專利名稱：一種絲氨酸的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機(jī)化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種絲氨酸的制備方法。
背景技術(shù)：
絲氨酸屬于非必須氨基酸，具有許多重要的生理功能和作用，因此，在醫(yī)藥、食品、化妝品中均有較為廣泛的應(yīng)用。其制備方法主要有蛋白質(zhì)水解提取法(水解損失率較高，水解設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，環(huán)境污染嚴(yán)重，水解所得的氨基酸是混合氨基酸，還須進(jìn)一步分離、精制，這又增加了生產(chǎn)操作的復(fù)雜性，成本高)、發(fā)酵法(日本用以甘氨酸、甘油酸為前體發(fā)酵生產(chǎn)L-絲氨酸，但此法對設(shè)備要求較高，產(chǎn)酸率一般較低，分離困難，后處理麻煩，提取率低，因而成本高、價格較貴)、酶法(酶法生產(chǎn)雖然具有工藝簡單、周期短、耗能低、專一性強(qiáng)、收率高等特點(diǎn)，但要將它們應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，還需要進(jìn)一步研究。如何獲得廉價的合成底物和酶源是這一方法能否成立的關(guān)鍵)和化學(xué)合成法(化學(xué)合成法最大的優(yōu)點(diǎn)是可采用多種化學(xué)原料，多種工藝路線，生產(chǎn)規(guī)模大，產(chǎn)品易分離提純。但是此法最大的缺點(diǎn)是所用原料成本較高、毒性較大，得到的都是DL-絲氨酸，因此都必須進(jìn)行拆分，才能得到L—型氨基酸，這無形中又增加了成本，且拆分過程只用了一半的氨基酸)。
以前曾有專利CN 1609097報(bào)道以胱氨酸為原料，通過酯化、鹵代、皂化得到絲氨酸的方法。但該法使用了氯氣——幾乎每年我國都會發(fā)生若干起泄漏事件的主角，如重慶天原化工總廠、杭州電化基團(tuán)、齊齊哈爾市化學(xué)制藥廠、上海嘉定分子篩器廠、湖北東風(fēng)造紙廠等均發(fā)生過不同程度的氯氣泄漏事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有制備絲氨酸方法的如上所述的局限性，以價廉易得的半胱氨酸(1)或胱氨酸(2)為原料，通過簡單、易操作、對設(shè)備要求簡單、收率高、成本低、易于工業(yè)化生產(chǎn)的辦法。
本發(fā)明的具體步驟如下其中，R基團(tuán)為甲基(-CH3)、乙基(-CH2CH3)、正丙基(-CH2 CH2CH3)、異丙基(-C(CH2)H
CH3)、正丁基(-CH2CH2CH2CH3)、叔丁基(c )、環(huán)己基(U)、芐基(Bn-);保護(hù)基團(tuán)P為叔丁氧羰基(Boc-)、芐氧羰基(Cbz-)、芴甲氧羰基(Fmoc-)、乙?；?CH3CO-)、苯甲?；?C6H5CO-); X為氯(Cl-)、溴(Br-)。
首先，以半胱氨酸(1)為原料參照Cowling等的專利(US 3884761)、 Benoiton等(Can.J. Chem. 1968， 46, 1549-1552)的方法首先進(jìn)行羧基的酯化制備半胱氨酸酯，然后再參照Threadgill等(J. Org. Chem. 1989， 54, 2940-2949)、 Olsen等(J. Org. Chem. 1985, 50, 4332-4336)Carpino等(J. Org. Chem. 1972， 37, 3404-3409)、 Krajewski等(Bioorg. Med. Chem. Lett. 2003,13,3203-3205)、 Kelleman等(Biopolymers 2003， 71， 686-695)的方法對氨基進(jìn)行保護(hù)，由此制備N-保護(hù)的半胱氨酸酯(3)。
