Производство синтетического пантотената кальция (витамина В3) (стр. 2 из 3)
При изучении режима омыления установлена оптимальная концентрация серной кислоты в 25%, а рН при нейтрализации кислоты - 6,8—7,0, а для получения кальциевой соли около 8,0. Недостатком метода гидролиза серной кислотой с выделением ее в виде гипса и с получением кальциевой соли b-аланина является трудность получения последней в чистом виде, что отрицательно влияет на качество пантетоната кальция.
Из анализа изложенных методов следует отдать предпочтение двум методам синтеза b-аланина: 1) аммонолиз акрилонитрила под давлением 2) аминированием акрилонитрила фталимидом с выделением свободного b-аланина на ионитах или в виде кальциевой соли.
СИНТЕЗ ПАНТОЛАКТОНА
Вторым компонентом молекулы пантотеновой кислоты является пантолактон или (другое название) — a, g-диокси-b, b-диметилмасляная кислота. Синтез пантолактона осуществлен, исходя из изомасляного альдегида, общим методом получения a-окси кислот—циангидринным синтезом по следующей схеме :
Химизм процессов заключается в альдольной конденсации иэомасляного альдегида и формальдегида в присутствии поташа или соды в b-окси-a, a-диметилпропиоповый альдегид; последний конденсируют с синильной кислотой или цианистым калием в присутствии хлористого кальция или с цианистым натрием и получают a, g-диокси-b, b-диметилмасляную кислоту и при ее лактонизации — рацемический пантолактон. Дальнейшее усовершенствование синтеза пантолактона привело к упрощению технологического процесса в результате замены цианирующего агента - цианистого калия — ацетонциангидрином и других технологических усовершенствований. В результате четырехстадийный синтез пантолактона стали осуществлять в одну стадию. Таким образом, исходным сырьем для получения пантолактона является изомасляный альдегид, который может быть получен различными методами синтеза :
1) гидратацией хлористого диметилэтилена с последующим омылением и дегидратацией:
2) гидролизом с одновременной дегидратацией эфиров:
3) окислением изобутилового спирта хромовой смесью:
Первые два метода для промышленного применения не приемлемы из-за дефицитности сырья. Что касается третьего метода, то недостатком его является побочная реакция, обусловливающая дальнейшее окисление альдегида в изомасляную кислоту и этерификация ее нзобутиловым спиртом, не вошедшим в реакцию. В результате этой реакции образуется в значительном количестве изобутиловый эфир масляной кислоты, что значительно снижает выход изомасляного альдегида (около 40%). Кроме того, бихромат калия также дорог и дефицитен. Наилучшую перспективу для промышленного применения имеет метод синтеза изомасляного альдегида путем каталитического дегидрирования изобутилопого спирта кислородом воздуха на медном или серебряном катализаторе при температуре 230— 300° С с выходом 80—90%. В дальнейшем было показано, что серебряный катализатор, нанесенный на пемзу, при температуре 500 - 600° С более эффективен по сравнению с медным. По-видимому, вопрос о выборе катализатора для данного процесса должен быть дополнительно изучен. В качестве промышленного метода может быть осуществлен оксосинтез:
Из изложенного можно сделать заключение, что наиболее рациональным методом синтеза пантолактона является одностадийный метод, предложенный Е. Жданович и Е. Бялой, заключающийся в альдольной конденсации изомасляного альдегида и формальдегида с цианированием аце-тонциангидрином и дальнейшим омылением и лактонизацисй. Этим методом получают рацемический D, L-пантолактон. Для синтеза оптически активной Д(+)-пантотеновой кислоты считают более целесообразным конденсировать левовращающий D(—)-пантолактон с b-аланином, чем расщепление на свои антиподы D, L-пантотеновой кислоты. Для получения D(—)-пантолактона необходимо пантолактон-рацемат разложить на оптические антиподы. Для этого на рацемат действуют каким-либо оптически деятельным органическим основанием-алколоидом, например, хинином, бруцином или оптически деятельными синтетическими аминами, как, например, a-фенилэтиламином. Если право- и левовращаю-щие пантолактоны обладают одинаковыми свойствами, за исключением вращения плоскости поляризации и кристаллизации в эпантиаморфных формах, т. е. с различной пространственной ориентировкой атомов, то полученные соли с алколоидами вследствие вхождения в их молекулы нового асимметрического углеродного атома обладают различными свойствами, как, например, растворимостью. Поэтому мы получаем возможность их разделить дробной кристаллизацией. Разделив эти соли и разложив их кислотой, мы получаем стереизомеры в чистом виде. Таким путем удается из пантолактона рацемата выделять D(—)-пантолактон.
