製備光學純的(s)－3,4－二羥基丁酸衍生物的連續方法
2024-01-26 11:50:15
專利名稱：製備光學純的(s)－3,4－二羥基丁酸衍生物的連續方法
背景技術：
發明領域本發明涉及一種製備光學純的如下式1表示的(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物的連續方法，並且特別涉及一種能夠經濟地以大量製備光學純的(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物的連續方法，其通過(a)通過在特定條件下令易於由天然產物獲得的支鏈澱粉與酶反應，製得具有適當糖分布的α-(1,4)連接低聚糖；和(b)通過流經鹼性陰離子交換樹脂用氧化劑進行氧化，得到(S)-3,4-二羥基丁酸-陰離子交換樹脂複合物，由該陰離子交換樹脂複合物解離出(S)-3,4-二羥基丁酸，隨後在特定條件下順序進行酯化 其中，R代表具有1-5個碳原子的直鏈或支鏈烷基。
用於製備上述手性化合物的(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物和(S)-3-羥基-γ-丁內酯的常規製備方法將在下文中詳細描述。
由酶促或催化還原β-酮酯製備(S)-3-羥基丁酸類衍生物的方法是已知方法[《美國化學學會會志》105,5925-5926(1983)；《四面體通訊》31,267-270(1990)；歐洲專利公開452143A2]。這些方法難於使前手性中心縮減到一側以便生成手性中心，並且需使用昂貴的金屬催化劑。
一種已知的(S)-3,4-二羥基丁酸和(S)-3-羥基-γ-丁內酯製備技術是通過選擇性還原(L)-蘋果酸酯[《化學通訊》(Chem.Lett.)1389-1392(1984)；USP 5808107]。這種技術的缺點在於還原作用應該只選擇兩個酯官能團中的一個進行。
許多由碳水化合物製備(S)-3,4-二羥基丁酸類衍生物和(S)-3-羥基-γ-丁內酯的方法已見諸報導。
現已報導一種製備異己糖酸(isosaccharinic acid)(B)或(S)-3,4-二羥基丁酸(C)的技術[《化學會志》1924-1931(1960)]，如合成路線1所示，其中通過鹼性降解含有4-位葡萄糖取代基的碳水化合物，如4-O-甲基-(D)-葡萄糖、麥芽糖、直鏈澱粉和纖維素，C-4取代基可作為離去基團脫除，形成二羰基化合物(A；4-脫氧-2,3-己二酮糖(hexodiulose))，並且形成的二羰基化合物與鹼反應。然而，(S)-3,4-二羥基丁酸的收率很低。合成路線1 另據報導，通過將含4-位葡萄糖取代基的碳氫化合物鹼性降解為二羰基化合物(A)，分離所得二羰基化合物(A)並且令其與過氧化氫反應可獲得主產物(S)-3,4-二羥基丁酸(C)和乙醇酸(D)[《化學會志》1932-1938(1960)]。這種方法存在的嚴重問題是，產物存在少量因互變異構化生成的異構體以及衍生自二羰基化合物(A)的環狀化合物和水合物的混合物。因此，無法由反應混合物分離出收率良好的二羰基化合物(A)。另一個問題在於，製得的(S)-3,4-二羥基丁酸因過度氧化降解成為甲酸和乙醇酸。
一種類似的由碳水化合物製備(S)-3,4-二羥基丁酸的技術是單獨採用鹼或是採用存在於鹼中的氧。它提出，二羰基化合物(A)是製備(S)-3,4-二羥基丁酸的合成中間體，如合成路線1所示。但報導的收率較低，約為30％[《美國國家標準局研究標準雜誌》32,45(1944)；《美國化學學會會志》2245-2247(1953)；《美國化學學會會志》1431-1435(1955)；《碳水化合物研究》11,17-25(1969)；《色譜學雜誌》549,113-125(1991)]。在這些方法中，在製得(S)-3,4-二羥基丁酸的同時存在多種含乙醇酸(D)、異己糖酸(B)、甲酸、酮、二酮和甘油酸的混合物。由於(S)-3,4-二羥基丁酸的收率極低，這些方法被認為不適合於工業化應用。
