通过格氏偶联和硫醇化反应制备α-羟基酯的工艺的制作方法

通过格氏偶联和硫醇化反应制备
α-羟基酯的工艺
1.相关申请
2.本技术要求2019年11月22日提交的国际申请第pct/cn2019/120393号的优先权权益，所述国际申请出于任何目的通过引用方式以其整体并入。
发明领域
3.本公开提供了通过将乙烯基格氏试剂加成到草酸酯上并硫醇化所得到的双键来制备α-羟基酯的工艺。还提供了根据本文公开的工艺制备的α-羟基酯和合成中间体、包含所述α-羟基酯的组合物以及使用所述组合物的方法。


背景技术：

4.天然氨基酸的α-羟基酯类似物可用作膳食补充剂以及用于酶促过程和蛋白质功能的研究中。此类酯的合成通常采用强酸(诸如h2so4)或阳离子交换树脂存在下相应酸和醇的酸催化fischer酯化反应、强酸存在下相应腈的酸介导水解，或酶介导的过程。然而，酸催化的途径导致起始物料和产物降解以及产物被二聚体和低聚体组分污染。此类方法通常提供低收率，并且需要复杂的纯化技术将目标化合物与聚合物副产物分离。酶促途径需要昂贵且灵敏的试剂和特殊的反应条件。
5.特别重要的α-羟基酯是2-羟基-4-(甲硫基)丁酸异丙酯(hmbi)。hmbi是蛋氨酸的羟基类似物2-羟基-4-(甲硫基)丁酸(hmba)的异丙酯。hmbi被用于帮助补充包括母牛在内的反刍动物中的蛋氨酸。奶牛体内足够的蛋氨酸水平有助于维持所需的乳蛋白合成水平，进而维持所需的产奶水平。然而，动物原料中的蛋氨酸含量严重不足，已成为奶牛食物的主要限制因素。hmbi是蛋氨酸的化学衍生物，其可轻松快速地通过瘤胃壁扩散，从而避免被瘤胃微生物降解。一旦hmbi通过瘤胃壁，它会在肝脏中代谢，并可用于奶牛的乳蛋白合成。
6.需要使用廉价无毒试剂和温和反应条件并以高收率和纯度提供产物酯的合成α-羟基酯(诸如hmbi)的额外工艺。


技术实现要素：

7.在一个方面，本公开涉及制备式(i)的化合物的方法：
[0008][0009]
其中
[0010]
r1是c
1-4
烷基；并且
[0011]
r2是c
1-8
烷基或c
4-7
环烷基；并且
[0012]
r3和r4各自独立地选自h、甲基和乙基；
[0013]
所述方法包括使式(iv)的化合物：
[0014][0015]
与其中x是br或cl的式(a)的乙烯基格氏试剂偶联：
[0016][0017]
以形成式(iii)的化合物：
[0018][0019]
以及将式(iii)的化合物转化为式(i)的化合物。
[0020]
在另一个方面，本公开涉及制备式(i)的化合物的方法，其包括用还原剂还原式(ii)的化合物：
[0021][0022]
以形成式(i)的化合物。
[0023]
在一些方面，式(i)的化合物是式(i-a)的化合物：
[0024][0025]
在另一个方面，本公开涉及制备式(i-a)的化合物的方法：
[0026][0027]
所述方法包括：
[0028]
用异丙醇酯化草酸以形成草酸二异丙酯；
[0029]
将草酸二异丙酯与乙烯基溴化镁偶联以形成式(iii-a)的化合物：
[0030][0031]
用ch3sh硫醇化式(iii-a)的化合物，以形成式(ii-a)的化合物：
[0032][0033]
以及还原式(ii-a)的化合物以形成式(i-a)的化合物。
[0034]
在另一个方面，本公开涉及按照本文所述方法中的任一种制备的式(i)或式(i-a)
的化合物。
[0035]
在另一方面，本公开涉及2-氧代丁-3-烯酸异丙酯。
[0036]
在另一个方面，本公开涉及包含如本文所述的式(i-a)的式(i)的化合物的动物饲料组合物。在一些方面，动物饲料是母牛饲料，诸如奶牛饲料。
[0037]
在另一个方面，本公开涉及向奶牛供应可生物利用的蛋氨酸的方法，其包括向奶牛施用如本文所述的式(i)或式(i-a)的化合物或动物饲料组合物。在另一个方面，本公开涉及向奶牛供应至少约50％的可生物利用的蛋氨酸的方法，其包括向奶牛施用如本文所述的式(i)或式(i-a)的化合物或动物饲料组合物。在另一个方面，本公开涉及改善从奶牛获得的牛奶的方法，其包括向奶牛供应如本文所述的式(i)或式(i-a)的化合物或动物饲料组合物。
[0038]
在另一个方面，本公开涉及改善母牛的状况的方法，其包括向母牛供应如本文所述的式(i)或式(i-a)的化合物或动物饲料组合物。
附图说明
[0039]
图1a是草酸二异丙酯的
13
c nmr图谱，如实施例1中所述。
[0040]
图1b是草酸二异丙酯的1h nmr图谱，如实施例1中所述。
[0041]
图2a是2-氧代-4-甲硫基丁酸异丙酯的
13
c nmr图谱，如实施例3中所述。
[0042]
图2b是2-氧代-4-甲硫基丁酸异丙酯的1h nmr图谱，如实施例3中所述。
[0043]
图3a是2-羟基-4-甲硫基丁酸异丙酯(hmbi)的
13
c nmr图谱，如实施例5中所述。
[0044]
图3b是2-羟基-4-甲硫基丁酸异丙酯(hmbi)的1h nmr图谱，如实施例5中所述。
