TWI501946B - 蝦紅素二琥珀酸二甲酯之製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種用於製造式(I)全-E型蝦紅素二琥珀酸二甲酯之改良方法。
蝦紅素本身係一種廣受歡迎之染料,其主要係作為用於給養殖鮭魚著色之飼料添加劑。
一種用於製造蝦紅素之極有效方法係式II對稱性C10
二醛與兩當量相應的式IIIC15
鏻鹽之雙魏悌希(Wittig)烯化作用,尤其係如Helv.Chim.Acta 64,7,2445(1981)中所描述。
此反應可(例如)於二氯甲烷中利用甲醇鈉甲醇溶液作為鹼而進行(亦參見WO 2007128574)或藉由在1,2-環氧丁烷中加熱式II及III組分而進行。
為改善蝦紅素在魚食中之儲存安定性,在WO 03/066583中提出各種蝦紅素之二酯,其中尤其提及式I蝦紅素二琥珀酸二甲酯。
根據WO 03/066583,在有機鹼存在下,使結晶蝦紅素與甲醯氯或羧酸酐在惰性溶劑中反應,以製造蝦紅素之二酯(WO 03/066583,第7頁,第3至20行)。在蝦紅素與游離酸之酯化作用中,該反應係在脫水劑存在下進行(WO 03/066583,第7頁,第21至28行)。
式I蝦紅素二琥珀酸二甲酯係根據WO 03/066583(第13頁,第13至25行)中之實例5獲得,其產率為49.9%且純度為79.3%。藉由隨後自二氯甲烷/甲醇再結晶,可獲得純度為98%之二酯(在HPLC後)。
此方法之一缺點係用於酯化作用之初始物質係結晶蝦紅素。製備結晶蝦紅素作為酯化作用之中間物意味著相當大之生產成本,以用於結晶、過濾、沖洗、乾燥、包裝、儲存及在後期計量該固體。此外,在蝦紅素之結晶過程中,由於有價值產物在母液中之殘留溶解度,故產率降低。
本發明之一目的係改善已知的式I蝦紅素二琥珀酸二甲酯合成方法之缺點。應簡化用於製造式I蝦紅素二琥珀酸二甲酯之方法且應增加式I蝦紅素二琥珀酸二甲酯之產率及純度。
此目標係藉由一種製造式I全-E型蝦紅素二琥珀酸二甲酯之方法而實現,
該方法包括以下製程步驟:
a) 式IIC10
二醛
與式IIIC15
鏻鹽進行雙魏悌希(Wittig)反應
其中X-
係有機或無機酸HX之陰離子,該反應係在包含二氯甲烷之溶劑中,藉由添加含於醇R1
OH中之鹼金屬烷醇鹽或鹼土金屬烷醇鹽M1
OR1
或M2
(OR1
)2
之溶液作為鹼而進行,其中M1
係Li、Na、K或Rb,M2
係Mg、Ca、Sr或Ba且R1
係甲基、乙基、正丙基或異丙基,以生成式IV蝦紅素
其中所形成的兩個新穎雙鍵不僅以Z組態存在,且亦以E組態存在,隨後視需要對該反應混合物進行水性處理,以移除鹽M1
X或M2
X2
;
b) 藉由以水重複沖洗該反應混合物或藉由蒸餾包含二氯甲烷及醇R1
OH之溶劑混合物,自製程步驟a)之反應混合物移除醇R1
OH,隨後視需要藉由共沸蒸餾二氯甲烷與水以移除水來乾燥該反應混合物;
c) 在二氯甲烷中,藉由添加式V甲基琥珀醯氯
及有機含氮鹼,使存在於製程步驟b)中所處理之反應混合物中之式IV蝦紅素反應,以生成式Ia蝦紅素二琥珀酸二甲酯;
d) 對製程步驟c)之反應混合物進行水性處理,以移除水溶性鹽;
e) 藉由自製程步驟d)之反應混合物蒸餾移除二氯甲烷並添加醇R2
OH至該反應混合物中,以利用醇R2
OH置換二氯甲烷溶劑,其中R2
係甲基、乙基、正丙基或異丙基;
f) 藉由將製程步驟e)之含R2
OH之反應混合物加熱至至少50℃,使製程步驟c)中製得之式Ia蝦紅素二琥珀酸二甲酯熱異構化,以生成式I全-E型蝦紅素二琥珀酸二甲酯,其中該反應混合物之水含量係占該反應混合物總體積之10至90體積%,且其中式I全-E型蝦紅素二琥珀酸二甲酯係以結晶形式出現並隨後視需要經單離。
