一種d-生物素的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及生物素制備領域，尤其是一種d-生物素的制備方法。
【背景技術】
[0002] d-生物素又名維生素H，主要應用于醫藥衛生、營養強化劑、飼料添加劑、化妝保 健品以及飲料等方面。d-生物素的分子結構式如下所示：
[0003]
[0004]自11949年瑞士Roche公司首次實現工業化合成d-生物素后，國外對其合成法 繼續進行了大量的研究，迄今為止，已有多條全合成路線報道。但以硫內酯為關鍵中間體的 Sternbach路線仍是公認的最具工業化意義的合成路線。
[0005] Sternbach路線是以具有光學活性的硫內酯2為起始原料，經過多步反應得到關 鍵中間體（3aR，8aS，8bS)-1，3-二芐基-2-氧代-十氫咪唑〔3, 4-d〕噻吩并〔1，2-a〕锍鐺溴 化物3,在堿存在下，溴化物3與丙二酸二乙酯反應得到中間體4,進一步用氫溴酸處理（包 括酯水解、脫羧、脫芐這幾個步驟），最后關環得到生物素1，合成路線如下：
[0007] 其中，在溴化物3與丙二酸二酯的縮合過程中，由于丙二酸二酯上含有兩個活潑 氫，當其與溴化物3反應后形成的中間體4在堿作用下會進一步與溴化物3反應得到雜質 5,雜質5隨同正常中間體4進一步水解、脫羧、脫芐、關環，在最后得到的生物素1中會伴隨 雜質6的產生。盡管可以通過增加丙二酸二酯的比例來減少此雜質的產生，以及通過重結 晶的方法可以減少產品中雜質的含量，但無法從根本上在最終產品生物素中完全消失，用 丙二酸二酯會產生此雜質是此工藝的缺陷。雜質的產生機理和化學反應方程式如下：
【發明內容】
[0009] 本發明所要解決的技術問題是克服上述現有合成路線中存在的缺陷，提供一種 d-生物素的制備方法，其采用從化學機理上來改進生物素的制備方法，從而避免雜質的產 生。
[0010] 為此，本發明采用如下的技術方案：一種d-生物素的制備方法，其特征在于，用甲 烷三羧酸三烷基酯與（3aR，8aS，8bS)-1，3-二芐基-2-氧代-十氫咪唑〔3, 4-d〕噻吩并〔 1，2-a〕锍鐺溴化物在催化劑二甲基亞砜和無機堿存在下，在甲苯溶劑中進行縮合反應，得 到中間體（3aS, 4S, 6aR) _1，3_二芐基_4_ (ω，ω，ω-二燒氧撰基丁基）-四氫-1H-噻吩并 〔3, 4-d〕咪唑-2, 4 (1Η)-酮，該中間體再經后處理方法得到d-生物素；所述的催化劑二甲 基亞砜用量為甲苯溶劑用量的5-10%。
[0011] 后處理方法采用現有技術，其主要為：在氫溴酸中加熱使得三羧酸酯水解成三羧 酸化合物，三羧酸化合物在酸和加熱狀態下不穩定脫羧分解成只含有一個羧基的雙芐基生 物素，雙芐基生物素在氫溴酸存在下加熱脫除芐基，生成生物素，在脫芐過程中有部分生物 素的五元環開環，需要最后經過關環步驟完全轉化得到d-生物素。
[0012] 本發明采用甲烷三羧酸酯替代丙二酸二酯，由于甲烷三羧酸酯結構中次甲基上只 含有一個活潑氫，當在催化劑作用下與中間體溴化物產生取代反應時，只能產生一種產物 7,不可能產生雜質5,最后得到的生物素1中不會伴隨雜質6的產生，從而使生物素的質量 在原有基礎上得到很大提高，同時由于避免了副反應的產生，使中間體溴化物的利用效率 也同步得到提高。本發明的具體反應式如下：
[0013]