具体实施方式
[0045]
除非另有说明，否则本公开中的术语具有相关领域技术人员所理解的其简单和普通的含义。说明书和权利要求书中使用的以下术语是为了本公开的目的所定义的，并具有以下含义。
[0046]
如本文所用，术语“2-羟基-4-(甲硫基)丁酸异丙酯”、“hmbi”和“2-羟基-4-(甲硫基)丁酸的异丙酯”是指具有下面的结构(其中r1是甲基并且r2是异丙基的式(i)，在下面被示出为式(i-a))的化合物。
[0047][0048]
如本文所用，术语“2-羟基-4-(甲硫基)丁酸酯”、“2-羟基-4-(甲硫基)丁酸”和“hmba”是指具有下面的结构的化合物。
[0049][0050]
本文所述的化合物可以外消旋形式、作为单一对映异构体或作为对映异构体的混合物存在。因此，例如，hmbi是指外消旋hmbi(或“dl-hmbi”)，或d-hmbi或l-hmbi，或其混合物。
[0051]
本文所述的化合物也可以盐形式存在。本文所示的化学式应理解为包括所示结构及其盐形式。例如，当化合物包含羧酸时，该式还涵盖共轭碱的盐形式(羧酸盐)，诸如钠盐、钾盐、镁盐或钙盐。当化合物包含吲哚或咪唑基团时，该式还涵盖其共轭酸的盐，诸如hcl盐。
[0052]“烷基”意指1至8个碳原子(例如1至6个碳原子、1至4个碳原子或1至3个碳原子)的线性饱和单价烃基，或3至8个碳原子(例如，3至6个碳原子、3至4个碳原子或3个碳原子)的支化饱和单价烃基，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基(包括所有异构形式)等。
[0053]“环烷基”意指3至10个碳原子的环状饱和单价烃基，例如，环丙基、环丁基、环戊基或环己基等。
[0054]“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情况可能但不一定发生，并且该描述包括所述事件或情况发生的例子以及所述事件或情况不发生的例子。例如，“任选地被-oh取代”的烷基基团意指-oh可能但不一定存在，并且该描述包括烷基基团被-oh取代的情况和烷基基团未被-oh取代的情况。
[0055]
术语“反应溶剂”是指用于携带溶解的反应物的有机液体。在一些实施方案中，反应试剂之一用作试剂并且用作反应溶剂。在其他实施方案中，试剂被稀释在不同的反应溶剂中。
[0056]
术语“酸催化剂”是指以低于化学计量的量添加到反应中的酸，其用于催化反应。酸催化剂可为布朗斯台德(bronsted)酸(诸如pka小于7的酸，诸如hcl、h2so4、khso4、乙酸等)或路易斯酸(诸如硼酸)。在一些实施方案中，酸是例如通过乙酰氯或tmscl与水或醇反应而原位产生的。
[0057]
术语“浓度”是指溶剂中溶质的量。本文中浓度可按重量％或按摩尔浓度(m)或当量浓度(n)来描述。
[0058]
术语“庚烷”或“正庚烷”是指纯正庚烷或与其他c7异构体的混合物中的正庚烷(例如，至少90％的正庚烷和至少95％的总c7异构体)。
[0059]
术语“回流温度”或“回流”是指反应溶剂沸腾时的温度；通常，冷凝器被用于冷却溶剂蒸气并将其冷凝回反应容器中。给定溶剂达到回流的精确温度可因环境因素而变化。
[0060]
术语“约”是指数值，包括例如整数、分数和百分数，无论是否明确指示。术语“约”一般是指本领域普通技术人员将视为等同于列举值(例如具有相同功能或结果)的数值范围(例如列举范围的
±
5-10％)。当诸如“至少”和“约”的术语位于数值或范围清单之前时，该术语修饰所述列表中提供的所有值或范围。在一些情况下，术语“约”可包括经四舍五入的数值。
[0061]
术语“萃取(extract)”、“萃取(extraction)”或“萃取(extracting)”是指将材料分配在有机相和水相之间的过程。在一些方面，萃取是对反应混合物或反应混合物的浓缩残余物执行。“萃取物”是与水相分离后的有机相。如本文所用，萃取不涵盖对粗制反应产物执行的纯化方法，诸如简单蒸馏、真空蒸馏、共沸蒸馏、分馏、连续蒸馏、快速层析、hplc或重结晶。
[0062]
如本文所用，“纯化(purification)”或“纯化(purifying)”是指在反应完成后分离反应产物的方法。纯化方法包括简单蒸馏、真空蒸馏、共沸蒸馏、分馏、连续蒸馏、快速层
析、hplc或重结晶。
[0063]
术语“基本上”，例如“基本上呈单体形式”是指式(i)的化合物相对于二聚体和/或低聚体类似物的纯度。
[0064]
如本文所用，术语“二聚体”或“二聚化合物”是指其中给定单体结构的两个分子或两个不同单体结构各一个分子被缩合成单个分子的化合物。如本文所用，术语“低聚体”或“低聚化合物”是指其中给定单体结构的多于两个分子，或至少两个不同单体结构的多于两个分子被缩合成单一聚合结构的化合物。hmbi可形成同源低聚体或异源hmbi低聚体(包含至少一个hmbi单体单元)。