或者以胱氨酸(2)為原料參照Cowling等的專利(US 3884761 )、Benoiton等(Can. J. Chem.1968， 46, 1549-1552)的方法進(jìn)行羧基酯化制備胱氨酸二酯，然后再參照Threadgill等(J. Org.Chem. 1989, 54， 2940-2949)、 Olsen等(J. Org. Chem. 1985, 50， 4332-4336)、 Carpino等(J. Org.Chem. 1972, 37, 3404-3409)、 Krajewski等(Bioorg. Med. Chem. Lett. 2003, 13, 3203-3205)、Kelleman等(Biopolymers 2003， 71， 686-695)的方法對氨基進(jìn)行保護(hù)得到N,N，-雙保護(hù)的胱氨酸二酯，然后再參照Swali等(Tetrahedron2002, 58， 9101-9109)方法還原二硫鍵得到N-保護(hù)的半胱氨酸酯(3)。
在成功得到N-保護(hù)的半胱氨酸酯(3)之后，我們以3為原料，以Ph3P+NXS的復(fù)合物
為鹵化試劑，在CH2Cl2中，室溫?cái)嚢钘l件下進(jìn)行了鹵化反應(yīng)，成功制備中間體N-保護(hù)的鹵
代丙氨酸酯(4)。詳細(xì)的反應(yīng)條件研究表明鹵化試劑為Ph3P+NXS或者Ph3P+CCU均可，其
中Ph3P與NXS或CCU二組分的摩爾比為1:0.9 ~ 1.1，溶劑為CH2C12、 CHC13、或CC14;反
應(yīng)原料3與反應(yīng)溶劑比例為1 mmol : 5 ~ 15 mL;反應(yīng)條件為室溫 回流條件溫度；反應(yīng)時間
為4~48小時；反應(yīng)收率為39.0-84.7%。
最后將上述制備的N-保護(hù)的鹵代丙氨酸酯(4)置于適當(dāng)?shù)膲A水溶液中，加熱回流，待反應(yīng)完成后，冷卻反應(yīng)液，加入稀鹽酸將反應(yīng)液直接酸化為pH = 6.0，加入等體積的乙醇沉淀，所得沉淀即為絲氨酸。本反應(yīng)所用堿的種類為NaOH、 KOH、 Na2C03等，堿液濃度為l~3mol/L，反應(yīng)溫度為90~120°C，反應(yīng)時間為10-15小時，反應(yīng)收率56.5~89.3%。
本發(fā)明采用價廉易得的半胱氨酸(1)或胱氨酸(2)為原料，通過簡單的反應(yīng)得到N-保護(hù)的半胱氨酸酯(3)，后者經(jīng)鹵化得到N-保護(hù)的鹵代丙氨酸酯(4)， 4經(jīng)堿水解制備絲氨酸。
與現(xiàn)有方法比較，本發(fā)明反應(yīng)原料來源豐富易得，反應(yīng)操作簡單，收率高，后處理簡單，成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但實(shí)施例并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例l:
將3.00 g半胱氨酸鹽酸鹽置于配有回流冷凝管的三頸圓底燒瓶中，加入20 mL無水甲醇，攪拌使之溶解，快速導(dǎo)入干燥的HC1氣體，使翻騰鼓泡，加熱回流1.5小時。反應(yīng)結(jié)束后，將混合物減壓蒸餾，除去過量的甲醇。當(dāng)甲醇揮發(fā)至反應(yīng)體積的約l/4時，在0'C冷凍結(jié)晶。粗品用甲醇重結(jié)晶，干燥得半胱氨酸甲酯鹽酸鹽2.45 g,白色結(jié)晶，熔點(diǎn)136-142'C，收率75.0o/o。
將上述制得的半胱氨酸甲酯鹽酸鹽1.72g懸浮于20mLCH2Cl2中，攪拌成漿狀后緩慢滴入1.39mLEt3N，攪拌10min后，加入2.18 g Boc20,反應(yīng)混合物在N2保護(hù)下攪拌16小時，然后用水、飽和NaHC03、水、飽和食鹽水依次洗滌，最后用Na2S04干燥，濃縮蒸去溶劑得N-Boc保護(hù)的半胱氨酸甲酯2.29g，無色油狀液體，收率97.0%。
