二苯基硅烷用于D-对羟基苯甘氨酸甲酯制备的新技术

林韦康，江晓明，杨 沫，相雪理，朱 海

（1.宿迁市科莱博生物化学有限公司，江苏 宿迁 223800；2.浙江云涛生物技术股份有限公司，浙江 绍兴 312369）

D-对羟基苯甘氨酸甲酯（D-p-hydroxyphenylglycine methyl ester），相对分子量：181.19，分子式：C9H11NO3，CAS 号:37763-23-8，是生物酶法合成阿莫西林等抗生素的重要侧链。例如选取柠檬酸固定化青霉素酰化酶，作为6-氨基青霉烷酸和D-对羟基苯甘氨酸甲酯反应的生物催化剂，在水溶剂中催化合成阿莫西林[1-3]。D-对羟基苯甘氨酸甲酯是以D-对羟基苯甘氨酸（DHPG）为起始原料，在合适催化剂存在下与甲醇发生酯化反应制得，工业化应用的酯化催化剂主要分为均相催化剂或多相催化剂[4]。目前，除了国内D-对羟基苯甘氨酸甲酯生产厂家的几篇公开专利外，国内外鲜有关于D-对羟基苯甘氨酸甲酯生产工艺的研究报道，但这些专利公开的生产工艺都存在一定的弊端，分析如下：

（1）山东汉兴医药科技有限公司和浙江普洛家园药业有限公司[5]联合报道了一种对羟基苯甘氨酸甲酯的合成方法：首先将对羟基苯甘氨酸制成对羟基苯甘氨酸的盐酸盐或硫酸盐或三氟乙酸盐等，再在固体酸如硅钨酸或磷钨酸或锗钨酸或钼钨酸等催化下与甲醇反应制得对羟基苯甘氨酸甲酯盐，最后用碱中和制得对羟基苯甘氨酸甲酯。该法工序繁琐，固体酸价格昂贵，生产成本较高。

（2）河北爱弗特精细化工有限责任公司[6]报道了D-对羟基苯甘氨酸甲酯及其盐酸盐的制备方法：以D-对羟基苯甘氨酸为起始原料，在三甲基氯硅烷存在下与甲醇或氯化氢的甲醇溶液反应，经后处理得到D-对羟基苯甘氨酸甲酯或其盐酸盐。该法使用的三甲基氯硅烷因国家环保整治力度的加大，目前已经很难批量采购到；另外，氯化氢对生产设备腐蚀性强，职业危害因素也严重。

（3）华北制药集团先泰药业有限公司[7]的发明专利：首先制备氯化氢甲醇溶液，然后向其中加入D-对羟基苯甘氨酸，反应毕蒸出部分甲醇后加水。该法得到的是含有甲醇的D-对羟基苯甘氨酸甲酯盐酸盐水溶液，保存周期短，因pH 值过低也不能直接用于酶法工艺的原料。

（4）河南新天地药业股份有限公司[8]的发明专利：在酰卤化试剂或酸存在的条件下，D-对羟基苯甘氨酸与甲醇发生甲酯化反应，得到D-对羟基苯甘氨酸甲酯盐酸盐，再用碱中和制得D-对羟基苯甘氨酸甲酯。该法和前述专利并无大的区别，得到的为目标产物的盐酸盐，仍需中和才能得到目标产物，而中和过程很容易产生结晶包裹无机盐的问题。

（5）山西新宝源制药有限公司[9]的发明专利：在氯化亚砜的存在下，将D-对羟基苯甘氨酸拆分剂盐与甲醇进行酯化反应，得到D-对羟基苯甘氨酸甲酯拆分剂盐，再经中和得到D-对羟基苯甘氨酸甲酯和拆分剂母液。该法用到的D-对羟基苯甘氨酸拆分剂盐价格昂贵，另外使用氯化亚砜，废气产生量大，对于没有硫氧化物排污指标的企业，没有立项的可能性。

