專(zhuān)利名稱(chēng)：一種生產(chǎn)光學(xué)純手性扁桃酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)扁桃酸的方法，尤其涉及一種生產(chǎn)光學(xué)純手性扁桃酸的化學(xué)生物合成方法，屬于化學(xué)和生物轉(zhuǎn)化等相關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
扁桃酸及其衍生物在有機(jī)合成中有著廣泛的應(yīng)用，可以作為醫(yī)藥、染料的重要中間體，還可用作檢驗(yàn)鋯和酮的分析試劑。國(guó)內(nèi)外年需求量較大，但目前國(guó)內(nèi)外幾種合成扁桃酸的方法都不是很理想，例如以苯甲醛為原料通過(guò)腈基對(duì)醛基加成，得β-羥基苯乙腈，然后在酸性水溶液中水解得扁桃酸，采用此方法收率偏低，僅為50％-52％；而以苯甲醛為原料，經(jīng)相轉(zhuǎn)移催化劑的卡賓反應(yīng)來(lái)制取扁桃酸，催化劑以季胺鹽類(lèi)為主，這種方法，收率高，反應(yīng)條件溫和，但原料成本高；以乙醛酸與苯為原料合成扁桃酸，這種方法雖然操作簡(jiǎn)便，條件溫和，但原料乙醛酸成本太高。南京師范大學(xué)仲淑嫻等以苯乙酮為原料，將酮甲基氯化后再水解得扁桃酸，此種方法原料易得，產(chǎn)率也高，而且容易工業(yè)化，是取代其他方法投入工業(yè)生產(chǎn)的較好選擇。但是采用普通化學(xué)方法得到的扁桃酸為外消旋體。
隨著現(xiàn)代藥物研究技術(shù)的發(fā)展，手性藥物及相關(guān)技術(shù)已成為當(dāng)今藥物及相關(guān)學(xué)科的研究熱點(diǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界上市銷(xiāo)售的藥物總數(shù)為1850種，天然及半合成藥物523種，其中手性藥物為517種；合成藥物1327種，其中手性藥物528種。手性藥物已成為國(guó)際新藥研究和開(kāi)發(fā)的方向之一。預(yù)計(jì)到2005年全球上市新藥將有60％為單一異構(gòu)體。在市場(chǎng)需求及巨大利潤(rùn)的推動(dòng)下，世界各大制藥公司紛紛將注意力轉(zhuǎn)向手性藥物的開(kāi)發(fā)，形成手性技術(shù)的熱潮。扁桃酸又稱(chēng)α-羥基苯乙酸，作為重要的手性藥物中間體，具有良好的發(fā)展空間和巨大市場(chǎng)潛力，產(chǎn)品出口前景光明。
目前，扁桃酸的工業(yè)化合成路線主要有兩條，一是以苯乙酮為原料，苯乙酮氯化為二氯乙酰苯，然后用稀堿水解而得；二是以苯甲醛為原料，苯甲醛溶于氯仿中加入無(wú)水氫氰酸反應(yīng)后得到扁桃腈，再水解得到產(chǎn)品。目前生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)在于單一性化合物的生產(chǎn)，傳統(tǒng)合成技術(shù)所得到的DL-體的扁桃酸，手性化合物中因?yàn)椴煌牧Ⅲw異構(gòu)體有時(shí)是極其有害的，而且不同立體異構(gòu)體具有不同的生理活性，隨著環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格，減少?gòu)U料的排放就要求減少不必要異構(gòu)體的生產(chǎn)，產(chǎn)品最好以單一異構(gòu)體形式出現(xiàn)。拆分得到的扁桃酸單一性化合物，不僅藥效提高一倍，更關(guān)鍵是副作用下降，而且在許多生物技術(shù)方面應(yīng)用必須要求是單一性化合物，目前國(guó)外最新技術(shù)進(jìn)展便是不對(duì)稱(chēng)合成。據(jù)報(bào)道，國(guó)際上已經(jīng)有部分國(guó)家可以生產(chǎn)R型不對(duì)稱(chēng)合成產(chǎn)品，而S型合成尚未見(jiàn)報(bào)道。