（应用化学专业论文）氨基酸酯及其衍生物的合成.pdf

东南大学硕士学位论文 摘要 氨基酸酯及其衍生物的合成是近年来迅速发展起米的一个新研究领域，它们在医药、化工、食品、 农业等方面有着越来越广泛的应用，可用作药物中间体、食品添加剂、化妆品添加剂、矿物浮选剂和杀 菌灭虫合剂等，应用前景十分广阔。研究开发工艺可靠、成本合理的氨基酸酯及其衍生物制备技术具有 重要的理论和实际意义。 本文研究了1 2 种氨基酸酯的制各工艺，并对l 丝氨酸甲酯盐酸盐的合成作了较为系统的研究，继 而分别以甘氨酸乙酯盐酸盐和l - 丝氨酸甲酯盐酸盐为原料合成了n 苄基甘氨酸乙酯盐酸盐和环丝氨 酸。对产品进行熔点、旋光度、i r 、元素分析、1 h - n m r 和h p l c 等表征和含量分析，确定合成产物即 为目标产物，其主要质量指标己达到相关标准。 以氨基酸为原料采用亚硫酰氯法制备了1 2 种氨基酸甲( 乙) 酯盐酸盐，即l - 丝氨酸甲酯盐酸盐、 甘氨酸乙酯盐酸盐、甘氨酸甲酯盐酸盐、l - 缬氨酸甲酯盐酸盐、l 苯丙氨酸乙酯盐酸盐、l 苯丙氨酸甲 醋盐酸盐、l - 酪氨酸乙酯盐酸盐、l 一酪氨酸甲酯盐酸盐、l - 精氨酸甲酯二盐酸盐、l - 亮氨酸甲酯盐酸盐、 l 一蛋氨酸甲酯盐酸盐和l 丝氨酸乙酯盐酸盐等。 对亚硫酰氯法制各l 一丝氨酸甲酯盐酸盐的影响因素进行试验及优化，较佳工艺条件下酯化收率可 达8 5o 以上，产品含量9 8 o 。同时对n k c 一9 干氢树脂催化法制各l - 丝氨酸甲酯盐酸盐的工艺进 行试验及优化，较佳工艺条件下酯化收率可达6 2 o 以上，产品含量9 8o 。初步分析比较了亚硫酰 氯法和树脂催化法的工艺特点和发展趋势。 以甘氨酸乙酯盐酸盐为原料制备了n 一苄基甘氨酸乙酯盐酸盐。甘氨酸乙酯盐酸盐在碱性条件下与 苄氯反应生成n 一苄基甘氨酸乙酯，然后用h c l 气体处理可得到n 苄基甘氨酸乙酯盐酸盐。通过研究物 料配比、反应时间和反应温度对反应收率的影响，确定了较佳工艺条件，收率可达6 1 o 以上，产品含 量9 9 o 。 以l 丝氨酸甲酯盐酸盐为原料制各了环丝氨酸。l 丝氨酸甲酯盐酸盐和五氯化磷在氯仿溶剂中进 行氯代反应生成2 - 氨基一3 - 氯丙氨酸甲酯盐酸盐，后者和羟胺在碱性溶液中发生环合反应得到环丝氨酸。 分别对氯代和环合步骤的影响因素进行试验及优化，确定了较佳工艺条件，产品总收率可达4 6 7 以上， 产品含量 9 9 0 。为最终合成d - 环丝氨酸研究奠定了基础。 关键词：氨基酸酯、n - 苄基甘氨酸乙酯盐酸盐、环丝氨酸、酯化、台成 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t a m i n oa c i d se s t e r sa n dt h e i rd e r i v a t i v e s ，o fw h i c ht h es y n t h e s i sh a sr a p i d l yb e c o m ean e wr e s e a r c hf i e l d i nr e c e n ty e a r s ，h a v eb e e ne x t e n s i v e l yu s e da sm e d i c a ls e m i - p r o d u c t ，f o o da d d i t i v e s ，c o s m e t i ca d d i t i v e s ， m i n e r a lf l o t n i o na d d i t i v e s ，g e r m i c i d e s ，e t c ，s or e s e a r c ho nt h es y n t h e s i so fa m i n oa c i d se s t e r sa n dt h e i r d e r i v a t i v e sa r eo f g r e a ts i g n i f i c a n c eb o t hi nt h e o r e t i c a la n di np r a c t i c a ls i d e p r e p a r a t i o nt e c h n o l o g i e so fas e r i e so fa m i n oa c i d se s t e r sw e r es t u d i e ds y s t e m a t i c a l l y ，t h e nt h es y n t h e s i s o fn b e n z y lg l y c i n ee t h y le s t e rh y d r o c h l o r i d ea n dc y c l o s e r i n ew a sa l s os t u d i e du s i n gg l y c i n ee t h y le s t e r h y d r o c h l o r i d ea n dl s e r i n em e t h y le s t e rh y d