現已報導了一種由二糖(乳糖)利用鹼和氧化劑製備(S)-3,4-二羥基丁酸的方法[國際專利申請公開WO98/04543]。在這種方法中，(S)-3,4-二羥基丁酸在一定反應條件下環化成為(S)-3-羥基-γ-丁內酯，並且通過保護兩個羥基生成丙酮酯化合物(S)-3,4-O-亞異丙基-3,4-二羥基丁酸甲酯，該化合物在酸性介質中再環化生成(S)-3-羥基-γ-丁內酯。
包括鹼性氧化含4-位葡萄糖取代基的碳水化合物過程在內的(S)-3,4-二羥基丁酸的製備方法是已知方法[USP 5292939、5319110和5374773(1994)]。在這些方法中，首先生成二羰基化合物(A)中間體，隨後氧化成為(S)-3,4-二羥基丁酸(C)和乙醇酸(D)。然而，其中完全沒有提及作為手性化合物最重要物理性質的光學純度。而且，鑑於該反應的機理，目標化合物難以被提純。在二糖如麥芽糖或乳糖的情況中，二糖中只有一個糖單元生成(S)-3,4-二羥基丁酸而另一糖單元起離去基團的作用，因此，目標產物和離去基團以1∶1共存。所以，難以從反應混合物中分離和純化(S)-3,4-二羥基丁酸或(S)-3-羥基-γ-丁內酯。理論質量轉化率為28.3％(重量)。換言之，由100g的二糖可以獲得28.3g的(S)-3-羥基-γ-丁內酯。對於多糖，例如上述專利提到的麥芽糖糊精、澱粉和纖維素，(1,4)和/或(1,6)葡萄糖單元複合連接似網狀。問題在於該分步氧化反應是由含有(1,4)鍵的還原性末端單元開始進行，在(1,6)鍵單元結束。所以，無法生成更多的目標產物。此外，多糖通過過度氧化還原性末端單元成為含有甲酸、草酸、乙醇酸和赤糖酸的複合酸混合物達到降解[《美國化學學會會志》81,3136(1959)；《澱粉》41 Nr.8 S.303-309(1989)；《合成》，597-613(1997)]。
人們試圖通過由多糖經酸或鹼水解使高分子糖降解成為低分子糖來提高(S)-3,4-二羥基丁酸或(S)-3-羥基-γ-丁內酯的收率。雖然這種方法的反應性提高到一定程度，但無法有選擇地水解(1,4)鍵和(1,6)鍵以提供隨機分布。因此，以高收率製備(S)-3,4-二羥基丁酸及其衍生物是一個基本問題[《化工技術大全》(Encyclopedia of ChemicalTechnology)，第3版，492-507]。
對於利用(1,4)連接的多糖製備(S)-3-羥基-γ-丁內酯的方法，分步氧化是由還原性末端單元向非還原性末端單元連續進行以得到(S)-3,4-二羥基丁酸，直至停留在最終鏈單元(離去基團)為止，也就是說，如果用(1,4)連接的多糖作為製備(S)-3-羥基-γ-丁內酯的原料物質，理論質量轉化率為63％(重量)，與利用二糖的製備方法相比約是其兩倍。換言之，由100g(1,4)連接多糖可以獲得63g的(S)-3-羥基-γ-丁內酯。另外，由於與二糖相比該反應混合物中生成少量的離去基團，因此目標產物易於純化。所以，應用(1,4)連接多糖可得到高生產率。
然而，對於常規多糖，分步氧化反應中競爭性生成目標產物和副產物(酸，如甲酸、草酸、乙醇酸和赤糖酸)，因為緻密結構中具有隨機的(1,4)鍵和(1,6)鍵。因此，需要多糖的選擇性降解技術來獲得具有(1,4)鍵的適當糖分布範圍。
另一方面，有許多報導是關於將生物酶處理過程應用於工業上使高分子糖轉化為低分子糖。