據(jù)了解國(guó)內(nèi)有關(guān)科研機(jī)構(gòu)采用固定化基因工程酶，進(jìn)行連續(xù)化的不對(duì)稱(chēng)合成，已經(jīng)完成了小試研究，非常具有產(chǎn)業(yè)化前景。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)外扁桃酸主要生產(chǎn)公司有德國(guó)瓦克公司、日本山川藥品公司和日東化學(xué)公司等，美國(guó)也有數(shù)家企業(yè)生產(chǎn)。日本兩家公司總生產(chǎn)能力約300噸/年，其中得到DL-體80％進(jìn)行光學(xué)拆分成為單一性化合物進(jìn)行銷(xiāo)售，其中大部分出口到歐美各國(guó)，出口量占生產(chǎn)量的90％左右。我國(guó)主要生產(chǎn)廠家有陜西孫思邈制藥廠、江蘇姜堰市環(huán)球化工廠等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2000年我國(guó)扁桃酸消費(fèi)量約為250噸。
扁桃酸主要用于醫(yī)藥工業(yè)，但是隨著應(yīng)用研究不斷深入，許多新的用途被開(kāi)發(fā)出來(lái)。
醫(yī)藥工業(yè)中用扁桃酸可以合成醫(yī)藥環(huán)扁桃酯、扁桃酸烏洛托品、扁桃酸芐酯等。環(huán)扁桃酯是由扁桃酸和順式三甲基環(huán)己醇經(jīng)硫酸催化縮合而成，是一種療效顯著的血管擴(kuò)張劑，可以顯著擴(kuò)張腦、心、腎、四肢血管，并能促進(jìn)側(cè)支循環(huán)。臨床適應(yīng)于腦血管意外后遺癥、腦外傷后遺癥、腦動(dòng)脈硬化、冠心病、視網(wǎng)膜吣動(dòng)靜脈栓、肢端動(dòng)脈痙攣癥、血栓閉塞性脈管炎等多種疾病；扁桃酸烏洛托品用于細(xì)菌性尿路感染殺菌劑消炎藥物；扁桃酸芐酯是一種鎮(zhèn)痙藥物。光學(xué)拆分所得到的右和左旋扁桃酸大部分用作光學(xué)拆分劑，在美國(guó)抗生素頭孢孟多中大量使用。
國(guó)內(nèi)有關(guān)科研機(jī)構(gòu)采用扁桃酸生產(chǎn)苯并呋喃酮分散猩紅染料，用于滌綸超細(xì)合成纖維的染色，另外扁桃酸還可以作為化學(xué)試劑使用。
另外，值得一提的是采用苯甲醛路線合成扁桃酸中間產(chǎn)物扁桃腈是一種極為重要的精細(xì)化工中間體，由于扁桃腈分子結(jié)構(gòu)中有腈基，其具有許多廣泛應(yīng)用和特殊的化學(xué)性質(zhì)，可以生成胺化合物、羥基化合物、羧基化合物等，可以合成數(shù)十種重要的精細(xì)化學(xué)品，被稱(chēng)為萬(wàn)能手性中間體。據(jù)報(bào)道，全世界扁桃腈系列衍生產(chǎn)品有3000～4000噸的潛在市場(chǎng)，而且多為高附加值、高技術(shù)含量、頗具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)品，備受關(guān)注。
目前國(guó)際市場(chǎng)上扁桃酸需求約以年均10％左右速度增長(zhǎng)，尤其是單一性化合物需求增長(zhǎng)速度更快，成為熱點(diǎn)的精細(xì)化工中間體。因此新的扁桃酸生產(chǎn)工藝對(duì)于發(fā)展扁桃酸的生產(chǎn)，尤其是單一性異構(gòu)體的合成具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)純手性扁桃酸的制備方法，該方法采用化學(xué)-生物學(xué)相結(jié)合的方法，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，手性純度高，且易于工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明的生產(chǎn)光學(xué)純手性扁桃酸的方法，由下述步驟組成(1)將苯甲酰氯、NaCN、CuCl、二甲苯和乙腈依次加入圓底玻璃容器中，于130℃加熱回流4～6小時(shí)；(2)回流反應(yīng)后冷至室溫，抽濾，用二甲苯洗滌；(3)所得濾液減壓蒸餾，收集112℃～117℃即43mmHg的餾分，得苯甲酰腈；(4)將濃硫酸滴加到無(wú)水乙醇中混勻，然后投加上述苯甲酰腈，加熱，回流反應(yīng)20～28小時(shí)；(5)待回流反應(yīng)完畢后，減壓蒸除乙醇，濃縮液倒入0℃～20℃水中；(6)用乙酸乙脂提取濃縮液，有機(jī)層分別用5％的碳酸鈉溶液和水洗滌，無(wú)水碳酸鈉干燥；(7)蒸除溶劑，減壓蒸餾收集141℃～145℃的餾分，得苯甲酰甲酸甲脂；
