一种L-5-甲基四氢叶酸钙的制备方法与流程

本发明涉及药物合成技术领域，尤其是涉及一种L-5-甲基四氢叶酸钙的制备方法。

背景技术：

L-5-甲基四氢叶酸的化学全名为(6S)-N-[4-[[(2-氨基-1,4,5,6,7,8-六氢-4-氧-5-甲基-6-喋啶基)甲基]氨基]苯甲酰]-L-谷氨酸，也简称(6S)-5-MTHF或L-5-MTHF，其结构为

由于L-5-甲基四氢叶酸(L-5-MTHF)对空气和水分高度敏感，容易降解，同时在水中溶解度很小，市面上常以其盐的形式存在，尤其是碱土金属盐，比如钙盐、钡盐等。

L-5-甲基四氢叶酸(L-5-MTHF)是组织和血液叶酸的主要形式，参与人体内多种重要的生化反应，比如嘌呤和胸腺嘧啶的生物合成等。天然存在的5-MTHF仅为L型，合成的光学异构体D型无生物活性，通过肾脏排出体外，对应的L-5-MTHF在人体中不需要经过繁琐的酶促步骤，可以直接被人体吸收利用。

L-5-MTHF是叶酸类药物中唯一可以渗透过血脑屏障的药物，具有防治阿尔茨海默病(老年痴呆症)的作用，因此它具有其他叶酸类药物无法比拟的优越性。近年来L-5-MTHF及其盐也用于预防胎儿神经管缺陷、动脉硬化、治疗巨幼红细胞贫血等；作为解毒剂用于增强叶酸拮抗剂的相容性，特别是用于增强治疗癌症的氨蝶呤和甲氨蝶呤的相容性；用于增强氟化嘧啶的治疗效果；用于降低化疗中二脱氮四氢叶酸(dideazatetrahydrofolates)的毒性；也用于治疗例如牛皮癣和风湿性关节炎等自身免疫疾病；服用L-5-MTHF也可以避免单纯服用叶酸造成的维生素B12缺乏掩蔽而产生的重大风险。

L-5-MTHF及其盐已被FDA确认是一般安全物质GRAS(Generally Recognized as Safe，Chemical and Technical Assessment 65^th，JECFA),主要用于药物活性成分和食品添加剂。从人体或动物组织或血液中提取、分离和纯化L-5-MTHF是有难度，且成本昂贵；手性催化氢化直接制备6S构型不仅成本高，而且光学选择性也不特别令人满意(CN100381442C)；目前主流合成方法是还原制备(6R,S)外消旋体(US5124452)后再拆分和衍生合成。

目前最常用的工艺路线一般都是以叶酸为原料，经还原、甲基化、手性拆分和成盐等步骤合成而得：还原主要是用合适的还原剂还原叶酸成四氢叶酸；甲基化最普遍的制备方法是四氢叶酸与甲醛/硼氢化钠(或硼氢化钾)通过还原胺化得到；合成的L-5-MTHF性质不稳定，对空气和水分较敏感，因此很难获得足够纯度的产品用于药物活性成分和食品添加剂，同时其在水中很低的溶解度也不利于生物吸收，因此市面上一般是将其转化成盐的形式利用，例如钙盐、钡盐等；手性拆分根据所选拆分剂的不同可以在上述任意三个步骤的某一个过程后进行(CN1030079C、CN101143863B、CN103214487A)。

如果采用纯度不高的四氢叶酸进行合成，那么合成的(5)-MTHF即使进行多次的纯化也很难得到符合要求的L-5-MTHF。如果使用较纯的四氢叶酸，那么就能够很容易地合成纯度很高的L-5-MTHF。再加上L-5-MTHF非常不稳定，极易降解，加上溶解度很差，手性纯化难度和成本较大，所以纯度较高的四氢叶酸是合成L-5-MTHF及其盐的关键，其他四氢叶酸衍生物的合成也遇到了同样的问题。所以人们长期以来一直在致力于寻找一种适合工业化大量生产高纯度四氢叶酸的方法。目前四氢叶酸主要是由叶酸还原得到的，经常用到的方法有：催化加氢法、酶还原法、化学还原法等。

催化加氢法又包括常压催化加氢和加压催化加氢，该方案是早期制备四氢叶酸的主要方法，由于需要使用大量的贵金属催化剂，且采用这种方法所得的四氢叶酸产率跟纯度均较低，使得这种方法很难在工业上实现大规模生产(US4665176、US4665176、US3983118、US4665176)。

