D-对羟基苯甘氨酸生产新工艺研究

林韦康　江晓明　钱程良　高奇

摘      要： 为了开发一种成本更低、安全可控、环境友好的D-对羟基苯甘氨酸生产工艺，提出了一种以水为溶剂，质量分数为75%的磷酸为拆分剂，水杨醛为消旋催化剂的新方法对DL-对羟基苯甘氨酸进行拆分。考察发现当n（75%磷酸）∶n（DL-对羟基苯甘氨酸）= 1.1时拆分效果最好，当n（水杨醛）∶n（L-对羟基苯甘氨酸）= 0.20且消旋时间为5 h时最适宜，当反应液pH=6.0时产品收率及质量最佳。该工艺制备的产品质量分数为99.6%，比旋光度为-158.9°，酸吸光值为0.009，碱吸光值为0.010，符合工业化生产要求。

关  键  词：D-对羟基苯甘氨酸;拆分;消旋;生产工艺;工业化生产

中图分类号：TQ 03-39      文献标识码： A      文章编号： 1671-0460（2020）06-1135-04

Study on a Novel Production Process of D-p-Hydroxyphenylglycine

LIN Wei-kang¹， JIANG Xiao-ming¹， QIAN Cheng-liang¹， GAO Qi²

（1. Zhejiang Yuntao Biotechnology Co.， Ltd.， Shaoxing Zhejiang 312369， China;

2. Aiyinuo Technology Co.， Ltd.， Zhuji Zhejiang 311800， China）

Abstract： In order to develop a cheap safe controllable environmentally friendly production process of D-p-Hydroxyphenyl-glycine，a new method with water as solvent，75% phosphoric acid as resolution agent， salicylaldehyde as racemic catalyst was used for resolution of DL-p-hydroxyphenylglycine. The results showed that，when n（75% phosphoric acid） ： n（DL-p-Hydroxyphenylgly-cine） was 1.1，the resolution effect was the best; when n（salicylaldehyde） ： n（L-p-Hydroxyphenylglycine-） was 0.20， suitable racemization time was 5 h ;when pH was 6.0， the product yield was the highest and the product quality was the best. The quality indexes of product prepared by this process were as follows： the content 99.6%， specific rotation -158.9°，absorbance（c=5，1N HCl） 0.009， absorbance（c=5，1 N NaOH）=0.010. The process can meet the industrial production requirements， providing quite good reference for related enterprises.

Key words： D-p-hydroxyphenylglycine; Resolution; Racemization; Production process; Industrial production

对羟基苯甘氨酸（D-p-Hydroxyphenylglycine），分子式C₈H₉NO₃，分子量167.16，是以苯酚为起始原料，先经合成反应制得DL-对羟基苯海因或DL-对羟基苯甘氨酸，再经酶法（原料为DL-对羟基苯海因）或化学拆分（原料为DL-对羟基苯甘氨酸）制得。D-对羟基苯甘氨酸是合成β-内酰胺类半合成广谱抗生素（如青霉素类、头孢菌素类等）侧链的重要原料，也是合成抗菌和抗病毒药物、人工甜味剂的重要中间体^[1-2]。2017年6月6日，世卫组织在《2017年基本药物标准清单》中将阿莫西林这种广泛用于治疗肺炎等感染的抗生素划归为“可用

类”^[3]。另外，随着国家安全、环保整治力度的加大，国内很多安全或环保不达标的D-对羟基苯甘氨酸生产企业永久退出市场，在这样的背景下，开发一种更安全、更环保、成本更低的D-对羟基苯甘氨酸生产工艺是非常有意义的。

目前，国内DL-对羟基苯海因和DL-对羟基苯甘氨酸的生产工艺已经相对成熟，生产成本已基本没有下浮空间，但国内外D-对羟基苯甘氨酸生产企业的工艺水平参差不齐，这里对典型的几種D-对羟基苯甘氨酸生产工艺进行比较分析。

第一种，以D-3-溴樟脑-8-磺酸或1-苯基乙磺酸或萘酚磺酸或邻甲基苯磺酸为拆分剂，在催化剂水杨醛的存在下，边拆分DL-对羟基苯甘氨酸边消旋L-对羟基苯甘氨酸，得到D-对羟基苯甘氨酸拆分剂复盐，再经水解制得D-对羟基苯甘氨酸，水解母液用酸再生得到可以循环套用的拆分剂^[4-9]。

该生产工艺是目前被D-对羟基苯甘氨酸生产企业广泛采用生产方法。随着近年来国家环保整治力度的加大，以1-苯基磺乙酸为首的生产企业逐渐减少，致使相关的拆分剂价格水涨船高。以D-对羟基苯甘氨酸拆分剂单耗50 kg计，每生产1 t D-对羟基苯甘氨酸，仅拆分剂原料费用就高达7 500元。

