CN1948262A - 一种采用强碱性阴离子交换树脂提取扁桃酸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采用强碱性阴离子交换树脂提取扁桃酸的方法。该方法的特征为：含有扁桃酸的溶液，用强碱性阴离子交换树脂吸附至饱和，用水洗去未发生离子交换的残留液，再用一定浓度的洗脱剂洗脱扁桃酸组分，洗脱液经减压回收溶剂、真空浓缩、干燥成扁桃酸粗品。本发明构思新颖，工艺简单，提取效率高，生产成本低，具有较大推广性。

Description

一种采用强碱性阴离子交换树脂提取扁桃酸的方法

技术领域

本发明涉及一种手性药物的提取方法，更具体涉及一种采用强碱性阴离子交换树脂提取手性药物扁桃酸的方法。

背景技术

手性合成技术和手性药物的开发已成为当今世界生物制药和有机化学的研究热点。手性药物是指有药理活性作用的单一对映体的化合物药物。

扁桃酸(mandelic acid，MA)是一种重要的计划生育手性药物，具有杀精子和灭滴虫的双重功效，列入中国科技部“七五”、中国卫生部“八五”和福建省“十五”科技攻关课题。

扁桃酸还是许多重要手性药物的中间体原料，以扁桃酸为前体可以合成血管扩张药环扁桃酯、尿路感染消炎药扁桃酸乌洛托品、滴眼药羟苄唑和镇痉药扁桃酸苄酯等药物。

由于扁桃酸为手性分子，有左旋扁桃酸和右旋扁桃酸两种构型。单一构型的扁桃酸是不对称合成反应中非常重要的手性中间体，被广泛应用于光学纯的氨基酸、血管紧张肽转化酶抑制剂、辅酶A的不对称合成。单一构型的扁桃酸(或扁桃酸衍生物)所合成的药物与外消旋的扁桃酸(或扁桃酸衍生物)相比，药效明显提高，毒副作用显著下降。

目前，在市场上销售的扁桃酸有左旋扁桃酸、右旋扁桃酸或扁桃酸消旋体等。国际市场上扁桃酸需求约以年均10％的速度增长，2000年中国扁桃酸消费量约为250吨[张楠，手性化合物扁桃酸开发前景广阔，中国化工报，2002-2-21]。因此，研究扁桃酸的制备方法具有一定的指导意义和广阔的市场前景。

离子交换技术是利用离子交换剂与各种离子的作用力强弱差异，选择性地吸附或释放特定的离子，从而达到去除杂质、富集或纯化目标生化物质的目的。在生物医药工业中，广泛用于抗生素、氨基酸、有机酸等小分子物质的生产。

常用的离子交换剂有两类：疏水结构离子交换剂和亲水结构离子交换剂。前者即通常所说的离子交换树脂，主要以苯乙烯、丙烯酸或酚醛等材料为原料，经人工合成固态高分子化合物为疏水性骨架，具有机械强度高，遇水膨胀率低，交换容量大等特点，有机酸、抗生素等小分子物质宜用疏水性结构的离子交换树脂分离。

离子交换树脂是一种不溶于一般的酸碱和有机溶剂，也不熔融固态高分子化合物，不但稳定性好，而且具有可离子交换的多功能基。它由不溶性的三维空间网状骨架，连接在骨架上的功能团和功能团所带的相反电荷的可交换离子等单元结构组成。从酸碱性观点来看，离子交换树脂可视为多功能的高分子多元酸(H+)或高分子多元碱(OH-)。

离子交换树脂可交换功能团中的活性离子决定此树脂的主要性能，功能团的电离程度决定了树脂的酸性或碱性的强弱。按功能团分，通常将树脂分为强酸性、弱酸性阳离子交换树脂和强碱性、弱碱性阴离子交换树脂等四大类，四大类离子交换树脂性能比较见表1。