[0014] 本發明的方法，是用甲烷三羧酸三烷基酯替代丙二酸二酯進行反應，與現有的丙 二酸二酯路線比較，本發明的方法有兩個最大的不同：其一是得到的產物中不含有上述所 說的雜質5和雜質6產生；其二是兩者的反應條件相差很大，具體描述如下：在實際操作 中，在溶劑甲苯中丙二酸二酯與堿先形成負離子，形成的烷基負離子進一步與溴化物進行 取代反應得到關鍵中間體4。而當將丙二酸二酯改用甲烷三羧酸三烷基酯時，沒有任何反應 發生，發明人驚奇的發現當加入一定量催化劑二甲基亞砜（DMS0)后，反應順利發生，并得 到關鍵中間體7,這是本發明與現有丙二酸二酯路線的另一個不同之處。
[0015] 二甲基亞砜（DMS0)具有的作用：1.可以和無機堿氫化鈉或氫化鉀反應得到DMS0 鈉鹽或鉀鹽，進而順利奪取甲烷三羧酸三烷基酯上的次甲基氫，促進縮合反應，2.改變溶媒 極性，可以增大锍鐺鹽在反應溶劑中的溶解度。
[0016] 實驗表明，催化劑DMS0的用量低于甲苯用量的5%，反應也不能進行，催化劑超 過10%，雖然反應能夠進行，但會增加后處理的困難，同時也導致收率明顯下降。如果增加 DMS0的用量超過10%，反應結束后回收溶劑的過程比較困難，由于DMS0的高沸點以及產物 為固體，使得DMS0的回收率不高，在后續處理過程中與反應產生的無機鹽一起溶解在廢水 中，導致經濟型差、廢水環保處理難度增加。所以催化劑的用量優選為甲苯溶劑用量的5~ 10%〇
[0017] 在本發明中，原料甲烷三羧酸三烷基酯的化學結構式為CH(C00R)3，其中R優選為 含1~5個碳原子的烷基，且三個羧酸基上的R為相同或不同的烷基；所述的R最優選為甲 基或乙基。
[0018] 上述的制備方法，所述的無機堿優選為氫化鈉或氫化鉀。如果用到其它的有機堿 例如甲醇鈉、乙醇鈉、叔丁醇鈉、甲醇鉀、乙醇鉀或叔丁醇鉀，反應收率很低，不具備工業化 意義。
[0019] 本發明的方法中，該制備方法的具體步驟依次如下：1)氫化鈉或氫化鉀懸浮于 甲苯中，常溫下滴加催化劑二甲基亞砜，得混合物；2)將甲烷三羧酸三烷基酯的甲苯溶液 滴加到上述混合物中，反應生成甲烷三羧酸三烷基酯鈉或甲烷三羧酸三烷基酯鉀；3)將 (3aR，8aS，8bS)-l，3-二芐基-2-氧代-十氫咪唑〔3, 4-d〕噻吩并〔1，2-a〕锍鐺溴化物以固 體形式加入到步驟2)得到的產物中，加熱到80-1KTC反應，取樣檢測反應完全后停止；4) 后處理：水洗分層，回收甲苯，加氫溴酸水解成羧酸、脫羧同時脫芐，最后經關環和精制得到 d-生物素。
[0020] 本發明同現有方法比較，具有以下優點：避免了雜質6的產生，生物素的質量在原 有基礎上得到了很大的提高；避免了副反應的發生，中間體溴化物3的利用效率也同步得 到了較大的提高。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合實施例對本發明作進一步說明，但實施例中給出的參數并不限制本發 明。
[0022] 比較實施例（現有方法）
[0023]A> (3aS, 4S, 6aR)-1, 3-一芐基-4-(ω,ω-一乙氧撰基丁基）-四氧-1Η-睡吩并〔 3, 4-d〕咪唑-2, 4 (1Η)-酮（中間體4)的合成
[0024]
