瑞舒伐他汀侧链中间体的绿色合成方法_江海洋.pdf

2023 年 第 4 期 化学工程与装备 2023 年 4 月 Chemical Engineering&Equipment 33 瑞舒伐他汀侧链中间体的绿色合成方法 瑞舒伐他汀侧链中间体的绿色合成方法 江海洋1，李 亮1，卢翠芬2，杨桂春2（1湖北迅达药业股份有限公司，湖北 黄冈 435406；2湖北大学，湖北 武汉 430062）摘 要：摘 要：本文将酶工程、生物催化技术与微通道反应器结合，提供一种绿色、高效的瑞舒伐他汀手性侧链中间体(4R-cis)-6-(乙酰氧基)甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧六环-4-乙酸叔丁酯的合成方法。该技术的实施有望提高瑞舒伐他汀手性侧链中间体的化学产率和光学产率，最大限度减少对于人工的依赖，提高生产效率和产品质量，减少三废排放量，大幅度降低产品成本，提高市场竞争力。关键词：关键词：瑞舒伐他汀；手性侧链；酶催化；微通道 瑞舒伐他汀是一种选择性 HMG-CoA 还原酶抑制剂，用于治疗高脂血症和高胆固醇血症，比其他他汀类药物具有高效的降脂性和安全性，市场对其需求不断增加，但其生产成本偏高，价格居高不下限制其推广。瑞舒伐他汀由主环和手性侧链制备，其主环合成工艺已成熟，相关研究工作者将更多的目光主要集中在手性侧链的合成上1-6，国内外对其进行了大量的研究，取得一定的成效，但也存在许多不足。因此，本文设计采用微通道连续化生产装置，使用羰基还原酶、葡萄糖脱氢酶及少量辅酶 NAPDH 三酶耦联催化还原羰基引入手性碳，高效制备瑞舒伐他汀手性侧链中间体(4R-cis)-6-(乙酰氧基)甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧六环-4-乙酸叔丁酯，实现环境友好的生产工艺，降低危险性，减少三废排放，提高生产效率和产品质量。合成路线如图 1所示。图 1 (4R-cis)-6-(乙酰氧基)甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧六环-4-乙酸叔丁酯的合成路线 图 1 (4R-cis)-6-(乙酰氧基)甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧六环-4-乙酸叔丁酯的合成路线 1 实验内容 1 实验内容 1.1 仪器与试剂 仪器：旋转蒸发仪、气相色谱、液相色谱仪、核磁共振仪。试剂：S-4-氯三羟基丁腈、六甲基二硅胺烷、锌粉、甲磺酸、溴乙酸叔丁酯、葡萄糖、二甲氧基丙烷、四丁基溴化铵、无水醋酸钠、盐酸、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、四氢呋喃、正己烷、乙酸乙酯。1.2 S-4-氯-3-三甲硅基丁腈的制备 S-4-氯-3-羟基丁腈(80.0 g,0.67 mol)，控温 35，滴加六甲基二硅胺烷(58.5 g,0.36 mol)，滴加毕维持温度35 反应 46 h，GC 检测 S-4-氯-3-羟基丁腈反应至约 0.5%为止，过滤除去少量不溶物。减压蒸馏除去多余六甲基二硅胺烷，得 S-6-氯-5-羟基 3-氧代己酸叔丁酯(128.2 g,产率99.7%）。1.3 S-6-氯-5-羟基 3-氧代己酸叔丁酯的制备 将 S-4-氯-3-三甲硅基丁腈(25.6 g,0.134 mol)、纳米锌(15.6 g,0.24 mol)的四氢呋喃溶液(60 mL)泵入混合器中，流速为 2.56 mL/min，将甲磺酸(0.2 g,2.1 mmol)的四氢呋喃溶液(30 mL)泵入混合器中，流速为 1.28 mL/min，溴乙酸叔丁酯(34.1 g,175 mol)泵入混合器中，流速为 1.18 mL/min。充分混合后，进入微通道反应器进行反应，微通道反应器的体积为 40 mL，反应停留时间为 30 min，反应温度为 80。将反应流出液过滤，滤液中加入 10%盐酸，调节pH=30.5，分层，水层用乙酸乙酯(20 mL)萃取，合并有机层，用 10%碳酸氢钠溶液调节 pH 至中性，过滤，滤液蒸除溶剂，浓缩干燥得到无色液体 S-6-氯-5-羟基-3-氧代己酸叔丁酯(31.0 g，产率 98%)。1.4 （3R,5S）-6-氯-3,5-二羟基己酸叔丁酯的制备 S-6-氯-5-羟基-3-氧代己酸叔丁酯(29.5 g,0.124 mol)加入三颈烧瓶中，再加入 0.1 M 磷酸盐缓冲液(50 mL)，搅拌均匀后加入葡萄糖(35.4 g,0.20 mol)。控温 35，加DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.04.05734 江海洋：瑞舒伐他汀侧链中间体的绿色合成方法 氢氧化钠溶液调至pH=7，加入三种酶催化剂羰基还原酶3 g、葡萄糖脱氢酶 1.5 g 和辅酶 0.15 g，再缓慢滴加 16%氢氧化钠溶液维持 pH=7.0，TLC 至反应完全，约 8 h 反应完毕。乙酸乙酯(100 mL)萃取三次，合并乙酸乙酯层，饱和食盐水(20 mL)洗涤，浓缩干燥得油状物，即为（3R,5S）-6-氯-3,5-二羟基己酸叔丁酯(29.4 g，产率 99%)。1.5 (4R,cis)-6-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧六环-4-乙酸叔丁酯的制备(3R,5S)-6-氯-3,5-二羟基己酸叔丁酯(28.3 g,0.12 mol)泵入混合器中，流速为 2.83 mL/min，2,2-二甲氧基丙烷(36.9 g,0.355 mol)泵入混合器中，流速为 3.69 mL/min，甲磺酸(0.2 g,2.1 mmol)的四氢呋喃溶液(30 mL)泵入混合器中，流速为 23 mL/min。