二苯基硅烷用于D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯制備的新技術(shù)

林韋康，江曉明，楊 沫，相雪理，朱 海

（1.宿遷市科萊博生物化學(xué)有限公司，江蘇 宿遷 223800；2.浙江云濤生物技術(shù)股份有限公司，浙江 紹興 312369）

D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯（D-p-hydroxyphenylglycine methyl ester），相對(duì)分子量：181.19，分子式：C9H11NO3，CAS 號(hào):37763-23-8，是生物酶法合成阿莫西林等抗生素的重要側(cè)鏈。例如選取檸檬酸固定化青霉素酰化酶，作為6-氨基青霉烷酸和D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯反應(yīng)的生物催化劑，在水溶劑中催化合成阿莫西林[1-3]。D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯是以D-對(duì)羥基苯甘氨酸（DHPG）為起始原料，在合適催化劑存在下與甲醇發(fā)生酯化反應(yīng)制得，工業(yè)化應(yīng)用的酯化催化劑主要分為均相催化劑或多相催化劑[4]。目前，除了國(guó)內(nèi)D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯生產(chǎn)廠(chǎng)家的幾篇公開(kāi)專(zhuān)利外，國(guó)內(nèi)外鮮有關(guān)于D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯生產(chǎn)工藝的研究報(bào)道，但這些專(zhuān)利公開(kāi)的生產(chǎn)工藝都存在一定的弊端，分析如下：

（1）山東漢興醫(yī)藥科技有限公司和浙江普洛家園藥業(yè)有限公司[5]聯(lián)合報(bào)道了一種對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯的合成方法：首先將對(duì)羥基苯甘氨酸制成對(duì)羥基苯甘氨酸的鹽酸鹽或硫酸鹽或三氟乙酸鹽等，再在固體酸如硅鎢酸或磷鎢酸或鍺鎢酸或鉬鎢酸等催化下與甲醇反應(yīng)制得對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯鹽，最后用堿中和制得對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯。該法工序繁瑣，固體酸價(jià)格昂貴，生產(chǎn)成本較高。

（2）河北愛(ài)弗特精細(xì)化工有限責(zé)任公司[6]報(bào)道了D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯及其鹽酸鹽的制備方法：以D-對(duì)羥基苯甘氨酸為起始原料，在三甲基氯硅烷存在下與甲醇或氯化氫的甲醇溶液反應(yīng)，經(jīng)后處理得到D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯或其鹽酸鹽。該法使用的三甲基氯硅烷因國(guó)家環(huán)保整治力度的加大，目前已經(jīng)很難批量采購(gòu)到；另外，氯化氫對(duì)生產(chǎn)設(shè)備腐蝕性強(qiáng)，職業(yè)危害因素也嚴(yán)重。

（3）華北制藥集團(tuán)先泰藥業(yè)有限公司[7]的發(fā)明專(zhuān)利：首先制備氯化氫甲醇溶液，然后向其中加入D-對(duì)羥基苯甘氨酸，反應(yīng)畢蒸出部分甲醇后加水。該法得到的是含有甲醇的D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯鹽酸鹽水溶液，保存周期短，因pH 值過(guò)低也不能直接用于酶法工藝的原料。

（4）河南新天地藥業(yè)股份有限公司[8]的發(fā)明專(zhuān)利：在酰鹵化試劑或酸存在的條件下，D-對(duì)羥基苯甘氨酸與甲醇發(fā)生甲酯化反應(yīng)，得到D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯鹽酸鹽，再用堿中和制得D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯。該法和前述專(zhuān)利并無(wú)大的區(qū)別，得到的為目標(biāo)產(chǎn)物的鹽酸鹽，仍需中和才能得到目標(biāo)產(chǎn)物，而中和過(guò)程很容易產(chǎn)生結(jié)晶包裹無(wú)機(jī)鹽的問(wèn)題。

（5）山西新寶源制藥有限公司[9]的發(fā)明專(zhuān)利：在氯化亞砜的存在下，將D-對(duì)羥基苯甘氨酸拆分劑鹽與甲醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯拆分劑鹽，再經(jīng)中和得到D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯和拆分劑母液。該法用到的D-對(duì)羥基苯甘氨酸拆分劑鹽價(jià)格昂貴，另外使用氯化亞砜，廢氣產(chǎn)生量大，對(duì)于沒(méi)有硫氧化物排污指標(biāo)的企業(yè)，沒(méi)有立項(xiàng)的可能性。

從上述分析中不難看出，目前D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯的生產(chǎn)工藝已不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，開(kāi)發(fā)一種適合工業(yè)化、具有商業(yè)化價(jià)值的生產(chǎn)新工藝迫在眉睫。

作者受加拿大蒙特利爾Sayes 等[10]發(fā)表的二苯基硅烷可作為縮合試劑進(jìn)行酸胺縮合反應(yīng)的啟發(fā)，組織了相關(guān)試驗(yàn)：以甲醇為溶劑和原料，在二苯基硅烷的作用下，D-對(duì)羥基苯甘氨酸可以與甲醇以較高收率制得質(zhì)量上乘的D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯，且后處理簡(jiǎn)單。