                   表1四大类离子交换树脂性能比较

离子交换树脂的主要性能有：交联度、膨胀率、含水量、离子交换速度、交换量和交换选择性等。通常，影响离子交换选择性的因素有离子水化半径、离子的化合价和溶液的酸碱度等。离子与树脂之间的亲和力越大，就越容易被吸附；同理，吸附在树脂上的该离子就越不容易被洗脱。在低浓度水溶液和常温条件下，离子的化合价越高，就越容易被吸附。在无机离子的交换中，水化半径较小的离子越容易吸附。各种一价离子对树脂的亲和力大小排序如下：采用强碱性树脂时，OH^-＜F^-＜HCO₃ ^-＜Cl^-＜HSO₃ ^-＜Br^-＜NO₃ ^-＜I^-＜ClO₄ ^-；采用弱碱性树脂时，F^-＜HCO₃ ^-＜Cl^-＜HSO₃ ^-＜Br^-＜NO₃ ^-＜I^-＜ClO₄ ^-＜OH^-。

目前，世界范围内树脂产品的种类繁多，分类方法也各不相同。国内生产流通的主要强碱性阴离子交换树脂商品，根据聚合反应的类型可分成缩聚型树脂和加聚型树脂；根据树脂的骨架结构则主要是苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系、乙烯吡啶系、脲醛系和氯乙烯系等强碱性阴离子交换树脂产品；根据树脂的品牌则可划分为上海罗门哈斯公司(中美合资)的Amberlite IRA系列(如Amberlite IRA-400、Amberlite IRA-404、Amberlite IRA-410)，浙江漂莱特(中英合资)的Dowex 1系列(如Dowex 1×2)和Dowex 2系列(如Dowex 2×4)，华东理工大学和南开大学化工厂的的201系列(如201×4(商品名711)、201×2(商品名714)、201×7(商品名717))和202系列(如202×2)等强碱性阴离子交换树脂产品。

由于扁桃酸分子中存在羧酸，其离解常数pKa值为5.28，为弱酸性有机酸[陈剑锋等，手性药物扁桃酸的理化特性测定，福州大学学报，2005，33(3)：395～399]。根据离子交换理论，在酸性条件下，扁桃酸主要以分子状态存在，可选用大孔吸附树脂进行富集纯化，但在中性或碱性条件下，扁桃酸则是以阴离子状态存在，宜采用离子交换技术分离扁桃酸。

采用强碱性阴离子交换树脂分离纯化扁桃酸时，各种一价离子对树脂的亲和力大小排序如下：OH^-＜MA^-＜F^-＜Cl^-＜HSO₃ ^-＜Br^-＜NO₃ ^-＜I^-＜ClO₄ ^-，因此，可以采用含有F^-、Cl^-、Br^-、I^-、SO₄ ^2-、PO₄ ^3-等无机离子的洗脱剂进行洗脱，该洗脱剂可以是酸性、中性或碱性溶液。

采用离子交换技术分离纯化扁桃酸的主要依据是离子交换树脂对扁桃酸和杂质的亲和力不同。离子交换树脂对扁桃酸的亲和力主要取决于扁桃酸的理化性质、树脂的功能团特点以及溶液中其它杂质的影响。

由于扁桃酸发酵液中除扁桃酸离子外，还可能有Cl^-、SO₄ ^2-、PO₄ ^3-等阴离子，以及在中性或碱性条件下以阴离子状态存在的氨基酸、蛋白质等两性电解质，在选择离子交换技术分离纯化扁桃酸时，可采取2个策略：①选择对无机离子和杂蛋白亲和力较强，而对扁桃酸亲和力较弱的树脂与条件，使杂质在上柱时被吸附在树脂上，而扁桃酸大量流出，起到扁桃酸与杂质分开的目的。②或者相反，选择对扁桃酸亲和力较强，而对无机离子、氨基酸和蛋白质等杂质亲和力较弱的树脂与条件，使扁桃酸被大量吸附在树脂上，然后通过解吸附的方式，用一定浓度的洗脱剂洗脱扁桃酸组分。与第①种策略相比，第②种策略不但可以达到扁桃酸与杂质的高效分开，而且对扁桃酸组分具有明显的富集浓缩效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用强碱性阴离子交换树脂提取扁桃酸的方法，该方法不仅设备简单、分离效果好、产品收率高，而且树脂使用寿命长、生产成本低。

