ml乙醇中，得到催化剂溶液；将44.1g(100mmol)的叶酸加入到400ml的磷酸钠缓冲液(0.1M，pH7.1)中，搅拌使叶酸溶解，得到叶酸的缓冲溶液。随后，将催化剂溶液加入到叶酸的缓冲溶液中，然后在30bar的H2、80℃下反应24h。反应结束后，取反应液进行分析，其中叶酸的转化率为95％；(6S)-异构体与(6R)-异构体的比例为96:4，(6S)-异构体的de值92％。用3M盐酸将溶液的pH调整至2.5左右，随后过滤收集析出的四氢叶酸粗品42.7g；将其加入到300ml的水中，然后加入23.7g(150mmol)的苯磺酸，升温到55℃搅拌1h，到时间后缓慢冷却至室温，将析出的晶体过滤，将其重新分散于水中，常温下加氢氧化钠调节pH至中性，使固体完全溶解，再用3M盐酸将溶液的pH调至1.5左右，析出大量固体，过滤水洗，得(6S)-四氢叶酸湿品，无需干燥直接进行下一步。取少量样品分析，计算后可知(6S)-四氢叶酸湿品中包含固体39.3g，固体中(6S)-四氢叶酸与(6R)-四氢叶酸的比例为99:1，(6S)-四氢叶酸的de值为98％。
按照实施例1的方法进行步骤b-d，得到40.8g的(L)-5-甲基四氢叶酸钙成品，以叶酸计算的收率为82.0％；HPLC纯度为98.8％。
实施例3：
步骤a：在氮气保护下，将92mg(0.2mmol)的前催化剂[Rh(nbd)Cl]2、147mg(0.44mmol)的配体1溶于400ml乙醇中，得到催化剂溶液；将44.1g(100mmol)的叶酸加入到400ml的磷酸钠缓冲液(0.1M，pH7.1)中，搅拌使叶酸溶解，得到叶酸的缓冲溶液。随后，将催化剂溶液加入到叶酸的缓冲溶液中，然后在30bar的H2、80℃下反应24h。反应结束后，取反应液进行分析，其中叶酸的转化率为93％；(6S)-异构体与(6R)-异构体的比例为97:3，(6S)-异构体的de值94％。用3M盐酸将溶液的pH调整至2.5左右，随后过滤收集析出的四氢叶酸粗品42.3g；将其加入到300ml的水中，然后加入23.7g(150mmol)的苯磺酸，升温到55℃搅拌1h，到时间后缓慢冷却至室温，将析出的晶体过滤，将其重新分散于水中，常温下加氢氧化钠调节pH至中性，使固体完全溶解，再用3M盐酸将溶液的pH调至1.5左右，析出大量固体，过滤水洗，得(6S)-四氢叶酸湿品，无需干燥直接进行下一步。取少量样品分析，计算后可知(6S)-四氢叶酸湿品中包含固体38.7g，固体中(6S)-四氢叶酸与(6R)-四氢叶酸的比例为99.5:0.5，(6S)-四氢叶酸的de值为99％。
按照实施例1的方法进行步骤b-d，得到40.3g的(L)-5-甲基四氢叶酸钙成品，以叶酸计算的收率为81.1％；HPLC纯度为99.4％。
实施例4：
步骤a：在氮气保护下，将244mg(0.6mmol)的前催化剂[Rh(cod)2]BF4、221mg(0.66mmol)的配体1溶于400ml乙醇中，得到催化剂溶液；将44.1g(100mmol)的叶酸加入到400ml的磷酸钠缓冲液(0.1M，pH7.1)中，搅拌使叶酸溶解，得到叶酸的缓冲溶液。随后，将催化剂溶液加入到叶酸的缓冲溶液中，然后在40bar的H2、80℃下反应24h。反应结束后，取反应液进行分析，其中叶酸的转化率为91.5％；(6S)-异构体与(6R)-异构体的比例为93:7，(6S)-异构体的de值86％。用3M盐酸将溶液的pH调整至2.5左右，随后过滤收集析出的四氢叶酸粗品44.0g；将其加入到300ml的水中，然后加入30.1g(170mmol)的对甲苯磺酸，升温到60℃搅拌1.5h，到时间后缓慢冷却至室温，将析出的晶体过滤，将其重新分散于水中，常温下加氢氧化钠调节pH至中性，使固体完全溶解，再用3M盐酸将溶液的pH调至1.5左右，析出大量固体，过滤水洗，得(6S)-四氢叶酸湿品，无需干燥直接进行下一步。取少量样品分析，计算后可知(6S)-四氢叶酸湿品中包含固体35.9g，固体中(6S)-四氢叶酸与(6R)-四氢叶酸的比例为99:1，(6S)-四氢叶酸的de值为98％。
