技术领域
本发明属于有机光化学合成领域，特别涉及光化学合成维生素D3的 方法。
背景技术
维生素D3是人类健康、家畜、家禽正常生长和繁殖必不可少的重要 维生素之一，食品和饲料中都需要适量加入。随着社会发展与人们生活 水平的提高，维生素D3在国内及国际上具有广泛的市场，目前世界上只 有德国、瑞士等少数国家生产，价格昂贵。我国生产厂家曾利用数十只 一千瓦的汞灯作为光源，乙醇为溶剂，光化学反应温度在60℃以上，反 应原料的浓度不超过2％，转化率为100％，副产物非常多要用柱层析完成 产品提纯，产率只有30％左右。由于光化学生产技术不过关，从90年代 起我国维生素D3基本停产，所需维生素D3依赖进口。光化学反应是医药 制药工业中重要的单元反应，相关技术也是某些药品生产的技术难点， 解决维生素D3的光化学生产技术也可推广到其他药物的生产上，具有重 大经济、社会效益。维生素D3的合成是以7-去氢胆固醇为原料，光照一 步单重态断键，热异构化反应而获得。但是，光反应的次级反应很难控 制，至少有包括原料在内的7个高压液相色谱可检测到异构体生成，而 且其中一个副产物(速甾醇)还有毒，产物提纯十分困难。Eyley等人 光照后得到的产物中原料∶速甾醇∶产品是1∶2∶1。要采用柱层析的 办法进行分离(Eyley，S.C.；Willems，D.H.J.Chem.Soc.，Chem.Commun.， 1975，858)。Okabe等人采用两次光照的方法，在第二次光照时加入滤光 片将＜340nm波长的光滤掉，并加入三重态光敏剂将速甾醇转变为预维生 素D3，产率只有46％(Okabe，M.；Sun，R.-C.；Scalone，M.；Jibilian，C.H.； Hutchings，S.D.J.Org.Chem.，1995，60，767-771)。还有其它方法，如 采用单一波长的紫外光，先用254纳米波长的紫外光光照后，再加入光 敏剂用350纳米的波长进行第二次光照，使第一次光照生成的速甾醇转 变为预维生素D3，得到约50％的产率。这些研究涉及的光照体系复杂， 后处理麻烦，难以实现工业化(Kobayashi，T.；Yasumura，M. J.Nutr.Sci.Vitaminol.，1973，19，123-128； Sato，T.；Yamauchi，H.；Ogata，Y.，Kunii，T.；Kagei，K.；Katsui，G.；Toyoshima，S.； Yasumura，M.；Kobayashi，T.J.Nutr.Sci.Vitaminol.，1980，26，545-556； Dauben，W.G.；Phillips，R.B.J.Am.Chem.Soc.，1982，104，355-356； Dauben，W.G.；Phillips，R.B.，J.Am.Chem.Soc.，1982，104，5780-5781)。另外， 7-去氢胆固醇有油水两亲性，在一般的溶剂中室温下其溶解度不超过1％， 给放量生产造成困难。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，利用内浸式氮鼓泡光化学反应器， 优化反应条件，控制光化学反应副产物的生成，筛选反应溶剂，提供一 种光化学合成维生素D3的方法。
目前利用7-去氢胆固醇的光化学反应合成维生素D3如下：
我们首先进行了7-去氢胆固醇的光化学反应动力学的实验，其反应 动力学如图1所示。光反应前的HPLC分析，参看图2。
从图1动力学过程分析得到如下结论：光照反应中所生成的光化学 产物预-维生素D3会再吸光发生次级光化学反应生成副产物亮甾醇与速 甾醇。若7-去氢胆固醇转化率过高，次级光化学反应生成的副产物亮甾 醇与速甾醇将大大增加，不仅大大降低了维生素D3的产率，并且给分离 提纯造成了极大困难。当7-去氢胆固醇的转化率不超过30％(以HPLC示 7-去氢胆固醇的面积百分数计不超过55％)时，既可得到较高的光化学 产物预-维生素D3，同时副产物亮甾醇与速甾醇的浓度也可控制在较低的 水平之下，得到工业化生产中最佳的比例。
