СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЛЯ СИНТЕЗА S-НИКОТИНА ИЗ ГЛУТАРАТА
PREPARATION METHOD FOR THE SYNTHESIS OF S-NICOTINE FROM GLUTARATE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к области техники химического синтеза и, в частности, относится к способу получения для синтеза S-никотина из глутарата.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Никотин как один из важных активных ингредиентов электронной сигареты в основном получают из табака или искусственно синтезируют химическими методами. Никотин, извлеченный и выделенный из растений, таких как табак, дополнительно содержит примеси других канцерогенных табачных соединений, которые являются вредными для здоровья человека; и при этом экстракты табака зависят от сырья и климата, так что их трудно производить промышленным способом в большом масштабе. Никотин, искусственно синтезированный химическими методами, практически не содержит примесей других канцерогенных табачных соединений и может производиться промышленным способом в большом масштабе.
[0003] Способ приготовления никотина из 3-бромпиридина указан в Journal of Heterocyclic Chemistry, 2009, 46(6), 1252-1258, как показано на схеме реакции 1:
[0004] Согласно способу получения по схеме реакции 1 в качестве исходного сырья используется 3-бромпиридин, который является дорогим и требует условий сверхнизкой температуры (-78°С), и экспериментальные условия являются жесткими, так что данный способ приготовления является неподходящим для промышленного производства, а производящийся никотин представляет собой рацемический никотин.
[0005] В настоящее время существует несколько способов получения никотина в одной конфигурации с оптической активностью. Патент с номером публикации CN104341390А раскрывает способ получения S-никотина. Согласно указанному способу, в качестве исходного вещества используют циклический имин, требуется дорогой хиральный катализатор, требуется оборудование для водорода под высоким давлением, а себестоимость продукции относительно высока, вследствие чего способ является неподходящим для крупносерийного промышленного производства. Патент с номером публикации CN11233829A раскрывает способ получения никотина с оптической активностью. Согласно данному способу, для получения металлоорганического катализатора используют хиральный лиганд, содержащий азот или фосфор, в качестве исходного вещества для получения S-никотина используют производное имида, получение металлоорганического катализатора является относительно сложным, себестоимость продукции является относительно высокой, а чистота S-никотина является относительно низкой.
[0006] Глутарат является широко доступным и недорогим сырьем, но в то же время нет информации о промышленном синтезе S-никотина, используя глутарат в качестве исходного вещества.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Для того, чтобы снизить себестоимость производства S-никотина, настоящее технологическое решение обеспечивает способ получения для синтеза S-никотина из глутарата.
[0008] В первом аспекте настоящее технологическое решение обеспечивает способ получения для синтеза S-никотина из глутарата, который реализуется путем внедрения следующих технических решений:
[0009] способ получения для синтеза S-никотина из глутарата, включающий следующие этапы:
[0010] S1: осуществления реакции конденсации никотината и глутарата в присутствии основного катализатора с получением 5-карбонил-5-(пиридин-3-ил)пентановой кислоты;
[011] S2: осуществления реакции 5-карбонил-5-(пиридин-3-ил)пентановой кислоты с аминирующим реагентом с получением 5-оксо-5-(пиридин-3-ил)пентанамида;
[0012] S3: проведения реакции перегруппировки Гофмана для 5-оксо-5-(пиридин-3-ил)пентанамида в присутствии гипохлорита с получением 4- амино-1-(пиридин-3-ил)бутанона;
[0013] S4: добавления 4-амино-1-(пиридин-3-ил)бутанона и (+)-В-диизопинокамфеилхлорборана в органический растворитель II и осуществление реакции при от -30 до 10°С с получением (S)-4-амино- 1-(пиридин-3-ил)бутан-1-ола;
[0014] S5: осуществления реакции (S)-4-амино-1-(пиридин-3-ил)бутан-1-ола с хлорирующим реагентом с получением (S)-4-амино-1-(пиридин-3-ил)хлорбутана;
[0015] S6: осуществления реакции циклизации (S)-4-амино-1-(пиридин-3-ил)-1-хлорбутана в присутствии основания с получением S-деметилникотина; и
[0016] S7: осуществления реакции S-деметилникотина с аминометилирующим реагентом с получением S-никотина.
