（纺织化学与染整工程专业论文）赖氨酸ε氨基的烷基化反应研究[纺织化学与染整工程专业优秀论文].pdf

赖氨酸氨基的烷基化反应研究 中文摘要 赖氨酸氨基的烷基化反应研究 中文摘要 本论文通过多种合成方法，成功合成出对不同赖氨酸a 氨基保护的氨基一甲 基化、二甲基化和三甲基化产物。 在氨基一甲基赖氨酸的合成过程中，找到了一种简单有效的f m o c 保护一甲基 赖氨酸的合成方法。对于氨基二甲基赖氨酸的合成，在合成过程中成功引入醋酸 醋酸钠缓冲体系，通过保持反应体系具有始终稳定的p h 值，保证了f m o c 、b o c 保护 基在反应过程中不发生脱落。合成过程中还发展了用氢化法制备氨基二甲基赖氨酸 的方法。最后，以氨基二甲基产物为原料，用d 甲基“7 二环己基异脲进行甲 基化进一步合成了氨基三甲基产物。 在对赖氨酸烷基化研究过程中，选用了多种醛、酮小分子化合物作为烷基化试剂 进行氢化反应。研究表明，利用甲醛、丙酮、丁酮、环己酮等可顺利实现b o c l y s o h 烷基化，但f m o c l y s o h 在与酮类化合物进行催化氢化反应时，f m o c 会脱落。其中， f m o c l y s o h 与环己酮反应时，以水为溶剂，生成的环己基产物不溶于水，且产率 高。如果能够找到一种简单的脱除方法，则可以环己基作为一种新的氨基保护基用于 保护氨基酸的合成。 关键词有机合成赖氨酸氨基烷基化保护基 作者：王成龙 指导教n - 李战雄 s t u d i e so fl y s i n e - a m i n oa l k y l a t i o n a b s t r a c t s t u d i e so fl y s i n ee - a m i n oa l k y l a t i o n a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o nd e a l sw i t ht h es c h e m ed e s i g na n ds y n t h e s i so fas e r i e so fa - a m i n o r n o n o 一，d i a n dt r i m e t h y l a t e dl y s i n ew i t hd i f f e r e n ta - a m i n op r o t e c t e dg r o u p a a m i n of m o cp r o t e c t e ds - a m i n o - 1 - m e t h y l l y s i n ew a ss y n t h e s i z e db ys i m p l ea n d e f f e c t i v es y n t h e t i cm e t h o d f o rt h es y n t h e s i so fs - a m i n o d i m e t h y l - l y s i n e ，t h ei n t r o d u c t i o n o fa c e t i ca c i d s o d i u m a c e t a t eb u f f e rs y s t e mc a ne n a b l et h er e a c t a n t sm a i n t a i nas t a b l ep h v a l u e a sar e s u l gt h ef m o c o rb o c g r o u pw i l ln o tf a l lo f fd u r i n gt h er e a c t i o np r o c e s s a l s o ，w ed e v e l o p e d t h e h y d r i d e m e t h o dt o p r e p a r es - a m i n o - d i m e t h y l l y s i n e n 6 , n l d i m e t h y l - l y s i n e w a su s e da sr a wm a t e r i a l si nt h es y n t h e s i s p r o c e d u r e o f s - a m i n o t r i m e t h y l a t e d d e r i v a t i v e w h e ni t w a s t r e a t e dw i t h o - m e t h y l - n d i c y c l o h e x y l i s o u r e a , 一a m i n o t r i m e t h y l a t e dl y s i n ew a so b t a i n e ds u c c e s s f u l i nt h es t u d yo fa l k y l a t i o no fl y s i n e ，av a r i e t yo fs m a l lm o l e c u l ec o m p o u n d sw e r e s e l e c t e da sa l