CN1710087A

CN1710087A - 一种生产光学纯手性扁桃酸的方法

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Publication number: CN1710087A
Application number: CN 200510043870
Authority: CN
Inventors: 吉爱国; 孙利民; 孟昭力
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2005-12-21

Abstract

本发明公开了一种生产光学纯手性扁桃酸的方法，即以苯甲酰甲酸甲脂或苯甲酰甲酸的衍生物为底物，采用酵母或白地霉等微生物细胞作催化剂，可选择性地将底物中的羰基还原为羟基，从而获得以一种构型(通常为R－型)为主的手性扁桃酸。本发明采用化学－生物相结合的方法，工艺简单，成本低，环境压力极小，手性纯度高，易于实现工业化生产，便于推广应用。

Description

一种生产光学纯手性扁桃酸的方法

(一)技术领域

本发明涉及一种生产扁桃酸的方法，尤其涉及一种生产光学纯手性扁桃酸的化学生物合成方法，属于化学和生物转化等相关领域。

(二)背景技术

扁桃酸及其衍生物在有机合成中有着广泛的应用，可以作为医药、染料的重要中间体，还可用作检验锆和酮的分析试剂。国内外年需求量较大，但目前国内外几种合成扁桃酸的方法都不是很理想，例如：以苯甲醛为原料通过腈基对醛基加成，得β-羟基苯乙腈，然后在酸性水溶液中水解得扁桃酸，采用此方法收率偏低，仅为50％-52％；而以苯甲醛为原料，经相转移催化剂的卡宾反应来制取扁桃酸，催化剂以季胺盐类为主，这种方法，收率高，反应条件温和，但原料成本高；以乙醛酸与苯为原料合成扁桃酸，这种方法虽然操作简便，条件温和，但原料乙醛酸成本太高。南京师范大学仲淑娴等以苯乙酮为原料，将酮甲基氯化后再水解得扁桃酸，此种方法原料易得，产率也高，而且容易工业化，是取代其他方法投入工业生产的较好选择。但是采用普通化学方法得到的扁桃酸为外消旋体。

随着现代药物研究技术的发展，手性药物及相关技术已成为当今药物及相关学科的研究热点。据不完全统计，世界上市销售的药物总数为1850种，天然及半合成药物523种，其中手性药物为517种；合成药物1327种，其中手性药物528种。手性药物已成为国际新药研究和开发的方向之一。预计到2005年全球上市新药将有60％为单一异构体。在市场需求及巨大利润的推动下，世界各大制药公司纷纷将注意力转向手性药物的开发，形成手性技术的热潮。扁桃酸又称α-羟基苯乙酸，作为重要的手性药物中间体，具有良好的发展空间和巨大市场潜力，产品出口前景光明。

目前，扁桃酸的工业化合成路线主要有两条，一是以苯乙酮为原料，苯乙酮氯化为二氯乙酰苯，然后用稀碱水解而得；二是以苯甲醛为原料，苯甲醛溶于氯仿中加入无水氢氰酸反应后得到扁桃腈，再水解得到产品。目前生产关键技术在于单一性化合物的生产，传统合成技术所得到的DL-体的扁桃酸，手性化合物中因为不同的立体异构体有时是极其有害的，而且不同立体异构体具有不同的生理活性，随着环保要求越来越严格，减少废料的排放就要求减少不必要异构体的生产，产品最好以单一异构体形式出现。拆分得到的扁桃酸单一性化合物，不仅药效提高一倍，更关键是副作用下降，而且在许多生物技术方面应用必须要求是单一性化合物，目前国外最新技术进展便是不对称合成。据报道，国际上已经有部分国家可以生产R型不对称合成产品，而S型合成尚未见报道。据了解国内有关科研机构采用固定化基因工程酶，进行连续化的不对称合成，已经完成了小试研究，非常具有产业化前景。

