(r)-3-羟基丁酸(r)-3-羟基丁酯的制备方法
【专利说明】(R)-3-羟基丁酸（R)-3-羟基丁酯的制备方法
[0001] 本发明在ARMY/AR0分配的授权号W911NF-05-1-0479中得到政府支持。政府拥有 本发明中的一定权利。
技术领域
[0002] 本发明涉及（R)-3_羟基丁酸（R)-3_羟基丁酯的制备方法。具体地，本发明涉及 用于由聚-(R)-3-羟基丁酸酯的单一原料制备（R)-3-羟基丁酸（R)-3-羟基丁酯的方法。
【背景技术】
[0003] 酮体是由肝从释放自脂肪组织的脂肪酸生成的化学化合物。酮体自身可以用作身 体大部分组织中的能量来源。加强血液中酮体的水平的化合物的摄取可以导致不同的临床 有益性，包括身体和认知性能增强和心血管病症、糖尿病、神经变性疾病和癫痫的治疗。酮 体包括（R)-3-羟基丁酸和乙酰乙酸。
[0004] W02004/108740公开了可以直接施用酮体以便使受试者的酮体水平升高。然而，直 接施用该化合物不切实际且可能存在危险。例如，以其游离酸形式直接施用（R)-3_羟基丁 酸或乙酰乙酸可以在从胃肠道快速吸收后导致明显的酸中毒。以未调节的量施用这些化合 物的钠盐也是不适合的，这是因为可能伴随施用治疗相关量的化合物的钠超负荷的潜在危 险。
[0005] 衍生物的实例包括酯类，例如衍生自各种醇类和（R)-3_羟基丁酸的寡聚体的酯 类。
[0006] W02010021766公开了 3-羟基丁酸的一种特定的酯的一种特定的对映体是有效的 并且是酮体（R)-3_羟基丁酸的适口的前体。因此，W02010021766公开了 3-羟基丁酸3-羟 基丁酯，其富含对映体（R)-3_羟基丁酸（R)-3-羟基丁酯。
[0007] 已经研发了各种合成方法用于制备这种立体异构体。已知由聚_(R)-3-羟基丁酸 酯制备羟基丁酸酯的方法，但牵涉大量步骤并且是复杂的。尝试了其它合成方法，但存在各 种技术上和商业上的缺陷，包括低收率、生成杂质产物、在大规模和成本方面无法实施。
[0008] W02010/120300公开了（R)-3-羟基丁酸（R)-3-羟基丁酯的制备方法，包括对式 I、II或III的化合物进行对映选择性还原。
[0009]
[0010] W02010/120300还公开了一种方法，包括用W02010/120300中式VI的二乙烯酮CH2 =c(ch2)-o-c= 0处理hoch2ch2coch3并且使反应进行对映选择性还原。还公开了包括用 乙烯酮VI处理丁 -1，3-二醇再进行对映选择性还原的另外的方法和以4-羟基丁酮为原料 的方法。对映选择性还原使用酮还原酶或醇脱氢酶进行。
[0011] 尽管有效地制备（R)_3-羟基丁酸（R)-3-羟基丁酯，但是这些原料昂贵，且应该期 望更高的反应速率。仍然需要能够以较高容量制备（R)-3_羟基丁酸（R)-3-羟基丁酯并且 改善制备的经济性。
【发明内容】
[0012] 我们目前已经发现，这些问题可以通过使相对低成本的原料聚_(R)-3-羟基丁酸 酯来实施的一种方法得以解决，该方法包括转酯化，将起始材料或原料分成两个部分或两 种流量，从而由第一部分或第一种流量制备还原的中间体，然后使其与第二部分或第二种 流量反应，得到（R)-3-羟基丁酸（R)-3-羟基丁酯。
[0013] 在第一个方面，本发明提供（R)-3-羟基丁酸（R)-3-羟基丁酯的制备方法，包括：
[0014] (i)使聚_(R)-3-羟基丁酸酯与醇接触，以在转酯化条件下将聚-(R)-3-羟基丁酸 酯转酯，生成（R)-3-羟基丁酸和醇的酯；
[0015] (ii)将步骤i)的产物分离成第一部分和第二部分并且还原第一部分的（R)-3_羟 基丁酸酯，形成（R)-l，3_ 丁二醇；
[0016] (iii)在转酯化条件下使来自步骤ii)的（R)-l，3-丁二醇与第二部分的转酯化的 酯接触，生成（R)-3-羟基丁酸（R)-3-羟基丁酯。
[0017] 该方法允许以工业化规模由散装聚-(R)-3-羟基丁酸酯制备富含对映体的 (R)-3-羟基丁酸和（R)-1，3-丁二醇的单酯，所述聚-(R)-3-羟基丁酸酯在商业上是大规模 的且具有可接受的成本，例如，通过发酵玉米淀粉或甘蔗来生产聚-(R) -3-羟基丁酸酯。
