维生素D2和D3的改进的生产方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年12月18日提交的美国临时申请号62/093,904的权益，此申请在此整体并入，包括所有表格、图片和权利要求。

发明背景

本发明背景的下列讨论仅用于帮助读者理解本发明，并且不被承认其描述或构成本发明的现有技术。

维生素d是指负责促进钙、铁、镁、磷酸盐和锌的肠吸收的一组脂溶性开环甾类化合物。在人体内，该组中最重要的化合物为维生素d3(胆钙化醇)和维生素d2(麦角钙化醇)。维生素d天然存在于某些食物中，被添加到其它食物内，并且可作为膳食补充剂食用。

发明概述

本发明的目的是提供用于生产维生素d的方法，其产生提高的产率和减少的副产物污染。在各方面，这些方法提供使用麦角固醇作为维生素d2原或其二羟基衍生物作为起始材料的维生素d2的生产，或使用7-脱氢胆固醇作为维生素d3原或其二羟基衍生物作为起始材料的维生素d3的生产。本文所述的方法包括在含有有机或无机碱的溶液中用波长在245-360纳米(nm)范围内的光照射所述起始材料以获得含有维生素d2前体或维生素d3前体的产物，以及加热所述产物以将所得维生素d2前体或维生素d3前体转化为维生素d2或维生素d3。在各个实施方案中，这些方法还包括从该反应中回收维生素d2或维生素d3作为纯化产物。

维生素d3是维生素d在人体内的主要形式，通过对它的维生素原7-脱氢胆固醇进行紫外光照射(uv)产生。人体皮肤形成维生素d3并向人体供应约90％的维生素d。将7-脱氢胆固醇转化为维生素d3的转变分两个步骤发生。首先，7-脱氢胆固醇在6-电子顺旋开环电环化反应中被紫外光光解；产物为维生素d3前体。其次，维生素d3前体自发异构化为维生素d3(胆钙化醇)。在室温下，维生素d3前体到维生素d3的转变在有机溶剂中耗时约12天完成。维生素d3前体到维生素d3的转化在皮肤内比在有机溶剂中快约10倍。维生素d2是麦角固醇的衍生物，是不能通过人体产生的一类分子。因此，所有维生素d2必须通过饮食提供。维生素d2由某些种类的浮游植物、无脊椎动物、酵母和真菌产生，并且以类似于产生维生素d3的方式通过对其维生素原进行uv照射来产生。维生素d2和d3的转化的一般方案绘示于图4中。

麦角固醇和7-脱氢胆固醇到维生素d2和d3的转化涉及通过共轭二烯的紫外线(uv)激活使固醇的b环开环。uv能量的吸收激活该分子，并且π→π*激发(吸收，250–310nm；λmax＝291nm，ε＝12,000)引起9,10键合的打开以及(z)-己二烯、维生素d2前体或维生素d3前体的形成。7-脱氢胆固醇或麦角固醇的uv激活导致维生素原浓度的稳定降低，最初主要产生维生素d前体。当维生素原水平下降到低于大约10％时维生素前体水平达到最高。之后维生素前体的浓度随着它被转化为维生素d、速固醇和光固醇而下降，这三者的浓度随着持续的照射而增加。温度、光频率、照射时间，以及底物浓度都影响产物的比率。维生素d前体在≤80℃的温度下通过热异构化产生顺式维生素(麦角钙化醇)或胆钙化醇的转化涉及一种平衡，如图3所绘示。tian和holick,j.biol.chem.270:8706-11,1995；hirsch,2000,vitamind.inkirk-othmerencyclopediaofchemicaltechnology,doi:10.1002/0471238961.2209200108091819.a01

如本文所用，术语“约”在数量方面是指加或减10％。例如，“约3％”将涵盖2.7-3.3％并且“约10％”将涵盖9-11％。此外，在“约”在本文中结合数量术语使用的情况下，应理解，除数值加或减10％之外，数量术语的精确值也被预期和描述。例如，术语“约3％”清楚地预期、描述并精确地包含3％。

附图简述

图1a绘示了在282nm波长下记录的hplc用于检测和定量7-脱氢胆固醇(1)、速固醇(8)和光固醇(7)，而1b绘示了在265nm波长下记录的hplc用于在根据本发明的方法产生维生素d3的实验中检测和定量维生素d3(4)和维生素d3前体(6)。

