D-對(duì)羥基苯甘氨酸的制備

1、D-對(duì)羥基苯甘氨酸的制備制藥081（10084349）劉朝陽(yáng)1前言1.1目的D-對(duì)羥基苯甘氨酸是重要的醫(yī)藥中間體，通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)，本文總結(jié)了對(duì)羥基苯甘氨酸的性質(zhì)、用途、主要生產(chǎn)路線和生產(chǎn)開(kāi)發(fā)情況。1.2產(chǎn)品介紹D-對(duì)羥基苯甘氨酸（簡(jiǎn)稱:D-p-HPG）是一種重要的醫(yī)藥精細(xì)化學(xué)品，主要用于合成B-2-內(nèi)酰胺類半合成抗菌素，如羥氨芐青霉素（阿莫西林）、頭抱克羅、頭抱立新、頭孢拉定等抗菌藥物。這些藥物用途廣泛，對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌、革蘭氏陰性菌、弓形體、螺旋體等均有殺滅作用；同時(shí)它也用于多種多肽類激素及農(nóng)藥的合成、人工甜味劑的重要中間體?！窘Y(jié)構(gòu)式】D-對(duì)羥基苯甘氨酸（D-p-hydroxylphe

2、nylglycine,D-p-HPG）,化學(xué)名D-a-氨基對(duì)羥基苯乙酸，分子式（OH）CHNHCHCOOH,分子量167.2。6422【性狀】白色片狀結(jié)晶，熔點(diǎn)204C（分解），微溶于乙醇和水,易溶于酸或堿溶液生成鹽。1.3研究意義D-對(duì)羥基苯甘氨酸是一種重要是合成廣譜抗生素羥氨卞青霉素和羥基頭抱菌素的重要原料，用途廣泛。中國(guó)是抗生素類藥物的生產(chǎn)和需求大國(guó)，而且中國(guó)制藥行業(yè)已把半合成青霉素和半合成頭抱菌素作為發(fā)展重點(diǎn)，因此對(duì)D-HPG新工藝的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。2合成方法綜述合成方法大致分兩類:一類是生物酶催化選擇性合成D-HPG,該法選擇性高，污染小,但因生物菌培養(yǎng)問(wèn)題,大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)

3、還有一定技術(shù)難度；另一類是采用化學(xué)方法合成得到外消旋體D,L-對(duì)羥基苯甘氨酸(D,L-HPG),再經(jīng)拆分得到具有光學(xué)活性的D-HPG。2.1D,LHPG的合成化學(xué)合成是工業(yè)上生產(chǎn)D-HPG普遍采用的，但近年來(lái),隨著環(huán)保要求的不斷提高和生物酶技術(shù)在手性氨基酸藥物中的研究的不斷進(jìn)展,利用生物催化合成D-HPG逐漸成為研究的熱點(diǎn)。2.1.1生物催化合成法與化學(xué)合成方法相比,生物催化法具有環(huán)境污染小、反應(yīng)條件溫和、選擇性和轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點(diǎn),但生物菌種的篩選較為困難,投資大,生物酶容易失活,無(wú)法大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)。因此生物催化合成法仍以實(shí)驗(yàn)室研究較多。對(duì)于生物催化合成法的研究主要集中在利用D,L-對(duì)羥基苯海

4、因(D,L-HPH)為原料經(jīng)酶催化合成D-HPG上。第一步使用D-海因酶作用在底物D,L-HPH上,使其進(jìn)行不對(duì)稱開(kāi)環(huán)生成N-氨基甲酰-D-對(duì)羥基苯甘氨酸，第二步再將N-氨基甲酰-D-對(duì)羥基苯甘氨酸用化學(xué)方法水解脫去氨甲?；肈-HPG。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于D-海因酶能選擇性水解D-HPH,而L-HPH在堿性條件下可以自發(fā)消旋為D,L-HPH,底物的利用率達(dá)到100%,但反應(yīng)第二步采用化學(xué)方法水解,污染問(wèn)題仍較為嚴(yán)重。2.1.2化學(xué)合成法化學(xué)合成因其具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,易于操作等優(yōu)點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)外所有文獻(xiàn)一致傾向于先合成出外消旋化的D,L-HPG，然后再進(jìn)行拆分獲得D-HPG的兩步法。有些方法還包括將

