技術領域:

本發(fā)明屬于藥物合成技術領域，特別涉及酶法合成β-內酰胺類抗生素工藝所用到的中間體苯甘氨酸甲酯及其鹽的制備方法。

背景技術：
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苯甘氨酸甲酯硫酸氫甲酯鹽，其化學結構通式表示如下：

苯甘氨酸甲酯硫酸氫甲酯鹽因其立體結構的差異，包括混旋苯甘氨酸甲酯硫酸氫甲酯鹽，左旋苯甘氨酸甲酯硫酸氫甲酯鹽和右旋苯甘氨酸甲酯硫酸氫甲酯鹽。其中左旋苯甘氨酸甲酯硫酸氫甲酯鹽是酶法合成頭孢氨芐、氨芐西林和頭孢克洛的重要中間體。

隨著公眾對健康、環(huán)保和綠色循環(huán)經(jīng)濟的日益關注和重視，反映在藥物合成領域，即使得生物酶法合成工藝，即所謂的“綠色工藝”已越來越多的受到關注和應用。其中酶法合成頭孢菌素類抗生素(如頭孢氨芐、頭孢克洛、頭孢拉定、頭孢羥氨芐、頭孢丙烯、頭孢哌酮等)及酶法合成青霉素(如氨芐西林、阿莫西林等)的成功應用，即是一個典型的實例。

酶法合成頭孢菌素和半合成青霉素因其產(chǎn)率高，產(chǎn)品質量好，原材料消耗少和三廢排放顯著減少等優(yōu)勢，使得酶法合成工藝得到眾多制藥企業(yè)的推崇和重視。苯甘氨酸的酯鹽(俗稱側鏈)是酶法合成頭孢菌素及半合成青霉素的一個重要中間體，其市場需求量也日益增大。

目前，開發(fā)的用于酶法合成頭孢菌素及半合成青霉素的苯甘氨酸的酯鹽主要有苯甘氨酸甲酯鹽酸鹽、苯甘氨酸甲酯硫酸鹽、苯甘氨酸甲酯甲磺酸鹽等。因苯甘氨酸甲酯鹽酸鹽生產(chǎn)過程中常用到的氯化劑，如氯化亞砜，會產(chǎn)生大量的酸性氣體，難以達到清潔生產(chǎn)的要求。因此符合清潔生產(chǎn)要求的苯甘氨酸甲酯硫酸氫甲酯鹽便是一個很好的替代選擇，并已在酶法合成頭孢菌素和半合成青霉素的生產(chǎn)中得到成功應用。

苯甘氨酸酯鹽的合成方法文獻已有報道。cn201510249330.9和《浙江化工》2014年04期公開了苯甘氨酸甲酯鹽酸鹽的合成方法：苯甘氨酸在二氯亞砜-甲醇體系中進行酯化成鹽反應，反應過程中有副產(chǎn)二氧化硫和氯化氫產(chǎn)生，對廢氣處理帶來困難。

在中國專利cn200680036479.8中介紹了雙氫苯甘氨酸及苯甘氨酸甲酯磺酸鹽等的合成方法；采用碳酸二甲酯為酯化試劑，同時也是反應溶劑。其中苯甘氨酸甲酯硫酸鹽的合成是在碳酸二甲酯中與硫酸成鹽，再回流酯化，反應時間長達20小時。

技術實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有苯甘氨酸甲酯及其硫酸氫甲酯鹽合成技術的不足，提供一種操作簡單、工序時間短、產(chǎn)品收率高、成本低廉的制備方法。

本發(fā)明是通過以下手段來達到目的的：

一種苯甘氨酸甲酯硫酸氫甲酯鹽的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：在裝有精餾分水裝置的反應器中加入苯甘氨酸和甲醇，加入過量的濃硫酸，苯甘氨酸與濃硫酸的用量mol比為：1:1～1:2；然后加熱回流進行酯化反應，再加入共沸帶水劑二氯甲烷，通過精餾塔塔頂不間斷地分出二氯甲烷與水共沸物帶出的酯化反應所生成的水，回流帶水一段時間后，苯甘氨酸酯化反應基本完全，酯化率可以達到95％以上，更好的達到97％以上，最好的達到99％以上。

