CN1252035C - 新型手性氨基酸衍生物及其合成方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手性氨基酸衍生物，结构式如下式：以L-氨基酸为初始原料，经酯化、羧基还原、氨基甲基化、溴甲烷成盐四步反应合成R构型手性氨基酸衍生物，该衍生物是一种新型手性包结拆分剂，可用于非甾体抗炎药物酮洛芬的包结拆分。

Description

新型手性氨基酸衍生物及其合成方法与应用

技术领域

本发明涉及一种手性氨基酸衍生物，系由L-或D-氨基酸为初始原料，经酯化、羧基还原、氨基甲基化、溴甲烷成盐四步反应合成手性氨基酸衍生物，该衍生物是一种新型手性包结拆分剂，可用于非甾体抗炎药物酮洛芬等的包结拆分。

背景技术

酮洛芬是一种α-芳基丙酸类非甾体抗炎药物，其化学名为3-苯甲酰-α-甲基苯乙酸。现在市场上销售的是其外消旋体(其中S-(+)酮洛芬和R-(-)酮洛芬各占50％)。临床上主要用于治疗慢性类风湿性关节炎，外伤和术后疼痛等。外消旋酮洛芬对胃肠道、肝、肾具有潜在毒性，并使白细胞减少。药物构效关系表明，S-(+)酮洛芬具有明显较高的临床效果，且没有毒副作用。因此引起人们厂泛重视，进行S-(+)酮洛芬的合成研究。目前S-(+)酮洛芬的制备主要采用不对称合成和手性拆分方法，David P.G Hamom等人利用Shapless环氧化和氢解不对称合成了S-(+)酮洛芬[David P.G Hamom et al.，Tetrahedron Asymmetry.1993，4，1435；Tetrahedron.1995，51，12645.]。但不对称合成法由于反应步数多，产率底，成本较高，难以实现工业化生产。手性拆分法主要有非对映体结晶拆分法和酶动力学拆分法，如：Rendic研究小组采用非对映体结晶拆分法，用R-(-)-α-苯乙胺成功拆分外消旋酮洛芬[Rendic et al.，Chimia，1975，29(4)，170-172.]。也有专利文献报道用脂肪酶对外消旋酮洛芬酯进行酶动力学拆分法[PCT.Int.Appl.Wo 93.04.190；PCT.Int.Appl.Wo 93.25.703；PCT.Int.Appl.Wo 93.25.704.]。但由于这种手性拆分剂和酶制剂非常昂贵，生产成本太高，还有待于进一步降低成本。

与本发明相关的拆分方法是一种新型的包结拆分法，该方法主要是利用手性主体分子与欲包结客体分子间存在的非共价键相互作用(包括氢键、π-π相互作用、范德华力等)，使手性主体分子选择地与客体分子地对映异构体之一发生作用，形成包结络合物，将该包结络合物用物理方法(结晶、过柱、蒸馏、置换等)分开就得到所需要的手性客体化合物。该方法的理论依据是翁盐如铵盐或磷盐与酸通过翁盐主体的负离子和酸客体的-OH之间的氢键形成包结络合物。在这些包结络合物中，主体和客体产生的分子识别可以完成对映异构体客体的分离。当使用一种手性铵盐主体时，S-客体化合物可以得到拆分。比如外消旋酮洛芬很容易被N-苄基辛可尼定的氯化物拆分。因为(-)-2与S-(+)-1形成1∶1包结络合物，因此对S-(+)-1具有选择性。

上述方法虽然具有较好的拆分效果，但N-苄基辛可尼定是生物碱辛可尼定的衍生物价格昂贵，不适宜大规模拆分。用X射线对晶体的配合物进行分析显示，主要的是由于2的Cl和1的OH形成分子间氢键，同时也发现2的OH和Cl形成分子外氢键，对这种化合物起着重要的作用。这个发现说明了具有Me₃N⁺Br^-和OH原子团的手性化合物是拆分1的很好的主体。