5、不需要的L-HPG進(jìn)行消旋化。D,L-HPG的化學(xué)合成方法主要有以下幾種。2.1.2.1對(duì)甲氧基苯甲醛法該法是早期用于工業(yè)生產(chǎn)D,L-HPG的合成方法。對(duì)甲氧基苯甲醛與氰化鈉在水溶液或醇溶液中，經(jīng)環(huán)合、加壓堿水解和脫甲基，得到D,L-HPG。該反應(yīng)中使用劇毒的氰化鈉,反應(yīng)路線長(zhǎng),收率低,堿水解步驟需要高壓,對(duì)設(shè)備的要求條件較高,目前已經(jīng)逐步被淘汰。2.1.2.2對(duì)羥基苯甲醛法（Strecker氨基酸合成法）Strecker氨基酸合成法也是較早用于合成D,L-HPG的方法。碳酸氫銨與氰化鈉在酸性介質(zhì)中環(huán)合成乙內(nèi)酰胺，也稱對(duì)羥基苯海因，再經(jīng)130C，堿性水解,開(kāi)環(huán)、酸化制取消旋體D,L-pDHG。

6、NaCN+NHHCOs+HCI十D,L-HPG該法工藝較成熟,收率較高,反應(yīng)時(shí)間短,但起始原料對(duì)羥基苯甲醛來(lái)源限制，售價(jià)高；氰化鈉劇毒，生產(chǎn)中有HCN氣體產(chǎn)生，廢液中HCN需處理合格后方可排放，三廢嚴(yán)重；成本高，轉(zhuǎn)化率低等，目前已經(jīng)很少有廠家采用。2.1.2.3對(duì)羥基苯海因法該方法有多種形式。其中一種如下式所示，以海因?yàn)樵?，?jīng)過(guò)溴化，與苯酚縮合，水解也可獲得D,L-HPG。收率50%左右。該方法只處于研究的水平。由于溴化物價(jià)格高昂，該法難以有工業(yè)應(yīng)用前景。用乙醛酸、尿素、苯酚在酸催化下反應(yīng)得到對(duì)羥基苯海因，再經(jīng)化學(xué)催化得到D,L-HPG。+h2ncnh2+HOOCHCHO該方法原料廉價(jià)易得，

7、工藝成熟。2.1.2.3對(duì)羥基扁桃酸法用乙醛酸與苯酚作用，制得羥基扁桃酸后氨解用乙醛酸作為原料合成DL-對(duì)羥基苯甘氨酸，工藝上分為一步合成和兩步合成。一步合成主要根據(jù)mannich胺甲基化作用原理，由于乙醛酸含有醛基和酸基，化學(xué)性質(zhì)活潑，能與含有活潑氫原子的化合物發(fā)生縮合反應(yīng)，再經(jīng)過(guò)酶法分離得到D-對(duì)羥基苯甘氨酸。乙醛酸濃度3080%，反應(yīng)溫度控制在830C，最后將外消旋用水或有機(jī)溶劑重結(jié)晶得到純品。為了進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)化率，第二步反應(yīng)中最好加入分散劑，加入量一般為30100g/mol。專利報(bào)道將苯酚、乙醛酸和含有銨鹽的氨水同時(shí)混合反應(yīng)，制得DL-p-HPG,收率一般為3650%。由于一步合成收率

8、低、反應(yīng)溫度低、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、原料中氨和銨鹽占很大比例、廢水嚴(yán)重、乙醛酸回收難，造成成本偏高，因而，兩步合成更受重視。其化學(xué)反應(yīng)方程式如圖第一步：苯酚和乙醛酸在堿性條件下反應(yīng)后，乙醛酸幾乎完全反應(yīng)，用鹽酸調(diào)pH約為6,未反應(yīng)的苯酚用甲苯萃取，回收利用。接著調(diào)pH至1.5，減壓脫去大部分水；用乙酸乙酯提取，減壓蒸餾，制得純中間體對(duì)羥基偏桃酸，熔點(diǎn)8284C。第二步：對(duì)羥基偏桃酸與醋酸酐反應(yīng)，再經(jīng)氨解。該方法以乙醛酸計(jì)，收率為55%。該方法與下述的方法比較，仍然步驟較多，涉及多次的萃取、過(guò)濾等分離過(guò)程，目前已很少采用。2.1.2.4乙醛酸，苯酚與銨鹽直接反應(yīng)制得對(duì)上述方法進(jìn)一步改進(jìn)，可以選擇多種銨鹽

