（化学工程专业论文）D青霉胺的外消旋化和L青霉胺的制备研究.pdf

摘要 l 一青霉胺是一种特效药物的中问体，用于合成h i v 一1 蛋白酶抑制剂， 具有很强的抗病毒能力，对艾滋病有明显的预防和治疗作用。从结构上可 以看出，l 一青霉胺属于氨基酸类化合物，含有一个活性碳原子。目前国内 仅有d 一青霉胺的生产。本课题着力于缩短原有生产外消旋体青霉胺和l 一 青霉胺的工艺，主要研究以d 一青霉胺为原料，乙酰氯为酰化剂，酰化得到 外消旋体乙酰d 、l 一青霉胺，产率为7 4 6 。乙酰一d 、l 一青霉胺在盐酸中水 解得到外消旋体d 、l 一青霉胺，产率为7 6 2 。采用优先结晶法，逆向结晶 法和生成非对映体盐的方法来拆分d 、l 一青霉胺，但都没能拆分成功。 本研究在采用l 一( + ) 一氯霉胺为拆分剂，利用化学法直接拆分乙酰一d 、 l 一青霉胺，获得了成功。该法拆分效果好，乙酰一l 一青霉胺的产率高，达到 9 1 7 2 ，拆分试剂l 一( + ) 一氯霉胺的回收率为9 0 4 ，并且拆分后得到的 乙酰一l 一青霉胺在盐酸中水解制备出l 一青霉胺，产率为7 1 4 ，纯度为 9 7 3 4 。 本文探讨了溶剂量，化学试剂量，反应温度，反应时间对乙酰一d 、l 一 青霉胺产率的影响；同时探讨了温度与时间对d 一青霉胺的消旋化进程的影 响，得出了消旋过程的动力学方程；以及乙酰一l 一青霉胺水解阶段盐酸的 浓度，回流时间，p h 值及其它因素对l 一青霉胺产率的影响，总结出了制备 l 一青霉胺的最佳工艺条件。 关键词：青霉胺，外消旋，拆分，水解 a b s t r a c t l - p e n i c i l l a m i n ec a nb eu s e dt os y n t h e s i st h ei n h i b i t o rf o rh i v 一1g l a i r e n z y m e a sam e d i c i n e i n t e r m e d i a t e w i t hg o o de f f e c t ，w h i c hh a v et h e c a p a b i l i t y t o p r e v e n ta n dt r e a t t h ea i d s f r o mt h es t r u e t u r eo ft h e p e n i c i l l a m i n e ，w h i c hb e l o n g st oa m i n oa c i d i th a so n eca n dap a i ro f e n a n t i o m e r i ci s o m e r s a tp r e s e n t ，t h e r ei so n l yt h ed - p e n i e i l l i a m i n ei n t h ed o m e s t i c an e wp r o c e s sw a so f f e r e di ns t u d y i n gt h ep r o c e s so f r a c e m i z a t i o no fd - p e n i c i l l a m i n ea n dt h ep r e p a r eo fl - p e n i c i l l a m i n e ，w h i c h w a sd if f e r e n tf r o mt h e o l dp r o c e s s i tw a sm a i n l ys t u d i e dt h a t a c e t y l d ，l - p e n i c i l l a m i n ew a sp r e p a r e d f r o md - p e n i c i l l a m i n ea n dt h e a c e t y l c h l o r i d e i s a c e t y l i z i n ga g e n t t h ey i i e i i d o f a c e t y l d l - p e n i c i l l a m i n ei s7 4 6 d ，l p e n i c i l l a m i n ew a sp r e p a r e da f t e r t h ea c e t y i - d ，l - - p e n i c i l l a m i n ew a sh y d r o l y z e di nt h eh y d r o c h l o r i ca c i d ，t h e v i e l i do fd ，l p e n i c i l l a m i n ei s7 6 2 l 一( + ) - n ，n - d y m e t h y l 一4 一n i t r o p h e n y l 一0 一h y d r o x i s o b u t y a m i n e w a su s e d f o rt h er e s l u t i o no fa c e t y l d ，l - p e n i c i l l a m i n ei nt h ep a p e r ，t h er e c o v e r y o fl 一( + ) 一n 。