充分混合后，进入微通道反应器进行反应，微通道反应器的体积为 40 mL，反应停留时间为 30 min，反应温度为 30。将反应流出液中加入 5%碳酸氢钠溶液(20 mL)和正己烷(50 mL)，分层，水层排污，有机层用饱和食盐水(20 mL)洗涤，浓缩干燥得棕色液体(4R,cis)-6-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧六环-4-乙酸叔丁酯(31.2 g，产率 95%)。1.6 (4R,cis)-6-（乙酰氧基）甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧六环-4-乙酸叔丁酯的制备 氮气保护下加(4R,cis)-6-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧六环-4-乙酸叔丁酯(29.1 g,0.1 mol)、四丁基溴化铵(9.6 g,0.03 mol)到三颈烧瓶中，升温至 85，搅拌均匀后，加入无水醋酸钠(32.3 g,0.4 mol)。90 搅拌 30 min，升温至 130 反应约 10 h。反应结束后，降温至 40，加入水（60 mL）和正己烷（30 mL），搅拌 30 min，保温分层，水层用正己烷（60 mL）萃取，合并有机层，浓缩溶剂后得深棕色固体，加正己烷滤液重结晶，过滤，烘干得类白色至白色粉末（18.5 g，产率 61%）。2 结果与讨论 2 结果与讨论 2.1 （3R,5S）-6-氯-3,5-二羟基己酸叔丁酯的合成方法 随着心脑血管疾病发病率、致死率的不断增高，市场对治疗效果显著、安全性强的瑞舒伐他汀的需求不断增加，但目前工业上对瑞舒伐他汀中间体（3R,5S）-6-氯-3,5-二羟基己酸叔丁酯的生产主要依赖传统的全化学合成工艺，全化学合成工艺主要存在以下问题：中间体（3R,5S）-6-氯-3,5-二羟基己酸叔丁酯的选择性不对称还原主要使用硼烷或硼氢化钠等化学还原剂，该还原剂易燃，反应条件苛刻（如使用硼烷时，需要在-80下反应），后处理使用酸淬灭，环境污染严重，顺反异构比例最大为 12:1，需要化学拆分方法才得到纯度较高的目标手性化合物，反应收率低；工艺流程复杂且需要较多人工干预控制反应，生产过程中各步骤反应间断，反应物在不同反应釜间转移，容易造成物料浪费，生产效率低；釜内反应条件难以把控，危险性大；反应稳定性差，难以达到目标要求。随着生物技术和酶工程的持续发展以及环境污染问题日益受到重视，在化学工业中，大量采用具有环境友好、反应条件温和、产率高等优势的生物技术。商业化羰基还原酶可将潜手性酮类化合物不对称催化还原为手性醇，具有反应条件温和、转化率高、立体选择性好、分离简单、成本相对低廉、环境友好等优势，生物催化法在他汀类药物手性侧链中间体的工业化生产过程中的地位愈来愈显著。在酶催化还原反应过程中，羰基还原酶需要辅酶 NADH 或 NADPH 向羰基转移氢，因此在酶催化还原反应中需要添加昂贵的辅酶。但是在酶催化还原反应的实际应用中，过多量添加昂贵的辅酶是不可能实现的，因此对于大规模工业化生产，辅酶的有效再生及再利用是必须的。酶偶联法是将两个不同催化功能的氧化还原酶同时加入到反应体系中，一个酶催化目标底物，另一个酶作为辅助酶催化辅助底物用于辅酶再生。葡萄糖脱氢酶是常用的一种辅助酶，氧化葡萄糖生成葡萄糖酸，同时生成还原型辅酶。因此便宜的葡萄糖，可以再生昂贵的辅酶NADH 和 NADPH，实现辅酶的再生。本文采用羰基还原酶、葡萄糖脱氢酶及少量辅酶 NAPDH 三酶耦联催化的方法代替传统的化学还原剂不对称催化还原羰基，绿色、高效制备(4R-cis)-6-(乙酰氧基)甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧六环-4-乙酸叔丁酯，提高化学产率和光学产率。2.2 搭建微通道器连续化反应及自动化控制工艺的研究 微通道反应器系统装置主要由四个部分组成，分别是液体输送装置、连接装置、反应通道和接收装置。反应在微通道反应器中进行，首先是反应液在流体输送动力装置的驱动下，连续不断地以确定的流速流经设置条件下的微通道，并在微通道内完成反应，后被引入接收置。在微通道反应器中进行多步合成，产物经简单分离处理直接混合进入下一个微通道反应器中。利用计算机辅助控制系统，将微通道反应器的液体输送装置、连接装置、反应通道和接收装置进行有效控制，通过在线分析，筛选合适的停留时间以及进样速度。微通道反应具有比表面积高，可以精确控制反应条件，易于放大且无放大效应，安全性高，三废物量小等优点，近几年在精细化学品制备领域得到广泛应用。本文采用微通道反应器和计算机控制器生产瑞舒伐他汀中间体，精确控制反应，工艺稳定，缩短反应时间，降低能耗，提高化学产率和选择性及收率，减少三废排放。3 结 论 3 结 论 本文将酶工程、生物催化技术与微通道反应器生产技术有机结合，提供一种绿色、高效的瑞舒伐他汀手性侧链中间体合成方法。其中羰基还原酶、葡萄糖脱氢酶及辅酶 NAPDH三酶耦联催化具有高效不对称还原，反应条件温和、转化率高、立体选择性好、分离简单、成本相对低廉、环境友好等优势。微通道反应器可以精确控制反应选择性及收率，工艺稳定，输送、能量和材料消耗低，易实现产业化和规模化及自动化控制，生产成本降低，效益提高。