1 二苯基硅烷簡(jiǎn)介

二苯基硅烷（Diphenylsilane）是無(wú)色透明液體，分子式：C12H12Si，分子量：184.31，CAS 號(hào)：775-11-2，是一種用途廣泛的有機(jī)硅化合物。

Vijjamarri 等[11]報(bào)道二苯基硅烷和異山梨酯反應(yīng)可以制備具有較高熱穩(wěn)定性的高分子量聚合物。Nam 等[12]報(bào)道了二苯基硅烷可以用于異吲哚酮衍生物的合成，收率良好。Anderson 等[13]報(bào)道了二苯基硅烷可用于氯硅釕化合物的簡(jiǎn)便合成。Kruger 等[14]報(bào)道了二苯基硅烷可以在二氟化鈦催化下將全氟烯烴轉(zhuǎn)化為全氟烷烴。Huang 等[15]報(bào)道了二苯基硅烷可以在催化劑作用下將羧酸鹽還原成相應(yīng)的醇。Tafazolian 等[16]報(bào)道了二苯基硅烷在烯丙基硅氫加成反應(yīng)中，具有高效區(qū)域選擇性。Nguyen 等[17]報(bào)道了二苯基硅烷可以和二氧化碳共同作用以對(duì)胺類(lèi)化合物進(jìn)行甲?；磻?yīng)，這種研究可以將空氣中廣泛存在的二氧化碳變成有價(jià)值的物質(zhì)。Nielsen 等[18]報(bào)道了二苯基硅烷可以用于制備硅丙二醇縮氨酸異甾體前體，即一種高活性蛋白水解酶抑制劑。

本文使用二苯基硅烷作用于D-對(duì)羥基苯甘氨酸與甲醇的反應(yīng)進(jìn)程，生成的D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯溶解于熱的甲醇中，通過(guò)冷卻析晶分離出來(lái)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 化學(xué)反應(yīng)方程式

D-對(duì)羥基苯甘氨酸與甲醇在二苯基硅烷作用下發(fā)生酯化反應(yīng)，反應(yīng)方程式見(jiàn)Scheme 1。

Scheme 1

2.2 工藝流程圖

D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯的制備工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯制備工藝流程圖Fig.1 The preparation process flow chart of D-p-hydroxyphenylglycine methyl ester

2.3 主要儀器設(shè)備與原輔料

2.3.1 主要儀器設(shè)備

電子天平（BSA224S，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司）；自動(dòng)水分測(cè)定儀（ZSD-2，上海安亭電子儀器廠(chǎng)）；液相色譜儀（SPD-16 CBMAlite，島津儀器有限公司）；自動(dòng)旋光儀（SGW-1，上海精密儀器科學(xué)有限公司）；紫外分光光度計(jì)（752，上?，F(xiàn)科分光儀器有限公司）。

2.3.2 原輔料

D-對(duì)羥基苯甘氨酸（含量99.58%，比旋光度-158.6°，堿吸光值0.009 AU，大豐云濤生物技術(shù)有限公司）；無(wú)水甲醇（含量99.72%，水分0.12%，衢州市協(xié)成化工有限公司）；二苯基硅烷（含量大于97.00%，東京化成工業(yè)株式會(huì)社）。

2.4 D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯的制備

將無(wú)水甲醇（1500 mL）和D-對(duì)羥基苯甘氨酸（167.16 g,1.00 mol）投入2000 mL 帶有冷凝器的四口燒瓶中，攪拌均勻，此時(shí)反應(yīng)液呈白色懸濁液。隨后加入二苯基硅烷（184.31 g,1.00 mol），攪拌升溫至70 ℃，此時(shí)為微回流狀態(tài)，保溫8 h。保溫畢，趁熱過(guò)濾，濾餅為未參與反應(yīng)的D-對(duì)羥基苯甘氨酸，下一批投料套用；濾液為接近無(wú)色的透明液體，攪拌降溫至10 ℃以下，在40 ℃左右時(shí)開(kāi)始有白色顆粒狀晶體析出，隨著溫度的下降不斷增多。將降溫的反應(yīng)液抽濾，濾餅用200 mL 無(wú)水甲醇洗滌并于80 ℃鼓風(fēng)烘箱中干燥至恒重，得到146.72 g 白色顆粒狀晶狀固體，為目標(biāo)產(chǎn)物D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯。濾液常壓回收甲醇至殘余物呈淡黃色粘稠狀，加入300 g 水，靜置，分去水層，油層用100 g 水分兩次洗滌，得到淡黃色油狀液體，為副產(chǎn)物X。

目標(biāo)產(chǎn)物D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯的檢測(cè)分析結(jié)果：外觀為白色顆粒狀晶狀固體，含量（HPLC 歸一法）為99.16%，比旋光度為-150.23°，水分（卡爾費(fèi)休法測(cè)定）為0.21%，吸光度為0.013 AU，D-對(duì)羥基苯甘氨酸殘留（HPLC 歸一法）為0.23%。