在N2氣氛圍下，將1.1 mmolNXS溶解于10 mL CH2C12中，然后加入1.1 mmol PPh3,再加入1.0mmol的上述制備的N-Boc保護(hù)的半胱氨酸甲酯，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)。待反應(yīng)完畢，過濾除去固體。母液濃縮干，柱層析分離得到產(chǎn)物。當(dāng)NXS為NBS時產(chǎn)物為Boc-yff-bromo-Ala-OMe(收率39.0%):白色固體，熔點(diǎn)48-50°C， [a]^=+21.3 (c=1.3，CHCl3)。巾NMR: S 5.40 (1H,NH), 4.75 (1H, m), 3.83 (1H， m)， 3.80 (3H， s)， 3.71 (1H, dd, /=9.2， 3.0 Hz)， 1.46 (9H， s). ESIMS(positive mode): w/z 304 ([M79Br+Na]+)， 306 ([M81Br+Na]+). IR vmax: 3436, 2928， 1717， 1632， 1502，1369 and 1166 cm".當(dāng)NXS為NCS時產(chǎn)物為Boc-^-chloro-Ala-OMe (收率83.0%):白色固體，熔點(diǎn)59-60°C ， [a]，= +39.2 (c=0.5， CHC13) (Lit[25] [org1 = +37.8 (c=1.5, CHC13). !HNMR: S5.42 (1H, NH)， 4.71 (1H， m)， 3.97 (1H， dd,^11.1， 2.0 Hz)， 3.85 (1H, dd,月l.l, 2.8 Hz)， 3.81 (3Hs), 1.46 (9H， s). ESIMS (positive mode):附/z 260 ([M35cl+Na]+)， 262 ([M37ci+Na]+). IR vmax: 3436,2980， 1716,1634,1508， 1369， 1167 and 1064 cm-1.
將上述制備的N-Boc保護(hù)的半胱氨酸甲酯1 mmol置于配有回流冷凝管的圓底燒瓶中，加入5ml的NaOH (2 mol/L)溶液，攪拌、加熱回流12小時，反應(yīng)完畢后，冷卻至室溫，加 入1 moI/L的HCl溶液，調(diào)節(jié)pH至6.0,加入等體積無水乙醇使沉淀完全，過濾，收集固體 即為絲氨酸。當(dāng)以Boc-y9-chloro-Ala-OMe為原料時，收率89.3%;當(dāng)以Boc-jff-bromo-Ala-OMe 為原料時，收率62.5%。熔點(diǎn)220。C (dec.)， ["&。二6.4 (c， 0.51， H20). IR: VmaxCcm-^S-AS, 3092， 2041， 1599, 1500, 1470, 1411， 1384， 1342, 1304, 1126, 1086, 1013， 918， 853， 804， 611 and 526; H-NMR (600 MHz, D20): S 3.87 (1H, dd, >/=12.3, 3.8 Hz, 3陽Ha ), 3.83 (1H， dd, J-12.3, 5.6 Hz, 3-Hb)， 3.73 (1H, dd， 《/=4.7, 3.9 Hz， 2-H). 實(shí)施例2:
將600 mL無水乙醇置于1000 mL的三頸瓶中，冰鹽浴冷卻至-5'C左右，邊攪拌邊滴加新 蒸二氯亞砜29mL,然再加入胱氨酸24g,攪拌30min，升至室溫再攪拌30 min，然后回流 約20小時，L-胱氨酸全部溶解，溶液變得透明澄清。自然冷卻至室溫，有大量白色晶體析出， 放置一夜，然后過濾干燥得白色晶體26.9g。母液濃縮并用乙醚沉降得白色固體7.9g，共得 胱氨酸二乙酯二鹽酸鹽34.8 g，熔點(diǎn)178-18rC，收率94.6%。