酶还原法是采用生物酶法还原二氢叶酸(WO2007084738、US2007190596)，酶法最大的好处是专一性，它能够将二氢叶酸直接还原成具有生理活性的(6S)-四氢叶酸，合成的(6S)-四氢叶酸可以用于合成左亚叶酸及L-5-MTHF，是一种理想的方法。但是它的生产过程中需要使用大量的辅酶NADPH，并且还需要建设相配套的NADPH再生系统。目前该方法仅适合在实验室进行，工业上，技术和设备复杂，成本较高，所以要将这种方法用于大规模生产还很困难。

化学还原法即利用化学还原剂将叶酸还原成四氢叶酸，是现今工业生产中使用的主要方法。常用的还原剂有硼氢化钠(J.Med.Chem.,(1979),22:731，EP0495204)、硼氢化钾(EP0537842)、低价硫盐化合物(如连二亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫化钠等)(北京大学学报,(2006),38:436，CN103214487)，其中硼氢化钠的效果最好，因此应用的最广。

四氢叶酸不稳定，容易被氧化且不耐高温。其制备反应主要的影响因素有温度、还原剂与叶酸的质量比、反应时间和反应液的pH值等。其中反应液pH对反应的影响比较大，NaBH4、KBH4、Na2S2O4、NaHSO3等还原剂都具有强碱性，从而在滴加的过程中反应液的pH值会不断的升高，当反应液碱性太强时，大量副反应将发生，分子发生断裂产生蝶呤和对氨基苯甲酰基谷氨酸(PADGA)，从而反应得到的四氢叶酸产率较低且纯度不高，分离困难。硼氢化钠还原叶酸作为目前主流的制备方式，具有条件温和、收率较高、纯度较高、成本较低等优点，但该方法的缺点也很明显，由于反应中需要使用大大过量的硼氢化钠(EP0608002A1、US5223500A为24当量，CN102329318B为12当量，CN1030079C为6当量)，过量的硼氢化钠不仅升高了体系pH值导致副反应发生，而且反应和后处理过程会产生大量易爆的氢气和难溶的硼酸废渣，因此需要严格的安全措施保障生产和大量的洗涤水。1kg硼氢化钠理论上会释放26.3mol氢气(约590L),产生1.63kg硼酸，按25℃硼酸溶解度为5.74g/100g水计算，需消耗至少28.4L水，可见大量的使用硼氢化钠带来的生产风险和后处理问题非常突出。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种L-5-甲基四氢叶酸钙的制备方法。本发明方法通过低价硫化合物/有机硼化合物的联合还原作用，原料叶酸先与低价硫化合物比如连二亚硫酸钠反应生成二氢叶酸，再在硼氢化钠的作用下反应生成混旋四氢叶酸，然后进行手性拆分和5位甲基化，最后成钙盐产品；本发明方法避免了大量使用硼氢化钠易产生氢气、废水、废渣的问题。

本发明的技术方案如下：

一种L-5-甲基四氢叶酸钙的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)以叶酸为原料，还原制得中间体6-(R,S)-四氢叶酸；

(2)6-(R,S)-四氢叶酸经过手性拆分，制得中间体6-S-四氢叶酸盐；

(3)6-S-四氢叶酸盐经过甲基化反应制得中间体L-5-甲基四氢叶酸；

(4)L-5-甲基四氢叶酸与含钙盐反应制得所述L-5-甲基四氢叶酸钙。

步骤(1)中所述6-(R,S)-四氢叶酸的制备方法为：将叶酸悬浮在5～7倍量的水中，加入30％氢氧化钠水溶液至溶清，pH＝7.5～8.0，在氮气保护下，加入亚硫酸盐，在60～75℃下保持反应1.0～1.5h，TLC检测叶酸消失，降至40～50℃后将配好的硼氢化钠水溶液慢慢滴加，控制内温不超过75℃，加完在60～75℃下保持反应2.0～3.0h，降温，浓盐酸淬灭至pH＝6-7，加入抗氧化剂，用浓盐酸调pH至3左右，抽滤或离心，水洗，乙醇洗，真空干燥得四氢叶酸。所述亚硫酸盐用量为叶酸的2～5倍摩尔当量；所述亚硫酸盐为连二亚硫酸钠、亚硫酸氢钠或硫化钠；所述硼氢化钠的用量为叶酸的2～5倍摩尔当量；所述抗氧化剂为2-巯基乙醇、维生素C或亚硫酸盐。

