CN101007772A - 一种手性正缬氨酸的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手性正缬氨酸的合成方法，以正丁醛和氰化钠、氯化铵为原料，包括氨基戊腈的制备、氰基酰胺化、拆分、重结晶、水解。本发明采用化学合成法生产手性正缬氨酸，生产工艺简单，成本低，并且采用氨基酸的常用拆分方法就可以得到高质量的产品；与传统的发酵工艺相比，更是具有产量大，生产周期短等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机化合物的合成方法，特别是一种手性正缬氨酸的合成方法。
背景技术
分子式如S-1所示的手性正缬氨酸，是合成药物培多普利(分子式如S-2所示)的关键中间体。现有的手性正缬氨酸的合成方法较少见于报道，专利JP7553587采用发酵法制取，产量约为3.7g/L，远低于一般发酵生产氨基酸的产量，难以满足工业化的生产需要。中国专利申请200410084417.7，公开了以正丁醛和丙酮氰醇为原料合成L-正缬氨酸的技术，但原料丙酮氰醇不易得，价格偏高；而本发明采用氰化钠为反应原料，大大降低了原料成本。
分子式如S-3所示的手性正缬氨酸，可以作为D-源定向合成一些具有D-的大环内酯如Pamamycin-607及生物碱(R)-瓢虫素内酯(Epilachnene)。由于D-正缬氨酸不是天然的氨基酸，现有的文献报道以化学合成法为主。如Nozaki Hiroyuki等人的文章“D-Amino acid production by E.coli co-expressed three genes encoding hydantoin racemase，D-hydantoinase and N-carbamoyl-D-amino acid amidohydrolase.”《Journal of Molecular CatalysisB：Enzymatic》2005，32(5-6)：213-218；Badorrey Ramon等人的文章“Stereodivergent addition of allylmetal reagents to imines derived from(R)-2，3-di-O-benzylglyceraldehyde by appropriate selection of metal and double stereodifferentiation.”《European Journal of Organic Chemistry》2002，(22)：3763-3767等，但在这些文献报道的合成方法中，起始原料复杂，或者需要使用复杂的催化剂。Alexandre Francois-Rene等人的文章“Amine-boranes：effective reducing agents for the deracemisation of DL-amino acidsusing L-amino acid oxidase from Proteus myxofaciens.”《Tetrahedron Letters》2002，43(4)：707-710和Galkin Andrey等人的文章“Synthesis of optically active amino acids fromα-keto acids with Escherichia coli cellsexpressing heterologous genes.”《Applied and Environmental Microbiology》1997，63(12)：4651-4656)中公开了通过拆分α-氨基正戊酸来得到D-正缬氨酸的方法，但是此方法的成本较高，合成工艺复杂，有其应用的局限性。
发明内容
本发明提供一种工艺简单，原料成本低的手性正缬氨酸合成方法。