n - d y m e t h y l 一4 一n it r o p h e n y l a h y d r o x is o b u t y a m i n eis9 0 4 a n d t h el p e n i c i l l a m i n ew a sp r e p a r e da f t e rt h ea c e t y l l - p e n i c i l l a m i n ew a s h y d r o l y z e d i nt h e h y d r o c h l o r i ca c i d ，t h ey i e li d a n d t h ep u r i t yo f l p e n i c i l f a m i n ea r e7 1 4 a n d9 7 3 r e s p e c t i v e l y t h i sp a p e rd i s e u s s e dt h ei n f l u e n c eo ft h ea c t i o nt e m p e r a t u r ea n dt i m e o no p t i c a l l yi n a c t i v a t i n gd - p e n i c i l l a m i n et or a c e m i c ，a n dg e t t i n gt h e d y n a m i c se q u a t i o no ft h er a c e m i z a t i o n ，w h i l er e s p e c t i v e l yd i s c u s s i n gt h e i n f l u e n c eo ft h eq u a n t i t yo fs o l v e n t ，q u a n t i t yo fa c e t y lc h l o r i d e ， t e m p e r a t u r e ，r e a c t i o nt i m ef o rr a c e m i z a t i o n ，q u a n t i t yo fh y d r o c h l o r i c a c i d t h ec i r c u m f l u e n c et i m e ， p ha n do t h e r sf a c t o r so nt h ey i e l do ft h e l - p e n i e i l l a m i n e ，a n dg e t t in g t h ed y n a m i c s e q u a t i o no ft h ea c e t y l l - p e n i c i l l a m i n e s t h e h y d r o l y z ep r o c e s s f i n a l l y i tc o n c l u d e o p t i m a l c o n d i t i o n sf o rt h ep r e p a r eo fl - p e n i c i l l a m i n e k e y w o r d s ：p e n i c i l l a m i n e ，r a c e m i z a t i o n ，r e s o l u t i o n ，h y d r o l y z e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者虢互啸 签字蹶，6 年历晌 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解壶昌太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权直昌盍 堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位沦文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权二| = ；) 学位论文作者签名 奋( 痴 签字刚胡：o 年岛c 唁 学位论文作者毕业后去向 工作单位 通讯地址 导师虢朗，增舌 签字日期：扩年6 月日 电话 邮编 第一部分文献综述 青霉胺，英文名为p e n i c i l l a m i n e ，化学名为2 一氨基一3 巯基一3 一甲基丁羧 酸。常见的同名词有：b ，b 一二甲基半胱胺酸，b 一巯基颉氨酸和2 一氨基一3 巯基 异戊酸，其分子式为( c h 3 ) 2 c ( s h ) 一c h ( n h 2 ) 一c o o h ，分子量为1 4 9 ，根据它的结构 应归属于氨基酸系列，是一种非天然的氨基酸。 青霉胺是一种具有光学活性的物质，具有d 一型、l 一型及d 、l 一型。