据不完全统计，国外扁桃酸主要生产公司有德国瓦克公司、日本山川药品公司和日东化学公司等，美国也有数家企业生产。日本两家公司总生产能力约300吨/年，其中得到DL-体80％进行光学拆分成为单一性化合物进行销售，其中大部分出口到欧美各国，出口量占生产量的90％左右。我国主要生产厂家有陕西孙思邈制药厂、江苏姜堰市环球化工厂等。据不完全统计，2000年我国扁桃酸消费量约为250吨。

扁桃酸主要用于医药工业，但是随着应用研究不断深入，许多新的用途被开发出来。

医药工业中用扁桃酸可以合成医药环扁桃酯、扁桃酸乌洛托品、扁桃酸苄酯等。环扁桃酯是由扁桃酸和顺式三甲基环己醇经硫酸催化缩合而成，是一种疗效显著的血管扩张剂，可以显著扩张脑、心、肾、四肢血管，并能促进侧支循环。临床适应于脑血管意外后遗症、脑外伤后遗症、脑动脉硬化、冠心病、视网膜吣动静脉栓、肢端动脉痉挛症、血栓闭塞性脉管炎等多种疾病；扁桃酸乌洛托品用于细菌性尿路感染杀菌剂消炎药物；扁桃酸苄酯是一种镇痉药物。光学拆分所得到的右和左旋扁桃酸大部分用作光学拆分剂，在美国抗生素头孢孟多中大量使用。

国内有关科研机构采用扁桃酸生产苯并呋喃酮分散猩红染料，用于涤纶超细合成纤维的染色，另外扁桃酸还可以作为化学试剂使用。

另外，值得一提的是采用苯甲醛路线合成扁桃酸中间产物扁桃腈是一种极为重要的精细化工中间体，由于扁桃腈分子结构中有腈基，其具有许多广泛应用和特殊的化学性质，可以生成胺化合物、羟基化合物、羧基化合物等，可以合成数十种重要的精细化学品，被称为万能手性中间体。据报道，全世界扁桃腈系列衍生产品有3000～4000吨的潜在市场，而且多为高附加值、高技术含量、颇具发展潜力的产品，备受关注。

目前国际市场上扁桃酸需求约以年均10％左右速度增长，尤其是单一性化合物需求增长速度更快，成为热点的精细化工中间体。因此新的扁桃酸生产工艺对于发展扁桃酸的生产，尤其是单一性异构体的合成具有重要的意义。

(三)发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种光学纯手性扁桃酸的制备方法，该方法采用化学-生物学相结合的方法，操作简单，生产成本低，手性纯度高，且易于工业化生产。

