CN101811976A - 一种Nω-甲基赖氨酸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种Nω-单甲基赖氨酸的制备方法，其包括如下步骤：在L-赖氨酸的氢氧化钠溶液中加入铜盐，并在搅拌状态下加入溶于有机溶剂的对甲苯磺酰氯溶液，然后加入氢氧化钠溶液，搅拌反应，反应完毕后，加入碘甲烷，反应结束后，冷却后调pH3-5，经处理得B；将化合物B和氢溴酸混合后，加热回流反应1-4小时，然后冷却，分离纯化，调pH 3-6，经处理得到C；将化合物C的丙酮溶液和碳酸氢钠水溶液混合后，加入8-羟基喹啉，经处理得到Nω-单甲基赖氨酸。本发明优化了金属离子络合法的工艺，精简了原合成方法中用苯甲酰基保护α-氨基的步骤，简化了分离纯化的过程，实现了单甲基化赖氨酸的工业化生产，中间体无需分离纯化。
Description
技术领域
本发明涉及一种Nω-甲基赖氨酸的制备方法。
背景技术
Nω-甲基赖氨酸是一类非常重要的非天然氨基酸。在染色体中，组蛋白的赖氨酸残基的Nω-甲基化的状态可以控制异染色体的形成、X-染色体的失活、基因组信息的记录、DNA的修复，调控转录、干细胞的维持和分化、甚至能够影响到表观遗传的状态。组蛋白中的赖氨酸残基的甲基化是甲基化酶与脱甲基化酶共同调节的结果，具有可逆性，赖氨酸是以单甲基、二甲基以及三甲基化的形式存在的。
研究表明，组蛋白中的赖氨酸残基的甲基化修饰的改变与某些人类疾病和肿瘤也有一定关系。赖氨酸甲基化修饰的可逆性为某些疾病的治疗提供了新的可能，因此，Nω-甲基赖氨酸及其衍生物作为一类新的抗肿瘤药物前体得到了广泛关注。
近年来已经发展了多种方法合成Nω-甲基赖氨酸类化合物。有研究者尝试用甲基转移酶(Martino，F.Mol.Cell 2009，33，323-34.)对赖氨酸及其衍生物的特定位置甲基化。
还有使用氰基硼氢化钠分步还原得到甲基化赖氨酸化合物(Z.-P.Huang，Amino Acids(2007)33：85-89)以及使用金属离子络合羧基和α-氨基后，合成得到光学纯度较高的Nω-单甲基赖氨酸化合物(Canadian Journal of Chemistry.Vol.42，(2043-2047).1964)，其合成方法如下：
以上合成光学纯的Nω-单甲基赖氨酸的方法中，都存在着缺陷，不适合工业化生产，如：使用转甲基酶来进行甲基化，在甲基化的位置难以控制、收率以及纯度都不是很好，且成本很高；使用上述氰基硼氢化钠还原的方法难以得到单甲基化产物，通常只能得到二甲基化和三甲基化产物的混合物，不易分离，并且，氰基硼氢化钠不适合用于工业生产，有安全隐患，对环境污染严重；使用上述金属离子络合的方法进行甲基化可以得到纯度很高的单甲基化赖氨酸，目前的主要问题是合成步骤较长，分离纯化复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种用金属络合法生产Nω-单甲基赖氨酸的方法；该工艺优化了金属离子络合法的工艺，精简了原合成方法中用苯甲酰基保护α-氨基的步骤，简化了分离纯化的过程，实现了单甲基化赖氨酸的工业化生产，中间体无需分离纯化。
为了实现本发明目的，本发明提供一种Nω-单甲基赖氨酸的制备方法，其包括如下步骤：
1)L-赖氨酸胺基甲基化
在L-赖氨酸的氢氧化钠溶液中加入铜盐，并在搅拌状态下加入溶于有机溶剂的对甲苯磺酰氯溶液，然后加入氢氧化钠溶液，0-20℃搅拌反应，反应完毕后，升温至20-50℃，加入碘甲烷，再升温至50-80℃，反应结束后，冷却后调pH 3-5，经处理得蓝色固体B(Nω-对甲苯磺酰基-Nω-甲基赖氨酸铜络合物)。收率为60-90％。
2)去除对甲苯磺酰基
将化合物B和氢溴酸混合后，加热回流反应1-4小时，然后冷却，分离纯化，调pH 3-6，经处理得到固体C(Nω-单甲基赖氨酸铜络合物)，收率为60-95％。
3)去除金属络离子
将化合物C的丙酮溶液和碳酸氢钠水溶液混合后，加入8-羟基喹啉，室温继续搅拌0.5-3小时，调pH 2-4，经处理得到固体化合物D(Nω-单甲基赖氨酸)，收率为50-90％。
其中，步骤1)加入的氢氧化钠溶液的浓度为1-4mol/L，以滴加方式为佳，1-3小时滴完。