d 一青霉胺 是一种无色粉末状晶体，具有氨基硫的微弱气味，易溶于水，微溶于乙醇，几乎 不溶于乙醚、氯仿、四氯化碳、脂肪族或芳烃，分解熔点为2 0 1 2 0 6 ( 气化凝 固熔点装置，初温1 9 5 ，再以2 m i n 速度加热) ；在l m o l 1 氢氧化钠浓液 5 9 l o o m l 中为右旋。用于药中的纯d 一青霉胺的旋光度为一6 2 5 0 _ 一一6 3 5 0 ( 在 2 0 。c ，n 矿d 灯= 5 8 9 n m ) ：l - 青霉胺的分解熔点为2 0 0 2 0 4 。c ，在l m o l 1 氢氧化 钠浓液 5 9 l o o m l 中为左旋，比旋度为+ 6 2 5 0 _ + 6 3 5 。( 在2 0 ，n a d 灯 = 5 8 9 n m ) ：d 、l - 青霉胺分解熔点为2 0 1 ，比旋度为0 。1 。 首先发现的是d 一青霉胺，在1 9 4 3 年，a b r a h a m 等在研究青霉素结构时，发 现所有的青霉素都能得到一种共同的降解产物，因不知它的确切结构，分子中又 存在着氨基基团，就称该产物为“青霉胺”0 1 “。后来，c o r g f o r t h 提出该物质的 结构为0 ，b 一二甲基半胱胺酸结构“1 ，a b r a h a m 等在对其反应与合成研究中证实 了c o r g f o r t h 所提出的物质的结构。 最初青霉胺唯一的作用是在全合成青霉素中，它是青霉素结构单元的中心， 是一种关键性物质，可以用来阐明青霉素的结构；到1 9 5 6 年，首次作为一种螯 合剂引入药中，用以促进除去高于生理浓度的重金属( w i l s i o n s 疾病的治疗) 及非生理重金属( 重金属中毒的解毒剂) ，因它没有抗生素的活性”“1 。渐渐地， d 一青霉胺变得越来越重要，成了治疗风湿性关节炎( 慢性多关节炎) 的基本治疗 剂”。，并还有些新的治疗迹象，如：用于治疗慢性侵略性肝炎和巩膜溃疡。1 。 另外，近年人们研究发现d 一青霉胺对早产儿视网膜疾病也有预防作用。 随着对青霉胺的进一步研究，发现l 一青霉胺比d 一青霉胺更具药用价值，可 作为痉挛和惊厥的诱导剂，还可用于新的研究和新药药理，毒性实验，亦用作治 疗艾滋病药品生产的原料“；国内目前尚无此产品，国外正在寻问此药。因此， 有必要对l 一青霉胺的制备进行研究。 1 d - 青霉胺的生理功能及其应用 d 一青霉胺的生化特性主要建立在涉及到氨基与巯基的三个典型的反应上。 1 1d - 青霉胺与重金属离子的螯合反应 青霉胺是一种很强的络合剂，能与大多数重金属离子反应，尤其那些跟s 具有亲 合力的重金属，都能进行反应生成螯和物，形成l ：1 的螯和形式( 如图1 中的1 ) 。 譬如可以和c u 。螯合，形成( 1 ) 和( 2 ) 型的l ：l 络合物，及2 ：1 的( 3 ) 型式； 有时也可与其它的重金属离子形成3 ：i 型络合物“。青霉胺与重金属的螯合形式 如下： c 0 0 h早o o h 。肆m l +。，叶hc = - q - n h 一趣m ch，ch， 印o h掣3 屿m 哿3 ch3亡ooh ( 1j( 2 )( 3 ) 根据具有可形成络合构形的官能团的数量，d 一青霉胺具有双配位基如( 1 ) 或 三配位基向心配合体如( 2 ) 的功能，可与生理金属离子譬如：铜，锌，铁，钴， 锰及镍等构成络合形式，这也是它可作为金属解毒剂的原因。它与重金属形成易 除去的螯合构型，从而达到解毒的效果。如：汞或铅的化合物，就可以通过用 d 一青霉胺来取代锌或其它生化金属，可以避免因使用锌或其它生化金属来解毒所 造成的副面效应。 还如在治疗w i l s o n s 病中，d 一青霉胺的治疗活性就是基于它与朊缀铜螫合， 形成的螯合构型具有快速排泄的特点，从而达到治病的效果“1 ”1 。 1 2d _ 青霉胺与二硫代物的交换反应 d 一青霉胺可与有机组织中的二硫代物反应，形成d 一青霉胺二硫代物及游离 的硫赶( 5 ) ，d 一青霉胺再与生成的硫赶反应，得到二硫代青霉胺“。d 一青霉胺与 二硫化物的交换方式如下： 细+ r 兮一+ 一 ( 4 )圆 9 h + - s - s - r s 一 一s h ( 5 ) 君b h ：n 青酶胺 在治疗c y s t i n u r i a n o 及伴随的尿结石( 胱胺酸) 时，这交换反应起到决定 性的作用，d 一青霉胺和l 一半胱胺酸反应，形成二硫代物的混合物及对称的二硫 代物的构型，形成的物质比胱胺酸易溶解的多，因而可被除去。 类似的交换反应在蛋白质分子间通过s s 键链接同样也能发生，如：免疫球 朊，病理学巨球朊( 风湿因素) ，及风湿性关节炎的硬化，交换反应在这些病理 中都起着重要的角色。巨球朊依据上图的反应过程，发生解聚作用，这样就失去 了它的致病特性。在治疗风湿性关节炎中，使用d 一青霉胺的部分原因也在于此， 它对巨球朊的解聚活性在i n v i t r o 实验中得到证实“。 i 3d - 青霉胺与醛的缩合 d 一青霉胺可与吡哆醛5 一磷酸盐中的醛基反应，生成噻唑啉衍生物“。d 青霉胺与 醛基的缩合反应如下： 坞h 酊2 o 哪一 来自于维他命b o 并在生物体中形成的辅霉吡哆醛5 一磷酸盐，在氨基酸代i 身 作用中及辅霉合成中起着重要的作用，在激素的生物合成中也如此，如合成肾上 腺素。 