CN103153943B - 由2-氨基丁内酯制备氨基酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及由2-氨基丁内酯(2ABL)制备氨基酸或其盐的方法,其中所述氨基酸具有式1,XCH2CH2CHNH2COOH,其中X是亲核离子,并且其中根据所述方法,通过二氧化碳将2-氨基丁内酯(2ABL)N-羧化,并且使获得的2ABL氨基甲酸酯与XH试剂或其盐反应。
Description
技术领域
本发明涉及由2-氨基丁内酯(2ABL)制备氨基酸的方法。
背景技术
如Chem.Ber.(1950)83,265所描述,通过甲硫醇钠(CH3SNa)的反应将2ABL标准地转化成甲硫氨酸。在160°C下、在一小时的持续时间内在甲苯中以单一步骤进行该合成。然而其产量只有44%。
根据US2008/0146840A1,已知由高丝氨酸获得甲硫氨酸的方法,包括由下面组成的步骤:
a)进行高丝氨酸的伴随的N-酰化和环化反应,
b)当存在酸性或者碱性催化剂时,使甲硫醇与步骤a)中获得的2-氨基丁内酯N-乙酰胺反应,从而获得甲硫氨酸N-乙酰胺,以及
c)将甲硫氨酸N-乙酰胺水解成甲硫氨酸。
该方法导致较高的产量,但是其具有以下缺点:需要三个步骤,每个都必须纯化所形成的中间物。
此外,高丝氨酸是高度可得到的化合物。其可以通过化学途径获得。其还可以通过糖的微生物发酵而获得;在这个主题上存在广泛的文献。这个来源是更加有吸引力的,因为获得了高丝氨酸的同分异构体L。如现有技术所显示,高丝氨酸环化为2ABL(被保护的或者没有保护的)的步骤是有效的,但是为了考虑其大规模合成,人们会面临最终甲硫氨酸转化步骤的过低产量,或者面临高度繁重的方法。
发明内容
本发明的作者发现了保护2ABL的氨基官能团的基团,以及允许其置换的试剂,所述基团能够引入并且容易去除,并且这是可逆的。因此,它们揭示了高丝氨酸在氨基酸制备中的主要应用。
本发明提供了由2-氨基丁内酯(2ABL)制备氨基酸或其一种盐的方法,所述氨基酸具有式1,XCH2CH2CHNH2COOH,其中X是这样的,即X-表示亲核离子,所述方法包括下面的步骤:
-用二氧化碳实现2-氨基丁内酯(2ABL)的N-羧化,以及
-使由此获得的2ABL的N-羧基与试剂XH或其盐反应,并且进行酸化。
如实例将说明的,所述去保护产量使得有可能由2ABL工业化合成甲硫氨酸。许多其他氨基酸的工业合成,例如具有上述式1的这些氨基酸,也是相当推荐的。氨基酸一词是指包括不对称碳的任何氨基酸,所述不对称碳携带基团-NH2,基团-COOH,-H以及形式为-CH2CH2X的侧链,X是根据本发明通过试剂XH或其盐所提供的,或者形式为-CH2CH2Y的侧链,其中Y表示例如通过水解通过转化X而得到的基团。作为优选的实例,另外可以提到甲硫氨酸、硒代甲硫氨酸、高半胱氨酸以及谷氨酰胺。这种方法还可以制备高半胱氨酸,后者是由其二聚物获得的。
由于具有氨基和羧基的碳是不对称的,氨基酸一词是指其同分异构体、L-、D-、或者它们的混合物,并且特别地外消旋混合物中的任何一种。寻求的氨基酸的同分异构体或者同分异构体的混合物是通过2ABL的相应的同分异构体或者同分异构体的混合物,以及来自高丝氨酸的上游而获得的,本发明的方法主题并不影响实体的构型。
本发明的另一个目的是N-羧基-2-氨基丁内酯。这是在2ABL的N-羧化步骤之后包含的中间体化合物。当然,其应用不限于本合成。
当存在鼓泡的CO2气体时,有利地并且简单地实现N-羧化反应。优选地,其是在非质子性极性溶剂中进行的。作为实例,非质子性极性溶剂选自二甲亚砜和N-甲基吡咯烷酮(NMP)。其还可以用超临界CO2进行。
该步骤优选地在0至50°C之间的温度下进行。
