檸檬酸磷酸酯鈉鹽的合成研究

王　瀝，譚偉強，戰秀志，夏　巖，唐沂珍

(青島理工大學環境與市政工程學院，生物環保與綠色化工研究中心，山東　青島　266033)

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檸檬酸磷酸酯鈉鹽的合成研究

王瀝，譚偉強，戰秀志，夏巖，唐沂珍

(青島理工大學環境與市政工程學院，生物環保與綠色化工研究中心，山東青島266033)

檸檬酸磷酸酯(Phosphocitrate，簡稱PC)是一種含有多羧基的酸，其化學名稱為3-磷酸酯基丙三羧酸，分子式為C6H9PO10。是存在于哺乳動物線粒體中的一種天然活性成分，因其活性高、毒性低、副作用小等特點，成為了近些年來新藥篩選領域的研究熱點。本文以檸檬酸和芐醇為起始原料，經酯化、水解、加氫還原、堿中和后高收率合成了檸檬酸磷酸酯鈉鹽，產物結構經1H NMR、31P NMR和LC-MS表征。

檸檬酸磷酸酯；檸檬酸；合成

檸檬酸磷酸酯最早提取于人尿液和大鼠肝的線粒體中[1-2]，研究發現，檸檬酸磷酸酯在體內有很強的抗礦化作用，對草酸鈣和羥基磷灰石晶體的形成和成長具有一定的抑制作用[3]，能夠抑制鈣離子的沉積，可預防關節炎疾病的發生[4]；另一方面，檸檬酸磷酸酯可抑制晶體誘導沉淀元癌基因的表達和有絲分裂的發生[5]，對羥基磷灰石誘導的金屬蛋白酶、環氧化酶、白介素的上調和有絲分裂也具有一定的抑制作用[6]；此外檸檬酸磷酸酯還具有抑制鳥糞石的結晶化[7]，抑制鈣鹽形成的活性，這對工業廢水的凈化非常有用。此外，研究發現，檸檬酸磷酸酯在體內濃度4.5 mg/mL以下時不會影響細胞的正常功能，也沒有發生任何顯著的副作用[8]，因此，檸檬酸磷酸酯作為一種潛在的藥物，成為近年來新藥篩選領域的研究熱點。

1959 年，J. Meyer[9]首次以檸檬酸三乙酯為原料經四步反應合成了檸檬酸磷酸酯，由于反應不完全，以及難分離、低收率、高成本等缺點，不適合工業化生產。本文研究了以檸檬酸和芐醇為起始原料，經兩步酯化、催化還原三步反應合成檸檬酸磷酸酯。該合成工藝所需的原料便宜易得，具有生產成本低，操作方便，轉化率高等特點。

1　實驗部分

1.1主要儀器與試劑

DRX-400核磁共振波譜儀，德國Bruker公司； LTQ XL LC-MS液相色譜-質譜聯用儀，美國Thermo公司。

水合檸檬酸(99.0%)，阿拉丁試劑有限公司；鈀碳(10%Pd)，上海柏卡化學技術有限公司；五氯化磷(99.0%)，阿達瑪斯(Adamas)試劑；苯甲醇(99.0%)，上海柏卡化學技術有限公司；其他反應試劑均為國產；反應溶劑均為市售分析純。

1.2合成方法

1.2.1檸檬酸三芐酯(2)的合成

在裝有分水器的反應瓶中，加入84.0 g (0.40 mol)水合檸檬酸和210 mL苯甲醇(1.98 mol)，油浴160～180 ℃反應8 h，減壓蒸餾除去過量的苯甲醇，剩余粗產物趁熱倒入100 mL無水乙醇中，快速攪拌下降至常溫后，于-20 ℃繼續冷卻結晶，過濾，固體用無水乙醇(150 mL×3)洗，真空干燥后，得149 g白色晶體2，收率為80%。1H NMR (DMSO，400 MHz，23 ℃)，δ：7.31 (m，15 H，C6H5)，5.04 (m，6 H，CH2O)，2.85 (d，4 H，CH2CO)，ESI-MS，m/z：462.1。

1.2.2磷酸檸檬酸二芐酯(3)的合成

在裝有溫度計、機械攪拌的三頸瓶中加入30.0 g(65 mmol)檸檬酸三芐酯和30 mL甲苯，冰浴冷卻后逐滴加入13.6 g(65 mmol)五氯化磷的甲苯(100 mL)溶液，繼續冰浴反應1 h后，緩慢滴加5.0 mL去離子水，繼續冰浴攪拌1 h后，過濾，固體用甲苯(50 mL×3)洗，真空干燥后得19.5 g白色固體3，收率為66%。1H NMR (DMSO，400 MHz，23 ℃)，δ：7.36 (d，10 H，C6H5)，5.07 (s，4 H，CH2O)，3.29 (s，4 H，CH2CO)，ESI-MS，m/z：453.1。

1.2.3檸檬酸磷酸酯鈉鹽的合成

在三口反應瓶中，依次加入10.0 g(22 mmol)磷酸檸檬酸二芐酯、25 mL去離子水和5 mL甲醇，氫氣流洗氣三遍后，加入0.25 g Pd/C(10%Pd)，保持1個標準大氣壓的氫氣流持續反應1 h，熱過濾后，濾液用6.2 mL NaOH(10 mol/L)水溶液調至pH為7，減壓除水后，加入30 mL無水乙醇超聲洗滌三次，真空干燥，得8.1 g白色固體為磷酸檸檬酸酯鈉鹽，收率95%。1H NMR (D2O，400 MHz，23 ℃)，δ：3.13 (d，2 H，CH2)，2.76 (d，2 H，CH2)，31P NMR (D2O，162 MHz)δ：-2.14；ESI-MS(M+Na+)：295.0。

