CN115557958B - 一种制备生物素中间体光学活性内酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制备生物素中间体光学活性内酯的方法，1)将生物素中间体酰亚胺用硼氢化钠还原得到酰亚胺还原物，其中，硼氢化钠为批量添加；2)将步骤1)中得到的酰亚胺还原物进行纯化；3)将步骤2)纯化后的酰亚胺还原物再用硼氢化钠还原开环，以得到生物素中间体胺醇，其中，硼氢化钠为批量添加；4)将所述生物素中间体胺醇用酸水解后，以得到生物素中间体光学活性内酯。本发明通过对酰亚胺进行还原，得到选择性还原产物，并通过结晶精制去除手性杂质，得到纯的还原物，该还原产物继续还原后得到胺醇，可不经分离提纯直接进行水解得到光学纯度合格的光学活性内酯(Ⅳ)，总收率提高，操作简化，废料减少，极具工业价值。
Description
技术领域
本发明涉及维生素中间体领域，具体地说是一种制备生物素中间体光学活性内酯的方法。
背景技术
(+)-生物素(Biotin)又称维生素H或辅酶R，化学名为(3aS,4S,6aR)-六氢-2-氧代-1H-噻吩并[3,4-d]咪唑-4-戊酸，广布于动物及植物组织，已从肝提取物和蛋黄中分离得到，是多种羧化酶辅基的成分，是动植物生长发育所必需的物质。
自1944年Merck公司首次合成d-生物素后，现已有40多种生物素的化学全合成法。起始原料有L-半胱氨酸、L-半氨酸、富马酸、d-葡萄糖、d-***糖、庚二酸等，其中最为经典的是Roche公司的Goldberg-Sterbach工艺，首次实现了生物素的工业化生产，现在工业化的工艺大部分来自于该工艺的改进。该路线的一个关键中间体是光活性内酯(Ⅳ)，其与硫代乙酸钾，在DMF中反应，能保持构型，并以较高收率得到光活性硫代内酯(Ⅴ)。利用光活性硫代内酯，可以经几步反应直接合成d-生物素，合成路线如下：
因此，作为关键中间体，光学活性内酯(Ⅳ)的合成显得极其重要。
1975年，Sumitomo公司发明了一种光学活性内酯(Ⅳ)的不对称合成方法：内消旋二酸先与(S，S)-(+)-苏式-1-(对硝基苯基)-2-氨基-1,3-丙二醇(抗生素氯霉素的副产物)反应得到酰亚胺(Ⅱ)，经NaBH4还原、开环得胺醇(ⅢA)，再经重结晶除去其光学副产物(ⅢB)；然后胺醇(ⅢA)酸水解得到需要的光学活性内酯(Ⅳ)，经重结晶后收率为65％，e.e值达到98％。其中控制内酯光学纯度的关键是胺醇(ⅢA)的纯度，合成路线如下：
酰亚胺(Ⅱ)的两个羰基由于具有不同的化学环境而被不对称的还原，在产生目标产物(ⅢA)的同时，会不可避免的产生少量的另一非对映异构体(ⅢB)。如果不经分离，非对映异构体(ⅢB)水解得到的光学异构体杂质(ⅣB)会一直带入到最终产品，影响产品生物素的含量；如果进行分离精制，就会使收率大幅降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备生物素中间体光学活性内酯的方法，所述方法包括如下步骤：
1)将如式(II)所示的生物素中间体酰亚胺用硼氢化钠还原得到式(I)所示的酰亚胺还原物，其中，硼氢化钠为批量添加；
2)将步骤1)中得到的酰亚胺还原物进行纯化；
3)将步骤2)纯化后的酰亚胺还原物再用硼氢化钠还原开环，以得到如式(III)所示的生物素中间体胺醇，其中，硼氢化钠为批量添加；
4)将所述生物素中间体胺醇用酸水解后，以得到如式(IV)所示的生物素中间体光学活性内酯；
其中R*为手性胺，Bn为苄基。
本发明对酰亚胺(Ⅱ，结构式如下)的不对称还原反应进行深入分析后，认为NaBH4对酰亚胺的4位和6位羰基的选择性还原主要是由于空间位阻的影响。位于6位的羰基由于空间位阻小，优先被还原为醇。
式(Ⅰ)所示的酰亚胺还原物，其化学名为(3aS,6aR)-1,3-二苄基-5-[(1S,2S)-(+)-苏式-1’-羟甲基-2’-对硝基苯基-2’-羟基-乙基]-六氢-1H-吡咯并[3,4-d]咪唑-6-羟基-2，4-二酮：
其中Bn为苄基。
在本发明的方法的优选技术方案中，优选地，R*为右胺，(1S,2S)-(+)-苏式-1-(对硝基苯基)-2-氨基-1,3-丙二醇。
在本发明的方法的优选技术方案中，优选地，步骤1)中，硼氢化钠用量与所述生物素中间体酰亚胺用量的摩尔比为0.3-0.5：1，所述含水乙醇溶剂体积用量与所述生物素中间体酰亚胺重量用量的比为3-6：1，在含水乙醇溶剂中，在-15～0℃下反应。
在本发明的方法的优选技术方案中，优选地，步骤2)中，所述酰亚胺还原物的纯化为重结晶纯化。