第二种，以DL-对羟基苯甘氨酸为原料，在甲醇溶剂中，用浓硫酸或氯化亚砜先进行酯化制得DL-对羟基苯甘氨酸甲酯，再与D-酒石酸成盐，最后经水解得到D -对羟基苯甘氨酸^[10-12]。

该生产工艺目前基本还停留在实验室阶段，这种生产方法需对原料DL-对羟基苯甘氨酸进行除水处理，增加了原料干燥成本，另外甲醇溶剂套用过程中也需对甲醇进行精馏除水，需增加精馏塔等生产装置，安全风险较高，同时三废较多（使用浓硫酸产生大量废酸，使用氯化亚砜产生大量废气）。

第三种：将DL-对羟基苯甘氨酸转化为盐，再在合适的溶剂中加入其对映体的相应盐的少量晶体作为晶种，实施优先结晶法，对析出的D-对羟基苯甘氨酸盐晶体进行离心分离，D-对羟基苯甘氨酸盐晶体中和即得D-对羟基苯甘氨酸。据文献^[13-15]报道，对羟基苯甘氨酸苯磺酸盐、对羟基苯甘氨酸对乙基苯磺酸盐、对羟基苯甘氨酸萘酚磺酸盐等均可采用优先结晶法拆分DL-对羟基苯甘氨酸盐。

该生产工艺因对温度和离心分离时间的把控要求较高，同时工序繁琐，一次收率低，不合格的D-对羟基苯甘氨酸盐还需要频繁精制，目前采用此生产工艺的厂家较少。

第四种：以DL-对羟基苯海因为起始原料，利用生物酶对其进行选择性水解制得D-对羟基苯甘氨酸^[16-18]。

该种生产工艺所需的起始原料DL-对羟基苯海因制备过程产生大量废酸和含酚废水，另外生物酶工业固定化技术还不够完善，再者，通过该生产工艺制得的D-对羟基苯甘氨酸的水溶液中的目标产物质量分数在仅2.5%左右，需要蒸发大量水，能耗较高，目前较少厂家采用此生产工艺。

本文以水为溶剂，采用稍过量的质量分数为75%的磷酸为拆分剂与DL-对羟基苯甘氨酸成复盐，确保反应体系溶清的状态下，加入适量D-对羟基苯甘氨酸磷酸复盐晶种，常压蒸出适量的水，降温至合适的温度放料离心，得到的D-对羟基苯甘氨酸磷酸复盐去水解工序制备D-对羟基苯甘氨酸和副产磷酸铵，复盐离心母液加入水杨醛进行回流消旋，消旋机理^[19]是L-对羟基本甘氨酸能和水杨醛形成席夫碱，席夫碱是一个光学和化学不稳定的中间体，由于苄叉基的吸电子作用，使α-碳上的H容易离去而生成只有平面结构的碳负离子，因此能够发生消旋化，如图1。

1  实验部分

1.1  反应方程式

D-对羟基苯甘氨酸合成路线如图2。

1.2  原辅料及生产装置

原辅料：DL-对羟基苯甘氨酸（水分9.5%，质量分数99.2%，大丰云涛生物技术有限公司产）;D-对羟基苯甘氨酸（比旋光度-158.8°，大丰云涛生物技术有限公司产）;质量分数为75%的磷酸（川磷化工有限公司产）;水杨醛（南京大唐化工有限责任公司产）;质量分数为20%的氨水（绍兴市浙东化工厂产）。

生产装置：晶种釜、拆分釜、消旋釜、水解釜各一只（均为10 000 L搪玻璃，其中晶种釜配有真空系统，浙江云涛生物技术股份有限公司自有）;下卸料全自动离心机两只（PAUT 1600，浙江云涛生物技术股份有限公司自有）;闪蒸干燥机一组（SXG，浙江云涛生物技术股份有限公司自有）;MVR蒸发结晶器一组（OSLO，浙江云涛生物技术股份有限公司自有）。

1.3  工艺流程图

D-对羟基苯甘氨酸工艺流程如图3。

1.4  D-对羟基苯甘氨酸磷酸复盐晶种的制备（晶种制备工序）

往10 000 L晶种釜中加入2 500 kg自来水、    2 500 kg D-对羟基苯甘氨酸，开启搅拌并往反应釜夹套通入蒸汽开始升温。待反应体系搅拌均匀后，往反应釜加入2 000 kg 质量分数为75%的磷酸，随即升温至反应体系溶清，溶清温度约为75 ℃，溶清后缓慢带真空负压蒸出约1 000 kg水。关闭蒸汽阀门，往反应釜夹套通入循环水降温，待温度降至约40 ℃时放料至离心机离心，得到1 500 kg滤饼，即为D-对羟基苯甘氨酸磷酸复盐晶种，离心母液循环套用，滤饼质量指标如下：