2　結果與討論

2.1PC的合成

到目前為止，文獻報道的PC化學合成法主要有五種[10]。第一種方法的第一步反應會有30%未反應的檸檬酸三乙酯，難以分離，即使改變溫度、時間等都不能提高收率[9]。后續兩步反應產物難分離，且分離用Dowex-50-H+價格昂貴，生成成本較高。第二種方法其合成所用原料及催化劑價格較高，同樣存在反應后處理困難問題，難以工業化生產[2]。第三種方法的合成需要五步反應，反應時間較長，產率低，所用離子交換樹脂用量大，成本較高[11]。第四種和第五種方法類似[12-13]，以檸檬酸三芐酯為原料，苯作為溶劑與五氯化磷在冰浴下反應、低收率得到磷酸檸檬酸二芐酯，最后采用鈀碳催化，以水為溶劑得到目標產物。反應條件模糊，收率較低。

本文實驗中參考第五種合成方法修改，以水合檸檬酸為原料，用苯甲醇經酯化反應保護后得到檸檬酸三芐酯，由于三羧基的活性較高，反應中無需加入催化劑，即可以80%的收率得到化合物2。文獻中用檸檬酸三乙酯為原料經系列反應后，最終產物難以分離，且成本較高；而用苯甲醇作為保護基后，將會使得加氫水解反應變得非常容易。此外，由于化合物2熔點較低，難結晶，采用低溫結晶純化的方法更容易得到高純度的白色晶體(色譜純度98%以上)。

第二步反應中，文獻中將檸檬酸三芐酯溶于苯中，低壓真空下加入經研磨的固體PCl5粉末，冰浴反應后經處理，最終磷酸檸檬酸二芐酯產率61%[12]。反應中用到的苯毒性較大，且操作過程不易工業化生產，反應中我們使用干燥的甲苯代替苯作為溶劑，并利用氮氣保護避免原料PCl5水解造成的損失，提高反應收率的同時，更適宜工業化操作。

最后一步反應中，文獻中直接用水作為溶劑，鈀/碳常溫常壓催化反應7 h以上，再將其做成鈉鹽后，收率可達100%[13-14]。實驗中我們嘗試利用文獻中方法，最終得到粘稠狀化合物，經洗滌，低溫干燥后，經1H NMR和LC-MS分析，產物中有未完全反應的原料存在，脫芐效果較差；用甲醇代替水作為溶劑進行催化氫化，分析產物發現除PC外，還有其甲酯化產物生成，且難以分離。最后以水/甲醇(V:V=5:1)作為溶劑，進行常溫常壓催化反應1 h后，再經氫氧化鈉水溶液中和處理后，得到磷酸檸檬酸酯的鈉鹽。產物經1H、31P NMR LC-MS分析，純度較高，該合成工藝操作較方便，收率較高，反應時間較短，較文獻報道的水體系更適合后處理操作[13]；此外，如果去離子水代替普通水能更好的改善產物的純度。

2.2產物結構表征

通過核磁共振氫譜(圖1)和磷譜對PC的鈉鹽進行結構鑒定，數據分析表明其結構與文獻吻合[13-14]，其MS分析結果也證實了其結構。

圖1　化合物PC的1H NMR

3　結　論

通過文獻方法的改進，以檸檬酸和苯甲醇為原料，詳細考察了三步反應條件的優化，設計了一條原料便宜易得、反應條件溫和、操作方便、生產成本低、收率高的適合于工業化生產的合成路線。產物通過1H NMR, LC-MS進行了結構表征。

研究中合成的磷酸檸檬酸二乙酯，通過檸檬酸和苯甲醇為原料，經酯化保護羧基、磷酸酯化反應后得到，收率較高；對磷酸檸檬酸二乙酯的催化脫卞反應制備最終產物進行了深入研究，確定了最佳的反應條件：以水/甲醇(V:V=5:1)為溶劑，Pd/C(10%Pd)作為催化劑，保持氫氣流為1大氣壓，持續反應1 h，經氫氧化鈉水溶液中和，減壓除水，再經乙醇超聲洗滌，干燥即可以95%以上的收率得到檸檬酸磷酸酯鈉鹽。

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Study on the Synthesis of Phosphocitrate Sodium

WANG Li, TAN Wei-qiang, ZHAN Xiu-zhi, XIA Yan, TANG Yi-zhen

(Qingdao Technological University, School of Environmental and Municipal Engineering,ResearchCenterofEnvironmentalBiologyandGreenChemistry,ShandongQingdao266033,China)

Phosphocritrate (PC) is a naturally organic acid containing three carboxyl named 1,2,3-tricarboxylic acid-2-hydroxyhosphate, its formula for C6H9PO10. It is one of the natural active ingredients existing in mammal’s mitochondria. Recently it becomes the study hot spot in the field of new drug filer because of its high activity, low toxic, fewer side effects and so on. A simple method for the synthesis of phosphocitrate starting from citric acid and benzyl alcohol was described. The structures were characterized by1H NMR,31P NMR and LC-MS.

phosphocitrate; citric acid; synthesis

王瀝(1990-)，女，碩士生，主要研究方向為藥物化學及有機合成。

譚偉強，男，副教授。

O626.2

A

1001-9677(2016)01-0096-03