[0065]
术语“纯度”或化合物百分比的表述(例如，x％hmbi)是指如根据重量、根据gc分析和/或根据hplc分析所确定的样品中化合物的纯度。在一些方面，按重量计的纯度通过使用uv检测的gc或hplc分析来确定。
[0066]
术语“按重量计的纯度”是指样品中的化合物相对于样品中其他组分的纯度，其中化合物质量与样品质量的比率被表示为百分比。
[0067]
关于气相色谱(gc)或hplc纯度的术语“纯度”意指感兴趣的化合物的峰面积相对于色谱图中所有峰面积总和计算出的纯度(以％表示)。在一些方面，纯度是通过使用uv检测的hplc来确定。
[0068]
在一些方面，纯度是根据受管制产品的营销法规要求的纯度。在例如hmbi的情况下，所述化合物包含0.5％或更少的水(例如，如通过卡尔费休氏分析所确定)。(参见2013年5月22日的委员会实施条例(eu)第469/2013号。)
[0069]
术语“粗制品”、“粗制产物”和“粗制化合物”是指浓缩反应混合物和/或萃取反应混合物到有机溶剂中并浓缩有机萃取物后从反应混合物获得的化合物的样品。
[0070]
术语“动物饲料组合物”是指适合用于动物营养物中的产品。在一些方面，动物饲料组合物是动物饲料(例如，包含补充剂的食物或饮用水)，并且在一些方面，动物饲料组合物是饲料添加剂。饲料添加剂适用于与动物饲料或与饮用水混合。
[0071]
术语“载体”是指用于动物饲料添加剂的合适载体。合适的载体包括水(用于液体或固体饲料添加剂)或硅石(用于固体饲料添加剂)。在一些方面，载体是硅石(二氧化硅)。在一些方面，饲料添加剂包含比例为3:2的所述化合物和硅石。
[0072]
在一些方面，动物饲料包括补充有2.5重量％或1重量％hmbi的颗粒化、富含蛋白质的饲料(例如，基于花生、油菜籽粕和/或豆粕)。在一些方面，动物饲料包括补充有0.5重量％或3.0重量％hmbi的约45％和约50％谷物(玉米、大麦、小麦和/或小麦副产品)。在一些方面，动物饲料包括含糖蜜的醪饲料或颗粒化饲料，其各自补充有2.5重量％或1重量％的hmbi。
[0073]
术语“施用”是指向目标动物提供补充剂。施用可以经口进行，例如通过摄入包含所述化合物的食物或饮用水进行，或者通过注射或其他施用方式进行。
[0074]
如本文所用，“改善牛奶”是指由经处理的母牛或一组经处理的母牛生产的牛奶的质量和/或数量与由未经处理的对应物生产的牛奶相比得到改善。牛奶的改善包括，例如，牛奶中的蛋白质含量升高(例如，α、β和/或κ蛋白质升高)、牛奶中的脂肪含量升高以及/或者产生的牛奶的体积升高。
[0075]
如本文所用，“改善母牛的状况”是指经处理的母牛或一组经处理的母牛的健康指
标与未经处理的对应物的健康指标相比得到改善。母牛的状况的改善可以指，例如，一些特征相对于未经处理的动物增加；例如，体重增加。
[0076]
如本文所用，生育能力的改善包括，例如，缩短产犊和繁殖之间的间隔和/或增加授精期间的受精百分比。
[0077]
如本文所用，“肝功能的改善”包括，例如，代谢问题的减少、极低密度脂蛋白水平的改善、血酮症的减少和/或肝脂肪变性的发生率的减少。
[0078]
如本文所用，“能量的升高”是指，例如，瘤胃中的发酵过程受到刺激，导致可消化的有机物质增加，从而为动物提供了更多能量。
[0079]
合成工艺
[0080]
本公开涉及通过以下反应中的一种或多种制备式(i)或式(i-a)化合物和/或中间体的方法：a)用r
2-oh酯化草酰氯或草酸以形成草酸二酯；b)使草酸二酯与烯基格氏试剂偶联以形成烯基取代的α-酮酯(2-氧代丁-3-烯酸酯)；c)硫醇化烯基取代的α-酮酯以形成4-烷硫基-2-氧代-丁酸酯；以及d)还原4-烷硫基-2-氧代-丁酸酯以形成式(i)或式(i-a)的化合物。草酸可以以例如草酸或草酸二水合物的形式使用。
[0081]
在一些实施方案中，本公开涉及制备式(i)的化合物的方法：
[0082][0083]
其中
[0084]
r1是c
1-4
烷基；并且
[0085]
r2是c
1-8
烷基或c
4-7
环烷基；并且
[0086]
r3和r4各自独立地选自h、甲基和乙基；
[0087]
所述方法包括使式(iv)的化合物：
[0088][0089]
与其中x是br或cl的式(a)的乙烯基格氏试剂偶联：
[0090][0091]
以形成式(iii)的化合物：
[0092][0093]
以及将式(iii)的化合物转化为式(i)的化合物。
[0094]
在一些实施方案中，本公开涉及制备式(iii)化合物的方法，其包括使式(iv)的化合物与式(a)的乙烯基格氏试剂偶联。
[0095]
在一些实施方案中，r1是甲基。
[0096]
在一些实施方案中，每个r2选自甲基、乙基和异丙基。在一些实施方案中，每个r2是
异丙基。
[0097]
在一些实施方案中，r3和r4各自为h。
[0098]
在一些实施方案中，式(i)的化合物是式(i-a)的化合物：