图2a绘示了在282nm波长下记录的hplc用于检测和定量7-脱氢胆固醇、速固醇和光固醇，而2b绘示了在265nm波长下记录的hplc用于在碱不存在的情况下产生维生素d3的对照中检测和定量维生素d3和维生素d3前体。

图3绘示了维生素d从其前体光转化和热异构化的一般方案。

图4绘示了维生素d2和d3及其前体的结构。

发明详述

如本文所述，可在碱存在的情况下通过照射维生素原7-脱氢胆固醇或麦角固醇，并使在照射中形成的维生素d前体异构化来以生产规模制备维生素d。在本发明的照射方法中，除维生素前体外有其它副产物形成，特别是光固醇和速固醇。

如上所述，所述照射步骤在无机或有机碱存在的情况下发生。在无机碱的情况下，此类碱可选自碱式碳酸镁、碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸钠、碳酸镁、碳酸钙、碳酸钡、碳酸氢镁、氢氧化铵、氢氧化锂、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化镁铝(magnesium-aluminahydroxide)、氧化镁、氧化钙、氧化钡、硅酸钙、硅酸镁、硅酸镁铝、铝酸镁、硅铝酸镁(magnesiummetasilicate-aluminate)、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠和合成水滑石，或其组合。这个列举并不意味着是限制性的。

在有机碱的情况下，此类碱可选自脂肪胺或芳香胺；且在某些实施方案中可选自甲胺、乙胺和异丙胺、苯胺(phenylamine)(又名苯胺(aniline))、咪唑、苯并咪唑、组氨酸、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三乙胺、三丙胺、三丁胺、二环己基甲胺、二环己基胺、n,n'-二苄基乙二胺和n-甲基吡咯烷，或其组合。这个列举并不意味着是限制性的。

为了在包含有机或无机碱的溶液中用如本文所述在所需波长范围内的光有效地照射所述起始材料，所述溶液优选地包括对在所需波长范围内的光基本透明的溶剂。术语“基本透明”是指溶剂允许足够的光到达所述起始材料，以在120分钟内将所述起始材料的至少10％，更优选至少25％，另外更优选至少35％，且最优选地45％转化为所需产物。可使用标准分析方法诸如hplc在反相c18柱上和uv吸光度检测来监测转化。参见，例如，kaushik等人,foodchemistry151:225-30,2014。

在某些实施方案中，所述溶液包含选自醇、烯烃、极性溶剂、环烷烃、醚、羧酸酯和芳族溶剂或其混合物的溶剂。在优选的实施方案中，所述溶液包含选自以下的溶剂：乙腈、甲苯、吡啶、三氯乙烯、丙酮、1,2-乙二醇、乙醇、甲醇、异丙醇、乙醚、甲基叔丁醚、乙酸乙酯、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二乙胺、氯仿、苯甲醚、苯、1-丁醇、氯仿、环己烷、乙酸丁酯、己烷、2-丙醇、1-己烯、萘、四氢呋喃、间二甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、n-甲基-2-吡咯烷酮、1,3-丁二烯和十六烷，或其混合物。这个列举并不意味着是限制性的。碱的选择可基于在所需溶剂中的混溶性。

碱：溶剂的相对比例可为1：99至100：0。在优选的实施方案中，以所述碱和溶剂的饱和或未掺水溶液的体积比计，所述相对比例为5：95至100：0，且更优选地10：90至100：0。举例来说，三乙胺可作为>99％未掺水溶液使用；二苄基乙二胺作为97％溶液使用；氢氧化铵作为30％溶液使用。

每当在本说明书和权利要求中使用时，术语“烷烃”是指饱和烃化合物。可使用其它标识来表明烷烃中特定基团的存在(例如，卤代烷烃表明存在一个或多个卤原子替代烷烃中相等数量的氢原子)。术语“烷基”在本文中依照iupac规定的定义使用：通过从烷烃中去除一个氢原子形成的单价基团。相似地，“亚烷基”是指通过从烷烃中去除两个氢原子形成的基团(从一个碳原子上去除两个氢原子或者从两个不同碳原子各去除一个氢原子)。“烷烃基团”是指通过从烷烃中去除一个或多个氢原子(如特定基团所需要)形成的基团的通用术语。除非另外指明，否则“烷基”、“亚烷基”和“烷烃基团”可为非环状或环状和/或直链或支链。通过从烷烃的伯碳原子、仲碳原子和叔碳原子分别去除一个氢原子得到伯烷基、仲烷基和叔烷基。通过从直链烷烃的末端碳原子去除一个氢原子可得到正烷基。rci3/4(r≠h)、r2ch(r≠h)和r3c(r≠h)基团分别为伯烷基、仲烷基和叔烷基。