k y l a t i o nr e a g e n t sf o rh y d r o g e n a t i o n , s u c ha sa l d e h y d e s ，k e t o n e sa n ds oo n t h er e s e a r c hs h o w e dt h a ta l k y l a t i o nf i n i s h e ds m o o t h l ya n dt og i v eb o c l y s o hw h e n f o r m a l d e h y d e ，a c e t o n e ，k e t o n ea n dc y c l o h e x a n o n ew a su s e d b mu n e x p e c t e d ，t h ef m o c w i l lf a l lo f ff r o mf m o c - l y s o hi nc a t a l y t i c h y d r o g e n a t i o nr e a c t i o n ，b e s i d e s c y c l o h e x a n o n ew a su s e da sa l k y l a t i o nr e a g e n t t r e t m e n to ff m o c l y s o hw i t hc y c l o h e x a n o n ei nw a t e rc a l lg e tt h ea i mp r o d u c ti n l l i 曲y i e l d a tt h es a m et i m e ，t h ep r o d u c tc a l le a s i l yb ep u r i f i e db e c a u s eo fi t s i n s o l u b l i t y i nw a t e r i fas i m p l er e m o v a lm e t h o dc a nb ef o u n d ，c y c l o h e x y lm a yb eu s ea san e wk i n do f a m i n op r o t e c t e dg r o u pi nt h ep r e p a r a t i o no f p r o t e c t e da m i n oa c i d s k e yw o r d s ：o r g a n i cs y n t h e s i s ，l y s i n e ，a l k y l a t i o n ，p r o t e c t i v eg r o u p l i w r i t t e n b y ：w a n gc h e n l o n g s u p e r v i s e db y ：l iz h a n x i o n g 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学 或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律 责任。 研究生签名： 王惑& 日期： 2 a 里21 奎! 尘 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相二致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分 内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名： 王壹盘 日期： 色2 9 1 ，苎：呈 跏阮茸日 期：a j 5 擘y 7 赖氨酸c 一氨基的烷基化反应研究 第一章引言 第一章引言 1 1 氨基酸概况 氨基酸是人体必需的营养物质，它具有特殊的生理功能，它是蛋白质合成的基本 结构单位，蛋白质是机体的重要组成成分，更是生命活动不可缺少的物质，如果人体 缺少必需的氨基酸时，则发生蛋白质代谢障碍和机能障碍。食品蛋白质通过消化道吸 收进入体内，首先由各种酶分解成氨基酸储蓄起来，而后才开始被机体所吸收。送到身 体的各组织，合成各种必要的蛋白质。因此氨基酸是肌肉、皮肤、血液以及酶和某些 多肽激素等肌体组成上不可缺少的物质。氨基酸丰富的食品容易消化吸收，营养价值 高，并参与体内的能量代谢全过程。常见的氨基酸有2 0 多种，其中有8 种氨基酸是人体 不能合成的，如赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸等。这些被称为必须氨基酸，都需 由食物中摄取。在以谷物为主要食品的情况下，往往出现某些营养的供应短缺，不能满 足正常生理活动的需要，因此引起生长发育迟缓，代谢机能失调等一系列病理变化。在 谷物中赖氨酸含量偏低，一般为3 0 - - - - 4 0 ，但经过研磨、蒸煮、烤烙等加工过程要损失 i 3 以上。l 一赖氨酸( l y s i n e ) ，学名2 ，6 一二氨基已酸，是人体和动物必需的氨基酸之一， 主要用作饲料添加剂、制药和食品强化剂，除臭剂、着色剂、发色剂等工业上。