本发明的采用强碱性阴离子交换树脂提取扁桃酸的方法是这样实现的：含有扁桃酸的溶液，用强碱性阴离子交换树脂吸附至饱和，用水洗去未发生离子交换的残留液，再用一定浓度的洗脱剂洗脱扁桃酸组分，洗脱液经减压回收溶剂、真空浓缩、干燥成扁桃酸粗品。

本发明优先选用HCl为洗脱剂的优点主要为：

1.与其它的HF、HBr、HI等卤素类酸相比，HCl价廉易得，以此为洗脱剂能明显降低扁桃酸的生产成本。

2.由于扁桃酸最多只能解离成一价阴离子，扁桃酸与洗脱剂是等摩尔交换的，当采用H₂SO₄、H₃PO₄等多价无机酸为洗脱剂时，虽然也能达到洗脱扁桃酸组分的目的，但容易造成H⁺的过度释放与累积，不利于洗脱终点的准确判断。

3.采用强碱性阴离子交换树脂分离纯化扁桃酸时，在等摩尔浓度条件下，各无机离子对树脂的亲和力大小排序如下：OH^-＜MA^-＜F^-＜Cl^-＜HSO₃ ^-＜Br^-＜NO₃ ^-＜I^-＜ClO₄ ^-＜SO₄ ^2-＜PO₄ ^3-，采用HCl溶液可以达到洗脱扁桃酸组分的目的。

4.与采用含其它无机离子的中性或碱性溶液为洗脱剂相比，采用HCl溶液为洗脱剂不但可以达到洗脱扁桃酸组分的目的，而且有利于同时采用洗脱液pH值骤降和酸性AgNO₃指示剂出现AgCl沉淀的变化特征作为洗脱终点判断的依据。

本发明制备方法的主要优点在于：充分利用了强碱性阴离子交换树脂对目标活性物质扁桃酸的亲和力与对蛋白质、多糖、氨基酸、色素、无机盐等杂质的亲和力的差异，以及一定浓度的洗脱剂溶液对吸附在离子交换树脂上的扁桃酸与蛋白质、氨基酸、无机盐等杂质的洗脱能力的不同，真正达到了扁桃酸与杂质的高效分离。

具体实施方式

本发明采用强碱性阴离子交换树脂提取扁桃酸的方法，其具体步骤为：含有扁桃酸的溶液，在pH值5.7～7.3条件下，用强碱性阴离子交换树脂吸附至饱和，先用不少于1倍树脂量(V/V)的水洗去未发生离子交换的残留液，再用4～12倍树脂量(V/V)的0.4～1.2mol/L浓度的洗脱剂，以1～3倍树脂量/小时的流速(V/V)洗脱扁桃酸组分，洗脱液在-0.06～-0.095MPa、50～80℃条件下，经减压回收溶剂、真空浓缩、干燥成扁桃酸粗品。

其中，含有扁桃酸的溶液可以是来源于植物提取的扁桃酸提取物、来源于生物合成的扁桃酸发酵液、来源于酶催化或拆分的扁桃酸反应液、来源于化学合成或拆分的扁桃酸反应液中的一种或几种。

