專利名稱：制備d-天冬酰胺及d-高絲氨酸的方法
技術領域：
本發(fā)明是一種制備D-型氨基酸的方法，屬于手性有機化合物制備的技術領域。
背景技術：
D-天冬酰胺及D-高絲氨酸都是重要的手性氨基酸，主要用作手性試劑和手性藥 物合成等領域。由D-天冬酰胺制備的催產(chǎn)素具有良好的催產(chǎn)和降低血壓作用；以 D-天冬酰胺為原料制備的D-高天冬酰胺也是一類重要的藥物中間體，由它合成的P -肽具有納米管結構，能抵抗酶的降解，具有很高的藥用潛力[1]。 M. HashimotoP]等 以D-高絲氨酸為原料制備了諾卡定殺菌素A;由D-高絲氨酸制備的蛋白酶抑制劑 可以有效地抑制蛋白酶進而阻止蛋白質的水解[3];此外它還是合成抗真菌肽的重要 原料[4]，以及用于制備其它藥物中間體如D-乙烯基甘氨酸、D-2-氨基-4-膦?；□?胺等。
D-天冬酰胺由于合成困難，有關制備研究的文獻相對較少。
G. Guilbault^等以NH3及D-天冬氨酸為原料，經(jīng)天冬酰胺合成酶催化生成D-天冬酰胺。該方法需要價格昂貴的ATP及D-天冬氨酸，而且酶反應底物、NH/和 反應副產(chǎn)品ADP都明顯抑制D-天冬酰胺的生成，反應終了時僅有微量D-天冬酰胺 生成，難以在工業(yè)上應用。
化學方法制備D-天冬酰胺尚未見報道。理論上，可以參照制備L-天冬酰胺的化 學合成法，如先制成氨基酸酯再氨解法和催化氫化法，但必須以D-天冬氨酸為手性 源。由于D-天冬氨酸價格昂貴，從D-天冬氨酸制備D-天冬酰胺意義不大。
關于D-高絲氨酸的制備，目前國內尚無相關的報道。國外僅有日本、美國等國 有一些關于D-高絲氨酸的合成和生物法拆分的報道。K. Mochizuki^利用微生物降 解法對DL-高絲氨酸的拆分進行了研究，他們選育了名為A "&o"novoraw的菌種， 它可高效降解L-高絲氨酸，而對D-型異構體沒有影響，將該菌應用于DL-高絲氨酸 的拆分，可以得到D-高絲氨酸，收率約為25%。 V.WmiamW等以L-酪氨酰肼為拆分劑，對DL-節(jié)氧羰基高絲氨酸進行拆分，得到D-芐氧羰基高絲氨酸，催化加氫后 得到D-高絲氨酸。R. Coopei^等以D-蛋氨酸為原料通過叔丁氧酰基保護、三甲基硅 基保護和堿處理催化環(huán)合等3步反應制備了 D-高絲氨酸內酯，后者水解后可得到 D-高絲氨酸。已知的制備D-高絲氨酸的方法，要么是以昂貴的DL-高絲氨酸為原料拆分，要 么以昂貴的D-蛋氨酸為原料通過多步反應制備，原料不易得到、成本高、路線長， 不適于規(guī)模化的生產(chǎn)。因此，加快研究、開發(fā)制備D-天冬酰胺和D-高絲氨酸的新工藝具有重要意義。 參考文獻[l]張建忠，倪家寶，竟著澄浙主激資嚴，2006,28(1): 52-54.[2] M. Hashimoto, T. Komori, T. Kamiya， A. Nocardicin.顛'歸，1976;29:890-901. [3〗S. C. Annedi, F. Biabani, E. Poduch, B. M. Mannargudi, ef a/， 5Zowg A/ed C7zew 2006， 14:214~36.[4] K. N. Sorensen, K. Kim, J. Y. Takemoto, Jwft'附/cro6C7ze膨f/^, 1996, 40:2710-3.[5] G. G. Guilbault， E. Hrabankova,顛/,a C/z/附fca勿a, 1971, 56(2): 285-290[6] K. Mochizuki， K. Miyazaki， <m/M"o6/a/ !Tec/zwo/ogy， 2007 ， 41:318—321.