发明内容

本发明目的是提供一种手性氨基酸衍生物。

本发明另一目的是提供一种手性氨基酸衍生物的合成方法。

本发明再一个目的是还提供一种手性氨基酸衍生物的应用方法，可以用本发明的上述手性氨基酸衍生物作为拆分剂，手性拆分非甾体抗炎药物酮洛芬。

本发明的手性氨基酸衍生物结构式如下：

其中R为甲基、异丙基、异丁基、仲丁基、卞基。

它们的结构式可进一步描述如下：

                    R构型

手性氨基酸衍生物(包括R构型与S构型的手性氨基酸衍生物)的制备

上述R构型与S构型手性氨基酸衍生物分别可以由相应的L-或D-氨基酸将他们的NH₂和COOH分别转化成Me₃N⁺Br^-和CH₂OH制备而成。制备的反应步骤如下反应式所示；

其中本发明采用的一组试剂可以是I：CH₂CH₃OH/HCl；II：KBH₄/CaCl₂；III：HCHO/HCOOH；IV：MeBr。采用这组试剂的本发明具体的工艺方法如下所示；是在有机溶剂中通入干燥的氯化氢，加入各种氨基酸搅拌下加热回流得各种分子式为RCH(NH2)COOR1的氨基酸酯，氨基酸和有机溶剂的摩尔比范围为1∶5-15，回流温度50-80℃，各种氨基酸酯用CaCl2和KBH4作催化剂还原氨基酸酯为各种分子式为RCH(NH2)COH的氨基酸醇，氨基酸酯、CaCl2和KBH4的摩尔比为1∶1-3∶2-6。将各种氨基酸醇溶于甲醛，加入过量甲酸做催化剂，加热反应得各种N，N-二甲基氨基醇，反应温度80-100℃，各种N，N-二甲基氨基醇溶于乙醇，加入MeBr，反应得季胺盐。其中R为甲基、异丙基、异丁基、仲丁基、卞基。

本发明所述的手性氨基酸衍生物铵盐主体的制备，采用的是廉价氨基酸，将氨基酸的NH₂和COOH分别转化成Me₃N⁺Br^-和CH₂OH。采用四步简单的反应步骤制备，方法简单有效。另手性氨基酸衍生物铵盐主体是一种新型的包结拆分剂，外消旋酮洛芬通过与主体特别是R构型手性氨基酸衍生物铵盐形成包结络合物，可以有效拆分非甾体抗炎药物酮洛芬。

非甾体抗炎药物酮洛芬的手性拆分也即一种手性氨基酸衍生物的应用方法如下；

(1)外消旋酮洛芬与手性氨基酸衍生物在一种脂肪酯和烷基醇的混合溶剂中形成包结络合物。

(2)利用S-(+)-酮洛芬和R-(-)-酮洛芬与R构型手性氨基酸衍生物形成的包结络合物溶解度的差别，分离S-(+)-酮洛芬与手性氨基酸衍生物形成的包结络合物。

(3)利用脂肪酯和烷基醇的混合溶剂一次重结晶对(2)所述的包结络合物进行纯化。

(4)将(3)所述的纯化后的包结络合物进行酸化、萃取、蒸发得高纯度的S-(+)-酮洛芬。

本发明中所述脂肪酯的分子式为RC（O）OR₁，其中R和R₁是相同或不相同的C₁至C₁₂的直链或支链烃基，如：甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、正戊基、新戊基、己基、壬基、十二烷基等。R和R₁是相同或不相同的C₁至C₆的直链或支链烃基较好，R和R₁最好是C₁至C₆的直链或支链烃基醋酸酯，本发明优先采用醋酸乙酯。

本发明中所述烷醇是指C₁至C₁₂的直链或支链烷醇，如：甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、正己醇、2-乙基己醇等。采用C₁至C₆的直链或支链烷醇较好，本发明优先采用甲醇。

将市售外消旋酮洛芬溶于一种脂肪酯和烷醇混合溶剂，加热至30～70℃，最好是50～60℃，加入R构型手性氨基酸衍生物。酮洛芬与手性氨基酸衍生物的摩尔比最好是1∶1。然而增加手性氨基酸衍生物的量可以使反应更加完全。

