CN114031573A - S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸不对称合成中配体的回收方法 - Google Patents

S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸不对称合成中配体的回收方法 Download PDF

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Abstract

本申请属于化学合成技术领域,尤其涉及S‑(+)‑2,2‑二甲基环丙烷甲酸不对称合成中配体的回收方法。本申请的回收方法,包括:将重氮乙酸乙酯溶液、噁唑啉配体、催化剂、异丁烯和反应溶剂混合进行环丙烷化,得到二甲基环丙烷甲酸乙酯粗品;将二甲基环丙烷甲酸乙酯粗品、有机溶剂和无机碱混合水解,得到水解产物,除去水解产物的有机溶剂,得到水层产物;将水相产物萃取分相,得到有机层产物;将有机层产物、非质子有机溶剂、三级有机胺和磺酸酯化试剂混合进行活化,然后纯化,回收得到所述噁唑啉配体。本申请的回收方法,有效解决现有不对称合成S‑(+)‑2,2‑二甲基环丙烷甲酸方法中无法回收所用配体的问题。

Description

S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸不对称合成中配体的回收方法
技术领域
本申请属于化学合成技术领域,尤其涉及S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸不对称合成中配体的回收方法。
背景技术
S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸,CAS号为[14590-53-5],分子结构式为
Figure 284161DEST_PATH_IMAGE001
。S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸是合成西司他丁(一种肾脱氢二肽酶抑制剂)的关键中间体,西司他丁与亚胺培南的复方制剂适用于多重菌联合感染以及需氧菌和厌氧菌的混合感染。S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸的化学合成方法主要有以下化学拆分方法和不对称合成。
化学拆分:首先合成出R,S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸,再通过拆分得到S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸。这种的方法的缺点是操作复杂,总收率不高,原子经济性低,产生大量的废弃物。如专利CH682485,采用L-肉碱盐酸盐为手性拆分试剂,经酰化、成盐酸盐、离子交换、成草酸盐、水解五步操作才能得到S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸。
不对称合成:1998年,Qinwei Wang等(Tetrahedron, 1989, 9, 3971)用异丁烯为原料,手性配体和铜盐为催化剂不对称合成S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸,此法收率较高,合成路线短,形成的废弃物少,原子经济性高,但手性配体十分昂贵,未能广泛的应用。
综上所述,由于不对称合成S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸需要的配体昂贵,且没有简单高效的回收配体的方法,导致S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸的不对称合成法无法推广应用。
发明内容
有鉴于此,本申请提供了S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸不对称合成中配体的回收方法,本申请可从S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸的不对称合成中回收配体的方法,该回收方法具有回收率高、成本低及操作简单的优点,有效解决现有不对称合成S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸方法中无法回收所用配体的问题。
本申请提供了S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸不对称合成中配体的回收方法,包括:
步骤1、将重氮乙酸乙酯溶液、噁唑啉配体、催化剂、异丁烯和反应溶剂混合进行环丙烷化反应,得到S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸乙酯粗品;
步骤2、将所述S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸乙酯粗品、有机溶剂和无机碱混合水解,得到水解产物,除去所述水解产物的有机溶剂,得到水层产物;
步骤3、将所述水相产物进行萃取分相,得到有机层产物和水相产物;
步骤4、将所述有机层产物、非质子有机溶剂、三级有机胺和磺酸酯化试剂混合进行活化,然后进行纯化后回收得到所述噁唑啉配体。
另一实施例中,步骤1和步骤4中,所述噁唑啉配体包括(R,R)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-叔丁基-2-噁唑啉)、(S,S)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-叔丁基-2-噁唑啉)、(R,R)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-异丙基-2-噁唑啉)和(S,S)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-异丙基-2-噁唑啉)中的一种或多种。