報導的技術包括澱粉經過酶處理製得葡萄糖、麥芽糖和乙醇[USP3791865(1974)；USP 3922200(1975)；USP 4855232(1989)；日本特許公開4-158795(1922)；《碳水化合物化學方法》(Methods Carbohydr.Chem.),10,231-239(1994)；《碳水化合物化學方法》10,245-248(1994)]，並且用適當的葡萄糖當量(DE)製備麥芽糖糊精[USP3986890(1976)；USP 4447532(1984)；USP 4612284(1986)；USP5506353(1996)]。在這些參考文獻中，經過高分子多糖的降解或轉化，它們轉化為適用於醫藥、食品添加劑和診斷劑的原料。
但是，目前還未公開通過用酶生物處理高分子多糖的、適合大規模生產(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物的(1,4)連接的低聚糖的製備方法。
因此，本發明的一個目的是提供一種以高收率製備(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物的連續方法，該方法通過利用酶促反應製備具有結構特異性的低聚糖，流經鹼性陰離子交換樹脂用氧化劑進行氧化得到(S)-3,4-二羥基丁酸-陰離子交換樹脂複合物，解離下陰離子交換樹脂複合物的(S)-3,4-二羥基丁酸並且順序酯化，無需另外純化中間體。
圖1b表示由常規二糖法製備的3-羥基-γ-丁內酯的氣相色譜(GC)的光學純度分析結果。
圖1c表示由本發明低聚糖製備的3-羥基-γ-丁內酯的氣相色譜(GC)的光學純度結果。
發明詳述本發明的特徵在於包括下列步驟(a)支鏈澱粉的酶促反應得到如式2所示的α-(1,4)連接低聚糖；(b)通過流經鹼性陰離子交換樹脂用氧化劑氧化低聚糖，得到如式3所示的(S)-3,4-二羥基丁酸；和(c)隨後用醇在酸催化劑存在下酯化，得到式1表示的(S)-3,4-二羥基丁酸的酯； 其中，M表示氫、鹼金屬或鹼土金屬原子；R表示具有1-5個碳原子的直鏈或支鏈烷基。
下文給出本發明的詳細描述。
本發明的基本開創性思想是利用特異性酶選擇性降解支鏈澱粉中的α-(1,4)鍵和α-(1,6)鍵，即將支鏈澱粉轉化為具有製備靶向化合物的最佳糖分布的α-(1,4)連接低聚糖。並且隨後通過流經鹼性陰離子交換樹脂用氧化劑氧化，得到(S)-3,4-二羥基丁酸，同時容易且有效地除去副產物葡萄糖，並且進行酯化，製備光學純的(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物。
也就是說，基於酶的特異性，順序用特異性酶降解支鏈澱粉得到α-(1,4)連接低聚糖，並且由已轉化的低聚糖製備光學純的(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物，通過流經鹼性陰離子交換樹脂氧化得到(S)-3,4-二羥基丁酸，同時很容易地除去副產物葡萄糖，並且隨後高收率酯化。通過連續方法製備的預定產物的光學純度約為99.9％ee。
本發明所用的低聚糖是用生物酶處理支鏈澱粉來製備，支鏈澱粉易於購得。尤其是，由於支鏈澱粉極易溶於可作為本發明酶促反應反應溶劑的水或pH4.0-8.0的緩衝溶液中，所以與其它低聚糖如澱粉和纖維素相比極大提高了對酶的相對反應性。因此，該化合物是製備具有適合製備(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物的糖分布的低聚糖的高效原料。
當利用支鏈澱粉酶作為選擇性降解支鏈澱粉中的α-(1,6)鍵的酶時，它可引起支鏈澱粉的溶解度問題並且降低酶活性。因此，不是單獨採用支鏈澱粉酶，而是用α-澱粉酶提高支鏈澱粉在降解為適當糖分布中的反應性，並且隨後使用支鏈澱粉酶。然而，在這種情況中，殘餘α-澱粉酶的活性持續作用，由此過度降解支鏈澱粉，致使無法生成預期的低聚糖。因此，在支鏈澱粉酶反應之前引入一個滅活殘餘α-澱粉酶的技術。