[0099][0100]
在一些实施方案，式(iii)的化合物是式(iii-a)的化合物：
[0101][0102]
在一些实施方案中，式(a)的乙烯基格氏试剂是乙烯基-mgcl。在一些实施方案中，x是cl。在一些实施方案中，格氏偶联是在诸如licl或zncl2的盐添加剂存在下执行。在一些实施方案中，盐添加剂是licl。
[0103]
在一些实施方案中，偶联包括将式(i)的化合物与从约0.8至约2.0，或从约1.0至约1.75，或从约1.0至约1.5，或从约1.2至约1.75，或从约1.4至约1.6，或约1.5摩尔当量的式(a)的乙烯基格氏试剂混合。
[0104]
在一些实施方案中，偶联是在从约-80℃至约10℃，或从约-80℃至约-70℃，或从约-50℃至约10℃，或从约-40℃至约5℃，或从约-50℃至约-20℃，或从约-30℃至约-20℃的温度范围内，或在约-78℃，或约-20℃，或约0℃的温度下执行。在一些实施方案中，偶联包括将式(i)的化合物在mtbe中与约1.5摩尔当量的式(a)的乙烯基格氏试剂在从约-50℃至约-20℃，或从约-30℃至约-20℃的温度下混合。在一些实施方案中，将乙烯基格氏试剂缓慢地和/或分次添加到式(iv)的化合物中。
[0105]
在一些实施方案中，偶联是在非质子溶剂中执行。在一些实施方案中，非质子溶剂是诸如mtbe、thf或et2o的醚，其任选地与诸如庚烷或己烷类的非极性溶剂混合。在一些实施方案中，非质子溶剂是mtbe或thf，其任选地与庚烷混合。在一些实施方案中，偶联反应浓度是从约0.25m至约1.3m(每升反应溶剂的式(iv)的化合物摩尔数)，或从约0.4m至约1.1m，或从约0.4m至约0.5m，或从约0.9m至约1.0m，或约0.5m，或约1m。
[0106]
在一些实施方案中，偶联产生式(iii)的化合物和式(iii-z)的化合物的混合物：
[0107][0108]
所述混合物中(iii):(iii-z)的比例为至少5:1，或至少6:1，或至少7:1，或至少8:1，或至少9:1，或至少10:1，或至少15:1，或至少20:1。
[0109]
在一些实施方案中，将式(iii)的化合物转化为式(i)的化合物包括：
[0110]
将式(iii)的化合物用其中m

是金属阳离子的式(b)或式(c)的硫醇化试剂硫醇化：
[0111]r1-sh(b)r
1-s-m

(c)，
[0112]
以形成式(ii)的化合物：
[0113][0114]
以及还原式(ii)的化合物以形成式(i)的化合物。
[0115]
在一些实施方案中，本公开涉及制备式(ii)的化合物的方法，所述方法包括用式(b)或式(c)的硫醇化试剂对式(iii)的化合物进行硫醇化。
[0116]
在一些实施方案中，硫醇化是在添加剂存在下用式(b)的试剂执行。在一些实施方案中，添加剂是诸如三乙胺、二乙胺、戊胺或己胺的胺碱，诸如二甲基苯基膦(dmpp)或三(2-羧乙基)膦(tcep)的膦，诸如nahco3或na2co3的碱式盐，诸如三氟甲磺酸钪(iii)或无水氯化铈(iii)的路易斯酸，n-杂环卡宾(nhc)络合物(例如au-nhc络合物)。在一些实施方案中，添加剂是三乙胺。
[0117]
在一些实施方案中，所述方法进一步包括由式(c)的硫醇化试剂生成式(b)的硫醇化试剂。在一些实施方案中，所述生成是在酸催化剂存在的情况下执行。在一些实施方案中，酸催化剂是乙酸、对甲苯磺酸或h2so4。在一些实施方案中，硫醇化是在范围从约-40℃至约10℃，或从约-35℃至约5℃，或从约-30℃至约-20℃的温度下或在约0℃下执行。
[0118]
在一些实施方案中，硫醇化剂是式(c)，并且硫醇化是在范围从约-80℃至约35℃，或从约15℃至约35℃的温度下执行。
[0119]
在一些实施方案中，m

是na

或k

。
[0120]
在一些实施方案中，偶联包括萃取式(iii)的化合物到有机溶剂中以形成式(iii)的萃取物，并且硫醇化包括添加硫醇化试剂到式(iii)的萃取物中。以这种方式，在硫醇化反应之前不纯化来自偶联反应的式(iii)的中间体的情况下执行了硫醇化反应。在一些实施方案中，程序如下所示。
[0121][0122]
在一些实施方案中，还原式(ii)的化合物是在选自nabh4、libh4和al(o-ipr)3/iproh的还原剂存在下执行。在一些实施方案中，还原剂是nabh4。在一些实施方案中，硫醇化包括萃取式(ii)的化合物到有机溶剂中以形成式(ii)萃取物，并且还原包括添加还原剂到式(ii)萃取物中。以这种方式，在还原之前不纯化式(ii)的化合物的情况下执行了还原。在一些实施方案中，偶联包括萃取式(iii)的化合物到有机溶剂中以形成式(iii)萃取物，硫醇化包括添加硫醇化试剂到式(iii)萃取物中，以及萃取式(ii)的化合物到有机溶剂中以形成式(ii)萃取物，并且还原包括添加还原剂到式(ii)萃取物中。以这种方式，在不纯化式(ii)和式(iii)的中间体的情况下执行了偶联、硫醇化和还原，如以下方案中所示。