進一步的設置在于：

苯甘氨酸與濃硫酸的用量mol比優(yōu)選1:1.5，更優(yōu)選1:1.2；

所述酯化反應溫度為70～75℃。

所述二氯甲烷加入量為苯甘氨酸/二氯甲烷＝1:0.5～2.5g/ml。

所述甲醇加入量為苯甘氨酸/甲醇＝1:2～4g/ml。

在反應瓶中加入左旋苯甘氨酸100g和甲醇250ml，攪拌下，滴加硫酸80g，升溫至70～75℃，全回流1h，稍冷，加入二氯甲烷100ml，升溫回流，至頂溫穩(wěn)定在38.1～38.2℃時，開始分餾帶水，分餾出的二氯甲烷/水共沸混合物經(jīng)冷凝，在分水器中分層，水在上層，可從上端分出，下層為二氯甲烷，回流入分餾柱；回流帶水約6h后，基本不出水時，取樣檢測苯甘氨酸的殘留，計算轉化率，轉化率98.2％，停止反應；共分出水37.7g，經(jīng)氣相色譜檢測，含水65.8％，甲醇31.1％，二氯甲烷3.1％。

在反應瓶中加入左旋苯甘氨酸100g和回收甲醇300ml，攪拌下，滴加硫酸80g，升溫至70～75℃，全回流1h，稍冷，加入回收二氯甲烷120ml，升溫回流，至頂溫穩(wěn)定在38.1～38.2℃時，開始分餾帶水，分餾出的二氯甲烷/水共沸混合物經(jīng)冷凝，在分水器中分層，水在上層，可從上端分出，下層為二氯甲烷，回流入分餾柱；回流帶水約7h后，基本不出水時，取樣檢測苯甘氨酸的殘留，計算轉化率，轉化率99.3％，停止反應；共分出水38.6g，經(jīng)氣相色譜檢測，含水64.5％，甲醇32.3％，二氯甲烷3.2％。

酯化反應完畢，改回流為蒸餾，先常壓蒸出二氯甲烷和部分甲醇，再減壓蒸出殘留的甲醇，至甲醇基本蒸干，蒸出的二氯甲烷和甲醇可以直接套用于下一批反應。

通過精餾塔塔頂不間斷地分出二氯甲烷與水共沸物帶出的酯化反應所生成的水，酯化反應完成后，蒸餾回收二氯甲烷和甲醇，減壓蒸出殘留的甲醇，加入適量的水，用堿中和掉過量的硫酸，調節(jié)ph值1～3，所用堿是指：氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、三乙胺的一種或其水溶液。

甲醇蒸餾完畢，降溫至18到20℃，加入100g水，保持以上溫度，0.5小時之內用15％氫氧化鈉溶液，調節(jié)ph1.8～2.2，攪拌15分鐘；取樣檢測苯甘氨酸甲酯含量為29.5％，折純苯甘氨酸甲酯105.07g，收率96.15％；降溫至20℃以下，直接用于酶法合成相應的β—內酰胺類抗生素。

反應產(chǎn)物苯甘氨酸甲酯的含量可以采用hplc方法測定。

液相色譜條件：

色譜柱：c18柱(200×4.6mm×5um)

流動性：20mmol/l磷酸二氫鉀溶液：甲醇＝3:1，磷酸調節(jié)ph3.9

柱溫：30℃

檢測波長：220nm

計算方法：峰面積外標法。

本發(fā)明的反應原理如下：

眾所周知，羧酸與醇的酯化反應是一個可逆的平衡反應，為達到高的酯化反應收率，需要不斷地移除反應生成的水。而簡便地移除酯化反應生成的水并不容易，目前大多采用反復蒸餾出醇和水的方法。