（下转第 24 页）（下转第 24 页）24 王 军：竹纤维对混凝土性能影响研究 2(05):1-8.7 Gauss C,Kadivar M,Harries K A,et al.Chemical modification of Dendrocalamus asper bamboo with citric acid and boron compounds:Effects on the physical-chemical,mechanical and thermal propertiesJ.Journal of cleaner production,2021(1).8 Na S,Cfa B,Zya B,et al.Effects of rosin treatment on hygroscopicity,dimensional stability,and pore structure of round bamboo culmJ.Construction and Building Materials,287.9 Yu H-xia,Pan X,Wang Z,et al.Effects of heat treatments on photoaging properties of Moso bamboo(Phyllostachys pubescensMazel)J.Wood Science and Technology,2018,52(6):1671-1683.10 A Yusra,Yusra A,Triwulan T,et al.Use of bamboo fiber on the relationship between compressive strength and split tensile strength of high strength concreteJ.IOP Conference Series:Materials Science and Engineering,2020,933(1).11 Chin Siew Choo,Tee Kong Fah,Tong Foo Sheng,et al.External strengthening of reinforced concrete beam with opening by bamboo fiber reinforced compositesJ.Materials and Structures,2020,53(6).12 Dewi,SM,Wijaya,et al.The Use of Bamboo Fiber in Reinforced Concrete Beam to Reduce CrackJ.Aip Conf Proc,2017.（上接第 32 页）_（上接第 32 页）_ Preparation and properties of starch/bamboo powder/PCL/PP composites Lin Yulin(Fuzhou Fusu Science and Technology Research Institute Co.,LTD.,Fuzhou,Fujian350008,China)Abstract:Abstract:Starch and Bamboo powder were modified by dodecanedioic acid and composites were toughened by PCL.The results showed that lauric acid can esterify and improve the plasticity of starch.The mechanical properties of the composite were the best when the content of dodecanedioic acid was 16%and bamboo powder was 1015%.When 10%PCL was used instead of PP,the tensile and bending strength were maintained well，and the notched impact strength and break elongation of the composites were improved.Keywords:Keywords:Starch;Bamboo powder;dodecanedioic acid;PP （上接第 34 页）_（上接第 34 页）_ 参考文献 参考文献 1 罗军,姜标.他汀类药物关键中间体(3R,5S)-6-羟基-3,5-O-亚异丙基-3,5-二羟基己酸甲酯的合成J.江苏化工,2005,33:80-84.2 张兆国,范为正,孟庆华.利用不对称氢化制备匹伐他汀钙原料药的方法：CN 200810201921P.2010.3 陈宇瑛,荣祖元,李坤.制备(3R,5S)-3,5-O-亚异丙基-3,5,6-三羟基己酸衍生物的方法：CN 200910050115 P.2012.4 孙蕊,张福乾,杜体健.一种(4R-cis)-6-取代-2,2-二甲基-1,3-二氧六环-4-乙酸叔丁酯的制备方法：CN 201110072326P.2013.5 Wu X,Jiang J,ChenY.Correlation between intracellular cofactor concentrations and biocatalytic efficiencyJ.ACS Catalysis,2011,1:1661-1664.6 Boger HG,Kebeler K.A Preparation of trihydroxyhexanoate-derived ketals for the synthesis of 3-desmethylmevalonic acid derivatives：De 4128345P.1991.