国外 9 5 用于饲料，3 用于食品，2 用于制药工业；国内8 0 用于饲料，2 0 用于食品、医药和 其它工业。目前，国际上将赖氨酸作为饲料的一种必需成分。赖氨酸的生产主要有蛋 白质水解法、酶法、化学合成法和直接发酵法等四种。前二者方法一般采用较少，而 直接发酵法是国内外目前工业化生产赖氨酸的主要方法。化学合成法生产氨基酸是用 尼龙副产物环己烷经脱水得环已烯，然后合成d l - 蛋基已内酰胺，经酶化作用合成氨基 酸。直接发酵法是以淀粉、甘蔗或甜菜制备的副产物糖蜜为原料，利用微生物合成其 自身所需的各种氨基酸的能力，通过对菌株的溶变处理，培育出各种营养缺陷型的变 异菌种，以解除代谢调节中的反馈与阻遏，达到过量合成氨基酸的目的【l 】。 1 2 氨基酸的制备 目前氨基酸的制各方法主要有化学合成法、发酵法、蛋白质水解法、酶法。目前 赖氨酸e 一氨基的烷基化反应研究 第一章引言 较为常用的是化学合成法。 1 2 1 化学合成法 化学合成法主要有s t e r e k e r 法，赫尔一乌尔哈一泽林斯基a 一溴化法，k n o o p o e s t e r l i n 法，盖布瑞尔法，海因中间体开环法，丙二酸酯法。 s t e r k c e r 法一般是用醛与氢氰酸、胺或氰化胺反应，得到氰胺化物，再经水解得 到氨基酸外消旋混合物，除氨气外，伯胺及仲胺都可用于该反应中。该反应历程为铵 离子首先与醛反应生成一个亚胺的中间态化合物，氰负离子进攻亚胺的碳生成相应的 氰胺化物。如果采用手性胺与醛反应，则生成相应的手性亚胺，由于手性源的诱导作 用，氰负离子立体选择的进攻亚胺平面，成为最通用的制各手性氨基酸的方法之一， 此法工艺较为成熟、简单，反应时间短、废液量少、收率约为7 0 ，但要使用剧毒的 氰化钠和昂贵的对羟基苯甲醛，成本高、环保压力大，国外逐步放弃了该工艺，国内 目前仍有厂家采用该工艺生产【2 】。 赫尔一乌尔哈一泽林斯基q 一溴化法一般是在三氯化磷催化下完成的，羧酸与三氯化 磷反应生成相应的酰氯，溴取代酰氯生成相应的q 一溴代羧酸，氨( 或者胺) 作为亲核 试剂与0 【一溴代羧酸反应即可制备出相应的氨基酸。 k n o o p o e s t e r l i n 法一般采用羟基羧酸直接与氨反应，生成一个不稳定的亚胺基羧 酸离子，以铂、钯或r a n e y 一镍为催化剂催化还原亚胺基羧酸离子，可得到 相应的氨基酸。 盖布瑞尔法是制备纯净的一级胺的好方法，由于邻苯二甲酰亚胺的氮上只有一个 氢原子，因此只能引入一个烷基。如采用0 t 一卤代羧酸酯与邻苯二甲酰亚胺钾反应，可 制备出相应的氨基酸。 海因中间体开环法是通过海因中间体在碱性条件下的开环反应来制备氨基酸的。 例如，苯甘氨酸可以通过该方法制备。海因法生产蛋氨酸工艺是以丙烯醛、甲硫醇为 原料生产甲硫基代丙醛( t p m a ) ，t p m a 再与氰化钠或氢氰酸合成海因，海因经碱水 解，再用酸酸化，生产固体蛋氨酸【3 1 。 丙二酸酯法是丙二酸酯与亚硝酸反应生成亚硝基丙二酸酯，后者立即重排成肟， 肟在乙酐存在下催化加氢，生成乙酰氨基丙二酸酯，然后经烃化，水解和脱羧后得到 氨基酸。 赖氮酸e 一氨基的烷基化反应研究第一章引言 1 2 1 1a 氨基酸的不对称合成 光学活性的q 氨基酸具有重要的生物活性和生理作用。它是抗生素等药物、农业 化学药品及食物配合剂的重要前体，光学活性的a 一氨基酸还可以作为手性诱导剂应用 于不对称合成中。自然界己发现的非蛋白氨基酸有近1 0 0 0 种，这些氨基酸以及其它功 能性的非天然氨基酸的不对称合成是近年来不对称合成领域中的热点之一。不对称合 成a 一氨基酸的新方法不断涌现。这些方法大致可以分为手性氨基酸类似物的烷基化反 应，不饱和化合物的加成反应，胺基化反应。 在简单氨基酸( 衍生物) 中引入一个手性源，将会使后续反应有一定的立体选择 性。天然氨基酸是一类易得的手性化合物，其中侧基位阻作用比较大的亮氨酸、脯氨 酸、缬氨酸等己被广泛用作手性源。s h c o e l 1 k o p f “ 4 j ；1 4 】以l 一缬氨酸为手性源，与甘氨酸 形成环二肽，然后与甲基化试剂m e 0 3 b f 4 作用，在碱作用下甲基化产物的甘氨酸部分 a - 位脱去质子，形成烯醇氧负离子型中间体，然后与亲电试剂作用，引入反应物基团。 由于异丙基屏蔽了环的一个侧面，亲电试剂选择性地进攻另一面，水解取代产物后得 到一系列手性旷氨基酸。 以不饱和氨基酸衍生物为底物，一定条件下发生加成反应，由于空间位阻的作用， 进攻试剂从烯平面两侧进攻的几率产生差异，因而可以得至i j l - ( 或d ) 富集氨基酸。 c a r l o s 等【5 】由苄胺同1 ，2 一二异丙叉基一d 一甘油醛形成的亚胺与三甲硅基氰( t m s c n ) 作用得到手性的二羟基一a 一氨基酸，- 苄基可以通过催化氢化反应去得至u i x - 手性氨基 酸。 e v a n s 等【6 】通过手性亚胺烯醇的亲电叠氮化反应生成t a - 叠氮化合物，再进行还 原，生成0 【一氨基酸，具有较高的立体选择性。 