專(zhuān)利名稱(chēng)：制備光學(xué)純(S)－3－羥基－γ－丁內(nèi)酯的連續(xù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及到制備由下面式1表示的光學(xué)純(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的連續(xù)方法，并且更具體地，涉及到能夠以大的量經(jīng)濟(jì)地制備光學(xué)純(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的方法，即通過(guò)(a)在特定條件下，用酶反應(yīng)容易從天然產(chǎn)品中獲得的支鏈淀粉，制備具有適當(dāng)糖分布的α-(1,4)-連接的寡糖；和(b)通過(guò)堿性陰離子交換樹(shù)脂與氧化劑的作用，進(jìn)行氧化反應(yīng)，得到(S)-3,4-二羥基丁酸-陰離子交換樹(shù)脂復(fù)合物，從陰離子交換樹(shù)脂復(fù)合物上解離出(S)-3,4-二羥基丁酸，在特定的條件下順序地進(jìn)行酯化和環(huán)化反應(yīng)。
在下面，詳細(xì)介紹了用于制備(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物和(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的常規(guī)技術(shù)，它們被用于制備所述的手性化合物。
由β-酮酯的酶還原或催化還原制備(S)-3-羥基丁酸衍生物的方法是知道的[J.Am.Chem.Soc.,105,5925~5926(1983)；TetrahedronLett.,31,267~270(1990)；歐洲專(zhuān)利公開(kāi)452,143A2]。這些方法具有難度，因?yàn)榍笆中灾行膽?yīng)當(dāng)被還原到一側(cè)，以產(chǎn)生手性中心，并且需要采用貴重的金屬催化劑。
通過(guò)選擇性還原(L)-蘋(píng)果酸酯制備(S)-3,4-二羥基丁酸酯和(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的技術(shù)是已知的[Chem.Lett.,1389~1392(1984)；USP 5,808,107]。該技術(shù)具有不足，因?yàn)檫€原應(yīng)當(dāng)選擇性地進(jìn)行到兩個(gè)酯官能團(tuán)中的僅僅一個(gè)。
從碳水化合物制備(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物和(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的許多方法已被介紹了。
報(bào)道了制備異己糖酸(B)或(S)-3,4-二羥基丁酸(C)的技術(shù)[J.Chem.Soc.,1924~1931(1960)]，如

圖1所示，即通過(guò)堿降解在4-位上含有葡萄糖取代基的碳水化合物，例如4-O-甲基-(D)-葡萄糖、麥芽糖、直鏈淀粉和纖維素，消除作為離去基團(tuán)的C-4取代基，形成二羰基化合物(A；4-脫氧-2,3-hexodiulose)，并且用堿反應(yīng)形成的二羰基化合物。但是，(S)-3,4-二羥基丁酸的收率低。
圖1 同樣，已經(jīng)報(bào)道了由堿降解在4-位上含有葡萄糖取代基的碳水化合物，形成二羰基化合物(A)，分離所形成的二羰基化合物(A)，并用過(guò)氧化氫與它反應(yīng)，以主要產(chǎn)物得到了(S)-3,4-二羥基丁酸(C)和乙醇酸(D)[J.Chem.Soc.,1932~1938(1960)]。該方法存在嚴(yán)重問(wèn)題，這在于產(chǎn)物以由于互變異構(gòu)化產(chǎn)生的少量異構(gòu)體和環(huán)狀化合物與從由二羰基化合物(A)衍生來(lái)的水合物的混合物存在。因此，二羰基化合物(A)不能以好的收率從反應(yīng)混合物中分離出。另外的問(wèn)題在于由于過(guò)度氧化，所制備的(S)-3,4-二羥基丁酸被降解為甲酸和乙醇酸。
單獨(dú)采用堿或采用在堿中的氧，從碳水化合物制備(S)-3,4-二羥基丁酸的類(lèi)似技術(shù)是知道的。如圖1所示，建議將二羰基化合物(A)作為(S)-3,4-二羥基丁酸的合成中間體。但是，收率據(jù)報(bào)道為低到大約30％[J.Res.Natl.Bur.Stand,32,45(1944)；J.Am.Chem.Soc.,2245~2247(1953)；J.Am.Chem.Soc.,1431~1435(1955)；Carbohyd.Res.,11,17~25(1969)；J.Chromatography,549,113~125(1991)]。在這些方法中，制備了(S)-3,4-二羥基丁酸與不同類(lèi)型的混合物，包括乙醇酸(D)、異己糖酸(B)、甲酸、酮、二酮和甘油酸。由于(S)-3,4-二羥基丁酸的收率很低，這些方法也被認(rèn)為不適合工業(yè)應(yīng)用。
采用堿和氧化劑從二糖(乳糖)制備(S)-3,4-二羥基丁酸的方法已被介紹了[國(guó)際專(zhuān)利公開(kāi)WO98/04543]。在這項(xiàng)工作中，在反應(yīng)條件下，(S)-3,4-二羥基丁酸被環(huán)化為(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯，并且通過(guò)將兩個(gè)羥基保護(hù)為丙酮酯化合物而被提純，即(S)-3,4-O-異亞丙基-3,4-二羥基丁酸甲酯，它在酸性介質(zhì)下被再環(huán)化為(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯。