一种手性正缬氨酸的合成方法，以正丁醛和氰化钠、氯化铵为原料，包括下述步骤：
(1)、氨基戊腈的制备：正丁醛与氰化钠、氯化铵在水和低级醇的混合溶剂中进行反应，反应温度为50℃～80℃，反应时间为4h～8h，经萃取、脱除溶剂，得到氨基戊腈；
(2)、氰基酰胺化：将氨基戊腈在浓硫酸中，于50℃～150℃水解1h～3h，再进行中和、萃取、脱除溶剂，得到外消旋氨基戊酰胺；
(3)、拆分：用L-酒石酸或D-酒石酸将外消旋氨基戊酰胺进行拆分，对应得到氨基戊酰胺L-酒石酸盐或氨基戊酰胺D-酒石酸盐；
(4)、重结晶：将所得到的氨基戊酰胺L-酒石酸盐或氨基戊酰胺D-酒石酸盐重结晶得到重结晶料；
(5)、水解：将重结晶料用水溶解后与阳离子交换树脂进行离子交换，并于温度50℃～150℃下进行水解，反应时间1h～3h，再用氨水将树脂上的料洗出，后处理手性正缬氨酸。
步骤(1)中，正丁醛与氰化钠的物质的量比为1∶1.1～1∶2；正丁醛与氯化铵的物质的量比为1∶1.1～1∶2；低级醇为甲醇或乙醇，混合溶剂中醇与水的体积比为1∶3～1∶4；萃取采用的萃取剂为乙酸乙酯。
步骤(2)中，所用浓硫酸浓度为98～100％、用量为氨基戊腈重量的2～4倍；所述中和步骤中所用碱为15％～35％的氨水，中和温度10℃～30℃、时间1h～3h；所述萃取步骤中萃取剂为四氢呋喃、二氯甲烷或氯仿。
步骤(3)中：将外消旋氨基戊酰胺加入L-酒石酸的或D-酒石酸甲醇溶液中进行拆分，用料重量比为外消旋氨基戊酰胺/甲醇/酒石酸＝1/3/0.3～1/5/0.5；反应温度0℃～15℃，反应时间1h～3h。
步骤(4)中，L-氨基戊酰胺酒石酸盐或D-氨基戊酰胺酒石酸盐/水/甲醇的重量比为＝1/2/6～1/4/10。
步骤(5)中，将重结晶料溶于8～15倍量的水中；流经装有阳离子交换树脂的柱子，再将树脂升温至100℃～150℃、反应1h～2h；反应结束后用5％～10％的氨水将料从树脂上洗出。
本发明的合成方法，其合成路线如下(以L-正缬氨酸的合成为例)：
本发明采用化学合成法生产手性正缬氨酸即L-正缬氨酸或D-正缬氨酸，生产工艺简单，成本低，并且采用氨基酸的常用拆分方法就可以得到高质量的产品；与传统的发酵工艺相比，更是具有产量大，生产周期短等优点。
具体实施方式：
实施例1
L-正缬氨酸的合成方法，以正丁醛和氰化钠、氯化铵为主要起始原料，依次经下述步骤制成：
(1)氨基戊腈的制备：
在50ml甲醇和200ml水配成的混合溶剂中，加入正丁醛(14.4g，0.2mol)、氰化钠(10.8g，0.22mol)、氯化铵(11.8g，0.22mol)，搅拌溶解，此时溶液不分层；控制温度70℃左右反应6h。停止反应后，分别用50ml乙酸乙酯萃取两次反应液，合并有机相，脱除溶剂后得到氨基戊腈粗品(12.6g，0.13mol)。
(2)氰基酰胺化，即外消旋氨基戊酰胺的制备：
将上步所得氨基戊腈粗品(9.8g，0.1mol)于30min内滴加入32g 98％的浓硫酸中，滴加时控制温度在20℃以内，滴加完毕后，升温至100℃，并保持该温度反应1h后冷却至室温出料。将所得水解产物氨基戊酰胺硫酸盐于30min内滴加入50g 25％的氨水中，滴加过程中控制温度在20℃以内，滴加完毕后继续搅拌2h后加入30g四氢呋喃萃取。取上层四氢呋喃层在旋转蒸发仪上脱除溶剂后即得到外消旋氨基戊酰胺粗品，用于下步拆分。
(3)拆分：
将L-酒石酸(4g，0.027mol)溶于40g甲醇中，5℃以下缓慢滴加上步所得的外消旋氨基戊酰胺粗品。滴加完毕，继续反应2h后，出料过滤，滤饼即为拆分产物L-氨基戊酰胺酒石酸盐。
(4)重结晶：
将上述所得滤饼(即L-氨基戊酰胺酒石酸盐)与30g水、1g活性炭混合，40℃搅拌2h后过滤，滤液加入90g甲醇中进行重结晶，即得产物重结晶L-氨基戊酰胺酒石酸盐。
(5)水解，即L-正缬氨酸的制备：
