D-对羟基苯甘氨酸的制备

1、D-对羟基苯甘氨酸的制备制药081（10084349）刘朝阳1前言1.1目的D-对羟基苯甘氨酸是重要的医药中间体，通过查阅国内外有关文献，本文总结了对羟基苯甘氨酸的性质、用途、主要生产路线和生产开发情况。1.2产品介绍D-对羟基苯甘氨酸（简称:D-p-HPG）是一种重要的医药精细化学品，主要用于合成B-2-内酰胺类半合成抗菌素，如羟氨苄青霉素（阿莫西林）、头抱克罗、头抱立新、头孢拉定等抗菌药物。这些药物用途广泛，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、弓形体、螺旋体等均有杀灭作用；同时它也用于多种多肽类激素及农药的合成、人工甜味剂的重要中间体。【结构式】D-对羟基苯甘氨酸（D-p-hydroxylphe

2、nylglycine,D-p-HPG）,化学名D-a-氨基对羟基苯乙酸，分子式（OH）CHNHCHCOOH,分子量167.2。6422【性状】白色片状结晶，熔点204C（分解），微溶于乙醇和水,易溶于酸或碱溶液生成盐。1.3研究意义D-对羟基苯甘氨酸是一种重要是合成广谱抗生素羟氨卞青霉素和羟基头抱菌素的重要原料，用途广泛。中国是抗生素类药物的生产和需求大国，而且中国制药行业已把半合成青霉素和半合成头抱菌素作为发展重点，因此对D-HPG新工艺的研究具有重要的现实意义。2合成方法综述合成方法大致分两类:一类是生物酶催化选择性合成D-HPG,该法选择性高，污染小,但因生物菌培养问题,大规模工业化生产

3、还有一定技术难度；另一类是采用化学方法合成得到外消旋体D,L-对羟基苯甘氨酸(D,L-HPG),再经拆分得到具有光学活性的D-HPG。2.1D,LHPG的合成化学合成是工业上生产D-HPG普遍采用的，但近年来,随着环保要求的不断提高和生物酶技术在手性氨基酸药物中的研究的不断进展,利用生物催化合成D-HPG逐渐成为研究的热点。2.1.1生物催化合成法与化学合成方法相比,生物催化法具有环境污染小、反应条件温和、选择性和转化率高等优点,但生物菌种的筛选较为困难,投资大,生物酶容易失活,无法大规模连续化生产。因此生物催化合成法仍以实验室研究较多。对于生物催化合成法的研究主要集中在利用D,L-对羟基苯海

4、因(D,L-HPH)为原料经酶催化合成D-HPG上。第一步使用D-海因酶作用在底物D,L-HPH上,使其进行不对称开环生成N-氨基甲酰-D-对羟基苯甘氨酸，第二步再将N-氨基甲酰-D-对羟基苯甘氨酸用化学方法水解脱去氨甲酰基得D-HPG。该方法的优点在于D-海因酶能选择性水解D-HPH,而L-HPH在碱性条件下可以自发消旋为D,L-HPH,底物的利用率达到100%,但反应第二步采用化学方法水解,污染问题仍较为严重。2.1.2化学合成法化学合成因其具有生产工艺简单,易于操作等优点，目前国内外所有文献一致倾向于先合成出外消旋化的D,L-HPG，然后再进行拆分获得D-HPG的两步法。有些方法还包括将

5、不需要的L-HPG进行消旋化。D,L-HPG的化学合成方法主要有以下几种。2.1.2.1对甲氧基苯甲醛法该法是早期用于工业生产D,L-HPG的合成方法。对甲氧基苯甲醛与氰化钠在水溶液或醇溶液中，经环合、加压碱水解和脱甲基，得到D,L-HPG。该反应中使用剧毒的氰化钠,反应路线长,收率低,碱水解步骤需要高压,对设备的要求条件较高,目前已经逐步被淘汰。2.1.2.2对羟基苯甲醛法（Strecker氨基酸合成法）Strecker氨基酸合成法也是较早用于合成D,L-HPG的方法。碳酸氢铵与氰化钠在酸性介质中环合成乙内酰胺，也称对羟基苯海因，再经130C，碱性水解,开环、酸化制取消旋体D,L-pDHG。

