（应用化学专业论文）环状β氨基酸cispentacin的合成研究.pdf

y 6 2 4 7 9 1 摘要 环状b 氢基酸c i s p e n t a c i n 是种抗生素、抗菌素，在医药合成上是种重要的中问 体。本论文通过广一泛的查阅资料，确定了合成c i s p e n t a c i n 的方法为p a l m i e l y i 研 究小组的还原氨化法。该方法起始原料价格低廉易得，所生成的非对映体和顺 反对映体的选择性通过改变还原条件可以得到进一步的改善。这种方法的唯一缺 点是得到的产物需要用色谱仪纯化分离。但是研究发现：最后生成的主要的非对 应体1 ( r ，s ，s ) 或它的对映体能够从反应混合物中以h b r 盐的形式分离出来，并 得到很高的产率和光学纯度。另外论文对合成已二酸二乙酯的催化剂进行了选 择，确定了该反应的最佳时间、醇酸配比、带水剂的最佳用量、催化剂的最佳用 量。用还原氨化法合成了原料( + ) o 一苯基乙胺。确定合成c i s p e n t a c i n 的原料 2 - o x o c y c l o p e n t a n e c a r b o x y l a t e 的催化剂为钠，溶剂为甲苯及它们的用量。 关键词 c i s p e n t a c i n 已二酸二乙酯2 - o x o c y c l o p e n t a n e c a r b o x y l a t e a b s t r a c t a n n u l a rba m i n oa c i dc is p e n t a c i ni sak i n do i a n t i f u n g a l a n t i b i o t i c i ti sa n i m p o r t a n tp h a r m a c e u t i c a l i n t e r m e d f a t ei nt h e s y n t h e s iz a t i o n o f m a n yp h a r m a c e u t i c a l s 。 a f t e r c o n s u l t i n gm a n y l i t e r a t u r e s ，w ec h o s et h e f o l l o w i n gw a y t o s y n t h e s i z e c i s p e n t a c i n ：d i a s t e r e o s e l e c t i v er e d u c t i v ea m i n a t i o no f 2 - o x o c y c l o p e n t a n e c a r b o x y l a t e w i t h 一m e t h y l b e n z y l a m i n e ，l h i s m e t h o d r e p o r t e db yp a l m i e r iu t i l i z e si n e x p e n s i v ea n dr e a d i l ya v a j 1 a b es t a r t i n g m a t e r i a l s t h eo n l yd r a w b a c ko f t h i sm e t h o dist h e n e c e s s l t y o fa c h r o m a t o g r a p h i cp u r i f i c a t i o nt o i s o l a t et h ed e s i r e dd i a s t e r e o m e r t h i s t h e s i sa l s or e p o r t ss o m er e s e a r c hw o r ko 1t h es y n t h e s i z a t i o no fd i e t a d i p a t ea n dg e t st h ec o n c l u s i o i l o ft h em o s tr e a s o n a b l et j m e ，t h eb e s t p r o p o r t i o no fa c i da n da l c o h 0 1 t h e m o s tr e a s o n a b l eq u a l i t yo fc a t a y z e r i nt h i sc h e m i c a lr e a c t i o n a n da l s os y n t h e s i z e st h eo m e t h y l b e n z y l a m i d e a n d2 - o x o c y c l o p e n t a n e c a r b o x y l a t e 。 k e yw o r dc i s p e n t a c i n2 - o x o c y c l o p e n t a n e c a r b o x y l a t e d i e t a d i p a t e 硕士论文 环状b 氨基酸c i s p e n t a c i n 的台成2 j 研究 一 刖昂 “环状b 氨基酸c i s p e n t a c i n 的合成”属于医药中间体的合成类研究。