甘氨酸酯的合成与特性表征

华东交通大学毕业论文1 甘氨酸酯的合成与特性表征摘要氨基酸及其衍生物被广泛应用于医药、食品、化工等领域，其酯类衍生物具有杀菌灭虫作用，有些可直接或间接地用于治疗不同病症，已经越来越引起人们的关注：如甘氨酸酯具有抗菌性能；氨基酸酯可为合成席夫碱提供一系列原料。因此，氨基酸酯的合成受到广泛关注，同时合成氨基酸酯的方法也层出不穷。本文通过选择以甘氨酸为基本原料，合成了一系列甘氨酸酯，主要内容如下：首先以醇和二氯亚砜为原料合成醇-二氯亚砜溶液，同时生成卤代烃，再将甘氨酸固体加入上述溶液中，加热回流即得产物，产物用傅立叶红外光谱仪对产物基团进行了表征。关键词：甘氨酸；酯；合成潘超：甘氨酸酯的合成与特性表征2 The synthesizing and characterizing of the glycine estersABSTRACTAmino acids and their derivatives are widely applied in many fields, such as medicine, food and chemistry and so on. Amino acid esters which have an effect on exterminating pests and disinfect, have been treated with different disease directly or indirectly that is paid more and more attention by people, such as glycine esters have the function of antibiosis and amino acid esters could be as one of the raw material of synthesizing schiff base. So the synthesizing of amino acid esters are attracted by more and more people, and the methods of synthesizing of amino acid esters are come out one after the other at the same time. The purpose of the passage is to synthesize a series of glycine esters by selecting glycine as the fundamental material, the main component as below:At first, the alcohol-SOCl2 solution was synthesized by alcohol and SOCl2 while the halogenated hydrocarbon was created. Then the glycine was added into the solution above，after that the mixture was refluxed with heating and the reaction product which can be confirmed by IR was obtained.Key words: glycine; ester; synthesize 华东交通大学毕业论文3 目录第一章 氨基酸酯类化合物综述 .51.1 概述 .51.2 氨基酸酯的应用 .51.2.1 在医药中的应用 .51.2.2 在化工和农药中的应用 .51.2.3 在食品中的应用 .61.2.4 在化妆品中的应用 .61.2.5 在化学中的应用 .61.2.6 在离子液体制备中的应用 .71.3 氨基酸酯合成方法研究进展 .71.3.1 氯化氢催化法 .71.3.2 浓硫酸催化法 .71.3.3 二氯亚砜法 .71.3.4 三光气法 .81.4 氨基酸酯合成路线的选择 .81.4.1 浓磷酸催化法 .81.4.2 二氯亚砜催化法 .91.5 选题意义 .9第二章 实验试剂及实验仪器 .102.1 实验仪器 .102.2 实验试剂 .11第三章 甘氨酸酯化合物的制备及产物表征 .123.1 磷酸法催化合成甘氨酸二甘醇酯盐酸盐 .123.1.1 合成路线 .123.1.2 实验步骤 .123.1.4 产物分析及实验方法总结 .123.2 二氯亚砜法合成甘氨酸二甘醇酯盐酸盐 .133.2.1 合成路线 .133.2.2 实验步骤 .133.3 