环烷烃为具有或不具有侧链的饱和环状烃，例如，环丁烷。可使用其它标识来表明环烷烃中特定基团的存在(例如，卤代环烷烃表明存在一个或多个卤原子替代环烷烃中相等数量的氢原子)。具有一个内环双键或一个三键的不饱和环状烃分别称为环烯烃和环炔烃。具有多于一个此类重键的那些为环二烯烃、环三烯烃等。可使用其它标识来表明环烯烃、环二烯烃、环三烯烃等中特定基团的存在。

“环烷基”是通过从环烷烃的环碳原子去除一个氢原子得到的单价基团。

相似地，“亚环烷基”是指通过从环烷烃中去除两个氢原子得到的基团，其中至少一个是环碳。因此，“亚环烷基”包括从其中两个氢原子从同一环碳形式上去除的环烷烃得到的基团，从其中两个氢原子从两个不同的环碳形式上去除的环烷烃得到的基团，和从其中第一氢原子从环碳形式上去除且第二氢原子从不是环碳的碳原子形式上去除的环烷烃得到的基团。“环烷烃基团”是指通过从环烷烃中去除一个或多个氢原子(如特定基团所需要且其中至少一个为环碳)形成的广义基团。

每当在本说明书和权利要求中使用时，术语“烯烃”是指具有一个碳-碳双键和通式cnh2n的直链或支链烯烃。二烯烃是指具有两个碳-碳双键和通式cnh2n-2的直链或支链烯烃，且三烯烃是指具有三个碳-碳和通式cnh2n-4的直链或支链烯烃。烯烃、二烯烃和三烯烃可进一步通过碳-碳双键的位置鉴别。可使用其它标识来表明烯烃、二烯烃和三烯烃内特定基团的存在或不存在。例如，卤代烯烃是指一个或多个氢原子被卤原子取代的烯烃。

“烯基”是从烯烃通过从其任何的碳原子去除一个氢原子得到的单价基团。因此，“烯基”包括其中氢原子从sp²杂化(烯烃)碳原子形式上去除的基团和其中氢原子从任何其它碳原子形式上去除的基团。例如且除非另外指明，否则术语“烯基”涵盖1-丙烯基(-ch＝chch3)、2-丙烯基(-ch2ch＝ch2)和3-丁烯基(-ch2ch2ch＝ch2)。相似地，“亚烯基”是指通过从烯烃中形式上去除两个氢原子形成的基团，从一个碳原子去除两个氢原子或从两个不同的碳原子各去除一个氢原子。“烯烃基团”是指通过从烯烃中去除一个或多个氢原子(如特定基团所需要)形成的广义基团。当氢原子从参与碳-碳双键的碳原子去除时，氢原子被去除的碳原子的区域选择性和碳-碳双键的区域选择性均可被指定。可使用其它标识来表明烯烃基团内特定基团的存在或不存在。烯烃基团还可进一步通过碳-碳双键的位置来鉴别。

芳烃是具有或不具有侧链的芳香烃(例如，苯、甲苯或二甲苯等)。“芳基”是从芳烃的芳环碳形式上去除氢原子得到的基团。应指出芳烃可包含单一芳香烃环(例如，苯或甲苯)，包含稠合芳环(例如，萘或蒽)，且包含一个或多个通过键共价连接的孤立芳环(例如，联苯)或非芳香烃基团(例如，二苯基甲烷)。“芳基”的一个例子是邻甲苯基(ortho-tolyl)(邻甲苯基(o-tolyl))，其于本文示出。

“醚”是其中两个烃基团通过一个氧原子连接的一类有机化合物中的任一种。

如本文所用，术语“极性溶剂”意指具有大于9的氢键溶解度参数的那些溶剂。氢键溶解度参数的定义参见“hansensolubilityparameters”,charlesm.hansen,isbn0-8493-7248-8。