将上步所得产物重结晶L-氨基戊酰胺酒石酸盐溶于10倍重量的水中，令溶液流经装有强酸性阳离子交换树脂的柱子中；完毕后以水将柱子洗至中性，回收洗液，经浓缩可得回收L-酒石酸。然后将柱子升温至100℃并保温1h，使酰胺水解；再以5％的氨水洗柱子，收集洗出液，至旋光度为0时停止收集。将洗出液以活性炭脱色后浓缩脱水，再经甲醇淋洗，干燥后即得成品L-正缬氨酸3.2g，分子式如S-1所示，比旋光度
(c＝10，20％盐酸中)。
实施例2
L-正缬氨酸的合成方法，以正丁醛和氰化钠、氯化铵为主要起始原料，依次经下述步骤制成：
(1)氨基戊腈的制备：
在50ml乙醇和200ml水配成的混合溶剂中，加入正丁醛(14.4g，0.2mol)、氰化钠(14.7g，0.3mol)、氯化铵(16.1g，0.3mol)，搅拌溶解，此时溶液不分层；控制温度80℃左右反应8h。停止反应后，分别用50ml乙酸乙酯萃取两次反应液，合并有机相，脱除溶剂后得到氨基戊腈粗品(10.3g，0.11mol)。
(2)氰基酰胺化，即外消旋氨基戊酰胺的制备：
将上步所得氨基戊腈粗品(9.8g，0.1mol)于30min内滴加入38g100％的浓硫酸中，滴加时控制温度在20℃以内，滴加完毕后，升温至50℃，并保持该温度反应2h后冷却至室温出料。将所得水解产物氨基戊酰胺硫酸盐于30min内滴加入50g 35％的氨水中，滴加过程中控制温度在30℃以内，滴加完毕后继续搅拌3h后加入30g氯仿萃取。取下层氯仿层在旋转蒸发仪上脱除溶剂后即得到外消旋氨基戊酰胺粗品，用于下步拆分。
(3)拆分：
将L-酒石酸(4g，0.027mol)溶于40g甲醇中，10℃以下缓慢滴加上步所得的外消旋氨基戊酰胺粗品。滴加完毕，继续反应3h后，出料过滤，滤饼即为拆分产物L-氨基戊酰胺酒石酸盐。
(4)重结晶：
将上述所得滤饼(即L-氨基戊酰胺酒石酸盐)与60g水、1g活性炭混合，40℃搅拌2h后过滤，滤液加入150g甲醇中进行重结晶，即得产物重结晶L-氨基戊酰胺酒石酸盐。
(5)水解，即L-正缬氨酸的制备：
将上步所得产物重结晶L-氨基戊酰胺酒石酸盐溶于15倍重量的水中，令溶液流经装有阳离子交换树脂的柱子中；完毕后以水将柱子洗至中性，回收洗液，经浓缩可得回收L-酒石酸。然后将柱子升温至150℃并保温2h，使酰胺水解；再以10％的氨水洗柱子，收集洗出液，至旋光度为0时停止收集。将洗出液以活性炭脱色后浓缩脱水，再经甲醇淋洗，干燥后即得成品L-正缬氨酸2.4g，分子式如S-1所示，比旋光度
(c＝10，20％盐酸中)。
实施例3
L-正缬氨酸的合成方法，以正丁醛和氰化钠、氯化铵为主要起始原料，依次经下述步骤制成：
(1)氨基戊腈的制备：
在66ml甲醇和200ml水配成的混合溶剂中，加入正丁醛(14.4g，0.2mol)、氰化钠(19.6g，0.4mol)、氯化铵(21.4g，0.4mol)，搅拌溶解，此时溶液不分层；控制温度50℃左右反应4h。停止反应后，分别用50ml乙酸乙酯萃取两次反应液，合并有机相，脱除溶剂后得到氨基戊腈粗品(7.3g，0.07mol)。
(2)氰基酰胺化，即外消旋氨基戊酰胺的制备：
将上步所得氨基戊腈粗品(9.8g，0.1mol)于30min内滴加入38g 99％的浓硫酸中，滴加时控制温度在20℃以内，滴加完毕后，升温至150℃，并保持该温度反应3h后冷却至室温出料。将所得水解产物氨基戊酰胺硫酸盐于30min内滴加入100g 15％的氨水中，滴加过程中控制温度在30℃以内，滴加完毕后继续搅拌1h后加入30g二氯甲烷萃取。取下层氯仿层在旋转蒸发仪上脱除溶剂后即得到外消旋氨基戊酰胺粗品，用于下步拆分。
(3)拆分：
将L-酒石酸(4g，0.027mol)溶于40g甲醇中，10℃以下缓慢滴加上步所得的外消旋氨基戊酰胺粗品。滴加完毕，继续反应3h后，出料过滤，滤饼即为拆分产物L-氨基戊酰胺酒石酸盐。
(4)重结晶：