本发明的光化学合成维生素D3的方法，按如下步骤进行：
(1)7-去氢胆固醇的光照反应
将7-去氢胆固醇溶于一非极性-极性溶剂混合体系中，在室温下配 成浓度为4-6wt％的溶液，其中非极性溶剂与极性溶剂的体积比为2∶1- 10∶1，加入抗氧剂，7-去氢胆固醇与抗氧剂的摩尔比为500∶1-2,000∶1， 搅拌混合均匀，配成光化学反应液。将反应液倒入已放好450W的高压汞 灯并正在通氮气的内浸式光化学反应器中。开灯进行光照，控制光化学 反应液的温度在23-30℃的条件下，光照反应10-20分钟。
(2)回收7-去氢胆固醇
按照上述的光化学反应进行完成后，终止反应，将步骤(1)的反应 液用旋转蒸发器减压蒸干后，加入一定量的极性溶剂，配置成浓度为 20-30wt％的溶液，在-20到-15℃的条件下冷冻4-6小时，此时未反应的 7-去氢胆固醇都将沉淀出来。而后将此悬浊液快速过滤，使未反应的7- 去氢胆固醇与反应产物分离。
(3)除去有毒组分速甾醇
将步骤(2)过滤后的滤液用旋转蒸发器减压浓缩至浓度为15-25wt％。 用高压液相色谱仪测定各反应产物的含量。在室温下加入一定量的非极 性溶剂和抗氧剂，使溶液的浓度为10-20wt％，将测定出的各反应产物含 量相加，使总反应产物与抗氧剂的摩尔比为200∶1-1000∶1。将温度控制 在7-12℃，搅拌下加入与速甾醇的摩尔比为1.5∶1-2∶1的马来酸酐，再 搅拌1-2小时。降温至0-3℃，缓慢加入浓度为45-55wt％的KOH或NaOH的水溶液，其中，KOH或NaOH与马来酸酐的摩尔比为3∶1到5∶1，继续 搅拌1-2小时，倒入分液漏斗静置15-30分钟分相。分相后，用油相体 积的0.8-1.2倍的非极性溶剂萃取水相，将萃取后的非极性溶剂与油相 合并。而后用油相总体积2-3倍的去离子水和极性溶剂的混合溶剂分2-4 次洗涤油相，去离子水和极性溶剂的体积比为1∶3-1∶9。将上述油相蒸 干得除去速甾醇的粘稠状产物。
(4)热异构化反应制维生素D3油剂
将步骤(3)粘稠状产物称重，用高压液相色谱仪测定预维生素D3和维生素D3的含量后，溶于预维生素D3和维生素D3含量8-10倍重量的 精制油中，真空下加热到60-70℃，慢慢将真空度提高到2-3mmHg柱， 保持3-4小时，然后缓慢降温到28-35℃，保持原有真空度8-10小时。 通入氮气解除真空，得清澈优质维生素D3油剂。纯度在95％以上。收率 为70％左右。
以上的各个步骤都要在氮气保护下进行。
本发明考虑到透光性、不影响单重态反应、低成本，所选用的非极 性溶剂包括沸点为30-60℃、沸点为60-90℃的石油醚、环己烷、正己烷、 环戊烷、戊烷或异戊烷等脂肪族溶剂。所选用的极性溶剂包括乙腈、甲 醇、乙醇或二氧六环等脂肪族溶剂。
所述的抗氧化剂是2，6-二叔丁基-对甲基苯酚或2，6-二叔丁基-对 甲氧基苯酚等。
所述的精制油是精制色拉油或精制花生油等精制食用油。
本发明采用混合溶剂保证高浓度、控制7-去氢胆固醇的转化率在 30％以下、利用溶解度效应回收未反应7-去氢胆固醇作为下一次光化学 反应原料，大大提高了反应物浓度，用化学方法除去有毒副产物速甾醇， 既保证了光化学反应的数量，又能使产率大大提高，从而将维生素D3油 剂的产率提高到70％左右，且生产过程非常简便。
附图说明
图1.7-去氢胆固醇(5wt％)在石油醚(30-60℃)-乙醇(6∶1，V/V) 混合溶剂中光化学反应随光照时间的产物分布(异构体百分含 量以HPLC面积百分比计)
图2.实施例1中光反应前的HPLC谱图
图3.实施例1中光反应后的HPLC谱图
图4.实施例1中回收7-去氢胆固醇的HPLC谱图
图5.实施例1中回收7-去氢胆固醇后滤液的HPLC谱图
图6.实施例1中去除速甾醇后的HPLC谱图
图7.实施例1中维生素D3油剂的HPLC谱图
具体实施例
利用内浸式氮鼓泡光化学反应器与北京电光源研究所高压汞灯系 统。
实施例1.