[0123][0124]
在一些实施方案中，还原是用nabh4或libh4在如下条件下执行：
[0125]
(a)在诸如甲醇、乙醇或异丙醇的醇溶剂中；和/或
[0126]
(b)使用约0.25至约1.0摩尔当量的还原剂；和/或
[0127]
(c)在范围从约-10℃至约30℃的温度下或在约0℃下。
[0128]
在一些实施方案中，还原是用al(o-ipr)3/iproh在范围从约50℃至约90℃的温度下或在约80℃下执行。
[0129]
在一些实施方案中，所述方法进一步包括用r
2-oh酯化草酰氯以形成式(iv)的化合物。在一些实施方案中，酯化是在至少一种诸如n,n-二甲基吡啶、吡啶或三乙胺的胺碱存在下执行。在一些实施方案中，酯化是在范围从约-5℃至约30℃的温度下执行。
[0130]
在一些实施方案中，所述方法进一步包括在酸催化剂和诸如共沸除水(azeotropic water removal)、分子筛或其组合的任选干燥剂存在下用r
2-oh酯化草酸以形成式(iv)的化合物。在一些实施方案中，酸催化剂选自p-tsoh；h2so4；诸如-15、或m32的大孔磺酸树脂催化剂；硅铝酸盐；磷酸；硼酸；乙酰氯；以及pka低于3的酸。在一些实施方案中，酸催化剂是p-tsoh或h2so4。在一些实施方案中，酸催化剂是约0.01至约0.1摩尔当量，或约0.025至约0.05摩尔当量的p-tsoh，或约1至约3摩尔当量，或约2摩尔当量的h2so4。在一些实施方案中，酯化是在反应溶剂的回流温度下执行。在一些实施方案中，酯化是在选自甲苯、chcl3和异丙醇的反应溶剂中执行。
[0131]
在一些实施方案中，本公开涉及制备式(i)的化合物的方法：
[0132][0133]
其中
[0134]
r1是c
1-4
烷基；并且
[0135]
r2是c
1-8
烷基或c
4-7
环烷基；并且
[0136]
r3和r4各自独立地选自h、甲基和乙基；
[0137]
所述方法包括用还原剂还原式(ii)的化合物：
[0138][0139]
以形成式(i)的化合物。在一些实施方案中，式(i)的化合物是式(i-a)的化合物。在一些实施方案中，式(ii)的化合物是式(ii-a)的化合物：
[0140][0141]
在一些实施方案中，还原式(ii)的化合物是在选自nabh4、libh4和al(o-ipr)3/iproh的还原剂存在下执行。在一些实施方案中，还原剂是nabh4。
[0142]
在一些实施方案中，还原是用nabh4或libh4在如下条件下执行：
[0143]
(a)在诸如甲醇、乙醇或异丙醇的醇溶剂中；和/或
[0144]
(b)使用约0.25至约1.0摩尔当量的还原剂；和/或
[0145]
(c)在范围从约-10℃至约30℃的温度下或在约0℃下。
[0146]
在一些实施方案中，还原是用al(o-ipr)3/iproh在范围从约50℃至约90℃的温度下或在约80℃下执行。
[0147]
在一些实施方案中，所述方法进一步包括将其中r3和r4各自独立地选自h、甲基和乙基的式(iii)的化合物：
[0148][0149]
用其中m

是金属阳离子的式(b)或式(c)的硫醇化试剂硫醇化：
[0150]r1-sh(b)r
1-s-m

(c)，
[0151]
以形成式(ii)的化合物。在一些实施方案中，式(ii)的化合物是式(ii-a)的化合物，并且式(iii)的化合物是式(iii-a)的化合物：
[0152][0153]
在一些实施方案中，本公开涉及制备式(i-a)的化合物的方法：
[0154][0155]
所述方法包括：
[0156]
用异丙醇酯化草酸以形成草酸二异丙酯；
[0157]
将草酸二异丙酯与乙烯基溴化镁偶联以形成式(iii-a)的化合物：
[0158][0159]
用ch3sh硫醇化式(iii-a)的化合物，以形成式(ii-a)的化合物：
[0160]
[0161]
以及还原式(ii-a)的化合物以形成式(i-a)的化合物。
[0162]
在一些实施方案中，本文所述方法提供按gc、hplc和/或按重量计的为纯度至少约95％的式(i)或式(i-a)的化合物。在一些实施方案中，所述方法提供粗制的式(i)或式(i-a)的化合物，所述粗制的式(i)或式(i-a)的化合物的按重量、gc和/或hplc计的纯度为至少约95％，或至少约96％，或至少约97％，或至少约98％，其中所述粗制的式(i)或式(i-a)的化合物尚未被纯化或仅通过分馏纯化。在一些实施方案中，所述方法提供粗制的式(i)或式(i-a)的化合物，所述粗制的式(i)或式(i-a)的化合物基本上呈单体形式，或者所述粗制的式(i)或式(i-a)的化合物包含低于约5重量％，或低于约3重量％的二聚体和/或低聚体化合物，其中所述粗制的式(i)或式(i-a)的化合物尚未被纯化或仅通过分馏纯化。
[0163]
化合物产物
[0164]