将上述所得滤饼(即L-氨基戊酰胺酒石酸盐)与45g水、1g活性炭混合，40℃搅拌2h后过滤，滤液加入105g甲醇中进行重结晶，即得产物重结晶L-氨基戊酰胺酒石酸盐。
(5)水解，即L-正缬氨酸的制备：
将上步所得产物重结晶L-氨基戊酰胺酒石酸盐溶于8倍重量的水中，令溶液流经装有阳离子交换树脂的柱子中；完毕后以水将柱子洗至中性，回收洗液，经浓缩可得回收L-酒石酸。然后将柱子升温至125℃并保温1.5h，使酰胺水解；再以8％的氨水洗柱子，收集洗出液，至旋光度为0时停止收集。将洗出液以活性炭脱色后浓缩脱水，再经甲醇淋洗，干燥后即得成品L-正缬氨酸1.2g，分子式如S-1所示，比旋光度
(c＝10，20％盐酸中)。
实施例4
D-正缬氨酸的合成方法，以正丁醛和氰化钠、氯化铵为主要起始原料，依次经下述步骤制成：
(1)氨基戊腈的制备：
在50ml甲醇和200ml.水配成的混合溶剂中，加入正丁醛(14.4g，0.2mol)、氰化钠(10.8g，0.22mol)、氯化铵(11.8g，0.22mol)，搅拌溶解，此时溶液不分层；控制温度70℃左右反应6h。停止反应后，分别用50ml乙酸乙酯萃取两次反应液，合并有机相，脱除溶剂后得到氨基戊腈粗品(12.6g，0.13mol)。
(2)氰基酰胺化，即外消旋氨基戊酰胺的制备：
将上步所得氨基戊腈粗品(9.8g，0.1mol)于30min内滴加入32g 98％的浓硫酸中，滴加时控制温度在20℃以内，滴加完毕后，升温至100℃，并保持该温度反应1h后冷却至室温出料。将所得水解产物氨基戊酰胺硫酸盐于30min内滴加入50g 25％的氨水中，滴加过程中控制温度在20℃以内，滴加完毕后继续搅拌2h后加入30g四氢呋喃萃取。取上层四氢呋喃层在旋转蒸发仪上脱除溶剂后即得到外消旋氨基戊酰胺粗品，用于下步拆分。
(3)拆分：
将D-酒石酸(4g，0.027mol)溶于40g甲醇中，5℃以下缓慢滴加上步所得的外消旋氨基戊酰胺粗品。滴加完毕，继续反应2h后，出料过滤，滤饼即为拆分产物D-氨基戊酰胺酒石酸盐。
(4)重结晶：
将上述所得滤饼(即D-氨基戊酰胺酒石酸盐)与30g水、1g活性炭混合，40℃搅拌2h后过滤，滤液加入90g甲醇中进行重结晶，即得产物重结晶D-氨基戊酰胺酒石酸盐。
(5)水解，即D-正缬氨酸的制备：
将上步所得产物重结晶D-氨基戊酰胺酒石酸盐溶于10倍重量的水中，令溶液流经装有强酸性阳离子交换树脂的柱子中；完毕后以水将柱子洗至中性，回收洗液，经浓缩可得回收D-酒石酸。然后将柱子升温至100℃并保温1h，使酰胺水解；再以5％的氨水洗柱子，收集洗出液，至旋光度为0时停止收集。将洗出液以活性炭脱色后浓缩脱水，再经甲醇淋洗，干燥后即得成品D-正缬氨酸3.5g，分子式如S-3所示，比旋光度
(c＝10，20％盐酸中)。
实施例5
D-正缬氨酸的合成方法，以正丁醛和氰化钠、氯化铵为主要起始原料，依次经下述步骤制成：
(1)氨基戊腈的制备：
在50ml乙醇和200ml水配成的混合溶剂中，加入正丁醛(14.4g，0.2mol)、氰化钠(14.7g，0.3mol)、氯化铵(16.1g，0.3mol)，搅拌溶解，此时溶液不分层；控制温度80℃左右反应8h。停止反应后，分别用50ml乙酸乙酯萃取两次反应液，合并有机相，脱除溶剂后得到氨基戊腈粗品(10.3g，0.11mol)。
(2)氰基酰胺化，即外消旋氨基戊酰胺的制备：
将上步所得氨基戊腈粗品(9.8g，0.1mol)于30min内滴加入38g 100％的浓硫酸中，滴加时控制温度在20℃以内，滴加完毕后，升温至50℃，并保持该温度反应2h后冷却至室温出料。将所得水解产物氨基戊酰胺硫酸盐于30min内滴加入50g 35％的氨水中，滴加过程中控制温度在30℃以内，滴加完毕后继续搅拌3h后加入30g氯仿萃取。取下层氯仿层在旋转蒸发仪上脱除溶剂后即得到外消旋氨基戊酰胺粗品，用于下步拆分。
(3)拆分：