9、、醋酸銨、氯化銨、碳酸氫銨等使用。其中用醋酸銨的研究較多，收率可達(dá)50%。早期曾有人使用氨水進(jìn)行氨解，但因副反應(yīng)太多，收率較低而沒(méi)有成功。我們嘗試了使用醋酸銨的合成方法，收率僅為35%左右。用乙醛酸鈉代替乙醛酸，收率提高到45%左右。PHOHHOQCCHONH40Ac該方法的收率還是有待提高。另外使用大量過(guò)量的醋酸銨也給分離提純帶來(lái)了困難。研究發(fā)現(xiàn)在第二步反應(yīng)中加入相轉(zhuǎn)移催化劑十八烷基二甲基芐基氯化銨，用苯二甲酰亞胺和氨水代替銨鹽進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為八小時(shí)，反應(yīng)溫度為60，收率達(dá)83.5%以上，產(chǎn)物純度為99%以上。PHOH+HOOCCHO2.1.2.5乙醛酸，苯酚與活潑酰胺基化合物反應(yīng)制得針

10、對(duì)該反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、收率低等問(wèn)題，用氨基磺酸代替銨鹽，反應(yīng)6h,使反應(yīng)的收率達(dá)到68.8%。如下式所示，該方法使用的活潑酰胺基化合物為氨磺酸、尿素、氨基甲酸酯等，直接合成D,L-HPG。HOOCCHONH2SO3H該方法的收率可以達(dá)到60%以上。該方法收率高、成本低、原料易得、步驟少，是目前較好的方法。2.2D,L-HPG的拆分D,L-HPG的拆分是目前研究的熱點(diǎn)，也是難點(diǎn)，拆分是整個(gè)合成的關(guān)鍵。如何高收率、高純度地獲得D-HPG是一個(gè)急待解決的問(wèn)題。在眾多的拆分方法中，除了個(gè)別酶法破壞不需要的L-PHG，總收率低于50%外，其它方法都可以將拆分后剩余的母液進(jìn)行消旋化，再進(jìn)行下一次拆分，所以總收率

11、都接近100%。拆分水平主要表現(xiàn)在單程收率上。單程收率低的方法必然帶來(lái)生產(chǎn)能力低下、成本太高的問(wèn)題。另外，產(chǎn)品純度的要求很高，可以說(shuō)純度重于收率?，F(xiàn)階段主要有以下幾個(gè)拆分方法。2.2.1酶法拆分20世紀(jì)80年代末,國(guó)外有大量文獻(xiàn)報(bào)道用生物酶拆分技術(shù)制備。例如，美國(guó)專利是在乙酞脈酶催化下，對(duì)DL-對(duì)羥基苯海因進(jìn)行不對(duì)稱水解，生成N-氨甲酰-D-HPG,然后經(jīng)水解脫氨甲酞基生成D-HPG。反應(yīng)式如下乙酰脈酶.A氨屮曲水觥D.HpG該法具有光學(xué)純度高,產(chǎn)品質(zhì)量好,成本低,對(duì)環(huán)境污染小的優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)是用乙酞脈酶催化水解DL-（士）-對(duì)羥基苯海因時(shí)并不直接生成,仍需用化學(xué)法或生物酶法脫氨甲酞基才能得到另

12、外,所用的乙酰脲酶必須通過(guò)發(fā)酵來(lái)生產(chǎn),技術(shù)水平要求高，如果酶被污染就達(dá)不到D-HPG所需的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).目前,國(guó)外已研究出可重復(fù)使用,甚至可連續(xù)化生產(chǎn)的固相酶技術(shù),生產(chǎn)過(guò)程可自動(dòng)控制,工藝簡(jiǎn)化。由于固定化酶的來(lái)源和價(jià)格的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)未采用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)D-HPG；今后還有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)研究商品化穩(wěn)定的酶制劑，盡早投入工業(yè)化大生產(chǎn),使拆分工藝更趨穩(wěn)定。2.2.2化學(xué)拆分法化學(xué)拆分法是利用光學(xué)活性劑與對(duì)羥基苯甘氨酸反應(yīng)，使之生成非對(duì)映異構(gòu)體，再利用非對(duì)映異構(gòu)體物理性質(zhì)（如溶解度、蒸汽壓、吸收系數(shù)）等的差異將其拆分。原理如圖ch3ohh5so4D-灑三酸D,L-對(duì)疑基苯甘氮酸屮產(chǎn)L-對(duì)輕皐苯甘氨酸甲酯酒石