包括堿氧化在4-位上含有葡萄糖取代基的碳水化合物過(guò)程的(S)-3,4-二羥基丁酸的制備方法已經(jīng)知道了[USP 5,292,939,5,319,110和5,374,773(1994)]。在這些方法中，首先形成了二羰基化合物(A)中間體，氧化為(S)-3,4-二羥基丁酸(C)和乙醇酸(D)。但是，完全沒(méi)有介紹手性化合物最重要的物理性能，光學(xué)純度。同樣，考慮反應(yīng)的機(jī)理，目標(biāo)化合物的提純很困難。在二糖例如麥芽糖或乳糖的場(chǎng)合，在二糖中，只有一個(gè)糖單元形式(S)-3,4-二羥基丁酸，并且另一個(gè)糖單元起離去基團(tuán)的作用，因此，目標(biāo)產(chǎn)物和離去基團(tuán)以1∶1混合物共存。相應(yīng)地，很難從反應(yīng)混合物中分離和純化(S)-3,4-二羥基丁酸或(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯?？色@得的最大的物質(zhì)轉(zhuǎn)化率為28.3wt％。換句話(huà)說(shuō)，從100克二糖可以得到28.3克(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯。對(duì)于多糖，例如在上面專(zhuān)利中提到的麥芽糖糊精、淀粉和纖維素，(1,4)和/或(1,6)葡萄糖單元象網(wǎng)一樣復(fù)雜地連接起來(lái)。問(wèn)題在于從包含在(1,6)連接單元上的(1,4)連接端基的還原端基單元上進(jìn)行的逐步氧化反應(yīng)。因此，沒(méi)有形成更多的目標(biāo)產(chǎn)物。同樣，由于還原端基單元的過(guò)度氧化，多糖被降解為復(fù)雜的酸混合物，包括甲酸、草酸、乙醇酸、和赤糖酸，[J.Am.Chem.Soc.,81,3136(1959)；Starch41 Nr.8,S.303~309(1989)；Synthesis,597~613(1997)]。
通過(guò)酸或堿水解，將較高分子量糖降解為相對(duì)較低分子量糖，進(jìn)行了從多糖來(lái)提高(S)-3,4-二羥基丁酸或(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯收率的努力。雖然在該方法中，反應(yīng)活性被提高到一定程度，(1,4)連接和(1,6)連接不被選擇性地水解而得到無(wú)規(guī)的分布。相應(yīng)地，在以高收率制備(S)-3,4-二羥基丁酸及其衍生物上存在嚴(yán)重問(wèn)題[Encyclopedia ofChemical Technology,3rd ed.492~507]。
關(guān)于采用(1,4)連接的多糖制備(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯，從還原端基單元連續(xù)地進(jìn)行逐步氧化反應(yīng)成為非還原端基單元，以得到(S)-3,4-二羥基丁酸，直到保留最后的鏈單元(離去基團(tuán))。即如果(1,4)-連接的多糖被用作制備(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的原料，可得到的最大物質(zhì)轉(zhuǎn)化率為63wt％，大約高于采用二糖方法的兩倍。換句話(huà)說(shuō)，從100克(1,4)-連接的多糖可以得到63克(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯。同樣，與二糖相比，在反應(yīng)混合物中，由于產(chǎn)生出少量的離去基團(tuán)，目標(biāo)產(chǎn)物容易提純。因此，(1,4)-連接的多糖的使用可望提高生產(chǎn)率。
但是，關(guān)于常規(guī)的多糖，在逐步氧化反應(yīng)中，由于具有無(wú)規(guī)(1,4)鍵和(1,6)鍵的緊密結(jié)構(gòu)，目標(biāo)產(chǎn)物和副產(chǎn)物(酸，例如甲酸、草酸、乙醇酸和赤糖酸)是競(jìng)爭(zhēng)地形成的。因此，多糖向具有(1,4)鍵的適當(dāng)?shù)奶欠植挤秶倪x擇性降解技術(shù)是需要的。
另外，為了工業(yè)應(yīng)用，采用生物酶處理過(guò)程，由較高分子量糖向較低分子量糖的轉(zhuǎn)變已有許多報(bào)道。
已介紹的技術(shù)包括通過(guò)酶處理淀粉來(lái)制備葡萄糖、麥芽糖和乙醇[USP 3,791,865(1974)；USP 3,922,200(1975)；USP 4,855,232(1989)；日本專(zhuān)利公開(kāi)4-158,795(1992)；Methods Carbohydr.Chem.,10,231~239(1994)；Methods Carbohydr.Chem,10,245~248(1994)]，以及制備具有適當(dāng)葡萄糖當(dāng)量(DE)的麥芽糖糊精[USP 3,986,890(1976)；USP 4,447,532(1984)；USP 4,612,284(1986)；USP 5,506,353(1996)]。在這些參考文獻(xiàn)中，通過(guò)高分子量多糖的降解或轉(zhuǎn)化，它們被轉(zhuǎn)化為用于醫(yī)藥、食品添加劑和診療試劑的適當(dāng)物質(zhì)。
但是到現(xiàn)在，為了大量生產(chǎn)(S)-3-羥基丁內(nèi)酯通過(guò)用酶生物處理高分子多糖而制備(1,4)連接的寡糖的方法還不知道。
本發(fā)明的總結(jié)本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)大量努力，開(kāi)發(fā)了從商業(yè)上容易得到的支鏈淀粉制備光學(xué)純(S)-3-羥基γ-丁內(nèi)酯的連續(xù)方法。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了能夠以大的量經(jīng)濟(jì)地制備光學(xué)純(S)-3-羥基γ-丁內(nèi)酯的方法，即通過(guò)酶反應(yīng)從支鏈淀粉制備具有結(jié)構(gòu)特殊性的寡糖，并使副產(chǎn)物的形成最小化，通過(guò)堿性陰離子交換樹(shù)脂與氧化劑的作用，進(jìn)行氧化反應(yīng)，得到(S)-3,4-二羥基丁酸-陰離子交換樹(shù)脂復(fù)合物，從陰離子交換樹(shù)脂復(fù)合物上解離出(S)-3,4-二羥基丁酸，在特定的條件下順序地進(jìn)行酯化和環(huán)化反應(yīng)。由于從上面氧化反應(yīng)產(chǎn)生的作為離去基團(tuán)的葡萄糖不會(huì)吸附在陰離子交換樹(shù)脂上，相對(duì)于采用無(wú)機(jī)堿的常規(guī)氧化方法，通過(guò)用水沖洗陰離子交換樹(shù)脂，它可以很容易被脫出。同時(shí)，通過(guò)解離反應(yīng)，上面氧化反應(yīng)采用的陰離子交換樹(shù)脂可以同時(shí)被再生。因此，它可被再利用于寡糖的氧化反應(yīng)。這是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