6、NaCN+NHHCOs+HCI十D,L-HPG该法工艺较成熟,收率较高,反应时间短,但起始原料对羟基苯甲醛来源限制，售价高；氰化钠剧毒，生产中有HCN气体产生，废液中HCN需处理合格后方可排放，三废严重；成本高，转化率低等，目前已经很少有厂家采用。2.1.2.3对羟基苯海因法该方法有多种形式。其中一种如下式所示，以海因为原料，经过溴化，与苯酚缩合，水解也可获得D,L-HPG。收率50%左右。该方法只处于研究的水平。由于溴化物价格高昂，该法难以有工业应用前景。用乙醛酸、尿素、苯酚在酸催化下反应得到对羟基苯海因，再经化学催化得到D,L-HPG。+h2ncnh2+HOOCHCHO该方法原料廉价易得，

7、工艺成熟。2.1.2.3对羟基扁桃酸法用乙醛酸与苯酚作用，制得羟基扁桃酸后氨解用乙醛酸作为原料合成DL-对羟基苯甘氨酸，工艺上分为一步合成和两步合成。一步合成主要根据mannich胺甲基化作用原理，由于乙醛酸含有醛基和酸基，化学性质活泼，能与含有活泼氢原子的化合物发生缩合反应，再经过酶法分离得到D-对羟基苯甘氨酸。乙醛酸浓度3080%，反应温度控制在830C，最后将外消旋用水或有机溶剂重结晶得到纯品。为了进一步提高转化率，第二步反应中最好加入分散剂，加入量一般为30100g/mol。专利报道将苯酚、乙醛酸和含有铵盐的氨水同时混合反应，制得DL-p-HPG,收率一般为3650%。由于一步合成收率

8、低、反应温度低、反应时间长、原料中氨和铵盐占很大比例、废水严重、乙醛酸回收难，造成成本偏高，因而，两步合成更受重视。其化学反应方程式如图第一步：苯酚和乙醛酸在碱性条件下反应后，乙醛酸几乎完全反应，用盐酸调pH约为6,未反应的苯酚用甲苯萃取，回收利用。接着调pH至1.5，减压脱去大部分水；用乙酸乙酯提取，减压蒸馏，制得纯中间体对羟基偏桃酸，熔点8284C。第二步：对羟基偏桃酸与醋酸酐反应，再经氨解。该方法以乙醛酸计，收率为55%。该方法与下述的方法比较，仍然步骤较多，涉及多次的萃取、过滤等分离过程，目前已很少采用。2.1.2.4乙醛酸，苯酚与铵盐直接反应制得对上述方法进一步改进，可以选择多种铵盐

9、、醋酸铵、氯化铵、碳酸氢铵等使用。其中用醋酸铵的研究较多，收率可达50%。早期曾有人使用氨水进行氨解，但因副反应太多，收率较低而没有成功。我们尝试了使用醋酸铵的合成方法，收率仅为35%左右。用乙醛酸钠代替乙醛酸，收率提高到45%左右。PHOHHOQCCHONH40Ac该方法的收率还是有待提高。另外使用大量过量的醋酸铵也给分离提纯带来了困难。研究发现在第二步反应中加入相转移催化剂十八烷基二甲基苄基氯化铵，用苯二甲酰亚胺和氨水代替铵盐进行反应，反应时间为八小时，反应温度为60，收率达83.5%以上，产物纯度为99%以上。PHOH+HOOCCHO2.1.2.5乙醛酸，苯酚与活泼酰胺基化合物反应制得针