1 2 1 2p 氨基酸不对称合成 与a 一氨基酸相比，p 一氨基酸在自然界存在较少，然而这类化合物近年来受到越来 越广泛的关注，p 一氨基酸是许多具有p 一内酰胺结构的抗生素的合成前体，有些1 3 一氨 基酸本身就具有重要的生物活性，如( s ) - 9 - 苯基- 3 - 氨基丙酸是青霉素1 3 一优卡因 ( b e t a c i n e ) 的侧链，同时其乙酯衍生物又具有神经活性【7 1 。1 3 一氨基酸存在于一些天然 的生物活性肽链中，例如( 2 s ，3 r ) - 2 - 羟基- 3 - 氨基一4 苯基丁酸存在于著名的免疫响 应调节剂b e 删i i l 中【8 j 。b 一氨基酸不对称合成大致可以分为天然手性化合物衍生化， 赖氨酸e 一氨基的烷基化反应研究第一章引言 应用手性辅基控制的不对称合成，不对称催化。 利用天然易得的对映体纯化合物为起始原料通过常规的有机合成方法进行转化， 是合成b 一氨基酸的重要方法。光学纯的天然仅一氨基酸由于较易得到，常被用作合成 1 3 一氨基酸的起始原料。通过a m d e i s t e r t 反应，可方便地将0 t 一氨基酸转化为增一碳的 同系物b 一氨基酸，例女i s e e b a c h 等报道将n b o c 保护的a 一氨基酸与氯甲酸乙酯在三乙 胺作用下转化为混合酸酐，再与重氮甲烷作用得到g 一重氮酮，经w o l l f 重排得相应的 b 一氨基酯【9 1 。由于w o l l 踵排反应的构型保持，因此从光学纯的q 一氨基酸可以得到相 应的光学纯的1 3 一氨基酸。 应用手性辅基进行不对称诱导是合成光学纯1 3 一氨基酸的又一个重要方法。在手 性辅基的存在下由碳亲核试剂对c = n 双键化合物的加成形成b 一氨基酸中的手性中 j 心。这类反应中有烯醇酯与亚胺的反应，或醛、胺、酯三组分的m a r m i c h 反应等。手 性辅基可接在烯醇酯或亚胺上，也可两个合成子同时带有手性辅基。最近b a d i a 等报 道了以p s e u d o e p h d r i n e 作为手性辅基形成的酞胺在l d a 作用下形成的手性烯醇酯对亚 胺进行亲核加成，高选择性高收率地得到( 2 r ，3 s ) 一a ，b 一双取代的口一氨基酸【1 0 1 。 应用手性催化剂进行不对称诱导合成b 一氨基酸是更具有挑战性和潜在应用价值 的方法，这方面的研究有相当大的难度，但是在近年来也有了若干突破性的进展。 n e l s o n 和s p e n a r 报道了酰卤与醛的催化不对称环缩合反应，获得高对映选择性。在手 性催化剂的作用下，乙酰溴与醛环缩合，高收率得到b 一内酯，该内酯在叠氮化钠作 用下开环得到叠氮酸，再还原即可得到高光学纯度的1 3 一氨基酸 1 q 。 1 2 2 发酵法【1 2 】 所谓氨基酸发酵，就是以糖类和铵盐为主要原料的培养基中培养微生物，积累特 定的氨基酸。主要是借助微生物具有合成自身所需各种氨基酸的能力：通过对菌株的 诱变等处理，选育出各种营养缺陷型及抗性的变异株，以解除代谢调节中的反馈与阻 遏，达到过量合成某种氨基酸的目的。应用发酵法生产氨基酸产量最大的是谷氨酸， 其次为赖氨酸。 1 2 3 蛋白质水解法 以动物蛋白质为原料，经强酸水解后，得到各种氨基酸。提取法原料廉价，所需 的原料种类少，且在中国大陆原料资源相当丰富。工业生产时可同时得到十多种氨基 赖氨酸e 一氨基的烷基化反应研究第一章引言 酸产品，生产规模易扩大，容易实现工业化生产，利用蛋白质为资源，进行氨基酸的 工业化生产，在中国大陆己成为发展氨基酸工业的重要途径。另外，许多医药用氨基 酸品种必须得依靠提取法提供。现在全世界医药用氨基酸中至少有6 种尚须用提取法 生产，它们分别是组氨酸、精氨酸、丝氨酸、胱氨酸、脯氨酸及酪氨副1 3 】。蛋白质水 解提取法的发展潜力很大。 1 2 4 酶法 是利用微生物茵体或者从菌体中提取的各种酶，把有机物转变成所需要的氨基酸 【1 4 1 。由于底物、反应条件和所用酶的不同，酶法合成的效率有较大的差别。姜忠义等 人【1 5 】用n 一乙酰基一苯丙氨酸酯类衍生物为底物，以氨基酰化酶为催化剂进行l 一苯丙氨 酸的制备，结果达到很高的纯度。此方法存在生物工程茵的生产、酶的提取及酶、菌 体的固定化等现代生物工程技术的许多问题。 1 3 氨基酸的手性拆分 1 3 1 结晶法 若外消旋体所形成的晶体是外消旋混合物，则可直接在其过饱和溶液中加入某一 对映体晶种进行诱晶得到该对映体。按加入晶种方式的不同，可分为同时结晶和有择 结晶两类。同时结晶是在过饱和溶液两个区域分别加入相反手性的晶种，同时得到两 种对映体结晶。此法已用于生产谷氨酸等。这种直接结晶法拆分较方便、经济，但其 应用范围有限，因为整个外消旋体中以混合物存在的仅占1 0 。 1 3 2 化学拆分法 化学拆分法又称为非对映体盐法。自从p a s t e r n 在1 8 3 5 年发现利用有机酸、碱形成 的非对映体盐经逐级结晶可以拆分手性化合物的现象以来，该法一直是制备手性化合 物最重要和最普遍的方法之一。原理：外消旋氨基酸先与光学活性拆分剂反应生成具 有旋光性的氨基酸衍生物( 如氨基酯，酰胺) ，然后再水解，调节p h 至氨基酸等电点， 即可析出晶体。常用的拆分剂有酒石酸、溴化樟脑硫磺酸苯碘酸等。在这种拆分方法 中，化学拆分剂的筛选、回收和新型手性拆分剂的设计合成是此方法的关键所在。