相應(yīng)地，本發(fā)明的目的是提供以高的收率制備光學(xué)純(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的連續(xù)方法，即通過(guò)酶反應(yīng)從支鏈淀粉制備具有結(jié)構(gòu)特殊性的寡糖，并使副產(chǎn)物的形成最小化，通過(guò)堿性陰離子交換樹(shù)脂與氧化劑的作用，進(jìn)行氧化反應(yīng)，得到(S)-3,4-二羥基丁酸-陰離子交換樹(shù)脂復(fù)合物，從陰離子交換樹(shù)脂上解離出(S)-3,4-二羥基丁酸，順序地進(jìn)行酯化和環(huán)化反應(yīng)，而不需要另外提純中間體。
圖的簡(jiǎn)要介紹圖1a代表由外消旋3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的氣相色譜儀(GC)得到的光學(xué)純度分析結(jié)果。
圖1b代表由從常規(guī)方法的二糖制備的3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的氣相色譜儀(GC)得到的光學(xué)純度分析結(jié)果。
圖1c代表由從本發(fā)明的寡糖制備的3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的氣相色譜儀(GC)得到的光學(xué)純度分析結(jié)果。
本發(fā)明的詳細(xì)介紹本發(fā)明的特征在于包括下面的步驟(a)酶反應(yīng)支鏈淀粉為由式2表示的α-(1,4)連接的寡糖；(b)通過(guò)堿性陰離子交換樹(shù)脂與氧化劑的作用，氧化寡糖，得到由3式表示的(S)-3,4-二羥基丁酸；和(c)接著，在酸催化劑的存在下用醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到由4式表示的(S)-3,4-二羥基丁酸的酯；和(d)在酸催化劑的存在下，環(huán)化制備出的(S)-3,4-二羥基丁酸的酯，不需要另外的分離和提純過(guò)程，得到由式1表示的(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯， 其中M表示氫、堿金屬或堿土金屬原子；R表示具有1~5個(gè)碳的直鏈或支鏈烷基。
下面給出了本發(fā)明的詳細(xì)介紹。
本發(fā)明的基本發(fā)明構(gòu)思是采用特定的酶選擇性降解在支鏈淀粉中的α-(1,4)連接和α-(1,6)連接，即將支鏈淀粉轉(zhuǎn)化為具有最佳糖分布的α-(1,4)連接的寡糖，以制備目標(biāo)化合物。并且接著通過(guò)堿性陰離子交換樹(shù)脂與氧化劑的作用，進(jìn)行氧化反應(yīng)，得到(S)-3,4-二羥基丁酸，同時(shí)容易和有效地除去副產(chǎn)物葡萄糖，進(jìn)行酯化和環(huán)化以制備光學(xué)純(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯。
即集中于酶的特殊性，采用特殊的酶將支鏈淀粉順序地降解為α-(1,4)連接的寡糖，通過(guò)堿性陰離子交換樹(shù)脂作用進(jìn)行氧化反應(yīng)，從轉(zhuǎn)化的寡糖得到(S)-3,4-二羥基丁酸，同時(shí)容易除去副產(chǎn)物葡萄糖，順序地酯化和環(huán)化，以高的收率制備了光學(xué)純(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯。由順序方法制備的需要產(chǎn)物的光學(xué)純度為超過(guò)99.9％ee。
本發(fā)明原料支鏈淀粉容易從商業(yè)上得到。特別地，由于支鏈淀粉高度溶解在被用作本發(fā)明酶反應(yīng)反應(yīng)溶劑的水或pH為4.0~8.0的緩沖溶液中，相對(duì)于其它多糖，例如淀粉和纖維素，它對(duì)酶的相對(duì)反應(yīng)活性被極大地增加。因此，它是制備具有適當(dāng)糖分布的寡糖的很有效的原料，寡糖被用來(lái)制備(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯。
當(dāng)采用支鏈淀粉酶作為酶來(lái)選擇性降解支鏈淀粉中的α-(1,6)連接，這會(huì)造成支鏈淀粉的溶解性問(wèn)題并降低了酶活性。因此，不單獨(dú)采用支鏈淀粉酶，在將支鏈淀粉降解為適當(dāng)?shù)奶欠植贾?，?淀粉酶被用來(lái)提高反應(yīng)性，并且然后采用支鏈淀粉酶。但是，在這種場(chǎng)合，剩余的α-淀粉酶的活性繼續(xù)存在，并且因此支鏈淀粉被過(guò)量降解，因此不能形成所需的寡糖。相應(yīng)地，在支鏈淀粉酶反應(yīng)之前引入了使剩余α-淀粉酶失活的技術(shù)。
本發(fā)明的制備方法的詳細(xì)說(shuō)明如下。它包括1)采用特殊酶生物處理，通過(guò)支鏈淀粉的選擇性降解，制備在式2中表示的具有特征α-(1,4)連接的寡糖的步驟，2)通過(guò)堿性陰離子交換樹(shù)脂與氧化劑的作用，氧化寡糖，得到(S)-3,4-二羥基丁酸，3)接著在酸催化劑的存在下，用醇酯化，得到(S)-3,4-二羥基丁酸的酯，和4)通過(guò)環(huán)化制備出的酯化合物，以高的收率制備光學(xué)純(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的步驟。特別地，本發(fā)明的制備方法的特征為在同樣的反應(yīng)器中制備(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯，而不需要另外提純中間體(寡糖和(S)-3,4-二羥基丁酸的酯)。