外观：白色结晶颗粒;干燥失重：5.2 %;比旋光度：-99.5°（精确称取0.4 g 溶于50 mL 1 mol·L^-1盐酸溶液，20 ℃）。

1.5  DL-对羟基苯甘氨酸的拆分及复盐离心母液消旋（拆分消旋工序）

往10 000 L拆分釜中加入3 000 kg自来水、2 500 kg DL-对羟基苯甘氨酸（折干），开启搅拌并往反应釜夹套通入蒸汽开始升温。待反应体系搅拌均匀后，往反应釜加入2 150 kg 质量分数为75%的磷酸，随即升温至反应体系溶清，溶清温度约为60 ℃，往反应釜加入50 kg D-对羟基苯甘氨酸磷酸复盐晶种，开始往反应釜夹套缓慢通入冷冻盐水降温至10 ℃以下，放料至离心机离心，滤饼用少量冰水漂洗，得到900 kg D-对羟基苯甘氨酸磷酸复盐，復盐离心母液去消旋工序，滤饼质量指标如下。

外观：白色结晶粉末;干燥失重：3.9%;比旋光度：-99.7°（精确称取0.4 g 溶于50 mL 1 mol·L^-1盐酸溶液，20 ℃）。

将复盐离心母液泵入消旋釜，加入180 kg水杨醛，升温至回流，回流温度约为104 ℃，保温回流5 h。保温回流毕，转回流为蒸馏，将水杨醛和水共沸蒸出，期间不断补加水套蒸至馏分无水杨醛为止，回收的水杨醛分去水层可循环套用，蒸除水杨醛的复盐离心母液去拆分工序套用。

1.6  D-对羟基苯甘氨酸的制备（水解工序）

往10 000 L水解釜中加入2 600 kg自来水、2 500 kg D-对羟基苯甘氨酸磷酸复盐（折干），开启搅拌，往反应釜夹套通入蒸汽升温至50 ℃，用2 400 kg 质量分数为20%的氨水中和至pH=6.0，中和过程反应体系温度控制在50～60 ℃，中和毕，往反应釜夹套通冷冻盐水降温至25 ℃以下，放料至离心机离心，滤饼用适量自来水漂洗，得到1 730 kg D-对羟基苯甘氨酸湿品，去闪蒸烘干工序（得成品1 495 kg），离心母液去MVR蒸发结晶器制备副产磷酸铵，产品质量指标如下：

外观：白色结晶性粉末;含量：99.6%;比旋光度：-158.9°（精确称取5.0 g 溶于100 mL       1 mol·L^-1盐酸溶液，20 ℃）;酸吸光值：0.009;碱吸光值：0.010。

2  结果与讨论

2.1  拆分工序质量分数为75%磷酸加入量对拆分效果的影响

质量分数为75%磷酸的用量是影响拆分效果的重要因素，特别对D-对羟基苯甘氨酸磷酸复盐的比旋光度影响较大。磷酸用量过少，未溶解的DL-对羟基苯甘氨酸会随复盐一同被离心分离出来;磷酸用量过多，反应体系黏度较大，影响离心速度，且无明显正面作用。本文考察了不同质量分数为75%磷酸用量对拆分效果的影响，结果如表1。

由表1可见，n（75%磷酸）∶n（DL-对羟基苯甘氨酸）=1.1时最适宜。

2.2  消旋工序水杨醛加入量对消旋效果的影响

消旋催化剂水杨醛加入量对于消旋的速度和效果影响较大。本文考察了不同水杨醛用量对消旋效果的影响，结果如表2。

由表2可见，水杨醛过少时，延长消旋时间也不能降低反应液比旋光度;当水杨醛用量足够时，延长消旋时间也不减少消旋时间，当n（水杨醛）∶n（L-对羟基苯甘氨酸）=0.20且消旋时间为5 h时效果最佳。

2.3  水解工序pH值对收率的影响

水解工序中，反应液pH值对D-对羟基苯甘氨酸的收率和质量都有影响，pH过低，水解不彻底，复盐仍溶解在反应体系中，导致产品收率低;pH过高，反应体系中微量的铁离子随产品析出，使得产品外观偏红，从而导致产品碱吸光值不合格。本文研究了水解工序中反应液不同pH值下，D-对羟基苯甘氨酸的收率和质量情况，结果如表3。