步骤(2)中所述6-S-四氢叶酸盐的制备方法为：将四氢叶酸悬浮于5～7倍量的水中，加入抗氧化剂，加入拆分剂，升温到40～50℃，搅拌3～5h，抽滤或离心，水洗，乙醇洗，真空干燥后用DMF/水重结晶得到6-S-四氢叶酸的盐。所述抗氧化剂为2-巯基乙醇、维生素C或亚硫酸盐；所述拆分剂为硫酸、苯磺酸或对甲苯磺酸；所述拆分剂用量为四氢叶酸的1.5～3倍摩尔当量。

步骤(3)中所述L-5-甲基四氢叶酸的制备方法为：

将6-S-四氢叶酸的盐悬浮于5～7倍量的水中，加入30％氢氧化钠水溶液至溶清，pH＝7.5～8.0，在氮气保护下，加入37％-40％甲醛溶液，在20～25℃下保持反应1.0～1.5h，将配好的硼氢化钠水溶液慢慢滴加，控制内温不超过25℃，加完升温到60～75℃下反应2.0～3.0h，降温，浓盐酸淬灭至pH＝7.0-8.5，控制内温不超过25℃，加入抗氧化剂，用浓盐酸调pH至4.0-5.0左右，抽滤或离心，水洗，乙醇洗，真空干燥得L-5-甲基四氢叶酸。所述甲醛用量为6-S-四氢叶酸盐的1.2～2.0倍摩尔当量；所述硼氢化钠的用量为6-S-四氢叶酸盐的2～5倍摩尔当量；所述抗氧化剂为2-巯基乙醇、维生素C或亚硫酸盐。

步骤(4)中所述L-5-甲基四氢叶酸钙的制备方法为：

将L-5-甲基四氢叶酸悬浮于5～7倍量的水中，加入抗氧化剂，加入30％氢氧化钠水溶液至溶清，pH＝7.5～8.0，在氮气保护下，加入氯化钙溶液，在20～25℃下保持反应20～24h，抽滤或离心，水洗，乙醇洗，真空干燥得L-5-甲基四氢叶酸钙。所述氯化钙用量为L-5-甲基四氢叶酸的2～5倍摩尔当量；所述抗氧化剂为2-巯基乙醇、维生素C或亚硫酸盐。

本发明有益的技术效果在于：

原料叶酸通过低价硫化合物/有机硼化合物的联合还原作用，先与低价硫化合物比如连二亚硫酸钠反应生成二氢叶酸，再在硼氢化钠的作用下反应生成混旋四氢叶酸，然后进行手性拆分和5位甲基化，最后成钙盐产品；本发明方法原料廉价易得；合成步骤简便易行；与传统单纯使用硼氢化钠还原方法相比，通过使用不同还原剂的联合还原作用，大大降低了硼氢化钠的使用数量，从而显著降低了生产和后处理过程中产生大量氢气、废水、废渣的问题，大大降低了后处理成本和生产安全隐患，有利于大规模工业化生产的进行。

附图说明

图1为本发明反应示意图；

图2为实施例1所得产品的核磁共振氢谱；

图3为实施例1所得产品的核磁共振碳谱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。

实施例1

一种L-5-甲基四氢叶酸钙的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)6-(R,S)-四氢叶酸的制备：

将叶酸(200g，0.45mol)悬浮在1.0L的纯化水中，加入100ml 30％氢氧化钠水溶液至溶清，pH＝7.9，在氮气保护下，分批加入连二亚硫酸钠(157g，0.90mol)，在60℃下保持反应1.5h，TLC检测叶酸消失，降至50℃后将配好的硼氢化钠水溶液(34.5g，0.91mol，溶于70ml纯化水中)慢慢滴加，控制内温不超过75℃，加完在75℃下保持反应2h，降温至15℃以下，浓盐酸淬灭至pH＝6，加入2-巯基乙醇(2ml)，再用浓盐酸调pH至3左右，抽滤，水洗两次，乙醇洗一次，30℃真空干燥12h得四氢叶酸242g，HPLC纯度93.1％，不需纯化直接进行下一步反应。

(2)6-S-四氢叶酸的制备：

将四氢叶酸粗品(242g，以理论值0.45mol计)悬浮于1.3L的纯化水中，加入2-巯基乙醇(2ml)，分批加入对甲苯磺酸(116.3g，0.675mol)，升温到50℃，搅拌3h，抽滤，水洗两次，乙醇洗一次，30℃真空干燥12h后用DMF/水(1:1)重结晶得到6-S-四氢叶酸的盐115g，[a]D²⁵＝-61.1(C＝1.0％在DMF中)，HPLC纯度95.7％，不需游离直接进行下一步反应。