13、醵本法的關(guān)鍵是拆分劑的選擇，常用的有酒石酸、樟腦磺酸類、苯磺酸等。以酒石酸為拆分劑，原料易得，成本低，但反應(yīng)步驟長(zhǎng)，單程轉(zhuǎn)化率低（僅50）；溴化樟腦磺酸的拆分效果好，轉(zhuǎn)化率也較高，單程轉(zhuǎn)化率超過(guò)60；苯磺酸這類非光學(xué)活性拆分劑，易于回收，成本較低，具有較廣闊的運(yùn)用前景。2.2.3誘導(dǎo)結(jié)晶法晶種法是一種成本低廉的拆分手性化合物的方法。HLG具有規(guī)則的晶型，適合用該法本法利用氨基化合物的物理性質(zhì)差異,在外消旋體溶液中加入一種旋光異構(gòu)體作為晶種,誘導(dǎo)相同的異構(gòu)體析出,從而達(dá)到分離的目的。常用的拆分劑有:手性酒石酸、溴代樟腦磺酸、苯磺酸、硫酸等,拆分路線如下:該法的優(yōu)點(diǎn)是不使用昂貴的拆分劑,并且利于回

14、收和分離,拆分母液可循環(huán)150次以上,消旋化母液可連續(xù)套用。在拆分過(guò)程中選用合適的溶劑及配比,對(duì)投料量和溫度嚴(yán)格控制,能取得較好的拆分效果,旋光度可達(dá)80%,一步拆分收率可達(dá)90%,降低了拆分成本。但是仍存在步驟多,不能連續(xù)生產(chǎn)等問(wèn)題。2.2.4離子自拆分法離子自拆分法是利用D-HPG自身作為拆分劑，在D-對(duì)羥基苯甘氨酸硫酸氫鹽的溶液中誘導(dǎo)結(jié)晶析出D-對(duì)羥基苯甘氨酸硫酸鹽，再水解得D-HPG。該法反應(yīng)時(shí)間短,污染少，成本低,適于工業(yè)生產(chǎn)，但反應(yīng)中作為拆分劑的D-HPG必須要有較高的光學(xué)純度，否則將直接影響到拆分產(chǎn)物的光學(xué)純度。2.2.5不對(duì)稱轉(zhuǎn)化法不對(duì)稱轉(zhuǎn)化法是在醛類催化劑的作用下，選用合適的

15、拆分劑，不需要分離出另一種光學(xué)異構(gòu)體,使消旋化和拆分在合適的溶劑中同步完成。該法省去了經(jīng)典拆分中因?qū)τ丑w的濃度增加而導(dǎo)致的夾帶現(xiàn)象,保證了光學(xué)純度,拆分和消旋同步完成,是近年來(lái)應(yīng)用于氨基酸拆分領(lǐng)域的先進(jìn)拆分技術(shù)之一。該法常用的拆分劑有溴代樟腦磺酸、鄰甲基苯磺酸、磺基水揚(yáng)酸、苯基乙磺酸等。1983年，Yamada等首先提出不對(duì)稱轉(zhuǎn)換技術(shù)。利用醛類化合物在乙酸介質(zhì)中與氨基酸形成希夫堿后進(jìn)行互變異構(gòu)，喪失手性，從而實(shí)現(xiàn)消旋化。最常用的醛是水楊醛。如下式所示，該方法只需要催化量的醛，條件比原來(lái)在濃酸、濃堿中長(zhǎng)時(shí)間加熱的方法溫和，所以很快就應(yīng)用到氨基酸拆分領(lǐng)域。原有拆分技術(shù)與不對(duì)稱轉(zhuǎn)換技術(shù)的結(jié)合，大大簡(jiǎn)