將上述制得的胱氨酸二乙酯二鹽酸鹽1.85 g溶于100mL水中，攪拌，冰鹽浴冷卻至0°C， 然后緩慢加入1.68 g NaHC03，向此溶液中滴入芐氯2.15 mL，反應(yīng)體系維持在0。C，攪拌1 小時，然后升至室溫?cái)嚢璺磻?yīng)5小時。反應(yīng)混合物用EtOAc萃取(4 X 30 mL)，合并萃取液，并 依次用水、飽和食鹽水洗滌，并用Na2S04干燥。減壓濃縮除去溶劑，所得白色固體用乙酸乙 酯和石油醚重結(jié)晶得2.42g白色晶體，熔點(diǎn)78-80'C，收率86.0%。
將563 mg N-芐氧羰基保護(hù)的胱氨酸乙酯溶于5 mL HOAc和25 mL乙醚的混合液中，冰 鹽浴冷卻，然后分批加入1.95 g鋅粉，N2保護(hù)下升至室溫，攪拌反應(yīng)，36小時后，反應(yīng)混合物 過濾，并用5%HOAc的乙醚溶液洗滌濾渣，然后減壓濃縮，殘余物溶解于20 mL 1 mol/L的 HC1中，乙酸乙酯萃取(3 X 15 mL),合并有機(jī)層，用水、飽和食鹽水洗滌，無水Na2S04干燥。 濃縮得油狀N-芐氧羰基保護(hù)的半胱氨酸乙酯。
在得到N-芐氧羰基保護(hù)的半胱氨酸乙酯后，按照實(shí)施例1中的方法制備鹵代丙氨酸酯。 當(dāng)NXS為NCS時產(chǎn)物為Z-P-chloro-Ala-OEt (收率84.7%):白色固體，熔點(diǎn)55-56°C, ["]，=+32.8 (c=0.5， CHC13)。 NMR: S 7.31-7.37 (5H, m), 5.68 (1H, d， 《/=5.8 Hz), 5.14(2H, s)， 4.74 (1H， m)， 4,22-4.30 (2H， m)， 3.99 (1H， dd， 2.4 Hz), 3.89 (1H， dd， J41.0, 2.8 Hz)， 1.30
(3H, t，戶7.2 Hz). ESIMS (positive ion mode):附/z 308 [M35a +Na]+, 310 [M37a +Na]+. IR vmax: 3331, 2978, 2926, 1746, 1693, 1527， 1350, 1329, 1269， 1219, 1074, 1038, 923, 780, 733, 697, 582 and 522 cm'1.
將上述制備的Z-p-chloro-Ala-OEt 1 mmol置于配有回流冷凝管的圓底燒瓶中，加入5 ml 的NaOH (2mol/L)溶液，攪拌、加熱回流12小時，反應(yīng)完畢后，冷卻至室溫，加入1 mol/L的HC1溶液，調(diào)節(jié)pH至6.0,加入等體積無水乙醇使沉淀完全，過濾，收集固體即為絲氨酸，
收率88.2°/。。
實(shí)施例3:
首先按照實(shí)施例2的方法制備胱氨酸二乙酯二鹽酸鹽，然后將185 mg胱氨酸二乙酯二鹽 酸鹽溶于3 mL 1 mol/L的Na2C03水溶液中，加入1 mL 1,4-二氧六環(huán)，攪拌，然后滴入 Fmoc-Osu的1,4-二氧六環(huán)溶液(354 mg Fmoc-Osu溶于3mL 1，4-二氧六環(huán))，同時加入1 mL CH3CN,室溫?cái)嚢璺磻?yīng)20小時，向反應(yīng)體系中加入10mL水，然后用EtOAc萃取(3 X 15 mL)， 合并萃取液，并依次用飽和NaHCCb、飽和食鹽水洗滌，Na2S04干燥。濃縮后，柱層析分離(石 油醚丙酮=5: l)得N-Fmoc保護(hù)的胱氨酸二乙酯白色晶體，熔點(diǎn)97-101。C, &NMR: S 7.75(2H， d， J=7.6 Hz)， 7.59 (2H， m)， 7.38 (2H， t， ^7.4 Hz), 7.29 (2H， t， ^7.4 Hz)， 5.72 (1H, d， 7=7.0 Hz), 4.66 (1H， d， J^6.0 Hz)， 4.36-4.42 (2H, m)， 4.21-4.24 (3H， m), 3.20 (2H, d)， 1.29 (3H, t, 7=7.2 Hz). ESIMS(positive ion mode): m/z 741 [M+l〗+， 763 ([M+Na〗+)， 779 ([M+K〗+)。