[7] W. V. Curran, iVe/ 祝octa, 1981,11:269-71.[8〗R. D. G. Cooper， F. Jose， L. McShane， re/ra/^Ao"1978， 26:2243~6. 發(fā)明內容技術問題本發(fā)明主要目的是提供一種制備D-天冬酰胺及D-高絲氨酸的方法，解決生產(chǎn)的工藝及有關問題，提高我國氨基酸尤其是D-氨基酸生產(chǎn)在國際氨基酸產(chǎn) 業(yè)中的競爭力。技術方案本發(fā)明制備D-天冬酰胺及D-高絲氨酸的方法如下a. 以DL-天冬氨酸甲酯為原料，以L-DBTA為拆分劑，水為溶劑，在40-95°C 進行拆分反應0.5-5小時，得到D-天冬氨酸甲酯-L-DBTA鹽，b. D-天冬氨酸甲酯-L-DBTA鹽在堿存在下在溶劑中室溫下攪拌水解2-4小時 得到D-天冬氨酸-P-甲酯；c. D-天冬氨酸-p-甲酯在溶劑中用氨氣、氨水或液氨氨解得到D-天冬酰胺；d. D-天冬氨酸-(3-甲酯在溶劑中在0-80°C下用還原劑還原1-10小時，用酸中 和，濃縮后經(jīng)氫型或鈉型陽離子交換樹脂處理得到D-高絲氨酸。拆分反應中溶劑水的用量為0.3-10倍于DL-天冬氨酸-P-甲酯。 所述的堿是二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺、甲乙胺、丙胺、丁胺、氨水的 其中之一。步驟b所述的溶劑是水和甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、丙酮的其中之 步驟c所述的溶劑為水、甲醇、乙醇的其中之一。所述的還原劑為硼氫化鈉與氯化鋰的混合物、硼氫化鈉、硼氫化鋰的其中之一； 硼氫化鈉與氯化鋰的混合物比例為1:1~3。步驟d所述的溶劑為水、甲醇、乙醇、四氫呋喃、二氧六環(huán)的其中之一；還原 溫度為0 80。C。還原后的中和所用的酸是甲酸、乙酸、丙酸、鹽酸的其中之一。酸的濃度是 l~5mol/L。有益效果本發(fā)明所用拆分劑L-DBTA廉價易得，拆分后拆分劑可以回收再利 用；拆分所用溶劑是水，生產(chǎn)成本低，對環(huán)境污染??；酯化、水解、氨解、還原等 工藝簡單；在較佳條件下，D-天冬氨酸甲酯拆分收率達到76%，光學純度99%， D-天冬酰胺收率49.9%，純度99%以上；D-高絲氨酸收率60-75%，純度99%。綜上所述，本發(fā)明解決了由廉價的DL-天冬氨酸通過酯化、拆分、氨解、還原 等工序制備D-天冬酰胺及D-高絲氨酸的工藝，為兩種重要D-型氨基酸的工業(yè)生產(chǎn) 打下了堅實的基礎。
具體實施方式
本發(fā)明在以L-天冬氨酸(L-Asp)制備D-天冬氨酸(D-Asp)的基礎上，設計了以廉 價的DL-天冬氨酸通過酯化、拆分、水解等步驟制備D-天冬氨酸-e-甲酯 (D-AspOM)，進而通過氨解或還原合成D-天冬酰胺及D-高絲氨酸的方法。外消旋氨基酸及其衍生物可與光學活性有機酸作用生成非對映體鹽，非對映體 鹽在溶液中溶解度不同，可通過結晶等方法分離，進而得到光學純的氨基酸或其衍生物鹽。本發(fā)明中，當向DL-天冬氨酸甲酯溶液中加入D-二苯甲酰基酒石酸 (L-DBTA)后，D-天冬氨酸甲酯與L-DBTA所生成的鹽在溶液中溶解度較小，從 溶液中析出，L-天冬氨酸甲酯所生成的鹽溶解度較大則留在溶液中，過濾即可將它 們分開。