本發明所述製備方法的詳細解釋如下文所述。它包括1)一個製備式2所示的具有特定α-(1,4)鍵的低聚糖的步驟，通過用特異性酶的生物學處理來選擇性降解支鏈澱粉，2)一個通過流經鹼性陰離子交換樹脂用氧化劑氧化製備光學純的(S)-3,4-二羥基丁酸的步驟，3)隨後在酸催化劑存在下用醇酯化，得到(S)-3,4-二羥基丁酸的酯。尤其是本發明製備方法的特徵在於，在同一反應器中製備(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物，無需另外純化中間體(低聚糖和(S)-3,4-二羥基丁酸)。
本發明的酶促反應順序使用α-澱粉酶和支鏈澱粉酶。α-澱粉酶選擇性降解α-(1,4)鍵並且支鏈澱粉酶選擇性降解α-(1,6)鍵。
本發明的優越性在於，在溫和條件下利用酶選擇性降解α-(1,4)鍵或α-(1,6)鍵，從而以高收率製備光學純的(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物，而化學水解法無法具有選擇性。
本發明的酶促反應是在水或pH4.0-8.0的緩衝溶液中在40-120℃下進行。所用α-澱粉酶是支鏈澱粉的0.001-10％(重量)，並且α-澱粉酶的酶促反應持續30分鐘-4小時，隨後將殘餘α-澱粉酶滅活。該滅活反應是在酸性(pH2.0-4.5)和高溫(60-150℃)下進行並且持續10分鐘-4小時。在支鏈澱粉酶的酶促反應中，所用支鏈澱粉酶是支鏈澱粉的0.001-10％(重量)，並且通過10-40小時支鏈澱粉酶的酶促處理後，絕大多數的低聚糖分布在3-50個葡萄糖單元內。利用光學分析儀、HPLC分析和凝膠滲透色譜(GPC)方法由還原性末端單元和葡萄糖當量分析測定出製得的低聚糖的還原性末端單元和分子量分布。
所述低聚糖是由選擇性酶促反應獲得並且具有主要在3-50個葡萄糖單元，優選5-50個葡萄糖單元之間的分布。由於大部分的葡萄糖單元經α-(1,4)鍵相連，所以經過連續順序反應獲得高收率的(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物，同時減少副產物(例如甲酸、草酸、乙醇酸和赤糖酸的混合物)。此外，所得(S)-3,4-二羥基丁酸經鑑定在光學上極其純淨(＞99.9％對映體過量(ee))。
通過流經鹼性陰離子交換樹脂用氧化劑對低聚糖進行氧化，得到吸附在柱中樹脂上的(S)-3,4-二羥基丁酸。用鹼金屬或鹼土金屬水溶液解離吸附的(S)-3,4-二羥基丁酸。
上述對低聚糖的氧化反應的解釋如以下路線路線2 其中·-表示載體；M表示氫、鹼金屬或鹼土金屬原子。
在合成路線2低聚糖的氧化中，鹼性陰離子交換樹脂充當鹼，低聚糖被氧化劑氧化生成(S)-3,4-二羥基丁酸和乙醇酸，它們吸附在陰離子交換樹脂上。低聚糖的最後葡萄糖(離去基團)保留在反應溶液中。
氧化後，用水衝洗陰離子交換樹脂除去離去基團、葡萄糖和其它副產物，隨後用鹼金屬或鹼土金屬水溶液以2BV/小時的速度洗脫解離(S)-3,4-二羥基丁酸。本發明的一個優越性在於通過該解離處理再生氧化所用的鹼性陰離子交換樹脂，使其可半永久地在氧化步驟中反覆使用。
低聚糖的氧化是在30-65℃下進行6-36小時。利用過氧化氫、鹼金屬過氧化物、鹼土金屬過氧化物和烷基氫過氧化物作為氧化劑，並且首選過氧化氫。每摩爾支鏈澱粉的葡萄糖單元使用1-3當量的氧化劑。鹼性陰離子交換樹脂用作鹼，優選具有季銨氫氧化物的強鹼性陰離子交換樹脂。每摩爾支鏈澱粉的葡萄糖單元使用2-4當量的鹼性陰離子交換樹脂。