二氯亚砜法合成甘氨酸三乙醇胺酯盐酸盐 .133.3.1 合成路线 .133.3.2 实验步骤 .133.4 二氯亚砜法合成甘氨酸异丙醇酯盐酸盐 .143.4.1 合成路线 .143.4.2 实验步骤 .143.5 二氯亚砜法合成甘氨酸正丁醇酯盐酸盐 .143.5.1 合成路线 .143.5.2 实验步骤 .143.6 二氯亚砜法合成甘氨酸正戊醇酯盐酸盐 .153.6.1 合成路线 .153.6.2 实验步骤 .153.7 二氯亚砜法合成甘氨酸异戊醇酯盐酸盐 .15潘超：甘氨酸酯的合成与特性表征4 3.7.1 合成路线 .153.7.2 实验步骤 .153.8 实验现象总结 .163.9 甘氨酸酯系列化合物的表征 .163.9.1 甘氨酸的表征 .163.9.2 甘氨酸二甘醇酯盐酸盐的表征 .173.9.3 甘氨酸三乙醇胺酯盐酸盐的表征 .183.9.4 甘氨酸异丙醇酯盐酸盐的表征 .193.9.5 甘氨酸正丁醇酯盐酸盐的表征 .203.9.6 甘氨酸正戊醇酯盐酸盐的表征 .213.9.7 甘氨酸异戊醇酯盐酸盐的表征 .223.9.8 产物红外数据表征汇总 .233.9.9 甘氨酸酯系列化合物物理性质 .23第四章 结论 .24致谢 .25参考文献 .26附录 A 外文翻译 原文部分 .28附录 B 外文翻译 中文部分 .32华东交通大学毕业论文5 第一章 氨基酸酯类化合物综述1.1 概述氨基酸酯类化合物是有氨基酸和醇类在一定条件下生成的酯类化合物，其最终形式类似于羧酸和醇的酯化反应。结构通式为：H2NR OO R其中，R 为氨基酸自带的烷基，根据烷基 R 的类型可确定氨基酸的类型，R为醇自带的烷基 R的类型可确定醇的类型，命名时可写为某氨酸某醇酯。由于大多数 -氨基酸都具有不对称的碳原子，所以由其制成的酯均具有光学活性，存在 D-型和 L-型两种对映体 1。1.2 氨基酸酯的应用氨基酸酯类化合物的合成是近年来一个新的研究热点，已经越来越引起人们的关注。由于氨基酸酯特殊的理化性质，使其在医药、化工、农药、食品、化妆品等 2方面有着越来越广泛的应用。1.2.1 在医药中的应用在医药工业中，氨基酸酯可作为药物或者药物中间体。如 D-苯甘氨酸和 D-对羟基苯甘氨酸的酯是青霉素和头孢霉素半合成的主要中间体 3；再如甘氨酸高级醇酯有很好的抗菌性能，其中甘氨酸癸酯的抗菌性能最好；苯丙氨酸酯可抗肿瘤；半胱氨酸月桂酯具有镇咳、化痰、消炎、退烧、止痛等疗效，可用于治疗呼吸系统疾病；氨基酸苄基酯很容易渗透到红细胞，低浓度时可抗贫血；赖氨酸月桂酯对金黄色葡萄球菌的呼吸有抑制作用，从而抑制了该细菌对细胞基质的氧化作用；多种氨基酸酯可用作局部麻醉剂的成分，降低了麻醉剂的副作用；此外，氨基酸酯还具有很强的抗氧化性，使机体延缓衰老。由此可见，氨基酸酯用于防病抗病的开发研究有着广阔的前景。1.2.2 在化工和农药中的应用在化工方面氨基酸酯的应用也是极为广泛的。如氨基酸月桂酯可用它配成矿物浮选剂，用于分离 NaCl 和 KCl。氨基酸的高级烷醇酯的盐酸盐和硫酸盐不仅具有优良的表面潘超：甘氨酸酯的合成与特性表征6 活性作用，而且还具有抗微生物、抗氧化性、软化纤维素等特性，可以防锈、杀菌、灭虫、抑制植物体内乙烯含量。近年来，这些化合物被广泛应用于农药中，以这类化合物为主要成份可以制成多种杀菌灭虫合剂。日光或自然界中的微生物很容易降解这些物质，在土壤、植物体内和果实中不留残毒，其降解物质还可作为农作物的营养物质，提高农作物的质量和产量；多种氨基酸的甲酯和乙酯可以通过酶催化溶解，从而得到手性氨基酸 4。作为农药用的氨基酸衍生物由于其具有毒性低、高效无公害、易被微生物全部降解利用、原料来源广泛等特点，因此一出现就显示强大的生命力。例如，N-苄基甘氨酸乙酯就可用来合成除草剂 N-膦羧甲基-甘氨酸 5。1.2.3 在食品中的应用氨基酸酯替代氨基酸用于食品添加剂，可改变食品的口感和风味，增加食品的保鲜期和提高食品的营养成分 6。例如含氨基酸酯类的酒类饮料，室温下贮存 4 个月未见有微生物的生长；含氨基酸酯的饮料和口香糖有长久的清凉感觉；L-高丝氨酸油酸酯可使食品乳化柔软和保鲜；消旋的苯丙氨酸的甲酯在酶催化下合成人造甜味剂天冬氨酰苯丙氨酸甲酯 7。氨基酸酯用于食品，还增加了其氨基酸酯的溶解性和酶催化的专一性，有利于机体的消化和吸收，起到营养和保健的双重作用。1.2.4 在化妆品中的应用氨基酸酯类衍生物用于化妆品工业，最早在日本开发，现已大量投入生产和销售，并且取得多项专利。氨基酸的多羟基酯、N-取代二羧基甘油酯、N- 长链烃取代的低级烷基酯、N-单乙酰基酯等均被用于护发和护肤品中，显示了很好的乳化性、起泡性和增容性，可使头发柔软、蓬松、光泽而柔韧；令皮肤光滑柔嫩、保温、抗氧化。