(3)L-5-甲基四氢叶酸的制备：

将6-S-四氢叶酸的盐(115g，0.19mol)悬浮于580ml的纯化水中，加入40ml30％氢氧化钠水溶液至溶清，pH＝7.8，在氮气保护下，加入甲醛溶液(含量37％～40％，17.0ml，0.23mol)，在25℃下保持反应1.0h，将配好的硼氢化钠水溶液(14.5g，0.38mol，溶于30ml纯化水中)慢慢滴加，控制内温不超过25℃，加完缓慢升温到65℃下反应2.5h，降温至15℃以下，用浓盐酸淬灭至pH＝7.5，控制内温不超过25℃，加入2-巯基乙醇(1ml)，再用浓盐酸调pH至5.0左右，抽滤，水洗两次，乙醇洗一次，30℃真空干燥12h得L-5-甲基四氢叶酸75g，HPLC纯度99.3％，HNMR(DMSO)：10.01(1H)；8.14(1H)；7.67(2H)；6.64(2H)；6.46(1H)；6.23(1H)；5.77(2H)；4.34(1H)；3.18(3H)；3.01(1H)；2.33(2H)；2.05(2H)；1.93(2H)。

(4)L-5-甲基四氢叶酸钙的制备：

将L-5-甲基四氢叶酸(75g，0.16mol)悬浮于375ml的纯化水中，加入2-巯基乙醇(1ml)，加入24ml 30％氢氧化钠水溶液至溶清，pH＝7.8，在氮气保护下，加入氯化钙溶液(36g，0.32mol，溶于100ml纯化水中)，在25℃下保持反应24h，抽滤，水洗两次，乙醇洗一次，30℃真空干燥得L-5-甲基四氢叶酸钙70.5g，HPLC纯度99.2％，HNMR(D2O)(如图2所示)：7.55(2H)；6.65(2H)；4.18(1H)；3.41(1H)；3.21(1H)；3.02(2H)；2.89(1H)；2.42(3H)；2.19(2H)；2.04(2H)；1.92(2H)。

CNMR(D2O)(如图3所示)：179.41；169.84；154.88；152.05；151.78；128.96；121.34；112.53；99.64；55.82；54.38；43.25；42.65；35.71；34.25；28.37。

实施例2

一种L-5-甲基四氢叶酸钙的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)6-(R,S)-四氢叶酸的制备：

将叶酸(200g，0.45mol)悬浮在1.2L的纯化水中，加入100ml 30％氢氧化钠水溶液至溶清，pH＝7.7，在氮气保护下，分批加入连二亚硫酸钠(235g，1.35mol)，在65℃下保持反应1.5h，TLC检测叶酸消失，降至45℃后将配好的硼氢化钠水溶液(51g，1.34mol，溶于100ml纯化水中)慢慢滴加，控制内温不超过75℃，加完在60℃下保持反应3h，降温至15℃以下，浓盐酸淬灭至pH＝7，加入2-巯基乙醇(2ml)，再用浓盐酸调pH至3左右，抽滤，水洗两次，乙醇洗一次，30℃真空干燥12h得四氢叶酸245g，HPLC纯度93.3％，不需纯化直接进行下一步反应。

(2)6-S-四氢叶酸的制备：

将四氢叶酸粗品(245g，以理论值0.45mol计)悬浮于1.3L的纯化水中，加入2-巯基乙醇(2ml)，分批加入对甲苯磺酸(155g，0.90mol)，升温到40℃，搅拌3h，抽滤，水洗两次，乙醇洗一次，30℃真空干燥12h后用DMF/水(1:1)重结晶得到6-S-四氢叶酸的盐117g，[a]D²⁵＝-61.7(C＝1.0％在DMF中)，HPLC纯度95.9％，不需游离直接进行下一步反应。

(3)L-5-甲基四氢叶酸的制备：

将6-S-四氢叶酸的盐(117g，0.19mol)悬浮于600ml的纯化水中，加入40ml30％氢氧化钠水溶液至溶清，pH＝7.7，在氮气保护下，加入甲醛溶液(含量37％～40％，21.5ml，0.29mol)，在25℃下保持反应1.0h，将配好的硼氢化钠水溶液(21.5g，0.57mol，溶于45ml纯化水中)慢慢滴加，控制内温不超过25℃，加完缓慢升温到75℃下反应2h，降温至15℃以下，用浓盐酸淬灭至pH＝7.0，控制内温不超过25℃，加入2-巯基乙醇(1ml)，再用浓盐酸调pH至4.0左右，抽滤，水洗两次，乙醇洗一次，30℃真空干燥12h得L-5-甲基四氢叶酸78g，HPLC纯度99.2％，HNMR(DMSO)：10.01(1H)；8.14(1H)；7.67(2H)；6.64(2H)；6.46(1H)；6.23(1H)；5.77(2H)；4.34(1H)；3.18(3H)；3.01(1H)；2.33(2H)；2.05(2H)；1.93(2H)。