本發明的酯化反應是在酸催化劑存在下用醇作為反應溶劑而反應物在30-80℃內進行。無機酸如鹽酸、硫酸、磷酸和硝酸，而有機酸如氟烷基磺酸、芳烷基磺酸、芳烷基磺酸的水合物和三氟乙酸可用作酸催化劑。具有1-5個碳原子的直鏈或支鏈醇作為所述醇。
為了比較取決於氧化原料的製備收率，按照下列方法將製得的(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物環化(S)-3-羥基-γ-丁內酯[參見試驗實施例1]。在酸催化劑的存在下，通過攪拌(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物在30-80℃內2-5小時環化得到(S)-3-羥基-γ-丁內酯。無機酸如鹽酸、硫酸、磷酸和硝酸，和有機酸如氟烷基磺酸、芳烷基磺酸、芳烷基磺酸的水合物和三氟乙酸可用作酸催化劑。所以，如果用得自乳酪副產物的麥芽糖(二糖)或乳糖(二糖)作為原料時，(S)-3-羥基-γ-丁內酯的理論質量轉化率不超過所用原料重量的28.3％(重量)。另一方面，如果採用具有50個以上的葡萄糖單元的直鏈澱粉(α-(1,4)連接多糖)，(S)-3-羥基-γ-丁內酯的理論質量轉化率等於支鏈澱粉的理論質量轉化率。但是，由極強分子內氫鍵構成的雙螺旋結構限制了分步氧化反應，致使收率變得很低。然而，通過利用本發明的低聚糖作為原料，(S)-3-羥基-γ-丁內酯的收率高達所用原料重量的56.6％(重量)。
因此，本發明提供優良的簡便製備途徑，並且確保反應連續進行，由此經濟地以大量製備(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物。
如上所述，本發明的優越性在於，通過應用特異性酶將支鏈澱粉轉化為低聚糖來克服支鏈澱粉對氧化的低反應性。此外，減少副產物的形成，並且用鹼性陰離子交換樹脂氧化，利用簡便方法很容易除去它們(用水衝洗)。所以，利用極其簡便的純化方法可以製備高收率的(S)-3,4-二羥基丁酸。
下列實施例用於舉例說明本發明並且對本發明的範圍不構成限制，本發明的範圍由所附權利要求書定義。實施例1(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯的製備將10L水和5kg乾燥支鏈澱粉置於50L反應器中。將該反應器加熱至55℃後，加入12g的α-澱粉酶(BAN；得自地衣型芽胞桿菌(Bacillus licheniformis)的EC 3.2.1.1,Novo Nordisk)。將該反應溶液加熱至75℃後，在相同溫度下攪拌2小時。加入5ml 0.1N HCl溶液調節該反應溶液的pH至3.0-3.5，並且在90℃下攪拌以使殘餘α-澱粉酶滅活。令反應混合物緩慢冷卻至30℃後，加入3.7L 4M醋酸緩衝液(pH5)和1.3L水調節pH至5。將該反應溶液加熱至60℃，隨後加入62.5g支鏈澱粉酶(Promozyme；得自嗜酸支鏈澱粉芽孢桿菌(Bacillus acidopullulyticus)的EC 3.2.1.4,Novo Nordisk)並且將該溶液在相同溫度下攪拌22小時。
將含有季銨氫氧化物溶液的鹼性陰離子交換樹脂(Amberlite IRA402 OH；0.95eq/L,Rohm Hass,75L)置於另一100L的反應器中並且加熱至50℃。在24小時內向反應溶液中滴加通過上述酶促反應製得的低聚糖的溶液和30％H2O2溶液，在相同溫度下將該混合物攪拌1小時。令反應溶液冷卻至室溫並且傾入柱中。用100kg水衝洗除去離去基團、葡萄糖和其它副產物，用110kg 3％(重量)NaOH水溶液洗脫，得到(S)-3,4-二羥基丁酸鈉鹽。利用NMR分析鑑定製得的(S)-3,4-二羥基丁酸鈉鹽。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)濃縮該反應溶液，加入10L甲醇。