r o c h l o r i d ea s r a wm a t e r i a lr e s p e c t i v e l yi nt h i s p a p e r f i n a l p r o d u c t sw e r ec h a r a c t e r i z e db ym e l t i n gp o i n td e t e r m i n a t i o n ，r o t a t i o nd e t e r m i n a t i o n ，i r , e l e m e n ta n a l y s i s ， 1 h - n m ra n dh p l ca n dt h e i rm a i nq u a l i t i e sc o r r e s p o n dt ot h er e l a t e ds t a n d a r d s e s t e f i f i c a t i o no fa m i n oa c i d su s i n gt h i o n y lc h l o r i d ea f f o r d st w e l v ea m i n oa c i d se s t e r sh y d r o c h l o r i d e ，s u c h a sl - s e r i n em e t h y le s t e rh y d r o c l d o r i d e ，g l y c i n ee t h y le s t e rh y d r o c h l o r i d e ，l v a l i n em e t h y le s t e rh y d r o c h l o r i d e ， l p h e n y l a l a n i n ee t h y le s t e rh y d r o c h l o r i d e ，l t y r o s i n ee t h y le s t e rh y d r o c h l o r i d e ，e t c t h ei n f l u e n t i c a lf a c t o r so n t h es y n t h e s i so fl - s e r i n em e t h y le s t e rh y d r o c h l o r i d ew i t ht h i o n y lc h l o r i d ew e r es t u d i e da n do p t i m i z e d t h e f i n a ly i e l dw a su pt o8 5 o a n dp u r i f i yw a sm o r et h a n9 8 o t h eo t h e rs y n t h e s i st e c h n o l o g y , e s t e r i f i c a t i o no f l s e r i n eu s i n gs t r o n ga c i dr e s i na sc a t a l y s tw a ss t u d i e da sw e l l i nt h eo p t i m u mr e a c t i o nc o n d i t i o n ，t h ey i e l d w a su pt o6 2 o a n dp u r i t i yw a sm o r et h a n9 8 0 t h e s e st w ot e c h n o l o g i e sw e r ea n a l y z e da n ds u m m a r i z e d n b e n z y lg l y c i n ee t h y le s t e rh y d r o c h l u r i d ew a sp r e p a r e df r o mg l y c i n ee t h y le s t e rh y d r o c h l o r i d eg l y c i n e e t h y le s t e rh y d r o c h l o r i d er e a c t e dw i t hb e n z y lc h l o r i d et og i v en b e n z y lg l y c i n ee t h y le s t e ri nt h ep r e s e n c eo f a l k a l i ，w h i c ht h e nw a st r e a t e dw i t hh y d r o c h l o r i cg a st oa f f o r dn b e i l z - y lg l y c i n ee t h y le s t e rh y d r o c h i o r i d e t h e e f f e c t so fs t u f fm o l a rr a t i o ，r e a c t i o nt i m ea n dt e m p r e t u r eo nt h ey i e l dw e r es t u d i e d t h ef i n a ly i e l dw a su pt o 6 1 0 a n dp u r i t yw a sm o r et h a n9 9 o c y c l o s e r i n ew a sp r o d u c e du s i n gl - s e r i n em e t h y le s t e rh y d r o c h l o r i d ea sr a wm a t e r i a l 。