CN114394892A - 一种(r)-3-羟基丁酸盐的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于药物制备技术领域，公开了一种(R)‑3‑羟基丁酸盐的制备方法。该制备方法，包括以下步骤：向聚(R)‑3‑羟基丁酸中加入有机溶剂，加热回流；然后加入碱液和/或脂肪酶进行反应，反应结束后加酸调节pH，再经蒸发浓缩，去杂质，干燥制得。本发明提供的制备方法，先加入有机溶剂对聚(R)‑3‑羟基丁酸进行溶解渗透，以破坏其晶体结构，降低其结晶度，再利用碱水解和/或酶解的方式制备(R)‑3‑羟基丁酸盐。其生产操作简单，对生产设备与环境要求低；生产周期短，生产效率高，成本低，可工业化量产；且制备的(R)‑3‑羟基丁酸盐的纯度高，收率高，不同批次产品的质量稳定性高。
Description
技术领域
本发明属于药物制备技术领域，具体涉及一种(R)-3-羟基丁酸盐的制备方法。
背景技术
3-羟基丁酸(3-HB)是天然高聚物聚(R)-3-羟基丁酸(PHB)的单体形式，天然状态下以纯的R构型存在。3-羟基丁酸作为体内的一种重要酮体，由长链脂肪酸在肝中降解产生，经血液输送到外周组织中并对机体的功能产生调节作用。研究发现，3-羟基丁酸在保健品、食品和医药行业都有很大的应用价值和前景，具体包括：减肥；刺激各种健康促进基因的表达；降低炎症并发症的发生；提高锻炼表现和训练效率；增强代谢效率；为心脏提供最佳能量，降低心血管疾病的发病几率；提高胰岛素敏感性；预防癌症和糖代谢紊乱引起的相关疾病；增加认知能力，预防阿尔茨海默病，延长寿命等。
3-羟基丁酸钠作为PHB的一种稳定矿物钠盐供给体，通常和3-羟基丁酸钙以及3-羟基丁酸镁共同使用构成干粉，在摄入后分解成游离的Beta-羟基丁酸和矿物离子被人体吸收。因此，3-羟基丁酸盐是一种重要的物质，尤其是(R)-3-羟基丁酸盐。
目前，(R)-3-羟基丁酸盐的制备主要存在以下问题：(1)使用化工原料进行合成，得到(R)-3-羟基丁酸盐光学纯度低；另外，化工原料容易引入重金属，并较难以去除，容易导致重金属残留量相对较高。(2)使用PHB生物降解方法进行制备的(R)-3-羟基丁酸，虽然其光学纯度较高，但存在发酵过程缓慢，生产周期长，效率低，成本高，同时质量稳定性差等缺点。(3)使用强碱水解PHB制备(R)-3-羟基丁酸盐，如果温度稍高时，则产物主要是以巴豆酸钠为主。如果温度稍低，则水解耗时过长，收率低。(4)使用弱碱水解PHB制备(R)-3-羟基丁酸盐，即使在较高温度进行水解，也会水解耗时过长，生产效率低。
因此，亟需提供一种(R)-3-羟基丁酸盐的制备方法，能够制备出纯度高的(R)-3-羟基丁酸盐，且生产周期短、生产效率高，适合工业化量产。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种(R)-3-羟基丁酸盐的制备方法，能够制备出纯度高的(R)-3-羟基丁酸盐，且生产周期短、生产效率高，适合工业化量产。
本发明第一方面提供了一种(R)-3-羟基丁酸盐的制备方法。
具体地，一种(R)-3-羟基丁酸盐的制备方法，包括以下步骤：
向聚(R)-3-羟基丁酸中加入有机溶剂，加热回流；然后加入碱液和/或脂肪酶进行反应，反应结束后加酸调节pH，再经蒸发浓缩，去杂质，干燥，制得所述(R)-3-羟基丁酸盐。
优选地，所述聚(R)-3-羟基丁酸的粒径小于100微米；进一步优选地，所述聚(R)-3-羟基丁酸的粒径小于10微米。
优选地，所述聚(R)-3-羟基丁酸的粘均分子量为1万-40万道尔顿；进一步优选地，所述聚(R)-3-羟基丁酸的粘均分子量为5万-30万道尔顿。如5万、10万、15万、20万、25万、30万道尔顿等。