在某些情况下，我们发现在20～30℃强烈搅拌外消旋酮洛芬和手性氨基酸衍生物溶液时，需要补加甲醇等烷醇以使反应进行完全。本发明为了获得高纯度包结化合物，也可以不需要分两次添加溶剂。溶剂比例是获得高纯度包结化合物的决定性影响因素。溶剂脂肪酯和烷醇的体积比为2至20倍，最好是7至12倍。溶质与溶剂比为1∶0.2至1∶100，一般取1∶0.6至1∶15(W/V)较好。反应通常进行15至60分钟，自然冷却反应溶液，析出包结化合物。用醋酸乙酯和甲醇混合溶剂等脂肪酯和烷基醇的混合溶剂单次重结晶可获得高纯度包结化合物。纯度高达95％以上，所以一般没有必要进行再次重结晶。包结化合物用稀酸溶液分解，乙醚等有机溶剂萃取，干燥、蒸发、石油醚等有机溶剂清洗、过滤、粉碎、真空干燥得S-(+)酮洛芬。

具体实施方式

实施例1-1；由L-苯丙氨酸合成L-苯丙氨酸乙酯

1000mL三颈烧配有磁力搅拌、回流冷凝管、分水器，取320mL无水乙醇加入烧瓶中，在冰水浴下通入干燥的氯化氢，加入40mmol L-苯丙氨酸，搅拌下加热回流，回流温度60～70℃，TLC监测，反应至酸点消失，蒸出醇，方法(1)：用Na₂CO₃溶液中和至pH＝8，每次用50mL乙酸乙酯萃取5次，无水Na₂SO₄干燥，蒸出乙酸乙酯，真空干燥得L-苯丙氨酸乙酯；方法(2)：加入溶剂丙酮160mL，并加入三乙胺(三乙胺与L-苯丙氨酸乙酯盐物质的量比1∶1)，室温下搅拌至细小颗粒，滤出沉淀，用丙酮洗涤沉淀3次，蒸出丙酮，真空干燥得L-苯丙氨酸乙酯。产率89％。

实施例1-2；由L-苯丙氨酸乙酯合成L-苯丙氨醇

方法(1)：1000mL三颈烧配有磁力搅拌、回流冷凝管，恒压滴液漏斗，在烧瓶中加入166mmol NaBH₄，55mmol L-苯丙氨酸和220ml无水THF，反应瓶在冰浴中冷却至0℃，在30min内将60mmol TiCl₄经滴液漏斗缓缓地滴入反应混合物中，有氢气产生，室温反应过夜，然后将反应混合物回流3h，直至无气体放出，冷至室温，加200ml乙醚稀释，再于冰水浴中加入适量的水终止反应，加NaOH(20％)150mL搅拌30min，过滤，分出有机层，滤饼用乙醚(3×20mL)洗涤，合并有机层，无水Na₂SO₄干燥，减压蒸出溶剂，残留物或减压蒸馏或重结晶得产物。产率80％。

方法(2)：在氮气保护下，将120mmol的LiAlH₄与160ml的无水THF置于500ml的干燥三口瓶中，磁搅拌，加热回流，外浴80～90℃。滴加60mmol的L-苯丙氨酸乙酯与THF的混合液，滴加速度以保持体系平稳为宜。加完后，停止加热，过夜，待原料基本消失，终止还原反应，约需要12～20小时。在反应器外部用冷水浴的条件下，向反应体系滴入适量的碱溶液，分解还原剂。因有铝的化合物以固体形式析出，所以在滴加碱的过程中用力摇动反应器，以防止结块，保持体系是悬浊液状态，同时加强磁搅拌。之后，滤出沉淀，用CH₂Cl₂(50mL)，洗涤沉淀3次，无水Na₂SO₄干燥，蒸出CH₂Cl₂，真空干燥得L-苯丙氨醇。产率78％。

实施例1-3；由L-苯丙氨醇合成N，N-二甲基-L-苯丙氨醇取10mmol的L-苯丙氨醇置于干燥的250mL三口瓶中，溶于30ml的甲醛，加入过量的甲酸做催化剂，外浴90～100℃，反应7-9小时。实验结束冷却至室温，过滤，得白色固体，将白色固体用乙酸乙酯洗涤干燥。产率75％。