【2 j 医药中间体不是指那些用于药物生产的基本化学原料，如乙醇，乙酸等， 而是指那些专门用来生产药品的关键原料，如用来生产头孢菌索的关键中 间体6 - a p a ( 6 - 氨基青霉烷酸) ，7 - a c a ( 7 - 氨基头孢烷酸) ，7 - a d c a ( 7 一 氨基去乙酰氧基头孢烷酸) ，各种头孢菌素侧链，以及用于喹诺酮类药品生 产的哌嗪及其衍生物等。据报道，近十年来，药业在中国年增氏率达 1 7 1 8 ，世界则为7 - 8 ，是增长率最高的行业，也即所谓的朝阳行业。医 药中间体是化学合成药的基础，同时也广泛用于由天然提取物和生物合成 而得到先导物的修饰中，所以医药中间体的发展快慢在一定程度上制约了 制药工业的发展，同时制药行业反过来也制约医药中间体行业的发展。 2 1 我国开发研究医药中间体的现状分析 ( 1 ) 投资规模在数百万至一两千万元之问，对个人和乡镇企业来说， 这种投资规模偏大，而对大企业如制药企业来说，规模又偏小。 ( 2 ) 开发医药中间体产品常常具有高风险下的高回报这- 特点，医药 中间体用途专一，而且不能直接进入消费市场，受制药企业的发展影响很 大，前期投入大、风险大、技术要求高，但旦市场成熟，回报率很高。 所以企业竞争激烈。例如由于我国生产含氟医药中间体企业太多，与二十 世纪9 0 年代相比，目前利润下降几倍甚至几十倍，竞争非常白热化。 ( 3 ) 医药中间体的生产还有一个特点是更新速度很快，一般生产3 5 年后利润率就下降，所以要求经营者对制药业有较深的理解，如何做到生 产一代、研制一代，储备一代，是经营者要解决的首要问题。过早介入新 产品的研制与开发，将造成资金的沉淀；然而由于市场容量相对较小，介 入过晚又会错过该产品销售的黄金时机。因此经营者应与国内外各大制药 公司、制药科研单位，各研究所保持良好的业务关系与个人关系。 2 2 我国医药中间体的发展目标 由于我国医药中间体的发展与医药工业的要求存在一定的差距，为了 缩小这种差距，我国医药中间体今后的发展目标主要是： ( 1 ) 开发生产国内目前还不能生产的中间体，如吡啶及衍生物、无 水哌嗪、丙酸等。 ( 2 ) 完善生产工艺，争取使需要部分进口的中间体完全能够自给自 足。如7 一a ca 、7 一adca 、间甲酚等。 ( 3 ) 改进某些产品的工艺水平，提高产品质量，降低生产成本，以 满足医药工业的需求。如：对氨基苯酚、d 对羟基苯甘氨酸和3 ，4 ， 硕l 论立 环状1 3 氨基酸c i s p e n t a c i n 的合成与_ _ f 究 5 一三甲氧基苯甲醛等。 ( 4 ) 适应原料药的发展趋势，重点发展以f 医药中间体：发展头孢 菌素，特别是第二代、第三代和第四代头孢菌素的中间体；发展第三代、 第四代喹诺酮类药物的中问体；发展新型抗高血压药物中州体：发展抗高 血脂药的中间体：发展抗溃疡药的l = l 问体；发展抗癌药及新型抗病毒药物 中间体；发展多种氨基酸；发展手性药物中间体；发展生物技术中问体以 及发展中枢神经药物中问体等。 另外，我国大部分医药中间体产品都供应出口，随着销售额名列前位 的多种专利药到期，它们的生产将全面展开，因此发展这些药品的中间体， 满足国内外的增长需求，也是我国医药中问体行业的发展方向。 2 3 我国医药中间体重点发展的品种： 1 吡啶 毗啶在农药与医药上用途广泛，虽然经过二十多年的努力发展，依然 无法满足我国吡啶及其衍生物的需求。因此毗啶的国产化生产任重而道 远。 1 ， 2 无水哌嗪 。 在医药工业中，无水哌嗪是合成氟哌酸、毗碾酸、环丙沙星等喹诺酮 类抗菌药物和利福平等哌嗪利福霉素抗生素的中间体。可做改善脑血管循 环药。现有产量与品种无法满足需求，每年进口数量很大。 3 丙酸 丙酸在医药与农药中用量相对较小，对丙酸的需求量只有1 5 0 0 吨。 全部从国外进口，国内虽然已成功开发丙酸生产技术，但关键设备仍需要 引进，因此，有必要把握时机，建设丙酸装置。 4 对氨基苯酚 对氨基苯酚在医药上主要用于合成扑热息痛，国内对氨基苯酚基本采 用铁粉还原法生产，成本低，价格便宜，而国外普遍采用的是硝基苯加氢 法，国内技术一直没有突破，所以有待发展。 5 d 一对羟基苯甘氨酸 d 一羟基苯甘氨酸的国内需求量在140o 一15 0 0 吨，每年都有 部分需要进口。 6 7 一adca 和gcle 7 一氨基去乙酰氧基头孢烷酸( 7 一adca ) 是半合成头孢菌素类抗生 索的母核之一。主要用于合成头孢氨苄、头孢羟氨苄、头孢拉定、头孢克 罗和头孢他美酯等。我国目前需求量500 吨左右，国内产量近400 屯， 2 硕士论文 环状1 3 氨基酸c i s p e n t a c i n 的合成j 研究 不足部分要靠进口。因此有必要发展7 一adca 的生产。 7 间甲酚 间甲酚在医药上用于生产2 ，4 ，6 一三甲苯酚，进而合成三f 干 基氢 醌，三甲基氢醌是合成维生素e 的主环。目前我国间甲酚的需求量在70 00 80 00 吨。