在根據本發明方法之製程步驟a)中,使式IIC10
二醛
與式IIIC15
鏻鹽進行雙魏悌希(Witig)反應
其中X-
係有機或無機酸HX(例如氯化氫、溴化氫或碘化氫)、磺酸(例如甲磺酸、對甲苯磺酸或三氟甲磺酸)、或三鹵乙酸(例如三氟乙酸或三氯乙酸)之陰離子,該反應係在包含二氯甲烷之溶劑中,藉由添加含於醇R1
OH中之鹼金屬烷醇鹽或鹼土金屬烷醇鹽M1
OR1
或M2
(OR1
)2
(較佳為鹼金屬烷醇鹽)之溶液作為鹼而進行,其中M1
係Li、Na、K或Rb,較佳係Li或Na,特定言之係Na,M2
係Mg、Ca、Sr或Ba,較佳係Mg且R1
係甲基、乙基、正丙基或異丙基,較佳係甲基或乙基,特定言之係甲基,以生成式IV蝦紅素
其中所形成的兩個新穎雙鍵不僅以Z組態存在,且亦以E組態存在,隨後視需要對該反應混合物進行水性處理,以移除鹽M1
X或M2
X2
。
較佳地,該陰離子X-
係氯離子或溴離子。
在製程步驟a)中,較佳係首先將式IIC10二醛與式IIIC15
鏻鹽溶於包含多於90體積%,特別佳多於95體積%二氯甲烷(基於溶劑之總體積計)之溶劑中,特定言之係在純二氯甲烷(即純度大於99體積%之二氯甲烷)中。
隨後,在製程步驟a)中,較佳係藉由添加含於甲醇中之甲醇鈉之溶液作為鹼使式II及III化合物縮合,以生成式IV蝦紅素。
在式IV蝦紅素中,兩個新形成之雙鍵不僅以Z組態存在,且亦以E組態存在。絕大多數,即大於50%之式IV蝦紅素中之兩個新形成之雙鍵具有E,E組態。在式IV蝦紅素混合物中,具有Z組態之新形成雙鍵之比例係最高達25%。
較佳地,在步驟a)中,對該反應混合物進行水性處理,以移除鹽M1
X或M2
X2
。
在水性處理後,所獲得之反應混合物係含於二氯甲烷中之式IV蝦紅素之粗製溶液,其係水飽和性且包含醇R1
OH(特定言之甲醇)之殘留物。
在本發明方法之製程步驟b)中,藉由以水重複沖洗製程步驟a)之反應混合物或蒸餾包含二氯甲烷及醇R1
OH之溶劑混合物,特定言之藉由蒸餾包含二氯甲烷及醇R1
OH之溶劑混合物,將R1
OH自該反應混合物移除,隨後視需要藉由共沸蒸餾二氯甲烷與水以移除水來乾燥該反應混合物。
較佳地,在製程步驟b)中,藉由重複蒸餾,以水沖洗該餾出物,並將該沖洗之餾出物再循環至粗製蝦紅素溶液中,移除醇R1
OH,特定言之甲醇。
在甲醇的情況下,可如前文所述般以複數個階段將甲醇非連續地自該反應混合物移除。在工業方法中,將甲醇自該反應混合物中移除較佳係藉由在混合器/沉降器裝置中,以水連續沖洗該包含甲醇之二氯甲烷餾出物以自該反應混合物中移除甲醇而連續進行。在此情況下,將下層有機相連續再循環至粗製蝦紅素溶液中,直至該粗製蝦紅素溶液不含甲醇。
較佳地,在完成甲醇移除後,藉由熟習此項技術者已知之方法,較佳藉由共沸蒸餾(二氯甲烷/水多相共沸混合物)乾燥該水飽和性粗製蝦紅素溶液。此可藉由簡單的部份汽化或藉由利用適宜結構之水分離器去除水而實現。
所有的蒸餾步驟較佳均在大氣壓下進行,但亦可在減壓下進行。但出於實際原因(二氯甲烷共沸混合物之可壓縮性),不使用低於300 mbar之壓強。
在根據本發明方法之製程步驟c)中,藉由添加式V甲基琥珀醯氯
及有機含氮鹼,使存在於製程步驟b)中所處理之反應混合物中之式IV蝦紅素在二氯甲烷中反應,以形成式Ia蝦紅素二琥珀酸二甲酯
在有機鹼之存在下,使在製程步驟b)中獲得之不含R1
OH,較佳亦不含水,特定言之不含甲醇及水之粗製蝦紅素二氯甲烷溶液與式V甲基琥珀醯氯以本身已知之方式反應,以生成式Ia蝦紅素二琥珀酸二甲酯。在本文中,不含水或不含R1
