專利名稱：制備光學(xué)純(s)－3,4－二羥基丁酸衍生物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及到用于制備由下面式(1)表示的光學(xué)純(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物的方法，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)-3,4-二羥基丁酸衍生物的方法，即通過(a)在特定條件下，通過容易從天然產(chǎn)品中獲得的支鏈淀粉與酶的反應(yīng)，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)行氧化和酯化反應(yīng)。 其中，R代表具有1~5個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烷基。
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)；歐洲專利公開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。
通過選擇性還原(L)-蘋果酸酯制備(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，即通過堿降解在4-位上含有葡萄糖取代基的碳水化合物，例如4-0-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.Yoc.,1932~1938(1960)]。該方法存在嚴(yán)重問題，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。另外的問題在于由于過度氧化，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(乳耱)制備(S)-3,4-二羥基丁酸的方法已被介紹了[國際專利公開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@得的理論上的物質(zhì)轉(zhuǎn)化率為28.3wt％。換句話說，從100克二糖可以得到28.3克(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯。對于多糖，例如在上面專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。問題在于從包含在(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，沒有形成更多的目標(biāo)產(chǎn)物。同樣，由于還原端基單元的過度氧化，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)]。
通過酸或堿水解，將較高分子量糖降解為相對較低分子量糖，進(jìn)行了從多糖來提高(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規(guī)的分布。相應(yīng)地，在以高收率制備(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物上存在嚴(yán)重問題[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，可得到的理論物質(zhì)轉(zhuǎn)化率為63wt％，大約高于采用二糖方法的兩倍。換句話說，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)是競爭地形成的。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)包括通過酶處理淀粉來制備葡萄糖、麥芽糖和乙醇[USP 3,791,865(1974)；USP 3,922,200(1975)；USP 4,855,232(1989)；日本專利公開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，為了生產(chǎn)(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物而制備具有適當(dāng)糖分布的α-(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)過大量努力，開發(fā)了容易從商業(yè)上得到的支鏈淀粉制備光學(xué)純(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物的方法。結(jié)果，通過酶反應(yīng)，從支鏈淀粉制備具有結(jié)構(gòu)特殊性的寡糖，并可使副產(chǎn)物的形成最小化，發(fā)現(xiàn)了可以以大的量經(jīng)濟(jì)地制備光學(xué)純(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物的過程。而且，可以在同樣的反應(yīng)器中連續(xù)地進(jìn)行氧化反應(yīng)，而不需要另外分離和提純上面制備的寡糖。
相應(yīng)地，本發(fā)明的目標(biāo)是提供了以高的收率制備光學(xué)純(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物的方法，而不需要另外提純中間體。
圖的簡要介紹圖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；和(b)在堿中，用氧化劑氧化寡糖，并且接著在酸催化劑的存在下，用醇進(jìn)行酯化，以得到由式1表示的(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物的酯。 ，其中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)明思想是采用特定的酶，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。并且接著進(jìn)行氧化和酯化以制備(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物。
即集中于酶的特殊性，用特殊的酶連續(xù)地將支鏈淀粉降解為α-(1,4)連接的寡糖，并且以高的收率從轉(zhuǎn)化的寡糖制備了光學(xué)純(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物。由連續(xù)方法制備的所需產(chǎn)物的光學(xué)純度為超過99.9％ee。
用于本發(fā)明的寡糖是用生物酶處理支鏈淀粉制備的，并且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)的反應(yīng)溶劑的水或pH4.0~8.0的緩沖溶液中，相對于其它多糖例如淀粉和纖維素，對酶的相對反應(yīng)活性被大大地增加。因此，它是制備具有適當(dāng)糖分布、用來制備(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物的寡糖的很有效的原料。