d 一青霉胺还可具有其它的治疗作用，如可溶性骨胶原在生理盐水中形成了不 溶性原成胶，这在治疗硬皮病，慢性侵略性肝炎，风湿性关节炎中起到重要的作 用。残余的赖氨酸的e 一氨基经霉催化后，从不可溶原成胶转化为含醛基的可溶 性骨胶，如果可溶性骨胶上的醛基经醇醛缩合或经偶氮甲碱桥的形式可形成铰 链，而d 青霉胺与可溶性骨胶上的醛基反应生成噻唑啉，这样就抑制了铰链”。 d 青霉胺与其它含硫的氨基酸对照，如：胱胺酸，d 一青霉胺在生物体中是相 对稳定，它主要是经氧化作用或交换反应，转化成二硫代物，然后以这种形式除 去“，这样就充分显示了它的治疗活性。 3 叫 黔 雾 青霉胺的两种同分异构体都具有抗维他命b 6 的效果“。l 一同分异构体被认 为是比d 一型更具有副面效果，由于这个原因，治疗中采用高立体化学纯的d 一青霉 胺是特别的重要。治疗中用d 一青霉胺所造成的维他命b 6 缺乏症相对是很少的， 因同时可由维他命b 6 的同步产生机制调节。 另外，d 一青霉胺不能被结合成蛋白质或抑制蛋白质的合成，l 一青霉胺则能被 结合成蛋白质或抑制蛋白质的合成。 2d 一青霉胺的生产方法 d 一青霉胺的生产可以通过青霉素降解的半合成法或通过外消旋体的全合成 法。全合成法的路线很长，并且还要用到剧毒性物质氢氰酸，所以工业上一般采 用青霉素降解法，青霉素降解法早期采用汞盐，后来改用多种亲核试剂，l e , 立n 苯 肼、水合肼等，英国专利“”也曾报道使用青霉素v 酸或青霉素g 酸为原料，以三 氯甲烷、二氯甲烷等为多种溶剂，副产物在有机相中，产物d 一青霉胺在水中， 这些方法在纯化方面比较困难，而且青霉素v 酸等原料价格昂贵，不利于大规模 的工业生产。 现在d 一青霉胺的生产，主要是采用青霉素g 甲盐为原料，以苯胺为亲核试 剂，水、甲苯和冰醋酸为混合溶剂，在氮气保护下，加热回流冷却后即可得到产 物。然后抽除水溶剂，再用甲醇处理即可得到d 一青霉胺固体。这种方法操作简 便，产品质量好，对原料质量要求较低且价格低廉。目前东风制药厂用该方法 生产d 一青霉胺。 3 相关技术领域国内外发展现状 从文献资料看，目前生产青霉胺的方法主要是化学法制备外消旋青霉胺，然 后进行拆分分别得到。一青霉胺和l 一青霉胺，具体工艺有“1 ： 3 1 外消旋体d 、l 一青霉胺化学制备法 3 1 1 由3 一噻唑啉合成d 、l 一青霉胺 这方法。”是r e g u s ac h e m i e v e r kh o m b u r g 基于h s i n g e r 等的基础工作上发展 的成熟技术。首先从异丁醛与硫、氨水合成得到2 一异丙基一5 ，5 - 二甲基一3 一噻唑 啉，产率为8 0 ；然后氰化，氰化后产物转变成酰胺，水解，再将腈基皂化成羰 4 基。然后用羰基试剂打开环，从而得到粗制的d ，l - 青霉胺盐酸盐。形成的青霉 胺的盐酸盐容易转化成易于拆分的衍生物。其合成路线如下： h 3 c # 。+ 。+ n h 3 c h l 一艇一蕞鼯 c o o h c o o h 眦r 下。h n r c l h oh - n h 2h c l 毒：蚶铲，上lh ，c = ： 二s h “”“ 、c h lc h l 其中开噻唑啉环可用羰基化试剂，如羟胺、肼、苯肼类。然后再用某种有机 溶剂进行萃取，即可得到d 、l 一青霉胺盐酸。其工艺如下： c o o h + h ：一h ，芑g 总o o h 2 h 删 c h 3 ( 1 2 ) + h h 3 3 c c ，c h - c h = ( 1 3 ) r2o h ，n h 2 ，n h c 6 h 5 n i l 。c o n h 2 对于上述的技术还可稍加改变，d ，l 一青霉胺也可由2 ，2 一二烷基一5 ，5 - - - 甲基 一3 一噻唑啉制得，最好是由2 ，2 ，5 ，5 - 四甲基一3 一噻唑啉制得。但是2 ，2 ，5 ，5 一四甲 基一3 一噻唑啉不容易制得，并不能从异丁醛得到一步得到，需通过异丁醛与二氯 二硫反应，得到2 ，2 一二硫代二异丁醛，同时，用硫化氢气体与氨气处理2 ，2 一二硫 代二异丁醛与丙酮的混合物，就可得到产量满意的2 ，2 - - - 烷基5 ，5 一二甲基一3 一 噻唑啉，这步得出在胺与铵盐的存在下能进行反应。 因没有分离出中间产物，由氰化氢加成得到的腈易水解成d ，l 一青霉胺盐 酸。但是，这过程不要求蒸馏或采羰基化试剂来打开环，因腈( 1 6 ) 是2 ，2 - - - 甲 基取代的噻唑啉衍生物易于水解裂开。可认为( 1 6 ) 是经甲基噻唑啉一4 一羧酸酯 皂化成d ，l 一青霉胺h c i ，这种方法比前面描述的途径更优越，不需要经过蒸 馏或采用羰基化试剂，但是，( 1 6 ) 中的环易被打开，并不能弥补噻唑啉( 1 5 ) s 本身的更多复杂合成的缺点，因它难于合成”“。其工艺路线如下 c h o 2 h 3 c 审+ $ 2 c 1 2 亡h3 ( 1 3 ) c o n h 2 h 薛n h ， h 3 c d s h 。 c h 3 h c l 0 - 2 0 h c ! 