[0017] При внедрении вышеуказанных технических решений никотинат и глутарат являются дешевыми исходными веществами с разнообразными источниками получения, так что стоимость производства сырья может быть снижена; осуществляют реакцию конденсации Кляйзена никотината и глутарата в присутствии основного катализатора с получением 5-карбонил-5-(пиридин-3-ил)пентановой кислоты, осуществляют реакцию с аминирующим реагентом с получением 5-оксо-5-(пиридин-3-ил)пентанамида, осуществляют перегруппировку Гофмана с получением 4-амино-1-(пиридин-3-ил)бутанона; карбонильную группу 4-амино-1-(пиридин-3-ил)бутанона восстанавливают, используя (+)-В-диизопинокамфеилхлорборан, чтобы вызвать образование хиральной гидроксильной группы для того, чтобы получить (S)-4-амино-1-(пиридин-3-ил)бутан-1-ол, осуществляют хлорирование и циклизацию с образованием хирального S-деметилникотина, и в заключение осуществляют метилирование амина с получением S-никотина с фотохимической активностью. Путь синтезирования с использованием глутарата в качестве исходного вещества, согласно настоящему технологическому решению, имеет преимущества простой операции, легкодоступного сырья, высокого выхода, высокой энантиомерной чистоты S-никотина, более мягких условий реакции, простых способов обработки в процессе реакции и т.д. и является более подходящим для промышленного производства.
[0018] Предпочтительно на этапе S1 молярное отношение никотината к глутарату, к основному катализатору составляет 1:(1-1,5):(1,2-2); а более предпочтительно молярное отношение никотината к глутарату, к основному катализатору составляет 1:1,5:2.
[0019] В настоящем технологическом решении на этапе S1 глутарат выбран из любого из диэтилглутарата, диметилглутарата, ди-н-пропилглутарата и ди-н-пентилглутарата; и с точки зрения себестоимости реакционной смеси, стоимость глутарата, являющегося диэтилглутаратом или диметилглутаратом, является более низкой.
[0020] В настоящем технологическом решении на этапе S1 никотинат представляет собой метилникотинат или этилникотинат.
[0021] В настоящем технологическом решении на этапе S1 температура реакции глутарата и основного катализатора составляет от 0 до 5°С, а предпочтительно 0°С, время реакции составляет 30 минут; и температура реакции после добавления никотината составляет от 20 до 30°С, а предпочтительно 25°С.
[0022] В настоящем технологическом решении растворитель, используемый на этапе S1, может быть одним или несколькими из тетрагидрофурана, метилтретбутилового эфира, диметилтетрагидрофурана, 1,4-диоксана; и предпочтительно органический растворитель I представляет собой тетрагидрофуран.
[0023] В настоящем технологическом решении на этапе S1 основной катализатор выбран из одного или нескольких из алкоксида щелочного металла, гидрида щелочноземельного металла, оксида щелочноземельного металла, амина, металлической соли амина, гидроксида, карбоната и бикарбоната.
[0024] В настоящем технологическом решении алкоксид щелочного металла включает без ограничения любой из трет-бутоксида натрия, метоксида натрия, этоксида натрия и трет-бутоксида калия.
[0025] В настоящем технологическом решении гидрид щелочноземельного металла включает без ограничения один или несколько из NaH, LiH и КН.
2
2
2
[0026] В настоящем технологическом решении оксид щелочноземельного металла включает без ограничения один или несколько из NaO, LiO и КО.
[0027] В настоящем технологическом решении амин включает без ограничения триэтиламин и/или диизопропилэтиламин.
[0028] В настоящем технологическом решении металлическая соль амина включает без ограничения бис(триметилсилил)амид натрия и/или диизопропиламид лития.
[0029] В настоящем технологическом решении гидроксид включает без ограничения один или несколько из гидроксида натрия, гидроксида лития и гидроксида магния.
[0030] В настоящем технологическом решении карбонат включает без ограничения один или несколько из карбоната натрия, карбоната калия и карбоната цезия.