由于我国问甲酚供不应求，每年从国外进i j ，20 0 0 年进口量近400 吨。 8 1 3 一胡萝h 素 b 一胡萝h 素是维生素a 前体，生产b 一胡萝h 素有三种方法：( 1 ) 化学合成法( 2 ) 盐藻提取法( 3 ) 生物发酵法，其中生物发酵法最好。 我国b 一胡萝h 素产量只有几百公斤，而实际需求量达l0o 吨。 9 多肽 多肽是指有2 个以上氨基酸用肽键组成的化合物，多肽在临床上使用 非常广泛，主要用于治疗癌症、hiv 病毒和免疫系统功能减退、对传统 抗生素产生抗体的感染以及疫苗等。 l o 辅酶q1 o 辅酶q10 ，又名“泛醌”，是一种存在于多种生物体内的脂溶性天 然维生素类物质。在我国产量很小( 年产仅几百公斤，提取法) ，故尽快 开发含辅酶q10 的保健品制剂，会给厂家带来可观利润。 本论文的目的是医药中间体环状o 氨基酸c i s p e n t a c i n 的合成。 2 4 氨基酸c i s p e n t a c i n 的性能及国内外研究现状 1 9 5 3 年，美国的化学家m i l l e rs l 的实验模拟原始地球上的大气成分， 用h 2 ，c i - h ，n h 3 和水蒸气等通过加热火花放电，第一次人工合成了氨基酸。 氨基酸是指那些羧酸分子中烃基的一个或几个氢原子被氨基取代的化合 物。根据氨基和羧基的相对位置不同，可分为n 一氨基酸、6 一氨基酸、y 一氨 基酸等等。其中a 一氨基酸在自然界中存在最广，也最为重要。它们是构成 蛋白质分子的基础。a 一氨基酸都是无色晶体，易溶于水而难溶于无水乙醇， 乙醚等有机溶剂。同时因为它们具有双极性的离子结构，所以比起其它相 同大小的有机物来，都具有较高的熔点，在熔化的同时发生分解。氨基酸 分子中含有氨基和羧基，所以它们同时具有氨基和羧基的典型性质。例如， 羧基可以发生酯化反应；氨基可以发生酰基化反应；氨基和亚硝酸作用可 转变为羟基等等。此外，由于同时含有羧基和氨基，两官能团还可以相互 影响，可以与酸生成盐也可以与碱生成盐，属两性物质。氨基酸的酸碱性 质对于了解许多蛋白质的性质很重要。甚至在决定蛋白质的氨基酸组成和 序列时，关于分离、鉴定和定量不同的氨基酸的技术，都是基于它们的酸 硕士论文环状b 氨基酸c i s p e n t a c i n 的合成与研究 碱特性。蛋白质中的氨基酸有l 一构型即a 构型和d 一构型即0 构型两种，它 们互为镜象，不能重叠。蛋白质在人体消化道里可以分解为人体需要的l 构型氨基酸，即0 构型氨基酸，然后被人体吸收。而不是d 一构型类的氨基 酸，所以人们常见的构成蛋白质的氨基酸是l 一构型，即a 类氨基酸。而它 的同类物b 氨基酸却没有a 氨基酸那样为大家所熟知，在应用上也没有环 状a 氨基酸来得那么重要。但它们也经常出现在缩氨酸，生物碱，抗生索 及各类大小不同的杂环中。它们自身自由的结构及其衍生物所表现出来的 令人兴趣盎然的医药性能使得合成许多立体同质异构体的脂环族类似物与 结构变型得以实现。 环状d 氨基酸常见的有： q c 0 0 h啶 等等i ”。 由于在合成环状且氨基酸之前，只在自然界中有它们的身影，所以直 到最近，大家对它们的研究还只停留在理论的探讨上。在属于环烷类的b 氨基酸中，最为引人注目的一种就是( 1 r ，2 s ) 一2 - 氨基环戊羧酸，英文名 撇( c i s p e n t a c i n ) ，【4 8 】c i s p e n t a c i n 是从肉汤或者是链霉素和仙人掌杆状 菌的发酵物中分离出来的抗菌素，它也是一种抗生素，对加拿大a l b i c a n s 表现出了良好的疗效。最值得注意的是它的结构和它的生物活性，是一种 重要的非蛋白基因环状b 氨基酸。目前已经发现了其在药物合成上的大量 应用，如在不对称合成的催化剂体系里，它的衍生物可以作为手性辅助物 或者作为配合物。 自然界中存在的c i s p e n t a c i n 因其简单自由的结构及其生物活性的特点 激发了人们对环状1 3 氨基酸的合成研究的兴趣，并想出各种各样的方法试 图合成它们。合成c i s p e n t a c i n 及其衍生物有多种方法，这些方法在概念与 原理上各不相同。有的是在c u r t i u s 重排和化学变型后通过化学分解或酶分 解得到它；有的是手性氨化物对a ，b 不饱和酶的m i c h a e l 加成；有的是 用甲基苄胺对2 - o x o c y c l o p e n t a n e c a r b o x y l a t e 的还原氨化。 。1 p a l m i e r i 及其同伴研究的还原氨化这种方法起始原料价格低廉易得，所 生成的非对映体和顺反对映体的选择性通过改变还原条件可以得到进一 步的改善，从而引起了我们的研究兴趣。这种方法的唯一缺点是得到的产 物需要用色谱仪纯化分离。但是p a l m i e r i 研究小组发现：最后生成的主要 4 硕士论文环状b 氨基酸c i s p e 。t 。c m 的各成t ，删究 的非对应体l ( r ，s ，s ) 或它的对映体能够从反应混合物中以h b r 盐的形式 分离出来，并得到很高的产率和光学纯度。 目前世界上，一些以合成环状b 氨基酸为主要目的的医药公司相继成 立，并开始商业运作。