苯甘氨酸甲酯硫酸氫甲酯鹽的合成反應路線如下：

本發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)，如果能夠找到一種合適的共沸帶水劑參與酯化反應，在酯化反應過程中能夠將酯化反應生成的水不間斷地從反應體系中移除，對酯化反應來說不僅大大簡便，而且對收率會有較大的提高。

為此，發(fā)明人進行了進一步的研究，通過對常用的、能與水形成共沸而又易于分離的溶劑進行比較選擇，在實驗過程中驚奇地發(fā)現(xiàn)：在應用于本發(fā)明的反應中，二氯甲烷是一個非常合適的共沸脫水劑，因為二氯甲烷與水的共沸點比甲醇低，甚至比二氯甲烷與甲醇的共沸點也要低(參見表1)！這就使得二氯甲烷從酯化反應體系中通過與水共沸移除水分成為可能。而且，在實際應用中，可以通過酯化反應與分餾塔結合的方式來實現(xiàn)這一連續(xù)分水的目的。

表1：二氯甲烷與有關溶劑的共沸點及組成參數(shù)表。

由于上述技術方案的采用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明在苯甘氨酸與甲醇酯化的反應體系中加入共沸帶水劑二氯甲烷，酯化反應與精餾結合應用，酯化過程中生成的水可以方便地且不間斷地從分水器中移除，從而使得酯化反應速度更快，酯化反應收率更高。

2、本發(fā)明采用二氯甲烷共沸脫水的方法，在酯化反應過程中就可以實現(xiàn)生成水的直接分離，無需反復蒸餾和減壓蒸餾甲醇來達到除水的效果；同時，本發(fā)明中酯化反應完全后所蒸出的二氯甲烷和甲醇均可以直接套用，而無需再精餾。因此本發(fā)明可以大大降低甲醇的消耗，并節(jié)省能耗，從而降低苯甘氨酸甲酯的生產(chǎn)成本。

3、本發(fā)明具有操作簡單、工序時間短、產(chǎn)品收率高、酯化率可以達到95％以上，最好可達到99％以上，且三廢排放少及易于處理等優(yōu)勢。

以下結合具體的實施例對本發(fā)明做進一步詳細的說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。

具體實施方式：

實施例1：

試驗裝置：500ml玻璃反應瓶，裝配有真空保溫的玻璃分流柱，長度為150cm，內徑2.5cm，內置玻璃彈簧填料；分餾柱頂端配分水器(上端出水)和玻璃冷凝器。

試驗操作：在反應瓶中加入左旋苯甘氨酸100g和甲醇250ml，攪拌下，滴加硫酸80g，升溫至70～75℃，全回流1h，稍冷，加入二氯甲烷100ml，升溫回流，至頂溫穩(wěn)定在38.1～38.2℃時，開始分餾帶水，分餾出的二氯甲烷/水共沸混合物經(jīng)冷凝，在分水器中分層，水在上層，可從上端分出，下層為二氯甲烷，回流入分餾柱?；亓鲙s6h后，基本不出水時，取樣檢測苯甘氨酸的殘留，計算轉化率，轉化率98.2％，停止反應。共分出水37.7g，經(jīng)氣相色譜檢測，含水65.8％，甲醇31.1％，二氯甲烷3.1％。

酯化反應完畢，改回流為蒸餾，先常壓蒸出二氯甲烷和部分甲醇，再減壓蒸出殘留的甲醇，至甲醇基本蒸干。蒸出的二氯甲烷和甲醇可以直接套用于下一批反應。

甲醇蒸餾完畢，降溫至18到20℃，加入100g水，保持以上溫度，0.5小時之內用20％氨水，調節(jié)ph1.8～2.2，攪拌15分鐘。取樣檢測苯甘氨酸甲酯含量為29.8％(hplc)，折純苯甘氨酸甲酯104.25g，收率95.42％。降溫至20℃以下，直接用于酶法合成相應的β—內酰胺類抗生素(如頭孢氨芐、頭孢克洛、氨芐西林等)。