加入硫酸調節pH至4-5。隨後在50℃下攪拌3小時。加入碳酸鈉中和該溶液，過濾除去副產物，隨後濃縮甲醇得到(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯。通過NMR分析與內標對比鑑定生成的(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯(轉化率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)。實施例2(S)-3-羥基-γ-丁內酯的製備將10L水和5kg乾燥支鏈澱粉置於50L反應器中。將該反應器加熱至55℃後，加入12g的α-澱粉酶(Teramyl；得自解澱粉芽孢桿菌(Bacillus amyloliquefaciens)的EC 3.2.1.1,Novo Nordisk)。將該反應溶液加熱至85℃後，將其在相同溫度下攪拌2小時。加入5ml 0.1NHCl溶液調節該反應溶液的pH至3.0-3.5，隨後在90℃下攪拌以使殘餘α-澱粉酶滅活。令反應緩慢冷卻至30℃後，加入3.7L 4M醋酸緩衝液(pH5)和1.3L水調節pH至5。將該反應溶液加熱至60℃，隨後加入62.5g支鏈澱粉酶(Promozyme；得自嗜酸支鏈澱粉芽孢桿菌的EC3.2.1.4,Novo Nordisk)並且將該溶液在相同溫度下攪拌22小時。將鹼性陰離子交換樹脂(Amberlite IRA 402 OH；0.95eq/L,Rohm Hass,75L)裝填到直徑10cm且高度100cm的柱中並且加熱至50℃。在24小時內滴加入由上述酶促反應製備的低聚糖和30％過氧化氫溶液(5.25kg)。令柱中的反應液冷卻至室溫。用100kg水衝洗除去離去基團、葡萄糖和其它副產物，用110kg 3％(重量)的NaOH水溶液洗脫以解離吸附的(S)-3,4-二羥基丁酸。利用NMR分析鑑定製得的(S)-3,4-二羥基丁酸鈉鹽。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)濃縮該反應溶液，加入10L甲醇。在這種溶液中加入甲磺酸調節pH至4-5。隨後在50℃下攪拌3小時。冷卻後，加入碳酸鈉中和該溶液，過濾除去副產物，隨後濃縮甲醇得到(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯。通過NMR分析與內標對比鑑定生成的(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯(轉化率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)。
在65℃和減壓下通過加入0.5％(重量)的濃鹽酸環化製得(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯並且無需分離。將所得溶液溶解在乙酸乙酯中並且用碳酸鈉中和。過濾和濃縮後，得到(S)-3-羥基-γ-丁內酯(2.83kg,56.6％(重量)，以所用支鏈澱粉的重量計)。1H-NMR(CDCl3,ppm)δ2.28(dd,2H),2.74(dd,1H),4.13(dd,1H),4.32(s,3H),4.4-4.5(m,1H)。實施例3(S)-3-羥基-γ-丁內酯的製備按照實施例2，但在製得的(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯的環化中採用1％(重量)的甲磺酸而不是濃鹽酸，該環化反應是在65℃和減壓下進行。所得溶液用乙酸乙酯溶解並且用碳酸鈉中和。