16、化了操作步驟，提高了產(chǎn)品純度，使D,L-HPG的拆分技術(shù)有了突破性的進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)證明，在95%醋酸介質(zhì)中，用水楊醛催化，只需在100C下加熱2h,就可基本實(shí)現(xiàn)100%消旋化。2.2.6不對(duì)稱轉(zhuǎn)換與晶種法結(jié)合拆分Chibata使用低級(jí)脂肪酸與D,L-HPG成鹽，在水楊醛的催化下，采用晶種法誘導(dǎo)結(jié)晶，收率為8%46%，純度為96.2%98%。Hongo等采用鄰甲苯磺酸與D,L-HPG成鹽，在水楊醛的催化下，采用晶種法誘導(dǎo)結(jié)晶，收率為77%，純度為98%。2.2.7不對(duì)稱轉(zhuǎn)換與手性拆分劑結(jié)合拆分雖然不對(duì)稱轉(zhuǎn)換可以不斷地將溶液中的L-HPG轉(zhuǎn)化為D-HPG，減少晶種法過(guò)程中L-HPG結(jié)晶的風(fēng)險(xiǎn)，但在結(jié)晶

17、過(guò)程中L-HPG仍然是飽和或過(guò)飽和溶液，所以產(chǎn)品純度仍然不高。而使用手性拆分劑可以避免飽和的L-HPG溶液，從而可以制得更純的D-HPG。Hong。等使用樟腦磺酸為拆分劑，水楊酸為不對(duì)稱轉(zhuǎn)換催化劑。拆分與不對(duì)稱轉(zhuǎn)換同時(shí)進(jìn)行，單程收率可達(dá)88.1%，產(chǎn)品純度為95.1%Hongo等用(+)-乙基苯-a-磺酸為拆分劑，水楊酸為不對(duì)稱轉(zhuǎn)換催化劑，單程收率達(dá)到80%，產(chǎn)品純度95%。D-3-溴樟腦磺酸作為D-HPG優(yōu)良的拆分劑，也利用不對(duì)稱轉(zhuǎn)化技術(shù)獲得了更大的成功，加入水楊醛為不對(duì)稱轉(zhuǎn)換催化劑，單程收率達(dá)到94%，產(chǎn)品純度99.99%。該方法收率高，產(chǎn)品純度高，近乎完美。但所用的拆分劑D-3-溴樟腦磺

18、酸價(jià)格昂貴，限制了該方法的使用。綜上,各種拆分方法均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。酶法生產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)品純度高,但技術(shù)難度大用甲苯磺酸為拆分劑的誘導(dǎo)結(jié)晶法,原料易得,但生產(chǎn)效率低不對(duì)稱轉(zhuǎn)化法與誘導(dǎo)結(jié)晶法,單次拆分產(chǎn)率高,但對(duì)加料速度要求嚴(yán)格。4展望今后幾年，D-HPG的合成與拆分技術(shù)仍將是研究的熱點(diǎn)，無(wú)論是合成還是拆分都有很大的改進(jìn)空間。生化拆分法是當(dāng)前國(guó)內(nèi)積極開(kāi)展研究的一項(xiàng)重要課題。生物酶催化合成D-HPG的選擇性高，污染小,反應(yīng)條件溫和，而且一酶雙菌研究的不斷進(jìn)展,使得反應(yīng)在一步內(nèi)完成,是工業(yè)化生產(chǎn)發(fā)展的方向。而直接在手性環(huán)境或手性催化劑的作用下選擇性地一步合成D-HPG尚無(wú)報(bào)道。5結(jié)束語(yǔ)通過(guò)對(duì)各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較，本人覺(jué)得目前通過(guò)下面方法來(lái)制備D-HPG。第一步，乙醛酸,苯酚與銨鹽一步合成D,L-HPG。該方法收率高、成本低、原料易得、步驟少，是目前較好的方法。第二步，不對(duì)稱轉(zhuǎn)換與手性拆分劑結(jié)合。D-3-溴樟腦磺酸作為D-HPG優(yōu)良的拆分劑加入水楊醛為不對(duì)稱轉(zhuǎn)換催化劑，制備D-HPG。此法可使過(guò)飽和體系中光學(xué)異構(gòu)體的分步結(jié)晶和L-型對(duì)映異構(gòu)體的消旋化相結(jié)合，使結(jié)晶拆分和消旋化“一鍋”進(jìn)行，提高了L-型對(duì)映體的利用率，拆分效率較傳統(tǒng)的優(yōu)先結(jié)晶法