l - s e r i n em e t h y l e s t e rh y d r o c h l o r i d ew a sc h l o r i d i z e dw i t hp h o s p h o r u sp e n t a c h l o r i d et oa f f o r d2 - a m i n o 3 c h l o r i d ep r o p a n i ca c i d m e t h y le s t e rh y d r o c h l o r l d e ，w h i c hw a sc y c l i z e dw i t hh y d r o x y l a m i n ei n t h ep r e s e n c eo fa l k a l it o g i v e c y c l o s e r i n e t h ec o n d i t i o n so fc h l o r i n a t i o na n dc y c l i z a t i o nw e r eo p t i m i z e di ne a c hs t e po fr e a c t i o n ，t h et o t a l y i e l do fc y c l o s e r i n ew a s4 6 7 a n dp u r i t yw a sm o r et h a n9 9 o t h er o u t el a i da ne l e m e n t a r yf o u n d a t i o nf o r t h es t u d yo f d - c y c l o s e r i n es y n t h e s i s k e y w o r d s ：a m i n oa c i de s t e r s ；n b a n z y lg l y c i n ee t h y le s t e rh y d r o c h i o r i d e ；c y c l o s e r i o e ；e s t e r i f i c a t i o n ； s y n t h e s i s 第一章绪论 第一章绪论 1 1 氨基酸酯概述 氨基酸是羧酸分子中一个或一个以上氢原子被氨基取代后生成的化合物，其取代的位置有、p 、t 之分其中最常见的有2 0 种，它们都是羧酸分子中n 一碳原子上一个氢原子被氨基取代而生成的化 合物，故称为一氨基酸，结构通式如下： h n 尸 r k 芷o h n h 2 若r 不为氢原子，则该氨基酸具有不对称碳原子，因而具有光学活性。大多数a 一氨基酸都具有不 对称的碳原子，均具有光学活性，存在d 型和l 型两种对映体【”。 酯化是保护羧基的主要方法，它是以生成各种酯及其衍生物的形式来保护分子中结构环境不同的羧 基，以便分子其它部位进行特定反应。肽的台成给了羧基保护研究以极大的推动力【”。 研究氨基酸酯的制各方法，目的是为了用其进一步来合成氨基酸酯衍生物。这一工作，在我国研究 报道的很少，而在日本，自7 0 年代以来，已作了大量的研究和开发，它们被广泛应用于化工、医药、 食品等许多领域驯。 在医药工业中，氨基酸酯可用作药物或者药物中间体i 多种氨基酸酯可直接或间接地用于治疗不同 的病症，如苯丙氨酸酯可抗肿瘤，半胱氨酸月桂酯具镇咳、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；多种氨基酸酯可以用作局部 麻醉剂的成分，降低麻醉剂的副作用；氨基酸酯还具有强抗氧化性，使机体延缓衰老；氨基酸酯加入青 霉素g 和溶菌酶中可使青霉素g 和溶菌酶表现出强烈的抗菌力和溶菌力。 在食品工业中，氨基酸酯代替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；氨基酸酯用丁l 食品，还增加了其氨基酸的溶解性和酶催化的专一性，有利于机体的消化和吸收，起 营养和保健双重作用。 在化妆品工业中，氨基酸的多羟基酯、n - 单乙酰基酯等均被用于护发和护肤品中，显示了优秀的 乳化性、起泡性和增溶性，可使头发柔软、膨松、光泽而柔韧，使皮肤光滑柔嫩，氨基酸可渗入机体， 集保健美容于一体；又如半胱氨酸酯可用作冷烫精的成分。 在化工工业中，氨基酸酯可配成矿物浮选剂，用于分离n a c i 和k c l ；多种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活性作用，而且还具有抑制植物体内乙烯含量、抗微生物、抗氧化 性和软化纤维等特性。 