本發(fā)明的酶反應(yīng)順序地采用α-淀粉酶和支鏈淀粉酶。α-淀粉酶選擇性降解(α-(1,4)鏈并且支鏈淀粉酶選擇性降解α-(1,6)連接。
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于在溫和的反應(yīng)條件下，通過(guò)采用酶選擇性降解α-(1,4)連接或α-(1,6)連接，以高的收率制備了光學(xué)純(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯，而化學(xué)水解方法沒(méi)有選擇性。
本發(fā)明的酶反應(yīng)是在40~120℃下的水或pH為4.0~8.0的緩沖溶液中進(jìn)行的。α-淀粉酶是以支鏈淀粉的0.001~10wt％的范圍被采用，并且α-淀粉酶的酶反應(yīng)被進(jìn)行30分鐘到4小時(shí)，并且然后剩余的α-淀粉酶被失活。失活反應(yīng)是在酸性(pH2.0~4.5)和高溫(60~150℃)條件下進(jìn)行的并被持續(xù)10分鐘到4小時(shí)。在支鏈淀粉酶的酶反應(yīng)中，支鏈淀粉酶是以支鏈淀粉的0.001~10wt％的范圍被采用，并且通過(guò)10~40小時(shí)的支鏈淀粉酶的酶處理，大多數(shù)的寡糖分布在3~50個(gè)葡萄糖單元內(nèi)。制備的寡糖的還原端基單元和分子量分布是通過(guò)光學(xué)分析器、HPLC分析和凝膠滲透色譜(GPC)分析，從還原端基單元和葡萄糖當(dāng)量分析來(lái)分析的。
寡糖是通過(guò)選擇性酶反應(yīng)得到的，并且具有大多數(shù)在3~50個(gè)葡萄糖單元，并且優(yōu)選地5~50個(gè)葡萄糖單元的分布。由于大多數(shù)葡萄糖單元是以α-(1,4)鍵連接的，通過(guò)連續(xù)的次序反應(yīng)可以以高的收率得到(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯，并具使副產(chǎn)物最少化(即甲酸、草酸、乙醇酸和赤糖酸的酸混合物)。而且，得到的(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯被證明光學(xué)上很純(＞99.9％ee)。
通過(guò)陰離子交換樹(shù)脂與氧化劑的作用，進(jìn)行寡糖的氧化反應(yīng)，得到吸附在柱中樹(shù)脂上的(S)-3,4-二羥基丁酸。堿金屬或堿土金屬的水溶液被用來(lái)解離吸附的(S)-3,4-二羥基丁酸。
上面介紹的寡糖的氧化反應(yīng)見(jiàn)下圖。圖2 其中，·-代表載體；M代表氫、堿金屬或堿土金屬原子。
在圖2的寡糖的氧化反應(yīng)中，堿性陰離子交換樹(shù)脂充當(dāng)堿，寡糖被氧化劑所氧化，制得被吸收在陰離子交換樹(shù)脂上的(S)-3,4-二羥基丁酸和乙醇酸。寡糖的最后一個(gè)葡萄糖(離去基團(tuán))保留在反應(yīng)溶液中。
氧化后，用水沖洗陰離子交換樹(shù)脂以除去離去基團(tuán)葡萄糖和其它副產(chǎn)物，然后以2BV/h的速度用堿金屬或堿土金屬的水溶液洗提，以解離出(S)-3,4-二羥基丁酸。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一是在解離步中，堿性陰離子交換樹(shù)脂被再生，它可半永久性地再用于氧化反應(yīng)中。
在30到65℃下進(jìn)行寡糖的氧化反應(yīng)6到36小時(shí)。過(guò)氧化氫、堿金屬過(guò)氧化物、堿土金屬過(guò)氧化物和烷基過(guò)氧化氫被用作氧化劑，并且氫過(guò)氧化物為最優(yōu)選。氧化物是以支鏈淀粉的每摩爾葡萄糖單元的1-3當(dāng)量的范圍被采用。堿性陰離子交換樹(shù)脂被用作堿，并且以帶有氫氧化季銨的強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂為優(yōu)選。堿性陰離子交換樹(shù)脂是以支鏈淀粉的每摩爾葡萄糖單元的2-4當(dāng)量的范圍被采用。
不同原料的(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的制備收率比較如下[參見(jiàn)實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1]。如果從乳酪副產(chǎn)物得到的麥芽糖(二糖)或乳糖(二糖)被用作原料，(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的理論物質(zhì)轉(zhuǎn)化率為不超過(guò)所用原料重量的28.3wt％。另一方面，如果采用具有超過(guò)50個(gè)葡萄糖單元的直鏈淀粉(α-(1,4)連接的多糖)，(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的理論物質(zhì)轉(zhuǎn)化率等于支鏈淀粉的理論物質(zhì)轉(zhuǎn)化率。但是，由于非常強(qiáng)的分子間氫鍵形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)限制了逐步氧化反應(yīng)，因此收率變得很低。然而，通過(guò)將本發(fā)明的寡糖用作原料，(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的收率高到所采用原料重量的56.6wt％。
為了從含有(S)-3,4-二羥基丁酸的解離溶液中合成出(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯，連續(xù)地進(jìn)行酯化和環(huán)化反應(yīng)。
本發(fā)明的酯化反應(yīng)是在30-80℃范圍內(nèi)，在酸催化劑存在下采用同時(shí)作為反應(yīng)溶劑和試劑的醇進(jìn)行的。無(wú)機(jī)酸例如鹽酸、硫酸、磷酸和硝酸，和有機(jī)酸例如氟代烷基磺酸、芳烷基磺酸、芳烷基磺酸的水合物和三氟乙酸被用作酸催化劑。具有1-5個(gè)碳原子的線(xiàn)型或支鏈醇被用作醇。