過濾和濃縮後，得到(S)-3-羥基-γ-丁內酯(2.80kg,56％(重量)，基於所用支鏈澱粉的重量)。1H-NMR(CDCl3,ppm)δ2.28(dd,2H),2.74(dd,1H),4.13(dd,1H),4.32(s,3H),4.4-4.5(m,1H)。實施例4(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯的製備按照實施例1，但用叔丁基氫過氧化物(4.16kg)而不是H2O2作為氧化劑，得到(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯。通過NMR分析與內標對比鑑定生成的(S)-3,4-二羥基丁酸甲酯(轉化率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)。參比實施例1由澱粉製備(S)-3-羥基-γ-丁內酯將20L水和5kg幹澱粉置於50L反應器中，並且令溫度升至70℃。在48小時中向該反應溶液內滴加40％NaOH(8.64kg)溶液和30％H2O2(5.25kg)溶液，在相同溫度下攪拌1小時。將該反應按照實施例2酯化並且環化得到(S)-3-羥基-γ-丁內酯(1.1kg,22.0％(重量)，以所用澱粉重量計)。參比實施例2由澱粉製備(S)-3-羥基-γ-丁內酯將10L 0.SN鹽酸溶液和5kg幹澱粉置於50L反應器中，並且在100℃下將澱粉水解20分鐘。將該溶液冷卻至20℃後，用100ml 40％NaOH溶液中和，令溫度升至70℃。在48小時中向該反應溶液內滴加40％NaOH(8.64kg)溶液和30％H2O2(5.25kg)溶液，將其在相同溫度下攪拌1小時。將該反應液按照實施例2酯化並且環化得到(S)-3-羥基-γ-丁內酯(1.22kg,24.4％(重量)，以所用澱粉重量計)。參比實施例3由直鏈澱粉製備(S)-3-羥基-γ-丁內酯將20L水和5kg直鏈澱粉置於50L反應器中，並且令溫度升至70℃。在48小時中向該反應溶液內滴加40％NaOH(8.64kg)溶液和30％H2O2(5.25kg)溶液，在相同溫度下攪拌1小時。將該反應按照實施例2酯化並且環化得到(S)-3-羥基-γ-丁內酯(1.35kg,27.0％(重量)，以所用澱粉重量計)。試驗實施例1比較取決於原料的(S)-3-羥基-γ-丁內酯收率對於如表1所示的含有各自碳水化合物的反應溶液，按照實施例2進行氧化、酯化和環化，得到(S)-3-羥基-γ-丁內酯。(S)-3-羥基-γ-丁內酯的收率如表1所示。
表1
表1顯示，二糖的相對質量轉化率低至23.7％。另一方面，如果用特異性酶處理使支鏈澱粉轉化為低聚糖，相對質量轉化率提高到56.6％(重量)，幾乎是二糖的兩倍。如果支鏈澱粉未經酶處理，相對質量轉化率低至20.2％(重量)。試驗實施例2(S)-3-羥基-γ-丁內酯的光學純度分析通過下列方法合成(S)-3-乙醯氧基-γ-丁內酯，從而分析通過本發明和常規方法製備的(S)-3-羥基-γ-丁內酯的光學純度。
將由各種方法製得的102mg(1mmol)(S)-3-羥基-γ-丁內酯溶解在3ml二氯甲烷中，並且加入0.4ml(5mmol)吡啶和0.47ml(5mmol)乙酸酐。3小時後，用1N HCl終止該反應。用二氯甲烷提取(S)-3-羥基-γ-丁內酯。處理後，用矽膠柱色譜純化。將所得(S)-3-乙醯氧基-γ-丁內酯溶解在二氯甲烷中，用注射器取0.5μl用於GC分析。結果如表2和圖1a-1c所示。
表2
為了提高藥效並且降低副作用，要求手性化合物具有高於99.5％ee的高光學純度。表2和圖1a-1c顯示，由本發明製得的(S)-3-羥基-γ-丁內酯的光學純度很高，達到99.9％ee。因此，是其它手性化合物的極其有效的中間體。結果分別在圖1a、1b和1c中舉例說明。