扁桃酸是左旋扁桃酸、右旋扁桃酸或外消旋扁桃酸中的一种或几种。

强碱性阴离子交换树脂骨架的化学组成可以是聚苯乙烯、聚丙烯酸或酚醛中的一种或几种，优先选用聚苯乙烯或聚丙烯酸。

洗脱剂的阴离子组成可以是OH^-、F^-、Cl^-、Br^-、I^-、NO₃ ^-、CO₃ ^2-、SO₄ ^2-、PO₄ ^3-等无机离子中的一种或几种，洗脱剂是酸性、中性或碱性溶液中的一种或几种，优先选用HCl。

本发明制备物的理化参数测定方法如下：

(1)扁桃酸含量的测定：采用高效液相色谱法。测定条件：Agilent 1100型高效液相色谱仪(DAD二极管阵列检测器)，Waters Nova-Pak C₁₈色谱柱(Φ4.6×250mm，5μm)，流动相为50mmol/L磷酸盐缓冲液(pH 6.8)∶甲醇＝9∶1(V/V)，流速1.0ml/min，柱温30℃，进样量20μL，检测波长220nm。以扁桃酸消旋体(购自Sigma公司)为对照。

(2)扁桃酸的光学对映体含量(e.e值)的测定：采用毛细管电泳法。电泳条件：中性熔融硅毛细管柱(I.D.75μm，有效长度50cm)，缓冲液为含150g/L羟丙基-β-环糊精的100mmol/L Tris磷酸溶液(pH 7.6)，分离电压20kV，分离柱温20℃，进样压力2.76×10³Pa，进样时间8sec，紫外检测波长214nm，以R-扁桃酸和S-扁桃酸标准品(购自Sigma公司)为对照。标准品用超纯水配制(Milli.-QII型超纯水系统)，浓度为0.75mmol/L。毛细管预处理：每次使用前分别用超纯水(13.78×10⁴Pa)淋洗3min、0.1mol/L NaOH(6.89×10⁴Pa)淋洗2min、超纯水淋洗3min。每次进样前用超纯水和缓冲液各淋洗2min。对映体过量值的计算公式：e.e.＝([R]-[S])/([R]+[S])×100％，其中：[R]和[S]是R型和S型扁桃酸的含量(mmol/L)。

(3)多糖含量测定采用苯酚-硫酸法，以葡萄糖或D-半乳糖为对照。蛋白质含量测定采用FoLin-酚法，以小牛血清白蛋白为对照。无机离子含量测定采用试剂盒测定，其中SO₄ ^2-的测定采用氯化钡沉淀法，Cl^-测定采用硝酸银沉淀法，Ca²⁺和Mg²⁺的测定采用甲基百里香酚蓝络合法。

本发明制备物的干燥方法如下：

(1)喷雾干燥条件为：进料液浓度10～20波美度(60℃)，PG-5型喷雾干燥机进口温度160～250℃，出口温度60～110℃，离心转头工作压力1.6～3.0kgf/cm²。

(2)冷冻干燥条件为：干燥温度-10～-60℃，升华温度35～70℃，压力0.05～0.18mbar，干燥时间20～40h。

(3)真空干燥条件为：干燥温度45～75℃，压力-0.06～-0.095MPa，干燥时间15～50h。

本发明制备方法的实施例陈述如下：

实施例1

pH值为5.78、S-扁桃酸浓度为98.6mmol/L的发酵液，采用Amberlite IRA-400阴离子交换树脂，在75r/min的搅拌转速条件下，静态吸附至饱和，先用不少于1倍树脂量的水(V/V)洗去极性杂质，再用4倍树脂量的1.2mol/L HCl溶液(V/V)，以2倍树脂量/小时的流速(V/V)洗脱扁桃酸组分，洗脱液在-0.06～-0.095MPa、50～80℃条件下，经减压回收溶剂、真空浓缩、真空干燥成扁桃酸粗品。经测定，扁桃酸的回收率86.3％，扁桃酸的纯度为54.5％。