另一实施例中,步骤1中,所述催化剂选自三氟甲磺酸亚铜、三氟甲磺酸铜、三氟乙酸铜和醋酸铜中的一种或多种;
所述反应溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷和二氯乙烷中的一种或多种;
所述重氮乙酸乙酯溶液的溶质为重氮乙酸乙酯;
所述重氮乙酸乙酯溶液的溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷和二氯乙烷中的一种或多种;
所述重氮乙酸乙酯:所述催化剂:所述噁唑啉配体:所述异丁烯:所述反应溶剂的质量比为1:(0.001~0.01):(0.001~0.01):(0.45~4.50):(100~2000)。
另一实施例中,步骤1中,所述环丙烷化反应的温度为-10℃~30℃,所述环丙烷化反应的时间为6h~26h。
具体的,步骤1中,所述环丙烷化反应具体包括:将催化剂、噁唑啉配体溶于反应溶剂中进行催化剂制备,反应温度为-10℃~30℃,反应时间为0.5h~3h;再通入异丁烯,反应温度为-10℃~10℃,反应时间为0.5h~3h;通完异丁烯后,滴加重氮乙酸乙酯溶液进行反应,滴加温度为-10℃~20℃,反应时间为5h~20h;再将反应浓缩至无溶剂残留,得到S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸乙酯粗品。
另一实施例中,步骤2中,有机溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃、1,4-二氧六环、乙醚、异丙醚和甲基叔丁基醚中的一种或多种;
所述的无机碱选自氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钠、氧化钾和氧化钙中的一种或多种。
具体的,所述无机碱为无机碱水溶液,所述无机碱水溶液的质量浓度为5~15%。
另一实施例中,步骤2中,所述水解的温度为20℃~30℃,所述水解的时间为16h~30h。
具体的,步骤2中,采用减压浓缩蒸除所述水解产物的有机溶剂。
另一实施例中,步骤3中,采用疏水溶剂进行萃取分相,所述疏水溶剂选自正庚烷、石油醚、二氯甲烷和三氯甲烷中的一种或多种。
另一实施例中,步骤3中,所述水相产物依次进行酸化、萃取、洗涤、干燥、浓缩和精馏,得到S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸。
具体的,步骤3中,所述有机层产物浓缩后即为含有噁唑啉配体的回收物。
另一实施例中,步骤4中,所述活化催化剂选自4-二甲氨基吡啶、1-吡啶-4-哌啶和4吡咯烷基吡啶中的一种或多种;所述非质子有机溶剂选自二氯甲烷、二氯乙烷、四氢呋喃和乙酸乙酯中的一种或多种;所述三级有机胺选自三乙胺、二异丙基乙胺和三异丙基胺中的一种或多种;所述磺酸酯化试剂选自三氟甲磺酰氯、甲基磺酰氯、对甲基苯磺酰氯和三氟甲磺酸酐中的一种或多种。
另一实施例中,步骤4中,所述活化的温度为0℃~50℃;所述活化的时间为10h~30h。
另一实施例中,步骤4中,所述纯化包括依次进行的浓缩、萃取、干燥、浓缩和精制处理,回收得到的所述噁唑啉配体的纯度>95%。
本申请的回收方法,可在S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸的不对称合成中回收昂贵的噁唑啉配体,本申请的回收方法既合成S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸,同时也回收了噁唑啉配体。首先将重氮乙酸乙酯在三氟甲磺酸亚铜催化剂和噁唑啉配体共同作用下,与异丁烯进行不对称环丙烷化,然后进行碱性水解得到配体回收物和S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸产品,最后将配体回收物进行活化后得到噁唑啉配体,本申请的回收方法简单,回收成本低,噁唑啉配体的回收率高,能大幅降低S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸的生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例步骤2提供的含有配体(R,R)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-叔丁基-2-噁唑啉)的回收物的HPLC谱图;
图2为本申请实施例步骤3提供的(R,R)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-叔丁基-2-噁唑啉)的HPLC谱图。
具体实施方式
本申请提供了S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸不对称合成中配体的回收方法,用于解决现有技术中不对称合成S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸方法中无法回收所用配体的技术缺陷。
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
其中,以下实施例所用原料或试剂均为市售或自制。