实施例1-4；由N，N-二甲基-L-苯丙氨醇合成三甲基(1-羟基-3-苯基丙-2-基)溴化铵

在带搅拌和回流装置的250mL三口烧瓶中加入10mmol的N，N-二甲基-L-苯丙氨醇、15mmol溴甲烷和100mL乙睛，在冰水浴下搅拌反应6h。常压蒸馏回收乙睛和过量的溴甲烷。于100℃减压除去残存的少量乙睛和溴甲烷后得淡黄色固体，再加入50mL无水乙醇回流0.5h，冷却结晶。过滤并将产物在50℃减压除去残存的无水乙醇得产品。产品为白色晶体，产率95％。m.p.196～198℃；[α]_D ²⁰＝+4.40(c 0.5，CH₃OH)；¹H NMR(300MHz，D₂O)δ：2.86(dd，J＝8.5，13.4Hz，1H，3-H)，3.02(dd，J＝5.3，13.4Hz，1H，3-H  )，3.20(s，9H，N(CH₃)₃)，3.25～3.33(m，1H，2-H)，3.62(dd，J＝7.2，-10.6Hz，1H，1-H)，3.98(dd，J＝4.0，-10.6Hz，1H，1-H)，7.30～7.39(m，5H，PhH)；IR(KBr)υ：3320，3021，2942，2890，1643，1483，1255，1091，1049，959，754，703cm^-1。Anal.calcdfor C₁₁H₂₀ONBr：C 50.39，H 7.69，N 5.34；found C 50.36，H 7.69，N 5.30。

实施例2；由L-丙氨酸合成合成三甲基(1-羟基丙-2-基)溴化铵

可以用上述同样的方法由L-丙氨酸制备三甲基(1-羟基丙-2-基)溴化铵。产率72％。m.p.127～129℃；[α]_D ²⁰＝-4.6(c 0.5，CH₃OH)；¹H NMR(300MHz.D₂O)δ：1.36～1.44(m，3H，3-H)，3.07(s，9H，N(CH₃)₃)，3.82(dd，J＝7.4，-10.4Hz，1H，1-H)，4.00(dd，J＝4.0，-10.4Hz，1H，1-H)，4.02～4.14(m，1H，2-H)，；IR(KBr)υ：3292，2966，2920，2893，1668，1596，1458，1378，1311，1263，1218，1147，1066，989，984，834，798，624，619cm^-1。Anal.calcd for C₆H₁₆ONBr：C 36.38，H 8.14，N 7.07；found C 36.35，H 8.12，N 7.10。

实施例3；由L-缬氨酸合成合成三甲基(1-羟基-3-甲基丙-2-基)溴化铵

可以用上述同样的方法由L-缬氨酸制备三甲基(1-羟基-3-甲基丙-2-基)溴化铵。产率65％。m.p.153～160℃；[α]_D ²⁰＝+6.9(c 0.5，CH₃OH)；¹HNMR(300MHz，D₂O)δ：1.06(dd，J＝6.6，6.6Hz，2×3H，4-H)，2.20～2.34(m，1H，3-H)，3.13(s，9H，N(CH₃)₃)，3.54～3.66(m，1H，2-H)，3.74(dd，J＝8.3，10.6Hz，1H，1-H)，4.04(dd，J＝4.0，10.6Hz，1H，1-H)；IR(KBr)υ：3362，3275，2961，2876，1593，1468，1388，1368，1268，1055，938，932，874，602，597cm^-1。Anal.calcd for C₈H₂₀ONBr：C 42.49，H 8.91，N 6.19；found C 42.19，H 8.91，N 6.33。

实施例4；由L-亮氨醇合成三甲基(1-羟基-4-戊基丙-2-基)溴化铵

可以用上述同样的方法由L-亮氨醇制备三甲基(1-羟基-4-戊基丙-2-基)溴化铵。产率61％。m.p.153～156℃；[α]_D ²⁰＝+18.O(c 0.5，CH₃OH)；¹HNMR(300MHz，D₂O)δ：1.00～1.05(m，2×3H，5-H)，1.66～1.74(m，1H，4-H)，1.82～1.85(m，2H，3-H)，3.08(s，9H，N(CH₃)₃)，3.48～3.54(m，1H，2-H)，3.82(dd，J＝7.6，10.4Hz，1H，1-H)，4.14(dd，J＝3.8，10.4Hz，1H，1-H)；IR(KBr)υ：3348，3290，3165，2966，2921，1693，1468，1385，1192，1059，941，886，837，81O，671，487cm^-1。Anal.calcd for C₉H₂₂ONBr：C 52.56，H 7.35，N 5.11；found C 52.49，H 7.09，N 5.03。