10、对该反应时间长、收率低等问题，用氨基磺酸代替铵盐，反应6h,使反应的收率达到68.8%。如下式所示，该方法使用的活泼酰胺基化合物为氨磺酸、尿素、氨基甲酸酯等，直接合成D,L-HPG。HOOCCHONH2SO3H该方法的收率可以达到60%以上。该方法收率高、成本低、原料易得、步骤少，是目前较好的方法。2.2D,L-HPG的拆分D,L-HPG的拆分是目前研究的热点，也是难点，拆分是整个合成的关键。如何高收率、高纯度地获得D-HPG是一个急待解决的问题。在众多的拆分方法中，除了个别酶法破坏不需要的L-PHG，总收率低于50%外，其它方法都可以将拆分后剩余的母液进行消旋化，再进行下一次拆分，所以总收率

11、都接近100%。拆分水平主要表现在单程收率上。单程收率低的方法必然带来生产能力低下、成本太高的问题。另外，产品纯度的要求很高，可以说纯度重于收率。现阶段主要有以下几个拆分方法。2.2.1酶法拆分20世纪80年代末,国外有大量文献报道用生物酶拆分技术制备。例如，美国专利是在乙酞脉酶催化下，对DL-对羟基苯海因进行不对称水解，生成N-氨甲酰-D-HPG,然后经水解脱氨甲酞基生成D-HPG。反应式如下乙酰脈酶.A氨屮曲水觥D.HpG该法具有光学纯度高,产品质量好,成本低,对环境污染小的优点。但缺点是用乙酞脉酶催化水解DL-（士）-对羟基苯海因时并不直接生成,仍需用化学法或生物酶法脱氨甲酞基才能得到另

12、外,所用的乙酰脲酶必须通过发酵来生产,技术水平要求高，如果酶被污染就达不到D-HPG所需的质量标准.目前,国外已研究出可重复使用,甚至可连续化生产的固相酶技术,生产过程可自动控制,工艺简化。由于固定化酶的来源和价格的问题，国内未采用固定化酶技术生产D-HPG；今后还有待进一步开发研究商品化稳定的酶制剂，尽早投入工业化大生产,使拆分工艺更趋稳定。2.2.2化学拆分法化学拆分法是利用光学活性剂与对羟基苯甘氨酸反应，使之生成非对映异构体，再利用非对映异构体物理性质（如溶解度、蒸汽压、吸收系数）等的差异将其拆分。原理如图ch3ohh5so4D-洒三酸D,L-对疑基苯甘氮酸屮產L-对轻皐苯甘氨酸甲酯酒石

13、醵本法的关键是拆分剂的选择，常用的有酒石酸、樟脑磺酸类、苯磺酸等。以酒石酸为拆分剂，原料易得，成本低，但反应步骤长，单程转化率低（仅50）；溴化樟脑磺酸的拆分效果好，转化率也较高，单程转化率超过60；苯磺酸这类非光学活性拆分剂，易于回收，成本较低，具有较广阔的运用前景。2.2.3诱导结晶法晶种法是一种成本低廉的拆分手性化合物的方法。HLG具有规则的晶型，适合用该法本法利用氨基化合物的物理性质差异,在外消旋体溶液中加入一种旋光异构体作为晶种,诱导相同的异构体析出,从而达到分离的目的。常用的拆分剂有:手性酒石酸、溴代樟脑磺酸、苯磺酸、硫酸等,拆分路线如下:该法的优点是不使用昂贵的拆分剂,并且利于回

14、收和分离,拆分母液可循环150次以上,消旋化母液可连续套用。在拆分过程中选用合适的溶剂及配比,对投料量和温度严格控制,能取得较好的拆分效果,旋光度可达80%,一步拆分收率可达90%,降低了拆分成本。但是仍存在步骤多,不能连续生产等问题。2.2.4离子自拆分法离子自拆分法是利用D-HPG自身作为拆分剂，在D-对羟基苯甘氨酸硫酸氢盐的溶液中诱导结晶析出D-对羟基苯甘氨酸硫酸盐，再水解得D-HPG。该法反应时间短,污染少，成本低,适于工业生产，但反应中作为拆分剂的D-HPG必须要有较高的光学纯度，否则将直接影响到拆分产物的光学纯度。2.2.5不对称转化法不对称转化法是在醛类催化剂的作用下，选用合适的

