专利名称：生产l－肉碱的工业方法
技术领域：
本发明涉及L-肉碱的合成。
本发明的主题是生产这种产品的方法，这种生产方法可以非常容易地在工业上实施。
肉碱含有不对称的中心，因此存在两种对映体，分别称为R-(-)-肉碱和S-(+)-肉碱。其中只有R-(-)-肉碱存在于活的有机体中，在有机体中它起将脂肪酸运经线粒体膜的作用。
因此，必须对进行定时的血液透析治疗或心肌代谢紊乱治疗的病人只有服用R-(-)肉碱。
见于对这种分子的生物和药物作用表现出相当大的兴趣，所以对其合成进行了许多研究。
大规模合成L-肉碱的已知方法包括i)外消旋混合物的旋光拆分该法涉及使用等摩尔量的拆解试剂分离不需要的对映体。这种方法会导致50％的原料损失。
ii)巴豆甜菜碱或γ-丁内胺盐用微生物法的立体有择水合(美国专利4708936)。这种微生物合成方法有不完善再现性、所用菌株可能改变以及产品可能受到生物的污染等风险。
iii)丁酸4-氯-3-氧化酯用单-或双金属铷催化剂进行对映体选择还原。这种方法得到相应的3-羟基衍生物，此衍生物经同三甲胺反应和酯基团的水解，最后转化成L-肉碱。
在iii)中提到的还原反应已经成为一些研究的题目。
例如，专利EP-B-295109讨论了用含键合于手性二膦的铷催化剂的4-氯-3-氧丁酸酯的还原反应，其中的二膦又键合于双萘系统，金属的价由氢和三乙胺填满。此反应进行在温度30℃，氢压为40-100公斤/平方厘米，底物与催化剂的摩尔比为1000∶1，反应时间为16-20小时。旋光产率低于57％，长的反应时间和高压使得此法在工业上不易接受。
在专利申请EP-A-339764中，通过用4-卤-3-氧丁酸酯同上述的铷催化剂反应得到L-肉碱此反应进行在约100℃，平均压力70-100公斤/平方厘米，底物与催化剂的摩尔比为1000—10,000∶1。这种方法仍然有在高压下操作的缺点。此外，此法的肉碱的总产率只是中等(46％)。在“四面体通信”(Tetrahedron Letters)，29，1555，(1988)中也报告了相似的结果。
上述各方法不仅产量不高，在第一种情况下还有反应时间长，而且还涉及必须在高氢压下操作的缺点，这就增加了方法的成本，还需要采取安全措施。在从实验室转向工业生产时这个问题就成为决定性因素。
许多研究论了用铷配位催化剂，在中等压力下进行的β-酮酯还原反应，但是，从产率和/或反应时间看，结果仍是不满意，因此这种方法不能用于工业规模。在“四面体通信”32，4163(1991)中讨论了用4大气压的氢压进行的4-氯-3-氧丁酸酯的还原反应。还原的产品的对映体的纯度劣于在高压下得到的产品，反应时间相当长(6小时)。对映体的较低纯度导致L-肉碱产率的较大损失。在EP-A-573184中，同样底物的叔丁酸酯的还原反应是在压力10-15公斤/平方厘米下进行的，反应在两小时完成，产率和对映体的纯度都不甚满意。
对上述方法的分析表明，在工业规模上还缺少简易而有效的结果再现性的L-肉碱的合成方法。具体地说，缺少高产率和高对映体纯度以及在中等压力条件操作的包括4-氯-3-氧丁酸衍生物的对映体选择催化还原工业规模的方法。
本发明公开了一种工业生产L-肉碱的方法，包括使4-氯-3-氧丁酸烷基酯或4-氯-3-氧丁酰胺的对映体选择性还原。得到的旋光性3-羟基衍生物同三乙胺反应，得到粗的L-肉碱，粗产品最后经纯化。还原反应所用的催化剂是键合于五原子的双杂芳系的铷络合物。此还原反应在氢压、底物浓度、温度以及底物与催化剂的摩尔比的控制的条件下，能以高产率得到4-氯-3-羟基丁酸酯或4-氯-羟基丁酰胺。这种导致生成L-肉碱的方法很容易以工业规模生产。