在本发明的方法的优选技术方案中，优选地，步骤3)中，硼氢化钠用量与所述纯化后的酰亚胺还原物用量的摩尔比为2.0-2.2：1，所述含水乙醇体积用量与所述酰亚胺还原物重量用量的比为3-6：1，在含水乙醇溶剂中，在5～10℃下反应。
在本发明的方法的优选技术方案中，优选地，步骤3)中，所述生物素中间体胺醇还可以进一步纯化。
在本发明的方法的优选技术方案中，优选地，所述水解的温度为90-100℃，所述酸选自乙酸、盐酸、硫酸中的一种。
在本发明的方法的优选技术方案中，优选地，步骤1)和步骤3)中，所述含水乙醇溶剂为95％乙醇水溶液。
在本发明的方法的优选技术方案中，优选地，所述重结晶的溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇。
在本发明的方法的优选技术方案中，优选地，步骤4)中，水解后，进行薄层检测，完毕后，停止加热，冷却至室温，用碱液中和至中性；然后用有机溶剂萃取，水洗两次后，干燥，减压回收溶剂后，重结晶得到白色晶体状粉末内酯(IV)；所述碱液选自氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠的水溶液中的一种；所述有机溶剂选自甲苯、正己烷、环己烷、***、二氯甲烷中的一种。
本发明通过对酰亚胺进行还原，得到选择性还原产物，并通过结晶精制去除手性杂质，得到纯的还原物，该还原产物继续还原后得到胺醇，可不经分离提纯直接进行水解得到光学纯度合格的光学活性内酯(Ⅳ)，总收率提高，操作简化，废料减少，极具工业价值。
附图说明
图1A为酰亚胺还原产物(I)的1H-NMR谱；
图1B为酰亚胺还原产物(I)的13C-NMR谱；
图2A为生物素中间体光学活性内酯(Ⅳ)的红外谱图；
图2B为生物素中间体光学活性内酯(Ⅳ)的1H-NMR谱；
图2C为生物素中间体光学活性内酯(Ⅳ)的13C-NMR谱；
图2D为生物素中间体光学活性内酯(Ⅳ)的DEPT135谱；
图3为由浙江大学分析测试中心对酰亚胺还原产物(I)进行晶体结构测定的立体结构图。
具体实施方式
现结合所附较佳实施例详细说明如下，所附的较佳实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
在本发明的各个实施例中所使用的分析仪器与设备为：核磁共振仪，AVANCE DMXⅡⅠ400M(TMS内标，Bruker公司)；红外光谱仪，NICOLET 360FT-IR。
实施例1：酰亚胺还原物(Ⅰ)的制备
将21.2g酰亚胺(0.04mol)放入三口烧瓶中，加入溶剂95％乙醇水溶液80ml，在-10℃时分批加入0.65g硼氢化钠(0.017mol)，约1小时加完，维持-15～0℃反应约1小时，薄层色谱检测反应完全，用乙酸中和至中性，蒸干溶剂后，加入异丙醇50毫升，加热溶解，冷却到5℃结晶，析出大量白色固体，抽滤，干燥得产物18.9g，摩尔收率88.7％，mp96～97℃。
1H NMR(400MHz,DMSO)δ8.181(d,J＝8.4Hz,2H),7.621(d,J＝8.4Hz,2H),7.179–7.380(m,10H),6.675(d,J＝6.0Hz,1H),6.159–6.171(m,1H),5.209–5.236(m,1H),5.063–5.090(m,1H),4.815–4.891(m,2H),4.662(d,J＝15.2Hz,1H),4.164(d,J＝15.2Hz,1H),3.906–4.027(m,3H),3.617–3.677(m,2H),3.522–3.577(m,1H)，如图1A所示。
13C NMR(101MHz,DMSO)δ170.40,159.01,150.40,146.66,137.39,136.91,128.61,128.49,127.98,127.92,127.82,127.35,127.25,123.07,79.21,70.15,60.23,58.37,55.17,52.13,46.38,45.35，如图1B所示。
实施例2：酰亚胺还原物(Ⅰ)继续还原、水解制备内酯
250ml的三口烧瓶中加入95％的含水乙醇80ml，在5℃的冷浴中搅拌，加入10.6g(0.020mol)上例(实施例1)制备的还原物，搅拌几分钟后开始批加1.6g(0.042mol)硼氢化钠，在半小时左右加完，开始的时候还原物不溶，当批加完时溶液变澄清，继续保温搅拌48小时左右，薄层检测反应完成后，用醋酸中和至中性，蒸掉溶剂，得粗品。向瓶中加入20％硫酸水溶液59g(0.12mol)，在90-100℃下磁力搅拌回流4h，薄层检测反应完后，停止加热，冷却至室温，用稀碱液(10％的氢氧化钠水溶液)中和至中性，然后用150ml的二氯甲烷萃取三次，合并有机层，水洗两次后，用2g无水硫酸钠干燥，减压回收溶剂后，用95％乙醇水溶液重结晶。得白色固体粉末5.8g，摩尔收率90.0％，mp116～117℃，比旋光度[α]D 20＝+59.4°，e.e值98.9％。
