CN103553959B - 用l-焦谷氨酸和无水乙胺合成l-茶氨酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用L-焦谷氨酸和无水乙胺合成L-茶氨酸的方法，包括：在密闭反应容器中，L-焦谷氨酸和无水乙胺在助剂A和助剂B作用下进行反应生成L-茶氨酸；所述的助剂A由2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT）和维生素C（VC）组成；所述的助剂B为乙醇；所述的反应压力为1.5-2.5个大气压；所述的反应温度为30-55℃。本发明采用复合氧化剂助剂A和新型助剂B后，使得反应条件温和，大大降低了反应压力，降低对设备的要求；同时大大缩短了反应时间，降低了副反应的发生。
Description
技术领域
本发明属于氨基酸合成技术领域，具体是涉及一种温和条件下用L-焦谷氨酸和无水乙胺合成L-茶氨酸的方法。
背景技术
茶氨酸（L-theanine)是茶叶特征性非蛋白氨基酸，具有减肥降血压，抗肿瘤，保护神经，缓解疲劳，改善睡眠，提高免疫力等生理功效，是公认为安全的物质，也是天然药物、天然保健品、功能行饮料等领域最具开发潜力的物质。其结构式为：
茶氨酸占茶叶干重中的1%-2%，从茶叶中提取成本很高。目前，茶氨酸的制备方法主要是通过细胞组培、发酵、化学合成获得。利用生物方法合成的茶氨酸对设备的要求很高，条件控制严格，成本较大。而人工合成的方法简便、经济、纯度高、高效、可控等特点。目前合成方法主要有以下几种方法。
L-谷胺酸乙胺合成法：在1942年，以色列人Lichtentein首次在实验室中用乙胺和吡咯烷酮酸在水溶液37℃中反应20天得到茶氨酸（J.Am.Chem.Soc.，1942,64,1021-1022）。1951年，日本的桥爪斌改用L-焦谷氨酸与纯乙胺混合在28℃到32℃反应14到28天，使得茶氨酸产率搞达43.2%（日本农业化学会社，1951，25-26）。1966年Y.Yamda等曾将L焦谷氨酸先形成铜盐,再与纯乙胺反应的方法合成茶氨，但是反应时间长达7天（Bull.Chem.Soc.Japan,1966,39,1999-2000）。李炎等（授权公告号为CN1169782C）将焦谷氨酸和无水乙胺放置惰性气体中在60到100℃，压力为6.0-12MPa反应。大大缩短了反应时间。郑国斌（授权公告号为CN1315787C）在此基础上改进，把压强降低到2.0到4.5MPa，只要72-96h就可以一次合成收率20%以上，纯度98%的茶氨酸。陈新等（授权公告号为CN1280261C）改用抗氧化剂在干燥的乙胺气体的环境下，将L-焦谷氨酸和无水乙胺反应在压强为0.4-5.9MPa压力，温度为30-39℃下，收率高达58%，大大高于无抗氧化剂和在惰性气体下的收率。该方法的优点是反应步骤短，反应条件要求不高,温和易于控制操作，便于扩大规模制备。不足之处是此方法的反应时间比较长，要设备对压强方面的要求比较大。
发明内容
本发明提供了一种用L-焦谷氨酸和无水乙胺合成L-茶氨酸的方法，该方法采用复合氧化剂助剂，使得反应条件温和，大大降低了反应压力，降低对设备的要求。
一种用L-焦谷氨酸和无水乙胺合成L-茶氨酸的方法，包括：在密闭反应容器中，L-焦谷氨酸和无水乙胺在助剂A和助剂B作用下进行反应生成L-茶氨酸粗品，后处理得到L-茶氨酸产品；所述的助剂A由2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT）和维生素C（VC）组成；所述的助剂B为乙醇；所述的反应压力为1.5-2.5个大气压；所述的反应温度为30-55℃。反应过程如下式所示：
所述的L-焦谷氨酸和无水乙胺的摩尔比为1:2-4。所述的反应时间为48-72小时。所述的反应压力优选为1.5-2个大气压。
所述的助剂A中，2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT）和维生素C（VC）均为抗氧化剂，实验表明，作为优选，所述的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚和维生素C的重量比为0.1-10:1，作为进一步优选，所述的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚和维生素C的重量比为0.5-5:1，再进一步优选，所述的重量比为2-3:1。