从上述分析中不难看出，目前D-对羟基苯甘氨酸甲酯的生产工艺已不能满足日益增长的市场需求，开发一种适合工业化、具有商业化价值的生产新工艺迫在眉睫。

作者受加拿大蒙特利尔Sayes 等[10]发表的二苯基硅烷可作为缩合试剂进行酸胺缩合反应的启发，组织了相关试验：以甲醇为溶剂和原料，在二苯基硅烷的作用下，D-对羟基苯甘氨酸可以与甲醇以较高收率制得质量上乘的D-对羟基苯甘氨酸甲酯，且后处理简单。

1 二苯基硅烷简介

二苯基硅烷（Diphenylsilane）是无色透明液体，分子式：C12H12Si，分子量：184.31，CAS 号：775-11-2，是一种用途广泛的有机硅化合物。

Vijjamarri 等[11]报道二苯基硅烷和异山梨酯反应可以制备具有较高热稳定性的高分子量聚合物。Nam 等[12]报道了二苯基硅烷可以用于异吲哚酮衍生物的合成，收率良好。Anderson 等[13]报道了二苯基硅烷可用于氯硅钌化合物的简便合成。Kruger 等[14]报道了二苯基硅烷可以在二氟化钛催化下将全氟烯烃转化为全氟烷烃。Huang 等[15]报道了二苯基硅烷可以在催化剂作用下将羧酸盐还原成相应的醇。Tafazolian 等[16]报道了二苯基硅烷在烯丙基硅氢加成反应中，具有高效区域选择性。Nguyen 等[17]报道了二苯基硅烷可以和二氧化碳共同作用以对胺类化合物进行甲酰化反应，这种研究可以将空气中广泛存在的二氧化碳变成有价值的物质。Nielsen 等[18]报道了二苯基硅烷可以用于制备硅丙二醇缩氨酸异甾体前体，即一种高活性蛋白水解酶抑制剂。

本文使用二苯基硅烷作用于D-对羟基苯甘氨酸与甲醇的反应进程，生成的D-对羟基苯甘氨酸甲酯溶解于热的甲醇中，通过冷却析晶分离出来。

2 实验部分

2.1 化学反应方程式

D-对羟基苯甘氨酸与甲醇在二苯基硅烷作用下发生酯化反应，反应方程式见Scheme 1。

Scheme 1

2.2 工艺流程图

D-对羟基苯甘氨酸甲酯的制备工艺流程见图1。

图1 D-对羟基苯甘氨酸甲酯制备工艺流程图Fig.1 The preparation process flow chart of D-p-hydroxyphenylglycine methyl ester

2.3 主要仪器设备与原辅料

2.3.1 主要仪器设备

电子天平（BSA224S，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司）；自动水分测定仪（ZSD-2，上海安亭电子仪器厂）；液相色谱仪（SPD-16 CBMAlite，岛津仪器有限公司）；自动旋光仪（SGW-1，上海精密仪器科学有限公司）；紫外分光光度计（752，上海现科分光仪器有限公司）。

2.3.2 原辅料

D-对羟基苯甘氨酸（含量99.58%，比旋光度-158.6°，碱吸光值0.009 AU，大丰云涛生物技术有限公司）；无水甲醇（含量99.72%，水分0.12%，衢州市协成化工有限公司）；二苯基硅烷（含量大于97.00%，东京化成工业株式会社）。

2.4 D-对羟基苯甘氨酸甲酯的制备

将无水甲醇（1500 mL）和D-对羟基苯甘氨酸（167.16 g,1.00 mol）投入2000 mL 带有冷凝器的四口烧瓶中，搅拌均匀，此时反应液呈白色悬浊液。随后加入二苯基硅烷（184.31 g,1.00 mol），搅拌升温至70 ℃，此时为微回流状态，保温8 h。保温毕，趁热过滤，滤饼为未参与反应的D-对羟基苯甘氨酸，下一批投料套用；滤液为接近无色的透明液体，搅拌降温至10 ℃以下，在40 ℃左右时开始有白色颗粒状晶体析出，随着温度的下降不断增多。将降温的反应液抽滤，滤饼用200 mL 无水甲醇洗涤并于80 ℃鼓风烘箱中干燥至恒重，得到146.72 g 白色颗粒状晶状固体，为目标产物D-对羟基苯甘氨酸甲酯。滤液常压回收甲醇至残余物呈淡黄色粘稠状，加入300 g 水，静置，分去水层，油层用100 g 水分两次洗涤，得到淡黄色油状液体，为副产物X。