优选地，所述有机溶剂选自醇、酮或酯中的至少一种；进一步优选地，所述有机溶剂选自乙醇、丙酮、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯或丙酸丁酯中的至少一种。更优选地，所述有机溶剂为乙醇。
优选地，所述聚(R)-3-羟基丁酸的质量与所述有机溶剂的体积比为1：(5-50)g/mL；进一步优选地，所述聚(R)-3-羟基丁酸的质量与所述有机溶剂的体积比为1：(20-40)g/mL；更优选地，所述聚(R)-3-羟基丁酸的质量与所述有机溶剂的体积比为1：(25-40)g/mL。
优选地，所述加热回流的温度为55-150℃，所述加热回流的温度主要取决于所选的有机溶剂的沸点，所述加热回流是沸腾回流。
优选地，所述加热回流的时间为2-15小时；进一步优选地，所述加热回流的时间为5-8小时。
优选地，所述碱液为含有氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钾、碳酸氢钾或碳酸钾中一种或多种的溶液。当所述(R)-3-羟基丁酸盐为(R)-3-羟基丁酸钠时，所述碱液为含有氢氧化钠、碳酸氢钠或碳酸钠中至少一种的溶液。当所述(R)-3-羟基丁酸盐为(R)-3-羟基丁酸钾时，所述碱液为含有氢氧化钾、碳酸氢钾或碳酸钾中至少一种的溶液。
优选地，所述碱液的质量浓度为0.005-0.3g/mL；进一步优选的，所述碱液的质量浓度为0.01-0.1g/mL。
优选地，所述脂肪酶的酶活力为5000-40000U/g；进一步优选地，所述脂肪酶的酶活力为10000-30000U/g；更优选地，所述脂肪酶的酶活力为15000-30000U/g。
优选地，所述脂肪酶与所述聚(R)-3-羟基丁酸的质量比为1：(80-150)；进一步优选地，所述脂肪酶与所述聚(R)-3-羟基丁酸的质量比为1：(100-150)。
优选地，在所述反应过程中，反应体系的pH值控制在7-14；进一步优选地，在所述反应过程中，反应体系的pH值控制在7-12；更优选地，在所述反应过程中，反应体系的pH值控制在7-10。
优选地，所述反应的温度为30-80℃；进一步优选地，所述反应的温度为50℃-65℃。
优选地，所述反应的时间为8-36小时；进一步优选地，所述反应的时间为12-24小时；更优选地，所述反应的时间为12-18小时。
优选的，在所述反应前，加入碱液和脂肪酶，利用碱液与脂肪酶的协同作用，能够大大提高聚(R)-3-羟基丁酸的降解速率，缩短生产周期，提高生产效率和(R)-3-羟基丁酸盐的收率。其中，碱液不仅仅能够调节反应体系的pH值，以最大限度发挥脂肪酶的有效性，且碱液同时作为聚(R)-3-羟基丁酸水解的催化剂与反应物，促进聚(R)-3-羟基丁酸进一步降解。
优选地，所述酸为盐酸或硝酸。加入盐酸和硝酸有利于后期除去。
优选地，所述酸的摩尔浓度为0.1-5mol/L。
优选地，所述调节pH的过程为调节pH至6.5-8.0；进一步优选地，所述调节pH的过程为调节pH至6.8-7.5。
优选地，所述去杂质的过程为除去在浓缩过程中析出的晶体盐。如氯化钠硝酸钾等。
优选地，所述干燥的方式为喷雾干燥。
优选地，在所述喷雾干燥的过程中，进风口的温度为100-170℃；进一步优选地，所述进风口的温度为100-120℃。
更为具体地，一种(R)-3-羟基丁酸盐的制备方法，包括以下步骤：
向聚(R)-3-羟基丁酸中加入有机溶剂，沸腾回流2-15小时；然后加入碱液和脂肪酶进行反应，反应8-36小时后，过滤得到滤液；再向所述滤液中加入酸，调节pH至6.5-8.0，最后经蒸发浓缩析出结晶盐，去除所述结晶盐后，经喷雾干燥，制得所述(R)-3-羟基丁酸盐。