將296 mg Fmoc-保護(hù)的L-胱氨酸乙酯溶于3 mL HOAc和2 mL CH2C12的混合溶液中，分 批加入522 mg鋅粉，N2保護(hù)下室溫?cái)嚢璺磻?yīng)48小時，過濾，并用少量HOAc和CH2Cl2洗滌 濾渣，減壓濃縮干，然后溶解于20 mL 0.5 mol/L的HC1中，用EtOAc萃取(3 X 15 mL)，合并 有機(jī)層，分別用0.5mol/LHCl、水、0.5 mol/LNaOH、水、飽和食鹽水依次洗滌，無水Na2S04 干傲減壓濃縮得N-Fmoc保護(hù)的半胱氨酸乙酉旨，白色固體290mg。 m. p.: 116-118°C, !HNMR: S 7.77 (2H， d， ^7.4 Hz), 7.61 (2H, d， 《/=6.4 Hz)， 7.41 (2H， t， J:7.4， 7.2 Hz), 7.32 (2H， td, ^7.2, 2.2 Hz)， 5.68 (1H， d, /=6.6 Hz), 4.64 (1H, br， s)， 4.42-4.44 (2H， m), 4.23-4.28 (3H， m), 3.00 (2H,d), 1.31 (3H, t, /=6.8 Hz)， ES歸(positive ion mode): m/z 394 [M+Na]+.
在得到N-Fmoc保護(hù)的半胱氨酸乙酯后，按照實(shí)施例1中的方法制備鹵代丙氨酸酯。當(dāng) NXS為NBS時產(chǎn)物為Fmoc-(3-bromo-Ala-OEt (收率71.0%):白色固體，熔點(diǎn)125-126°C. [《=+38.8 (c= 0.1， CHC13)， ^MR: S 7.77 (2H， d，盧7.6 Hz), 7.61 (2H, d, /=6.0 Hz), 7.41 (2H,
t， >7.6 Hz)， 7.33 (2H， td， >/=7.3， 2.0 Hz), 5.71 (1H, d，片l Hz)， 4.78-4.79 (1H, m), 4.40-4.45 (2H, m)， 4.24-4.34 (3H， m), 3.84 (1H， dd， ^10.4， 3.0 Hz)， 3.76 (1H， dd, ^10.4， 3 Hz), 1.33 (3H, t, 7=7.1 Hz). ESIMS (positive ion mode):附/z 440 ([M+Na]+)， 442 ([M+2+Na]+). IR vmax: 3432, 3327, 2930, 1728， 1703, 1538， 1449， 1277， 1182, 1153， 1090， 1031 and 756 cm.1。當(dāng)NXS為NCS時產(chǎn) 物為Fmoc-(3陽chloro-Ala-OEt(收率80.0o/o):白色固體，熔點(diǎn)126國127。C. [a]g=+21.4 (c= 0.2,
CHC13), 'HNMR: S 7.77 (2H， d， 《/=7.7 Hz)， 7.40-7.45 (2H, m)， 7.31-7.34 (2H, m), 5.72 (1H, d, 7=7.3Hz,)， 4.74-4.76 (1H, m)， 4.41 (2H， d,盧7.2 Hz), 4.31 (2H， q, J=7.1Hz)， 4.25 (1H, t, ^7.2 Hz)， 4.00 (1H, dd， /=11.4, 3.0 Hz), 3.91 (1H， dd， ^11.4， 3.0 Hz), 1.32 (3H， t, m Hz). ESIMS
(positive ion mode): w/z 396 [M+Na]+， 398 [M+2+Na]+. IR vmax: 3436, 3315, 2931, 1748, 1688，1529， 1383， 1345, 1260， 1215， 1104， 1032 and 736 cm—'.
