柠檬酸磷酸酯钠盐的合成研究

王　沥，谭伟强，战秀志，夏　岩，唐沂珍

(青岛理工大学环境与市政工程学院，生物环保与绿色化工研究中心，山东　青岛　266033)



柠檬酸磷酸酯钠盐的合成研究

王沥，谭伟强，战秀志，夏岩，唐沂珍

(青岛理工大学环境与市政工程学院，生物环保与绿色化工研究中心，山东青岛266033)

柠檬酸磷酸酯(Phosphocitrate，简称PC)是一种含有多羧基的酸，其化学名称为3-磷酸酯基丙三羧酸，分子式为C6H9PO10。是存在于哺乳动物线粒体中的一种天然活性成分，因其活性高、毒性低、副作用小等特点，成为了近些年来新药筛选领域的研究热点。本文以柠檬酸和苄醇为起始原料，经酯化、水解、加氢还原、碱中和后高收率合成了柠檬酸磷酸酯钠盐，产物结构经1H NMR、31P NMR和LC-MS表征。

柠檬酸磷酸酯；柠檬酸；合成

柠檬酸磷酸酯最早提取于人尿液和大鼠肝的线粒体中[1-2]，研究发现，柠檬酸磷酸酯在体内有很强的抗矿化作用，对草酸钙和羟基磷灰石晶体的形成和成长具有一定的抑制作用[3]，能够抑制钙离子的沉积，可预防关节炎疾病的发生[4]；另一方面，柠檬酸磷酸酯可抑制晶体诱导沉淀元癌基因的表达和有丝分裂的发生[5]，对羟基磷灰石诱导的金属蛋白酶、环氧化酶、白介素的上调和有丝分裂也具有一定的抑制作用[6]；此外柠檬酸磷酸酯还具有抑制鸟粪石的结晶化[7]，抑制钙盐形成的活性，这对工业废水的净化非常有用。此外，研究发现，柠檬酸磷酸酯在体内浓度4.5 mg/mL以下时不会影响细胞的正常功能，也没有发生任何显著的副作用[8]，因此，柠檬酸磷酸酯作为一种潜在的药物，成为近年来新药筛选领域的研究热点。

1959 年，J. Meyer[9]首次以柠檬酸三乙酯为原料经四步反应合成了柠檬酸磷酸酯，由于反应不完全，以及难分离、低收率、高成本等缺点，不适合工业化生产。本文研究了以柠檬酸和苄醇为起始原料，经两步酯化、催化还原三步反应合成柠檬酸磷酸酯。该合成工艺所需的原料便宜易得，具有生产成本低，操作方便，转化率高等特点。

1　实验部分

1.1主要仪器与试剂

DRX-400核磁共振波谱仪，德国Bruker公司； LTQ XL LC-MS液相色谱-质谱联用仪，美国Thermo公司。

水合柠檬酸(99.0%)，阿拉丁试剂有限公司；钯碳(10%Pd)，上海柏卡化学技术有限公司；五氯化磷(99.0%)，阿达玛斯(Adamas)试剂；苯甲醇(99.0%)，上海柏卡化学技术有限公司；其他反应试剂均为国产；反应溶剂均为市售分析纯。

1.2合成方法

1.2.1柠檬酸三苄酯(2)的合成

在装有分水器的反应瓶中，加入84.0 g (0.40 mol)水合柠檬酸和210 mL苯甲醇(1.98 mol)，油浴160～180 ℃反应8 h，减压蒸馏除去过量的苯甲醇，剩余粗产物趁热倒入100 mL无水乙醇中，快速搅拌下降至常温后，于-20 ℃继续冷却结晶，过滤，固体用无水乙醇(150 mL×3)洗，真空干燥后，得149 g白色晶体2，收率为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磷酸柠檬酸二苄酯(3)的合成

在装有温度计、机械搅拌的三颈瓶中加入30.0 g(65 mmol)柠檬酸三苄酯和30 mL甲苯，冰浴冷却后逐滴加入13.6 g(65 mmol)五氯化磷的甲苯(100 mL)溶液，继续冰浴反应1 h后，缓慢滴加5.0 mL去离子水，继续冰浴搅拌1 h后，过滤，固体用甲苯(50 mL×3)洗，真空干燥后得19.5 g白色固体3，收率为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柠檬酸磷酸酯钠盐的合成