本发明所用的化学原料种类少，能够大大降低重金属残留量高的风险。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明提供(R)-3-羟基丁酸盐的制备方法，先将聚(R)-3-羟基丁酸加入有机溶剂中，加热回流一定时间，对聚(R)-3-羟基丁酸进行溶解渗透，以破坏聚(R)-3-羟基丁酸的晶体结构，降低其结晶度，再利用碱水解和/或酶解的方式制备(R)-3-羟基丁酸盐。其生产操作简单，对生产设备与环境要求低；生产周期短，生产效率高，成本低，可工业化量产；且制备的(R)-3-羟基丁酸盐的纯度高，收率高，不同批次产品的质量稳定性高。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例和对比例中所用的聚(R)-3-羟基丁酸粉末购买于珠海麦得发生物科技股份有限公司，脂肪酶购买于沧州夏盛酶生物技术有限公司。其余原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
实施例1
一种(R)-3-羟基丁酸钠的制备方法，包括以下步骤：
取4g PHB粉末(聚(R)-3-羟基丁酸粉末，粒径为1-10微米，粘均分子量为30万道尔顿，纯度98％)加入500mL的三口烧瓶中，加入150mL无水乙醇，搅拌，于80℃沸腾回流5小时。然后将温度调节至65℃，加入已经溶解了8克碳酸氢钠的150mL水溶液，继续搅拌半小时。然后再加入脂肪酶0.03g(酶活力为20000U/g)，保温搅拌反应12小时。过滤不溶物，得到澄清滤液，并向滤液中滴加1mol/L的盐酸至体系的PH为中性。再于50℃条件下，减压蒸发，去除乙醇与可能残留的氯化氢。浓缩中析出氯化钠，固液分离，得到滤液。在湿度不高于15％的干燥房中，将滤液进行喷雾干燥，进风口温度为120℃，制得5.46g固态(R)-3-羟基丁酸钠。经测试，(R)-3-羟基丁酸钠的纯度为98.5％，收率为95％。
再于不同天采用与实施例1完全相同的方法，分多次分别制备(R)-3-羟基丁酸钠，经过3批次不同的实验制得不同批次的产品，并对产品进行测试。其中第一批次的制备得到5.51g固态(R)-3-羟基丁酸钠，(R)-3-羟基丁酸钠的纯度为98.6％，收率为96％。第二批次的制备得到5.49g固态(R)-3-羟基丁酸钠，(R)-3-羟基丁酸钠的纯度为98.5％，收率为95.6％。第三批次的制备得到5.45g固态(R)-3-羟基丁酸钠，(R)-3-羟基丁酸钠的纯度为98.55％，收率为94.89％。由不同批次的实验结果可知，本发明提供的制备方法制备的(R)-3-羟基丁酸盐，不仅生产效率高，纯度高，收率高，且质量稳定性强。
实施例2
一种(R)-3-羟基丁酸钠的制备方法，包括以下步骤：
取4g PHB粉末(粒径为1-10微米，粘均分子量为30万道尔顿，纯度98％)加入500mL的三口烧瓶中，加入150mL无水乙醇，搅拌，于80℃沸腾回流5小时。然后将温度调节至65℃，加入已经溶解了8克碳酸氢钠的150mL水溶液，保温搅拌反应28小时得到澄清液，并向澄清液中滴加1mol/L的盐酸至体系的PH为中性。再于50℃条件下，减压蒸发，去除乙醇与可能残留的氯化氢。浓缩中析出氯化钠，固液分离，得到滤液。在湿度不高于15％的干燥房中，将滤液进行喷雾干燥，进风口温度为120℃，制得5.34g固态(R)-3-羟基丁酸钠。经测试，(R)-3-羟基丁酸钠的纯度为98.4％，收率为93％。
实施例3
一种(R)-3-羟基丁酸钾的制备方法，包括以下步骤：