同时由于它们自身的医药的重要性，环状0 氨基酸 与许多不同大小的环不反应或者由于它们结构方面的限制，使得它们在改 进各类具有医药活性的氨基酸结构方面可以用做原料，来改变缩氨酸的结 构，这种方法也可以提高自然界中的缩氨酸的稳定性，加深对被接受体的 精细结构的研究。 从所查资料的情况来看，国内对此研究不多，资料缺乏，更甭提市场 化。有待进一步的发展。 三本论文采用的技术线路 本论文主要讲述了五元环烷0 氨基酸即c i s p e n t a c i n 的国内外研究现 状，合成方法路线的选择，实验条件的探索。 c i s p e n t a c i n 为一手性物质，手性是三维物体的基本属性之一。如果一个 物体不能与其镜像重合，该物体就被称为手性物体。物体的这两种形态称 为对映体。当不存在外部手性影响时，对映体一般具有相同的化学性质和 物理性质，只是它们的旋转平面偏振光的方向不同。手性物质的这个现象 称为光学活性。 合成c i s p e n t a c i n 及其衍生物有多种方法，这些方法在概念与原理上各 不相同。有的是在c u r t i u s 重排和化学变型后通过化学分解或酶分解得到目 标产物：有的是手性氨化物对a ，1 3 不饱和酶的m i c h a e l 加成：有的是用 q 甲基苄胺对2 - o x o c y c l o p e n t a n e c a r b o x y l a t e 的还原氨化。本课题研究 的方法是采用a 一甲基苄胺对2 - o x o c y c l o p e n t a n e c a r b o x y l a t e 的还原氨化 原理。正由于此工艺起始产物价格低廉易得，所生成的非对映体和顺反对 映体的选择性可以通过改变还原条件得到进一步的改善，从而引起了我们 的研究兴趣。这种方法的唯一缺点是得到的产物需要用色谱仪纯化分离。 但是最后生成的主要的非对应体l ( r ，s ，s ) 或它的对映体能够从反应混合 物中以h b r 盐的形式分离出来，并得到很高的产率和光学纯度。 要合成该化合物采取的全部路线如下： 3 1 第一步已二酸的制备 纯已二酸“”是无色单斜晶体，熔点1 5 3 。c 。氧化方法是制备羧酸的常 用方法，所以这里就采用氧化环已醇或环己酮的方法制备已二酸，而氧化 反应一般是放热反应，所以一定要控制反应条件。如控制不当不但要破坏 硕士论文 环状b 氨基簸c i s p e n t a c i n 的合成。i 研究 产物，使产率降低，有时还会有爆炸的危险。 反应式如下：( 方程式1 ) o h ( o ) 。co ， 耳节 () | |1 l + h o r 一”c 一( c h ，) e o h 反应步骤： 在2 5 m i 的二口圆底烧瓶里加入0 8 3 m 1 5 0 的h n o ；及1 m g 钒酸铵( 催化 剂) 。水浴预热到5 0 。c 后移去水浴锅，滴加2 3 滴的环己醇，安装回流 冷凝管，同时振荡，当烧瓶中出现棕色气体时说明反应开始，继续滴加剩 余环已醇，并不断振荡，反应过程中保持烧瓶内温度在5 0 6 0 。c 之间， 若温度偏高就加水冷却，反之则用温水浴加热。滴完环已醇后约1 5 m in ，在 8 0 9 0 。c 水浴里加热l o m i n ，直到无棕色气体生成为止。将反应物趁热倒 进小烧杯用冷水冷却，析出的已二酸晶体用洗耳球吸去微型抽滤瓶内空气 后减压抽滤，然后用3 m l 水洗涤产品。加水重结晶，烘干，得纯净白色棱状 已二酸晶体，将合成的己二酸的红外谱图与标准样的红外谱图相对比，寻 找特征峰，看二者是否一致。 3 2 第二步合成己二酸二乙酯 。7 1 已二酸二乙脂是无色油状液体，熔点1 8 。c ，沸点2 5 1 。c ，n 2 。d 1 4 2 7 0 d 4 1 0 0 9 ，溶于乙醇和其它有机溶剂，不溶于水。主要用做溶剂和有机合成 中的中间体，还可用于日常化学工业和食品工业。目前工业上大多采用以 硫酸为催化剂的合成方法，但由于硫酸腐蚀性较强，化学性质很活泼，反 应中的副产物较多，以致碳化，聚合，重排等现象时有发生。近年来不少 研究者积极探索用更好的催化剂来代替浓硫酸。已先后有研究者试用杂多 酸、阳离子交换树脂、硫酸铜、对甲苯磺酸等做该合成反应的催化剂。并 取得了较好的效果。对甲苯磺酸是种有机酸，无氧化性，无碳化作用，作 为酯化反应的催化剂时具有活性高，不腐蚀设备，减少污染等显著优点。 本论文就采用对甲苯磺酸作为该反应的催化剂。 反应式如下：( 方程式2 ) c o o h i ( c h 2 ) 4 + 2 c 2 h 5 0 h l c o o h p - t o l u e n es u l p h o n i c 6 c h 3 c o o c 2 h 5 ( c h 2 ) 4 i c o o c 2 h 5 顺士论文王；1 = 状b 氨箍酸c i s p e n t a c i n 的合成研究 实验步骤： 在装有温度计。回流冷凝管，油水分离器和搅拌器的5 0 0 m l 的四_ 瓶中 加入定量的已二酸、乙醇、对甲基苯磺酸和一定量的带水剂甲苯，在油 浴条件下进行回流，酯化反应的同时每隔一段时间分析一次反应液的酸值， 酸值的测定根据g b l 6 6 8 8 1 的方法进行。