需 0 6 ) d ，l 青霉胺h c i 譬：咎：o ( 1 7 ) 3 1 2s c h 0 1 k o p f 和h o p p e 路线 采用乙基异腈基醋酸酯，经金属作用后，与丙酮反应，再用硫代苯基乙醇 处理，再经过水解，而得到d 、l 一青霉胺。其反应过程s c h o l k o p f 和h o p p e 路线 如下图： c 0 0 扣： ：n ：6 ( 1 9 ) c 2 h 5 m + b p 心卫h ，扩车o o c 2 h 。5 c ：如“h ，t 嘲 ：tc h l c o o c ，h e 蛆h ，c ! 葚瓮b 一一一汕黼胺 c h 3 ( 2 2 ) m ：k n a ，l i 3 1 3u g l a n d 和b o t t n e r 工艺 d 、i 一青霉胺也可由一种s t r e c k e r 。3 1 合成的方法制得，此方法中，n 一溴代 异丁醛，与硫代苯基乙醇钠盐反应得到a 一苯甲基硫异丁醛，再与氰化氢氨水反 应，形成腈，其经水解脱去苯甲醛，可得到一般产率的d ，l 一青霉胺。 还可根据u g i a n dg i t t n e r 反应，由a 溴代异丁醛与硫氢化钠、氰化氢反应 得到0 一羟基一b 一硫代异戊腈，经氨水可转化成( 2 7 ) ，根据b o t t n e r 反应，再 经皂化可得到d ，l 一青霉胺。 6 这所诉方法一般不能得到纯的d ，l 一青霉胺，但是，其衍生物适宜于拆分。u g l a n d 和b o t t n e r 工艺路线如下： h 3 q n o 。 c q s - c h3 - c h 3 h ( 2 3 ) ，姥 c h3 3 1 4u s 2 4 7 7 1 4 8 专利 此项专利皿胡发现用某些新的中间体可制得青霉胺，且产率较好。如：采用 2 一甲基一4 一异亚丙基- 5 ( 4 ) 噫唑酮，那些中间体化合物经水解作用，得到。一酰 胺基一1 3 ，b 一二甲基丙烯酸和酯，再于饱和的硫化氢无水甲醇( 含甲醇钠) 反应， 再用无水无机酸中和该反应混合物，减压除去溶剂，再水解2 ，5 ，5 一三甲基一l 4 一 噻唑啉羧酸或酯，得到n 一乙酰基一d ，l 一青霉胺，在盐酸的作用下，转化为d ，l 一 青霉胺盐酸盐，然后在无水条件下，与嘧啶反应，成为d ，l 一青霉胺。其工艺路 线如下图： c h c h 必些q 垫器下g 旦2 ! 盟! 塑! 坚j - “3 由 “ ， 案 节, s o 一一器蟹 c h ，c h ， 旦g ，器东； ! ! g - c h f ! w 忑w - o h h c l 嘧啶 = 齐一p c 盎 h n h ， 这种方法是从某些中间体开始的，这在一定的程度上还需要从新合成该中 心 静 一 吼 h h ， $ 苫 筘 毗 呈卒m 枷 c06动 e p v 口 一羚 问体，并且合成到消旋体的青霉胺的步骤也还是很多，因而在实际应用中还有待 考虑。 4 手性化合物的制备方法 随着人们对手性作用认识的不断深入，对具有光学活性手性物质的需求越来 越大，对其纯度的要求也越来越高。手性化合物的制备是化学与生物研究的重要 领域，由此产生了手性技术。根据社会的需要并在市场推动下，本世纪将成为手 性技术大发展的世纪。手性技术包括手性合成和手性拆分两个方面”。 4 1手性化合物合成 近几十年来由于医药、农药、香料、功能性材料对手性有机化合物的需求 日益增大，手性化合物具有非常重要的应用价值，但手性化合物的合成具有很大 的难度，从学术上来说具有很强的挑战性。合成手性化合物的方法大致可以分为 以下几种。 4 1 1 使用手性助剂不对称合成法 在分子内引入一个手性的辅助部分，用这个部分来控制反应中心的立体化 学，生成的产物是非对映异构体，通常可以用柱色谱法分离，最后去掉这个手性的 辅助部分如e v a n s “”报道的b 一氨基酸的合成方法是用o x a z o l i d i n o n e 作为手性 助剂，通过立体选择性烷基化引入新的手性中心，在经水解、c u r t i u s 重排和脱保 护得到光学纯的b 一氨基酸。 4 1 2 催化不对称合成 用催化剂的不对称中心来诱导产生产物的手性，这是有机不对称反应中最 具有挑战性的。这类反应中最著名的是2 0 世纪8 0 年代初s h u r p l e s s 发展的不对 称环氧化。“：d 一酒石酸二乙酯作为手性源控制环氧化只从双键平面的另边进行， 而用l 一酒石酸二乙酯则环氧化将从双键平面的另一边进行。除不对称环氧化之 外，运用含手性配体的金属催化剂进行不对称氢化反应也是很活跃的研究领域。 此外的一个缺点就是在合成过程中使用了重金属离子催化剂，造成环境污染。 4 1 ，3用光学活性化合物作为起始物的合成法 用手性化合物作为起始反应物，应用常规的化学合成，经数步反应得到最 r 终的光学纯产物。此法的最大局限性在于获得手性起始物，即是否容易得到光学 纯度高的起始物，其优点是若使用光学纯度高的起始物，则只要仔细地设计合成 路线以防止发生消旋，即可得到光学纯度很高的最终产物，并且产物的绝对够型 可以从起始物来推测。 4 i 4 不对称转换 不对称转换作为光学活性化合物的拆分方法，较早是由h a v i n g a 等在1 9 5 4 年应用于碘化n 一甲基一n 一乙基一n 一烯丙基苯胺的拆分。