目标产物D-对羟基苯甘氨酸甲酯的检测分析结果：外观为白色颗粒状晶状固体，含量（HPLC 归一法）为99.16%，比旋光度为-150.23°，水分（卡尔费休法测定）为0.21%，吸光度为0.013 AU，D-对羟基苯甘氨酸残留（HPLC 归一法）为0.23%。

3 结果与分析

3.1 反应体系可能进行的化学反应

组织试验时，曾担心D-对羟基苯甘氨酸自身会发生羧基与氨基的缩合，但从反应液的双缩脲试剂检测及HPLC 分析结果来看，并未发生。另外，70 ℃反应8 h 后的反应液液相色谱图中只有三个主峰，经鉴定依次为D-对羟基苯甘氨酸、D-对羟基苯甘氨酸甲酯、副产物X，见图2。

图2 反应液HPLC 检测结果Fig.2 The results of HPLC detection of reaction solution

从图2 可知，D-对羟基苯甘氨酸甲酯和副产物X 产生的比例约为1:1，推测可能的反应机理（不排除副产物X 发生部分聚合而液相未检出），见Scheme 2。

Scheme 2

值得一提的是，同样的操作，发生过几乎不反应的情况，猜测该反应还可能存在某种引发机制。另外，关于副产物X，对其升温至180 ℃不见沸腾也不产生异味和烟雾，考虑其可以当作导热油使用。

3.2 酯化时间对转化率的影响

因反应过程中有未证实的中间态生成，通过归一法计算得到D-对羟基苯甘氨酸甲酯与D-对羟基苯甘氨酸的比例来考察转化率与酯化时间的关系，见图3。

图3 转化率与酯化时间的关系图Fig.3 The relation diagram between conversion rate and esterification time

从图3 可知，当酯化时间达到8 h 后，随着时间的推移，转化率不再提高或提高缓慢，故反应时间定为8 h 较合理。

3.3 无水甲醇用量对酯化效果的影响

D-对羟基苯甘氨酸（DHPG）及其甲酯在常温甲醇中的溶解度均不大，而D-对羟基苯甘氨酸甲酯在60 ℃以上甲醇中有一定的溶解。故通过提高无水甲醇量来溶解反应生成的D-对羟基苯甘氨酸甲酯进而提高转化率是有可能的。仅改变无水甲醇使用量做了对比试验，结果见表1。

表1 不同甲醇使用量对DHPG 残留量的影响Tab.1 Influence of different methanol usage on DHPG residues

从表1 可知，当无水甲醇使用量过少或过多时，D-对羟基苯甘氨酸残留量均较高，V (无水甲醇):m(D-对羟基苯甘氨酸)=8.97 mL/g 时，酯化效果较佳。

3.4 二苯基硅烷用量对酯化效果的影响

仅改变二苯基硅烷用量的对比试验结果见表2。

表2 不同二苯基硅烷使用量对DHPG 残留量的影响Tab.2 Influence of different diphenylsilane usage on DHPG residues

从表2 可知，增加二苯基硅烷使用量并无正面效果，维持n(二苯基硅烷):n(D-对羟基苯甘氨酸)=1 较合理。

3.5 反应温度对酯化效果的影响分析

仅改变反应温度的对比试验结果见表3。

表3 不同反应温度对DHPG 残留量的影响Tab.3 Influence of different reaction temperature on DHPG residues

因甲醇中溶解了D-对羟基苯甘氨酸、目标产物以及二苯基硅烷，反应温度可以升至高于甲醇沸点，但温度过高酯化效果并不理想，反应温度为70 ℃时酯化效果最佳。

4 结论

用二苯基硅烷制备D-对羟基苯甘氨酸甲酯的工艺简单，对设备腐蚀性小，三废少，成本低，工业化价值大，摩尔收率达到80.97%，未参与反应的起始原料还可回收套用，产品质量符合市场需求。最佳工艺条件为：V(无水甲醇):m(D-对羟基苯甘氨酸)=8.97 mL/g，n(二苯基硅烷):n(D-对羟基苯甘氨酸)=1，在70 ℃下反应8 h。