(1)7-去氢胆固醇的光照反应
在500毫升圆底烧瓶中，将16.5克7-去氢胆固醇溶于330毫升石 油醚(30-60℃)-乙醇(6∶1，V/V)混合溶剂中，加入10毫克2，6-二 叔丁基-对甲氧基苯酚，用磁搅拌混合均匀，配置成的光化学反应液。将 反应液置入已放好450瓦高压汞灯(北京电光源研究所GGZ1000-1)并 正在通氮气的内浸式光化学反应器中。调节好氮气的流量，使气泡均匀。 启动汞灯，并计时。反应装置放入不透光的通风厨中，并外加一个电风 扇，保证光化学反应液的温度不超过28℃，以避免在光化学反应过程中 过早生成维生素D3。用高压液相色谱(HPLC)法监测反应(仪器：Hitachi L-7100；大连依利特Spher SiO2正相柱，粒径5μ，柱的直径＝4.6mm， 柱长250mm；流动相：正己烷/戊醇＝997/3，V/V；流速：2毫升/分钟； 254nm检测。用标样对照各异构体的保留时间大约为：预-维生素D3-7分， 亮甾醇-10分，维生素D3-14分，速甾醇-15分，7-去氢胆固醇-21分， 保留时间随条件变化略有改变)，反应15分钟。
(2)回收7-去氢胆固醇
上述的光化学反应结束后，其HPLC分析示于图3。将反应液倒入500 毫升圆底烧瓶中旋转蒸干，然后加60毫升乙醇，置入-20℃的冰箱中冷 冻过夜。冷冻后快速过滤，得固体7-去氢胆固醇12.1克(可作为下次 光反应原料)，其HPLC分析示于图4，基本纯净。滤液的HPLC分析示 于图5。
(3)除去有毒组分速甾醇
用高压液相色谱仪检测速甾醇的含量，见图5。从中可计算出速甾 醇的含量为0.79克，必须除去。将滤液浓缩至20毫升，再加入8毫升 石油醚和5毫克2，6-二叔丁基-对甲氧基苯酚，将温度控制在10℃，搅 拌下加入0.40克马来酸酐，再搅拌1小时。降温至1℃，缓慢加入1.6 毫升50％的KOH水溶液，继续搅拌1小时，倒入分液漏斗静置20分钟分 层。分层后，用8毫升石油醚萃取水相，将萃取后的石油醚与油相合并， 而后用总量为36毫升去离子水/乙醇(1/4，V/V)混合溶剂洗油相3次。 油相的HPLC分析示于图6，速甾醇基本除去。将上述油相蒸干得粘稠状 产物4.2克。
(4)热异构化反应制维生素D3油剂
将步骤(3)粘稠状产物溶于27克精制油，70℃下抽真空(2mmHg) 4小时，缓慢降温到35℃再抽8小时。解除真空，得清澈优质维生素D3油剂30.2克，分析为412I.U/克，总收率70.7％。其HPLC分析示于图7。 其预-维生素D3和维生素D3(P+D)总含量高于95％，基本不含速甾醇， 可作为食品或饲料添加剂。
实施例2.
(1)7-去氢胆固醇的光照反应
在500毫升圆底烧瓶中，将16.5克7-去氢胆固醇溶于330毫升戊 烷-甲醇(6∶1，V/V)混合溶剂中，加入10毫克2，6-二叔丁基-对甲氧 基苯酚，用磁搅拌混合均匀，配置成的光化学反应液。将反应液置入已 放好450瓦高压汞灯(同实施例1)并正在通氮气的内浸式光化学反应 器中。调节好氮气的流量，使气泡均匀。启动汞灯，并计时。反应装置 放入不透光的通风厨中，并外加一个电风扇，保证光化学反应液的温度 不超过28℃，以避免在光化学反应过程中过早生成维生素D3。用高压液 相色谱(HPLC)法监测反应(条件同实施例1)，反应15分钟。
(2)回收7-去氢胆固醇
上述的光化学反应结束后。将反应液倒入500毫升圆底烧瓶中旋转 蒸干，然后加60毫升甲醇，置入-20℃的冰箱中冷冻过夜。冷冻后快速 过滤，得固体7-去氢胆固醇12.5克(可作为下次光反应原料)。
(3)除去有毒组分速甾醇
用高压液相色谱仪检测速甾醇的含量，计算出速甾醇的含量为0.75 克。将滤液浓缩至20毫升，再加入8毫升戊烷和5毫克2，6-二叔丁基- 对甲氧基苯酚，将温度控制在10℃，搅拌下加入0.37克马来酸酐，再 搅拌1小时。降温至0℃，缓慢加入1.6毫升50％的KOH水溶液，继续搅 拌1小时，倒入分液漏斗静置20分钟分层。分层后，用8毫升戊烷萃取 水相，将萃取后的戊烷与油相合并，而后用总量为36毫升去离子水/甲 醇(1/4，V/V)混合溶剂洗油相3次。将上述油相蒸干得粘稠状产物3.9 克。
(4)热异构化反应制维生素D3油剂
将步骤(3)粘稠状产物溶于24克精制油，70℃下真空(2mmHg)抽 4小时，缓慢降温到35℃再抽8小时。解除真空，得清澈优质维生素D3油剂26.9克，分析为421I.U/克，总收率70.8％。其预-维生素D3和维 生素D3(P+D)总含量高于95％，基本不含速甾醇，可作为食品或饲料添 加剂。
实施例3.