如上所述，本發明的製備方法提供了大量製備(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物的連續方法，它們通過製備具有結構特異性的低聚糖、可減少支鏈澱粉生成副產物，通過鹼性陰離子交換樹脂用氧化劑進行氧化，使副產物易於除去而無需另外分離和純化。
另外，作為原料的支鏈澱粉與乳糖和麥芽糖相比是價格低廉的易購得天然產物，並且可以是光學純形式。應用由支鏈澱粉製備的低聚糖提供的產率是使用二糖的兩倍多。
因此，本發明克服了為選擇性不對稱還原使用大量金屬催化劑的缺點，並且確保易於由具有光學純手性中心的廉價天然產物製備，由此極大提高了作為多種藥物的手性中間體的工業實用性。此外，相對質量轉化率幾乎是使用二糖時的兩倍。
權利要求
1．一種由多糖來源製備光學純的式1所示(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物的連續方法，該方法包括以下步驟(a)支鏈澱粉的酶促反應得到如式2所示的α-(1,4)連接低聚糖；(b)通過流經鹼性陰離子交換樹脂用氧化劑氧化低聚糖，得到如式3所示的(S)-3,4-二羥基丁酸；和(c)隨後用醇在酸催化劑存在下酯化，得到式1表示的(S)-3,4-二羥基丁酸的酯； 其中，M表示氫、鹼金屬或鹼土金屬原子；R表示具有1-5個碳原子的直鏈或支鏈烷基。
2．按照權利要求1的連續方法，其中通過酶促反應製備的低聚糖具有3-50個葡萄糖單元。
3．按照權利要求1的連續方法，其中所述氧化反應是在30-65℃下進行。
4．按照權利要求1的連續方法，其中該氧化中所用的氧化劑是選自過氧化氫、鹼金屬過氧化物、鹼土金屬過氧化物和烷基氫過氧化物。
5．按照權利要求4的連續方法，其中所述氧化劑是過氧化氫。
6．按照權利要求4的連續方法，其中所述氧化劑是叔丁基氫過氧化物。
7．權利要求1或4的連續方法，其中每摩爾支鏈澱粉的葡萄糖單元使用1-3當量的所述氧化劑。
8．權利要求1的連續方法，其中該氧化中所用鹼性陰離子交換樹脂是含有季銨官能團的強鹼性陰離子交換樹脂。
9．權利要求1或8的連續方法，其中每摩爾支鏈澱粉的葡萄糖單元使用2-4當量的所述鹼性陰離子交換樹脂。
10．按照權利要求1的連續方法，其中所述陰離子交換樹脂在氧化後用2-50％重量的鹼金屬或鹼土金屬水溶液洗脫得到(S)-3,4-二羥基丁酸。
11．按照權利要求10的連續方法，其中所述水溶液是氫氧化鈉。
12．按照權利要求1的方法，其中該酯化反應中所用的酸催化劑是選自鹽酸、硫酸、磷酸和硝酸的無機酸。
13．按照權利要求1的方法，其中該酯化反應中所用的酸催化劑是選自氟烷基磺酸、芳烷基磺酸、芳烷基磺酸的水合物和三氟乙酸的有機酸。
14．按照權利要求1的方法，其中該酯化反應是在30-80℃下進行。
全文摘要
本發明涉及一種製備光學純的如下式1表示的(S)－3,4－二羥基衍生物的連續方法,並且特別涉及一種能夠經濟地以大量製備光學純的(S)－3,4－丁酸衍生物的連續方法,其通過(a)通過在特定條件下令易於由天然產物獲得的支鏈澱粉與酶反應,製得具有適當糖分布的α－(1,4)連接低聚糖;和(b)通過流經鹼性陰離子交換樹脂用氧化劑進行氧化,得到(S)－3,4－二羥基丁酸－陰離子交換樹脂複合物,由該陰離子交換樹脂複合物解離出(S)－3,4－二羥基丁酸,隨後在特定條件下順序進行酯化。在式(1)中,R代表具有1－5個碳原子的直鏈或支鏈烷基。
文檔編號C07C69/675GK1316011SQ99810316
公開日2001年10月3日 申請日期1999年7月23日 優先權日1998年7月24日
發明者盧炅淥, 千鍾弼, 趙翼行, 樸英美, 柳昊成, 黃大一 申請人:三星精密化學株式會社