取4g PHB粉末(粒径为1-10微米，粘均分子量为30万道尔顿，纯度98％)加入500mL的三口烧瓶中，加入150mL无水乙醇，搅拌，于80℃沸腾回流5小时。然后将温度调节至65℃，加入已经溶解了8.5克碳酸氢钾的150mL水溶液，继续搅拌半小时。然后再加入脂肪酶0.03g(酶活力为20000U/g)，保温搅拌反应12小时。过滤不溶物，得到澄清滤液，并向滤液中滴加0.5mol/L的硝酸至体系的PH为中性。再于50℃条件下，减压蒸发2小时，去除乙醇。浓缩后并降温至20-25℃，析出硝酸钾，固液分离，得到滤液。在湿度不高于15％的干燥房中，将滤液进行喷雾干燥，进风口温度为120℃，制得6.18g固态(R)-3-羟基丁酸钾。经测试，(R)-3-羟基丁酸钾的纯度为98.6％，收率为95.5％。
实施例4
一种(R)-3-羟基丁酸盐的制备方法，包括以下步骤：
取4g PHB粉末(粒径为1-10微米，粘均分子量为30万道尔顿，纯度98％)加入500mL的三口烧瓶中，加入150mL无水乙醇，搅拌，于80℃沸腾回流5小时。然后将温度调节至65℃，加入已经溶解了8.5克碳酸氢钾的150mL水溶液，保温搅拌反应30小时得到澄清液，并向澄清液中滴加0.5mol/L的硝酸至体系的PH为中性。再于50℃条件下，减压蒸发2h，去除乙醇。浓缩后并降温至20-25℃，析出硝酸钾，固液分离，得到滤液。在湿度不高于15％的干燥房中，将滤液进行喷雾干燥，进风口温度为120℃，制得6.10g固态(R)-3-羟基丁酸钾。经测试，(R)-3-羟基丁酸钾的纯度为98.5％，收率为94.3％。
实施例5
一种(R)-3-羟基丁酸钠的制备方法，包括以下步骤：
取5g PHB粉末(粒径为1-10微米，粘均分子量为30万道尔顿，纯度98％)加入500mL的三口烧瓶中，加入150mL无水乙醇，搅拌，于80℃沸腾回流6小时。然后将温度调节至65℃，加入已经溶解了8克碳酸氢钠的150mL水溶液，继续搅拌半小时。然后再加入脂肪酶0.05g(酶活力为30000U/g)，保温搅拌反应10小时。过滤不溶物，得到澄清滤液，并向滤液中滴加1mol/L的盐酸至体系的PH为中性。再于50℃条件下，减压蒸发，去除乙醇与可能残留的氯化氢。浓缩中析出氯化钠，固液分离，得到滤液。在湿度不高于15％的干燥房中，将滤液进行喷雾干燥，进风口温度为120℃，制得5.45g固态(R)-3-羟基丁酸钠。经测试，(R)-3-羟基丁酸钠的纯度为98.6％，收率为95％。
实施例6
一种(R)-3-羟基丁酸钠的制备方法，包括以下步骤：
取4g PHB粉末(粒径为1-10微米，粘均分子量为30万道尔顿，纯度98％)加入500mL的三口烧瓶中，加入150mL无水乙醇，搅拌，于80℃沸腾回流5小时。然后将温度调节至65℃，继续搅拌半小时。然后再加入脂肪酶0.03g(酶活力为20000U/g)，保温搅拌反应98小时。过滤不溶物，得到澄清滤。再于50℃条件下，减压蒸发，去除乙醇与部分，得浓缩液，向浓缩液中滴加4mol/L的氢氧化钠溶液至体系的pH值为中性。然后在湿度不高于15％的干燥房中，将浓缩液进行喷雾干燥，进风口温度为120℃，制得5.22g固态(R)-3-羟基丁酸钠。经测试，(R)-3-羟基丁酸钠的纯度为98.5％，收率为91％。
对比例1
一种(R)-3-羟基丁酸钠的制备方法，包括以下步骤：
取4g PHB粉末(粒径为1-10微米，粘均分子量为30万道尔顿，纯度98％)加入500mL的三口烧瓶中，加入已经溶解了8克碳酸氢钠的150mL水溶液。在65℃条件下，搅拌半小时后，加入脂肪酶0.03g(酶活力为20000U/g)，保温搅拌反应65小时。过滤不溶物，得到澄清滤液，并向滤液中滴加1mol/L的盐酸至体系的PH为中性。再于50℃条件下，减压蒸发，去除乙醇与可能残留的氯化氢。浓缩中析出氯化钠，固液分离，得到滤液。在湿度不高于15％的干燥房中，将滤液进行喷雾干燥，进风口温度为120℃，制得5.34g固态(R)-3-羟基丁酸钠。经测试，(R)-3-羟基丁酸钠的纯度为98.5％，收率为93％。