上述2步反应，酰亚胺先还原到还原物，精制、还原开环、水解、重结晶后，得到符合含量要求的产物内酯，2步摩尔总收率79.8％。
结构确认：
IR:3033.75(Ar－H)，1769.88(C＝O,酯)，1700.57(C＝O,酮)，1443.71(C＝C，苯)，1211.33(C－O,酯)，697.62(δAr－H)，如图2A所示。
1HNMR(CDCl3):7.252～7.400(m,10H,苯环H)，5.062(d,1H,J＝14.8HZ,C7H)，4.646(d,1H,J＝15.2HZ,C8H)，4.389(d,1H,J＝14.4HZ,C7H)，4.360(d,1H,J＝14.8HZ,C8 H)，4.162(s,2H,C6 H)，4.1066～4.133(C3aH)，3.925(d,1H,J＝8.8HZ,C6aH)，如图2B所示。
13CNMR(CDCl3):172.76(C4)，158.12(C2)，135.94(C10)，135.83(C9)，127.80～128.94(除9、10外的苯环C)，70.04(C6)，54.33(C6a)，52.39(C3a)，46.83(C7)，45.15(C8)，如图2C所示。
DEPT(θ＝135°)：127.80～128.94，70.03(D)，54.33，52.39，46.827(D)，45.149(D)，如图2D所示。
单晶的培养：将上述得到的内酯晶体粉末少许放在小瓶中，用乙醇溶解，用滤纸封口，放置五周后析出无色透明晶体，由浙江大学分析测试中心进行晶体结构测定，测定的立体结构如图3所示。
实施例3：酰亚胺还原物(Ⅰ)继续还原、水解制备内酯
按上例(实施例2)方法将实施例1制备的酰亚胺还原物(I)继续还原开环得到胺醇(III)粗品。用异丙醇50ml重结晶，得白色固体10.1g。向瓶中加入37％盐酸12g(0.12mol)，磁力搅拌回流4h，薄层检测反应完后，停止加热，冷却至室温，用稀碱液(10％的氢氧化钠水溶液)中和至中性，然后用150ml的二氯甲烷萃取三次，合并有机层，水洗两次后，用2g无水硫酸钠干燥，减压回收溶剂后，用95％乙醇重结晶。得白色固体粉末5.5g，收率85.3％，mp116～117℃，比旋光度[α]D 20＝+60.0°，e.e值100％。
实施例1及实施例3，酰亚胺先还原到还原物，精制、还原开环、精制、水解、重结晶后，得到符合含量要求的产物内酯，2步摩尔总收率75.7％。结构确认：
IR:3033.75(Ar－H)，1769.88(C＝O,酯)，1700.57(C＝O,酮)，1443.71(C＝C，苯)，1211.33(C－O,酯)，697.62(δAr－H)，如图2A所示。
1HNMR(CDCl3):7.252～7.400(m,10H,苯环H)，5.062(d,1H,J＝14.8HZ,C7H)，4.646(d,1H,J＝15.2HZ,C8H)，4.389(d,1H,J＝14.4HZ,C7H)，4.360(d,1H,J＝14.8HZ,C8 H)，4.162(s,2H,C6 H)，4.1066～4.133(C3aH)，3.925(d,1H,J＝8.8HZ,C6aH)，如图2B所示。
13CNMR(CDCl3):172.76(C4)，158.12(C2)，135.94(C10)，135.83(C9)，127.80～128.94(除9、10外的苯环C)，70.04(C6)，54.33(C6a)，52.39(C3a)，46.83(C7)，45.15(C8)，如图2C所示。
DEPT(θ＝135°)：127.80～128.94，70.03(D)，54.33，52.39，46.827(D)，45.149(D)，如图2D所示。
单晶的培养：将上述得到的内酯晶体粉末少许放在小瓶中，用乙醇溶解，用滤纸封口，放置五周后析出无色透明晶体，由浙江大学分析测试中心进行晶体结构测定，测定的立体结构如图3所示。
对比实施例1：酰亚胺还原直接水解制备内酯