将D-酒石酸(4g，0.027mol)溶于40g甲醇中，10℃以下缓慢滴加上步所得的外消旋氨基戊酰胺粗品。滴加完毕，继续反应3h后，出料过滤，滤饼即为拆分产物D-氨基戊酰胺酒石酸盐。
(4)重结晶：
将上述所得滤饼(即D-氨基戊酰胺酒石酸盐)与60g水、1g活性炭混合，40℃搅拌2h后过滤，滤液加入150g甲醇中进行重结晶，即得产物重结晶D-氨基戊酰胺酒石酸盐。
(5)水解，即D-正缬氨酸的制备：
将上步所得产物重结晶D-氨基戊酰胺酒石酸盐溶于15倍重量的水中，令溶液流经装有阳离子交换树脂的柱子中；完毕后以水将柱子洗至中性，回收洗液，经浓缩可得回收D-酒石酸。然后将柱子升温至150℃并保温2h，使酰胺水解；再以10％的氨水洗柱子，收集洗出液，至旋光度为0时停止收集。将洗出液以活性炭脱色后浓缩脱水，再经甲醇淋洗，干燥后即得成品D-正缬氨酸2.4g，分子式如S-3所示，比旋光度
(c＝10，20％盐酸中)。
以上所述仅为本发明的若干个具体实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，还可以作出许多变型和改进，例如改变氨水溶液的浓度，所有的变型或改进均应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1、一种手性正缬氨酸的合成方法，其特征在于：以正丁醛和氰化钠、氯化铵为原料，包括下述步骤：
(1)、氨基戊腈的制备：正丁醛与氰化钠、氯化铵在水和低级醇的混合溶剂中进行反应，反应温度为50℃～80℃，反应时间为4h～8h，经萃取、脱除溶剂，得到氨基戊腈；
(2)、氰基酰胺化：将氨基戊腈在浓硫酸中，于50℃～150℃水解1h～3h，再进行中和、萃取、脱除溶剂，得到外消旋氨基戊酰胺；
(3)、拆分：用L-酒石酸或D-酒石酸将外消旋氨基戊酰胺进行拆分，对应得到氨基戊酰胺L-酒石酸盐或氨基戊酰胺D-酒石酸盐；
(4)、重结晶：将所得到的氨基戊酰胺L-酒石酸盐或氨基戊酰胺D-酒石酸盐重结晶得到重结晶料；
(5)、水解：将重结晶料用水溶解后与阳离子交换树脂进行离子交换，并于温度50℃～150℃下进行水解，反应时间1h～3h，再用氨水将树脂上的料洗出，后处理得到手性正缬氨酸。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，正丁醛与氰化钠的物质的量比为1∶1.1～1∶2；正丁醛与氯化铵的物质的量比为1∶1.1～1∶2；低级醇为甲醇或乙醇，混合溶剂中醇与水的体积比为1∶3～1∶4；萃取采用的萃取剂为乙酸乙酯。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所用浓硫酸浓度为98～100％、用量为氨基戊腈重量的2～4倍；中和步骤中所用碱为15％～35％的氨水，中和温度10℃～30℃、时间1h～3h；萃取步骤中萃取剂为四氢呋喃、二氯甲烷或氯仿。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中：将外消旋氨基戊酰胺加入L-酒石酸的或D-酒石酸甲醇溶液中进行拆分，用料重量比为外消旋氨基戊酰胺/甲醇/酒石酸＝1/3/0.3～1/5/0.5；反应温度0℃～15℃，反应时间1h～3h。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，L-氨基戊酰胺酒石酸盐/水/甲醇的重量比为＝1/2/6～1/4/10。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(5)中，将重结晶料溶于8～15倍量的水中；流经装有阳离子交换树脂的柱子，再将树脂升温至100℃～150℃、反应1h～2h；反应结束后用5％～10％的氨水将料从树脂上洗出。
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