该方法的第二个步骤为使用试剂XH或者后者的盐。限定X,使得X-是离子,由一个或数个亲核性原子组成。更具体地,其能够作用于被保护的胺官能团的β碳,从而打开内酯的环。其包括富含电子的原子,所述原子通常选自硫、硒、氧、碳原子,然后所述原子结合至氢、直链或分支C1-C6烷基、氮中的至少一个。作为实例,为了获得甲硫氨酸和硒代甲硫氨酸,X-选自CH3S-和CH3Se-,对应地为了获得高半胱氨酸和2-氨基-4-SeH-硫代丁酸,X-对应地选自SH-和SeH-。为了获得2-氨基-4-氰基-硫代丁酸,其还可以是CN-;为了产生谷氨酰胺2-氨基-4-氰基-硫代丁酸可以有利地水解为酰胺基团。
XH盐有利地选自金属盐,例如碱金属和碱土金属。
XH试剂或其盐的浓度有利地相对于2-ABL过量,其优选地按反应介质总重量的重量/重量百分比计表示为3%至30%。该步骤优选地在100至200°C的温度下发生。有利地,温度为130°C的量级。
本发明的方法可以应用5分钟至3小时的时间。
如上面所示,用这种方法有可能获得氨基酸或其盐。其盐有利地选自钠、锂、钙、锌盐。为了获得盐,可以选择XH试剂的适当盐。
具体实施方式
下文中,通过说明由2ABL制备根据实施例1和2所述的甲硫氨酸,制备根据实施例3所述的高半胱氨酸及其二聚物,以及制备根据实施例4、5、6和7所述的硒代甲硫氨酸的下列实施例的支持,来说明本发明以及其优点。
根据下面的方案,实施例1和2描述直接由2ABL(实施例1)制备甲硫氨酸,以及由2ABL同时通过N-羧化-2ABL中间物制备甲硫氨酸(即根据本发明(实施例2)):
R=H:2ABL MTN
R=COOH:2-ABL-N-碳酸盐/酯(羧酸盐/酯)
实施例1:直接由2ABL制备甲硫氨酸
该测试以1mmol2-ABL的规模进行。将2-ABL放置处于1.2mL NMP的溶液中。在20°C下保持搅拌10分钟,然后添加10.8mL NMP和3当量的MeSNa。在搅拌下将放置的反应介质加热到150°C持续1小时。通过在HPLC溶剂中简易稀释,来水解介质。
实施例2:根据本发明制备甲硫氨酸
反应方案如下:
同样地复制实施例1的操作条件,唯一的差异在于在20°C下进行CO2鼓泡持续10分钟。
获得的结果显示在下面的表1中:
观察到根据本发明的方法制备的甲硫氨酸产率增加了四倍。
实施例3说明了根据本发明由2ABL制备高半胱氨酸。
实施例3:制备根据本发明的高半胱氨酸
反应方案如下:
用本发明的方法,还可能获得高半胱氨酸的二聚物(称为高胱氨酸)。
在具有磁力搅拌的丸药盒(pill box)中以1mmol2ABL的规模进行该实施例。将2-ABL放置在处于1.2mL NMP中的溶液中。在20°C下进行CO2鼓泡持续10分钟,然后添加10.8mL NMP和3当量的Na2S。在搅拌下放置的反应介质逐渐加热到90°C。在30分钟后,通过在HPLC溶剂中简易稀释,来水解介质。
这些条件允许形成高半胱氨酸及其二聚物。在90°C的温度下可以获得最好的性能。
在30分钟的反应时间之后,完成反应。在较高温度下以及当存在3当量的Na2S时,高胱氨酸是有利的。过量的Na2S加速高半胱氨酸的二聚化。
获得下面的产量(HPLC):
高半胱氨酸 36%
高胱氨酸 14%
二酮哌嗪 2%
通过与MeSeNa或者MeSeLi反应,实施例4、5、6和7描述了直接由2ABL制备硒代甲硫氨酸(实施例4和6)以及通过N-羧化的2ABL中间物由2ABL制备硒代甲硫氨酸(即根据本发明(实施例5和7))。
根据实施例4和5,方案如下:
实施例4:直接由2ABL制备硒代甲硫氨酸
在20°C下在具有磁力搅拌的4mL丸药盒中以50mg Na的规模进行该实施例。将Me2Se2放置在处于1.2mL NMP中的溶液中,然后在20°C下添加50mg Na。将2-ABL放置在处于870μL NMP中的溶液中。在20°C下维持搅拌10分钟,然后添加10.8mL NMP以及处于NMP中的MeSeNa的溶液。将在搅拌下放置的反应介质加热到90°C持续1小时。通过在HPLC溶剂中简易稀释,来水解反应介质。
实施例5:根据本发明制备硒代甲硫氨酸