250ml的三口烧瓶中加95％的乙醇水溶液100ml，在－10℃的冷浴中搅拌，加入21.2g(0.04mol)酰亚胺，搅拌几分钟后开始批加3.8g(0.10mol)硼氢化钠，在半小时左右加完，薄层跟踪反应进行。将反应液移至室温，磁力搅拌48小时，薄层检测反应完后，醋酸中和至中性，减压蒸掉溶剂，所得固体加入20％硫酸98g(0.2mol)，磁力搅拌回流4h，薄层检测反应完后，停止加热，让它冷却至室温，用稀碱液中和至中性，然后用150ml的二氯甲烷萃取三次，合并有机层，水洗两次后，用无水硫酸钠干燥，减压回收溶剂后，用95％乙醇重结晶，得白色晶体状粉末10.9g，总收率84.6％，mp116～118℃，比旋光度[α]D 20＝+50.2°，e.e值83.7％。其光学纯度不符合要求。
其核磁数据与实施例2一致。
对比实施例2：酰亚胺还原到胺醇，胺醇重结晶后水解制备内酯
250ml的三口烧瓶中加入184ml乙醇和16ml水，在－10℃的冷浴中搅拌，加入42.4g(0.08mol)酰亚胺，搅拌几分钟后开始批加7.6g(0.21mol)硼氢化钠，在半小时左右加完，薄层跟踪反应进行。将反应液移至室温，磁力搅拌48小时，薄层检测反应完后，醋酸中和至中性，蒸干溶剂后用异丙醇50ml重结晶，得白色固体26.2g，按上述方法水解，95％乙醇水溶液重结晶，得白色晶体状粉末15.0g，总收率58.0％，mp116～117℃，比旋光度[α]D 20＝+60.0°，e.e值100％。
其核磁数据与实施例2一致。
本发明的方法与对比例1和对比例2的方法比较后，可以得出结论：本发明方法既能得到含量符合要求的产物，又能保证较高收率，极具工业价值。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。
Claims (9)
1.一种制备生物素中间体光学活性内酯的方法，所述方法包括如下步骤：
1)将如式(II)所示的生物素中间体酰亚胺在含水乙醇溶剂中在-15～0℃下用硼氢化钠还原得到式(I)所示的酰亚胺还原物，其中，硼氢化钠为批量添加；
2)将步骤1)中得到的酰亚胺还原物进行纯化；
3)将步骤2)纯化后的酰亚胺还原物在含水乙醇溶剂中在5～10℃下再用硼氢化钠还原开环，以得到如式(III)所示的生物素中间体胺醇，其中，硼氢化钠为批量添加；
4)将所述生物素中间体胺醇用酸水解后，以得到如式(IV)所示的生物素中间体光学活性内酯；
其中，R*为(1S,2S)-(+)-苏-1-羟甲基-2-(对硝基苯基)-2-羟乙基，Bn为苄基。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，硼氢化钠用量与所述生物素中间体酰亚胺用量的摩尔比为0.3-0.5：1，所述含水乙醇溶剂体积用量与所述生物素中间体酰亚胺重量用量的比为3-6：1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述酰亚胺还原物的纯化为重结晶纯化。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中，硼氢化钠用量与所述纯化后的酰亚胺还原物用量的摩尔比为2.0-2.2：1，所述含水乙醇体积用量与所述酰亚胺还原物重量用量的比为3-6：1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述生物素中间体胺醇还可以进一步纯化。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中，所述水解的温度为90-100℃，所述酸选自乙酸、盐酸、硫酸中的一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)和步骤3)中，所述含水乙醇溶剂为95％乙醇水溶液。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述重结晶的溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇。
9.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，步骤4)中，水解后，进行薄层检测，完毕后，停止加热，冷却至室温，用碱液中和至中性；然后用有机溶剂萃取，水洗两次后，干燥，减压回收溶剂后，重结晶得到白色晶体状粉末内酯(IV)；所述碱液选自氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠的水溶液中的一种；所述有机溶剂选自甲苯、正己烷、环己烷、***、二氯甲烷中的一种。
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