所述的助剂A的加入量为L-焦谷氨酸总重量的0.1-0.3%。
所述的助剂B可选用常规的对L-茶氨酸溶解度较差的乙醇，助剂B的加入，使得反应生成的L-茶氨酸及时从体系中析出，促进反应向正方向快速进行。
为避免密闭反应器内残留的气体与L-焦谷氨酸发生副反应，作为优选，在L-焦谷氨酸、无水乙胺、助剂A和助剂B加入前，可利用无水乙胺将密闭反应器内的气体排尽。
反应完成后，利用乙胺与醇类溶剂的沸点差别，首先蒸出溶剂回收乙胺，烘干其中的醇类残留溶剂即得到L-茶氨酸的粗产品。然后利用乙醇重结晶去除其中未反应的少量L-焦谷氨酸，可得到L-茶氨酸纯品。蒸出的母液可回收套用制备L-茶氨酸。所述重结晶可采用乙醇作为重结晶溶剂。所述的L-茶氨酸的粗产品与乙醇的体积比为1:4-8。蒸出的母液经过检查后，可直接投加L-焦谷氨酸进行乙胺套用。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
（1）本发明采用复合氧化剂助剂A和新型助剂B后，使得反应条件温和，大大降低了反应压力，降低对设备的要求；同时大大缩短了反应时间，降低了副反应的发生。
（2）反应产生的废液（主要成分为无水乙胺和L-焦谷氨酸）按比例添加原料后可以循环利用，大大提高反应利用率，降低生产成本。
（3）由本发明的反应方法所得的茶氨酸收率达到80%以上，高于常规其他企业和工艺报道得率高出60-200%，纯度为99%以上，高于常规其他企业和工艺报道得率高出10-20%，，属于国际领先水平。
具体实施方式
实施例1
在高压釜中用乙胺气体排尽空气，再加入100g L-焦谷氨酸和200g无水乙胺，并随同加入0.2g新型助剂A（两种原料组成的配方，BHT:VC=0.7:0.3，重量比）和0.2g助剂B（乙醇），控制压力在1.5个大气压，温度保持在40摄氏度。在高压釜中反应50小时后，蒸馏回收乙胺至干。
向蒸馏后的残留物中加入适量无水乙醇，在搅拌状态下，升温至60℃，回流50分钟，冷却至10℃，离心脱料，烘干即得L-茶氨酸粗品。
L-茶氨酸粗品用活性炭脱色，用无水乙醇进行重结晶（将以上获得的L-茶氨酸粗品，投入无水乙醇反应釜中，两者比例1：5（体积比），在搅拌状态下，用活性炭脱色，升温至60℃，回流60分钟，冷却至10℃，离心脱料，烘干即得L-茶氨酸精品。
蒸馏回收乙胺母液经过液相色谱测定按照比例再次利用。
反应所得的茶氨酸收率达到81.2%（高于常规其他企业和工艺报道得率高出60-200%），纯度为99.2%（高于常规其他企业和工艺报道得率高出10-20%），属于国际领先水平。
实施例2
在高压釜中用乙胺气体排尽空气，再加入100g L-焦谷氨酸和400g无水乙胺，并随同加入0.1g新型助剂A（两种原料组成的配方，BHT:VC=0.6:0.3，重量比）和0.1g助剂B（乙醇），控制压力在2个大气压，温度保持在50摄氏度。在高压釜中反应45小时后，蒸馏回收乙胺至干。
向蒸馏后的残留物中加入适量无水乙醇，在搅拌状态下，升温至60℃，回流50分钟，冷却至10℃，离心脱料，烘干即得L-茶氨酸粗品。
L-茶氨酸粗品用活性炭脱色，用无水乙醇进行重结晶（将以上获得的L-茶氨酸粗品，投入无水乙醇反应釜中，两者比例1：4（体积比），在搅拌状态下，用活性炭脱色，升温至60℃，回流60分钟，冷却至10℃，离心脱料，烘干即得L-茶氨酸精品。
蒸馏回收乙胺母液经过液相色谱测定按照比例再次利用。
反应所得的茶氨酸收率达到83.5%（高于常规其他企业和工艺报道得率高出60-200%），纯度为99.3%（高于常规其他企业和工艺报道得率高出10-20%），属于国际领先水平。
实施例3
在高压釜中用乙胺气体排尽空气，再加入100g L-焦谷氨酸和200g无水乙胺，并随同加入0.2g新型助剂A（两种原料组成的配方，BHT:VC=0.8:0.3，重量比）和0.2g助剂B（乙醇），控制压力在1.5个大气压，温度保持在50摄氏度。在高压釜中反应50小时后，蒸馏回收乙胺至干。
向蒸馏后的残留物中加入适量无水乙醇，在搅拌状态下，升温至60℃，回流50分钟，冷却至10℃，离心脱料，烘干即得L-茶氨酸粗品。