使得已二酸全部溶解后，在7 5 。 c 的温度下蒸出乙醇、甲苯和水的共沸混合物。当温度上升到7 8 。c 后， 停止加热，反应时间5 h ，反应结束后将反应液依次用水，n a 。c ( ) 。或者n a h c o 。 水溶液，水洗涤，目的是除去油中的水、盐还有酸，然后用无水硫酸钠或者 无水硫酸镁进行干燥。然后先常压蒸馏出甲苯，再进行减压蒸馏，收集1 3 6 1 3 8 。c 2 6 6 6 p a ( 2 0 m m h g ) 馏分，得到产量，算出产率。 3 3 第三步：克莱生酯缩台反应合成2 一o x o c y c l o p e n t a n e c a r b o x y l a t e 2 o x o c y c l o p e n t a n e c a r b o x y l a t e 的理化性质如下：b 1 61 0 5 5 1 0 7 5 ，bp 68 6 “8 7 。c ，b p1 0 2 i 0 4 已二酸二乙酯是种n 一碳上有氢原子的酯。凡是n 碳上有氢原子的酯， 在乙醇钠或其它碱性催化剂( 如氨化钠，钠，乙醇镁等) 存在下，都能进 行克莱森酯缩合反应。 这种反应是已二酸二乙酯的碳负离子对另一酯分子羰基的亲核加成一 消除的结果。也就是首先有乙醇钠的负离子与已二酸二乙酯的a 氢原子作 用，夺取酯分子中的一个a 氢原子，生成碳负离子，然后由所生成的碳负 离子再和另外一分子已二酸二乙酯的羰基发生亲核加成，所生成的中间产 物再消除一个乙氧基负离子( c 2 h 。0 - ) ，而生成取代产物1 3 一二羰基化合物。 克来生酯缩台反应的总结果是一个碳负离子的酰基化，生成了一个b 二羰 基化合物。 反应化学方程式如下：( 方程式3 ) o c o o c ，h 5 ( c h ，) 4 c o o c 2 h 5 n at o l u e n e a q h o a c 实验探索之一：( 方程式4 ) c o o e h 硕士论文环状b 氧基陵c i s 口c n 毛c i 。的台成j 研究 c o o c 2 h 5 i ( c h 2 ) 4 i c o o c 2 h 5 o o e t ”7 3 搅拌条件下，在三口烧瓶里加入4 2 9 镁粉，0 2 9 ：，02 9 h g c l 。到事 先蒸馏过的已去除水的4 0 m i 绝对乙醇中，这些物质进行化学反应，加热温 度控制在7 5 ，加热后明显会有气泡放出，1 5 m i n 后镁条溶解，乙醇盐形 成，蒸馏出乙醇制得m g ( o h ) 。，混合物继续回流1 5 m i n ，加入5 4 9 已二酸二 乙酯后在3 4 h 2 5 h 之内缓慢加热混合物到2 2 0 。c ，在真空下蒸馏出苯和 乙醇。冷却后，呈橄榄棕色，树脂状的混液加入到6 6 ，7 m l 的苯中，加热沸 腾1 5 m i n ，冷却至室温，开始离解这种混合物，添加含有中等浓度h c l 的冰 块，这种盐酸是用2 3 0 c m 3 浓盐酸制备的，分离后，水相在分液漏斗中摇动， 在正常压力下，把萃取物蒸馏出溶剂。粗酯减压蒸馏后可以得到纯的产物。 但由于这种方法需要用镁粉，而实验室里只有镁条，需要剪镁条，面剪得 的镁条因为无法很好地溶解在乙醇中，所以这种方法不好。 实验探索二： f ) c o o c v h 5 ( c h ，) 4 c o o c 2 h 5 n at o l u e n e a q h o a c c o o e e h 在2 5 0 m l 的三口圆底烧瓶上装上温度计，搅拌棒，1 0 0 m l 的滴液漏斗， 回流冷凝管( 冷凝管口用c a e l 。干燥) ，加入2 3 9 n a 和2 5 m l 于的甲苯，开 动搅拌棒，从滴液漏斗里加入2 0 2 9 已二酸二乙酯，耗时2 h ，一旦加入已 二酸二乙酯，反应即告开始，油浴温度维持在1 0 0 t 1 1 5 。c 之间，油浴时间 需大于5 h ，通过冷凝管上口再加入大约7 5 m l 1 0 0 m l 无水甲苯，反应混合 物冰冻冷却，并且慢慢倒入0 c ( 冰盐混合物) 的1 0 的醋酸中，甲苯层分 出，用水洗一次，1 0 n a 2 c 0 。溶液洗两次，再用水洗次，甲苯在常压下蒸 出，剩余物质减压蒸馏得到混合物。该混合物中除去其中的已二酸二乙酯 的方法：混合产品冷却到0 c ，同时制备0 c 的1 0 k o h 溶液，将产品倒入 之，混合物中加入水，一直加入到分离出的盐溶解为止，冷的碱性物质用 预士论文环状b 氮基酸c i s p e n l a c i n 的台成与咿向c 2 0 m l 的醚萃取两次，温度维持在0 c ，制得的碱性溶液在搅拌情况下倒入 9 0 m l1 0 乙酸乙酯中，温度也保持在0 。c ，分得的油层用4 0 m l 乙醚处理，水 层用2 5 m l 乙醚萃取。 3 4 第四步：( + ，一) 一n 一苯基乙胺的合成 外消旋体a 一苯基乙胺的合成是利用还原氨化反应加以实现的。 反应化学方程式如下：( 方程式5 殂) 岔8 - - c h 3 + 2 旷h 州一兮r 屿+ z 邺，哪 n h c 2 0 兮r l 一岔一h c 一。 