在酸催化劑的存在下，在30-80℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行本發(fā)明的環(huán)化反應(yīng)2-5小時(shí)，以得到目標(biāo)化合物(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯。無(wú)機(jī)酸例如鹽酸、硫酸、磷酸和硝酸，和有機(jī)酸例如氟代烷基磺酸、芳烷基磺酸、芳烷基磺酸的水合物和三氟乙酸被用作酸催化劑。
根據(jù)在USP 5,319,110中公開(kāi)的從(S)-3,4-二羥基丁酸和它的衍生物制備(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的常規(guī)方法，各種副產(chǎn)物包括葡萄糖離去基團(tuán)和乙醇酸基本上是與目標(biāo)產(chǎn)物混合在一起的。同時(shí)，由于(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯是高度水溶的，它很難從水性反應(yīng)溶液中分離和提純。在WO 98/04543中，在反應(yīng)條件下，(S)-3,4-二羥基丁酸被環(huán)化為(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯，并且通過(guò)保護(hù)兩個(gè)羥基為丙酮酯化合物而純化，即(S)-3,4-O-異亞丙基-3,4-二羥基丁酸甲酯，在酸性介質(zhì)中，它被再環(huán)化為(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯。在本方法中，在獲得目標(biāo)產(chǎn)物后，需要另外的步驟，因?yàn)閼?yīng)當(dāng)通過(guò)加入酸來(lái)分離和環(huán)化具有兩個(gè)保護(hù)羥基的(S)-3,4-O-異亞丙基-3,4-二羥基丁酸甲酯，以得到(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯。
另一方面，在本發(fā)明的制備方法中，在氧化后，通過(guò)用水沖洗樹(shù)脂，容易除去離去基團(tuán)(葡萄糖)和其它副產(chǎn)物，并且順序地解離、酯化和環(huán)化，以高的收率得到光學(xué)純(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯。因此，本發(fā)明具有簡(jiǎn)單制備途徑并使反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行的優(yōu)點(diǎn)，并且因此以大的量經(jīng)濟(jì)地制備了(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯。
如上面說(shuō)明的，本發(fā)明的優(yōu)越性在于通過(guò)應(yīng)用特殊的酶，通過(guò)將支鏈淀粉轉(zhuǎn)化為寡糖，氧化支鏈淀粉的低反應(yīng)性被解決。而且，副產(chǎn)物的形成被最小化，并且通過(guò)用堿性陰離子交換樹(shù)脂進(jìn)行氧化反應(yīng)，通過(guò)簡(jiǎn)單的過(guò)程(用水洗)很容易將它除去。因此，可以以高的收率和很簡(jiǎn)單的提純過(guò)程制備(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯。
下面的實(shí)施例是為了作為本發(fā)明的例證，并且不應(yīng)被認(rèn)作限制由附帶的權(quán)利要求書(shū)所確定的本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯的制備將10升水和5公斤干的支鏈淀粉加入到50升的反應(yīng)器中。當(dāng)將反應(yīng)器加熱到55℃后，加入12克α-淀粉酶(從Bacillus licheniformis,Novo Nordisk來(lái)的BAN；EC 3.2.1.1)。在將反應(yīng)溶液加熱到75℃后，在該溫度下攪拌反應(yīng)溶液2小時(shí)。加入5毫升0.1N的HCl溶液，以將反應(yīng)溶液的pH調(diào)節(jié)到3.0-3.5，然后，在90℃下攪拌反應(yīng)溶液1小時(shí)，以使剩余的α-淀粉酶失活。在將反應(yīng)混合物緩慢冷卻到30℃后，加入3.7升4M的乙酸緩沖溶液(pH5)和1.3升的水，以將pH調(diào)節(jié)到5。將反應(yīng)溶液加熱到60℃，然后加入62.5克支鏈淀粉酶(從Bacillusacidopullulyticus,Novo Nordisk來(lái)的Promozyme；EC 3.2.1.4)，并在該溫度下將溶液攪拌22小時(shí)。
將含有氫氧化季銨溶液的離子交換樹(shù)脂(Amberlite IRA 402 OH；0.95eq/L,Rohm and Hass,75L)放置到另一個(gè)100升反應(yīng)器中并加熱到50℃。在24小時(shí)內(nèi)，將由上面酶反應(yīng)制備的寡糖溶液和30％的過(guò)氧化氫滴加到反應(yīng)溶液中，并在該溫度下攪拌混合物1小時(shí)。將反應(yīng)溶液冷卻到室溫并倒入柱中。用100公斤水洗提以除去離去基團(tuán)、葡萄糖和其它副產(chǎn)物，用110公斤3wt％的NaOH水溶液洗提，以得到(S)-3,4-二羥基丁酸的鈉鹽。采用NMR分析證明了制備的(S)-3,4-二羥基丁酸的鈉鹽。1H-NMR(D2O,ppm)δ2.27(dd,1H),2.39(dd,1H),3.41(dd,1H),3.51(dd,1H),3.8~3.9(m,1H)將反應(yīng)溶液濃縮并加入10升甲醇。將硫酸加入以調(diào)節(jié)pH為4~5，然后在50℃下將反應(yīng)溶液攪拌3小時(shí)。將碳酸鈉加入以中和溶液，將反應(yīng)溶液過(guò)濾以除去副產(chǎn)物，然后將甲醇濃縮以得到(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯。通過(guò)與內(nèi)標(biāo)比較，以NMR分析證明了(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯的形成(轉(zhuǎn)化率92％)。