与实施例1相比，对比例1不加入有机溶剂进行处理，只采用碱液和脂肪酶进行处理，其处理时间增长至65小时时，其收率仍然不如实施例1。由此可见，先采用有机溶剂对聚(R)-3-羟基丁酸进行沸腾回流，对缩短制备周期具有显著效果。
对比例2
一种(R)-3-羟基丁酸钠的制备方法，包括以下步骤：
取4g PHB粉末(粒径为1-10微米，粘均分子量为30万道尔顿，纯度98％)加入500mL的三口烧瓶中，加入已经溶解了8克氢氧化钠的300mL水溶液。然后于60℃条件下，搅拌保温12小时，得到澄清液。向澄清滤液中滴加1mol/L的盐酸至体系的PH为中性。再于50℃条件下，减压蒸发，析出氯化钠，固液分离，得到滤液。在湿度不高于15％的干燥房中，将滤液进行喷雾干燥，进风口温度为120℃，所获得的固体物为巴豆酸钠，巴豆酸钠的收率为96.50％。
对比例3
取4g PHB粉末(粒径为1-10微米，粘均分子量为30万道尔顿，纯度98％)加入500mL的三口烧瓶中，加入已经溶解了8.5克氢氧化钾的300mL水溶液。然后于60℃条件下，搅拌保温12小时，得到澄清液。向澄清滤液中滴加0.5mol/L的硝酸至体系的pH为中性。再于50℃条件下，减压蒸发2小时，降温至室温，析出硝酸钾，固液分离，得到滤液。在湿度不高于15％的干燥房中，将滤液进行喷雾干燥，进风口温度为120℃，所获得的固体物为巴豆酸钾，巴豆酸钾的收率为95.55％。
对比例4
一种(R)-3-羟基丁酸盐的制备方法，包括以下步骤：
取4g PHB粉末(粒径为1-10微米，粘均分子量为30万道尔顿，纯度98％)加入500mL的三口烧瓶中，加入已经溶解了8克氢氧化钠的300mL水溶液。然后于50℃条件下，搅拌保温96小时，得到澄清液。在澄清液中，滴加浓盐酸至体系的pH为中性。再50℃条件下，减压蒸发，优先析出氯化钠，固液分离，得到澄清液。在湿度不高于15％的干燥房中，进行喷雾干燥，所获得的固体物为巴豆酸钠与(R)-3-羟基丁酸钠混合物。其中(R)-3-羟基丁酸钠的收率为65.45％，巴豆酸钠的收率为32.17％。
对比例5
一种(R)-3-羟基丁酸钾的制备方法，包括以下步骤：
取4g PHB粉末(粒径为1-10微米，粘均分子量为30万道尔顿，纯度98％)加入500mL的三口烧瓶中，已经溶解了8.5克氢氧化钾的300mL水溶液。于50℃条件下，搅拌保温97小时，得到澄清液。在澄清液中，滴加1mol/L的盐酸至体系的pH为中性。再于50℃条件下，减压蒸发2h，降温至室温，析出硝酸钾固体，固液分离，得到澄清液。在湿度不高于15％的干燥房中，将澄清液进行喷雾干燥，所获得的固体物为巴豆酸钾与(R)-3-羟基丁酸钾混合物。其中(R)-3-羟基丁酸钾收率为62.15％，巴豆酸钾的收率为33.87％。
对比例6
一种(R)-3-羟基丁酸钠的制备方法，包括以下步骤：
取4g PHB粉末(粒径为1-10微米，粘均分子量为30万道尔顿，纯度98％)加入500mL的三口烧瓶中，加入150mL甲苯，搅拌，于80℃沸腾回流5小时。然后将温度调节至65℃，加入已经溶解了8克碳酸氢钠的150mL水溶液，继续搅拌半小时。然后再加入脂肪酶0.03g(酶活力为20000U/g)，保温搅拌反应12小时。过滤不溶物，得到澄清滤液，并向滤液中滴加1mol/L的盐酸至体系的PH为中性。再于50℃条件下，减压蒸发，去除甲苯与可能残留的氯化氢。浓缩中析出氯化钠，固液分离，得到滤液。在湿度不高于15％的干燥房中，将滤液进行喷雾干燥，进风口温度为120℃，制得3.09g固态(R)-3-羟基丁酸钠。经测试，(R)-3-羟基丁酸钠的纯度为96.05％，收率为53.77％。