同样地复制实施例4的操作条件,唯一的差异在于进行CO2鼓泡。
获得的结果显示在下面的表2中:
根据实施例6和7,方案如下:
根据M.Tiecco等人在Synthetic Communications1983,13,617中描述的合成来制备MeSeLi。
实施例6:直接由2ABL制备甲硫氨酸
在20°C下在具有磁力搅拌的丸药盒中以1mmol2ABL的规模进行该实施例。将2-ABL放置在处于1.2mL NMP中的溶液中。在20°C下维持搅拌10分钟,然后添加10.8mL NMP以及处于THF中的溶液中的2.43mL MeSeLi。将在搅拌下放置的反应介质在60°C下加热1小时。通过在HPLC溶剂中简易稀释,来水解反应介质。
实施例7:根据本发明制备硒代甲硫氨酸
同样地复制实施例6的操作条件,唯一大致的差异在于在20°C下进行CO2鼓泡持续10分钟,并且将反应温度升高到90°C。
获得的结果显示在下面的表3中:
从这些实施例的整体看,表明该方法是由2ABL获得氨基酸的高度可实施路径,并且在于高丝氨酸的新的令人感兴趣的开发。
分析了中间体化合物N-羧基-2-氨基丁内酯(在实施例2、3、5和7中显著地形成本发明的对象之一)。这些分析如下:
质子NMR谱(频率:250MHz,溶剂dmso-d6):2.16ppm(多重峰,1H)、2.28-2.44(多重峰,1H)、4.08-4.22(多重峰,1H)、4.23-4.38(多重峰,2H)、7.25(双重峰,J=8.2Hz,1H)。
Claims (11)
1.一种由2-氨基丁内酯制备氨基酸或其盐的方法,所述氨基酸具有式1,XCH2CH2CHNH2COOH,其中X是这样的,即X-表示亲核离子,其特征在于其包括以下步骤:
用二氧化碳实现2-氨基丁内酯(2ABL)的N-羧化,以及
使由此获得的2ABL的N-羧基与试剂XH或其盐反应,并且进行酸化,
所述X选自由以下各项组成的组:硫、硒、氧、碳原子,所述原子可选地结合至氢、直链或分支C1-C6烷基、氮中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于X-选自CH3S-、CH3Se-、SH-、SeH-、CN-。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于所述氨基酸选自甲硫氨酸和硒代甲硫氨酸。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于获得高半胱氨酸以及其二聚物。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于在非质子性极性溶剂中进行所述N-羧化。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于所述溶剂选自二甲亚砜和N-甲基吡咯烷酮。
7.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于由2-氨基丁内酯的相应形式制备所述氨基酸的L同分异构体、所述氨基酸的D同分异构体或者它们的混合物。
8.根据权利要求7所述的方法,其中所述L同分异构体和D同分异构体的混合物是外消旋混合物。
9.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于由高丝氨酸获得2-氨基丁内酯。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于高丝氨酸的L同分异构体通过天然来源的糖的微生物发酵而获得。
11.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于所述氨基酸的盐选自钠、锂、钙、锌盐。
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