此外，氨基酸可渗入机体，如半胱氨酸酯可用作冷烫精的成分，比巯基乙酸配成的冷烫精具备了更多的有点。集保健美容于一体，氨基酸酯用于化妆品有很好的市场前景。1.2.5 在化学中的应用在多肽合成中，除了将参与反应的羧基活化外，其它不反应的羧基都存在一个保护 8其不参与反应的问题。羧基被保护以后，除了可以防止在肽合反应中带来的副反应以外，还可使氨基不能同羧基形成内盐而完全游离出来，从而便于其同羧酸组分反应形成肽键。一般是采用成酯的形式对羧基进行保护，可大大地提高氨基的活性和选择性，保护的羧基随后可在酸或碱催化下水解除去，偶尔酯基也可用热解反应消去 8，这对肽链合成的固定化酶技术和自动合成技术有着重大意义。华东交通大学毕业论文7 1.2.6 在离子液体制备中的应用在离子液体 9的制备中，氨基酸酯盐酸盐分别与硝酸盐、四氟硼酸盐、六氟硼酸盐。双三氟甲磺酰亚胺盐。硫氰酸盐经取代反应，或分别于三氯化铝、三氯化铁、氯化锌经直接液体加成分别制得。值得的氨基酸酯阳离子液体具有离子液体特征的同时也具有手性物质的特征，所需成本低，制备简单，无污染，适合大规模的工业化生产应用，很可能成为今后绿色化工方面重要的新型材料。1.3 氨基酸酯合成方法研究进展氨基酸是两性离子化合物 10，兼具有酸碱性，由于呈内盐形式，故几乎不溶于非极性溶剂。研究氨基酸酯的制备方法 11，目的是为了用其进一步来合成氨基酸酯衍生物 12，从而使其在各个领域得到更广泛的应用。1.3.1 氯化氢催化法1953 年，Howardsa 等 13用干燥的氯化氢作催化剂，制备了 L 型、D 型的谷氨酸苄酯和二苄酯盐酸盐，以及他们的游离酯，1989 年日本的 Ajioka 等 14进一步的改进了该工艺，同时，Stanley 等 15用该方法制备高纯度的苯丙氨酸甲酯，产率达到 9697%。1.3.2 浓硫酸催化法浓硫酸是普通羧酸酯化反应的一个经典催化剂，用于制备氨基酸酯时，得到的不是硫酸盐，而是硫酸单酯盐，其反应通式如下：反应的产物较复杂，分离难度增大。而且浓硫酸虽然价格便宜，催化活性较高，但是反应复杂，副产物多，后处理繁琐，且得到的产品色泽较深。然而在 2003 年，冯光炷等 16在以浓硫酸为催化剂，加入少量的聚乙二醇作相转移催化剂的条件下，用由菜籽粕水解制得的混合氨基酸浓缩液和月桂醇反应合成了混合氨基酸月桂醇酯。1.3.3 二氯亚砜法合成氨基酸酯的另一种有效的方法是通过氨基酸和二氯亚砜（SOCl 2）反应生成活性潘超：甘氨酸酯的合成与特性表征8 较高的酰氯（酰氯中羰基碳的正电性较高） ，然后与醇发生亲核取代反应生成相应的酯。1965 年，Ravindra 等 17用该方法合成了甘氨酸苄酯、苯丙氨酸苄酯、苄基半胱氨酸苄酯及谷氨酸二苄酯的盐酸盐。此外，蒋耀忠等用该方法合成了氨基酸甲酯；思洋等 18合成了丝氨酸、天冬氨酸、蛋氨酸、酪氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、甘氨酸、半胱氨酸的乙酯盐酸盐，以及丝氨酸、蛋氨酸、酪氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、及甘氨酸的甲酯盐酸盐；龙姝等 19制备了丙氨酸，苯丙氨酸，苯甘氨酸的乙酯等中间体。但是二氯亚砜的毒性较大，体系要求温度低，增加了工业上的成本，不利于工业化生产。1.3.4 三光气法光气的毒性很大，而三光气作为一种固体化学品，储存和运输都十分方便，是一种理想的光气替代品。由于它参加的化学反应条件温和，产物的选择性好，收率高，使用安全方便，俄罗斯的 Rivero20在 2001 年把三光气应用到了氨基酸酯的合成中，反应通式如下：此外，还有氯磺酸催化法 21，离子液体催化法 22，树脂催化法 23，沸石催化法 24，酶催化法 25，微波协助催化法 26等，限于篇幅问题，在此就不再一一详述。1.4 氨基酸酯合成路线的选择氨基酸属两性物质，在中性条件下，是以分子内的两性离子形式存在，具有不同于普通脂肪酸的性质，使其酯化反应比常规酯化方法要困难许多。在氨基酸酯化过程中，催化剂的使用直接影响酯化反应的速率和酯收率，并决定了酯化反应是否有工业化价值。本文通过查阅大量的文献，结合实验室硬件设施和本人操作能力，总结归纳出制备氨基酸酯的两种方法。1.4.1 浓磷酸催化法首先制得氨基酸盐酸盐，再加入浓磷酸和醇在 N2 保护下反应，即得所需产品。以二甘醇为例，反应方程式如下：NH2CH2COOH +HClHClNH 2CH2COOH 华东交通大学毕业论文9 HClNH2CH2COOH +HOCH2CH2OCH2CH2OH+HClNH2CH2COOCH2CH2OCH2