本发明的生产光学纯手性扁桃酸的方法，由下述步骤组成：

(1)将苯甲酰氯、NaCN、CuCl、二甲苯和乙腈依次加入圆底玻璃容器中，于130℃加热回流4～6小时；

(2)回流反应后冷至室温，抽滤，用二甲苯洗涤；

(3)所得滤液减压蒸馏，收集112℃～117℃即43mmHg的馏分，得苯甲酰腈；

(4)将浓硫酸滴加到无水乙醇中混匀，然后投加上述苯甲酰腈，加热，回流反应20～28小时；

(5)待回流反应完毕后，减压蒸除乙醇，浓缩液倒入0℃～20℃水中；

(6)用乙酸乙脂提取浓缩液，有机层分别用5％的碳酸钠溶液和水洗涤，无水碳酸钠干燥；

(7)蒸除溶剂，减压蒸馏收集141℃～145℃的馏分，得苯甲酰甲酸甲脂；

上述苯甲酰甲酸甲脂的合成过程，可由下列反应式表述：

(8)取常规酵母或白地霉湿菌体，以浓度为10⁴～10⁵个/毫升悬浮于含磷酸缓冲液的容器中；

(9)用乙醇溶解苯甲酰甲酸甲脂，滴加入上述菌液中，在30℃条件下，往复摇床培养45～50小时；

(10)培养结束后，菌体以3000～5000rpm离心，滤液先用氯化钠饱和，再用乙酸乙脂萃取；

(11)合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，过滤，减压蒸除溶剂；得扁桃酸甲脂粗品；

(12)用常规柱层析纯化扁桃酸甲脂粗品，得R-型扁桃酸甲脂纯品；

(13)R-型扁桃酸甲脂经水解得到R型-扁桃酸。

其中，步骤(1)所述回流时间优选是5小时。

其中，步骤(4)所述回流时间优选是24小时。

其中，步骤(5)水温优选是0℃～5℃。

其中，步骤(8)所述磷酸缓冲液浓度为0.1mol/L。

其中，步骤(8)所述磷酸缓冲液pH值为7.0。

其中，步骤(9)所述培养时间优选为48小时。

其中，步骤(10)所述离心速度优选是4000rpm。

本发明的生产光学纯手性扁桃酸的方法，能够以苯甲酰甲酸甲脂或苯甲酰甲酸的衍生物为底物，以酵母、白地霉等微生物细胞为催化剂，制备手性扁桃酸(α-羰基苯乙酸)。其中采用酵母、白地霉等微生物细胞(游离或固定化)作催化剂，利用酵母、白地霉等微生物细胞内的纯脱氢酶，可选择性地将底物中的羰基还原为羟基，从而获得以一种构型(通常为R-型)为主的手性扁桃酸。其中以酵母为催化剂的反应，扁桃酸产率90.5％；以白地霉为催化剂的反应，扁桃酸的产率为88％。R-扁桃酸甲酯异构体为左旋性(-)，其构型为R型。本发明的生产光学纯手性扁桃酸的方法，采用化学-生物相结合的方法，工艺简单，成本低，环境压力极小，手性纯度高，易于实现工业化生产，具有推广应用价值。

(四)具体实施方式

实施例1：

1、苯甲酰甲酸酯合成：将苯甲酰氯40mL(0.347moL)、NaCN 20g(0.408moL)、CuCl10g(0.1moL)、二甲苯8.5mL和乙腈5mL依次加入250mL圆底烧瓶中，于130℃加热回流5小时。反应结束后冷至室温，抽滤，用二甲苯洗涤。所得滤液减压蒸馏，收集112～117℃(减压)的馏分，得苯甲酰腈18.6g(0.142moL)，产率41％，mp32℃。

将浓硫酸10mL小心地滴加到30mL无水乙醇中，投加苯甲酰腈6.5g，加热回流反应24小时，回流反应完毕，减压蒸除乙醇，浓缩液倒入0℃冷水中，用乙酸乙脂提取，有机层分别用5％的碳酸钠溶液和水洗涤，无水碳酸钠干燥，蒸除溶剂，减压蒸馏收集141～145℃的馏分，得苯甲酰甲酸甲脂7.1g，产率87％。

2、酵母催化还原

取适量常规酵母湿菌体悬浮于含100mL磷酸缓冲液(pH值为7.0，浓度为0.1mol/L)的250mL的锥形瓶中，使菌体浓度为105个/毫升，苯甲酰甲酸甲脂溶于20mL乙醇中，慢慢加入所述菌液中。上述混合液在30℃往复摇床培养48h。反应结束后，菌体以速度是4000rpm离心，滤液先用氯化钠饱和，再用乙酸乙脂萃取三次(3×50ml)。合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，过滤，减压蒸除溶剂，得扁桃酸甲脂粗品。

用常规柱层析纯化扁桃酸甲脂粗品，得R-型扁桃酸甲脂纯品。

产物的分析：采用WZZ-2A型自动数显选光仪测定产物的旋光值，光管长度为10cm，产物浓度为1g/100ml。

产物的含量和光学活性分析采用高效液相手性固定相法分析，Agilent 1100高效液相色谱仪，Agilent Ultron ES-OVM手性柱，4.6×150mm，流动相为乙醇-20mM磷酸缓冲液(体积比2∶98)，流速1ml/min，柱温25℃，检测波长213nm，样品浓度为3ug/ml，进样量为3ul。