(4)L-5-甲基四氢叶酸钙的制备：

将L-5-甲基四氢叶酸(78g，0.17mol)悬浮于500ml的纯化水中，加入2-巯基乙醇(1ml)，加入25ml 30％氢氧化钠水溶液至溶清，pH＝7.5，在氮气保护下，加入氯化钙溶液(57g，0.51mol，溶于150ml纯化水中)，在25℃下保持反应20h，抽滤，水洗两次，乙醇洗一次，30℃真空干燥得L-5-甲基四氢叶酸钙75g，HPLC纯度99.3％，HNMR(D2O)：7.55(2H)；6.65(2H)；4.18(1H)；3.41(1H)；3.21(1H)；3.02(2H)；2.89(1H)；2.42(3H)；2.19(2H)；2.04(2H)；1.92(2H)。

实施例3

一种L-5-甲基四氢叶酸钙的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)6-(R,S)-四氢叶酸的制备：

将叶酸(200g，0.45mol)悬浮在1.4L的纯化水中，加入100ml 30％氢氧化钠水溶液至溶清，pH＝7.6，在氮气保护下，分批加入连二亚硫酸钠(390g，2.24mol)，在75℃下保持反应1h，TLC检测叶酸消失，降至45℃后将配好的硼氢化钠水溶液(85.5g，2.25mol，溶于170ml纯化水中)慢慢滴加，控制内温不超过75℃，加完在75℃下保持反应2h，降温至15℃以下，浓盐酸淬灭至pH＝6，加入2-巯基乙醇(2ml)，再用浓盐酸调pH至3左右，抽滤，水洗两次，乙醇洗一次，30℃真空干燥12h得四氢叶酸241g,HPLC纯度93.5％，不需纯化直接进行下一步反应。

(2)6-S-四氢叶酸的制备：

将四氢叶酸粗品(241g，以理论值0.45mol计)悬浮于1.3L的纯化水中，加入2-巯基乙醇(2ml)，分批加入对甲苯磺酸(232g，1.35mol)，升温到45℃，搅拌3h，抽滤，水洗两次，乙醇洗一次，30℃真空干燥12h后用DMF/水(1:1)重结晶得到6-S-四氢叶酸的盐118g，[a]D²⁵＝-61.4(C＝1.0％在DMF中)，HPLC纯度95.7％，不需游离直接进行下一步反应。

(3)L-5-甲基四氢叶酸的制备：

将6-S-四氢叶酸的盐(118g，0.19mol)悬浮于600ml的纯化水中，加入40ml30％氢氧化钠水溶液至溶清，pH＝7.7，在氮气保护下，加入甲醛溶液(含量37％-40％，28.0ml，0.38mol)，在20℃下保持反应1.5h，将配好的硼氢化钠水溶液(36.0g，0.95mol，溶于70ml纯化水中)慢慢滴加，控制内温不超过25℃，加完缓慢升温到70℃下反应2.5h，降温至15℃以下，用浓盐酸淬灭至pH＝7.0，控制内温不超过25℃，加入2-巯基乙醇(1ml)，再用浓盐酸调pH至4.5左右，抽滤，水洗两次，乙醇洗一次，30℃真空干燥12h得L-5-甲基四氢叶酸79g，HPLC纯度99.2％，HNMR(DMSO)：10.01(1H)；8.14(1H)；7.67(2H)；6.64(2H)；6.46(1H)；6.23(1H)；5.77(2H)；4.34(1H)；3.18(3H)；3.01(1H)；2.33(2H)；2.05(2H)；1.93(2H)。

(4)L-5-甲基四氢叶酸钙的制备：

将L-5-甲基四氢叶酸(79g，0.17mol)悬浮于500ml的纯化水中，加入2-巯基乙醇(1ml)，加入25ml 30％氢氧化钠水溶液至溶清，pH＝7.5，在氮气保护下，加入氯化钙溶液(95.5g，0.86mol，溶于300ml纯化水中)，在22℃下保持反应20h，抽滤，水洗两次，乙醇洗一次，30℃真空干燥得L-5-甲基四氢叶酸钙75.3g，HPLC纯度99.4％，HNMR(D2O)：7.55(2H)；6.65(2H)；4.18(1H)；3.41(1H)；3.21(1H)；3.02(2H)；2.89(1H)；2.42(3H)；2.19(2H)；2.04(2H)；1.92(2H)。