L-赖氨酸、对甲苯磺酰氯、铜盐、碘甲烷之间的摩尔比为(1-2)∶(1-2)∶(1-3)∶(2-4)。
所述铜盐为硫酸铜、硫酸铜或氢氧化铜。
所述有机溶剂为丙酮、乙酸乙酯、乙腈或四氢呋喃等。
步骤2)中分离纯化过程为：反应冷却后加入水，搅拌冷却1-3小时，过滤，去除溶剂，残余物用水溶解，加活性炭室温搅拌0.5-3小时，过滤，滤液加入阳离子交换树脂，搅拌1-2小时后过滤，阳离子交换树脂用水洗净；然后向阳离子交换树脂中加入氨水，搅拌5-30分钟后过滤。
步骤3)中化合物C、碳酸氢钠与8-羟基喹啉的摩尔比为(1-2)∶(1-4)∶(1-2)。
具体地说，本发明Nω-单甲基赖氨酸的制备方法，包括如下步骤：
1)L-赖氨酸胺基甲基化
在L-赖氨酸的氢氧化钠溶液中加入铜盐，并在搅拌状态下加入溶于有机溶剂的对甲苯磺酰氯溶液，然后加入1-4mol/L氢氧化钠溶液，1-3小时滴完，然后0-20℃搅拌反应2-5小时，反应完毕后，升温至20-50℃，加入碘甲烷，再升温至50-80℃，反应1-3小时，反应结束后，冷却后调pH 3-5，然后用乙酸乙酯萃取，有机相用无水Na2SO4干燥，浓缩有机相，得到蓝色固体B(Nω-对甲苯磺酰基-Nω-甲基赖氨酸铜络合物)；L-赖氨酸、对甲苯磺酰氯、铜盐、碘甲烷之间的摩尔比为(1-2)∶(1-2)∶(1-3)∶(2-4)。
2)去除对甲苯磺酰基
将化合物B和氢溴酸混合后，加热回流反应1-4小时，然后冷却，加入水，搅拌冷却1-3小时，过滤，去除溶剂，残余物用水溶解，加活性炭室温搅拌0.5-3小时，过滤，滤液加入阳离子交换树脂，搅拌1-2小时后过滤，阳离子交换树脂用水洗净；然后向阳离子交换树脂中加入氨水，搅拌5-30分钟后过滤；滤液旋干，加水溶解，调pH值到3-6后，浓缩溶剂后使用乙醇重结晶，得到固体C(Nω-单甲基赖氨酸铜络合物)。
3)去除金属络离子
将化合物C的丙酮溶液和碳酸氢钠水溶液混合后，加入8-羟基喹啉，化合物C、碳酸氢钠与8-羟基喹啉的摩尔比为(1-2)∶(1-4)∶(1-2)，室温继续搅拌0.5-3小时，调pH 2-4，有固体生成，用乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，浓缩后使用乙酸乙酯和乙醇重结晶，得到固体化合物D(Nω-单甲基赖氨酸)。
本发明所采用的后处理均可采用本领域常规的处理方法进行，比如过滤、萃取、结晶等方式进行。
本发明得到的目标产物经分离提纯后，所得化合物经过核磁共振谱氢(1H NMR)、质谱(MS)和旋光分析确定，结构无误。
本发明的合成路线如下所示：
本发明采用金属络合法生产Nω-单甲基赖氨酸，其具有如下优点：1)优化了金属离子络合法的工艺，简化了分离纯化的过程，为工业化生产单甲基化赖氨酸奠定了基础。2)原料价廉易得，反应条件均比较温和。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1Nω-甲基-赖氨酸
1)合成B(Nω-对甲苯磺酰基-Nω-甲基赖氨酸铜络合物)
将255g(1.025mol)五水硫酸铜与1.025L(2.050mol)2N氢氧化钠溶液混合，过滤，滤饼加入到溶有149.65g(1.025mol)L-赖氨酸和513mL(1.025mol)2N氢氧化钠溶液中。搅拌下，向该体系加入4L溶有195.41g(1.025mol)对甲苯磺酰氯的丙酮溶液中，然后滴加入513mL(1.025mol)2N氢氧化钠溶液，持续3小时，滴完后，在20℃继续搅拌5小时。TLC检测L-赖氨酸反应完毕后，将内温升至30℃时，加入291.0g(2.050mol)碘甲烷，浴温升至70℃时，在该温度下反应3小时，反应结束后，让体系冷却。用浓盐酸调pH值至5，然后用1L乙酸乙酯萃取三次，有机相用无水Na2SO4干燥，浓缩有机相，得到蓝色固体B 270g，收率78％。
2)合成C(Nω-单甲基赖氨酸铜络合物)
将207.84g(0.6mol)B和1L 48％的氢溴酸混合后，加热回流反应2小时，然后冷却，加入水，搅拌冷却2小时，过滤，去除溶剂，残余物用水溶解，加活性炭室温搅拌1小时，过滤，滤液加入阳离子交换树脂(型号D001)，搅拌1小时后过滤，树脂用水洗净。然后向树脂中加入氨水，搅拌10分钟后过滤。滤液旋干，加水溶解，用浓盐酸调pH值到5后，浓缩溶剂后使用乙醇重结晶，得到固体C 92.16g，收率为80％。