15、拆分剂，不需要分离出另一种光学异构体,使消旋化和拆分在合适的溶剂中同步完成。该法省去了经典拆分中因对映体的浓度增加而导致的夹带现象,保证了光学纯度,拆分和消旋同步完成,是近年来应用于氨基酸拆分领域的先进拆分技术之一。该法常用的拆分剂有溴代樟脑磺酸、邻甲基苯磺酸、磺基水扬酸、苯基乙磺酸等。1983年，Yamada等首先提出不对称转换技术。利用醛类化合物在乙酸介质中与氨基酸形成希夫碱后进行互变异构，丧失手性，从而实现消旋化。最常用的醛是水杨醛。如下式所示，该方法只需要催化量的醛，条件比原来在浓酸、浓碱中长时间加热的方法温和，所以很快就应用到氨基酸拆分领域。原有拆分技术与不对称转换技术的结合，大大简

16、化了操作步骤，提高了产品纯度，使D,L-HPG的拆分技术有了突破性的进展。实验证明，在95%醋酸介质中，用水杨醛催化，只需在100C下加热2h,就可基本实现100%消旋化。2.2.6不对称转换与晶种法结合拆分Chibata使用低级脂肪酸与D,L-HPG成盐，在水杨醛的催化下，采用晶种法诱导结晶，收率为8%46%，纯度为96.2%98%。Hongo等采用邻甲苯磺酸与D,L-HPG成盐，在水杨醛的催化下，采用晶种法诱导结晶，收率为77%，纯度为98%。2.2.7不对称转换与手性拆分剂结合拆分虽然不对称转换可以不断地将溶液中的L-HPG转化为D-HPG，减少晶种法过程中L-HPG结晶的风险，但在结晶

17、过程中L-HPG仍然是饱和或过饱和溶液，所以产品纯度仍然不高。而使用手性拆分剂可以避免饱和的L-HPG溶液，从而可以制得更纯的D-HPG。Hong。等使用樟脑磺酸为拆分剂，水杨酸为不对称转换催化剂。拆分与不对称转换同时进行，单程收率可达88.1%，产品纯度为95.1%Hongo等用(+)-乙基苯-a-磺酸为拆分剂，水杨酸为不对称转换催化剂，单程收率达到80%，产品纯度95%。D-3-溴樟脑磺酸作为D-HPG优良的拆分剂，也利用不对称转化技术获得了更大的成功，加入水杨醛为不对称转换催化剂，单程收率达到94%，产品纯度99.99%。该方法收率高，产品纯度高，近乎完美。但所用的拆分剂D-3-溴樟脑磺

18、酸价格昂贵，限制了该方法的使用。综上,各种拆分方法均有各自的优缺点。酶法生产技术产品纯度高,但技术难度大用甲苯磺酸为拆分剂的诱导结晶法,原料易得,但生产效率低不对称转化法与诱导结晶法,单次拆分产率高,但对加料速度要求严格。4展望今后几年，D-HPG的合成与拆分技术仍将是研究的热点，无论是合成还是拆分都有很大的改进空间。生化拆分法是当前国内积极开展研究的一项重要课题。生物酶催化合成D-HPG的选择性高，污染小,反应条件温和，而且一酶双菌研究的不断进展,使得反应在一步内完成,是工业化生产发展的方向。而直接在手性环境或手性催化剂的作用下选择性地一步合成D-HPG尚无报道。5结束语通过对各种方法的优缺点比较，本人觉得目前通过下面方法来制备D-HPG。第一步，乙醛酸,苯酚与铵盐一步合成D,L-HPG。该方法收率高、成本低、原料易得、步骤少，是目前较好的方法。第二步，不对称转换与手性拆分剂结合。D-3-溴樟脑磺酸作为D-HPG优良的拆分剂加入水杨醛为不对称转换催化剂，制备D-HPG。此法可使过饱和体系中光学异构体的分步结晶和L-型对映异构体的消旋化相结合，使结晶拆分和消旋化“一锅”进行，提高了L-型对映体的利用率，拆分效率较传统的优先结晶法