本发明的主题是合成L-肉碱的方法。达到本发明的目的第一步是按照下图进行的4-氯-3-氧丁酸烷基酯或4-氯-3-氧丁酰胺的对映体选择性催化还原反应 式中Y＝OR1、NH-R1、N(R1R2)R1，R2可相同或不同为烷基C1-C10烷基芳基以及通式(II)的衍生物同三乙胺的反应，生成L-肉碱。
优选的起始底物是4-氯-3-氧丁酸乙酯(γ-氯-乙酰醋酸乙酯)。
还原反应的催化剂由键合于五原子的双杂芳系的铷络合物组成。其结构相当于通式(III)或(IV)之一。
式中A＝S、O、NR3、N-芳基、N-CO-R3R3＝烷基C1-C10、烷基芳基、芳基
Q＝烷基C1-C4、苯基R，R′可相同或不同为任选烷基取代的苯基，C1-C6烷基、C3-C8环烷基或R和R′一起形成4-6原子的磷环系。
X和L，可相同或不同，具有下面的意义X＝卤素、烷基磺酸盐、芳基磺酸盐L＝卤素、芳基、π芳基、烯烃系、η3烯丙基系如2-甲基烯丙基系、羧酸酯基团如醋酸酯或三氟醋酸酯。
π芳基是指同芳族电子系统直接配位的类型，而环上的碳原子同金属没有任何直接的键合。
通式(III)和(IV)化合物在专利申请WO96/01831中讨论过，在此引为参考。
具体地说，优选使用的催化剂中，A代表S(3，3’-双噻吩结构)，X代表卤素，尤其是碘，L是芳基系。优选的催化剂是以通式(V)表示的{[Ru(p-异丙苯)I(+)TMBTP]I}。 4-氯-3-氧丁酸烷基酯或4-氯-3-氧丁酰胺的还原反应是在氢压2-7巴、温度90-150℃以及底物∶催化剂的摩尔比为5,000∶1—30,000∶1的条件下进行的。
本发明的优选实施方案中，还原反应是在氢压5巴、温度120℃以及底物∶催化剂的摩尔比为10,000∶1—15,000∶1条件下进行的。
反应混合物中底物的浓度对得到高产率和高品质旋光纯度的还原产物也有影响。这种浓度的范围为每100毫升溶剂15克底物，优选的浓度为10克/100毫升。
反应混合物以含催化量的碱为宜。
与在已知的方法要求压力100大气压的同样的反应相比，这种中等压力(平均5巴)的条件，可以在较简单的反应器中和要求不太严格的安全条件下进行。
这里讨论的方法在工业规模上很容易实现再现生产，并且不需要使用任何另外的有利条件，例如使用酸辅助催化剂。
本发明的方法得到旋光性的4-氯-3-羟基丁酸烷基酯或4-氯-3-羟基丁酰胺，产率≥95％，旋光纯度(e.e.)为95—97％。作为下面叙述的转变的结果可以得到L-肉碱最终产品，总产率为65-70％。
另外，高比值的底物∶催化剂，使可以操作在低量的催化剂下进行，从而在反应过程中节约了费用。
通过催化反应得到的4-氯-3-羟基丁酸烷基酯或4-氯-3-羟基丁酰胺随后通过通式(II)与三甲胺反应转化为L-肉碱。
还原的衍生物同三甲胺反应生成L-肉碱烷基酯或烷基酰胺。这种反应优选在温度55-90℃下进行1-70小时。如果在65℃下进行60小时或在80℃下进行24小时可以得到特别满意的结果。根据所用的反应器类型、搅拌和装料的条件，在80℃下需要反应时间1-2小时。
该反应要求用4-三甲胺基团取代4-氯以用于酯或酰胺基团的水解，生成粗的L-肉碱，然后再进行纯化以适用于药物应用。
纯化可以用已知的方法进行，例如色谱、溶剂提取、超滤以及其它相当的的方法。
由于上述的优点，如低压、高产率和高旋光纯度以及使用有限量的催化剂，本发明可以在工业规模工厂，有效和经济地生产L-肉碱。
通过下面的实施例进一步讨论本发明。