用上述方法得到的D-天冬氨酸甲酯分子中的酯基可以進行氨解反應，生成目 標產(chǎn)物之一D-天冬酰胺。如果酯基用強還原劑還原，可以轉變成羥甲基，本發(fā)明中 用硼氫化鈉或硼氫化鋰還原，該二種還原劑可以將D-天冬氨酸甲酯分子中的酯基還 原為羥甲基，但不能還原分子中的羧基，因此得到另一種目標產(chǎn)物D-高絲氨酸。DL-天冬氨酸甲酯+L-DBTA -L-天冬氨酸-(i-甲酯-L-DBTAEt3N+ 0-天冬氨酸-(3-甲酯-1^8丁八-> D-天冬氨酸-P-甲酯D-天冬氨酸-(3-甲酯+NH3 -*^ D-天冬酰胺D-天冬氨酸-p-甲酯十NaBH4 -> D-高絲氨酸1. 工藝路線DL-Asp 靴》 DL-AspOMe拆分》 D-AspOMe-DBTA水解，' 氨解 D-AspOMe- D-asparagineNaBH4 D-homoserine2. 條件將DL-天冬氨酸甲酯與拆分劑按1:0.5~1.2的比例溶于水溶液中，在40 95'C下 攪拌0.5~5.0小時，冷卻至室溫，濾出結晶鹽。結晶鹽在溶液中用堿處理，得到D-天冬氨酸甲酯。D-天冬氨酸甲酯用氨水或氨的醇溶液處理得到D-天冬酰胺；D-天冬氨酸甲酯用硼氫化鈉或硼氫化鋰還原后通過離子交換樹脂交換提純得到D-高絲氨酸。實施例l取15g DL-天冬氨酸-(3-甲酯置于三口瓶中，加入50-100mL水，升溫至40-95。C， 向其中加入L-二苯甲酰酒石酸(L-DBTA， 18.8g)的甲醇溶液，反應1小時后冷卻至 室溫，過濾得到21.7gD-天冬氨酸-p-甲酯.L-DBTA，收率86%。實施例2取30gD-天冬氨酸-p-甲酯丄-DBTA，置于250mL三口瓶中，加入30-150mL乙 醇和17mL三乙胺，室溫下攪拌反應2-4小時，過濾，得白色粉末固體D-天冬氨酸 甲酯6.58g,產(chǎn)率74.8%。實施例3在三頸瓶中加入10g D-天冬氨酸-p-甲酯及50-300mL甲醇，充分攪拌后通入 NH3氣，溫度控制在-5 15。C反應1-3小時后，升至室溫，繼續(xù)通入NH3氣2 3 小時，在30。C水浴中靜置氨解48小時，然后減壓濃縮至干；殘留物用30ml蒸餾 水溶解后加150ml甲醇沉淀，冷凍結晶，過濾，得D-天冬酰胺4.8g。將4.8gD-天 冬酰胺粗品用熱蒸餾水溶解，加少量活性炭脫色，在攪拌下加入150 ml甲醇，過濾， 得白色斜方型結晶D-天冬酰胺，4.1 g,總收率49.9%。實施例4向1.84g D-天冬氨酸甲酯和40mL甲醇的混合液中，分批加入L6gNaBH4。加 畢，室溫反應4小時，用lmol/L鹽酸調pH值至4~5，溶液濃縮至10mL。將濃縮 液緩慢通過鈉型陽離子交換樹脂，用去離子水洗脫至流出液中不再含有氨基酸。合 并淋洗液并減壓濃縮，經(jīng)95%乙醇重結晶，得0.83g白色結晶的D-高絲氨酸，產(chǎn)率 69.4%。實施例5取1.84g D-天冬氨酸甲酯和40mL四氫呋喃置于三頸瓶中，分批加入10mL (2.0mol/L) LiBH4四氫呋喃溶液，加畢，室溫下繼續(xù)反應4小時，用lmol/L稀鹽 酸調溶液pH至4~5，溶液濃縮后緩慢通過氫型強酸性陽離子交換柱，用1%的稀氨水洗脫，收集洗脫液至流出液中不再含有氨基酸。合并淋洗液，減壓濃縮，用95% 乙醇重結晶，得到1.78g白色結晶的D-高絲氨酸，產(chǎn)率74.7%。實施例70.8g NaBH4及0.85g LiCl懸浮于50mL四氫呋喃溶液中，室溫下攪拌1小時， 加入1.47g D-天冬氨酸甲酯，回流4小時，用2mol/L乙酸調pH4-5，溶液濃縮至lOmL， 用氫型強酸性陽離子交換樹脂交換，用1%的稀氨水洗脫，收集洗脫液至流出液中 不再含有氨基酸。合并淋洗液，減壓濃縮，用95%乙醇重結晶，得0.81gD-高絲氨 酸，產(chǎn)率67.4%。