它是将过饱和体系中 光学异构体的分步结晶和其对映异构体( 或非对映异构体) 的同时消旋化( 或差向 异构化) 相结合，使结晶拆分和消旋化一锅烩进行，把外消旋混合物转化成一种 光学异构体。这种方法省去了经典拆分中的消旋化步骤，避免了另一种对映体的 损失，使拆分效率大大提高，也避免了经典拆分方法中因对映体浓度增加而导致 的夹带析出现象，使光学纯度得到了保证。 4 2 手性化合物的拆分 为了得到光学活性的对映体，需要把外消旋体的两个对映体拆分开来。外消 旋体的拆分从原理上可划分为三大类3 ：利用物理性质如：溶解度，吸附力 等的差异所建立的方法，如：结晶法、层析法等。利用反应速度差异的动力学 方法。 利用霉的高度特异性催化反应的霉拆分法。在实际的操作中所体现的方 法主要有以下几个方面。“： 4 2 1 霉法拆分 霉法的优点在于选择性好，收率高，反应的条件温和，步骤简便，公害 少且能完成用化学方法难以进行的反应。霉法拆分是用于制备手性氨基酸的 有效方法之一，它的原理是外消旋的氨基酸先生成其衍生物，然后被霉或微 生物选择性的水解成旋光纯的氨基酸，再通过常规的化学物理方法从反应混 合物中分离。”。 4 2 2 膜分离方法拆分 膜分离的机理类似于采用手性配体交换色谱法拆分外消旋氨基酸的机 理，主要依赖于氨基酸对映体与溶液中的金属阳离子及载有手性选择的固定 相形成三元配合物的稳定性差异，通常1 氨基酸形成的配合物比d 型的异构 体稳定。待拆分的消旋氨基酸对映体选择性吸附在手性渗透膜上，然后被吸 附的氨基酸脱附，并通过浓度差驱动扩散渗透到溶液中。1 3 。 4 2 3 结晶拆分法 结晶法是最经济的拆分方法“，不需要借助其它的物质，也不需要转化 成氨基酸的衍生物，它的原理是利用氨基酸的旋光异构体在定的温度时较 外消旋体的溶解度小，易析出的性质，在外消旋体的溶液中加入一种旋光异 构体作为晶种，诱使与晶种相同的异构体优先析出，从而达到分离的目的。 4 2 4 色谱法拆分 运用色谱技术的拆分方法，主要是运用气相色谱和高效液相色谱法。气 相色谱的拆分方法主要分为直接和间接两种”3 “1 ，共同点都是以气相色谱为 基础，引入新的不对称中心，使对映体的性质产生差异，进而被拆分。间接 法是通过共价结合作用，在对映体分子中引入另一手性中心，形成对映体后 再非手性色谱进行拆分。这样对手性生化试剂要求要高，但是具有快速，高 化学和光学纯度的优点。直接拆分是通过使用一个具有光学活性的环境，来 提供拆分所需的手性中心。 高效液相色谱手性流动相法的特点是拆分化合物不需以手性试剂衍生， 也不需要手性固定相，只是将手性试剂加到流动相中，使常规的正相或反相 柱分离。该法相对简单。 4 2 5 萃取拆分法 溶剂萃取法主要用于对映体拆分具有提取与分离效率高、分离效果 好、设备简单的优点。萃取过程一般均在常压、常温下进行，能耗低。其物 理化学依据是溶质在两个互不相溶相中溶解度的差异，另外两互相接触的液 相至少有一相要有旋光性。 4 2 6 化学拆分法 化学拆分法多年来一直比较常用的方法，并在工业上进行批量生产，也 是所有的研究方法中最早的。机理及工艺相对比较成熟，其原理如下：外消 旋氨基酸先与光学活性的拆分试剂反应生成具有旋光活性的氨基酸衍生物 复盐，然后水解，调节p h 至氨基酸的等电点，即可以析出晶体。这种方法 1 n 工艺长，收率低，并且它的拆分率也只在5 0 左右，还存在拆分试剂的选择、 回收及使用周期的问题。 4 2 7生成非对映异构体法 外消旋体与一个光学活性的试剂作用后，生成两个非对映异构体。根据非对 映异构体不同的物理性质，可用物理方法把它们分开。最后再把分开的两个非对 映异构体分别复原为原来组成这个外消旋体的两个对映体。最常用的分离方法是 利用它们的不同溶解度。用于拆分外消旋体的光学活性化合物r 称为拆分试剂。 应用这种方法应该注意以下几点。 第一，拆分试剂容易和被拆分的化合物反应，且易于回收，在回收过程中不 发生消旋化，以利再用。 第二，形成的两个非对映异构体要易于生成晶体，它们的溶解度应有较大的 差别。 第三，非对映异构体在形成和分解的过程中，被拆分的化合物要保持原来的 构型，连在手性中心的化学键不应该参加反应。 第四，拆分剂的旋光纯度要高。 第五，制取旋光纯度的非对映异构体常要经过多次重结晶，直至熔点和比旋 光度不变为止。 根据文献记载，可以选用辛可宁、麻黄碱、对硝基苯基2 氨基一1 ，3 丙二醇 等拆分实际进行拆分，但因其它的拆分试剂不容易得到，故只选用了l 厂对硝基 苯一2 氨基1 ，3 丙二醇。 5d 、l 青霉胺的拆分进展 前面介绍的这些方法是目前主要用于合成手性化合物和拆分手性消旋体 的比较研究的较多的方法。而对于现在需要制备的l 青霉胺，从文献资料来看， 都是采用的化学拆分的方法。首先是将d 、【广青霉胺外消旋体转变为两个非对映 体异构盐，然后对两个非对映体进行分离，再将分离所得的纯非对映体转变为原 来的两个对映体。d ，l - 青霉胺的拆分工艺如下： 广d 一碱 d 一碱_ d 一盐4 t d 青酶胺 。l - 青酶胺_ + 。