岔+ n 删一f h 2 0 实验操作： 一只2 5 0 m l 圆底烧瓶接上蒸馏头和一支冷凝管，装配成一套简单的蒸 馏装置，所不同的是插在烧瓶小口的温度计要深入到反应溶液中，在烧瓶 中放入苯乙酮、甲酸铵以及一、二颗沸石，在通风橱中用电热套作为热源 加热反应混合物，在此加热期间，混合物会熔化，分成两相，同时开始蒸 馏，当反应混合物的温度达到1 5 0 1 5 5 。c 时，混合物变为均相，反应开始， 继续缓缓加热，直至反应混合物温度达到18 5 。c ，不得将混合物加热超过 这一温度，通常需要1 5 h 才能到达这一阶段，反应过程中可能会在冷凝管 中生成一些固体碳酸铵，不要让固体多到堵塞冷凝管的地步，停止加热并 将馏出物移至分液漏斗里，分出苯乙酮层并将其倒回到反应烧瓶里，若时 间允许，再加热1 5 h ，温度维持在1 8 5 。c 。 冷却反应混合物，用5 0 m l 水萃取，分出q 一苯乙基甲酰胺粗品并将其倒 回到原来的烧瓶中，水层用每份2 5 m l 的苯萃取2 次，保留苯提出物，弃取 水层，将苯提取物与a 一苯乙基甲酰胺合并并加入5 0 m l 浓盐酸。加热混合 物直至所有的苯全被蒸出，再将溶液回流4 0 m i n 。 将反应混合物冷却到室温，此时可能会析出一些晶体：若果然如此，加 9 硕i 论文 1 环状9 氨幕酸c i s p e n t a c i n 的台成j 州究 入使其溶解的最少量的水。用每份2 5 m i 的苯将反应混合物萃取三次，移置 水层到5 0 0 m l 的圆底三口烧瓶里，该烧瓶已经装配为可利用活蒸汽泫进行 水蒸气蒸馏之用。加入4 7 ，5 m 1 5 0 氢氧化钠溶液，开始水蒸气蒸馏，要确信 玻璃磨口接阳均已妥善涂上润滑脂以避免接头受碱性溶液作用而凝住，初 期蒸h 的馏出液是碱性的，要继续蒸馏到馏出液不对p h 试纸呈碱。降，约可 得3 0 0 m l 馏出液。 将含游离胺的馏出液用每份5 0 m l 的苯提取三次，移置苯提出物于锥型 瓶内，放入一些颗粒状的n a o h ，塞上塞子，使溶液干燥，游离胺能吸收空 气中的二氧化碳，故i f i ：4 , 心，要最大限度的减少游离胺暴露在空气中的时 间，用简单蒸馏法蒸馏干燥过的溶液，收集温度范围在1 8 0 1 9 0 。c 的胺， 计算百分产率，然后将样品装在附有标签的小玻璃瓶中，留待下一步拆分。 所用的拆分试剂是( + ) 一酒石酸，它与外消旋的n 苯基乙胺形成对映异构 的盐。 旋光纯的( + ) 一酒石酸在自然界颇为丰富，很容易从制酒过程中作为 一个副产物取得。非对映异构的盐( ) 一胺一( + ) 一酒石酸的晶体的溶解度 比( + ) 一胺( + ) 一酒石酸盐小，故它们从溶液中呈晶体析出。过滤取出品 体，并予以纯化，然后用稀碱处理此盐，使游离的( ) 胺再生。原则j ：， 以( + ) 一胺一( 十) 一酒石酸盐为主的母液也可加以提纯，最后叮得到另一个 非对映异构体的盐，该盐经过水解后将给出( + ) 一胺。 原料制备好后的反应是主要的反应，下面的反应是合成c i s p e m a c i n 的 最主要反应式：( 方程式6 甜 硕十论文环状0 氨幕酸c i s p e n t a c i n 的合成t i e d n a b h 4 a c i d m e o e n h 2 p h + a c i d h ，o + 代乏 i ( r ，s ，s ) 2 ，r ，s ) 3 ( s ，s ，s ) 4 ( r ，r ，s ) 3 0 h b r p r o p i o n i ca c i d h b r 56 3 5 第五步还原氨化反应最佳条件的选择： 研究发现，两种顺异构体的非对映体选择性和顺反选择性取决于酸， 溶剂，酸与底物的比例以及反应温度。 取一定数量的酸和所选择的溶剂在圆底烧瓶中混合，加入后冷却到0 。c ，随后加入一定t e 例的n a b i - h 。此混合物搅拌3 0 m i n 后加热到欲达温 度。纯化后的e n a m i n e 和特定量的溶剂一起加入，在同温下搅拌2h ，从中 抽取出约0 1 m 1 的样品，加入过量的饱和的n a 2 c 0 3 水溶液2 m l ，混合此混 合物后用2 m ! 乙酸萃取，然后用g c 分析，得出实验反应最佳条件。 3 6 第六步准备全四种纯的非对映体 0 3 4 克( 9 m m 0 1 ) n a b h 。加入到5 m l 的冰醋酸中，保持1 0 。c ，在此温 o e t 2 h b r 硕士论文 环状b 氨摹酸c i s p e n t a c i n 的合成i 州究 度下搅拌l h ，加入5 m la c e t o n i t r i l e ，混合物冷却到0 。c ，加入 e n a m i n e ( o 8 2 9 ，3 0 m m 0 1 ) 后搅拌2 h ，加入饱和的n a 2 c 0 3 水溶液( 5 0 m 1 ) ， 混合物用2 0m l 乙酸萃取2 次，萃取液用m g s o 。干燥，过滤，保留所有滤液。 取一定比例的有机物放进准备好的t l c 中的硅胶里进行分析，并用含有8 乙酸的正己烷溶剂洗涤2 次，得到纯的顺同分异构体。