实施例5；由L-异亮氨酸合成三甲基(1-羟基-3-戊基丙-2-基)溴化铵

可以用上述同样的方法由L-异亮氨酸制备三甲基(1-羟基-3-戊基丙-2-基)溴化铵。产率62％。m.p.156～157℃；[α]_D ²⁰＝+8.9(c 0.5，CH₃OH)；¹HNMR(300MHz，D₂O)δ：0.98～1.03(m，3H，5-H)，1.02～1.08(m，3H，3-1-H)，1.38～1.41(m，1H，4-H)，1.48～1.54(m，1H，4-H)，2.16～2.28(m，1H，3-H)，3.08(s，9H，N(CH₃)₃)，3.76～3.84(m，1H，2-H)，3.88(dd，J＝8.6，10.7Hz，1H，1-H)，4.17(dd，J＝3.5，10.7Hz，1H，1-H)；IR(KBr)υ：3367，3275，2963，2933，2876，1663，1592，1464，1381，1257，1054，986，862，514cm^-1。Anal.calcd for C₉H₂₂ONBr：C 52.56，H 7.85，N 5.11；found C 52.30，H 7.10，N 5.30。

实施例6；(1)S-(+)酮洛芬和三甲基(1-羟基-3-苯基丙-2-基)溴化铵形成包结化合物：将外消旋酮洛芬和三甲基(1-羟基-3-苯基丙-2-基)溴化铵各O.5mmol溶于2.8L乙酸乙酯溶剂中，在强烈搅拌下，加热至50～60℃。用280mL甲醇稀释溶液，冷却至室温，搅拌16h，析出白色包结化合物。真空抽滤，分别用乙酸乙酯和乙醚洗涤三次，真空干燥16h(产率：44％；对映体纯度：86％)。用1.7L乙酸乙酯/甲醇(10∶1)混合溶剂重结晶一次(产率：31％；对映体纯度：97％)。(2)S-(+)酮洛芬的制备：215g包结化合物溶于1400mL10％HCl，溶液用600mL乙酸乙酯分三次萃取。合并乙酸乙酯层，用500mL10％HCl溶液洗涤，静置分层，分离出有机层，用MgSO₄干燥，旋转蒸发溶剂。粗品用500mL石油醚清洗，过滤、粉碎、真空干燥16h。得S-(+)酮洛芬92g，产率92％，对映体纯度97％。m.p.73.2-74.7℃；[α]_D ²⁰＝+54.3°(c＝1，CH₃OH)；¹H NMR(300MHz，CDCl₃)δ：7.82～7.40(m，9H，aromaticH)，3.82(q，1H，CHCH₃)，1.53(d，3H，CHCH₃)；¹³C NMR(300MHz，CDCl₃)：18(CH₃)，45(CH)，128-132(aromatic CH)，137-140(aromatic CR)，179(RCOOH)，196(RCOR)；IR(KBr)υ：3100-3600(OH)，3160(aromatic CH)，2850-2950(aliphatic CH)，1720(COOH)，1650(C＝O)，1280(COOH)cm^-1。Anal.calcd for C₁₆H₁₄O₃：C 75.57，H 5.55；foundC 75.42，H 5.70。

实施例7；以三甲基(1-羟基丙-2-基)溴化铵为包结拆分剂拆分外消旋酮洛芬，方法同实施例1。得S-(+)酮洛芬65g，产率65％，对映体纯度96％。结构数据与实施例1中相同。

实施例8；以三甲基(1-羟基-3-甲基丁-2-基)溴化铵为包结拆分剂拆分外消旋酮洛芬，方法同实施例1。得S-(+)酮洛芬78g，产率78％，对映体纯度95％。结构数据与实施例1中相同。

实施例9；以三甲基(1-羟基-4-甲基戊-2-基)溴化铵为包结拆分剂拆分外消旋酮洛芬，方法同实施例1。得S-(+)酮洛芬57g，产率57％，对映体纯度97％。结构数据与实施例1中相同。