當(dāng)采用支鏈淀粉酶作為酶來選擇性降解支鏈淀粉中的α-(1,6)連接時(shí)，這會造成支鏈淀粉的溶解性問題并降低了酶活性。因此，不單獨(dú)采用支鏈淀粉酶，而是在支鏈淀粉降解為適當(dāng)?shù)奶欠植贾?，?淀粉酶被用來提高反應(yīng)性，并且然后采用支鏈淀粉酶。但是，在這種場合，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)之前引入了剩余α-淀粉酶的失活技術(shù)。
本發(fā)明的制備過程的詳細(xì)說明如下。它包括1)采用特殊酶的生物處理，通過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，和2)通過酯化由氧化反應(yīng)形成的(S)-3,4-二羥基丁酸鹽，制備光學(xué)純(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物的步驟。特別地，本發(fā)明的制備過程的特征為在同樣的反應(yīng)器中制備(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物，而不需要另外提純中間體(寡糖和(S)-3,4-二羥基丁酸)。
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)連接，而支鏈淀粉酶選擇性降解α-(1,6)連接。
本發(fā)明的優(yōu)越性在于在溫和的反應(yīng)條件下，通過采用酶選擇性降解α-(1,4)連接或α-(1,6)連接，以高的收率制備了光學(xué)純(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物，而化學(xué)水解方法沒有選擇性。
本發(fā)明的酶反應(yīng)是在40~120℃下，在水或pH4.0~8.0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，并且持續(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葡萄糖單元范圍內(nèi)。制備的寡糖的還原端基單元和分子量分布是通過光學(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)量分析來分析出的。
寡糖是由選擇性酶反應(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)連接連接的，通過連續(xù)的順序反應(yīng)可以以高的收率得到(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物，并具使副產(chǎn)物最小化(例如甲酸、草酸、乙醇酸和赤糖酸的酸混合物)。而且，得到的(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物被證明光學(xué)上很純(＞99.9％ee)。
在30~65℃條件下，通過滴加堿和氧化劑6-36小時(shí)，進(jìn)行寡糖的氧化。過氧化氫、堿金屬過氧化物、堿土金屬過氧化物和烷基過氧化氫被用作氧化劑，并且過氧化氫為最優(yōu)選。氧化劑是在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。堿是選自由堿金屬氫氧化物或堿土金屬的氫氧化物組成的種類中，并且氫氧化鈉或氫氧化鉀是優(yōu)選的。堿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。
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)溶劑和試劑的醇來進(jìn)行的。無機(jī)酸例如鹽酸、硫酸、磷酸和硝酸，或有機(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)碳原子的線型或支鏈醇被用作醇。
為了比較不同氧化反應(yīng)原料的制備收率，制備的(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物被如下環(huán)化為(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯[參見實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1]。在酸催化劑的存在下，通過將它在30-80℃范圍內(nèi)攪拌2-5小時(shí)，使(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物環(huán)化，以得到(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯。無機(jī)酸例如鹽酸、硫酸、磷酸和硝酸，或有機(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。結(jié)果，如果將從奶酪副產(chǎn)物得到的麥芽糖(二糖)或乳糖(二糖)用作原料，(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的理論物質(zhì)轉(zhuǎn)化率為不超過所用原料重量的28.3wt％。另一方面，如果采用具有超過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，通過將本發(fā)明采用的寡糖用作原料，(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的收率高到所采用原料的57.2wt％。
如上面說明的，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過應(yīng)用特殊的酶，通過將支鏈淀粉轉(zhuǎn)化為寡糖，氧化支鏈淀粉的低反應(yīng)性被解決了。而且，副產(chǎn)物的形成被最小化，并且可以以高的收率和很簡單的提純過程制備光學(xué)純(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物。
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)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來的Promozyme；EC 3.2.1.4)，并在該溫度下將溶液攪拌22小時(shí)。將0.54公斤40％的NaOH溶液加入到反應(yīng)溶液中以中和乙酸，并將溫度升高到60℃。在24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)。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)δ 2.27(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，并將反應(yīng)溶液過濾以除去副產(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)實(shí)施例2(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的刺備將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0.54公斤40％的NaOH溶液加入到反應(yīng)溶液中以中和乙酸，并將溫度升高到60℃。