长 期以来化学拆分法在拆分剂的筛选上存在着盲目性，并且在拆分化合物的类型上也有 一定的局限性。而且化学拆分通常工艺路线复杂，都要先转化成氨基酸衍生物，故步 赖氨酸一氨基的烷基化反应研究第一章引言 骤多、收率低，一般拆分率仅为5 0 左右，且存在拆分剂的选择、回收及延长使用周 期的问题【1 6 1 。 1 3 3 萃取拆分法 萃取拆分就是将外消旋化合物的两个对映体有选择地从一个液相萃取到另一与 之不相溶的液相，从而达到分离对映体的目的。通常情况下，采用的萃取剂应具有光 学活性及手性识别能力。溶剂萃取法用于对映体拆分具有提取与分离效率高、分离效 果好、设备简单等优点，且萃取过程一般均在常压、常温下进行，能耗低。其物理化 学依据是溶质在两互不相溶相中溶解度的差异。用溶剂萃取技术实现外消旋体拆分 时，与传统萃取分离不同的是：除待拆分的外消旋体外，两互相接触的液相至少有一 相要有旋光性。理论上，两对映体的分离因数只要大于】，在足够多的级数下，即可 实现两者的高纯度分离。目前至少存在三种萃取拆分体系，即：亲和萃取拆分体系、 配位萃取拆分体系和形成非对映体立体异构体萃取拆分体系。另外，膜技术用于萃取 拆分过程有助于实现萃取拆分分离【】7 】。 ( 1 ) 亲和萃取拆分体系b a o m a n 等【1 8 】指出，外消旋体和拆分剂之间至少分别有两 个作用点，外消旋体由于构型上的差异，与拆分剂形成的非对映体配合物稳定性便不 同，其物理性质如溶解度就有差异，从而使对映体得以萃取拆分。 ( 2 ) 配位萃取拆分体系以手性试剂作配体与中心离子( 多数为过渡元素的离子) 形成配合物的萃取拆分剂，与对映体形成螯合物，外消旋体由于构型上的差异，所形 成的螯合物稳定性不同，其物理性质表现出较大的差异，在两相间的分配行为亦不同， 从而实现对映体的拆分。t a k u e c h i 等【1 9 】曾运用配位萃取拆分技术以n 一烷基化- l - 脯氨 酸( 或n 一烷基化一l 一羟脯氨酸) 与c u 2 + ，的配合物作萃取剂，以正丁醇等有机试剂作稀释 剂，萃取拆分亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸等中性氨基酸；又以n 一十二烷基- l - 羟脯氨 酸的c u 2 + 配合物作萃取剂，正丁醇作稀释剂，多级逆流连续萃取拆分外消旋缬氨酸， 得到的两对映体的光学纯度达到9 9 5 以上。亮氨酸、缬氨酸和苯丙氨酸对映体用该 法实现了高纯度分离。有关配位萃取拆分体系的研究报道多数集中在氨基酸对映体的 拆分上，说明这一萃取拆分体系能有效进行氨基酸对映体的拆分。 ( 3 ) 形成非对映体立体异构体萃取拆分体系分子手性相互作用会引起非对映分 子物化性质的差异，其作用强度与溶剂有关，利用手性试剂使对映体转化成非对映体， 6 赖氨酸一氨基的烷基化反应研究第一章引言 依据其物化性质的差异( 如溶解度) 可实现对映体的拆分。 1 3 4 生物酶拆分法 原理：外消旋氨基酸先生成其衍生物如外消旋酯、酰胺，然后被酶或微生物选择 性水解成旋光纯氨基酸，再通过常规化学物理方法从反应混合物中分离。酶法拆分常 用的酶有脂肪酶、酯酶和蛋白酶等水解酶。水解酶价格低廉、不需辅酶、分率和立体 选择性高因而广泛应用。优点：酶拆分法具有催化效率高、专一性强的特点，而且拆 分产物旋光度高、副产物少、产品较易分离提纯。特别是氨基酰化酶是较理想的适合 拆分的酶，因为其造价低、不需昂贵的辅助因子、对有机溶剂耐受力强，对氨基酸有 较好的立体选择性，被广泛地应用在食品、医药、饲料生产中，酶法拆分己经成为制 备手性氨基酸的有效手段之一【2 0 1 。缺点：( 1 ) 反应过程中产生的l 一氨基酸积累到一定程 度会抑制进一步拆分，因而降低了摩尔分率；( 2 ) 底物在发酵液中溶解度低，限制了 生产能力；( 3 ) 酶的稳定性差；( 4 ) 有些酶要求反应底物浓度极稀，反应时间长，不利 于大规模生产。 1 3 5 色谱法 色谱法有高效液相色谱拆分法，高效气相色谱拆分法，薄层层析拆分法。 近年来利用手性色谱柱拆分对映体得到不断发展，它比利用对映体与旋光衍生试 剂反应生成非对映体后再拆分更简单。手性柱拆分是利用对映体与手性固定相( c s p ) 之间的立体作用差异而进行的。c s p 一般含有多个手性碳原子，根据它与对映体空间 作用力的不同，可用于氨基酸对映体的拆分。吕海涛【2 】等用脲衍生物型手性固定相的 正相色谱和反相色谱较好地分离了苏氨酸( t h r ) 、丝氨酸( s e r ) 和苯丙氨酸( p h e ) 。 手性气相色谱拆分法是手性色谱学( c h i r a l c h r o m a t o g m p h y ) 的重要分支，一般可分 为直接和间接拆分法。这两种方法的共同点都是以气相色谱( g c ) 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【2 2 1 。 分离氨基酸对映体的方法还有薄层色谱拆分法，利用薄层色谱进行拆分主要有两 种形式：( 1 ) 利用手性流动相在非手性固定相上进行拆分；( 2 ) 利用手性固定相拆 分。