[0031] В настоящем технологическом решении бикарбонат включает без ограничения бикарбонат натрия и/или бикарбонат калия.
[0032] Более предпочтительно основный катализатор выбран из любого из трет-бутоксида натрия, NaH и трет-бутоксида калия.
[0033] В настоящем технологическом решении на этапе S1 получают смесь, содержащую 5-карбонил-5-(пиридин-3-ил)пентановую кислоту.
[0034] В настоящем технологическом решении на этапе S2 рН системы необходимо отрегулировать до того, как 5-карбонил-5-(пиридин-3-ил)пентановая кислота прореагирует с аминирующим реагентом, в частности, рН смеси, содержащей 5-карбонил-5-(пиридин-3-ил)пентановую кислоту, полученной на этапе S1, доводят до 2-5, а предпочтительно рН системы доводят до 4, используя соляную кислоту.
[0035] Предпочтительно на этапе S2 аминирующий реагент выбран из одного или нескольких из гидроксида аммония, формамида и ацетамида; когда аминирующий реагент является гидроксидом аммония, цена ниже, стоимость производства гидроксида аммония ниже, чем стоимость получения формамида и ацетамида, и последующий этап деформилирования и деацетилирования не требуется, этапов реакций меньше, что более способствует промышленному производству.
[0036] Предпочтительно на этапе S2 молярное отношение 5-карбонил-5-(пиридин-3-ил)пентановой кислоты к гидроксиду аммония составляет 1:(2-4); и более предпочтительно молярное отношение 5-карбонил-5-(пиридин-3-ил)пентановой кислоты к гидроксиду аммония составляет 1:3.
[0037] В настоящем технологическом решении температура реакции S2 составляет от 60 до 70°С, а время реакции составляет от 1 до 3 часов; и предпочтительно температура реакции S2 составляет 65°С, а время реакции составляет 2 часа.
[0038] В настоящем технологическом решении на этапе S2 получают смесь, содержащую 5-оксо-5-(пиридин-3-ил)пентанамид.
[0039] В настоящем технологическом решении на этапе S3 гипохлорит выбран из любого из гипохлорита натрия, гипобромита натрия и гипохлорита калия; и предпочтительно на этапе S3 гипохлорит представляет собой гипохлорит натрия.
[0040] В настоящем технологическом решении на этапе S3 молярное отношение 5-оксо-5-(пиридин-3-ил)пентанамида к гипохлориту составляет 1:(1-2); и предпочтительно молярное отношение 5-оксо-5-(пиридин-3-ил)пентанамида к гипохлориту составляет 1:1,5.
[0041] В настоящем технологическом решении на этапе S3, в частности, смесь, содержащую 5-оксо-5-(пиридин-3-ил)пентанамид, полученную на этапе S2, быстро добавляют в гипохлорит при 0°С, реакцию осуществляют при 0°С в течение 1 часа, температуру повышают до 71°С, реакцию продолжают при 71°С в течение 1 часа, затем реакцию останавливают, реакционный раствор охлаждают до 25°С и добавляют насыщенный водный раствор NaOH, осуществляют экстракцию, отбирают органическую фазу, сушат ее и подвергают ротационному выпариванию для удаления растворителя с получением 4-амино-1-(пиридин-3-ил)бутанона.
[0042] Предпочтительно на этапе S4 молярное отношение 4-амино- 1-(пиридин-3-ил)бутанона к (+)-В-диизопинокамфеил-хлороборану составляет 1:(1,2-2); а более предпочтительно молярное отношение 4-амино-1-(пиридин-3-ил)бутанона к (+)-В-диизопинокамфеилхлороборану составляет 1:1,5.
[0043] Предпочтительно на этапе S4 органический растворитель представляет собой тетрагидрофуран.
[0044] Предпочтительно температура реакции S4 составляет 0°С.
[0045] В настоящем технологическом решении время реакции S4 составляет 2 часа.
[0046] В настоящем технологическом решении на этапе S4 получают смесь, содержащую (S)-4-амино-1-(пиридин-3-ил)бутан-1-ол.
