传统的叶酸合成方法是利用硝基苯甲酸,经过酰氯化、缩合、还原、环合四个步骤最终得到叶酸。该方法虽然可合成叶酸,但合成路线复杂,生产时间长,生产成本高,且收率低,不利于大规模生产。反应方程式如图1.1所示:
以2-羟基丙二醛为中间体
1994年,C·维尔利等人提出以2-羟基丙二醛为中间体,采用一锅法合成叶酸。2-取代丙二醛存在Ⅰa和Ⅰb两种互变异构形式。 用2-羟基丙二醛与两分子的L-N-对氨基苯甲酰谷氨酸反应得到相应的二亚胺结构,然后在亚硫酸盐的存在下,于pH值为3~8,温度为0~100℃的条件下与6-羟基-2,4,5-三氨基嘧啶反应制得叶酸。该反应可在水溶液中进行,也可在与水混溶的惰性有机溶剂如乙腈、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、甲醇、乙醇溶剂中进行。优先选择以水为溶剂,当使用混合溶剂时,惰性溶剂应与水混溶,且水含量应该大于30%。 具体操作如下:氮气保护下,将5.32g对氨基苯甲酰谷氨酸、20mL0.1mol/LHCl加入100mL的五口瓶中,再加入0.88g2-羟基丙二醛和3mL水,室温搅拌1h。然后加入2.52gNa2SO3搅拌升温至38℃,将2.39g三氨基嘧啶硫酸盐在1h内分批加入反应瓶,用2mol/L的Na2CO3溶液调pH值维持在6.0,反应4h结束。用醋酸调节反应液pH至3.0,析出叶酸沉淀,过滤,得到3.08g叶酸粗品,纯化后收率63.5%。 该方法虽然收率有所提高,但其生产成本很高,需氮气保护,且2-羟基丙二醛难于制备。
C·维尔利等人再次尝试,用1,1,3,3-四甲氧基丙醇在酸性条件下水解得到2-羟基丙二醛。2-羟基丙二醛与对-氨基苯甲酰基-L-谷氨酸反应得到了相应的二亚胺固体,然后将制得的二亚胺固体与三氨基嘧啶硫酸盐反应制得叶酸。此工艺虽然和硝基苯甲酸生成叶酸的方法比较,合成步骤简单易行,且收率较高,但制得的叶酸粗品提纯操作较为复杂,需要利用硅胶柱进行分离操作,无法应用于大规模生产。 1948年,Hultquist等用1,1,3-三氯丙酮与2,4,5-三氨基-6-羟基嘧啶缩合制得4-氨基-4-羟基-6-氯代甲基蝶啶。
现国内主要以三氯丙酮、2,4,5-三氨基-6-羟基嘧啶硫酸盐和对氨基苯甲酰谷氨酸为原料合成叶酸。将三氯丙酮、L-N-对氨基苯甲酰谷氨酸、6-羟基-2,4,5-三氨基嘧啶硫酸盐在焦亚硫酸钠和碳酸钠存在下,保持pH3.0~3.5,于40~45℃的反应温度条件下,反应5h,得叶酸。 此操作工艺简单,反应时间短,条件容易控制,生产成本低。但存在废水废气量大的缺点。在生产三氯丙酮的过程中也存在较大污染,主要存在以下两方面问题。
(1)废水污染严重。制得的氯代混合物需用大量水进行水提操作,以得到浓度可用于生产的三氯丙酮水提液,致使产生大量废水。
(2)废气污染严重。工厂普遍采用丙酮和氯气反应制备三氯丙酮,同时生成大量氯化氢气体。对这些废气如不充分回收处理,将导致严重的废气污染。 除制备三氯丙酮存在废水和废气的污染,在合成叶酸的步骤中,同样存在此类问题。由于2,4,5-三氨基-6-羟基嘧啶硫酸盐的溶解性差,反应过程中水量较大,滴加的三氯丙酮水提液也在反应体系中带入大量水。除此之外,在最后的提纯操作中,需进行酸溶水析,这些操作共同导致整体反应废水污染严重。