L-茶氨酸粗品用活性炭脱色，用无水乙醇进行重结晶（将以上获得的L-茶氨酸粗品，投入无水乙醇反应釜中，两者比例1：5（体积比），在搅拌状态下，用活性炭脱色，升温至60℃，回流60分钟，冷却至10℃，离心脱料，烘干即得L-茶氨酸精品。
蒸馏回收乙胺母液经过液相色谱测定按照比例再次利用。
反应所得的茶氨酸收率达到84.2%（高于常规其他企业和工艺报道得率高出60-200%），纯度为99.1%（高于常规其他企业和工艺报道得率高出10-20%），属于国际领先水平。
实施例4
在高压釜中用乙胺气体排尽空气，再加入100g L-焦谷氨酸和200g无水乙胺，并随同加入0.3g新型助剂A（两种原料组成的配方，BHT:VC=1:0.3，重量比）和0.3g助剂B（乙醇），控制压力在1.5个大气压，温度保持在55摄氏度。在高压釜中反应50小时后，蒸馏回收乙胺至干。
向蒸馏后的残留物中加入适量无水乙醇，在搅拌状态下，升温至60℃，回流50分钟，冷却至10℃，离心脱料，烘干即得L-茶氨酸粗品。
L-茶氨酸粗品用活性炭脱色，用无水乙醇进行重结晶（将以上获得的L-茶氨酸粗品，投入无水乙醇反应釜中，两者比例1：5（体积比），在搅拌状态下，用活性炭脱色，升温至60℃，回流60分钟，冷却至10℃，离心脱料，烘干即得L-茶氨酸精品。
蒸馏回收乙胺母液经过液相色谱测定按照比例再次利用。
反应所得的茶氨酸收率达到80.2%（高于常规其他企业和工艺报道得率高出60-200%），纯度为99.1%（高于常规其他企业和工艺报道得率高出10-20%），属于国际领先水平。
对比例1
利用同实施例1相同的方法，区别点在于：不加入助剂A，仅采用乙醇作为助剂B，最后实验得到茶氨酸收率达到72.2%，纯度为98.0%。由此可知，仅使用乙醇为助剂时，产率下降。
对比例2
利用同实施例1相同的方法，区别点在于：采用VC代替助剂A，不采用助剂B，其他投料和反应条件相同时，最后实验得到茶氨酸收率达到74.9%，纯度为99.0%。由此可知，仅使用VC为助剂时，产率依旧较低，不适于工业化生产。
对比例3
利用同实施例1相同的方法，区别点在于：采用BHT代替助剂A，不采用助剂B，其他投料和反应条件相同时，最后实验得到茶氨酸收率达到77.6%，纯度为98.5%。由此可知，仅使用BHT为助剂时，产率虽然有一定提高，但是依旧较低，不适于工业化生产。
分别测定实施例1-4合成的L-茶氨酸和标准L-茶氨酸样品的熔点、比旋光度、溶解度等物化数据，将两者进行对照。结果见下表1。
表1L-茶氨酸理化指标测定结果
由上表理化性质测定结果可以看出，最终合成的产物与标样L-茶氨酸的理化性质基本一致。且采用助剂A和助剂B反应助剂时，反应条件温和，反应压力在2.5个大气压以下，制备得到的产品的收率大于80%，纯度大于99%，适于工业化生产。
Claims (5)
1.一种用L-焦谷氨酸和无水乙胺合成L-茶氨酸的方法，包括：在密闭反应容器中，L-焦谷氨酸和无水乙胺在助剂A和助剂B作用下进行反应生成L-茶氨酸粗品，后处理得到L-茶氨酸产品；所述的助剂A由2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚和维生素C组成；所述的助剂B为乙醇；所述的反应压力为1.5-2.5个大气压；所述的反应温度为30-55℃；
所述的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚和维生素C的重量比为0.5-5:1；
所述的助剂A的加入量为L-焦谷氨酸总重量的0.1-0.3％。
2.根据权利要求1所述的用L-焦谷氨酸和无水乙胺合成L-茶氨酸的方法，其特征在于，所述的L-焦谷氨酸和无水乙胺的摩尔比为1:2-4。
3.根据权利要求1所述的用L-焦谷氨酸和无水乙胺合成L-茶氨酸的方法，其特征在于，所述的反应时间为48-72小时；所述的反应压力优选为1.5-2个大气压。
4.根据权利要求1所述的用L-焦谷氨酸和无水乙胺合成L-茶氨酸的方法，其特征在于，在L-焦谷氨酸、无水乙胺、助剂A和助剂B加入前，利用无水乙胺将密闭反应器内的气体排尽。
5.根据权利要求1所述的用L-焦谷氨酸和无水乙胺合成L-茶氨酸的方法，其特征在于，所述的L-茶氨酸粗品利用乙醇重结晶，L-茶氨酸的粗产品与乙醇的体积比为1:4-8。
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