СИНТЕЗ D(+)-ПАНТОТЕНОВОЙ КИСЛОТЫ ИЛИ ЕЕ РАЦЕМАТА
Последней стадией синтеза является конденсация D(-) или D, L-пантолактона с b-аланином. Этот процесс осуществляют различными путями:
а) при нагревании до 70° С D(—)-пантолактона с этиловым или метиловым эфиром b-аланина с последующим омылением с выходом D(+)-пантотеновой кислоты 50% по схеме:
б) лучшие результаты получают при конденсации пантолактона с натриевой или кальциевой солью b-аланина в среде безводного спирта;
в) при конденсации сухой натриевой соли b-аланина с D-(—)-пантолак-тоном при температуре 100—105° С получают пантотенат натрия с высоким выходом (92%). Имеются указания, что при использовании в реакции конденсации свободного р-аланина выход пантотеновой кислоты весьма низок;
г) однако выход значительно повышается, если конденсацию вести в среде вторичных или третичных аминов в присутствии окиси кальция или этилата натрия Н. Жданович указывает, что кальциевая соль пантотеновой кислоты была получена при конденсации b-аланина и D, L-пантолактоиа в среде метилового спирта в присутствии диэтиламина с обработкой реакционной массы окисью кальция с выходом в 90,2%.
Из всего изложенного можно прийти к технологической схеме производства D(+)-пантотеновой кислоты или ее рацемата, заключающейся в следующих стадиях синтеза:
получение b-аланина аммонолизом акрилонитрила в одну стадию;
одностадийный синтез D, L-пантолактона путем альдольной конденсации изомасляного альдегида и формальдегида и цианирования b-окси-a, a-диметилпропионового альдегида ацетонциангидрином и последующего омыления и лактонизации;
расщепление D, L-пантолактона-рацемата и выделение D(-) пантолактона с помощью L(+) треоамина;
конденсация D(—)-пантолактона и b-аланина в среде метилового спирта в присутствии диэтиламина.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПУТИ СИНТЕЗА Д-(—)-ПАНТОЛАКТОНА
Основными недостатками процесса получения медицинского витамина В3 является стадия разделения на оптические антиподы D, L-пантолактона.
В настоящее время идет интенсивный поиск методов синтеза D-(—) -пантолактона, исключающих трудоемкий процесс разделения рацемата.
Решение этой задачи возможно сейчас двумя путями асимметрического синтеза D-(—)-пантолактона из 3-оксо-4,4-диметил-g-бутиролактона (кетопантолактона):
1) Способ асимметрического гидрирования (Япония).
В качестве катализатора используют RhCIs (с лигандом М-ацилфенилпирролидинфосфином).
2) Способ асимметрического биосинтеза.
Некоторые микроорганизмы содержат специфический фермент—кетопантолактонредуктазу, катализирующий реакцию восстановления кетопантолактона в пантолактон:
Соотношение изомеров зависит от вида штаммов применяемых микроорганизмов.
Некоторые дрожжи и грибы, например, Rhodotorulami-nutaIFO 0920 и Aspejrg'illusniger могут выполнять стереонаправленное превращение кетопантолактона в D-(—)-пантолактон, который далее превращают в Д-(+)-пантоте-новую кислоту. Установлено, что кетопантолактон за 48 ч трансформируется в D-(—)-пантолактон с выходом 86—87% при исходном содержании всреде 45 г/л. При этом производительность ферментера объемом 20 м3— 1 кг/м3ч.
Среди других вариантов синтеза витамина В3 с использованием методов биотехнологии наиболее перспективным представляется получение паитотеновой кислоты из се структурных компонентов с помощью иммобилизованных бактериальных клеток некоторых штаммов. Иммобилизованные -клетки синтезируют Д-(+)-пантотеновую кислоту из (b-аланина и пантоата калия в присутствии АТФ, КС1 и сульфата магния.
Важнейшей коферментной формой D- ( ) -пантотеновой кислоты является кофермент ацилирования — КоА (кофермент А). Химический синтез его очень сложен, метод же биосинтеза с применением сухих бактериальных клеток является более простым по сравнению с химическим синтезом и позволяет в определенных условиях накапливать КоА до 115 г/л в культуральной жидкости. Исходным субстратом при этом является 4-фосфопантотсновая кислота, получаемая химическим синтезом.