甾醇和二氫甾醇酯的製備的製作方法

2023-12-02 13:25:36

專利名稱：甾醇和二氫甾醇酯的製備的製作方法
技術領域：
本發明涉及通過高效的酸催化方法製備單獨的甾醇和二氫甾醇酯的方法。
已知向飲食中添加植物甾醇——例如β-谷甾醇——可以減少血清中膽固醇的含量。甾醇通過將飲食中的膽固醇從膽汁酸微膠粒中轉移出來，破壞飲食中膽固醇的腸吸收，從而降低血清中的膽固醇。最近，β-谷甾醇的飽和衍生物，二氫β-谷甾醇在降低膽固醇的腸吸收方面顯示了更好的效果。事實上，二氫谷甾醇本身沒有被吸收，所以在體內血清甾醇濃度的消耗方面根本沒有作用。不幸的是，一般的甾醇和二氫甾醇不溶於消化道的微膠粒相，其在油和/或脂肪或水中溶解度也有限。所以，游離的甾醇和二氫甾醇本身不是作為降膽固醇劑用於典型的藥物或飲食配料的最佳候選者。
美國專利5502045公開了用食用油中的脂肪酸酯和二氫甾醇進行酯交換製備具有改善的脂肪溶解度特徵的蠟狀甾醇酯混合物。具體而言，該專利公開了二氫谷甾醇與食用油——例如菜子油——進行酯交換的反應，特別是經鹼性催化的酯基轉移反應。該工藝廣泛應用於食品工業。但是，從藥物的角度，象這樣的酯交換工藝具有一些明顯的缺點。主要是很難控制甾醇酯產物的組成分布，因為該分布取決於反應採用的食用油中的脂肪酸的分布。
在一不同的方法中，德國專利2035069公開了經非食品級工藝將甾醇酯與脂肪酸進行酯化反應。特別採用亞硫醯氯作為反應物，其反應形成HCl氣體副產物。這樣的技術不適合生產食品級原料，並且它們大多數不適合大規模反應。
從藥物的角度，需要一個經批量食品級工藝合成單獨的甾醇和二氫甾醇酯的方法。因為下述三個主要原因，單獨的化合物比混合物更可取1)能夠更好地控制組成和性能規格；2)結構/活性研究更可行；以及3)能夠控制物理化學和化學特徵。單獨的化合物的這些優點將在以後作更詳盡的說明。
本發明包括一種將二氫甾醇或甾醇與脂肪酸直接酯化形成單獨的二氫甾醇/甾醇酯的方法。該方法提供的合成方法能經食品級工藝大規模地以高收率和高純度生產二氫甾醇，在一個優選的實施方案中，該方法在沒有有機溶劑或無機酸中進行。總之，本方法提供了一種合適的工藝，能合理地生產具有多種物理和生物性質的單獨的二氫甾醇/甾醇酯。
本發明提供了二氫甾醇/甾醇的直接酯化方法，即，使用食品級酸催化劑，二氫甾醇/甾醇與脂肪酸反應。最優選的原料，二氫β-谷甾醇由β-谷甾醇通過氫化反應商業化地製備，可從包括Henkel公司的不同的渠道購得。
本發明中反應的脂肪酸的分子式為CH3-(CH2)n-CO2H，其中n為4-22的整數。術語脂肪酸在本領域中是公知的，對於本領域技術人員是易於理解的，參見例如Hawley’s Condensed Chemical Dictionary，第11版。該術語包括酸本身和這些酸的鹽。脂肪酸包括飽和酸，例如硬脂酸、丁酸、月桂酸、棕櫚酸等。不飽和脂肪酸——包括多不飽和脂肪酸——也能夠用於本發明。適合的脂肪酸包括油酸、亞油酸、亞麻酸、二十二碳六烯酸(docosohexexanoic acid)、共軛的亞油酸等。如美國專利5554646第1欄第44-48行所公開，共軛的亞油酸為9，11-十八碳二烯酸、10，12-十八碳二烯酸及它們的混合物。本發明包括直鏈和支鏈酸，優選直鏈酸。
本發明中，甾醇和二氫甾醇酯具有如以下式1所示的通式