在三口反应瓶中，依次加入10.0 g(22 mmol)磷酸柠檬酸二苄酯、25 mL去离子水和5 mL甲醇，氢气流洗气三遍后，加入0.25 g Pd/C(10%Pd)，保持1个标准大气压的氢气流持续反应1 h，热过滤后，滤液用6.2 mL NaOH(10 mol/L)水溶液调至pH为7，减压除水后，加入30 mL无水乙醇超声洗涤三次，真空干燥，得8.1 g白色固体为磷酸柠檬酸酯钠盐，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　结果与讨论

2.1PC的合成

到目前为止，文献报道的PC化学合成法主要有五种[10]。第一种方法的第一步反应会有30%未反应的柠檬酸三乙酯，难以分离，即使改变温度、时间等都不能提高收率[9]。后续两步反应产物难分离，且分离用Dowex-50-H+价格昂贵，生成成本较高。第二种方法其合成所用原料及催化剂价格较高，同样存在反应后处理困难问题，难以工业化生产[2]。第三种方法的合成需要五步反应，反应时间较长，产率低，所用离子交换树脂用量大，成本较高[11]。第四种和第五种方法类似[12-13]，以柠檬酸三苄酯为原料，苯作为溶剂与五氯化磷在冰浴下反应、低收率得到磷酸柠檬酸二苄酯，最后采用钯碳催化，以水为溶剂得到目标产物。反应条件模糊，收率较低。

本文实验中参考第五种合成方法修改，以水合柠檬酸为原料，用苯甲醇经酯化反应保护后得到柠檬酸三苄酯，由于三羧基的活性较高，反应中无需加入催化剂，即可以80%的收率得到化合物2。文献中用柠檬酸三乙酯为原料经系列反应后，最终产物难以分离，且成本较高；而用苯甲醇作为保护基后，将会使得加氢水解反应变得非常容易。此外，由于化合物2熔点较低，难结晶，采用低温结晶纯化的方法更容易得到高纯度的白色晶体(色谱纯度98%以上)。

第二步反应中，文献中将柠檬酸三苄酯溶于苯中，低压真空下加入经研磨的固体PCl5粉末，冰浴反应后经处理，最终磷酸柠檬酸二苄酯产率61%[12]。反应中用到的苯毒性较大，且操作过程不易工业化生产，反应中我们使用干燥的甲苯代替苯作为溶剂，并利用氮气保护避免原料PCl5水解造成的损失，提高反应收率的同时，更适宜工业化操作。

最后一步反应中，文献中直接用水作为溶剂，钯/碳常温常压催化反应7 h以上，再将其做成钠盐后，收率可达100%[13-14]。实验中我们尝试利用文献中方法，最终得到粘稠状化合物，经洗涤，低温干燥后，经1H NMR和LC-MS分析，产物中有未完全反应的原料存在，脱苄效果较差；用甲醇代替水作为溶剂进行催化氢化，分析产物发现除PC外，还有其甲酯化产物生成，且难以分离。最后以水/甲醇(V:V=5:1)作为溶剂，进行常温常压催化反应1 h后，再经氢氧化钠水溶液中和处理后，得到磷酸柠檬酸酯的钠盐。产物经1H、31P NMR LC-MS分析，纯度较高，该合成工艺操作较方便，收率较高，反应时间较短，较文献报道的水体系更适合后处理操作[13]；此外，如果去离子水代替普通水能更好的改善产物的纯度。

2.2产物结构表征

通过核磁共振氢谱(图1)和磷谱对PC的钠盐进行结构鉴定，数据分析表明其结构与文献吻合[13-14]，其MS分析结果也证实了其结构。

图1　化合物PC的1H NMR

3　结　论

通过文献方法的改进，以柠檬酸和苯甲醇为原料，详细考察了三步反应条件的优化，设计了一条原料便宜易得、反应条件温和、操作方便、生产成本低、收率高的适合于工业化生产的合成路线。产物通过1H NMR, LC-MS进行了结构表征。

研究中合成的磷酸柠檬酸二乙酯，通过柠檬酸和苯甲醇为原料，经酯化保护羧基、磷酸酯化反应后得到，收率较高；对磷酸柠檬酸二乙酯的催化脱卞反应制备最终产物进行了深入研究，确定了最佳的反应条件：以水/甲醇(V:V=5:1)为溶剂，Pd/C(10%Pd)作为催化剂，保持氢气流为1大气压，持续反应1 h，经氢氧化钠水溶液中和，减压除水，再经乙醇超声洗涤，干燥即可以95%以上的收率得到柠檬酸磷酸酯钠盐。

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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

王沥(1990-)，女，硕士生，主要研究方向为药物化学及有机合成。

谭伟强，男，副教授。

O626.2

A

1001-9677(2016)01-0096-03