具体的,本申请实施例的S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸不对称合成中配体的回收方法包括:以重氮乙酸乙酯为主要起始物料,噁唑啉为配体,依次经过环丙烷化、水解、活化反应制得目标产品(即S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸),同时回收配体回收物,该配体回收物进行活化后回收得到所述配体。回收方法的路线如下:
Figure DEST_PATH_IMAGE002
实施例1
本申请实施例提供了S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸不对称合成中一种配体的回收方法,包括:
以重氮乙酸乙酯和(R,R)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-叔丁基-2-噁唑啉)为主要起始原料,依次经过下述步骤制成:
(1)不对称环丙烷化,即S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸乙酯的制备和(R,R)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-叔丁基-2-噁唑啉)的使用:1.0g三氟甲磺酸亚铜和1.5g (R,R)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-叔丁基-2-噁唑啉)溶于100g二氯甲烷,室温下搅拌2小时。反应体系降温至-5~0℃,通入720g异丁烯后,慢慢滴加重氮乙酸乙酯溶液(包括550g重氮乙酸乙酯和550g二氯甲烷),控制反应体系温度10℃,加毕后体系慢慢升温至室温,反应5小时,GC监控反应完全,体系减压浓缩至无二氯甲烷,得685g油状的S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸乙酯粗品,GC>92%,e.e.值>99%。
(2)水解和回收,即S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸的制备和(R,R)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-叔丁基-2-噁唑啉)的回收:将上述685g油状S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸乙酯粗品溶于500g纯水和500g乙醇中,加入180g 氢氧化钠常温下水解反应22小时,取样GC监控,无S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸乙酯残留,进行后处理;将反应液中的乙醇减压蒸干后,除去水解产物的有机溶剂,得到水层产物,水层产物中加入500g二氯甲烷进行萃取分相,得到有机层产物和水相产物。
其中,有机层产物加入50g无水硫酸钠干燥半小时,过滤浓缩得到1.6g含有配体(R,R)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-叔丁基-2-噁唑啉)的回收物。
水相产物使用6N盐酸调节pH值至1-2,使用500g二氯甲烷萃取水相三次,收集二氯甲烷层,使用150g饱和食盐水洗涤分相,有机层中加入120g无水硫酸钠干燥,过滤,减压浓缩得520g油状S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸纯品,两步摩尔收率94.5%,GC>98%,e.e.值>99%。
(3)活化配体,即(R,R)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-叔丁基-2-噁唑啉)的活化:在室温下,向步骤2中1.6g的回收物、0.06g 4-二甲氨基吡啶、2.16g三乙胺和50g二氯甲烷的溶液中加入0.60g甲基磺酰氯,反应20小时,GC监控反应完全,将反应液浓缩,纯化得1.45g白色固体(R,R)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-叔丁基-2-噁唑啉),HPLC>99%,e.e.值>99%,配体回收率为96.7%。
测定步骤2中含有配体(R,R)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-叔丁基-2-噁唑啉)的回收物的HPLC谱图,结果如图1所示。
测定步骤3中白色固体(R,R)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-叔丁基-2-噁唑啉)的HPLC谱图,结果如图2所示。
从图1和图2结果可知,本申请的方法成功从S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸不对称合成中回收噁唑啉配体,且回收的效率和纯度都很高。
对比例1
本申请对比例提供了对照回收方法,具体包括:
采用Qinwei Wang等(Tetrahedron, 1989, 9, 3971)的合成方法,进行不对称环丙烷化,即S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸乙酯的制备和(R,R)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-叔丁基-2-噁唑啉)的使用:0.2g三氟甲磺酸亚铜和0.3g (R,R)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-叔丁基-2-噁唑啉)溶于40g二氯甲烷,室温下搅拌2小时。反应体系降温至-5~0℃,通入144g异丁烯后,慢慢滴加重氮乙酸乙酯溶液(包括110g重氮乙酸乙酯和110g二氯甲烷),控制反应体系温度10℃,加毕后体系慢慢升温至室温,反应5小时,GC监控反应完全,体系减压浓缩至无二氯甲烷,得139g油状的S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸乙酯粗品,GC>92%,e.e.值>99%,粗品进行加压蒸馏得115gS-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸乙酯纯品,GC>99%,e.e.值>99%;从蒸馏母液萃取回收配体,但未能实现配体回收。