[0047] Предпочтительно на этапе S5 хлорирующий реагент выбран из одного или нескольких из оксалилхлорида, тионилхлорида и треххлористого фосфора; и более предпочтительно хлорирующий реагент представляет собой оксалилхлорид.
[0048] Предпочтительно на этапе S5 молярное отношение (S)-4-амино-1-(пиридин-3-ил)бутан-1-ола к оксалилхлориду составляет 1:(1-1,5); а более предпочтительно молярное отношение (S)-4-амино- 1-(пиридин-3-ил)бутан- 1-ола к оксалилхлориду составляет 1:1.
[0049] В настоящем технологическом решении температура реакции на этапе S5 составляет от 0 до 10°С; и более предпочтительно температура реакции S5 составляет 0°С.
[0050] В настоящем технологическом решении время реакции S5 составляет от 20 до 40 минут; и предпочтительно время реакции S5 составляет 30 минут.
[0051] В настоящем технологическом решении на этапе S5 требуется экстракция после того, как (S)-4-амино-1-(пиридин-3-ил)бутан-1-ол прореагирует с оксалилхлоридом, а экстрагирующий агент может представлять собой дихлорметан или этилацетат. После экстракции органическую фазу отбирают и подвергают ротационному выпариванию для удаления растворителя с получением (S)-4-амино-1-(пиридин-3-ил)хлорбутана.
[0052] В настоящем технологическом решении на этапе S6 (S)-4-амино-1-(пиридин-3-ил)хлорбутан, полученный на этапе S5, необходимо растворить добавлением тетрагидрофурана, а после растворения осуществляют реакцию с основанием для циклизации с образованием S-деметилникотина. Предпочтительно на этапе S6 основание выбрано из одного или нескольких из гидроксида натрия, гидроксида калия, гидроксида лития, гидроксида цезия, гидроксида бария и гидроксида магния; и более предпочтительно основание представляет собой гидроксид натрия.
[0053] В настоящем технологическом решении на этапе S6 молярное отношение (S)-4-амино-1-(пиридин-3-ил)-1-хлорбутана к гидроксиду натрия составляет 1:(1,5-2,5); и предпочтительно молярное отношение (S)-4-амино-1-(пиридин-3-ил)-1-хлорбутана к гидроксиду натрия составляет 1:2.
[0054] В настоящем технологическом решении на этапе S6 температура реакции (S)-4-амино-1-(пиридин-3-ил)-1-хлорбутана и основания составляет от 55 до 65°С, а время реакции составляет от 2 до 3 часов; и предпочтительно температура реакции (S)-4-амино-1-(пиридин-3-ил)-1-хлорбутана и основания составляет 60°С, а время реакции составляет 2 часа.
[0055] В настоящем технологическом решении смесь, содержащую S-деметилникотин, получают на этапе S6.
[0056] В настоящем технологическом решении на этапе S7 аминометилирующий реагент представляется собой йодистый метил.
[0057] В настоящем технологическом решении на этапе S7 молярное отношение S-деметилникотина в смеси, содержащей S-деметилникотин, к йодистому метилу составляет 1:(1,1-1,4); и предпочтительно молярное отношение S-деметилникотина в смеси, содержащей S-деметилникотин, к йодистому метилу составляет 1:1,2.
[0058] В настоящем технологическом решении на этапе S7 температура реакции смеси, содержащей S-деметилникотин, и аминометилирующего реагента составляет от 20 до 30°С, а время реакции составляет от 2 до 4 часов; и предпочтительно температура реакции смеси, содержащей S-деметилникотин, и аминометилирующего реагента составляет 25°С, а время реакции составляет 3 часа.
2
4
[0059] В настоящем технологическом решении на этапе S7 после того, как смесь, содержащая S-деметилникотин, реагирует с аминометилирующим реагентом, рН необходимо довести до 6, используя кислоту, осуществляют экстракцию, органические фазы от четырех экстракций комбинируют, сушат над NaSO и концентрируют при пониженном давлении с получением неочищенного S-никотина, а сырой S-никотин очищают перегонкой с получением S-никотина.