实施例2

R，S-扁桃酸浓度为123.6mmol/L的桃叶提取液，用盐酸或氢氧化钠溶液调pH值至7.28后，采用Amberlite IRA-404阴离子交换树脂，以0.3倍树脂量/小时的上柱流速(V/V)，动态吸附至饱和，先用不少于1倍树脂量的水(V/V)洗去极性杂质，再用8倍树脂量的0.75mol/LHCl溶液(V/V)，以3倍树脂量/小时的流速(V/V)洗脱扁桃酸组分，洗脱液在-0.06～-0.095MPa、50～80℃条件下，经减压回收溶剂、真空浓缩、真空干燥成扁桃酸粗品。经测定，扁桃酸的回收率87.9％，扁桃酸的纯度为55.1％。

实施例3

R-扁桃酸浓度为213.8mmol/L的扁桃睛酶水解液，用盐酸或氢氧化钠溶液调pH值至6.59后，采用Amberlite IRA-410阴离子交换树脂吸附至饱和，先用不少于1倍树脂量的水(V/V)洗去极性杂质，再用12倍树脂量的0.4mol/L HCl溶液(V/V)，以1倍树脂量/小时的流速(V/V)洗脱扁桃酸组分，洗脱液在-0.06～-0.095MPa、50～80℃条件下，经减压回收溶剂、真空浓缩、真空干燥成扁桃酸粗品。经测定，扁桃酸的回收率84.3％，扁桃酸的纯度为54.2％。

实施例4

pH值为6.53、R，S-扁桃酸浓度为125.7mmol/L的发酵液，采用Dowex 1×2阴离子交换树脂吸附至饱和，先用不少于1倍树脂量的水(V/V)洗去极性杂质，再用10倍树脂量的0.6mol/L NaCl溶液(V/V)，以3倍树脂量/小时的流速(V/V)洗脱扁桃酸组分，洗脱液在-0.06～-0.095MPa、50～80℃条件下，经减压回收溶剂、真空浓缩、喷雾干燥成扁桃酸粗品。经测定，扁桃酸的回收率83.7％，扁桃酸的纯度为55.3％。

实施例5

R-扁桃酸浓度为163.5mmol/L的桃叶提取液，用盐酸或氢氧化钠溶液调pH值至5.74后，采用Dowex 2×4阴离子交换树脂吸附至饱和，先用不少于1倍树脂量的水(V/V)洗去极性杂质，再用9倍树脂量的1.2mol/L NaCl溶液(V/V)，以1倍树脂量/小时的流速(V/V)洗脱扁桃酸组分，洗脱液在-0.06～-0.095MPa、50～80℃条件下，经减压回收溶剂、真空浓缩、喷雾干燥成扁桃酸粗品。经测定，扁桃酸的回收率84.1％，扁桃酸的纯度为56.1％。

实施例6

S-扁桃酸浓度为189.4mmol/L的扁桃睛酶水解液，用盐酸或氢氧化钠溶液调pH值至7.23后，采用202×2阴离子交换树脂吸附至饱和，先用不少于1倍树脂量的水(V/V)洗去极性杂质，再用12倍树脂量的0.4mol/LNaCl溶液(V/V)，以2倍树脂量/小时的流速(V/V)洗脱扁桃酸组分，洗脱液在-0.06～-0.095MPa、50～80℃条件下，经减压回收溶剂、真空浓缩、喷雾干燥成扁桃酸粗品。经测定，扁桃酸的回收率81.6％，扁桃酸的纯度为51.2％。

实施例7

pH值为6.12、R-扁桃酸浓度为156.3mmol/L的发酵液，用氢氧化钠溶液调pH值至7.27后，采用711阴离子交换树脂吸附至饱和，先用不少于1倍树脂量的水(V/V)洗去极性杂质，再用12倍树脂量的0.4mol/L NaOH溶液(V/V)，以1倍树脂量/小时的流速(V/V)洗脱扁桃酸组分，洗脱液在-0.06～-0.095MPa、50～80℃条件下，经减压回收溶剂、真空浓缩、冷冻干燥成扁桃酸粗品。经测定，扁桃酸的回收率84.3％，扁桃酸的纯度为53.9％。