上述对比例可知,采用其他S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸的不对称合成方法,无法回收噁唑啉配体。
综上所述,本申请的回收方法可在S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸的不对称合成中高效简单地回收昂贵的噁唑啉配体。
以上所述仅是本申请的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸不对称合成中配体的回收方法,其特征在于,包括:
步骤1、将重氮乙酸乙酯溶液、噁唑啉配体、催化剂、异丁烯和反应溶剂混合进行环丙烷化反应,得到S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸乙酯粗品;
步骤2、将所述S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸乙酯粗品、有机溶剂和无机碱混合水解,得到水解产物,除去所述水解产物的有机溶剂,得到水层产物;
步骤3、将所述水层产物进行萃取分相,得到有机层产物和水相产物;
步骤4、将所述有机层产物、活化催化剂、非质子有机溶剂、三级有机胺和磺酸酯化试剂混合进行活化,然后进行纯化后回收得到所述噁唑啉配体。
2.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,步骤1和步骤4中,所述噁唑啉配体包括(R,R)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-叔丁基-2-噁唑啉)、(S,S)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-叔丁基-2-噁唑啉)、(R,R)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-异丙基-2-噁唑啉)和(S,S)-(+)-2,2’-异亚丙基双(4-异丙基-2-噁唑啉)中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,步骤1中,所述催化剂选自三氟甲磺酸亚铜、三氟甲磺酸铜、三氟乙酸铜和醋酸铜中的一种或多种;
所述反应溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷和二氯乙烷中的一种或多种;
所述重氮乙酸乙酯溶液的溶质为重氮乙酸乙酯;
所述重氮乙酸乙酯溶液的溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷和二氯乙烷中的一种或多种;
所述重氮乙酸乙酯:所述催化剂:所述噁唑啉配体:所述异丁烯:所述反应溶剂的质量比为1:(0.001~0.01):(0.001~0.01):(0.45~4.50):(100~2000)。
4.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,步骤1中,所述环丙烷化反应的温度为-10℃~30℃,所述环丙烷化反应的时间为6h~26h。
5.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,步骤2中,有机溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃、1,4-二氧六环、乙醚、异丙醚和甲基叔丁基醚中的一种或多种;
所述的无机碱选自氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钠、氧化钾和氧化钙中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,步骤2中,所述水解的温度为20℃~30℃,所述水解的时间为16h~30h。
7.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,步骤3中,采用疏水溶剂进行萃取分相,所述疏水溶剂选自正庚烷、石油醚、二氯甲烷和三氯甲烷中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,步骤3中,所述水相产物依次进行酸化、萃取、洗涤、干燥、浓缩和精馏,得到S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酸。
9.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,步骤4中,所述活化催化剂选自4-二甲氨基吡啶、1-吡啶-4-哌啶和4吡咯烷基吡啶中的一种或多种;所述非质子有机溶剂选自二氯甲烷、二氯乙烷、四氢呋喃和乙酸乙酯中的一种或多种;所述三级有机胺选自三乙胺、二异丙基乙胺和三异丙基胺中的一种或多种;所述磺酸酯化试剂选自三氟甲磺酰氯、甲基磺酰氯、对甲基苯磺酰氯和三氟甲磺酸酐中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,步骤4中,所述活化的温度为0℃~50℃;所述活化的时间为10h~30h。
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