[0060] Таким образом, настоящее технологическое решение обладает следующими положительными эффектами:
[0061] Настоящее технологическое решение обеспечивает новый способ для синтеза S-никотина, используя дешевые никотинат и глутарат в качестве исходных веществ, исходные вещества являются дешевыми, а затраты являются низкими, процессы обработки в процессе реакции являются простыми, производственный процесс получается с минимальными трудозатратами, условия реакции являются мягкими, выход S-никотина является высоким, величина энантиомерного избытка является высокой, а путь реакции является пригодным для крупномасштабного промышленного производства.
ПОЛНОЕ ОПИСАНИЕ
[0062] Настоящее технологическое решение будет подробно описано ниже в сочетании с вариантами осуществления изобретения.
[0063] Исходные вещества, используемые в настоящем технологическом решении, могут быть получены в промышленном масштабе; и, если нет специального описания, исходные вещества, не упомянутые в настоящей заявке, покупают в «Синофарм Кемикал Реагент Ко., Лтд.».
[0064] Варианты 1 19 осуществления изобретения обеспечивают способ получения для синтеза S-никотина из глутарата, который будет описан ниже с помощью варианта 1 осуществления изобретения в качестве примера.
[0065] Вариант 1 осуществления изобретения обеспечивает способ получения для синтеза S-никотина из глутарата, в котором никотинат представляет собой метилникотинат, глутарат представляет собой диэтилглутарат, а путь синтезирования показан в виде схемы реакции 2:
[0066] Конкретные этапы получения состояли в следующем: [0067] S1: 48 г (2 моль, 2 экв) NaH и 282,3 г (1,5 моль, 1,5 экв) диэтилглутарата растворяли в 4 л тетрагидрофурана при 0°С, реакцию осуществляли при 0°С в течение 30 минут, добавляли 137,1 г (1 моль) метилникотината, и реакцию конденсации осуществляли при 25°С и контролировали с помощью ТСХ до окончания реакции с получением смеси, содержащей 5-карбонил-5-(пиридин-3-ил)пентановую кислоту.
3
3
[0068] S2: значение рН смеси, содержащей 5-карбонил-5-(пиридин-3-ил)пентановую кислоту, полученной на этапе S1, доводили до 4, используя 5 моль/л соляной кислоты, и добавляли 204,36 г технического гидроксида аммония (NH: 3 моль, 3 экв.) с содержанием NH 25% масс, и осуществляли реакцию при 65°С в течение 2 ч с получением смеси, содержащей 5-оксо-5-(пиридин-3-ил)пентанамид.
2
4
2
4
[0069] S3: смесь, содержащую 5-оксо-5-(пиридин-3-ил)пентанамид, полученную на этапе S2, быстро добавляли к 111,7 г (1,5 моль, 1,5 экв) гипохлорита натрия при 0°С, реакцию осуществляли при 0°С в течение 1 часа, водяную баню нагревали до 71°С, реакцию продолжали при 71°С в течение 1 часа; затем реакцию останавливали, реакционный раствор охлаждали до 25°С, рН системы доводили до 9, используя насыщенный водный раствор NaOH, после того, как раствор почернеет, добавляли водный этилацетат (объемное отношение этилацетата к воде составляло 1:2) в течение трех экстракций, и органический слой отбирали, сушили над абсолютным NaSO, фильтровали для удаления NaSO, подвергали ротационному выпариванию для удаления растворителя и высушивали в вакууме с получением 4-амино-1-(пиридин-3-ил)бутанона.
[0070] S4: 4-амино-1-(пиридин-3-ил)бутанон, полученный на этапе S3, растворяли в 5 л тетрагидрофурана при 0°С, добавляли 481,1 г (1,5 моль, 1,5 экв) (+)-В-диизопинокамфеилхлорборана и осуществляли реакцию при 0°С в течение 2 часов с получением смеси, содержащей (S)-4-амино- 1-(пиридин-3-ил)бутан- 1-ол;
[0071] S5: В смесь, содержащую (S)-4-амино-1-(пиридин-3-ил)бутан-1-ол, полученную на этапе S4, при 0°С добавляли 126,9 г (1 моль, 1 экв) оксалилхлорида, и реакцию осуществляли при 0°С в течение 30 минут, после реакции осуществляли экстракцию, используя дихлорметан, а органическую фазу отбирали и подвергали ротационному выпариванию для удаления растворителя с получением (S)-4-амино-1-(пиридин-3-ил)хлорбутана.