在一些实施方案中，所述反应提供粗制的式(i)或式(i-a)的化合物，所述粗制的式(i)或式(i-a)的化合物按重量(和/或按gc或hplc)计的纯度为至少约80％，或至少约90％，或至少约95％，或至少约96％，或至少约97％，或至少约98％，其中所述粗制的式(i)或式(i-a)的化合物尚未被纯化或仅通过分馏纯化。在一些实施方案中，所述反应提供粗制的式(i)或式(i-a)的化合物，所述粗制的式(i)或式(i-a)的化合物基本上呈单体形式，或者所述粗制的式(i)或式(i-a)的化合物包含低于5重量％，或低于3重量％的二聚体和/或低聚体化合物，其中所述粗制的式(i)或式(i-a)的化合物尚未被纯化或仅通过分馏纯化。
[0165]
在一些实施方案中，本公开涉及按照本文所述方法制备的式(i)或式(i-a)的化合物。在一些实施方案中，本公开涉及式(i)或式(i-a)的化合物，其中所述化合物的按重量(和/或按gc或hplc)计的纯度为至少约80％，或至少约90％、至少约95％，或至少约96％，或至少约97％，或至少约98％，并且所述化合物尚未被纯化或仅通过分馏纯化。在一些实施方案中，所述化合物基本上呈单体形式，或与低于约5重量％或低于约重量3％的二聚体和/或低聚体化合物混合在一起。
[0166]
在一些实施方案中，hmbi(式(i-a))产品具有以下一种或多种性能规范(specification)：(a)按重量计或按hplc分析计的hmbi单体含量和化学纯度为至少约95％；(b)按卡尔费休氏分析计的水含量小于约0.5％；(c)ph值小于约6.0(按1％的在水中的浓度测量)。
[0167]
本文还公开了按照本文所述方法中的任一方法制备的式(i)或式(i-a)的化合物。在一些实施方案中是式(i)或式(i-a)的化合物，其中所述化合物的按重量(和/或按gc或hplc)计的纯度为至少约95％，或至少约96％，或至少约97％，或至少约98％，并且所述化合物是粗制化合物，尚未被纯化并且/或者仅通过分馏纯化。在一些实施方案中，所述化合物是式(i)的化合物，其中r1是-ch2ch
2-s-ch3，并且r2是异丙基，或者所述化合物是式(i-a)的化合物。在一些实施方案中，所述化合物基本上呈单体形式，或与低于约5重量％或低于约重量3％的二聚体和/或低聚体化合物混合在一起。
[0168]
动物饲料组合物和用途
[0169]
在一些方面，本公开涉及包含如本文所述的式(i)或式(i-a)的化合物的动物饲料组合物。在一些实施方案中，动物饲料组合物适合施用于反刍动物，诸如牛、母牛、绵羊、羚羊、鹿、长颈鹿、牛科动物(例如野牛、水牛或牦牛)、山羊和/或瞪羚。在一些实施方案中，动物饲料组合物是母牛饲料组合物(诸如奶牛饲料组合物)或用于母牛饲料(诸如奶牛饲料)
的添加剂。在一些实施方案中，动物饲料组合物是奶牛饲料组合物。
[0170]
在一些实施方案中，动物饲料组合物是动物饲料或动物饲料添加剂。在一些实施方案中，动物饲料添加剂为液体或固体形式，其中液体形式包含所述化合物和任选的液体载体，而固体形式包含与固体载体混合在一起的所述化合物，任选地其中固体载体为硅石(二氧化硅)，任选地其中所述化合物与固体载体的比例是从约5:1至约1:5或为3:2。在一些实施方案中，饲料组合物是液体饲料添加剂或固体饲料添加剂。在一些实施方案中，动物饲料组合物是饮用水添加剂。在一些实施方案中，液体饲料添加剂或饮用水添加剂具有范围从约4.0至约7.5的ph值。
[0171]
在动物饲料组合物的一些实施方案中，r1是-ch2ch
2-s-ch3，并且r2是异丙基。在一些实施方案中，所述化合物是式(i-a)的化合物。
[0172]
在一些实施方案中，本公开涉及向奶牛供应可生物利用的蛋氨酸的方法，其包括向奶牛施用本文所述的化合物或动物饲料组合物。在一些实施方案中，施用包括为奶牛喂食含有所述化合物的饲料组合物。在一些实施方案中，本公开涉及向奶牛供应至少约50％可生物利用的蛋氨酸的方法，其包括向奶牛施用如本文所述的化合物或动物饲料组合物。在一些实施方案中，本公开涉及改善从奶牛获得的牛奶的方法，其包括向奶牛供应如本文所述的化合物或动物饲料组合物。在一些实施方案中，牛奶的改善包括牛奶中的蛋白质含量升高。在一些实施方案中，牛奶的改善包括牛奶中的脂肪含量升高。在一些实施方案中，本公开涉及改善的母牛的状况的方法，其包括向母牛供应如本文所述的化合物或动物饲料组合物。在一些实施方案中，母牛的状况的改善包括生育能力的改善。在一些实施方案中，母牛的状况的改善包括肝功能的改善。在一些实施方案中，母牛的状况的改善包括能量的升高。
[0173]
在一些方面，本文所述的任何反应都可以使用连续流动装置执行。
[0174]
实施例
[0175]