陈晓等【2 3 】报道采用一般i 拘t l c 法，分别用手性流动相在非手性固定相拆分和手性 固定相对色氨酸进行拆分，取得了很好的结果。翁家宝【2 4 】等用b 一环糊精固载层析法 用在一定的实验条件下，对脂肪族氨基酸( 丙氨酸、氨基丁酸、缬氨酸、亮氨酸) 、二 7 赖氨酸e 一氨基的烷基化反应研究第一章引言 氨基单梭酸型氨基酸( 赖氨酸、鸟氨酸) 、以及芳香族氨基酸( 苯丙氨酸、酪氨酸) 的d ， l - 对映体进行拆分实验。 1 3 6 毛细管电泳拆分法 色谱技术己被广泛用于手性药物的分离分析，其中主要是气相色谱和高效液相色 谱，g c 的分离对象大多用于易挥发物质，h p l c 贝 j 存在费用偏高、分离效率偏低等不 足，所以具有高效和应用广泛性的毛细管电泳技术已受到人们的重视。近年来，己做 了不少用电泳技术进行手性拆分的工作，取得了许多成果。毛细管电泳有直接拆分和 间接拆分两种形式。从原理角度着手，直接拆分有以下四种模式：( 1 ) 主客体络合主 客体络合是指被分析物( 客体分子) 在空间上被配合物( 主体分子) 包容形成络合物的 过程。目前主要用环糊精及其衍生物、手性冠醚来与对映体形成内络合物。环糊精用 得最多，因其价格相对便宜，适合于许多中等大小分子的分离，可用来拆分多种氨基 酸、多环芳烃及一些小分子药物。高英杰口胡等以1 3 一环湖精为手性选择剂，对苯丙氨 酸( p h e ) 、酪氨酸( t y r ) 和色氨酸( t r p ) 三种芳香氨基酸对映体进行毛细管电泳分离。 冠醚是大环聚醚，中间形成空穴，能与大小相当的分子形成主客体络合物，特别是1 8 2 冠醚2 6 2 四梭酸己被证实可分离氨基酸和多巴胺等对映体。( 2 ) 配体交换络合配体交 换络合是指中心离子( 如c u 2 + ，n i 2 + ) 和至少两个手性双官能团配体形成螯合物的过程， 它主要用于可作为金属离子双基配位体的分子( 如氨基酸) 的手性分离。此体系对对映 体的手性分离是基于手性配体交换机理。所谓配体交换是指对映体与过渡金属的络合 物中的辅助配体进行交换，由于对映体、过渡金属及手性辅助配体形成的三元络合物 的稳定性不同而得到手性分离。g a s s m a n n s 2 6 】等首先以l 一组氨酸作配体，c u 2 + 作中心 离子分离了1 0 种丹酰化氨基酸，此后，他们又利用l 一天冬酰一卜苯丙氨酸作配体有效 地分离了1 4 种丹酰化氨基酸，并讨论了c u 2 + 浓度与配体浓度比值对分离的影响。( 3 ) 手性胶束包合胶束电动毛细管电泳这是一种新型高效色谱方法，它是在毛细管电泳 基础上使用表面活性剂来充当胶束相而提出的。其分离原理是基于胶束增溶和毛细管 电动迁移现象，也就是被分离物在胶束相与水相间不断进行分配，从而达到分离目的 【2 7 】。采用手性胶束包容分离对映体时，手性中心必须与胶束结合，即在胶束中引入手 性基团或胶束本身具有手性。c h o h e n 2 s 】用n 2 十二烷酰基一l 一丙氨酸和s d s ( 十二烷基磺 酸钠) 混合胶束分离了几种氨基酸。( 4 ) 蛋白质亲合亲和毛细管电泳( a f f i n i t 、lc a p i l l a r y 8 赖氨酸e 一氨基的烷基化反应研究 第一章引言 e l e c t r o p h o r e s i s ，a c e ) 是指在电泳过程中具有生物专一性亲和力的两种分子( 受体和配 体) 之间发生了特异性相互作用，形成受体一配体复合物【2 9 1 。其基本原理是由于受体 往往是生物大分子蛋白质等，它们的空间结构有多种不对称环境，因此生物大分子作 为受体能够对手性化合物进行手性识别。s a n d r a 等用牛血清蛋白、a 一酸性糖蛋白和纤 维素酶作手性选择子，分离色氨酸。 1 4 氨基酸的保护 1 4 1q 氨基的保护 保护基可按其结构或脱除条件来分类，苄氧羰基是目前最常用的氨基保护基之 一，它缩写为c b z 或z ，其引入方法是氨基酸与氯甲酸苄酯在氢氧化钠、碳酸氢钠或 氧化镁存在下，在含水的有机溶剂中剧烈搅拌。选择性保护精氨酸中的0 l 氨基，可用 氯甲酸苄酯在碳酸氢钠氢氧化钠缓冲液中进行( p h 9 1 1 ) 1 3 0 。z 保护氨基酸的产率 高，产品一般为晶体。z 的脱除可在h b r h o a e 、液态h b r 、沸腾的t f a 、h b r t f a 、 液态h f 等酸解条件下完成，亦可用催化氢化脱保护( 图1 1 ) n a i i q n h 3 一 h 2 p d 1 叮+ 一 图1 1 苄氧羰基的脱除条件示意图 h 2 n r 为氨基酸 叔丁氧羰基( b o o ) 和z 基和9 芴甲氧羰基( f m o e ) 是目前肽合成中最重要的氨 基保护基。( b o c ) 2 0 与氨基酸在氢氧化钠水溶液中反应，得到b o e 保护的氨基酸。b o c 保护基能在温和的酸解条件( 图1 2 ) 下脱除，对催化氢化、碱性水解、钠液氨还原 条件稳定。氯化氢的乙酸、二氧六环、醚或乙酸乙酯溶液是重要的脱保护试剂。在0 左右，用无水三氟乙酸能平稳地脱除b o c 。