3 結(jié)果與分析

3.1 反應(yīng)體系可能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)

組織試驗(yàn)時(shí)，曾擔(dān)心D-對(duì)羥基苯甘氨酸自身會(huì)發(fā)生羧基與氨基的縮合，但從反應(yīng)液的雙縮脲試劑檢測(cè)及HPLC 分析結(jié)果來(lái)看，并未發(fā)生。另外，70 ℃反應(yīng)8 h 后的反應(yīng)液液相色譜圖中只有三個(gè)主峰，經(jīng)鑒定依次為D-對(duì)羥基苯甘氨酸、D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯、副產(chǎn)物X，見(jiàn)圖2。

圖2 反應(yīng)液HPLC 檢測(cè)結(jié)果Fig.2 The results of HPLC detection of reaction solution

從圖2 可知，D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯和副產(chǎn)物X 產(chǎn)生的比例約為1:1，推測(cè)可能的反應(yīng)機(jī)理（不排除副產(chǎn)物X 發(fā)生部分聚合而液相未檢出），見(jiàn)Scheme 2。

Scheme 2

值得一提的是，同樣的操作，發(fā)生過(guò)幾乎不反應(yīng)的情況，猜測(cè)該反應(yīng)還可能存在某種引發(fā)機(jī)制。另外，關(guān)于副產(chǎn)物X，對(duì)其升溫至180 ℃不見(jiàn)沸騰也不產(chǎn)生異味和煙霧，考慮其可以當(dāng)作導(dǎo)熱油使用。

3.2 酯化時(shí)間對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響

因反應(yīng)過(guò)程中有未證實(shí)的中間態(tài)生成，通過(guò)歸一法計(jì)算得到D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯與D-對(duì)羥基苯甘氨酸的比例來(lái)考察轉(zhuǎn)化率與酯化時(shí)間的關(guān)系，見(jiàn)圖3。

圖3 轉(zhuǎn)化率與酯化時(shí)間的關(guān)系圖Fig.3 The relation diagram between conversion rate and esterification time

從圖3 可知，當(dāng)酯化時(shí)間達(dá)到8 h 后，隨著時(shí)間的推移，轉(zhuǎn)化率不再提高或提高緩慢，故反應(yīng)時(shí)間定為8 h 較合理。

3.3 無(wú)水甲醇用量對(duì)酯化效果的影響

D-對(duì)羥基苯甘氨酸（DHPG）及其甲酯在常溫甲醇中的溶解度均不大，而D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯在60 ℃以上甲醇中有一定的溶解。故通過(guò)提高無(wú)水甲醇量來(lái)溶解反應(yīng)生成的D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯進(jìn)而提高轉(zhuǎn)化率是有可能的。僅改變無(wú)水甲醇使用量做了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同甲醇使用量對(duì)DHPG 殘留量的影響Tab.1 Influence of different methanol usage on DHPG residues

從表1 可知，當(dāng)無(wú)水甲醇使用量過(guò)少或過(guò)多時(shí)，D-對(duì)羥基苯甘氨酸殘留量均較高，V (無(wú)水甲醇):m(D-對(duì)羥基苯甘氨酸)=8.97 mL/g 時(shí)，酯化效果較佳。

3.4 二苯基硅烷用量對(duì)酯化效果的影響

僅改變二苯基硅烷用量的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同二苯基硅烷使用量對(duì)DHPG 殘留量的影響Tab.2 Influence of different diphenylsilane usage on DHPG residues

從表2 可知，增加二苯基硅烷使用量并無(wú)正面效果，維持n(二苯基硅烷):n(D-對(duì)羥基苯甘氨酸)=1 較合理。

3.5 反應(yīng)溫度對(duì)酯化效果的影響分析

僅改變反應(yīng)溫度的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同反應(yīng)溫度對(duì)DHPG 殘留量的影響Tab.3 Influence of different reaction temperature on DHPG residues

因甲醇中溶解了D-對(duì)羥基苯甘氨酸、目標(biāo)產(chǎn)物以及二苯基硅烷，反應(yīng)溫度可以升至高于甲醇沸點(diǎn)，但溫度過(guò)高酯化效果并不理想，反應(yīng)溫度為70 ℃時(shí)酯化效果最佳。

4 結(jié)論

用二苯基硅烷制備D-對(duì)羥基苯甘氨酸甲酯的工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備腐蝕性小，三廢少，成本低，工業(yè)化價(jià)值大，摩爾收率達(dá)到80.97%，未參與反應(yīng)的起始原料還可回收套用，產(chǎn)品質(zhì)量符合市場(chǎng)需求。最佳工藝條件為：V(無(wú)水甲醇):m(D-對(duì)羥基苯甘氨酸)=8.97 mL/g，n(二苯基硅烷):n(D-對(duì)羥基苯甘氨酸)=1，在70 ℃下反應(yīng)8 h。