如本文所用，术语“非极性溶剂”是指与离子液体不混溶的化合物。在一个实施方案中，术语“非极性溶剂”是指具有在20℃和根据astmd924-92的大气压力下测定的不超过5，优选地不超过3.0，更优选地不超过2.5的介电常数的溶剂。在优选的实施方案中，术语“非极性溶剂”是指环状和非环状脂肪烃，且特别是环状和非环状饱和脂肪烃，即烷烃和环烷烃，诸如戊烷、己烷、庚烷、辛烷和环己烷等。所述非极性脂肪烃可被一个或多个相同或不同的卤原子取代，但优选为未取代的。

如本文所用，术语“羧酸酯”是指羧酸的单酯或二酯，分别具有下式：

r1c(o)or2或r2o(o)cr1c(o)or2

其中r1为独立地选自烷基、环烷基和芳基的c1至c6烃基；所述烃基任选地被至少一个羟基取代且r2为c1至c4(1至4个碳原子)直链或支链烷基。在优选的实施方案中，r2为乙醇或甲醇。如本文所用，术语“羧酸”将用于指具有下式的羧酸：

r1c(o)oh或ho(o)cr1c(o)oh

其中r1为独立地选自烷基、环烷基和芳基的c1至c6烃基；所述烃基任选地被至少一个羟基取代。

在优选的实施方案中，所选溶剂还用作用于反应的碱。举例来说，三乙胺用作溶剂以及还提供易于通过精馏和共沸蒸馏除去的附加优势的碱。

适合的照射条件包括将7-脱氢胆固醇或麦角固醇浓度介于约0.5和10g/l之间的溶液置于uv-透明反应器中，诸如由石英、聚乙烯、聚丙烯等制成的反应器，并将所述溶液暴露于uv光。或者，可使用装有潜式石英井的持有uv灯的反应器。针对所用每个设备配置对uv暴露时间进行优化。在本发明的方法中，任何异构体的损失被抑制且所述反应可达到对照射时间不敏感的平衡。通过不断地向反应添加7-脱氢胆固醇或麦角固醇起始材料来以其在光化学反应中的转化速率补充7-脱氢胆固醇或麦角固醇，可获得浓度介于约10g/l至约80g/l之间或更多的反应产物。优选地，获得20g/l至40g/l或更多的反应产物用于接下来可能的热异构化步骤。所述热异构化步骤可在与所述照射步骤相同的溶液或在不同溶液中进行。最优选地所述热异构化步骤在与所述照射步骤相同的溶液中进行。

典型的光源包括低压汞灯、中压汞灯、发光二极管(led)、在337nm下作用的氮激光器、或在353nm下作用的yag激光器、在350nm下作用的xef激光器、拉曼频移xecl激光器和xecl泵送的宽频染料激光器或krf准分子激光器，最后两个根据需要可调的在330-360nm范围内操作。照射期间的溶液温度可保持在0℃-10℃范围内，或在根据需要的范围内；

维生素d的uv转化的峰值波长值出现在约295nm，具有宽光谱提供来自约245-360nm的有用光。优选的波长介于约250nm和约320nm之间，且更优选地介于约270nm和约300nm之间。参见，例如，olds等人，niwauvworkshop,poster53,queenstown，2010年4月7日至9日。如果需要，所述照射可逐步进行，例如，第一次照射在245-260nm的波长范围内，随后第二次照射在300-350nm的波长范围内。

虽然加热不是绝对需要，转化成维生素d的前体的转化率随温度增加。yates等人,vitamind:molecular,cellularandclinicalendocrinology.proceedingsoftheseventhworkshoponvitamind,ranchomirage,california,usa,1988年4月,第83-92页。因此，优选在所述照射步骤之后，将产物加热至约50℃至约150℃，持续至少2小时，引发称为“热异构化”的过程以作用于维生素d2前体或维生素d3前体到维生素d2或维生素d3的转化。在某些实施方案中，所述产物被加热至约40℃至约120℃，且另外更优选地至约75℃至约90℃，持续3小时至16小时。

通常，从所述起始材料产生产率为至少10％，更优选地至少25％，另外更优选地至少35％且最优选地45％或更高的维生素d2或维生素d3。在某些实施方案中，产生显著浓度的光固醇和速固醇。“显著浓度”意指产自所述方法的至少10％的产物包含光固醇和速固醇中的一种或两种，条件是光固醇和速固醇的总产率小于维生素d2或维生素d3的产率。

本领域技术人员易于理解的是，本发明非常适合于实现所述目的并获得上述目标和优点，以及其中固有的那些。本文提供的实施例表示优选的实施方案，是示例性的，并且不旨在作为对本发明范围的限制。

实施例1.