取其中的一部分进 行单独差向异构，然后2 7 m g ( s ，r ，s ) 异构体与无水的其中混合有7 4 m g ( 1 m m 0 1 ) 的tb u o l l 的t h f 溶剂在n ：存在的情况下，在此混合物中加入5 0m g ( 0 5m m o ) 的t - b u o h 。在室温卜搅拌6 h ，得到顺反比为1 ：1 2 的产品。 同样的条件f ，( r ，s ，s ) 异构体得到的比例是1 ：3 5 ，在此混合物中加入 5 m l b r i n e 溶液以及5 m l 乙酸，收集有机层，用m g s o 。干燥，反式异构体用 t l c 分离，再经过含1 2 乙酸的正已烷溶液洗涤得到纯的反式异构体。 3 7 第七步还原氨化及纯盐5 的分离 在5 0 0 m l 的圆底烧瓶中加入e t h y l2 - o x o c y c l o p e n t a n e c a r b o x y l a l e 甲苯和异丁酸在l o 秒钟的时间内加入s 一( 一) 卜苯基乙胺并保持内温o 3 0 。c ，得到云状的混合液，反应混合物加热到7 0 。c ( 在2 h 之内) ，然后 在n 。下回流2 h ，蒸馏出含有甲苯的共沸物。溶液再冷却到室温，加入到下 面制得的还原反应体系中。 在已装有异丁酸的5 0 0 m l 圆底烧瓶中加入n a b h 。，在n ：回流下，温度保 持在0 1 0 。c ，然后温度上升到1 5 2 0 。c ，搅拌o 5 h ，再冷却到0 。c 搅拌2 h 。反应在加入4 n 的h c l 后停止，移走有机层，水层用体积比为l ： 1 的乙酸和正已醇作成的溶剂洗涤，洗涤后用1 0 n 的n a o h 碱化到p h 值 为l o ，然后用乙酸萃取2 次。有机层则用饱和的n a c i 洗涤2 次。有机萃 取液冷却到0 。c 后，一滴一滴的加入丙酸和3 0 ( w w ) 的h b r ，所得 固体过滤后用乙酸洗涤2 次，母液和滤液合并在一起沉淀，悬浮物在0 。c 下搅拌1 h ，固体过滤并用乙酸洗涤2 次得到第二份产品，二次产品合并后 加入a c e t o n i t r i l e 并回流。溶液过滤并冷却到0 。c ，保持1 h ，悬浮物过滤后 用a c e t o n i t r i l e 洗涤2 次，固体进一步真空干燥得到白色晶体。 3 8 第八步氢化 在有n z 回流的氢化瓶中加入催化剂p d c ，乙醇和5 ，瓶子和h 2 相连，减 压，加热到5 0 。c ，使反应开始，此反应一般需要2 h ，2 h 后过滤掉催化剂， 滤液在真空下沉淀，得到糊状固体，这种固体在0 。c 的乙酸里结晶得到6 。 硕一 论立 环状b 氨基酸c i s p e m a c i n 的合成i 。研究 四本论文采用的技术线路论证 课题的初衷就是选择直接合成法合成c i s p e n t a c i n ，并对其进行1 _ 艺优 化，为国内c i s p e n t a c i n 的中试提供有益的参考( 合成线路见附图1 ) 。研究 c i s p e n t a c i n 的合成新路线成了摆在许多科研工作者面前最现实的问题。如何 采用更合理的方式生产c i s p e n t a c i n 也一直深受国内外许多生产厂家的高度 重视。 由于在合成环状b 氨基酸之前，只有自然界中有它们的身影，所以直 到最近，大家对它们的研究还只停留在理论的探讨上。在属于环烷类的b 氨基酸中，最为引人注目的一种就是( 1 r ，2 s ) 一2 - 氨基环戊羧酸。即 c i s p e n t a c i n ，合成c i s p e n t a e i n 及其衍生物有多种方法，这些方法在概念与 原理上各不相同。有的是在c u r t i u s 重排和化学变型后通过化学分解或酶分 解得到目标产物；有的是手性氨化物对n ，b 不饱和酶的m i c h a e l 加成； 有的是用。一甲基苄胺对2 - o x o c y c l q p e n t a n e c a r b o x y l a t e 的还原氢化。 p a l m i e r i 及其同伴研究的还原氨化这种方法由于起始原料价格低廉易得， 所生成的非对映体和顺反对映体的选择性可以通过改变还原条件得到进 一步的改善，从而引起了我们的研究兴趣。这种方法的唯一缺点是得到的 产物需要用色谱仪纯化分离。但是p a l m i e r i 研究小组发现：最后生成的主 要的非对应体1 ( r ，s ，s ) 或它的对映体能够从反应混合物中以h b r 盐的形 式分离出来，并得到很高的产率和光学纯度。 本论文主要讲述了五元环状b 氨基酸即c i s p e n t a c i n 的国内外研究现 状、合成方法路线选择、实验条件的探索。目前国际上合成c i s p e n t a c i n 的其它一些方法如下： 4 1 合成c i s p e n t a e i n 的方法之一：( 方程式7 殂、 q 一2 n a 2 c o ，贷。骂 1 ( ：) - 2 c h 2 。u l t r a s 。州。 