在酸解脱除b o c 的过程中，在肽链的 9 赖氨酸c 一氨基的烷基化反应研究 第一章引言 亲核性位点上可能会发生叔丁基化副反应，如：在色氨酸的吲哚环或甲硫氨酸的硫醚 基上，可以发生叔丁基化，造成这些侧链副反应的是叔丁基碳正离子中间体，通常用 苯甲醚或苯甲硫醚等捕获剂可将其捕获。 h 对一r + y户 图1 2 酸解脱除b o c 的机理 h 2 n r 为氨基酸 f m o c 是一个具有广泛实用性的氨基保护基，其可在温和的碱性条件下脱除。 f m o c c 1 和f m o c o s u ( 9 芴甲基n 丁二酰亚胺基甲酸酯) 为常用的保护试剂。f m o c 氨基酸对碱特别是仲胺敏感( 图1 3 ) ，用哌啶或二乙胺的d m f 溶液就可以释放出氨 基。室温下，常规使用的2 0 的哌啶d m f 溶液，几秒钟即可脱除f m o c 。值得注意 的是，对常规催化氢化，f m o c 保护基不是完全惰性。 + h 2 n r 一 讨i r n + h 2 - r 图1 3f m o c 的脱除机理 h 2 n r 为氨基酸 2 - ( 4 硝基苯磺酰) 乙氧羰基，因其比f m o c 对碱性稳定，在弱碱性中不敏感【3 1 刁3 1 ， 有时可代替f m o c 。n s c 的亲水性强于f m o c ，也不易形成天门冬酰胺。c a r p i n o 等人 发展了对碱敏感的氨基保护基p 4 刁7 】，它们的脱保护依赖于亲核试剂的共轭加成反应， 1 0 九h + 赖氨酸c 一氮基的烷基化反应研究 第一章引言 同时伴随着氨基甲酸酯的释放。n a - 烯丙氧羰基( a l o e ) 保护基【3 8 1 ，可适用于合成不 稳定的衍生物。在脱保护中，p d ( o ) 催化烯丙基转移到各种亲核试剂【3 9 1 。在中性条件 下，胺鹏烷复合物特别适合作为烯丙基捕获剂，而不发生脱保护产物的n 烯丙基化。 脱保护后，n a o a l o c 衍生物继而发生酰化反应的情况也已有报道。形式上，二硫代琥 珀酰基d t s 【4 3 】可以看作是氨基甲酸酯的硫类似物，它可用硫醇脱除。d i s 对酸和碱 稳定，因此与b o c 和f m o c 正交。芳基磺酰的结构特征使之成为潜在的氨基保护基。 过去主要采用对甲苯磺酰基( t o s ) ，可用n a n i - 1 3 , ( 液) 还原脱除。n a - 芳基磺酰胺 类保护基随着邻硝基苯磺酰基和对硝基苯磺酰基( o n b s 和p n b s ) 】的引入进入了 广泛应用的时期，这些保护基可通过苯硫酚或巯基乙醇等脱除。邻硝基苯硫基( n p s ) 可用h c i 惰性溶剂或硫醇脱除。 1 4 2c 巳羧基的保护 通常的肽链合成，采用由c 端至n 端延长的策略，极少有例外【4 5 。4 7 1 ，因此对c 端羰基保护的研究不像n 端保护研究得深入。用于液相合成法或是作为固相连接臂 的c a 羧基保护基都必须与n a 氨基的临时保护基正交。以成盐的方式可以消除相应 氨基酸或肽的两性离子结构。通常，氨基酸的碱金属盐或碱土金属盐在水火含水的二 氧六环中可以与相应的活化羧基组分反应。而羧酸的三级铵盐( n - q j 基吗啉、乙基 哌啶、三乙胺等) 在有机溶剂尤其是在d m f 中进行肽合成非常重要。甲酯、乙酯、 苄酯、叔丁酯或芳基型酯都适用于羧基的可逆性保护。 1 4 3 侧链的保护 胍基的保护基可以分为四类：硝基、氨基甲酸酯型、芳香磺酰基和三苯甲基型【4 8 巧o 】。 ( ) 硝基保护基对t f a 、h b 棚o a c 及碱稳定，可用液体h f 、z 1 1 h o a c 还原或钯、 r a n c y 镍催化氢化脱除。尽管使用芳香性磺酰基进行酽单保护不能完全排除活化羧 基时生成内酰胺的副反应，但应用辅助试剂如1 羟基苯并三氮唑则可有效地抑制此副 反应的发生。对甲苯磺酰基只能用无水h f 酸解或钠液氨还原脱除。二氨基羧酸如 赖氨酸和乌氨酸，需要正交保护a 及氨基，因为这两个氨基是必须保护的。f m o c 策 略中，赖氨酸的侧链采用b o c 保护被认为是最佳的组合。在多数情况下，天冬氨酸 和谷氨酸的羧基都需要正交保护。天冬氨酸侧链酯的主要副反应是通过相应的丁二酰 亚胺中间体生成异天冬氨酰基肽。在f m o 化学中，采用天冬氨酸的b 叔丁酯则可在 赖氨酸e 一氨基的烷基化反应研究第一章引言 多数情况下避免这一问题。三苯甲基( t r t ) 、乙酰氨甲基( a c m ) 和三甲基乙酰氨甲基 ( t a c m ) 代表了一类巯基保护基【5 l 】，因为它们可同时进行氧化偶和，得到半胱氨酸衍生 物。组氨酸咪唑基容易发生n 乙酰化，可用芳基磺酰基、n 苄基衍生物形式和氨基 甲酸酯型等进行保护。原则上，没有必要保护丝氨酸和苏氨酸的羟基，需要时可用苄 基型或叔丁基型保护。 1 4 4 保护赖氨酸的制备方法 赖氨酸和鸟氨酸都含有两个氨基，应用于多肽合成的赖氨酸和鸟氨酸的两个氨基 都是需要加以保护的，由于侧链氨基的保护往往不需要选择性的脱除，而只是在合成 过程完成以后才除去，因此一般选用在脱除其它保护基时都不会被脱除的保护基，最 早使用的侧链氨基保护基是对甲苯磺酰基，例如l y s ( t o s ) 曾经成功的用于催产素、 加压素和胰岛素等多肽和蛋白质的合成工作，赖氨酸的铜盐络合物在微碱性条件下同 t o s c l 反应时，可选择性酰化一氨基而得到很好产率的l y s ( t o s ) 。 