將上述制備的N-Fmoc保護(hù)的鹵代丙氨酸酯1 mmol置于配有回流冷凝管的圓底燒瓶中，加入 5ml的NaOH (2mol/L)溶液，攪拌、加熱回流12小時，反應(yīng)完畢后，冷卻至室溫，加入1 mol/L的HCl溶液，調(diào)節(jié)pH至6.0，加入等體積無水乙醇使沉淀完全，過濾，收集固體即為 絲氨酸。當(dāng)以Fmoc-yff-chloro-Ala-OEt為原料時，收率88.5%;當(dāng)以Fmoc-yS-bromo-Ala-OEt為 原料時，收率56.5%。
權(quán)利要求
1.一種絲氨酸的制備方法，其特征是以半胱氨酸1或胱氨酸2為原料制備N-保護(hù)的半胱氨酸酯3，再通過鹵化制備N-保護(hù)的鹵代丙氨酸酯4，再將N-保護(hù)的鹵代丙氨酸酯4置于堿水溶液中水解制備絲氨酸5，其反應(yīng)式如下其中，R基團(tuán)為甲基或乙基或正丙基或異丙基或正丁基或叔丁基或環(huán)己基或芐基；保護(hù)基團(tuán)P為叔丁氧羰基或芐氧羰基或芴甲氧羰基或乙酰基或苯甲?；?；X為氯或溴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備絲氨酸的方法，其特征在于以半胱氨酸1或胱氨酸2為原 料制得的N-保護(hù)的半胱氨酸酯3通過如下的鹵化過程制備N-保護(hù)的鹵代丙氨酸酯4:其中，R基團(tuán)為甲基或乙基或正丙基或異丙基或正丁基或叔丁基或環(huán)己基或節(jié)基；保 護(hù)基團(tuán)P為叔丁氧羰基或芐氧羰基或芴甲氧羰基或乙?；虮郊柞；?；X為氯或溴。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述制備絲氨酸的方法，其特征在于所用鹵化試劑為Ph3P+NXS或 者Ph3P+CCl4的復(fù)合物；Ph3P與NXS的摩爾比為1: 0.9 ~ 1.1; Ph3P與CC14的摩爾比為 1: 0.9 ~ 1.1;反應(yīng)溶劑為CH2C12或CHC13或CC14溶液；反應(yīng)原料3與反應(yīng)溶劑比例為 1 mmol: 5 ~ 15 mL;反應(yīng)條件為室溫 回流溫度；反應(yīng)時間為4~48小時。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述絲氨酸的制備方法，其特征在于以制備的中間體N-保護(hù)的鹵代 丙氨酸酯4為原料按照如下所示的反應(yīng)，在堿水溶液中水解制備絲氨酸。其中，R基團(tuán)為甲基或乙基或正丙基或異丙基或正丁基或叔丁基或環(huán)己基或芐基；保 護(hù)基團(tuán)P為叔丁氧羰基或芐氧羰基或芴甲氧羰基或乙?；虮郊柞；?；X為氯或溴。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的絲氨酸的制備方法，其特征在于堿的種類為NaOH或KOH或 Na2C03，堿液濃度為1~3 mol/L，反應(yīng)溫度為90~120°C，反應(yīng)時間為10~15小時。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5所述的絲氨酸的制備方法，其特征在于將反應(yīng)液直接酸化為pH = 6.0，加入等體積的乙醇，經(jīng)沉淀后，所得沉淀即為絲氨酸。
全文摘要
本發(fā)明屬于有機(jī)化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種絲氨酸的制備方法。以胱氨酸或半胱氨酸為原料，經(jīng)羧酸酯化、氨基保護(hù)得到N-保護(hù)的半胱氨酸酯，該N-保護(hù)的半胱氨酸酯經(jīng)鹵化得到N-保護(hù)的鹵代丙氨酸酯，后者經(jīng)堿水解得到絲氨酸。本發(fā)明方法具有反應(yīng)條件溫和、易操作、收率高、成本低、生產(chǎn)設(shè)備簡單、適合工業(yè)化的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C07C229/22GK101624349SQ20081004548
公開日2010年1月13日 申請日期2008年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月7日
發(fā)明者張國林, 羅應(yīng)剛, 陶飛燕 申請人:中國科學(xué)院成都生物研究所