在乙醇中制备7-脱氢胆固醇的溶液(4.86mg/ml)。转移1毫升所述7-脱氢胆固醇溶液至石英试管。加入有机碱(三乙胺，0.2ml)。将试管密封。

作为对照，转移1毫升所述7-脱氢胆固醇溶液至石英试管。加入乙醇(0.2ml)替代所述有机碱。将试管密封。

将两试管并排附连至浸入式石英井并降入到水浴中，保持其温度在5–10℃。将hanoviauv灯(型号608a036)打开后放置于所述井中15min。将两种溶液照射3小时。

随后将含三乙胺的溶液以及对照加热至85℃，持续2.5小时。通过hplc分析两种溶液，如图1a和b(基础)和2a和b(对照)所绘示。图1a和b的图例：7-脱氢胆固醇(1)、维生素d3前体(6)、光固醇(7)、维生素d3(4)和速固醇(8)。所得产率如下：

当该程序在碱存在的情况下进行时，除更高的维生素d3产率和较高的7-脱氢胆固醇残渣回收率之外，样品中还存在显著浓度的三种主要异构体–维生素d前体、光固醇和速固醇，而在对照中三者均检测不到。对照中剩余的低浓度的维生素d3以及仅痕量的维生素d3原(7-脱氢胆固醇)与样品中高浓度的相应的组分截然相反，证实了三乙胺不存在的情况下显著的光化学降解和三乙胺存在的情况下的显著改善。

实施例2.

在甲基叔丁基醚中以29.05g/l的浓度制备维生素d3原(7-脱氢胆固醇)溶液。将溶液分成两个相等体积。将0.1体积的碱(dibed＝二苄基乙二胺)加入其中一份，为使两者体积相等，将0.1体积的mtbe加入对照。

转移1毫升的各溶液至石英试管。将试管密封。将两试管并排附连至浸入式石英井并降入到水浴中，保持其温度在5–10℃。将hanoviauv灯(型号608a036)打开后放置于所述井中15min。将两种溶液照射3小时。

随后将含二苄基乙二胺的溶液以及对照加热至85℃，持续2.5小时。通过hplc分析两种溶液。

来自该实验的转化结果示于下表：

尽管对于本领域技术人员而言本发明已经被足够详细地描述并举例以能够制造和使用它，但是各种替换、修改和改进应该显然不偏离本发明的精神和范围。本文提供的实施例表示优选的实施方案，是示例性的，并且不旨在作为对本发明范围的限制。其中的修改和其它用途将被本领域技术人员所想到。这些修改都涵盖在本发明的精神内并且由权利要求的范围限定。

对本领域技术人员将显而易见的是，可在不背离本发明的范围和精神的情况下对本文所公开的发明做出不同的替换和修改。

本说明书中所提到的所有专利和出版物指示本发明所属领域的普通技术人员水平。本文所有专利和出版物以引用的方式并入，其程度如同每个单独的出版物具体地和单独地被指示为以引用的方式并入。

本文适当地说明性描述的发明可以在缺少本文未具体公开的任何一个或多个要素、一种或多种限制的情况下实施。因此，例如，在本文每一种情况下，术语“包括”、“基本上由……组成”和“由……组成”中的任一者可以被替换为其它两个术语中的任一者。已采用的术语和表达用作描述而非限制的术语，并且不旨在使用此类排除任何所示和描述的特征的等同物或其部分的术语和表达，但是可认识到，各种修改可能在本发明要求保护的范围内。因此应当理解，尽管本发明已经通过优选的实施方案和任选的特征具体公开，但此公开的构思的修改和变化可以由本领域技术人员所采用，并且此类修改和变化被认为属于本发明由所附权利要求所定义的范围内。

其它实施方案在以下权利要求内示出。