式1其中，R1可以認為包括C6-C23範圍的脂肪族直碳鏈或支碳鏈基團，優選C6-C20基團，最優選C12-C18基團，R2可以認為包括C3-C15範圍的脂肪族直碳鏈或支碳鏈基團，優選C6-C12基團，最優選C9基團。更優選R2選自(C1-C12)烷基、(C1-C8)烷氧基、(C2-C8)鏈烯基、(C2-C8)炔基、(C3-C8)環烷基、滷代(C2-C8)鏈烯基、滷代(C2-C8)炔基，其中滷代可理解為包括氯代、氟代、溴代和碘代等。烷基包括直碳鏈或支碳鏈基團。典型的烷基基團包括甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、異丁基、叔丁基、正戊基、新戊基、異戊基、己基、庚基等。烷基基團可以被一個、兩個、三個或更多的滷原子取代。
術語鏈烯基和炔基包括具有至少一個不飽和鍵的支鏈和直鏈烴。
在C5的不飽和提供了相應的甾醇酯。任何被羥基功能化的二氫甾醇或甾醇均適合通過在此所述的工藝用於酯化。以下是能夠在本發明中被酯化的二氫甾醇/甾醇的通式。
式2R2可以理解為具有與前文相同的含義。
本發明中能夠酯化的二氫甾醇包括——但並不限於——二氫β-谷甾醇
式3和膽固醇。例如，該工藝也適用於甾醇，諸如β-谷甾醇(在C5不飽和，如式1所示)。
酯化反應原料的摩爾比——特別是二氫甾醇/甾醇和脂肪酸的——按照化學計算量提供。在非常優選的實施方案中，脂肪酸以5-10％過量提供，從而將全部二氫甾醇反應掉。可以很容易地除去在產物中的任何過量的未反應的脂肪酸。
相對於反應物，酸催化劑如果以1％(摩爾)提供通常有效。可提高或降低催化劑的量以得到需要的反應速率。但如果催化劑比要求的量高出過多，就會生成副反應產物。適合的酸催化劑包括甲苯磺酸、甲磺酸，磷酸二氫鈉和硫酸氫鈉等。任何酸性質子來源均可作為催化劑起作用，儘管強無機酸並非優選，因為使用它們會導致酯化過程中不飽和脂肪酸的分解。硫酸氫鈉為優選的催化劑。催化劑可以是固態、液態或氣態的形式。特別優選水溶性催化劑，因為它們可以被很容易地用水從產物中除去。
本發明最有效的一個方面為反應進行得簡潔，其中不需向反應混合物中添加溶劑，因為熔融的脂肪酸既是反應物，又是溶劑。
特別適宜在真空狀態下進行這一簡潔的反應，這是為了將水從反應混合物中除去，使得反應趨於完全並增加欲得到的酯的收率。
反應溫度控制在約75-200℃。優選範圍是約100-175℃，最優選約140-150℃。反應的時間範圍很寬，但為得到最好的結果並考慮到經濟原因，反應應進行完全。反應時間超過12小時很普通，但並非必需。本發明的一個優點是本方法生產的酯產品收率高。本方法的收率高於90％，優選高於95％。
本發明的反應非常溫和，能夠製備用已公開的現有技術不能合成的酯。特別的是，本發明提供了製備作為DHA(順-4，7，10，13，16，19-二十二碳六烯酸)和CLA(十八碳二烯酸)和上述甾醇/二氫甾醇的反應產物的酯的方法。這些產物特別令人感興趣是因為已有報導稱DHA和CLA具有降低膽固醇的特徵。所以，包含與尚未確定的酯功能度結合併在水解時產生另一種降膽固醇劑的二氫甾醇或甾醇的化合物是非常有用的。這些官能的結合是有益的，因為據報導，在體內DHA和CLA降低膽固醇的作用機理不同於甾醇和二氫甾醇產物所起的作用機理。
CLA和甾醇/二氫甾醇的酯產物如下
十八碳二烯酸甾醇/二氫甾醇酯；9，11-十八碳二烯基的形式如上所述，並且10，12異構體也常見。
更優選
十八碳二烯酸β-谷甾醇酯相似地，DHA和甾醇/二氫甾醇的酯產物如下。
二十二碳六烯酸甾醇/二氫甾醇酯，更優選