试验部分实施例1{[Ru(对-异丙苯)I(+)TMBTP]I}的制备，a)[RuI2对-异丙苯]2的制备在氮气下将2克的[Ru CI2对-异丙苯]2和50毫升的二氯甲烷放在烧瓶中。将66毫克的四甲基碘化铵以及随后的含10.2毫克KI的水溶液(50毫升)加入该溶液中。
在室温下在惰性气体中将混合物激烈搅拌约15小时，将各相分离。用2×40毫升的二氯甲烷提取水相，用3×40毫升的水洗合并的有机相，用硫酸钠干燥，并在代卡利特上过滤。得到红棕色溶液，经真空干燥，得到3.07克的[Ru I2对-异丙苯基]2。
b){[Ru(对-异丙苯)I(+)TMBTP]I}的制备155毫克的[Ru I2对-异丙苯]2和204毫克的(+)TMBPT在氮气下放入烧瓶中，将80毫升的二氯甲烷和经氮脱气的30毫升的甲醇的混合物加入。将混合物在回流下搅拌1.5小时，然后将其冷却，并在减压下浓缩。将由{[Ru(对-异丙苯)I(+)TMBTP]I}组成的暗红色固体直接用在对映体选择加氢反应。
实施例2(+)(R)-4-氯-羟基丁酸乙酯的制备将在实施例1中制备的100克4-氯-3-氧丁酸乙酯和64.9毫克的{[Ru(对-异丙苯)I(+)TMBTP]I}在氩气下在3升的反应器中加入经氩脱气的1000毫升乙醇中，将混合物在氩气下和氢压5巴下在120℃加热，3小时后将混合物冷却，并在减压下浓缩，将残余物在5毫米汞柱真空下蒸馏。得到91克的(+)(R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯，用气相色谱分析，旋光纯度为97％。
实施例L-肉碱的制备8.4克(0.05摩尔)的(+)(R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯和23毫升(0.18摩尔)的45％溶于水中的三甲胺的45％溶液放入50毫升的管瓶中。管瓶用橡皮塞关闭，用环盖密封，并在80℃保持24小时。在反应结束后，将管瓶冷却并打开。将水溶液转移烧瓶中，加入20毫升的二氯甲烷，将得到的溶液搅拌过夜。然后回收水相，并在含200毫升Amberlite IRA 402树脂(以HCO3-形式活化)的色谱柱上洗脱。
在前30毫升洗脱后，肉碱洗脱出。含L肉碱的级分(对照物TCLCHCl342，异丙醇7，甲醇28，水10.5)约100-150毫升合并，并经真空浓缩。异丙醇用来同水生成恒沸物并完全除去水。
这样得到的吸湿固体用丙酮研碎，并同丙酮在搅拌下保持过夜。过滤，得到L-肉碱，最后产率为70％。
实施例4-7重复在实施例2讨论的加氢方法，改变S∶C比值(表1)，或在催化量的碱存在下操作(表2)。
得到的结果如下表1在10克催化剂{[Ru(对-异丙苯)I(+)TMBTP]I}规模下的加氢反应
说明S∶C底物∶催化剂的摩尔比％conv/t还原底物的百分率/时间e.e.还原产品的旋光纯度表1的结果表明，当用本发明的催化剂操作时，在指出的反应条件下，可以高产率和高对映体旋光纯度地得到4-氯-3-羟基丁酸乙酯。
表2在10克催化剂{[Ru(对-异丙苯)I(+)TMBTP]I}规模下的加氢反应