3)合成D(Nω-甲基-赖氨酸)
将1L 57.6g(0.3mol)C的丙酮溶液和150mL 2N碳酸氢钠水溶液混合后，加入43.55g(0.3mol)8-羟基喹啉，室温下继续搅拌2小时，用浓盐酸调pH值到3，有固体生成。用500mL乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，浓缩后使用乙酸乙酯和乙醇(7∶3体积比)重结晶，得到固体D 43.2g，收率为90％。
1H NMR(300MHz，CDCl3)：5.11(s，2H)，3.49(m，1H)，3.26(s，3H)，2.55(t，2H)，2.3(m，1H)，1.78-1.25(m，6H)。
实施例2Nω-甲基-赖氨酸
1)合成B(Nω-对甲苯磺酰基-Nω-甲基赖氨酸铜络合物)
将750g(3.075mol)五水硫酸铜与2.050L(4.100mol)2N氢氧化钠溶液混合，过滤，滤饼加入到溶有299.30g(2.050mol)L-赖氨酸和513mL(1.025mol)2N氢氧化钠溶液中。搅拌下，向该体系加入6L溶有390.82g(2.050mol)对甲苯磺酰氯的丙酮溶液中，然后滴加入513mL(1.025mol)2N氢氧化钠溶液，持续2小时，滴完后，在20℃继续搅拌6小时。TLC检测L-赖氨酸反应完毕后，将内温升至30℃时，加入1164g(8.200mol)碘甲烷，浴温升至70℃时，在该温度下反应4小时，反应结束后，让体系冷却。用浓盐酸调pH值至5，然后用2L乙酸乙酯萃取三次，有机相用无水Na2SO4干燥，浓缩有机相，得到蓝色固体B 577g，收率83％。
2)合成C(Nω-单甲基赖氨酸铜络合物)
将346.4g(1.0mol)B和2L 48％的氢溴酸混合后，加热回流反应3小时，然后冷却，加入水，搅拌冷却2小时，过滤，去除溶剂，残余物用水溶解，加活性炭室温搅拌1.5小时，过滤，滤液加入阳离子交换树脂(型号D001)，搅拌1小时后过滤，树脂用水洗净。然后向树脂中加入氨水，搅拌10分钟后过滤。滤液旋干，加水溶解，用浓盐酸调pH值到5后，浓缩溶剂后使用乙醇重结晶，得到固体C149.76g，收率为78％。
3)合成D(Nω-甲基-赖氨酸)
将2L 96.0g(0.5mol)C的丙酮溶液和500mL 2N碳酸氢钠水溶液混合后，加入145.17g(1.0mol)8-羟基喹啉，室温下继续搅拌3小时，用浓盐酸调pH值到3，有固体生成。用2L乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，浓缩后使用乙酸乙酯和乙醇(7∶3体积比)重结晶，得到固体D 76.0g，收率为95％。
实施例3Nω-甲基-赖氨酸
1)合成B(Nω-对甲苯磺酰基-Nω-甲基赖氨酸铜络合物)
将127.5g(0.513mol)五水硫酸铜与1.025L(2.050mol)2N氢氧化钠溶液混合，过滤，滤饼加入到溶有112.24g(0.769mol)L-赖氨酸和513mL(1.025mol)2N氢氧化钠溶液中。搅拌下，向该体系加入3L溶有195.41g(1.025mol)对甲苯磺酰氯的丙酮溶液中，然后滴加入1000mL(1.998mol)2N氢氧化钠溶液，持续1.5小时，滴完后，在20℃继续搅拌3小时。TLC检测L-赖氨酸反应完毕后，将内温升至30℃时，加入200.0g(1.423mol)碘甲烷，浴温升至60℃时，在该温度下反应2小时，反应结束后，让体系冷却。用浓盐酸调pH值至5，然后用1L乙酸乙酯萃取三次，有机相用无水Na2SO4干燥，浓缩有机相，得到蓝色固体B 184.32g，收率71％。
2)合成C(Nω-单甲基赖氨酸铜络合物)
将69.28g(0.2mol)B和1L 48％的氢溴酸混合后，加热回流反应1小时，然后冷却，加入水，搅拌冷却1小时，过滤，去除溶剂，残余物用水溶解，加活性炭室温搅拌1小时，过滤，滤液加入阳离子交换树脂(型号D001)，搅拌1小时后过滤，树脂用水洗净。然后向树脂中加入氨水，搅拌20分钟后过滤。滤液旋干，加水溶解，用浓盐酸调pH值到5后，浓缩溶剂后使用乙醇重结晶，得到固体C 28.03g，收率为73％。