设备。所有毫摩尔规模的实验都是使用带有磁力搅拌棒、滴液漏斗和温度计的100ml或250ml三颈圆底烧瓶进行。反应烧瓶被配备了冷凝器和温度计以监测反应温度。对于在回流下运行的反应，反应混合物是使用硅油浴来加热。对于在低于室温的温度下进行的实验，使用了液氮浴或盐/冰混合物浴。所有千克规模实验均使用5l夹套反应器进行。中间体和粗制产物的浓缩和/或纯化是用实验室规模的真空蒸馏装置、旋转蒸发仪或柱层析进行的，或者如以下实施例中另外说明的那样进行的。
[0176]
实施例1.由草酸合成草酸二异丙酯
[0177][0178]
在5l实验室反应器中，在搅拌下将草酸(1kg,11.1mol)添加到异丙醇(1700ml)中。形成澄清溶液。随后，将在200ml甲苯中的对甲苯磺酸一水合物(47.67g,2.5摩尔％)缓慢加入到溶液中。将反应混合物加热并回流搅拌24h。利用dean-stark分水器通过共沸连续去除生成的水以驱动反应完成。将反应混合物冷却，用500ml饱和nahco3水溶液中和，并在400ml(2x)甲苯和1l(2x)水之间分配。合并的有机相用1l饱和nacl水溶液洗涤。分离有机相，并在真空下除去溶剂。将粗制材料在高真空下通过加热蒸馏来纯化，以得到1740g(90％)草酸二
异丙酯，为无色油状物。
13
c nmr(100mhz,cdcl3)δ(ppm)157.96,71.44,21.63(图1a)；1h nmr(400mhz,cdcl3)δ5.13(hept,j＝6.3hz,2h),1.33(d,j＝6.2hz,12h)(图1b)。
[0179]
使用草酸二水合物(条目1-5)或草酸(条目6-7)作为起始物料，研究了各种其他合适的反应条件，如表1所示。向反应混合物中加入适的反应条件，如表1所示。向反应混合物中加入分子筛(每5g起始物料1-2g)，以在反应过程中除去额外的水。后处理包括用乙酸乙酯稀释反应混合物，用饱和nahco3水溶液中和至ph 7，分离各层，用饱和nahco3水溶液和饱和nacl水溶液洗涤有机萃取物，并浓缩以提供粗制残余物。
[0180]
表1.
[0181][0182][0183]
实施例2.由草酰氯合成草酸二异丙酯
[0184][0185]
向5l搪玻璃实验室反应器中的0℃异丙醇样品(3l)中，在搅拌下缓慢分次加入草酰氯(1019g)，同时保持温度在0和5℃之间。添加完成后，让反应混合物逐渐升温至室温并搅拌12小时。通过旋转蒸发和高真空浓缩混合物以获得粗制产物。将粗制产物用二氯甲烷(1000ml)稀释，并用饱和nahco3(3
×
500ml)水溶液稀释以提供有机萃取物。将前两次水洗液用二氯甲烷(各1l)反萃取，得到另外两份有机萃取物。将这三份有机萃取物用饱和nacl水溶液(3
×
500ml)干燥，合并、浓缩并通过蒸馏来纯化，从而得到草酸二异丙酯，收率为86％。1h nmr(400mhz,cdcl3)δ5.13(hept,j＝6.3hz,2h),1.33(d,j＝6.2hz,12h)。
[0186]
研究了各种其他合适的反应条件，如表2所示。
[0187]
表2.
[0188][0189]
实施例3.2-氧代-4-甲硫基丁酸异丙酯的合成(小规模实验)
[0190][0191]
步骤1，格氏反应。将草酸二异丙酯(1.4g，8mmol，1.0当量)、16ml溶剂(mtbe、mtbe/庚烷混合物或thf)和2当量licl(当使用时，0.68g，16mmol)的混合物在液氮浴或盐浴下冷却至测试温度(如表3所示)。缓慢地加入乙烯基氯化镁溶液(在thf中的1.6m)，并且搅拌所得混合物直至起始物料耗尽(参见表3)。通过用饱和nh4cl(2
×
100ml)洗涤来淬灭反应物。将产物用etoac(2
×
100ml)萃取，经na2so4干燥并过滤。通过gc/ms测定2-氧代-3-丁烯酸异丙酯的收率。萃取物未经纯化而直接用于下一步骤。
[0192]
表3.
[0193]
[0194]
*在此实施例中，草酸二异丙酯被添加到格氏试剂中。
[0195]
nd＝未测定
[0196]
步骤2，硫醇化反应。
[0197]
程序1：通过在-30至-20℃下用酸催化剂(acoh(12mmol)或tsoh(12mmol))，或者在50℃下用h2so4(相对于ch3sna为2当量)处理20％w/v的在水中的ch3sna 15至30分钟来生成ch3sh气体，如表4中所示。将所得ch3sh鼓泡到搅拌着的0℃的含三乙胺(0.1ml)的mtbe溶液中(20ml)。在0℃或在-30至-20℃下，将所得到的在mtbe中的ch3sh添加到来自步骤1，表3，条目14的在mtbe中的粗制产物中，并将反应混合物搅拌15至30分钟，如表4中所示。将反应物用2m hcl淬灭，用乙酸乙酯萃取，干燥(na2so4)，过滤并浓缩。然后，将粗制材料用于下一反应步骤。
[0198]
在表4的条目1-5中，乙酸或对甲苯磺酸被用于产生ch3sh气体。在条目1-3中，收率是柱层析后的分离收率。在条目4-5中，收率是产物蒸馏后的分离收率。在条目6-9中，ch3sh气体是通过在50℃下加热20％的在水中的ch3sna和h2so4生成的。
[0199]
表4.