權利要求
1.一種制備D-天冬酰胺及D-高絲氨酸的方法，其特征在于該方法的步驟如下a.以DL-天冬氨酸甲酯為原料，以L-DBTA為拆分劑，水為溶劑，在40-95℃進行拆分反應0.5-5小時，得到D-天冬氨酸甲酯-L-DBTA鹽，b.D-天冬氨酸甲酯-L-DBTA鹽在堿存在下在溶劑中室溫下攪拌水解2-4小時得到D-天冬氨酸-β-甲酯；c.D-天冬氨酸-β-甲酯在溶劑中用氨氣、氨水或液氨氨解得到D-天冬酰胺；d.D-天冬氨酸-β-甲酯在溶劑中在0-80℃下用還原劑還原1-10小時，用酸中和，濃縮后經(jīng)氫型或鈉型陽離子交換樹脂處理得到D-高絲氨酸。
2. 根據(jù)權利要求l所述的制備D-天冬酰胺及D-高絲氨酸的方法，其特征在于 拆分反應中溶劑水的用量為0.3~10倍于DL-天冬氨酸-p-甲酯。
3. 根據(jù)權利要求l所述的制備D-天冬酰胺及D-高絲氨酸的方法，其特征在于 b所述的堿是二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺、甲乙胺、丙胺、丁胺、氨水的其 中之一。
4. 根據(jù)權利要求1所述的制備D-天冬酰胺及D-高絲氨酸的方法，其特征在于 b所述的溶劑是水和甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、丙酮的其中之一。
5. 根據(jù)權利要求1所述的制備D-天冬酰胺及D-高絲氨酸的方法，其特征在于 c所述的溶劑為水、甲醇、乙醇的其中之一。
6. 根據(jù)權利要求l所述的制備D-天冬酰胺及D-高絲氨酸的方法，其特征在于 所述的還原劑為硼氫化鈉與氯化鋰的混合物、硼氫化鈉、硼氫化鋰的其中之一；硼 氫化鈉與氯化鋰的混合物比例為1:1~3。
7. 根據(jù)權利要求1所述的制備D-天冬酰胺及D-高絲氨酸的方法，其特征在于 d所述的溶劑為水、甲醇、乙醇、四氫呋喃、二氧六環(huán)的其中之一；還原溫度為 0~80 °C。
8. 根據(jù)權利要求l所述的制備D-天冬酰胺及D-高絲氨酸的方法，其特征在于 還原后的中和所用的酸是甲酸、乙酸、丙酸、鹽酸的其中之一。酸的濃度是l~5mol/L。
全文摘要
制備D-天冬酰胺及D-高絲氨酸的方法為a.以DL-天冬氨酸甲酯為原料，以L-DBTA為拆分劑，水為溶劑，在40-95℃進行拆分反應0.5-5小時，得到D-天冬氨酸甲酯-L-DBTA鹽，b.D-天冬氨酸甲酯-L-DBTA鹽在堿存在下在溶劑中室溫下攪拌水解2-4小時得到D-天冬氨酸-β-甲酯；c.D-天冬氨酸-β-甲酯在溶劑中用氨氣、氨水或液氨氨解得到D-天冬酰胺；d.D-天冬氨酸-β-甲酯在溶劑中在0-80℃下用還原劑還原1-10小時，用酸中和，濃縮后經(jīng)氫型或鈉型陽離子交換樹脂處理得到D-高絲氨酸。本發(fā)明解決了由廉價的DL-天冬氨酸通過酯化、拆分、氨解、還原等工序制備D-天冬酰胺及D-高絲氨酸的工藝，為兩種重要D-型氨基酸的工業(yè)生產(chǎn)打下了堅實的基礎。
文檔編號C07C227/16GK101333175SQ20081002084
公開日2008年12月31日 申請日期2008年7月29日 優(yōu)先權日2008年7月29日
發(fā)明者夏愛華, 李瓊瑤, 蔣立建, 沖 韓 申請人:東南大學