呲帅h 旦一n h ；t ( c h 必4 - c h 害：蛰邺峨呲 - 一t o s n h ( c h 2 ) 4 c h 宰：蛰拟叫州协生叭y h 图1 - 4l y s ( t o s ) 合成方法 对甲苯磺酰基非常稳定，只有用n a 液氨处理才能除去，近年来，随着氨基保护 基种类的发展，已较少使用t o s 基来保护侧链氨基，而代之以能用较温和条件脱去的 其它保护基。 同l y s ( t o s ) 的合成类似，l y s ( z ) 也可能z - c 1 同赖氨酸的铜盐反应来制备，当 一氨基选用z 为保护基时，则a 一氨基和a 一羧基必须用不会被催化氢解的保护基。e 一 氨基也可以用b o c 基保护，a 一氨基则可以用能催化氢解掉的z 基或更易酸解脱去的 t n 和n p s 基以及碱解脱去的t f a 基等保护。一氨基还可以用能够用碱脱去的保护基 如三氟乙酰基和甲砜乙氧羰基( m s o c ) 保护。n l 三氟乙酰基是通过f 3 c c o s c 2 h 5 同 l y s 反应来导入，它对酸解和催化氢解都稳定，但能用1 m 哌啶和n a o h 碱解脱去， a b 五l n s o l l 等人曾用此保护基来合成葡萄球菌核酸酶中的片段。h o f m a n n 和y a n a i h a r a 等在进行q 一促黑激素、a c t h 、牛胰核糖核酸酶a 和核糖核酸酶t 。的合成时曾用甲酰 1 2 赖氨酸c 一氮基的烷基化反应研究 第一章引言 基来保护l y s 的一氨基。此外，能用催化氢解脱去的哌啶氧羰基( p i p o e ) ，能用 z n h o a c 或z n 沸甲醇还原脱去的三氯乙氧羰基以及用肼解脱去的临苯二甲酰基等 都曾有人用于保护l y s 的一氨基。 对于赖氨酸旷氨基进行保护的制备工艺是，首先利用c u ”与赖氨酸a 位的氨基 和羧基形成络合物，然后加入保护试剂将e 一氨基选择性的保护起来，然后脱去络合 的c u 2 + ，再利用其他保护试剂对a 一氨基进行保护【s 2 - s 4 ，然后脱除e 一氨基保护基。 m 卿h 旦一n h 2 ( c h 2 ) 4 - c h o ：孓h , h 邺州： 监坶眦州叽h ：o h , h 似掣h 。羔h 广f r n o c - o s u f m 盼l y s ( b o c ) - o h 竺l + f m o c - l y s o h l 三兰三! + z - l y s ( b 。c ) - o h 竺i _ 卜z l y s o h 忡。h 旦骂n h 2 ( c h 2 ) 4 - c h o ：h , h 州巳 翮眦锄一。圳c - oo 、h ：n 芝h “2 旦一f 一呲c 删：= h 2 ( c h 2 ) 4 n 卜f h h 2 骂h - l y s ( f m o c ) - o h 竺ib o c - l y s ( f m o c ) - o h b o c - l y s o h 图1 - 6b o c - l y s o h 的合成方法 哌啶d m f 溶液 1 5 氨基酸烷基化 1 5 1 伯胺、仲胺的烷基化 用卤代烃或者醇的磺酸酯作为烷基化试剂是闭有机合成中的基本反应，但是卤 代烃通常具有毒性，对环境造成污染。近年来随着绿色化学的不断发展，研究更为安 赖氨酸c 一氨基的烷基化反应研究 第一章引言 全的烷基化反应便显得十分重要【5 良5 引。伯胺的直接烷基化通常会由于过量烷基化反 应难以控制而导致产物分离困难和收率低下。c h i a p p e 【6 0 】等研究了离子液体中伯胺和 卤代烃或对甲基苯磺酸酯之间的直接烷基化反应，发现高选择性地产生了单烷基化产 物仲胺，双烷基化产物叔胺的量较传统反应条件下明显降低，观察不到季铵盐的生 成，对于活性大的烷基化试剂甚至可以在不需要碱催化的条件下进行( 图1 7 ) 。 o h 。 h ) l 一了一r i b m i 当n h - 一r 、一- y n p f s r x n k 当n ：j ：一r n 山h r t b m i n p f 6 图1 - 7 离子液体中伯胺烷基化 韩波等人发现季铵盐可作为一种绿色的烷基化试剂。将季铵盐与羧酸、胺或硫酚 简单混合加热，便可直接实现o ，n 或s 的烷基化反应，并且季铵盐中不同烷基的 转移具有较好的化学选择性，优先顺序为：苄基 伯烷基 仲烷基。进一步研究发 现，除了羧酸可以和季铵盐直接发生烷基化反应，其它一些亲核试剂也能进攻季铵盐 1 6 1 】 o 1 5 2 酰亚胺的烷基化 对于邻苯二甲酰亚胺、丁二酰亚胺等容易得到的酰亚胺而言，和卤代烃的直接烷 基化是制备环状酰亚胺类衍生物的一种重要方法。通常这些反应需要高温、强碱的环 境，完成时间长，需要复杂的后处理操作眩】，l e 和他的课题组研究了离子液体中各 类含氦杂环如邻苯二甲酰亚胺、苯并咪唑、吲哚等与各类卤代烃之间的烷基化反应， 相对于传统的反应条件，在离子液体中，产物分离方便，产率高。也可以用【b m i m 】p f 6 为溶剂，在碱催化条件下，合成n 2 环己基邻苯二甲酰亚胺。该反应条件温