上述苯甲酰甲酸甲脂的合成過(guò)程，可由下列反應(yīng)式表述 (8)取常規(guī)酵母或白地霉?jié)窬w，以濃度為104～105個(gè)/毫升懸浮于含磷酸緩沖液的容器中；(9)用乙醇溶解苯甲酰甲酸甲脂，滴加入上述菌液中，在30℃條件下，往復(fù)搖床培養(yǎng)45～50小時(shí)；(10)培養(yǎng)結(jié)束后，菌體以3000～5000rpm離心，濾液先用氯化鈉飽和，再用乙酸乙脂萃?。?11)合并有機(jī)相，用飽和食鹽水洗滌，無(wú)水硫酸鎂干燥，過(guò)濾，減壓蒸除溶劑；得扁桃酸甲脂粗品；(12)用常規(guī)柱層析純化扁桃酸甲脂粗品，得R-型扁桃酸甲脂純品；(13)R-型扁桃酸甲脂經(jīng)水解得到R型-扁桃酸。
其中，步驟(1)所述回流時(shí)間優(yōu)選是5小時(shí)。
其中，步驟(4)所述回流時(shí)間優(yōu)選是24小時(shí)。
其中，步驟(5)水溫優(yōu)選是0℃～5℃。
其中，步驟(8)所述磷酸緩沖液濃度為0.1mol/L。
其中，步驟(8)所述磷酸緩沖液pH值為7.0。
其中，步驟(9)所述培養(yǎng)時(shí)間優(yōu)選為48小時(shí)。
其中，步驟(10)所述離心速度優(yōu)選是4000rpm。
本發(fā)明的生產(chǎn)光學(xué)純手性扁桃酸的方法，能夠以苯甲酰甲酸甲脂或苯甲酰甲酸的衍生物為底物，以酵母、白地霉等微生物細(xì)胞為催化劑，制備手性扁桃酸(α-羰基苯乙酸)。其中采用酵母、白地霉等微生物細(xì)胞(游離或固定化)作催化劑，利用酵母、白地霉等微生物細(xì)胞內(nèi)的純脫氫酶，可選擇性地將底物中的羰基還原為羥基，從而獲得以一種構(gòu)型(通常為R-型)為主的手性扁桃酸。其中以酵母為催化劑的反應(yīng)，扁桃酸產(chǎn)率90.5％；以白地霉為催化劑的反應(yīng)，扁桃酸的產(chǎn)率為88％。R-扁桃酸甲酯異構(gòu)體為左旋性(-)，其構(gòu)型為R型。本發(fā)明的生產(chǎn)光學(xué)純手性扁桃酸的方法，采用化學(xué)-生物相結(jié)合的方法，工藝簡(jiǎn)單，成本低，環(huán)境壓力極小，手性純度高，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例11、苯甲酰甲酸酯合成將苯甲酰氯40mL(0.347moL)、NaCN 20g(0.408moL)、CuCl10g(0.1moL)、二甲苯8.5mL和乙腈5mL依次加入250mL圓底燒瓶中，于130℃加熱回流5小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后冷至室溫，抽濾，用二甲苯洗滌。所得濾液減壓蒸餾，收集112～117℃(減壓)的餾分，得苯甲酰腈18.6g(0.142moL)，產(chǎn)率41％，mp32℃。
將濃硫酸10mL小心地滴加到30mL無(wú)水乙醇中，投加苯甲酰腈6.5g，加熱回流反應(yīng)24小時(shí)，回流反應(yīng)完畢，減壓蒸除乙醇，濃縮液倒入0℃冷水中，用乙酸乙脂提取，有機(jī)層分別用5％的碳酸鈉溶液和水洗滌，無(wú)水碳酸鈉干燥，蒸除溶劑，減壓蒸餾收集141～145℃的餾分，得苯甲酰甲酸甲脂7.1g，產(chǎn)率87％。