l 青酶胺衍生物+ l 嘲一l 盐j l - 碱 l - l 青酶胺 这中方法的难度在于拆分试剂的选用及溶剂的选择，拆分试剂可用生物碱或 其他光学活性物质与辅助性碱，需要经过反复的实验，爿能找到较满意的拆分试 剂，现以作为拆分试剂的有d 一假麻黄碱、l 一麻黄碱和l 一假麻黄碱，还有常用的 生物碱：二甲马钱子碱、奎尼泞、幸可尼丁。如将d l 一青霉胺或d l s 一苯甲基青 霉胺的n 一酰基衍生物实现其拆分，也可用2 ，3 一二甲酰一2 ，2 ，5 ，5 一四甲基噻唑啉 一4 一羧酸进行拆分。具体的拆分方式如下例： 5 1d 、l _ 青霉胺与二甲马钱子形成二甲马钱子碱盐 主要是将青霉胺跟甲酸和醋酸酐发生酰化作用，转化成d ，l n 一甲酰基一异丙 撑青霉胺，再跟二甲马钱子碱反应形成盐，再结晶出来，从而达到分离。”。这种 方法的优点在于n 一甲酰化的产物很高，成盐后形成的两种异构体能分别结晶出 来。不足之处是可能还混有少量的外消旋体物，整个过程也极其烦琐。 5 2 采用苏一卜( p _ 硝苯基) 一2 一氨基一1 ，3 一丙二醇光学活性的碱 采用这种碱，同样的先转化成它的衍生物，然后再采用某种碱，需要d 一型 的青霉胺，就选择d 一( 一) 一苏一卜( p 一硝苯基) 一2 一氨基一l ，3 一丙二醇口“，同样，如需 l 一型，则选择l ( 十) 一苏一卜( p 一硝苯基) 一2 一氨基一l ，3 一丙二醇。这种方法的费用很 低，产物的产量和纯度也还可以。但是，在拆分前，必须将d ，l 一青霉胺转化成噻 哗啉一4 一羧酸的形式，对其进行保护。所选的结晶溶剂也很广泛，可以是单一的 溶剂，也可是混合的溶剂。 6 本课题研究的创新之处、目的及意义 近年来随着对青霉胺光学活性对应异构体的研究，越来越探究出它更深入的 作用，l 一青霉胺具有更为广阔的市场前景，发现l 厂青霉胺是一种特效药物中间 体，用于合成h i v - 1 蛋白酶抑制剂，具有很强的抗病毒能力，对艾滋病有明显的 预防和治疗作用，国内仅有生产d 一青霉胺，国外也正在寻求，为了适应市场需 求，需着重研究l 一青霉胺的制备。现在关于研制l 一青霉胺的报道很少，大多数 是采用先合成d 、l 一青霉胺外消旋体，然后再对其进行拆分的方法得到l 一青霉胺。 从文献资料显示制备外消旋体的方法，由3 一噻唑啉合成的方法路线长，并且其 中还要用到剧毒的物质氰化氢，得到的中间产物还不是很稳定；而且h o p p e 路线 中，需要用到金属，合成路线也较长，这样耗费大，不利于工业生产。其它的路 线也都体现出原料难以得到，并且工艺路线长，得到的d ，l 一青霉胺的纯度也很 低，因此需要研制出更容易获得所需产物的工艺路线，以及得到较高纯度的l 一 青霉胺。 本文采用已经实现了工业化生产的d 一青霉胺为原料，直接酰化消旋得到乙 酰一d 、l 一青霉胺的外消旋体，并对乙酰一d 、l 一青霉胺进行水解得到d 、l 一青霉胺 的外消旋体，然后分别对这两种消旋体进行拆分以制备出l 一青霉胺。这样原料 容易获得，还缩短了工艺路线。 本研究的创新之处： ( 1 ) 改变了以往生产d 、l - 青霉胺外消旋体的工艺路线，并且原料易得， 降低了生产成本； ( 2 ) 采用了对d 青霉胺酰化物进行拆分，拆分试剂易得，工艺工程简单， 制备出的l 一青霉胺纯度高。 本实验的主要目的和意义： ( 1 ) 改变原有的生产工艺，缩短反应时间，降低生产费用；( 2 ) 探讨青霉胺 酰化消旋的反应机理，以及消旋过程中的动力学。( 3 ) 摸索研究d 、l 一青霉胺外 消旋体的拆分和乙酰一d 、l 一青霉胺的外消旋体，采用不同的拆分方法，使其达到 拆分的目的。( 4 ) 研究拆分后的反应条件，使其朝有利于得到目标产物的方向进 行：( 5 ) 研究探讨青霉胺的转型及拆分的机理，制定出合适的工艺条件，使其工业 化 1 实验试剂与设备 1 1 主要试剂 第二部分实验与结果分析 试剂名称 生产厂家 d 一青霉胺( 工业品) 冰醋酸( c p ) 丙酮( c p ) 甲苯( c p ) 乙酰氯( c p ) l 一( + ) 一氯霉胺( 工业品) 三乙胺( c p ) 异丙醇( c p ) 甲醇( c p ) 9 5 乙醇( c p ) 无水乙醇( c p ) 丙醇( c p ) 吡啶( c p ) 氨水( c p ) 二氯甲烷( c p ) 三氯甲烷( c p ) 甲酸钠 江西东风药业有限公司 上海焱晨化工实业 上海焱晨化工实业 上海焱晨化工实业 上海试剂一厂 重庆制药厂 上海试剂一厂 上海试剂一厂 上海振华化工厂 上海振华化工厂 上海振华化工厂 上海振华化工厂 上海化学试剂采购供应站 上海试剂一厂 上海试剂一厂 上海试剂一厂 上海试剂一厂 1 2 主要实验设备与仪器 设各和仪器生产厂家 数显恒温水浴锅富华h h z 型重庆试验设备厂 b s 2 1 0 s 电子天平北京塞特利天平有限公司 电热恒温鼓风干燥箱( 1 0 l 一2 型)上海跃进医疗器械厂 g s l 2 - - 2 电子恒速搅拌器上海医械专机厂 2 x z o 5 型旋片真空泵浙江临海真空泵厂 f t s 一4 0 傅里叶变换红外光谱仪美国b i o - - r e d w r s 一1 型数字熔点测定仪上海物理光学仪器厂 w z z 一1 s 自动数现旋光仪上海浦东物理光学仪器厂 高效液相色谱：仪器型号h p l1 0 0 柱型号c 1 8 1 4 2 l 一青霉胺的合成工艺总流程图 为了制备出l 一青霉胺，本论文主要采用了两种实验方案以探讨出最为合理的 工艺路线。 