由表3可见，随着反应液pH的增高，D-对羟基苯甘氨酸的收率增高，当反应液pH增高到6.0时，继续增高不再有正面作用，故反应液pH控制在6.0最适宜。

3  结论

正本文所述的D-对羟基苯甘氨酸生产新工艺，采用价廉易得的质量分数为75%的磷酸为拆分剂，工序简单，安全可控，环境友好，产品质量好，特别是酸吸光值（0.009）和碱吸光值（0.010）较低，符合工业化生产要求。虽然拆分收率仅约41.2%，但工序周期短，且未造成原料損失，未分离出的D-对羟基苯甘氨酸磷酸复盐仍在母液中循环套用，次批拆分只需补加DL-对羟基苯甘氨酸和质量分数为75%的磷酸至工艺量即可。算上副产磷酸铵的销售收入，该工艺单位成本仅为4万元左右，按照一个企业正常5 000 t·a^-1的产能计算，每年可产生利润17 500万元。

参考文献：

[1]FANA C H， LEE C K， CHAO Y P. Recombinant Escherichia coli cell for D-p-hydroxyphenylglycine production from D-N-carbamoyl-p- hydroxyphenylglycine[J]. Enzyme and Microbial Technology， 2000（26）： 222-228.

[2] 苏文莉，刘长春. 乙醛酸的生产及其下游产品的开发应用[J]. 当代化工，2003，32（1）：33-35.

[3] WHO Model List of Essential Medicines[R]. 20th List， March，2017.

[4] 杨帆， 张征林， 邹建忠. D-对羟基苯甘氨酸的不对称转化拆分[J]. 中国医药工志， 2005， 36（4）： 199-120.

[5] BHATTACHARYA A， ARAULLO-MCADAMS  C， MEIER M B. Crystallization induced asymmetric transformation： synthesis of D-p-Hydroxyphenylglycine[J]. Synthetic Communication， 1994， 24（17）： 2449-2459.

[6]YOSHIOKA R，TOHOAMA M，YAMADA S. A Facile method for the production of D-p-hydroxyphenylglycine. asymmetric transformation of DL-p- Hydroxyphenylglycine using （+）-1-Phenylethenesulfonic acid[J]. Bull Chem Soc Jpn，1987， 60（12）： 4321-4323.

[7]ICHIRO C， SHIGEKI Y. p-Hydroxyphenylglycine. alphaphenylethane- sulfonate， process for production thereof and utilization thereof in resolution of p-hydroxyphenylglycine： US， 4415504 [P].1983-11-15.

[8]ICHIRO C， SHIGEKI Y.Process for preparing an optically active p-hydroxyphenylglycine or a salt thereof ： US， 4434107 [P]. 1984-02-28.

[9]HONGO C ， TOHYAMA M ， YOSHIOKA R ， et al. Asymmetric transformation of DL-p-hydroxyphenylglycine by a combination of preferential crystallization and simultaneous racemization of the o-toluenesulfonate[J]. Bulletin of the Chemical Society of Japan， 2006， 58（2）： 433-436.

[10]朱一恒，于广慧，薛守礼，等. D-（-）-对羟基苯甘氨酸的试制[J]. 沈阳药科大学学报， 1982， 26 （15）： 95-100.

[11]李庆文， 蒋俊树. 化学拆分法制备左旋对羟基苯甘氨酸[J]. 安徽化工， 2000， 106（4）： 11.

[12]张大帅， 穆帅， 牛端， 等. D-对羟基苯甘氨酸的制备[J]. 精细化工中间体，2013， 43（2）： 33-36.

[13]ICHIRO C， SHIGEKI Y. Process for the optical resolution of DL-p-hydroxy-phenylglycine： US， 4309362 [P]. 1982- 01-05.

[14]TADASHI S， YASUHISA T. Method of manufacturing optically active p-hydroxyphenylglycine： US， 3994962[P]. 1976-11- 30.

[15]YAMADA S， HONGO C， CHIBATA I. Preparation of D-p-hydroxy- phenylglycine： optical resolution of DL-p-hydroxyphenyl-glycine by preferential crystallization procedure[J]. Agricultural and Biological Chemistry， 1978， 42（8）： 1521-1526.

[16]齊延红，丁玉华， 连惠勇，等. D-对羟基苯甘氨酸的酶法生产工艺研究[J]. 中国医药工业杂志， 2001， 32（3）：105-107.

[17]张铭俊，张衍坤，李京华，等. 固定化细胞膜生物反应器生产D-对羟基苯甘氨酸[C].第七届全国生物化工学术会议，1996-07-01.

[18]南晶.利用基因工程菌HC01固定化细胞制备D-对羟基苯甘氨酸[D]. 太原：山西大学， 2010.

[19]BHATTACHARYA A， ARAULLO-MCADAMS C， MEIER M B. Crystal-lization induced asymmetric transformation ： synthesis of D-p-hydroxyphenylglycine[J]. Synthetic Communications， 1994， 24（17）： 2449-2459.