(1)7-去氢胆固醇的光照反应
在500毫升圆底烧瓶中，将16.5克7-去氢胆固醇溶于330毫升己 烷-二氧六环(6∶1，V/V)混合溶剂中，加入10毫克2，6-二叔丁基-对 甲氧基苯酚，用磁搅拌混合均匀，配置成的光化学反应液。将反应液置 入已放好450瓦高压汞灯(同实施例1)并正在通氮气的内浸式光化学 反应器中。调节好氮气的流量，使气泡均匀。启动汞灯，并计时。反应 装置放入不透光的通风厨中，并外加一个电风扇，保证光化学反应液的 温度不超过28℃，以避免在光化学反应过程中过早生成维生素D3。用高 压液相色谱(HPLC)法监测反应(条件同实施例1)，反应15分钟。
(2)回收7-去氢胆固醇
上述的光化学反应结束后。将反应液倒入500毫升圆底烧瓶中旋转 蒸干，后加60毫升二氧六环，置入-20℃的冰箱中冷冻过夜。冷冻后快 速过滤，得固体7-去氢胆固醇11.7克(可作为下次光反应原料)。
(3)除去有毒组分速甾醇
用高压液相色谱仪检测速甾醇的含量。计算出速甾醇的含量为0.85 克。将滤液浓缩至20毫升，再加入8毫升己烷和5毫克2，6-二叔丁基- 对甲氧基苯酚，将温度控制在10℃，搅拌下加入0.40克马来酸酐，再 搅拌1小时。降温至0℃，缓慢加入1.6毫升50％的KOH水溶液，继续搅 拌1小时，倒入分液漏斗静置20分钟分层。分层后，用8毫升己烷萃取 水相，将萃取后的己烷与油相合并，而后用总量为36毫升去离子水/二 氧六环(1/4，V/V)混合溶剂洗油相3次。将上述油相蒸干得粘稠状产物 4.5克。
(4)热异构化反应制维生素D3油剂
将步骤(3)粘稠状产物溶于27克精制油，70℃下真空(2mmHg)抽 4小时，缓慢降温到35℃再抽8小时。解除真空，得清澈优质维生素D3油剂30.6克，分析为434I.U/克，总收率69.2％。其预-维生素D3和维 生素D3(P+D)总含量高于95％，基本不含速甾醇，可作为食品或饲料添 加剂。
实施例4.
(1)7-去氢胆固醇的光照反应
在500毫升圆底烧瓶中，将16.5克7-去氢胆固醇溶于330毫升环 己烷-乙腈(6∶1，V/V)混合溶剂中，加入10毫克2，6-二叔丁基-对甲 氧基苯酚，用磁搅拌混合均匀，配置成的光化学反应液。将反应液置入 已放好450瓦高压汞灯(同实施例1)并正在通氮气的内浸式光化学反 应器中。调节好氮气的流量，使气泡均匀。启动汞灯，并计时。反应装 置放入不透光的通风厨中，并外加一个电风扇，保证光化学反应液的温 度不超过28℃，以避免在光化学反应过程中过早生成维生素D3。用高压 液相色谱(HPLC)法监测反应(条件同实施例1)，反应15分钟。
(2)回收7-去氢胆固醇
上述的光化学反应结束后。将反应液倒入500毫升圆底烧瓶中旋转 蒸干，后加60毫升乙腈，置入-20℃的冰箱中冷冻过夜。冷冻后快速过 滤，得固体7-去氢胆固醇11.9克(可作为下次光反应原料)。
(3)除去有毒组分速甾醇
用高压液相色谱仪检测速甾醇的含量。计算出速甾醇的含量为0.82 克。将滤液浓缩至20毫升，再加入8毫升环己烷和5毫克2，6-二叔丁 基-对甲氧基苯酚，将温度控制在10℃，搅拌下加入0.40克马来酸酐， 再搅拌1小时。降温至0℃，缓慢加入1.6毫升50％的KOH水溶液，继续 搅拌1小时，倒入分液漏斗静置20分钟分层。分层后，用8毫升环己烷 萃取水相，将萃取后的环己烷与油相合并，而后用总量为36毫升去离子 水/乙腈(1/4，V/V)混合溶剂洗油相3次。将上述油相蒸干得粘稠状产物 4.4克。
(4)热异构化反应制维生素D3油剂
将步骤3粘稠状产物溶于27克精制油，70℃下真空(2mmHg)抽4 小时，缓慢降温到35℃再抽8小时。解除真空，得清澈优质维生素D3油剂30.4克，分析为425I.U/克，总收率70.2％。其预-维生素D3和维 生素D3(P+D)总含量高于95％，基本不含速甾醇，可作为食品或饲料添 加剂。