二十二碳六烯酸β-谷甾醇酯；和二十二碳六烯酸二氫β-谷甾醇酯。
本發明還提供了一種降低血清膽固醇的方法，即，用有效量的CLA酯和DHA減少血清膽固醇。一般的量為約1-20g/天，優選約3-15g/天，最優選約6-9g/天。
下述兩項獨立的技術可用於分離酯反應產物。
方法A採用水/有機溶劑萃取分離技術回收二氫甾醇酯。典型的有機溶劑包括二氯甲烷、氯仿或甲苯。採用典型的水/有機溶劑操作，將酯萃取到有機溶劑中，繼而蒸發後分離。例如，將反應混合物冷卻至室溫後加入CH2Cl2。隨後將溶液用NaHCO3水溶液洗滌數次。脂肪酸鹽被分配至水相併且能夠很容易地除去。隨後用無水Na2SO4乾燥剩餘的含有分離出來的酯的有機相，並用活性炭脫色。當輕的、非氯化的有機溶劑(即，己烷)用於萃取時，會觀察到不可分的乳濁液形成。在使用旋轉蒸發器除去溶劑並繼而冷卻後，回收得到白色固態或油狀的純酯。
方法B在更優選的分離技術中，僅用水分離酯反應產物、用1％NaHCO3水溶液稀釋粗反應混合物，得到的懸浮液快速攪拌1小時，將純酯(＞95％回收收率)過濾並真空乾燥過夜。酯的少量樣品進行對硫酸根的比色測試，表明在產物中沒有催化劑的殘留。
儘管兩種方法製備的酯純度相同，但方法B的回收收率(96％)更高。該方法也更適用於大規模的合成，因為沒有使用有害的非食品級的溶劑而得到高產品收率。
本發明與已公開技術相比具有幾個優點。本發明提供了合成基本上單一的二氫甾醇而不是二氫甾醇酯混合物的方法。在這裡使用的基本上單一的含義可理解為反應產物，即，所需要的酯在反應產物中佔非常高的比例。一般所需要的酯在反應產物中至少90％(重量)，更優選的量為至少約98％，並且如果反應進行得完全，至少為99％(重量)。本發明能夠製得基本上單一的二氫甾醇(甾醇)酯，其中其他酯產物的含量少於0.2％(重量)。已公開的酯交換方法製得二氫甾醇酯產物的混合物。例如，用已公開的方法製得的二氫甾醇酯產物的混合物中經常有多種的二氫甾醇酯存在(例如比例為30、30、20、20％(重量)的4種酯的混合物)。此外，相比之下，已公開的直接酯化方法使用了有害有毒的反應物。
單獨的二氫甾醇/甾醇酯產物與其他技術製得的二氫甾醇/甾醇酯混合物相比，具有幾個重要的優點。首先，單獨化合物能具有更明確的特性標準(例如熔點、比重、結構種類純度)。這是因為與混合物相比，能夠更精確地控制單獨化合物的性質。因此，與酯產物的混合物相比，單獨的酯的固有表現特徵和質量更容易保證。
此外，因為本發明提供了單獨的二氫甾醇/甾醇酯的合成，脂肪酸支鏈長度範圍的結構/活性關係能夠確定。對於合理的藥物發展而言很重要的結構/活性關係測定僅在篩選單獨化合時才可進行。
最後，能夠控制甾醇/二氫甾醇酯總的物理和生理性能，因為那些性能取決於所採用的脂肪酸。例如，酯化不飽和脂肪酸(即，油酸)能夠生成低熔點的固態或甚至液態產物，而飽和脂肪酸類似物(即，硬脂酸)有生成較高熔點的自由流動固體的傾向。對於高熔點甾醇的物理性質的這樣大範圍控制能力是難以預料的。
本發明使酯的選擇與所需的物理性質相匹配。固態的可自由流動的原料是壓縮片劑的生產，或將二氫甾醇酯摻入烘乾產品所需的。這些油狀的二氫甾醇/甾醇酯有利於用於軟凝膠劑型的生產或摻入沙拉調味品或酸奶。
以下實施例對本發明進行進一步闡述，但並不限於以下實施例。