1H-NMR(CDCl3,ppm)δ2.5(dd,2H),3.5(dd,1H),3.δ(dd,1H),3.7(s,3H),4.1(m,1H)實(shí)施例2(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的制備將10升水和5公斤干的支鏈淀粉加入到50升的反應(yīng)器中。當(dāng)將反應(yīng)器加熱到55℃后，加入12克α-淀粉酶(從Bacillusamyloliquefaciens,Novo Nordisk來(lái)的Teramyl；EC 3.2.1.1)。在將反應(yīng)溶液加熱到85℃后，在該溫度下攪拌反應(yīng)溶液2小時(shí)。加入5毫升0.1N的HCl溶液以調(diào)節(jié)pH為3.0-3.5，然后，在90℃下攪拌反應(yīng)溶液1小時(shí)，以使剩余的α-淀粉酶失活。在將反應(yīng)緩慢冷卻到30℃后，加入3.7升4M的乙酸緩沖溶液(pH5)和1.3的升水，以將pH調(diào)節(jié)到5。將反應(yīng)溶液加熱到60℃，然后加入62.5克支鏈淀粉酶(從Bacillus acidopullulyticus,Novo Nordisk來(lái)的Promozyme；EC3.2.1.4)，并在該溫度下將反應(yīng)溶液攪拌22小時(shí)。將堿性陰離子交換樹(shù)脂(Amberlite IRA 402 OH；0.95eq/L,Rohm and Hass,75L)填充到直徑10厘米、高100厘米的柱中并將它加熱到50℃。在24小時(shí)內(nèi)，滴加由上面酶反應(yīng)制備的寡糖和30％的過(guò)氧化氫溶液(5.25公斤)。將柱中的反應(yīng)混合物冷卻到室溫。用100公斤水洗提以除去離去基團(tuán)、葡萄糖和其它副產(chǎn)物，用110公斤3wt％的NaOH水溶液洗，以解離吸附的(S)-3,4-二羥基丁酸。采用NMR分析證明了制備的(S)-3,4-二羥基丁酸的鈉鹽。1H-NMR(D2O,ppm)δ2.27(dd,1H),2.39(dd,1H),3.41(dd,1H),3.51(dd,1H),3.8~3.9(m,1H)將反應(yīng)溶液濃縮并加入10升的甲醇。在該溶液中加入甲烷磺酸以調(diào)節(jié)pH為4~5，然后在50℃下將反應(yīng)溶液攪拌3小時(shí)。冷卻后，將碳酸鈉加入以中和溶液，并將反應(yīng)溶液過(guò)濾以除去副產(chǎn)物，然后，將甲醇濃縮以得到(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯。通過(guò)與內(nèi)標(biāo)比較，以NMR分析證明了(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯的形成(轉(zhuǎn)化率92％)。1H-NMR(CDCl3,ppm)δ2.5(dd,2H),3.5(dd,1H),3.6(dd,1H),3.7(s,3H),4.1(m,1H)不進(jìn)行任何分離，通過(guò)加入0.5wt％濃HCl，在減壓下的65℃下使制備的(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯成環(huán)。用乙酸乙酯溶解得到的溶液并用碳酸鈉中和得到的溶液。在過(guò)濾和濃縮得到的溶液后，得到(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯(2.83公斤，所用支鏈淀粉的56.6wt％)。1H-NMR(CDCl3,ppm)δ2.28(dd,1H),2.74(dd,1H),4.13(dd,1H),4.32(dd,1H),4.4-4.5(m,1H)。實(shí)施例3(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的制備如實(shí)施例2，但在使制備的(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯成環(huán)時(shí)，采用1wt％的甲烷磺酸，而不用濃HCl，它的成環(huán)是在減壓下的65℃下進(jìn)行的。得到的溶液溶解在乙酸乙酯中，并用碳酸鈉將它中和。在過(guò)濾和濃縮得到的溶液后，得到(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯(2.80公斤，所用支鏈淀粉的56wt％)。1H-NMR(CDCl3,ppm)δ2.28(dd,1H),2.74(dd,1H),4.13(dd,1H),4.32(dd,1H),4.4-4.5(m,1H)。實(shí)施例4(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯的制備如實(shí)施例1，但采用叔丁基過(guò)氧化氫(4.16公斤)而不是H2O2作為氧化劑，得到(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯。通過(guò)與內(nèi)標(biāo)比較，以NMR分析證明了(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯的形成(轉(zhuǎn)化率91％)。1H-NMR(CDCl3,ppm)δ2.5(dd,2H),3.5(dd,1H),3.6(dd,1H),3.7(s,3H),4.1(m,1H)。對(duì)比實(shí)施例1從淀粉制備(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯將20升水和5公斤干的淀粉加入到50升的反應(yīng)器中，并將溫度升高到70℃。在48小時(shí)內(nèi)，將40％的NaOH(8.64公斤)溶液和30％的H2O2(5.25公斤)溶液滴加到反應(yīng)溶液中，并在該溫度下攪拌反應(yīng)溶液1小時(shí)。如實(shí)施例2，將反應(yīng)溶液酯化和成環(huán)，以得到(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯(1.1公斤，所用淀粉重量的22.0wt％)。