2、酵母催化還原取適量常規(guī)酵母濕菌體懸浮于含100mL磷酸緩沖液(pH值為7.0，濃度為0.1mol/L)的250mL的錐形瓶中，使菌體濃度為105個(gè)/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℃往復(fù)搖床培養(yǎng)48h。反應(yīng)結(jié)束后，菌體以速度是4000rpm離心，濾液先用氯化鈉飽和，再用乙酸乙脂萃取三次(3×50ml)。合并有機(jī)相，用飽和食鹽水洗滌，無(wú)水硫酸鎂干燥，過(guò)濾，減壓蒸除溶劑，得扁桃酸甲脂粗品。
用常規(guī)柱層析純化扁桃酸甲脂粗品，得R-型扁桃酸甲脂純品。
產(chǎn)物的分析采用WZZ-2A型自動(dòng)數(shù)顯選光儀測(cè)定產(chǎn)物的旋光值，光管長(zhǎng)度為10cm，產(chǎn)物濃度為1g/100ml。
產(chǎn)物的含量和光學(xué)活性分析采用高效液相手性固定相法分析，Agilent 1100高效液相色譜儀，Agilent Ultron ES-OVM手性柱，4.6×150mm，流動(dòng)相為乙醇-20mM磷酸緩沖液(體積比2∶98)，流速1ml/min，柱溫25℃，檢測(cè)波長(zhǎng)213nm，樣品濃度為3ug/ml，進(jìn)樣量為3ul。
選定五因素四水平的正交試驗(yàn)方法對(duì)生物轉(zhuǎn)化條件進(jìn)行優(yōu)化選擇，在此條件下分別對(duì)合成的其他化合物進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化。
酵母催化還原結(jié)果扁桃酸甲脂產(chǎn)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]D20-103.5(c＝1，丙酮)。
R-扁桃酸甲酯異構(gòu)體為左旋性(-)。本試驗(yàn)通過(guò)酵母還原苯甲酰甲酸甲酯得到的扁桃酸甲酯為左旋性，其構(gòu)型為R型。
R-扁桃酸甲酯經(jīng)水解得到R-扁桃酸。
實(shí)施例21、苯甲酰甲酸酯合成將苯甲酰氯80mL(0.694moL)、NaCN 40g(0.816moL)、CuCl20g(0.2moL)、二甲苯17mL和乙腈10mL依次加入圓底燒瓶中，于130℃加熱回流6小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后冷至室溫，抽濾，用二甲苯洗滌。所得濾液減壓蒸餾，收集112～117℃(43mmHg)的餾分，得苯甲酰腈38.1g(0.29moL)，產(chǎn)率42％，mp32℃。
將濃硫酸10mL小心地滴加到30mL無(wú)水乙醇中，投加苯甲酰腈7.1g，加熱回流反應(yīng)28小時(shí)，回流反應(yīng)畢，減壓蒸除乙醇，濃縮液倒入5℃冷水中，用乙酸乙脂提取，有機(jī)層分別用5％的碳酸鈉溶液和水洗滌，無(wú)水碳酸鈉干燥，蒸除溶劑，減壓蒸餾收集141～145℃的餾分，得苯甲酰甲酸甲脂8.0g，產(chǎn)率88％。
2、白地霉催化還原取25g常規(guī)白地霉?jié)窬w懸浮于0.1mol/L，pH7.0的磷酸緩沖液中，使菌體濃度為105個(gè)/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℃往復(fù)搖床培養(yǎng)50h。反應(yīng)結(jié)束后，菌體以速度是5000rpm離心，并用乙酸乙脂洗滌，濾液先用氯化鈉飽和，再用乙酸乙脂萃取三次(3×50ml)。有機(jī)相合并后再用飽和食鹽水洗滌，無(wú)水硫酸鎂干燥，過(guò)濾，減壓蒸除溶劑。得扁桃酸甲脂粗品。
用常規(guī)柱層析純化扁桃酸甲脂粗品，得R-型扁桃酸甲脂純品。
結(jié)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]D20-88.5(c＝1，丙酮)。