替換實施例：

制備方法同實施例1，區(qū)別在于：調整影響反應效果的幾個因素，考察其對反應效果的影響。

替換例1-1，不加二氯甲烷；替換例1-2，調整二氯甲烷的用量50ml；替換例1-3，調整二氯甲烷的用量200ml；替換例1-4，調整反應溫度50～55℃；替換例1-5，調整反應溫度65～70℃；替換例1-6，調整柱頂溫度37.5～38.0℃；并分別統(tǒng)計其對反應收率的影響，如表1所示：

表1：不同反應條件對收率的影響

分析：

如表1所示：與不加二氯甲烷相比，加入二氯甲烷并蒸餾脫水，轉化率明顯提高。隨著二氯甲烷的用量的提高，收率也相應提高，當加入量為100ml，效果為最佳，繼續(xù)增加二氯甲烷用量至200ml，收率不再明顯變化。反應溫度不到回流溫度(70～75℃)，收率也明顯偏低；柱頂溫度低于38℃，不利于帶走水分，收率下降明顯。因此，最佳工藝為實例1所示條件。

實施例2：

試驗裝置：500ml玻璃反應瓶，裝配有真空保溫的玻璃分流柱，長度為150cm，內徑2.5cm，內置玻璃彈簧填料；分餾柱頂端配分水器(上端出水)和玻璃冷凝器。

試驗操作：在反應瓶中加入左旋苯甘氨酸100g和回收甲醇300ml，攪拌下，滴加硫酸80g，升溫至70～75℃，全回流1h，稍冷，加入回收二氯甲烷120ml，升溫回流，至頂溫穩(wěn)定在38.1～38.2℃時，開始分餾帶水，分餾出的二氯甲烷/水共沸混合物經(jīng)冷凝，在分水器中分層，水在上層，可從上端分出，下層為二氯甲烷，回流入分餾柱?；亓鲙s7h后，基本不出水時，取樣檢測苯甘氨酸的殘留，計算轉化率，轉化率99.3％，停止反應。共分出水38.6g，經(jīng)氣相色譜檢測，含水64.5％，甲醇32.3％，二氯甲烷3.2％。

酯化反應完畢，改回流為蒸餾，先常壓蒸出二氯甲烷和部分甲醇，再減壓蒸出殘留的甲醇，至甲醇基本蒸干。蒸出的二氯甲烷和甲醇可以直接套用于下一批反應。

甲醇蒸餾完畢，降溫至18到20℃，加入100g水，保持以上溫度，0.5小時之內用15％氫氧化鈉溶液，調節(jié)ph1.8～2.2，攪拌15分鐘。取樣檢測苯甘氨酸甲酯含量為29.5％(hplc)，折純苯甘氨酸甲酯105.07g，收率96.15％。降溫至20℃以下，直接用于酶法合成相應的β—內酰胺類抗生素(如頭孢氨芐、頭孢克洛、氨芐西林等)。

替換實施例：

制備方法同實施例2，區(qū)別在于：調整影響反應效果的幾個因素，考察其對反應效果的影響。

替換例2-1，甲醇用試劑級，劑量不變；替換例2-2，二氯甲烷、甲醇都用試劑級，劑量不變；替換例2-3，調整二氯甲烷的用量為60ml；替換例2-4，調整二氯甲烷的用量為240ml；替換例2-5，調整甲醇(回收)的用量200ml；替換例2-6，調整甲醇(回收)的用量400ml；并分別統(tǒng)計其對反應收率的影響，

如表2所示：

表2：不同反應條件對收率的影響。

分析：

如表2所示：

甲醇和二氯甲烷用試劑級或回收品，收率沒有明顯影響。二氯甲烷用量減少為60ml，收率下降明顯；二氯甲烷用量增加到240ml，收率沒有明顯變化。甲醇(回收)的用量減少為200ml，收率一定的下降；甲醇(回收)的用量增加到400ml；收率沒有明顯變化。