【具体实施方式】
[0018] 本文所用的术语"富含"是指富含对映体的水平高于该异构体可能存在于外消旋 混合物中的水平。如果涉及富集百分比，则富含异构体构成存在的总3-羟基丁酸3-羟基 丁酯的摩尔百分比。
[0019] 优选使用手性高效液相色谱法（手性HPLC)测定对映体纯度。测量典型地针对相 应的外消旋混合物进行。或者，可以可靠地使用手性气相色谱法（手性GC)。因此，本文涉 及富集百分比，则该富集百分比典型地通过手性HPLC或手性GC测定。优选地，富集百分比 通过手性HPLC测定。通常，所用的酶是能够将所述式（II)、（III)或（IV)的化合物还原成 3-羟基丁酸3-羟基丁酯的酶，相对于（R) -3羟基丁酸（R) -3-羟基丁酯，所述3-羟基丁酸 3-羟基丁酯富含的对映体为至少95%，例如为至少97%，至少98%、或至少99%。
[0020] 该方法可以是连续的或分批的。有利地，本发明能够以高流通量的工业化规模由 可以得自玉米淀粉的聚-(R)-3-羟基丁酸酯制备（R)-3-羟基丁酸（R)-3-羟基丁酯。
[0021] 优选地，聚_(R)-3-羟基丁酸酯原料通过用微生物发酵玉米淀粉而得到的单一原 料获得。
[0022] 聚_(R)-3-羟基丁酸酯原料可以在步骤i)中使用任意适合的醇被转酯化，从而能 够使形成的酯被还原成（R)_l，3-丁二醇。适合地，使用二元醇或三元醇，但优选所述醇是 一元醇，例如C1-6醇。如果（R)-3-羟基丁酸（R)-3-羟基丁酯例如作为食品或营养补充剂 用于消费，则醇适合是乙醇，因为它对于消费而言比其它醇类更可接受。
[0023] 适合地，所述醇以可以使聚_(R)-3-羟基丁酸酯转酯的足量存在。优选地，醇与 聚-(R)-3-羟基丁酸酯的重量比为1:1至10:1，更优选2:1至6:1。
[0024] 步骤i)中的转酯化适合于在酸性条件下进行。优选地，该反应混合物包含酸催化 剂。所述酸可以是无机酸且优选是矿物酸，例如硫酸。根据期望，则该催化剂可以是固体。
[0025] 适合地，转酯化在高温下进行，优选大于50°C、大于90°C，且期望不超过150°C。可 以使用高压。适合地，将转酯化进行足够的时间以便将转酯化在温度、所用催化剂和醇方面 影响至经济上可接受的程度。优选地，使转酯化步骤进行至少1小时，更优选至少10小时， 尤其是15至30小时，例如20小时、22小时和24小时。
[0026] 然后可以通过一个或多个任选的步骤处理转酯化反应产物，包括过滤；纯化，例如 通过蒸馏；和中和，例如通过添加碱，例如氢氧化物、碳酸氢盐和乙酸盐，特别是氢氧化钙或 碳酸氢钠，以便中和存在的酸。
[0027] 适合地，通过除去醇和任选的反应副产物从反应混合物中分离（R)-3_羟基丁酸 的酯。根据期望，分离可以在多个阶段中进行。在一个优选的实施方案中，从醇和反应副 产物中分离所述酯并纯化。所述酯可以通过分离液相，例如通过蒸馏醇和巴豆酸烷基酯， 从未反应的醇和其它不期望的材料例如巴豆酸烷基酯中分离出来。可以通过多次蒸馏，适 合地在大气压和高于醇的沸点的温度下除去醇和副产物，所述温度例如为大于80°C、大于 110°C，例如110至150°C的温度。然后适当地分离（R)-3-羟基丁酸的酯，得到第一部分，将 其进行还原反应。
[0028] 步骤ii)的还原可以是氢化物转移还原、氢化、水解、然后是甲硅烷基醚水解。优 选地，还原使用任意适合的用于还原酮酯的还原剂进行。所述还原剂可以是有机物或无机 物。还原步骤可以由酶介导，例如酮还原酶（KRED)或醇脱氢酶（ADH)，且可以是天然存在的 或商购的，例如如W02010/120300中所述。
[0029] 还原剂可以包含氢，且可以使用氢化催化剂，例如阮内镍，期望在升压和升温下使 用，且催化剂包含铂、钯、铑、铱或钌。优选地，还原剂使用氢化物转移试剂。适合的还原剂 的实例包括：金属氢化物配合物，例如氢化铝锂、四氢化铝酸锂、双（2-甲氧基乙氧基）氢