OH意指該反應混合物中之水含量或R1
OH含量基於該反應混合物之質量計係小於0.2重量%,較佳小於0.1重量%,特定言之小於0.075重量%。
可使用(例如)胺(例如一級、二級或三級烷胺或芳胺)、或鹼性含氮雜芳族化合物(例如吡啶或吡啶衍生物)作為有機含氮鹼。所使用的鹼較佳係三烷基胺(例如三乙胺)、吡啶或二烷基胺基吡啶(例如4-二甲基胺基吡啶)。特別佳地,在製程步驟c)中,該有機含氮鹼係吡啶或吡啶衍生物。
蝦紅素:甲基琥珀醯氯之莫耳心係在1:2.0至1:3.0,較佳1:2.1至1:2.5之範圍內。以至少相對於醯基氯之化學計量,但較佳以超過甲基琥珀醯氯10至50莫耳%之量使用該鹼。該反應溫度可自-10℃升至該反應混合物之回流溫度。較佳地,該反應係在0至25℃之溫度下進行。
在根據本發明方法之製程步驟d)中,在水性條件下處理製程步驟c)之反應混合物,以移除水溶性鹽。在此製程中,自包含二氯甲烷之反應混合物中實質上移除該有機含氮鹼之鹽酸鹽及任何仍存在及在製程步驟a)中形成之鹽M1
X或M2
X2
。
在根據本發明方法之製程步驟e)中,藉由自製程步驟d)之反應混合物蒸餾移除二氯甲烷從並添加醇R2
OH(其中R2
係甲基、乙基、正丙基或異丙基,特定言之為甲基)至該反應混合物中,將二氯甲烷溶劑置換成醇R2
OH。
較佳地,在製程步驟e)中,該醇R2
OH係甲醇。
該溶劑置換可藉由蒸餾一定量之二氯甲烷並以一定量之R2
OH置換並重複此步驟直至已移除所需量之二氯甲烷(較佳完全移除)來逐步實施。另外,藉由蒸餾移除之二氯甲烷亦可經相應體積之醇R2
OH置換(等容步驟)。在上文中,完全移除二氯甲烷意指二氯甲烷之殘留量基於該反應混合物之質量計係小於0.5重量%,較佳小於0.1重量%,特定言之小於0.05重量%之二氯甲烷。
進行溶劑置換係為了可結晶出式Ia蝦紅素二琥珀酸二甲酯及特定言之式I全-E型蝦紅素二琥珀酸二甲酯,其等易溶於二氯甲烷而不易溶於醇R2
OH,其中源自製程步驟a)之氧化三苯基膦仍存在於溶液中且因此可容易自該結晶產物分離。
較佳地,將水添加至醇R2
OH(特定言之甲醇)中,其中水量係經選擇以使氧化三苯基膦尚未沉澱析出。原則上,可甚至在溶劑交換(製程步驟e))之前將至少部份水添加至該反應混合物中。為簡化計算並確定所欲水含量之需水量,直至將二氯甲烷溶劑置換成醇R2
OH(特定言之甲醇)之後,方將水添加至該反應混合物中。較佳地,基於該反應混合物之總體積計,將水含量設定為10至90體積%,特別佳30至70體積%,極佳為40至60體積%,特定言之為45至55體積%。
在根據本發明方法之製程步驟f)中,藉由將源自製程步驟e)之含R2
OH之反應混合物加熱至至少50℃,使在製程步驟c)中製得之式Ia蝦紅素二琥珀酸二甲酯熱異構化,以生成式I全-E型蝦紅素二琥珀酸二甲酯,其中該反應混合物之水含量基於該反應混合物之總體積計為10至90體積%,特別佳為30至70體積%,極佳為40至60體積%,特定言之為45至55體積%之水,且其中式I全-E型蝦紅素二琥珀酸二甲酯係以結晶形式出現且隨後視需要經單離。
皎佳係在80至120℃,特別佳在90至110℃之溫度下,使源自製程步驟e)之反應混合物異構化。若所需溫度高於該溶劑或溶劑混合物在大氣壓下之沸點,則在適宜建立超壓之封閉系統中加熱該反應混合物。
較佳地,在製程步驟f)中,熱異構化作用係在甲醇水溶液中及80至120℃,特別佳90至110℃下,在固有壓力下於密閉裝置中進行。
通常使該反應混合物在80至120℃之溫度下熱異構化1至20小時。在較低溫度下,此時間亦可更長。