在24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)。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93％)。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。在過濾和濃縮得到的溶液后，得到(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯(2.86公斤，所用支鏈淀粉的57.2wt％)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。用乙酸乙酯溶解得到的溶液并用碳酸鈉中和得到的溶液。在過濾和濃縮得到的溶液后，得到(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯(2.85公斤，所用支鏈淀粉的57wt％)。1H-NMR(CDCl3,ppm)δ2.28(dd,1H),2.74(dd,1HO,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，但以叔丁基過氧化氫(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％)。對比實(shí)施例3從直鏈淀粉制備(S)-3-羥基-y-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對比不同原料的(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯的收率對于含有表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)-3,4-二羥基丁酸衍生物，然后成環(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表明，對于二糖，相對質(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，則相對質(zhì)量轉(zhuǎn)化率被提高到57.2wt％，幾乎是二糖的兩倍。如果不用酶處理支鏈淀粉，則相對質(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)以各種方法制備的(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯溶解在3毫升的二氯甲烷中，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-醋酸基-y-丁內(nèi)酯。將得到的(S)-3-羥基-γ-丁內(nèi)酯溶解在二氯甲烷中，用注射器取出0.5μl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化合物的中間體。結(jié)果分別顯示于圖1a、1b和1c。
本發(fā)明的制備方法得到了光學(xué)純(S)-3,4-二羥基丁酸衍生物，它非常適合用作工業(yè)應(yīng)用，因?yàn)楦碑a(chǎn)物的形成被最小化并且提純過程很簡單。它包括堿氧化在特定條件下從支鏈淀粉的酶反應(yīng)得到的α-(1,4)連接的寡糖，接著通過酯化得到目標(biāo)產(chǎn)物。本發(fā)明解決了采用昂貴金屬催化劑進(jìn)行選擇性不對稱還原反應(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)-3,4-二羥基丁酸衍生物的方法，它包括下面的步驟酶反應(yīng)支鏈淀粉為由式2表示的α-(1,4)連接的寡糖；和在堿中，用氧化劑氧化寡糖，接著在酸催化劑的存在下，用醇進(jìn)行酯化， ，其中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的方法，其中所述的寡糖具有3到50個(gè)葡萄糖單元。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的氧化反應(yīng)是在30到65℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中用于所述氧化反應(yīng)的堿選自堿金屬氫氧化物和堿土金屬氫氧化物。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述的堿為氫氧化鈉。
6．根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求4的方法，其中所述的堿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。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中用于所述氧化反應(yīng)的氧化劑是選自過氧化氫、堿金屬過氧化物、堿土金屬過氧化物和烷基過氧化氫。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述的氧化劑為過氧化氫。
9．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述的氧化劑為叔丁基過氧化氫。
10．根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求7的方法，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。
11．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，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。
12．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中用于所述的酯化反應(yīng)的酸催化劑為選自鹽酸、硫酸、磷酸和硝酸的無機(jī)酸。
13．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中用于所述酯化反應(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。
全文摘要
本發(fā)明涉及到用于制備由式(1)表示的光學(xué)純(S)－3,4－二羥基丁酸衍生物的過程,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)－3,4－二羥基丁酸衍生物的過程,即通過(a)在特定條件下,通過容易從天然產(chǎn)品中獲得的支鏈淀粉與酶反應(yīng),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,連續(xù)地進(jìn)行氧化和酯化反應(yīng)。在式(1)中,R代表具有1～5個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烷基。
文檔編號C07D307/32GK1316013SQ99810372
公開日2001年10月3日 申請日期1999年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月24日
發(fā)明者趙翼行, 千鐘弼, 樸英美, 盧炅淥, 柳昊成, 黃大一 申請人:三星精密化學(xué)株式會社