在农药工业中，以氨基酸酯为主要成分可以制成多种杀菌灭虫合剂，它们很易被日光或被自然界的 微生物降解，在土壤、植物体内和果实中不留残毒，其降解物质还可以作为农作物的营养物质，提高农 作物的质量和产量。 1 1 1 氨基酸甲( 乙) 酯盐酸盐概述 1 1 1 1 氨基酸甲( 乙) 酯盐酸盐性质和用途 氨基酸是两性离子化台物 4 】，兼有酸碱性，由于呈内盐形式，故几乎不溶于非极性溶剂，且熔点很 高，当其酯化后，熔点降低，水溶性变大。氨基酸甲( 乙) 酯盐酸盐结构通式为： 东南大学硕士学位论文 r l 4 o r ( r 。一c h ，一c ：h ，) i n h 2 h c i 甲酯和乙酯作为羧酸的保护基对一系列合成操作都十分适用，如以酯的形式进行的烷基化反应和各 种缩合反应，随后酯基在酸或碱的催化下水解除去，偶尔酯基也可用热解反应消去【“。氨基酸甲( 乙) 酯盐酸盐用途如表】所示： 表1 氨基酸甲( 乙) 酯盐酸盐的用途 氮基酸甲( 乙) 酯盐酸盐用途 甘氨酸甲酯盐酸盐 甘氨酸乙酯盐酸盐 l 一亮氨酸甲酯盐酸盐 l 一蛋氨酸甲酯盐酸盐 l 一丝氨酸甲酯盐酸盐 l 一丝氨酸乙酯盐酸盐 l - 丙氨酸乙酯盐酸盐 l 酪氨酸甲酯盐酸盐 l 酪氨酸乙酯盐酸盐 l 一缬氨酸甲酯盐酸盐 l 苯丙氨酸甲酯盐酸盐 l 苯丙氨酸乙酯盐酸盐 l 半胱氨酸甲酯盐酸盐 l 半胱氨酸乙酯盐酸盐 l 精氨酸甲酯二盐酸盐 家用杀虫剂、除虫菊酯原料 农药中间体、合成消炎药及四唑乙酸等5 1 医药中间体 医药中间体 合成雷米普利的中间体 医药中间体、化妆品添加剂 合成抗菌药左氧氟沙星的中间体 医药中间体 毛发梳整剂 合成高血压药物缬沙坦的中间体 合成二肽甜昧剂阿巴斯甜的中间体 医药中间体 治疗支气管炎、鼻粘膜渗出性发炎等 增进羊毛生长速度 抑制溶解酵素聚合与失活的添加剂 l 1 1 2 氨基酸甲( 乙) 酯盐酸盐化学合成进展 化学合成法就是利用有机合成和化学工程相结合的技术生产或制各氨基酸酯的方法。它的最大优点 是工艺比较简单，成本较低，在氨基酸品种上不受限制，因而得到广泛应用。 氨基酸的酯化，大体可循两个途径来实现：一是游离氨基酸的直接酯化；二是将氨基保护后酯化， 再除去保护基团。前者步骤简单，但不适用于对酸热敏感的氨基酸；后者反应条件温和，可适用于所有 的氨基酸，但步骤烦杂。因此，选择反应步骤简单的游离氨基酸的直接酯化作为研究的对象。 直接酯化法通常是在酸催化下进行，常用的酸性催化剂为盐酸、硫酸、多聚磷酸、磺酸，此外，还 有阳离子交换树脂和固体超强酸等。要得到不同的氨基酸酯盐需用不同的酸催化。 ( 1 ) 氯化氢催化法 ( a ) h c l 气体催化氨基酸和无水醇的反应 f i s c h e re 【6 嗓用氨基酸( i ) 在h c i 气体的催4 - l t 同醇发生脱水反应生成氨基酸酯盐酸盐( i i ) 。 o o n r e l 一+ h - - o - - r 当r f “一8 一：。c c h 3 , - c 2 h 5 ) n h 2 n h 2 h c ! i 1 7 第一章绪论 此法具有催化作用强、无氧化性和挥发而易被除去等优点，但存在腐蚀性强、操作较为复杂等缺点， 不适合大规模工业化生产。 ( b ) 3 6 盐酸催化氨基酸和2 , 2 一二甲氧丙烷的反应 j u l i a n r 7 1 将氨基酸( i ) 悬浮于2 , 2 - 二甲氧丙烷( i i ) 中，加入3 6 盐酸反应制得氨基酸甲酯盐酸盐 ( ) 。 o c h 3o h ，c f i c h ，二塑堑i ! ! 皇- r 一乍h g 一。c h ， o c h 3 n h r h c i 此法不需要使用h c i 气体或特殊的干燥溶剂，收率较高，但2 , 2 一二甲氧丙烷价格较贵，限制了其大 规模生产操作。 ( 2 ) 亚硫酰氯法 b r e n n e rm 8 1 等将亚硫酰氯( i ) 同无水醇在低温下反应先生成氯化亚硫酸酯( i i ) ，i i 与氨基酸反应则 得到氨基酸酯盐酸盐( i ) 。 c 。- - 宵s - - c ，+ h - 0 - r 一c 。- - f s - - o 酣! = 盥= 旦旦 1 j + + 1酣= = 坐 = ：! - 此法步骤简单、产率高、副产物少，但仍存在着废酸处理问题。 jc j a i n 【8 1 将氨基酸( i ) 和无水醇在强酸性阳离子交换树脂作催化剂，无水硫酸钙为干燥除水剂作用 下进行酯化反应生成氨基酸酯( i i ) ，i i 用h c i 气体饱和的乙醚溶液处理后可得到氨酸酯盐酸盐( ) 。 r c h g - - o h + h - o - 墅墼丝! 翌旦or c h 一8 一o r 墨型皇i o r c h g o w ( r ：一c h 0 0 0 3，一c2h5)i 动 2 9 8 ，o 。 n k c - 9 千氢树脂催化法制备l - 丝氨酸甲酯盐酸盐的较佳工艺条件为：n ( 甲醇) ：n ( l ，丝氨酸) 为 3 4 6 ：1 0 ，树脂用量3 0 9 g l - 丝氨酸，石油醚用量9 5 m l gl - 丝氨酸，反应时问8 h ，酯化收率可达6 2 o 以上，产品含量9 8 0 。 ( 3 ) 比较了s o c l 2 法和n k c - 9 干氢树脂催化法制各氨基酸酯的工艺特点。s o c l 2 法工艺比较成熟、 收率较高，但尾气需进一步同收治理，而采用树脂催化法可从根本上减少环境污染，且树脂可重复使用， 能降低生产成本，用树脂催化氮基酸酯化是一种很有前途的绿色化学工艺。 东南大学硕士学位论文 第三章氨基酸酯衍生物的化学合成 3 1 前言 本章以氨基酸酯盐酸盐为原料来制备其衍生物，主要以甘氨酸乙酯盐酸盐和l - 丝氢酸甲酯盐酸盐 为代表，分别合成n 苄基甘氨酸乙酯和环丝氨酸。 n 苄基甘氨酸乙酯的化学合成方法主要有卤代乙酸乙酯法、叠氮乙酸乙酯法、乙醛酸乙酯乙基半 缩醛法和甘氨酸乙酯法。前三种方法或用到昂贵的起始原料，或使用加压反应条件等，不适合工业化生 产，而甘氨酸乙酯法原料成本低，合成路线简单。为此，我们对甘氨酸乙酯法进行研究，合成路线如下： i 2 c o o c 2 , 焦，c h 2 c o o c 2 h 5 o - - c h 2 - c i ， - o - c 一，一n n c h ：c 。c 。h ， n h 2 h c ih 2 由于n 。苄基甘氨酸乙酯不稳定，在室温下长时间放置很容易发生缩合反应生成物质i 4 3 1 , 所以最 终把n 苄基甘氨酸乙酯制成了稳定的n 苄基甘氨酸乙酯盐酸盐。 i 环丝氨酸的化学台成方法主要有丝氨酸甲酯盐酸盐法、l a - 一乙氧基亚乙基) - 亚氨氧一n 一溴代丙酸甲 酯法、d 1 三苯基甲基吖丙啶，2 甲酸甲酯法和乙酰氨基丙烯酸甲酯法。后三种方法起始原料昂贵，生 产成本高，均缺乏工业化价值，而丝氨酸甲酯盐酸盐法合成路线简单，收率较高，适合工业化生产。为 此，我们对丝氨酸甲酯盐酸盐法进行研究，合成路线 l n t ： h ：i h c i i 一。c h ，：! ! ：一i 比i h g 。c h ，- ：! 景 ： o i hk ，1 4 c 】 c 。l n 。h 2 h c i 2 “ n h ，】 l 3 2 药品及主要实验仪器 甘氨酸乙酯盐酸盐 自制 l 一丝氨酸甲酯盐酸盐 自制 羟胺盐酸盐 分析纯 苄氯、五氯化磷 化学纯 二甲基甲酰胺、四氢呋喃 分析纯 碳酸钾、硫酸钠、氢氧化钠 分析纯 无水甲醇、乙醇、乙醚、甲苯 分析纯 丙酮、氯仿、冰醋酸、二乙胺 分析纯 傅立叶变换红外光谱仪 v e c t o r 2 2 型 ，4 熔点1 4 5 1 4 7 ，含量 9 8 0 熔点1 6 4 。c 1 6 6 ，含量9 9 o 上海试四赫维化工有限公司 上海凌峰化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 中国医药( 集团) 上海化学试剂公司 南京化学试剂厂 上海化学试剂有限公司 德国布鲁克光谱仪器公司 c 一 牛z、u=o 一 一 u z 邺 明 第三章氨基酸酯 = 亍生物的化学合成 元素分析仪 高效液相色谱仪 b 型熔点管 c h n - o - r a p i d 型 h p 1 0 5 0 型 3 3n - 苄基甘氨酸乙酯盐酸盐的制备 3 3 1 实验方法 在2 5 0 m l - - - v i 烧瓶中，加入1 5 5 9 甘氨酸乙酯盐酸盐和1 0 0 m l n ，n - 一- - 甲基甲酰胺( d m f ) ，搅拌， 冰盐浴冷却到0 v 以下，加入2 5 0 9k 2 c 0 3 并滴加1 4 6 9 苄氯的d m f 溶液，在0 下反应l h ，然后升温 至6 0 。c 再反应4 h ，冷却后向溶液中加入3 0 0 m l 蒸馏水，混合物用乙酸乙酯( 1 0 0 m l x3 ) 萃取，分去 水层，有机层用蒸馏水( 3 0 0 m l 3 ) 洗涤，再用无水n a 2 s 0 4 干燥，过滤，减压蒸馏除去溶剂，得到油 状物。油状物溶于乙醚后，搅拌下通入干燥h c i 气体，直至沉淀析出完全，冷却，真空抽滤，于燥， 从丙酮中重结晶得1 4 3 9 n 一苄基甘氨酸乙酯盐酸盐，白色针状结晶，收率6 2 ，4 ，m 口9 5 。c 9 7 。c ( 未 校正) ( 文献【4 ”m p 9 6 。c 1 0 0 * c ) 。h p l c 测定产品含量9 9 0 ( 谱图见附图1 9 ) 。元素分析( ) ， 计算c 】h 1 6 c i n 0 2 ：c ，5 7 5 2 ：h ，7 0 2 ；n ，6 1 0 ；实验值：c ，5 7 2 1 ：h ，6 6 8 ：n ，6 0 5 。 3 3 2 结果与讨论 3 3 2 1 产物表征 ( 1 ) n - 苄基甘氨酸乙酯盐酸盐i r ( f ( b r 压片) 谱图( 如图3 1 ) 图31n 一苄基甘氨酸乙酯盐酸盐i r 谱图 3 0 0 0 2 2 0 0 c m ，( n h 2 + ) n - - h 伸缩振动；3 0 6 3 8 8 c m 一，苯环c - - h 伸缩振动； 2 9 9 3 7 2 c m ，2 9 5 60 5 c m ，c - - h 伸缩振动； 1 7 3 95 0 c m ，酯c = o 伸缩振动； 1 4 5 9 8 7 c m ，苯环c = c 伸缩振动； 1 2 4 3 8 8 c m ，c - - o c 伸缩振动。 