3)合成D(Nω-甲基-赖氨酸)
将1L 115.2g(0.6mol)C的丙酮溶液和150mL 2N碳酸氢钠水溶液混合后，加入65.33g(0.45mol)8-羟基喹啉，室温下继续搅拌2小时，用浓盐酸调pH值到3，有固体生成。用1L乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，浓缩后使用乙酸乙酯和乙醇(7∶3体积比)重结晶，得到固体D 74.88g，收率为78％。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (5)
1.一种Nω-单甲基赖氨酸的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
1)L-赖氨酸胺基甲基化
在L-赖氨酸的氢氧化钠溶液中加入铜盐，并在搅拌状态下加入溶于有机溶剂的对甲苯磺酰氯溶液，然后加入氢氧化钠溶液，0-20℃搅拌反应，反应完毕后，升温至20-50℃，加入碘甲烷，再升温至50-80℃，反应结束后，冷却后调pH 3-5，经处理得化合物B；
2)去除对甲苯磺酰基
将化合物B和氢溴酸混合后，加热回流反应1-4小时，然后冷却，分离纯化，调pH 3-6，经处理得到化合物C；
3)去除金属络离子
将化合物C的丙酮溶液和碳酸氢钠水溶液混合后，加入8-羟基喹啉，室温继续搅拌0.5-3小时，调pH 2-4，经处理得到Nω-单甲基赖氨酸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，L-赖氨酸、对甲苯磺酰氯、铜盐、碘甲烷之间的摩尔比为(1-2)∶(1-2)∶(1-3)∶(2-4)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤2)中分离纯化过程为：反应冷却后加入水，搅拌冷却1-3小时，过滤，去除溶剂，残余物用水溶解，加活性炭室温搅拌0.5-3小时，过滤，滤液加入阳离子交换树脂，搅拌1-2小时后过滤，阳离子交换树脂用水洗净；然后向阳离子交换树脂中加入氨水，搅拌5-30分钟后过滤。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，步骤3)中化合物C、碳酸氢钠与8-羟基喹啉的摩尔比为(1-2)∶(1-4)∶(1-2)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
1)L-赖氨酸胺基甲基化
在L-赖氨酸的氢氧化钠溶液中加入铜盐，并在搅拌状态下加入溶于有机溶剂的对甲苯磺酰氯溶液，然后加入1-4mol/L氢氧化钠溶液，1-3小时滴完，然后0-20℃搅拌反应2-5小时，反应完毕后，升温至20-50℃，加入碘甲烷，再升温至50-80℃，反应1-3小时，反应结束后，冷却后调pH 3-5，然后用乙酸乙酯萃取，有机相用无水Na2SO4干燥，浓缩有机相，得到蓝色固体B；L-赖氨酸、对甲苯磺酰氯、铜盐、碘甲烷之间的摩尔比为(1-2)∶(1-2)∶(1-3)∶(2-4)；
2)去除对甲苯磺酰基
将化合物B和氢溴酸混合后，加热回流反应1-4小时，然后冷却，加入水，搅拌冷却1-3小时，过滤，去除溶剂，残余物用水溶解，加活性炭室温搅拌0.5-3小时，过滤，滤液加入阳离子交换树脂，搅拌1-2小时后过滤，阳离子交换树脂用水洗净；然后向阳离子交换树脂中加入氨水，搅拌5-30分钟后过滤；滤液旋干，加水溶解，调pH值到3-6后，浓缩溶剂后使用乙醇重结晶，得到固体C；
3)去除金属络离子
将化合物C的丙酮溶液和碳酸氢钠水溶液混合后，加入8-羟基喹啉，化合物C、碳酸氢钠与8-羟基喹啉的摩尔比为(1-2)∶(1-4)∶(1-2)，室温继续搅拌0.5-3小时，调pH 2-4，有固体生成，用乙酸乙酯萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，浓缩后使用乙酸乙酯和乙醇重结晶，得到固体化合物Nω-单甲基赖氨酸。
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