對(duì)比實(shí)施例2從淀粉制備(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯將10升0.5N的HCl溶液和5公斤干的淀粉加入到50升的反應(yīng)器中，并在100℃下使淀粉水解20分鐘。在將溶液冷卻到20℃后，用100毫升40％的NaOH溶液中和溶液并將溫度升高到70℃。在48小時(shí)內(nèi)，將40％的NaOH(8.64公斤)溶液和30％的H2O2(5.25公斤)溶液滴加到反應(yīng)溶液中，并在該溫度下攪拌反應(yīng)溶液1小時(shí)。如實(shí)施例2，將反應(yīng)溶液酯化和成環(huán)，以得到(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯(1.22公斤，所用淀粉重量的24.4wt％)。對(duì)比實(shí)施例3從直鏈淀粉制備(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯將20升水和5公斤干的直鏈淀粉加入到50升的反應(yīng)器中，并將溫度升高到70℃。在48小時(shí)內(nèi)，將40％的NaOH(8.64公斤)溶液和30％的H2O2(5.25公斤)溶液滴加到反應(yīng)溶液中，并在該溫度下攪拌反應(yīng)溶液1小時(shí)。如實(shí)施例2，將反應(yīng)溶液酯化和成環(huán)，得到(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯(1.35公斤，所用直鏈淀粉重量的27.0wt％)。實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1對(duì)比不同原料的(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的收率對(duì)于含有表1所示的各種碳水化合物的反應(yīng)溶液，如實(shí)施例2進(jìn)行氧化、酯化和成環(huán)，得到(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯。(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的收率如表1所示。
表1
表1顯示對(duì)于二糖，相對(duì)質(zhì)量轉(zhuǎn)化率低到23.7wt％。另一方面，如果采用特殊的酶處理，將支鏈淀粉轉(zhuǎn)化為寡糖，則相對(duì)質(zhì)量轉(zhuǎn)化率被提高到56.6wt％，幾乎是二糖的兩倍。如果不用酶處理支鏈淀粉，則相對(duì)質(zhì)量轉(zhuǎn)化率低到20.2wt％。實(shí)驗(yàn)實(shí)施例2(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的光學(xué)純度分析采用下面的方法合成(S)-3-醋酸基-γ-丁內(nèi)酯，以分析由本發(fā)明和常規(guī)制備方法所制備的(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的光學(xué)純度。
將102毫克(1mmol)以每種方法制備的(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯溶解在3毫升的二氯甲烷，將0.4毫升(5mmol)吡啶和0.47毫升(5mmol)乙酸酐加入到溶液中。3小時(shí)后，用1N的HCl終止反應(yīng)。用二氯甲烷萃取(S)-3-醋酸基-γ-丁內(nèi)酯。結(jié)束后，用二氧化硅凝膠柱色譜儀提純(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯。將得到的(S)-3-醋酸基-γ-丁內(nèi)酯溶解在二氯甲烷中，用注射器取出0.5μ1進(jìn)行GC分析。結(jié)果如下面表2和圖1a~1c所示。
表2
為了提高醫(yī)療效果并使副作用最小，對(duì)于手性化合物，需要高于99.5％ee的高光學(xué)純度。表2和圖1a~1c顯示由本發(fā)明制備的(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的光學(xué)純度高達(dá)99.9％ee。因此，它非常適合用作其它手性混合物的中間體。結(jié)果分別顯示于圖1a、1b和1c。
如上面介紹，本發(fā)明的制備方法提供了以大的量制備(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的連續(xù)方法，即通過(guò)從支鏈淀粉制備具有結(jié)構(gòu)特殊性的寡糖，使副產(chǎn)物的形成最小化，并且通過(guò)堿性陰離子交換樹(shù)脂與氧化劑作用的氧化反應(yīng)，使副產(chǎn)物的除去變得容易而不需要另外的分離和提純。
另外，與乳糖和麥芽糖相比，作為原料的支鏈淀粉容易以低的價(jià)格從天然產(chǎn)品中得到，并且得到了光學(xué)純形式。采用從支鏈淀粉制備的寡糖得到的生產(chǎn)率為采用二糖時(shí)的兩倍。
因此，本發(fā)明解決了采用昂貴金屬催化劑來(lái)選擇性不對(duì)稱(chēng)還原反應(yīng)的缺點(diǎn)，并且使從具有光學(xué)純手性中心的非昂貴天然產(chǎn)品的分離容易，因此，使作為各種醫(yī)藥的手性中間體的工業(yè)應(yīng)用性得到最大化。而且，其相對(duì)質(zhì)量轉(zhuǎn)化率幾乎為采用二糖時(shí)的兩倍。
權(quán)利要求