由熔点、i r 、h p l c 和元素分析这些数据表明，甘氨酸乙酯盐酸盐法合成的产物即为n 一苄基甘氨 酸乙酯盐酸盐。 3 3 2 2 制备n 苄基甘氨酸乙酯盐酸盐的影响因素 ( 1 ) 物料配比的影响 2 5 东南大学硕士学位论文 反应物料的浓度是影响化学平衡的主要因素之一，因此，要将物料摩尔比选在一个比较合适的范围 内。甘氨酸乙酯盐酸盐和苄氯发生反应的化学计量关系为( 苄氯) ：n ( 甘氨酸乙酯盐酸盐) = 1 0 0 ：1 0 0 。为了 研究物料配比对产物收率的影响，将( 苄氯) ：n ( 甘氨酸乙酯盐酸盐) 分别设为10 0 ：1 0 0 、1 0 5 ：1 0 0 、1 1 0 ：1 0 0 和1 2 0 ：1 0 0 ，在6 0 下进行实验，结果见。表3 】。 表31 物料配比对产物收率的影响 序号 n ( 苄氯) ：n ( 甘氨酸乙酯盐酸盐) 产物收率胍 l 1 o o ：1o o 6 1 4 2 1 0 5 ：1 0 0 6 3 6 3 1 1 0 j 10 0 5 9 7 4 1 2 0 ：i 0 0 5 3 2 - - - - 由表3 1 可见，n n * , 4 n gk en ( 苄氯) ：n ( 甘氨酸乙酯盐酸盐) 的增大，产物收率逐渐上升，当物料 摩尔比大于1 0 5 ：1 0 0 时，产物收率反而下降，这是因为过量的苄氯和生成的产物n - 苄基甘氨酸乙酯进 一步缩合得n ，n - 二苄基甘氨酸乙酯。因此，将物料摩尔比n ( 苄氯) ：n ( 甘氨酸乙酯盐酸盐) 选择为1 0 5 ：1 0 0 较佳。 ( 2 ) 反应温度的影响 在甘氨酸乙酯和苄氯进行反应中，研究了反应温度对产物收率的影响。将反应温度分别设为3 0 。c 、 6 0 。c 、9 0 和1 2 06 c ，在n ( 苄氯) ：n ( 甘氨酸乙酯盐酸盐) 为1 0 5 ：10 0 条件下进行反应，结果见表3 2 。 表3 2 反应温度对产物收率的影响 编号 反应温度产物收率脱 产物熔点 产物色泽 l 3 0 5 6 3 9 0 9 2 白色 2 3 6 0 9 0 6 2 8 5 3 1 9 3 9 5 8 5 8 7 白色 浅黄色 4】2 0 3 9 5 8 2 8 4 深黄色 由表3 2 可见，随着反应温度的升高，产物的收率先上升后f 降。温度较低时，反应速度较慢；温 度较高时，甘氨酸乙酯和n 苄基甘氨酸乙酯都会发生自身缩聚反应而生成大量副产物，使产率下降， 因此取6 0 为较佳反应温度。 ( 3 ) 反应时间的影响 为研究反应时间对产物收率的影响，将反应时间分别设为2 h 、4 h 、6 h 和8 h 。在n ( 苄氯) ：n ( 甘氨酸 乙酯盐酸盐) 为1 0 5 ：1 0 0 ，反应温度6 0 条件下进行实验，结果见表3 3 。 表3 3 反应时间对产物收率的影响 序号 反应时间h 产物收率腻 一 1 2 5 46 2 3 4 6 6 1 3 5 9 4 4 8 5 2 9 由表3 3 可见，当反应进行到2 h 时收率较低，说明反应不完全，进行到4 h 时，产物收率最高，达 2 6 第三章氨基醢酯衍生物的化学台成 6 1 3 ，此后继续延长反应时间，收率反而下降，可能是n 苄基甘氨酸乙酯发生了分子间缩合反应生成 二哌嗪副产物。因此，反应时间选4 h 为较佳。 ( 4 ) 反应溶剂的影响 在n ( 苄氯) ：n ( 甘氨酸乙酯盐酸盐) 为1 0 5 ：10 0 ，反应温度6 0 c ，反应时间4 h 条件下，研究了以水、 氯仿和d m f 作反应溶剂时对反应的影响，结果见表3 4 。 表3 4 不同溶剂对产物收率的影响 溶剂收率胍 反应现象 萆取操作 水较低非均相反应 直接从反应液中分出有机层 氯仿 2 2 6均相反应反应液中加水洗涤萃取后分出有机层 d m f6 0 3均相反应 反应液中加乙酸乙酯分层后再用水洗涤分出有机层 由表3 4 可见，当反应溶剂为水时，因苄氯不溶于水，反应为非均相反应，反应速度较慢，收率较 低；反应溶剂为氯仿时，反应为均相反应，萃取操作简单，但产率不高；反应溶剂为d m f 时，反应为 均相反应，产物收率高，这可能是因为d m f 对脱卤化氢的反应具有催化作用，使反应容易进行，因此 选取d m f 作为反应溶剂。 ( 5 ) 后处理对产物收率的影响 f a l 用蒸馏水洗涤有机层时，尽可能少量多次，洗至有机层p h 基本为7 e ，否则会残留少量的碱t 影响产品的质量。 ( b ) 无水n a 2 s 0 4 干燥时，一定要干燥彻底，否则残余少量的水，在通入h c l 气体后，生成的n 苄 基甘氨酸乙酯盐酸盐极易溶于水，搅拌，固体为粘稠状，过滤困难，导致产率下降。 r c lh c i 气体通八量的多少直接影响产品质量和收率，当通入量不足时，生成粘稠物质，过滤和称 量困难，逐渐增加其通入量时，粘稠物开始固化，达到一定量时，便有固体沉淀生成，直到沉淀析出完 全，停止通气。 ( 6 ) 重结晶溶剂对产物收率的影响 重结晶是提纯固体有机化合物常用的方法之一。固体有机物在任何一种溶剂中的溶解度均随温度的 升高而增加，所以将一个有机物在某溶剂中，较高温度时制成饱和溶液，使其冷却到室温或室温以下， 即有同体析出。利用溶剂与被提纯物质和杂质的溶解度不同，止杂质全部或大部分留在溶液中，通过热 过滤，从而达到提纯的目的。显然选择合适的溶剂对于重结晶是很重要的一步。对于同一批次2 0 9 n 。 苄基甘氨酸乙酯盐酸盐粗品分别用5 m l 乙醇、丙酮和乙酸乙酯进行重结晶实验，结果见表3 5 a 表3 5 重结晶溶剂对产物收率的影响 溶剂种类 乙醇丙酮 乙酸乙酯 结晶速度缓慢 较快 侠 收率舶 8 28 5 9 0 熔点8 4 8 6 9 3 9 5 8 7 8 9 产物外观 浅粉固体白色固体 白色固体 由表3 5 可见，产品在三种溶剂中结晶速度快慢为乙酸乙酯 丙酮 乙醇，乙酸乙酯对产品的溶 解度较小，温度稍冷后溶液中马上出现沉淀，结晶速度快，产品中夹杂着其它杂质和溶剂，熔点较低， 不适合作重结晶溶剂；乙醇对产晶溶解度太大，晶体析出速度缓慢；从结晶速度和产品熔点两方面考虑， 2 7 东南大学硕士学位论文 丙酮是较佳的重结晶溶齐0 。 ( 7 ) 较佳工艺条件下的验证实验 由实验得到的较佳工艺条件为：n ( 苄氯) ：n ( 甘氨酸乙酯盐酸盐) 为1 0 5 ：1 0 0 ，反应温度6 0 c ，反应时 间4 h ，d m f 作反应溶剂。 在较佳工艺条件下，平行实验结果见表3 6 所示。 表3 6 较佳工艺条件下的平行实验 由表3 6 实验结果可见：三次平行实验n 一苄基甘氨酸乙酯盐酸盐收率都在6 1 以上。因此，实验 得出的较佳工艺条件有着较好的重复性，产物收率约为6 2 1 。 3 , 4 环丝氨酸的制各 3 4 1 实验方法 f 1 ) 2 氨基3 氯丙酸甲酯盐酸盐的制备 在配有搅拌器、温度计及一侧口连接橡皮管通往尾气吸收液( 防止h c i 气体外逸) 的2 5 0 m l 四口 烧瓶中，加入1 0 0 m l 氯仿、2 5 】g 研细的五氯化磷，冰盐浴冷却，搅拌，溶液成悬浮液，在1 0 。c 下， 分批加入1 6 0 9l 一丝氨酸甲酯盐酸盐，有大量h c i 气体放出，随着l 丝氨酸甲酯盐酸盐的不断加入溶 液由黄绿色悬浮液逐渐变自色悬浮液，在此温度下反应】h ，升温至1 5 。c 搅拌4 h ，再继续升温至4 5 。c 反 应，薄层层析法监测无l 一丝氨酸甲酯盐酸盐点出现时停止反应，反应液冷却至一5 。c ，减压抽滤、干燥， 用无水甲醇重结晶，得1 47 92 - 氨基- 3 氯丙酸甲酯盐酸盐，白色针状结晶，收率8 2 6 ，mp 1 5 4 1 5 6 ( 2 ( 未校正) ( 文献1 1 1 p1 5 4 。c ) ， a 曙= 7 8 。( c = 1 0 ，h 2 0 ) 。 ( 2 ) 环丝氨酸的制备 6 0 9 n a o h 溶于2 0 m l 水中，冷却到- 1 0 。c ，搅拌下3 n , z , 4 0 9 羟胺盐酸盐，控制反应温度在一1 09 c 以下，分批加入7 0 92 一氨基一3 一氯丙酸甲酯盐酸盐，一5 下搅拌反应3 h 后，然后在2 5 下反应1 h ，溶 液为浅黄色悬浮液。反应混合物再次冷却到一1 0 。c ，用饱和h c l 一乙醇溶液调节反应液p h 值为5 6 ， 溶液为白色悬浮液，然后滴加8 0 9 事先冷却至0 。c 的二乙胺，在此温度下反应l h ，随后将碱性反应液 加到事先预热至6 0 。c 的1 6 0 m l 无水乙醇中，保温1 5 r a i n ，再次冷却至0 ，- - 4 。c ，过滤除去氯化钠沉淀， 浅黄色滤液中加冰醋酸调p h 值为6 0 ，则析出大量结晶，置于冰箱中冷却过夜，真空抽滤、干燥，从 水丙酮中重结晶得2 4 9 环丝氨酸，白色晶体，收率5 94 ，1 1 1 p 1 5 2 1 5 4 。c ( 未校正) ( 文献3 0 1 mp 1 5 0 。c 1 5 2 ) ，旋光度 a 瑶= 一9 9 8 。( c - 10 ，h 2 0 ) ( 文献”1 d 瑶= 一1 1 5 。( c = 1 0 ，h 2 0 ) ) 。 h p l c 测定产品含量为9 9 5 ( 谱图见附图2 0 ) 。元素分析( ) ，计算c 3 h 6 n 2 0 2 ：c ，3 5 2 9 ；h ，5 ，9 2 ； n ，2 7 4 4 ；实验值：c ，3 4 9 1 ；h ，5 5 8 ；n ，2 68 7 。 3 4 2 结果与讨论 3 4 2 1 产物表征 ( 1 ) 2 - 氨基一3 - 氯丙酸甲酯盐酸盐f r ( k b r 压片) 谱图( 如图3 2 ) 2 8 、鼍 第三章氨基酸酯新生物的化学合成 需1 o ； 一罩 瓣li ； ! ! ! 一一! ! 一一： 2 5 0 0 2 0 。