R-扁桃酸甲酯經(jīng)水解得到R-扁桃酸。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)光學(xué)純手性扁桃酸的方法，由下述步驟組成(1)將苯甲酰氯、NaCN、CuCl、二甲苯和乙腈依次加入圓底玻璃容器中，于130℃加熱回流4～6小時(shí)；(2)回流反應(yīng)后冷至室溫，抽濾，用二甲苯洗滌；(3)所得濾液減壓蒸餾，收集112℃～117℃即43mmHg的餾分，得苯甲酰腈；(4)將濃硫酸滴加到無(wú)水乙醇中混勻，然后投加上述苯甲酰腈，加熱，回流反應(yīng)20～28小時(shí)；(5)待回流反應(yīng)完畢后，減壓蒸除乙醇，濃縮液倒入0℃～20℃水中；(6)用乙酸乙脂提取濃縮液，有機(jī)層分別用5％的碳酸鈉溶液和水洗滌，無(wú)水碳酸鈉干燥；(7)蒸除溶劑，減壓蒸餾收集141℃～145℃的餾分，得苯甲酰甲酸甲脂；(8)取常規(guī)酵母或白地霉?jié)窬w，以濃度為104～105個(gè)/毫升懸浮于含磷酸緩沖液的容器中；(9)用乙醇溶解苯甲酰甲酸甲脂，滴加入上述菌液中，在30℃條件下，往復(fù)搖床培養(yǎng)45～50小時(shí)；(10)培養(yǎng)結(jié)束后，菌體以3000～5000rpm離心，濾液先用氯化鈉飽和，再用乙酸乙脂萃取；(11)合并有機(jī)相，用飽和食鹽水洗滌，無(wú)水硫酸鎂干燥，過(guò)濾，減壓蒸除溶劑；得扁桃酸甲脂粗品；(12)用常規(guī)柱層析純化扁桃酸甲脂粗品，得R-型扁桃酸甲脂純品；(13)R-型扁桃酸甲脂經(jīng)水解得到R型-扁桃酸。
2.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)光學(xué)純手性扁桃酸的方法，其特征是，步驟(1)所述回流時(shí)間是5小時(shí)。
3.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)光學(xué)純手性扁桃酸的方法，其特征是，步驟(4)所述回流時(shí)間是24小時(shí)。
4.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)光學(xué)純手性扁桃酸的方法，其特征是，步驟(5)水溫是0℃～5℃。
5.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)光學(xué)純手性扁桃酸的方法，其特征是，步驟(8)所述磷酸緩沖液濃度為0.1mol/L。
6.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)光學(xué)純手性扁桃酸的方法，其特征是，步驟(8)所述磷酸緩沖液pH值為7.0。
7.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)光學(xué)純手性扁桃酸的方法，其特征是，步驟(9)所述培養(yǎng)時(shí)間為48小時(shí)。
8.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)光學(xué)純手性扁桃酸的方法，其特征是，步驟(10)所述離心速度是4000rpm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種生產(chǎn)光學(xué)純手性扁桃酸的方法，即以苯甲酰甲酸甲脂或苯甲酰甲酸的衍生物為底物，采用酵母或白地霉等微生物細(xì)胞作催化劑，可選擇性地將底物中的羰基還原為羥基，從而獲得以一種構(gòu)型(通常為R－型)為主的手性扁桃酸。本發(fā)明采用化學(xué)－生物相結(jié)合的方法，工藝簡(jiǎn)單，成本低，環(huán)境壓力極小，手性純度高，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，便于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)C12P7/42GK1710087SQ200510043870
公開(kāi)日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2005年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月21日
發(fā)明者吉愛(ài)國(guó), 孫利民, 孟昭力 申請(qǐng)人:山東大學(xué)