2 1 实验方案一 哺霉胺罢一乙帆哺霉胺j 争一埔霉胺旦埔霉胺乙酸水解 2 2 实验方案二 。青霉胺孕乙酰。、l 一青霉胺 酰一d 一青霉胺 一l 一青霉胺拆分盐 哺霉胺等乙酰罡 3 乙酰一d 、l 一青霉胺的制各 3 1 制各原理 外消旋体即为等量的对映异构体的混合物没有光学活性。光学活性化合物变 为外消旋体的过程则称为外消旋化。氨基酸容易在加热、酸及碱的作用下发生消 旋。青霉胺的结构与半光氨酸相似，可以归类为中性的氨基酸，则可以选择在酸 性或碱性的反应环境中消旋，又因青霉胺上的巯基在碱性环境中容易被氧化，故 而选择酸性环境消旋。 青霉胺的外消旋反应主要是通过加热及化学试剂的作用下进行，以醋酸作 为溶剂兼催化剂，乙酰氯作为消旋剂，在加热密闭的条件下进行此反应。首先青 霉 胺在极性溶剂中可以形成碳正离子中间体，因而可以构成s p 2 的结构，当有亲核 试剂与它反应时，可以从两边进攻，从而得到外消旋体，也即常说的s n l 反应。 此酰化反应原理如图l ： h h 飞弋。竺：飞 o o h 图ld 一青霉胺酰化消旋的反应方程 3 2 制各方法 将0 2 0 m o l ( 2 9 8 9 ) d - 青霉胺、1 4 0 m o l ( 1 3 4 9 ) 冰醋酸依次加入接有冷疑 管的三口烧瓶中，并将其置于恒温水浴槽中，搅拌条件下滴加0 4 0 m o l ( 2 8 4 m 1 ) 乙酰氯温度升至7 5 。c ，连续反应5 矗。然后进行减压抽溶剂，至无溶剂抽出，冷 却结晶即得到乙酰一d 、l 一青霉胺消旋体。对得到的晶体进行重结晶，以提高产物 的纯度，得到乙酰一d 、l 一青霉胺2 8 5 9 ，产率为7 4 6 。 3 3 产品的分析测定 重结晶后产品为微黄色晶体，微溶于水、乙醇、异丙醇、不溶于四氯化碳、二氯 甲烷、三氯甲烷等非极性溶剂。 3 3 1 熔点的测定 用上海物理光学仪器厂生产的w r s 一1 型数字熔点测定仪测定制备出的 乙酰一d 、l 一青霉胺的熔点为1 8 0 1 8 1 。 3 3 2 比旋光度的测定 用上海浦东物理光学仪器厂生产的w z z 一1 s 自动数现旋光仪对产品的旋光 度进行测定，比旋光度为 n v m = o 。 3 3 3 红外光谱( i r ) 江西省分析测试中心对本产品进行了红外光谱测试，结果见谱图2 1 6 + r p 图2乙酰一d 、l 一青霉胺的红外光谱图 3 4 结果与讨论 3 4 1 酰化试剂的选择 青霉胺的酰化消旋过程主要是发生了酰化反应，酰化反应中常用的试剂有羧 酸，酸酐，酰氯，羧酸酯，酰胺等。氨基酸的酰化反应则是发生在氨基上的n 一 酰化反应，实验中采用了酸酐和酰氯作为酰化试剂。不同的酰化试剂对消旋后产 物的纯度的影响见表1 。 表1 不同酰化试剂对产率、纯度的影响 从表1 可知，两种酰化试剂都能使d 青霉胺外消旋化，用醋酐酰化的产物 得率为8 5 o ，但纯度却只有5 2 3 0 ，而使用乙酰氯的得率为6 5 2 3 ，纯度达 到了8 5 0 0 。可见采用乙酰氯作为酰化试剂的产率较高，因而实验中采用乙酰 氯作为酰化试剂。 3 4 2 溶剂的选择 选择一种溶剂，能使酰化试剂在一个有效的环境中进行，有助于消旋反应的 进行，主要是有利于反应物形成碳正离子。本研究主要选用了甲酸、乙酸、丙酸、 丁酸作为反应的溶剂，不同溶剂对酰化产物产率及旋光度的影响见表2 。 表2 同溶剂对酰化产物产率及旋光度的影响 溶剂甲酸乙酸丙酸丁酸 产率8 0 o 7 5 8 6 8 7 7 3 5 旋光度 1 5 3 7o 0 07 8 22 0 6 4 从表可以看出，以上各种溶剂都能使d 一青霉胺实现一定的外消旋，但是从消旋 效果看，乙酸作为溶剂其消旋效果最佳能使d 青霉胺完全外消旋，并且酰化物 的产率也最高，因此实验中选用了乙酸作为反应溶剂。 3 4 3 溶剂量对产物的影响 固定其它条件，改变醋酸的量，可以得到酰化产物的产率的变化情况。结果 见图3 。由图可见，不加入溶剂时，得不到所需的产物。随着醋酸的加入量增加， 产率在不断的提高。当增加到对青霉胺的摩尔比为7 时产率最大，再继续增加时， 产率有下降的趋势。醋酸量的增加，这也有利于青霉胺中氨基基团上氢的质子化， 同时也增加了醋酸根离子的浓度，这也有利于消除手性碳原子上的活泼氢，使得 消旋的过程得以进行。但过量的溶剂并不能增加产物的产率，反而浪费了原料。 同时在实验中也发现，不加入溶剂，反应的过程很剧烈，几乎半小时就可以 完成，最终变成褐色胶状物质，并不能得到晶体状的酰化产物。当加入醋酸后， 反应过程比较温和。由此可知，此酰化反应中，必须在一定的介质中才能有效的 进行。 8 0 7 b 5 0 芝 龟 帅 址 3 0 2 0 1 0 o 。0151 $1 ：71 青酶胺与溶剂的摩尔比 图3 冰醋酸量对酰化产物产率的影响 3 4 4 温度与时问对乙酰化产物旋光性的影响 温度与时间都对消