實施例本發明的二氫甾醇—脂肪酸—酯由下述酸催化酯化反應方法製備二氫甾醇(10mmol)、脂肪酸(12mmol)和硫酸氫鈉(0.12mmol)在150℃、真空均勻攪拌16小時。使用上述方法A(採用水和有機溶劑)或方法B(水溶液分離工藝)所述的技術分離得到的二氫甾醇酯產物。當在方法A中形成玻璃狀產物時，冷卻至0℃以下使其轉化為自由流動的固體。粗反應產物的氣相色譜分析表明，反應進行的完全程度大於95％。最後的操作根據上述方法A或B所述進行。
五個二氫甾醇酯樣品分析數據見下。膽固醇酯的分析數據作為附加的例子也包括在內。
實施例1硬脂酸二氫β-谷甾醇酯由二氫β-谷甾醇和硬脂酸反應製備。用NaHSO4作催化劑並使用上述方法A分離硬脂酸豆甾烷醇酯。
分離的硬脂酸豆甾烷醇酯的分析結果如下1HNMR(CDCl3)(4.60(五重峰，1H)，2.19(t，8，2H)，1.88(d，12，1H)；IR(cm-1，KBr)1739(s，C＝O)，1454(m)，1388(m)，
1182(s，C-O)，725(m)；C47H88O2的元素分析計算C82.55％ H12.59％，實測C82.70％ H12.50％；熔點(DSC)103-105℃。
實施例2硬脂酸二氫β-谷甾醇酯由二氫β-谷甾醇和硬脂酸反應製備。用NaHSO4作催化劑並使用上述方法B分離硬脂酸豆甾烷醇酯。
分離硬脂酸豆甾烷醇酯的分析結果如下1HNMR(CDCl3)(4.62(五重峰，1H)，2.18(t，8，2H)，1.88(d，12，1H)；IR(cm-1，KBr)1739(s，C＝O)，1467(m)，1381(m)，1176(s，C-O)，718(m)；C47H88O2的元素分析計算C82.55％ H12.59％，實測C82.31％ H12.63％熔點(DSC)101-104℃；％H2O(Karl Fischer)0.73％實施例3棕櫚酸二氫β-谷甾醇酯由二氫β-谷甾醇和棕櫚酸反應製備。用NaHSO4作催化劑並使用上述方法A的步驟分離棕櫚酸豆甾烷醇酯。分離棕櫚酸豆甾烷醇酯的分析結果如下1HNMR(CDCl3)(4.68(五重峰，1H)，2.24(t，8，2H)，1.95(d，12，1H)；IR(cm-1，KBr)1739(s，C＝O)，1460(m)，1394(m)，1176(s，C-O)，725(m)；C45H82O2的元素分析計算C82.57％ H12.54％，實測C82.59％ H12.63％；熔點(DSC)102-104℃。
實施例4
油酸二氫β-谷甾醇酯由二氫β-谷甾醇和油酸反應製備。用NaHSO4作催化劑並使用上述方法B的技術分離油酸豆甾烷醇酯。分析結果如下1HNMR(CDCl3)(5.27(m，2H)，4.62(五重峰，1H)，2.23(t，8，2H)；IR(cm-1，均勻)1739(s，C＝O)，1461(m)，1387(m)，1176(s，C-O)，1010(m)，718(m)；C47H84O2的元素分析計算C82.80％ H12.33％，實測C82.98％ H12.36％；熔點(DSC)41-44℃。
實施例5油酸膽甾烷醇酯由膽甾烷醇和油酸反應製備。用NaHSO4作催化劑並使用上述方法A的技術分離油酸膽甾烷醇酯。分析結果如下1HNMR(CDCl3)(5.30(m，2H)，4.65(五重峰，1H)，2.22(t，8，2H)；IR(cm-1，均勻)1725(s，C＝O)，1454(s)，1367(m)，1168(s，C-O)，1003(m)，711(m)；C45H80O2的元素分析計算C82.67％ H12.25％，實測C82.64％ H12.34％；熔點(DSC)20-25℃。