实施例10；以三甲基(1-羟基-3-甲基戊-2-基)溴化铵为包结拆分剂拆分外消旋酮洛芬，方法同实施例1。得S-(+)酮洛芬55g，产率55％，对映体纯度97％。结构数据与实施例1中相同。

Claims (10)

1、一种新型手性氨基酸衍生物，其结构如下：

其中R为甲基、异丙基、异丁基、仲丁基、卞基。

2、如权利要求1所述的新型手性氨基酸衍生物，其特征是所述的氨基酸衍生物结构式是：

                       R构型

其中R为甲基、异丙基、异丁基、仲丁基、卞基。

3、一种如权利要求1所述的一种手性氨基酸衍生物的合成方法，其特征是采用的是廉价天然氨基酸，将氨基酸的NH₂和COOH分别转化成Me₃N⁺Br^-和CH₂OH，制备的反应步骤如下反应式所示；

I：CH₂CH₃OH/HCl；II：KBH₄/CaCl₂；III：HCHO/HCO₂H；IV：MeBr

其中R为甲基、异丙基、异丁基、仲丁基、卞基。

4、如权利要求3所述的一种手性氨基酸衍生物的合成方法，其特征是在有机溶剂中通入干燥的氯化氢，加入各种氨基酸搅拌下加热回流得各种分子式为RCH(NH₂)COOR₁的氨基酸酯(其中R为甲基、异丙基、异丁基、仲丁基、卞基；R₁为甲基或乙基)，氨基酸和有机溶剂的摩尔比范围为1∶5-15，回流温度50-80℃，各种氨基酸酯用CaCl₂和KBH₄作催化剂还原氨基酸酯为各种分子式为RCH(NH₂)CH₂OH(其中R为甲基、异丙基、异丁基、仲丁基、卞基)的氨基酸醇，氨基酸酯、CaCl₂和KBH₄的摩尔比为1∶1-3∶2-6。将各种氨基酸醇溶于甲醛，加入过量甲酸做催化剂，加热反应得各种N，N-二甲基氨基醇，反应温度80-100℃，各种N，N-二甲基氨基醇溶于乙醇，加入MeBr，反应得季胺盐。

5、如权利要求4所述的一种手性氨基酸衍生物的合成方法，其特征是所述的有机溶剂是甲醇或乙醇，各种氨基酸是丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和苯丙氨酸。

6、一种如权利要求1所述的一种手性氨基酸衍生物的应用方法，其特征是所述的R构型手性氨基酸衍生物是一种新型的手性包结拆分剂，可用于非甾体抗炎药物酮洛芬的包结拆分：

(1)外消旋酮洛芬与手性氨基酸衍生物在一种脂肪酯和烷基醇的混合溶剂中形成包结络合物；

(2)利用S-(+)-酮洛芬和R-(-)-酮洛芬与R构型手性氨基酸衍生物形成的包结络合物溶解度的差别，分离S-(+)-酮洛芬与手性氨基酸衍生物形成的包结络合物；

(3)利用脂肪酯和烷醇混合溶剂一次重结晶对(2)所述的包结络合物进行纯化。

(4)将(3)所述的纯化后的包结络合物进行酸化、萃取、蒸发得高纯度的S-(+)-酮洛芬。

7、如权利要求6所述的一种手性氨基酸衍生物的应用方法，其特征是脂肪酯的分子式为RC(O)OR₁，其中R和R₁是相同或不相同的C₁至C₁₂的直链或支链烃基，烷醇是指C₁至C₁₂的直链或支链烷醇。

8、如权利要求6所述的一种手性氨基酸衍生物的应用方法，其特征是外消旋酮洛芬与手性氨基酸衍生物的反应温度是30～70℃，手性氨基酸衍生物是指R构型的三甲基(1-羟基-3-苯基丙-2-基)溴化铵。

9、如权利要求6所述的一种手性氨基酸衍生物的应用方法，其特征是脂肪酯和烷醇混合溶剂体积比是2∶1至20∶1，酸化试剂为稀HCl，萃取剂为乙醚。

10、如权利要求6或7或9所述的一种手性氨基酸衍生物的应用方法，其特征是烷醇是指甲醇，脂肪酯是指乙酸乙酯，乙酸乙酯和甲醇混合溶剂体积比是2∶1至20∶1。