按照实施例1的方法进行步骤b-d，得到36.8g的(L)-5-甲基四氢叶酸钙成品，以叶酸计算的收率为76.8％；HPLC纯度为98.5％。
最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种L-5-甲基四氢叶酸钙的制备工艺，包括：
Figure FDA0003714436250000011
其中，步骤a采用不对称催化加氢还原的方法，前催化剂为Rh前催化剂，配体的结构如以下式I所示：
Figure FDA0003714436250000012
其中，R独立地选自：甲基、乙基；
所述步骤a包括：在惰性气体保护下，将Rh前催化剂、配体溶于甲醇或乙醇中，得到催化剂溶液；将叶酸加入到磷酸盐缓冲液中溶解，得到叶酸的缓冲溶液；将催化剂溶液加入到叶酸的缓冲溶液中，然后进行催化加氢反应；反应结束后，用酸将溶液的pH调整至2.5±1，随后过滤收集析出的四氢叶酸粗品；将其加入到水中，然后加入苯磺酸或对甲苯磺酸，升温搅拌反应，之后缓慢冷却至室温，将析出的晶体过滤，将其重新分散于水中，常温下加碱调节pH至中性，使固体完全溶解，再用酸将溶液的pH调至1.5±0.5，析出大量固体，过滤水洗，得(6S)-四氢叶酸湿品；
步骤a中所述的Rh前催化剂选自[Rh(cod)Cl]2、[Rh(nbd)Cl]2、[Rh(cod)2]SbF6、[Rh(cod)2]BF4、[Rh(cod)2]ClO4的至少一种；所述Rh前催化剂的用量，以Rh的摩尔量计算，为叶酸的0.1～1％；
所述制备工艺还包括：
步骤b：将步骤a中的(6S)-四氢叶酸湿品加入到甲酸中，并加入三氟乙酸作为催化剂，常温搅拌至完全溶清；溶清后，加入酸，然后搅拌至大量固体析出，过滤后滤饼用水洗涤、干燥，得到(6S)-5,10-亚甲基四氢叶酸；
步骤c：在水中加入还原剂，控制内温度30～60℃，缓慢加入步骤b中的干燥(6S)-5,10-亚甲基四氢叶酸，加完后搅拌反应；随后，用酸将溶液的pH调至7.0±0.3，过滤，滤液中再次加入还原剂，控制内温30～60℃，继续搅拌反应，然后加入活性炭脱色，过滤，得(L)-5-甲基四氢叶酸滤液；
步骤d：将滤液升温至70～90℃，加入食品级氯化钙，搅拌0.5～3h，然后自然冷却至室温，析出晶体，过滤；将滤饼用40～60℃的热水打浆，随后再用亲水的低沸点有机溶剂打浆，过滤、干燥，得到(L)-5-甲基四氢叶酸钙成品。
2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤a中所述配体选自以下配体1或配体2：
Figure FDA0003714436250000021
3.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述配体的摩尔量为Rh摩尔量的1.0～1.5倍。
4.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤a中苯磺酸或对甲苯磺酸的摩尔量是叶酸的1～3倍。
5.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤c中的还原剂选自硼氢化钠、硼氢化钾、连二亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫化钠中的至少一种。
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