[0072] S6: добавляли 2 л тетрагидрофурана к (S)-4-амино-1-(пиридин-3-ил)хлорбутану, полученному на этапе S5, после растворения добавляли 80 г (2 моль, 2 экв) NaOH, и после растворения при перемешивании осуществляли реакцию при 60°С в течение 2 часов с получением смеси, содержащей S-деметилникотин.
2
4
[0073] S7: 170,3 г (1,2 моль, 1,2 экв) йодистого метила добавляли в смесь, содержащую S-деметилникотин, полученную на этапе S6, реакцию осуществляли при 25°С в течение 3 часов, рН системы довели до 6, используя 5 моль/л соляной кислоты, экстракцию осуществляли, используя дихлорметан, органическую фазу отбирали, добавляли NaSO для осушения и концентрировали при пониженном давлении для удаления растворителя с получением неочищенного S-никотина, и неочищенный S-никотин далее однократно очищали атмосферной перегонкой с получением S-никотина с выходом 53%, величиной энантиомерного избытка 98% и чистотой 95%.
[0074] Следует отметить, что каждая масса и удельная молярная масса в вариантах осуществления настоящего изобретения может быть выбрана в соответствии с размером сосуда, произведенного промышленным способом, при условии, что соотношение компонентов по каждому исходному веществу реакции является соответствующим.
[0075] Различие между вариантами 2 3 осуществления изобретения и вариантом 1 осуществления изобретения заключается в том, что: в реакции S1 вид основного катализатора установлен, в частности, в соответствии с таблицей 1.
[0077] Различие между вариантами 4-5 осуществления изобретения и вариантом 1 осуществления изобретения заключается в том, что: в реакции S1 количества расхода диэтилглутарата и NaH установлены, в частности, в соответствии с таблицей 2.
[0079] Различие между вариантами 6 7 осуществления изобретения и вариантом 1 осуществления изобретения заключается в том, что: в реакции S2 5 количество расхода гидроксида аммония установлено, в частности, в соответствии с таблицей 3.
[0081] Различие между вариантами 8-9 осуществления изобретения и вариантом 1 осуществления изобретения заключается в том, что: в реакции S4 количество расхода (+)-В-диизопинокамфеилхлорборана установлено, в частности, в соответствии с таблицей 4.
[0083] Различие между вариантами 10-12 осуществления изобретения и вариантом 1 осуществления изобретения заключается в том, что: в реакции S4 температура реакции установлена, в частности, в соответствии с таблицей 5.
[0085] Различие между вариантами 13-15 осуществления изобретения и вариантом 1 осуществления изобретения заключается в том, что: в реакции S4 вид органического растворителя установлен, в частности, в соответствии с таблицей 6.
[0087] Различие между вариантами 16-17 осуществления изобретения и вариантом 1 осуществления изобретения заключается в том, что: в реакции S5 количество расхода оксалилхлорида установлено, в частности, в соответствии с таблицей 7.
[0089] Различие между вариантом 18 осуществления изобретения и вариантом 1 осуществления изобретения заключается в том, что: на этапе S1 метилникотинат был заменен эквимолярным этилникотинатом, и приготовленный S-никотин получен с выходом 52%, энантиомерным избытком 98% и чистотой 95%.
[0090] Различие между вариантом 19 осуществления изобретения и вариантом 1 осуществления изобретения заключается в том, что: на этапе S1 диэтилглутарат был заменен эквимолярным диметилглутаратом, и приготовленный S-никотин получен с выходом 54%, энантиомерным избытком 98% и чистотой 95%.
[0091] Частные варианты осуществления изобретения представляют собой лишь пояснение настоящего технологического решения и не предназначены для ограничения настоящего технологического решения. После прочтения настоящего описания специалисты в данной области техники могут вносить изменения в настоящие варианты осуществления изобретения по необходимости без какого бы то ни было изобретательского вклада, и такие модификации следует укладывать в рамки объема охраны настоящей заявки.