o w a v 钟u m b e r 一1 i 露鋈篓鳃鬻 1 5 0 0 伯0 0 图3 22 - 氨基一3 氯丙酸甲酯盐酸盐i r 谱图 | i = 目 强 一 5 0 0 3 0 0 0 c m 一- - 2 8 4 1 9 9 c m ，c h 伸缩振动； 2 6 4 3 1 6 c m ，( n h 3 + ) n - - h 伸缩振动 1 7 5 08 6 c m - 1 ，酯c = o 伸缩振动； 1 5 1 8 0 7 c m ，( n h 3 + ) n - - h 弯曲振动 2 5 07 1 c m ，c o c 伸缩振动； 7 9 22 0 c m ，c - - c i 伸缩振动频率。 i r 数据表明，l 丝氨酸甲酯盐酸盐中羟基峰消失，说明羟基发生了氯代反应。 ( 2 ) 环丝氨酸i r ( k b r 压片1 谱圈( 如图3 3 ) 图3 3 环丝氨酸i r 谱图 3 4 4 5 7 4 c m ，亚胺基n h 伸缩振动；2 9 5 0 6 7 c m ，c h 伸缩振动 1 6 3 2 2 9 c m ，4 , 1 ，酰胺c = o 振动；1 4 0 62 8 c m 一，c h 弯曲振动 1 5 3 2 4 5 c m 、1 5 5 5 0 8 c m ，仲酰胺n h 弯曲振动。 ( 3 ) 环丝氨酸1 h ，n m r 谱图( 如图34 ) 一 jl j o “ n p o r ” 一829ls o m*bm柏o帅拈” 8|5c口pi 东南大学硕士学位论文 蚓d = i 1 一1 一一1 1 一t 一7 r 一t 一一t t 1 一 图3 4 环丝氨酸1 h _ n m r 谱图 h - n m r ( d 2 0 ，5 0 0 m h z ，p p m ) 6 4 15 4 1 8 ( 1 h ，m ，- - c h 2 一) ； 环丝氨酸结构式 642 6 4 2 9 ( 1 h ，m ，一c h 2 一) ； o l n i t 64 , 4 7 4 5 0 ( 1h m ，一c h 一) 。 环丝氨酸结构式中有六个氢原子，但在核磁共振氢谱中未见到氨基及亚胺基中氢原子信号峰出现， 主要是因为环丝氨酸是两性离子化台物，在水中主要以偶极离子形式( 1 ) 存在。测试时，使用重水会 使氨基中氢原子与重水中重氢原子发生交换，形成i i ，因此无氨基氢原子信号出现，而只出现了亚甲基 和次甲基上氢原子信号峰，其中亚甲基上两个氢原子由于受到手性碳原子上氢的影响而存在一些差异， 使得两个氢原子信号峰略微分开。重氢交换反应如下： 0 h 3 n o o e + d 2 0 葚 i i o 女e + h 2 0 合成产物1 h n m r 谱图与d 一环丝氨酸标准样品1 h n l v i r 谱图( 如l 割3 5 ) 一致。 jn l ia r ：了一。1 一1 + 一1 f 1 1 r 一一1 1 一一r 1 一r 一一1 一一 图3 5d 环丝氨酸标准样品1 h - n m r 谱图 汪 h 9 资 ) 迁 第三章氨基酸醢衍生物的化学台成 由熔点、i l l 、h p l c 、元素分析和1 h - n m r 这些数据表明，丝氨酸甲酯盐酸盐法合成的产物即为环 丝氨酸。 3 4 2 2 制各2 氨基一3 一氯丙酸甲酯盐酸盐的影响因素 ( 1 ) 原料配比的影响 在原料摩尔配比n ( p c i 5 ) ：n ( l 丝氨酸甲酯盐酸盐) 分别为i o ：1 0 、i 1 ：1 0 、1 2 ：1 0 和1 3 ：1 0 的条件下， 进行了一系列原料配比影响实验，反应时间为8 h ，结果如图3 6 所示。 8 2 n - 8 0 蓑 址7 8 7 6 ug l1l 1 z l3 l _ 4 物料摩尔配比 图3 6 物料摩尔配比对产物收率的影响 由图3 6 可见，随着原料摩尔比从1 0 上升到1 1 时，收率增加较快，主要是因为p c i 5 过量有利于 l 丝氢酸甲酯盐酸盐充分转化，当物料配比达到1 1 之后，产率略微下降，主要由于p c i 5 过量太多，会 使得未反应的p c i s 夹杂在产物中，降低了产品纯度，同时增加了重结晶次数，综合以上因素，选取 n ( p c i 5 ) ：n ( l 丝氨酸甲酯盐酸盐) 为】i 为较佳原料摩尔配比。 ( 2 ) 反应温度的影啊 由于氯化反应为放热反应，因此采取冷却条件下加入l 一丝氨酸甲酯盐酸盐，待反应体系放热完成 后再升温反应。在原料摩尔配比n ( p c i 5 ) ：n ( l 一丝氨酸甲酯盐酸盐) 为1 】：10 ，1 5 c 下反应4 h 条件下，考 察了1 5 下继续反应2 h 和分别升温至4 5 。c 、6 0 c ；j f u8 0 c 反应2 h 时，反应温度对产物收率的影响，结 果如图3 7 。 o2 04 0b u8 ul o o 反应温度v 图3 7 反应温度对产物收率的影响 由图3 7 可见，产物收率随着反应温度升高先增加后下降，在4 5 。c 时产率达到最大。这是因为，在 反应后期，反应物浓度较低，反应较慢，升高反应温度，反应速度加快，在相同时间内，产物收率增加， 如果继续升温，反应速度继续加快，但副产物生成速度同时也加快，此时反应液颜色逐渐加深，由4 5 的白色逐渐变为6 0 的浅黄色，再变为8 0 。c 的棕红色，最终使得产物收率下降