对比例7
一种(R)-3-羟基丁酸钠的制备方法，包括以下步骤：
取4g PHB粉末(粒径为1-10微米，粘均分子量为30万道尔顿，纯度98％)加入500mL的三口烧瓶中，加入150mL无水乙醇，搅拌，于80℃沸腾回流5小时。然后将温度调节至65℃，加入已经溶解了8克碳酸氢钠的150mL水溶液，继续搅拌半小时。然后再加入蛋白酶0.03g(酶活力为20000U/g)，保温搅拌反应65小时。过滤不溶物，得到澄清滤液，并向滤液中滴加1mol/L的盐酸至体系的PH为中性。再于50℃条件下，减压蒸发，去除乙醇与可能残留的氯化氢。浓缩中析出氯化钠，固液分离，得到滤液。在湿度不高于15％的干燥房中，将滤液进行喷雾干燥，进风口温度为120℃，制得5.22g固态(R)-3-羟基丁酸钠。经测试，(R)-3-羟基丁酸钠的纯度为98.5％，收率为91％。
Claims (10)
1.一种(R)-3-羟基丁酸盐的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
向聚(R)-3-羟基丁酸中加入有机溶剂，加热回流；然后加入碱液和/或脂肪酶进行反应，反应结束后加酸调节pH，再经蒸发浓缩，去杂质，干燥，制得所述(R)-3-羟基丁酸盐。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚(R)-3-羟基丁酸的粒径小于100微米。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自醇、酮或酯中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自乙醇、丙酮、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯或丙酸丁酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱液为含有氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钾、碳酸氢钾或碳酸钾中一种或多种的溶液。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碱液的质量浓度为0.005-0.3g/mL。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述脂肪酶的酶活力为5000-40000U/g；所述脂肪酶与所述聚(R)-3-羟基丁酸的质量比为1:(80-150)。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为30-80℃，所述反应的时间为8-36小时。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述调节pH的过程为调节pH至6.5-8。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
向聚(R)-3-羟基丁酸中加入有机溶剂，沸腾回流2-15小时；然后加入碱液和脂肪酶进行反应，反应8-36小时后，过滤得到滤液；再向所述滤液中加入酸，调节pH至6.5-8，最后经蒸发浓缩析出结晶盐，去除所述结晶盐后，经喷雾干燥，制得所述(R)-3-羟基丁酸盐。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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