[0200]
条目酸温度；反应时间收率(2步)1对甲苯磺酸0℃；30min27％2对甲苯磺酸-30至-20℃；15min46％3乙酸-30至-20℃；15min38％4对甲苯磺酸-30至-20℃；15min49％5乙酸-30至-20℃；15min44％6h2so
4-30至-20℃；15min20％7h2so
4-30至-20℃；15min19％8h2so
4-30至-20℃；15min54％9h2so
4-30至-20℃；15min63％
[0201]
程序2：向-78℃下的在thf中的来自步骤1，表3，条目11的粗制产物中加入20％w/v ch3sna水溶液(1当量)和h2so4(2当量)。让反应混合物升温到室温并搅拌16h。用2m hcl淬灭反应物，用乙酸乙酯(2
×
50ml)萃取，干燥(na2so4)，过滤并浓缩。然后，将粗制品用于下一反应步骤。分离产物从而得到产物，收率为33％。1h nmr(400mhz,cdcl3)δ5.12(hept,j＝6.2hz,1h),3.13(t,j＝7.2hz,2h),2.76(t,j＝7.2hz,2h),2.11(s,3h),1.33(d,j＝6.3hz,6h)。
[0202]
程序3，连续流动反应器：替代地，将2-氧代-3-丁烯酸异丙酯和10ml三乙胺的混合物通过泵以受控流速加注到反应器中。将出口进一步连接到y型混合器的进口，其中另一个进口被加注了(以控制流动方式)mesh气体。然后，将这两种组分混合并在间歇式反应器中进一步搅拌，同时将反应温度保持在0℃。一旦gc监测表明反应完成，加入1n hcl并如上所述的那样对混合物进行后处理。
[0203]
实施例4：2-氧代-4-甲硫基丁酸异丙酯的合成(千克规模合成)
[0204]
步骤1，格氏反应。在20l实验室反应器中，经1h的时间向-30至-20℃搅拌着的草酸二异丙酯(1.7kg,10mol)在无水mtbe(3.4l)中的溶液中滴加乙烯基氯化镁(在thf中的1.6m溶液，7l)，保持温度在-30℃至-20℃。一旦气相色谱显示乙烯基添加完成，在室温下通过添
加1l饱和nh4cl水溶液淬灭反应物。分离有机相并用500ml水洗涤，并且用400ml mtbe反萃取水相。合并mtbe提取物从而得到大于90％转化率的2-氧代-3-丁烯酸异丙酯，其未经进一步纯化或蒸馏直接用于下一步骤。
[0205]
步骤2，硫醇化。将来自第1步的mtbe萃取物在反应器中冷却至0℃，并用三乙胺(10ml)处理。通过使ch3sna(1.0当量；20％在水中)的溶液与h2so4(2当量)在50℃下反应30分钟来原位生成mesh气体。将所得的ch3sh气体鼓泡到搅拌着的0℃反应溶液中，并在0℃下继续搅拌。当gc监测表明中间体转化为2-氧代-4-甲基硫代丁酸异丙酯时，向反应器中加入1n hcl(780ml)以淬灭反应物。将有机层与水层分离，用500ml水洗涤，并且用650ml(2x)mtbe萃取水相。通过真空蒸发来浓缩合并的有机萃取物，并且通过真空蒸馏来纯化产物，从而得到1021g(55％)2-氧代-4-甲硫基丁酸异丙酯，为无色油状物。
13
c nmr(100mhz,cdcl3)δ(ppm)193.21,160.25,70.95,39.33,27.32,21.63,15.74(图2a)；1h nmr(400mhz,cdcl3)δ5.12(hept,j＝6.2hz,1h),3.13(t,j＝7.2hz,2h),2.76(t,j＝7.2hz,2h),2.11(s,3h),1.33(d,j＝6.3hz,6h)(图2b)。
[0206]
实施例5：2-羟基-4-甲硫基丁酸异丙酯(hmbi)的合成
[0207][0208]
在5l反应器中，向0至5℃的2-氧代-4-甲硫基丁酸异丙酯(1kg，5.25mol)在甲醇(2l)中的溶液中分批加入nabh4(99g，2.6mol)。将所得反应物保持在0至5℃之间并搅拌1小时。将反应混合物用饱和nh4cl水溶液(500ml)洗涤。分离有机相，通过真空蒸馏除去溶剂，将粗制产物通过蒸馏纯化，从而得到呈淡黄色油状物的hmbi(859g，85％收率，97％单体酯)。
13
c nmr(100mhz,cdcl3)δ(ppm)174.52,69.85,69.34,33.76,29.69,21.87,21.83,15.60(图3a)；1h nmr(400mhz,cdcl3)δ5.08(hept,j＝6.3hz,1h),4.24(dd,j＝7.9,3.8hz,1h),2.97(br,1h),2.67-2.55(m,2h),2.10-2.01(m,4h),1.93-1.84(m,1h),1.27(d,j＝1.9hz,3h),1.26(d,j＝2.2hz,3h)(图3b)。
[0209]
由2-氧代-4-甲硫基丁酸异丙酯(ombi)合成2-羟基-4-(甲硫基)丁酸异丙酯(hmbi)的替代方法：
[0210][0211]
筛选了用于由2-氧代-4-甲硫基丁酸异丙酯制备hmbi的各种试剂和条件，包括nabh4、过渡金属催化氢化和酮还原。测试了几种反应温度、时间、试剂和溶剂。测定了在每组条件下所分离产物的转化率和收率，结果见表5。
[0212]
表5.
[0213]