n 】户h l 坻o ( ： h 八 n h 2 h c l _ 1 n a o e t l l 2 a q h c l 、c o o h 顺i ：论文 环状b 氢基酸c i s p c n t a c i n 的台成与研究 其中，c s i 为c h l o r o s u l p h o n y li s o c y a n a t e 的缩写 u l ，后来由于 c h l o r o s u t p h o n y li s o c y a n a t e 的合成原料中需要用到s 0 2 和a c e t o n i t r i l e ，两者 均为有毒物质，合成过程有大量的环境污染，考虑到环境因素以及对研究 者个人的身体的危害，所以决定放弃这种工艺。 4 2 合成c i s p e n t a c i n 的方法之二：( 方程式8 组) 合成线路如下： 。p h驰 p r 一 l i ( s ) 一5 2 b u 蛆6 ，。l 。b u p h 一。 图1 反应物：i ，2 一甲基丙稀 i i i ，d b u ：i v ，( s ) 5 四氢呋喃溶液 0 h 6 u t o b u ( 1s ，2 r ，e s ) 一4 h 2 s 0 4 ；i i ，l 一白氨酸一n ，n 一二醋酸，1 2 v ，2 ，6 一一二叔丁基苯酚。 p , h ：i 喊。一p 足唰卫冰 喊。且-6 7 。l 。b u t 马凸八。b 。 2 ( 1 r ，2 s ，a s ) - 3( 1 r ，a s ) 7 l 承。h ( 1 r ，2 s ) 一8 积 蛆 叫 砂。 。砂 硕j 二论文 环状0 氨基酸c i s p e n t a c i n 的台成与研究 图2 反廊物i ，( s ) - 5 的四氢呋哺溶液：i i ，2 ，6 一二扭 。基一酚6 ：i i i ，h2 ，p d c ，先川三氟己酰丙酮，然后用5 0 x 8 - - 2 0 0 离子交换树脂。 “通过研究非对应选择性共轭加成同手性酰胺锂，国外行始研究对映 选择性制备a 一烷基1 3 一氨基酸。这种化合物加入到很多的天然产物中 后，许多都表现出了让人感兴趣的生物活性。特别是自从( 一) 一( 1 r ，2 s ) - - 2 一氨基环戊烷一1 一羧酸c i s p e n t a c i n 被发现拥有潜在的抗菌活性后， 它也因此具有了商业利润。 首先合成制备c i s p e n t a c i n 的共轭受体叔丁基一环戊烷一羰化物2 。通 过碘化并对a 碘代酯消除h i ，然后再对环戊酸酯化后得到产率为3 6 的 g ，1 3 一不饱和酯2 。 为共轭加成质子化酰胺锂5 与非循环。一烷基受体而设计的程序在运 用到化合物2 上时结果不甚理想。因此，于7 8 在酰胺锂的甲苯溶液中 加成受体2 ，然后用四氢呋喃冲洗并用2 ，6 一二叔丁基苯酚使溶液骤冷可 得到产率8 4 的共轭加合物( 1 r ，2 s ，ns ) 一3 和( 1 s ，2 r ，as ) 一4 ， 比例为6 ：l 的混合物( 附图二) 然后在- - 9 5 下，在四氢呋喃中重复共轭加成，可以提供所需要的旋 光度为 d d 2 5 - - 6 9 1 的产物( 1 r ，2 s ，s ) 3 ，产率大于9 8 。虽然还 原产率只有6 5 ，但是通过在钯上对碳原子氢解可以很容易对共轭加成产 物( 1 r ，2 s ，s ) 一3 脱苄基而得到旋光度为 q 。”一5 6 的氨基酯( 1 r ， 2 s ) 一7 ，产率也可提高到7 5 ，用三氟乙酸氢解后通过离子交换色谱可以 得到分析纯c i s p e n t a c i n ( 1 r ，2 s ) 一8 ，总产率为4 7 。对化合物8 特殊 的旋光度和先前确定的旋光度比较，可以确切的将其构型定为( 1 r ，2 s ) 。 对映体过量超过9 8 使之可以归为这类物质，因为无论何种立体化学组成 都可以产生相应反式氨基酸。使用酰胺锂对应异构体( r ) 一5 重复麸轭加 成可以产生加合物( 1 s ，2 r ，or ) - - 3 ，它在相应的反式氨基酯( 1 r ，2 r ， dr ) 一9 存在的情况下在c l 上产生选择性差向异构，产率大于9 0 。 解构这种立体异构体经记算得过程近似单向，并且t r a n s 一1 3 一氨基酸( 1 r ， 2 r ) 一1 0 被分离出来，其h c l 盐的产率为6 2 。这种物质可以类似的看作 同手性，因为在基本条件下c 一2 上的差向异构现象并不明显。 产生类似产物的实验，如以环己酸为起始反应物，按照线路制备了环 己基共轭受体1 2 ( 产率3 0 ) 后，共轭加成在含有或不含苯基的四氢呋哺 硕j ：论文 环状1 3 氨基酸c i s p e n t a c i n 的台成j 研究 中进行( 图3 ) ，在反应产率( 7 0 ) 或非对映性过量( 9 5 ) 时产生的结 果没有不同，绝对或相对立体化学的顺环六氨基酯化合物( 1 s ，2 r ，。r ) 一1 3 被看成是类环戊基产物( 1 r ，2 s ，s ) 一3 。 p 人六 6 ，。酣 p 人h o 6 ，。l 。 | 1 、f v n h ，o 6 八。c ( 1 r 2 s ) 一1 0 反应物：i ( r )