[0025] 在帶回流冷凝器，滴液管，攪拌漿，溫度計的干燥氮氣保護500ml四口燒瓶中， 加入甲苯300mL，60 %的氫化鈉6. 0g(0. 15mol)，控制內溫80°C以下滴加丙二酸二乙酯 48g(0. 3mol)，滴加完畢繼續保溫2h，冷卻至常溫，加入溴锍鐺鹽33. 3g(0. 075mol)，升溫， 控制80°C保溫反應15h，冷卻至常溫，用5%的硫酸調節PH= 3左右，分出有機層，水層用 甲苯100mL分二次萃取，合并有機層，用5%的碳酸氫鈉水溶液40mL洗滌有機層二次，無水 硫酸鈉干燥油層，過濾，減壓回收得淡黃色液體，目標產物雙酯雙芐生物素37g(理論值的 94. 1 % )，HPLC測定其含量為94. 5 %，含有雜質5 (簡稱雙羧酸酯）3. 5 %。
[0026]B、d-生物素的合成
[0027] 在2000mL三口燒瓶中，投入上述雙酯雙芐生物素37g，48 %氫溴酸800g，攪拌，在 125-126°C回流保溫8h，用薄層法跟蹤反應直至完全（展開劑為：甲苯一冰乙酸一甲醇= 10 :10 :3(v/v/v))，真空回收氫溴酸，剩余物用10%氫氧化鈉調PH至8~9,冷卻至20°C以 下。稱固體光氣（BTC)16g，用甲苯150mL溶解后，慢慢滴加至上述溶液中，并在滴加過程中 一直用堿控制水層PH在8~9,滴畢，攪拌一小時，分去有機層，水層用10%鹽酸調PH至弱 酸性，析出生物素粗品，將粗品用水重結晶并干燥得到純品生物素13. 5g，HPLC測定其含量 為96. 5 %，含有雜質6 (簡稱雙羧酸）1. 2 %。
[0028] 實施例1
[0029]A> (3aS, 4S, 6aR) -1, 3-一芐基-4-(ω,ω,ω-二乙氧撰基丁基）-四氧-1H-睡吩 并〔3, 4-d〕咪唑-2, 4(1H)_酮（中間體7)的合成
[0030]
[0031] 在帶回流冷凝器，滴液管，攪拌漿，溫度計的干燥氮氣保護500ml四口燒瓶中，加 入甲苯300mL，60%的氫化鈉3. 3g(0. 0825mol)，滴加催化劑15mL，控制內溫80°C以下滴 加甲烷三羧酸三乙酯19. 3g(0. 083mol)，滴加完畢繼續保溫2h，冷卻至常溫，加入溴锍鐺鹽 33. 3g(0. 075mol)，升溫，控制80°C保溫反應15h，冷卻至常溫，用5%的硫酸調節PH= 3左 右，分出有機層，水層用甲苯l〇〇mL分二次萃取，合并有機層，用5%的碳酸氫鈉水溶液40mL 洗滌有機層二次，無水硫酸鈉干燥油層，過濾，減壓回收得淡黃色液體，目標產物三酯雙芐 生物素42. 5g(理論值的95. 5% )，HPLC測定其含量為97. 8%，無雜質5產生。
[0032]B、d-生物素的合成
[0033] 在2000mL三口燒瓶中，投入上述42. 5g三酯雙芐生物素7,48%氫溴酸800g，攪 拌，在125-126°C回流保溫8h，用薄層法跟蹤反應直至完全（展開劑為：甲苯一冰乙酸一 甲醇=10 :10 :3(v/v/v))，真空回收氫溴酸，剩余物用10%氫氧化鈉調PH至8~9,冷卻 至20°C以下。稱固體光氣（BTC)16g，用甲苯150mL溶解后，慢慢滴加至上述溶液中，并在滴 加過程中一直用堿控制水層PH在8~9,滴畢，攪拌一小時，分去有機層，水層用10%鹽酸 調PH至弱酸性，析出粗品生物素，過濾，進一步用水重結晶得到純品生物素13. 8g，HPLC測 定其含量為98. 8%，沒有雜質6存在于產物中。
[0034] 實施例2
[0035]A> (3aS, 4S, 6aR) -1, 3-一芐基-4-(ω,ω,ω-二乙氧撰基丁基）-四氧-1H-睡吩 并〔3, 4-d〕咪唑-2, 4(1H)_酮（中間體7)的合成
[0036]
[0037] 在帶回流冷