实施例8

S-扁桃酸浓度为99.8mmol/L的桃叶提取液，用盐酸或氢氧化钠溶液调pH值至6.65后，采用714阴离子交换树脂吸附至饱和，先用不少于1倍树脂量的水(V/V)洗去极性杂质，再用10倍树脂量的0.9mol/L NaOH溶液(V/V)，以2倍树脂量/小时的流速(V/V)洗脱扁桃酸组分，洗脱液在-0.06～-0.095MPa、50～80℃条件下，经减压回收溶剂、真空浓缩、冷冻干燥成扁桃酸粗品。经测定，扁桃酸的回收率86.2％，扁桃酸的纯度为51.7％。

实施例9

R，S-扁桃酸浓度为175.6mmol/L的扁桃睛酶水解液，用盐酸或氢氧化钠溶液调pH值至5.75后，采用717阴离子交换树脂吸附至饱和，先用不少于1倍树脂量的水(V/V)洗去极性杂质，再用4倍树脂量的1.2mol/L NaOH溶液(V/V)，以3倍树脂量/小时的流速(V/V)洗脱扁桃酸组分，洗脱液在-0.06～-0.095MPa、50～80℃条件下，经减压回收溶剂、真空浓缩、冷冻干燥成扁桃酸粗品。经测定，扁桃酸的回收率87.4％，扁桃酸的纯度为50.6％。

以上实施例旨在进一步举例描述本发明，而不是以任何方式限制本发明。

本发明构思新颖，工艺简单，提取效率高，生产成本低，具有较大的推广意义。

Claims (7)

1.一种采用强碱性阴离子交换树脂提取扁桃酸的方法，其特征在于：含有扁桃酸的溶液，用强碱性阴离子交换树脂吸附至饱和，用水洗去未发生离子交换的残留液，再用一定浓度的洗脱剂洗脱扁桃酸组分，洗脱液经减压回收溶剂、真空浓缩、干燥成扁桃酸粗品。

2.根据权利要求1所述的采用强碱性阴离子交换树脂提取扁桃酸的方法，其特征在于：所述的方法为：含有扁桃酸的溶液，在pH值5.7～7.3条件下，用强碱性阴离子交换树脂吸附至饱和，先用不少于1倍树脂量(V/V)的水洗去未发生离子交换的残留液，再用4～12倍树脂量(V/V)的0.4～1.2mol/L浓度的洗脱剂，以1～3倍树脂量/小时的流速(V/V)洗脱扁桃酸组分，洗脱液在-0.06～-0.095MPa、50～80℃条件下，经减压回收溶剂、真空浓缩、干燥成扁桃酸粗品。

3.根据权利要求1或2所述的采用强碱性阴离子交换树脂提取扁桃酸的方法，其特征在于：所述的强碱性阴离子交换树脂骨架的化学组成是聚苯乙烯、聚丙烯酸或酚醛中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的采用强碱性阴离子交换树脂提取扁桃酸的方法，其特征在于：所述的洗脱剂是酸性、中性或碱性溶液中的一种或几种。

5.根据权利要求4所述的采用强碱性阴离子交换树脂提取扁桃酸的方法，其特征在于：所述的洗脱剂的阴离子组成可以是OH^-、F^-、Cl^-、Br^-、I^-等无机离子中的一种或几种。

6.根据权利要求3所述的采用强碱性阴离子交换树脂提取扁桃酸的方法，其特征在于：所述扁桃酸是左旋扁桃酸、右旋扁桃酸或外消旋扁桃酸中的一种或几种。

7.根据权利要求4或5所述的采用强碱性阴离子交换树脂提取扁桃酸的方法，其特征在于：所述扁桃酸是左旋扁桃酸、右旋扁桃酸或外消旋扁桃酸中的一种或几种。