实施例8(+)(R)-4-氯-羟基丁酸乙酯的制备将14公斤4-氯-3-氧丁酸乙酯(滴定率88％)和6.2克{[Ru(对-异丙苯)I(+)TMBTP]I}在氩气下在200升的反应器中放入143升的乙醇中。将混合物在116℃和氢压5-6巴下加热，温度升高到124℃，在约1小时内反应完成。将混合物冷却。在减压下浓缩，残余物用气相色谱分析，得到滴定率81％的(+)(R)-4-氯-羟基丁酸乙酯，旋光纯度为96.7％，反应产率为94％。实施例9L-肉碱的制备将在实施例8中制备的400克的粗(+)(R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯和11克的三甲胺溶于水中的45％溶液放入2升的反应器中。将反应混合物加热到80℃，并保持此温度15小时。冷却和在氮气流下除去过量的三甲胺后，用1.9升的二氯甲烷提取水溶液，经HPLC分析，得到产率75％的L-肉碱。实施例10L-肉碱的制备在实施例2中制备的110克(+)(R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯和280毫升的三甲胺溶于水中的45％溶液放在0.6升的反应器中。将反应混合物加热到80℃，并保持在此温度2小时。冷却和除去过量的三甲胺后，用0.5升的二氯甲烷提取水溶液，用HPLC分析，得到L-肉碱，产率为71％。
权利要求
1.合成L-肉碱的方法，包括下面各步(a)按照下式，使4-氯-3-氧丁酸烷基酯或4-氯-3-氧丁酰胺进行对映体选择性还原反应 式中Y＝OR1、NH-R1、N(R1R2)R1，R2，可相同等或不同，为烷基C1-C10烷基芳基，以及其中还原反应催化剂由铷络合物构成，该配合物相当于通式(III)或(IV)之一 式中A＝S、O、NR3、N-芳基、N-CO-R3R3＝烷基C1-C10、烷基芳基、芳基Q＝烷基C1-C4、苯基R、R’，可相等或不同，为任选烷基取代的苯基、烷基C1-C6、环烷基C3-C8、或R和R’一起形成4-6原子的磷环系X和L，可相同或不同，具有下面的意义X＝卤素、烷基磺酸盐、芳基磺酸盐L＝卤素、芳基、π芳基、烯烃系、羧酸酯(b)使(a)中得到的通式(II)衍生物与三甲胺反应，生成L-肉碱。
2.权利要求1的方法，其中还原反应(a)在氢压2-7巴，温度90-150℃，底物∶催化剂的摩尔比为5,000∶1—30,000∶1，反应混合物中的底物浓度为5克/100毫升—15克/100毫升的条件下进行。
3.权利要求1的方法，其中还原(a)进行的条件为氢压5巴，温度120℃，底物∶催化剂的摩尔比10,000∶1—20,000∶1，反应混合物中的底物浓度为10克/100毫升。
4.权利要求1的方法，其中在(a)步中反应混合物含催化量的碱。
5.权利要求1的方法，其中反应(b)在温度65℃进行60小时。
6.权利要求1的方法，其中反应(b)在温度80℃进行1-24小时。
7.权利要求1的方法，其中在反应(b)中得到的L-肉碱进一步纯化。
8.权利要求1的方法，其中催化剂是下式表示的{[Ru(对-异丙苯)I(+)TMBTP]I}
全文摘要
本发明讨论了工业生产L－肉碱的方法,包括4－氯－3－氧丁酸烷基酯或4－氯－3－氧丁酰胺的对映体选择还原。如此得到的旋光活性的3－羟基衍生物同三甲胺反应,得到粗L－肉碱,然后进行最后纯化。用于还原反应的催化剂是铷键合于五原子的双杂芳系的络合物。还原反应进行在氢压、底物浓度、温度和底物∶催化剂摩尔比的控制条件下进行,从而能高产率地得到4－氯－3－羟基丁酸酯或4－氯－羟基丁酰胺。所讨论的生产L－肉碱的方法很容易应用于工业规模生产。
文档编号C07C227/32GK1326435SQ99813365
公开日2001年12月12日 申请日期1999年11月12日 优先权日1998年11月16日
发明者M·O·丁迪, O·皮克罗, F·邦尼法西奥, C·克莱申吉, S·蓬柯 申请人:希格马托制药工业公司