對比實施例canola油和二氫甾醇經酯交換方法得到的混合產物具有以下近似的、不可重現的重量分配二氫甾醇—油酸酯67％二氫甾醇—亞油酸酯19％二氫甾醇—油酸酯9％二氫甾醇—棕櫚酸酯3％實施例6
二十二碳六烯酸二氫β-谷甾醇酯由二氫β-谷甾醇和DHA反應製備。用NaHSO4作催化劑並使用上述方法A的技術分離二十二碳六烯酸豆甾烷醇酯。
實施例7二十二碳六烯酸二氫β-谷甾醇酯由二氫β-谷甾醇和DHA反應製備。用NaHSO4作催化劑並使用上述方法B的技術分離二十二碳六烯酸豆甾烷醇酯。
實施例8十八碳二烯酸二氫β-谷甾醇酯由二氫β-谷甾醇和CLA反應製備。NaHSO4用作催化劑並使用上述方法A的技術分離十八碳二烯酸豆甾烷醇酯。
實施例9二十二碳六烯酸二氫β-谷甾醇酯由二氫β-谷甾醇和DHA反應製備。NaHSO4用作催化劑並使用上述方法B的技術分離二十二碳六烯酸豆甾烷醇酯。
權利要求
1.一種製備二氫甾醇/甾醇酯的方法，包括提供一種如下式的二氫甾醇/甾醇；
提供一種酸，將所述二氫甾醇/甾醇和酸在弱酸性催化劑的存在下反應，生成基本上是單獨的相應的二氫甾醇/甾醇酯，其式為
其中R1是C6-C23的碳鏈；R2是C3-C15的碳鏈。
2.一種如權利要求1的方法，其中反應的進行單純採用熔融的脂肪酸作為溶劑。
3.一種如權利要求1的方法，其中所使用的弱酸性催化劑為NaHSO4。
4.一種如權利要求1的方法，其中所使用的相應的甾醇/二氫甾醇酯的得率不少於約98％(重量)。
5.一種如權利要求1的方法，其中二氫甾醇/甾醇酯的R1為約C12-C21。
6.一種如權利要求1的方法，其中反應溫度為約100-200℃。
7.一種如權利要求1的方法，其中反應在真空下進行。
8.一種如權利要求1的方法，其中相應的二氫甾醇/甾醇酯的分離採用完全的水溶液步驟。
9.一種製備二氫甾醇/甾醇酯的方法，包括提供一種如下式的二氫甾醇和甾醇
提供一種具有長度為C6-C24碳原子的多不飽和脂肪酸；將所述二氫甾醇/甾醇和脂肪酸在弱酸性催化劑的存在下反應，得到基本上是單獨的相應的二氫甾醇/甾醇酯。
10.一種如權利要求9的方法，其中反應的進行單純採用熔融的脂肪酸作為溶劑。
11.一種如權利要求9的方法，其中所使用的弱酸性催化劑為NaHSO4。
12.一種如權利要求9的方法，其中相應的甾醇/二氫甾醇酯的得率不少於約98％(重量)。
13.一種如權利要求1或9的方法，其中反應溫度為約100-200℃。
14.一種如權利要求9的方法，其中反應在真空下進行。
15.一種如權利要求9的方法，其中相應的二氫甾醇/甾醇酯的分離採用完全的水溶液步驟。
16.一種選自
和
的化合物、其異構體和混合物；其中R2為C3-C15的碳鏈。
17.如權利要求16的化合物，其中R2為C6-C12的鏈。
18.一種通過提供有效量的權利要求16的化合物以降低人血清膽固醇的方法。
19.如權利要求18的方法，其中有效量為約1-20mg/天。
全文摘要
本發明提供了二氫甾醇和甾醇與脂肪酸直接酯化製備二氫甾醇/甾醇酯的方法。該方法提供了能夠以高收率大規模製備酯的工藝。優選的實施方案採用食品級工藝過程,不使用有機溶劑或無機酸。
文檔編號B01J27/055GK1245810SQ9910088
公開日2000年3月1日 申請日期1999年1月20日 優先權日1998年8月25日
發明者J·D·希金斯三世 申請人:麥克尼爾-Ppc公司