較佳地,在製程步驟f)中限定之水含量係藉由在製程步驟e)之後將水添加至該反應混合物中而設定。
在熱異構化之後,通常將該混合物冷卻至0至25℃,較佳0至12℃,且可藉由過濾單離高產率及高純度之已結晶析出之式I全-E型蝦紅素二琥珀酸二甲酯。
上述根據本發明之方法避免兩步驟方法(其中首先單離全-E型蝦紅素,且然後將此結晶產物轉化為式I全-E型蝦紅素二琥珀酸二甲酯)之缺點。已驚人地發現由式IIC10
二醛與式IIIC15
鏻鹽製得之式IV蝦紅素在轉化為式Ia蝦紅素二琥珀酸二甲酯時無需單離以移除溶劑,而可作為粗製溶液在氧化三苯基膦及其他雜質(源自合成)之存在下直接與式V甲基琥珀醯氯(4-氯-4-側氧基丁酸甲酯)反應,以生成式Ia蝦紅素二琥珀酸二甲酯,且由此在熱異構化後可獲得高產率及高純度結晶形式之式I全-E型蝦紅素二琥珀酸二甲酯。
本發明將藉由以下實例描述,但其等並非限制性。
粗製蝦紅素溶液係藉由使用甲醇鈉甲醇溶液使II與III在二氯甲烷中反應製得(參見Helv‧Chim‧Acta64,7,2445(1981))。該溶液包含4.56重量%蝦紅素(HPLC分析)及0.8重量%甲醇(GC分析)及0.55重量%水(卡爾-費歇爾(Karl-Fischer)滴定法)。
注入982 g此溶液(相當於75 mmol蝦紅素)。在大氣壓下,於Normag塔柱之頂部蒸餾350 ml溶劑。分離該餾出物之上層水相並以175 g水沖洗下層相。分離該等相並將下層有機相再循環至蒸餾塔柱底部。
另外重複此步驟兩次。隨後,在大氣壓下蒸餾350 ml溶劑。剩餘的蒸餾殘餘物不再含甲醇。水含量為0.051重量%。
在20℃下,添加21.36 g(270 mmol)吡啶至該蒸餾殘餘物中。隨後,在20℃下,歷時30分鐘滴加34.92 g(225.0 mmol)甲基琥珀醯氯(4-氯-4-側氧基丁酸甲酯)。在20至25℃下另外攪拌該反應混合物3小時。然後,藉由添加100 ml水使該反應混合物水解。分離該水相並以100 ml水/次沖洗該有機相兩次。隨後,經由Normag塔柱之頂部蒸餾二氯甲烷。同時以甲醇置換餾出物(等容步驟),直至轉移溫度達到65℃。將該混合物與300 ml水混合,另外在固有壓力及100℃下攪拌4小時,冷卻至10℃並藉由在10℃下攪拌1小時來萃取。濾出沉澱產物,以50 ml冷(10℃)甲醇/次沖洗兩次並在50℃及最高10 mbar下之真空乾燥櫃中乾燥過夜。
樣品重量:52.5 g Ax-DMDS(基於粗製溶液中之蝦紅素計為84.9%)
熔點:115-117℃
純度:94.6%(HPLC面積%)
Claims (7)
- 一種用於製造式I全-E型蝦紅素二琥珀酸二甲酯之方法,
- 如請求項1之方法,其中,在製程步驟a)中,該鹼係含於甲醇中之甲醇鈉之溶液。
- 如請求項2之方法,其中,在製程步驟b)中,該甲醇係藉由在混合器/沉降器裝置中以水連續沖洗包含甲醇之二氯甲烷餾出物,而從該反應混合物中移除。
- 如請求項1至3中任一項之方法,其中,在製程步驟c)中,該有機含氮鹼係吡啶或吡啶衍生混合物。
- 如請求項1至3中任一項之方法,其中,在製程步驟e)中,該醇R2 OH係甲醇。
- 如請求項5之方法,其中,在製程步驟f)中,該熱異構化係在甲醇水溶液中、在80至120℃下及在固有壓力下於 密閉封裝置中進行。
- 如請求項1至3中任一項之方法,其中在製程步驟f)中,該水含量係藉由在製程步驟e)之後將水添加至於該反應混合物中而設定。
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