1．從多糖原料制備由下面式1表示的光學(xué)純(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的連續(xù)方法，它包括下面的步驟(a)酶反應(yīng)支鏈淀粉為由式2表示的α-(1,4)連接的寡糖；(b)通過(guò)堿性陰離子交換樹(shù)脂與氧化劑的作用氧化寡糖，得到由式3表示的(S)-3,4-二羥基丁酸；(c)接著，在酸催化劑的存在下用醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到由式4表示的(S)-3,4-二羥基丁酸的酯；和(d)在酸催化劑的存在下，環(huán)化制備出的(S)-3,4二羥基丁酸的酯，以形成式1表示的(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯，而不需要另外的分離和提純， 其中M表示氫、堿金屬或堿土金屬原子；R表示具有1~5個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烷基。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的連續(xù)方法，其中通過(guò)酶反應(yīng)制備的所述的寡糖具有3到50個(gè)葡萄糖單元。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的連續(xù)方法，其中所述的酶反應(yīng)是在水中或在pH4~8的緩沖溶液中進(jìn)行的。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的連續(xù)方法，其中所述的酶反應(yīng)是通過(guò)α-淀粉酶的酶反應(yīng)，接著支鏈淀粉酶的酶反應(yīng)來(lái)進(jìn)行的。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的連續(xù)方法，其中所述的α-淀粉酶的酶反應(yīng)是在pH4.0~8.0和溫度40~120℃的條件下進(jìn)行的。
6．根據(jù)權(quán)利要求4的連續(xù)方法，其中所述的α-淀粉酶以支鏈淀粉的0.001~10wt％的范圍被采用。
7．根據(jù)權(quán)利要求4的連續(xù)方法，其中所述的支鏈淀粉酶的酶反應(yīng)是在pH4.0~8.0和溫度40~120℃的條件下進(jìn)行的。
8．根據(jù)權(quán)利要求4的連續(xù)方法，其中所述的支鏈淀粉酶以支鏈淀粉的0.001~10wt％的范圍被采用。
9．根據(jù)權(quán)利要求4的連續(xù)方法，其中在進(jìn)行支鏈淀粉酶的酶反應(yīng)前，在α-淀粉酶的酶反應(yīng)后剩余的α-淀粉酶是在pH2.0~4.5和溫度60~150℃的條件下被失活。
10．根據(jù)權(quán)利要求1的連續(xù)方法，其中所述的氧化反應(yīng)是在30~65℃的范圍內(nèi)進(jìn)行的。
11．根據(jù)權(quán)利要求1的連續(xù)方法，其中用于所述的氧化反應(yīng)的氧化劑是選自過(guò)氧化氫、堿金屬過(guò)氧化物、堿土金屬過(guò)氧化物和烷基過(guò)氧化氫。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的連續(xù)方法，其中所述的氧化劑為過(guò)氧化氫。
13．根據(jù)權(quán)利要求11的連續(xù)方法，其中所述的氧化劑為叔丁基過(guò)氧化氫。
14．根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求11的連續(xù)方法，其中所述的氧化劑是以支鏈淀粉的每摩爾葡萄糖單元的1-3當(dāng)量的范圍被采用。
15．根據(jù)權(quán)利要求1的連續(xù)方法，其中用于所述的氧化反應(yīng)的堿性陰離子交換樹(shù)脂為含有季銨官能團(tuán)的強(qiáng)堿性離子交換樹(shù)脂。
16．根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求11的連續(xù)方法，其中所述的堿性離子交換樹(shù)脂是以支鏈淀粉的每摩爾葡萄糖單元的2-4當(dāng)量的范圍被采用。
17．根據(jù)權(quán)利要求1的連續(xù)方法，其中在氧化后，所述的陰離子交換樹(shù)脂用2~50wt％的堿金屬氫氧化物或堿土金屬的氫氧化物的水溶液洗提，以得到(S)-3,4-二羥基丁酸。
18．根據(jù)權(quán)利要求17的連續(xù)方法，其中所述的水溶液為氫氧化鈉溶液。
19．根據(jù)權(quán)利要求1的連續(xù)方法，其中用于所述的酯化反應(yīng)的酸催化劑為選自鹽酸、硫酸、磷酸和硝酸的無(wú)機(jī)酸。
20．根據(jù)權(quán)利要求1的連續(xù)方法，其中用于所述的酯化反應(yīng)的酸催化劑為選自氟代烷基磺酸、芳烷基磺酸、芳烷基磺酸的水合物和三氟乙酸的有機(jī)酸。
21．根據(jù)權(quán)利要求1的連續(xù)方法，其中所述的酯化反應(yīng)是在30-80℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的。
22．根據(jù)權(quán)利要求1的連續(xù)方法，其中用于所述的環(huán)化反應(yīng)的酸催化劑為選自鹽酸、硫酸、磷酸和硝酸的無(wú)機(jī)酸。
23．根據(jù)權(quán)利要求1的連續(xù)方法，其中用于所述的環(huán)化反應(yīng)的酸催化劑為選自氟代烷基磺酸、芳烷基磺酸、芳烷基磺酸的水合物和三氟乙酸的有機(jī)酸。
24．根據(jù)權(quán)利要求1的連續(xù)方法，其中所述的環(huán)化反應(yīng)是在30-80℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的。
全文摘要
本發(fā)明涉及到制備由式1表示的光學(xué)純(S)－3－羥基－γ－丁內(nèi)酯的連續(xù)方法,并且更具體地,涉及到能夠以大的量經(jīng)濟(jì)地制備光學(xué)純(S)－3－羥基－γ－丁內(nèi)酯的方法,即通過(guò)(a)在特定條件下,用酶反應(yīng)容易從天然產(chǎn)品中獲得的支鏈淀粉,制備具有適當(dāng)糖分布的α－(1,4)－連接的寡糖;和(b)在特定條件下,順序地進(jìn)行氧化、酯化和環(huán)化反應(yīng)。
文檔編號(hào)C12P19/14GK1316010SQ99810314
公開(kāi)日2001年10月3日 申請(qǐng)日期1999年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月24日
發(fā)明者千鐘弼, 趙翼行, 盧炅淥, 樸英美, 柳昊成, 黃大一 申請(qǐng)人:三星精密化學(xué)株式會(huì)社