选定五因素四水平的正交试验方法对生物转化条件进行优化选择，在此条件下分别对合成的其他化合物进行生物转化。

酵母催化还原结果

扁桃酸甲脂：产率90.5％，mp53～55℃。IR(KBr，cm-1)：3442.46(OH).1739.25(O＝C-O)，1209.21(C-C)；1190.06(C-O-C)，737.63(C＝C)，696.84(OH)：1H-NMR(CDCl3)：3.77(s，3H，CH3)，5.18(s，1H，OH)，7.34(m，1H，Ar-H)，7.37(m，2H，Ar-H)，7.42(m，2H，Ar-H)；旋光[α]_D ²⁰-103.5(c＝1，丙酮)。

R-扁桃酸甲酯异构体为左旋性(-)。本试验通过酵母还原苯甲酰甲酸甲酯得到的扁桃酸甲酯为左旋性，其构型为R型。

R-扁桃酸甲酯经水解得到R-扁桃酸。

实施例2：

1、苯甲酰甲酸酯合成：将苯甲酰氯80mL(0.694moL)、NaCN 40g(0.816moL)、CuCl20g(0.2moL)、二甲苯17mL和乙腈10mL依次加入圆底烧瓶中，于130℃加热回流6小时。反应结束后冷至室温，抽滤，用二甲苯洗涤。所得滤液减压蒸馏，收集112～117℃(43mmHg)的馏分，得苯甲酰腈38.1g(0.29moL)，产率42％，mp32℃。

将浓硫酸10mL小心地滴加到30mL无水乙醇中，投加苯甲酰腈7.1g，加热回流反应28小时，回流反应毕，减压蒸除乙醇，浓缩液倒入5℃冷水中，用乙酸乙脂提取，有机层分别用5％的碳酸钠溶液和水洗涤，无水碳酸钠干燥，蒸除溶剂，减压蒸馏收集141～145℃的馏分，得苯甲酰甲酸甲脂8.0g，产率88％。

2、白地霉催化还原

取25g常规白地霉湿菌体悬浮于0.1mol/L，pH7.0的磷酸缓冲液中，使菌体浓度为105个/毫升，底物(25mmol)溶于2ml乙醇中，慢慢加入所述菌液。上述混合物在30℃往复摇床培养50h。反应结束后，菌体以速度是5000rpm离心，并用乙酸乙脂洗涤，滤液先用氯化钠饱和，再用乙酸乙脂萃取三次(3×50ml)。有机相合并后再用饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，过滤，减压蒸除溶剂。得扁桃酸甲脂粗品。

结果如下：

扁桃酸甲脂mp53～55℃。IR(KBr，cm-1)：3442.21(OH)，1739.11(O＝C-O)，1208.57(C-C)；1190.35(C-O-C)，737.73(C＝C)，696.31(＝CH)；旋光[α]_D ²⁰-88.5(c＝1，丙酮)。

R-扁桃酸甲酯经水解得到R-扁桃酸。

Claims

1.一种生产光学纯手性扁桃酸的方法，由下述步骤组成：

(2)回流反应后冷至室温，抽滤，用二甲苯洗涤；

(8)取常规酵母或白地霉湿菌体，以浓度为104～105个/毫升悬浮于含磷酸缓冲液的容器中；

(13)R-型扁桃酸甲脂经水解得到R型-扁桃酸。

2.如权利要求1所述的生产光学纯手性扁桃酸的方法，其特征是，步骤(1)所述回流时间是5小时。

3.如权利要求1所述的生产光学纯手性扁桃酸的方法，其特征是，步骤(4)所述回流时间是24小时。

4.如权利要求1所述的生产光学纯手性扁桃酸的方法，其特征是，步骤(5)水温是0℃～5℃。

5.如权利要求1所述的生产光学纯手性扁桃酸的方法，其特征是，步骤(8)所述磷酸缓冲液浓度为0.1mol/L。

6.如权利要求1所述的生产光学纯手性扁桃酸的方法，其特征是，步骤(8)所述磷酸缓冲液pH值为7.0。

7.如权利要求1所述的生产光学纯手性扁桃酸的方法，其特征是，步骤(9)所述培养时间为48小时。

8.如权利要求1所述的生产光学纯手性扁桃酸的方法，其特征是，步骤(10)所述离心速度是4000rpm。