CN106191147B - 手性β-氨基酸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种手性β‑氨基酸的制备方法。该制备方法包括：取代反应，将氰基乙酸酯与卤代烃进行取代反应，得到烃基取代的氰基乙酸酯；催化加氢反应，在催化剂的作用下，使烃基取代的氰基乙酸酯与氢气进行加成反应，得到取代的氨基乙酸酯；及水解反应，在水解酶的作用下，取代的氨基乙酸酯发生水解，得到手性β‑氨基酸。本申请提供的手性β‑氨基酸的制备方法具有反应原料稳定性好、合成路线短、成本低等特点。同时由于上述卤代烃取代、催化加氢及水解反应三个步骤中反应具有较高的选择性因而本申请提供的制备方法还具有手性β‑氨基酸的收率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成领域，具体而言，涉及一种手性β-氨基酸的制备方法。
背景技术
研究表明许多活性天然产物和合成药物结构中含手性β-氨基酸结构单元，因此发展手性β- 氨基酸的合成方法具有重要的学术和应用价值。现有研究中有很多专利和文献记载了手性β- 氨基酸的合成方法，但上述方法都存在一些弊端。
路线一：以手性羟胺原料为底物通过多步反应得到具有多个手性中心的恶唑酮，然后通过过柱分离非对映异构体得到目标构型。该方法的缺点是合成路线长，收率通常低于25％。
路线二：以手性α-羟基羧酸为起始原料合成手性β-氨基酸。该方法的缺点是原料价格昂贵且易产生消旋现象。
路线三：以稳定较差的α-酮酸酯为原料与硝基甲烷反应得到相应含硝基烯烃单元的羧酸酯，然后通过双键还原酶构建手性中性。该方法的缺点是原料α-酮酸酯的稳定性较差。
路线四：以水解酶合成β-氨基酸。该合成方法的缺点是原料需要在氮上引入氧，硫等元素，因而底物的局限性较强。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种手性β-氨基酸的制备方法，以解决现有的手性β-氨基酸的制备方法存在合成路线长、产率低及原料稳定性差的问题。
为了实现上述目的，本发明一个方面提供了一种手性β-氨基酸的制备方法，该制备方法包括：取代反应，将氰基乙酸酯与卤代烃进行取代反应，得到烃基取代的氰基乙酸酯；催化加氢反应，在催化剂的作用下，使烃基取代的氰基乙酸酯与氢气进行加成反应，得到取代的氨基乙酸酯；及水解反应，在水解酶的作用下，取代的氨基乙酸酯发生水解，得到手性β-氨基酸。
进一步地，制备方法还包括在取代反应的过程中加入碱性试剂，优选碱性试剂选自二异丙基氨基锂、正丁基锂、仲丁基锂、叔丁基锂、氢化钠、叔丁醇钠、碳酸钾、氢氧化钠、乙酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、三乙胺、二异丙基乙基胺和四甲基胍中的一种或多种，优选碱性试剂的用量与氰基乙酸酯的摩尔比0.5～10.0：1。
进一步地，卤代烃选自碳原子数为1～10的直链烷烃卤代物、卤代异丙烷之外的碳原子数 1～10的支链烷烃卤代物、碳原子数为3～20的环烷烃卤代物及取代环烷烃卤代物、碳原子数为 3～20的卤代芳烃及卤代杂环芳烃中的一种或多种，且卤代烃不包括卤代异丙烷。
进一步地，取代反应中，氰基乙酸酯与卤代烃的摩尔比为1：1.0～50.0。
进一步地，催化加氢反应在添加剂作用下进行，添加剂选自二异丙基乙基胺、三乙胺、氨水和水合肼中的一种或多种。
进一步地，添加剂的加入量占催化剂的重量的10～50％。
进一步地，水解酶选自聚精液素醛酯酶PNAE、恶臭假单胞菌的酯酶estA、猪肝酯酶APLE、枯草芽孢杆菌的羧酸酯酶BsE-NP01和类红球菌的羧酸酯酶RSPE中的一种或多种，或者与聚精液素醛酯酶PNAE、恶臭假单胞菌的酯酶estA、猪肝酯酶APLE、枯草芽孢杆菌的羧酸酯酶 BsE-NP01和类红球菌的羧酸酯酶RSPE中至少一种酯酶的多肽序列同一性大于80％的水解酶，优选为大于等于90％的水解酶，更优选为大于等97％的水解酶。
进一步地，水解酶的加入量占取代的氨基乙酸酯的重量的1～50％。
进一步地，催化加氢反应的温度为10～70℃，压力为0.05～0.5MPa。
进一步地，催化剂选自雷尼镍、Pd/C催化剂、Pt/C催化剂和二氧化铂中的一种或多种。
应用本发明的技术方案，以现有的性能较为稳定的物质为原料仅需经过卤代烃取代、催化加氢及水解反应就能够制得所需的手性β-氨基酸。相比于现有的手性β-氨基酸的合成方法，本申请提供的手性β-氨基酸的制备方法具有反应原料稳定性好、合成路线短、成本低等特点。同时由于上述卤代烃取代、催化加氢及水解反应三个步骤中反应具有较高的选择性因而本申请提供的制备方法还具有手性β-氨基酸的产率高的优点。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术所描述的，现有的手性β-氨基酸的制备方法存在合成路线长、产率低及原料稳定性差的问题。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种手性β-氨基酸的制备方法，该制备方法包括：取代反应，将氰基乙酸酯与卤代烃进行取代反应，得到烃基取代的氰基乙酸酯；催化加氢反应，在催化剂的作用下，使烃基取代的氰基乙酸酯与氢气进行加成反应，得到取代的氨基乙酸酯；及水解反应，在水解酶的作用下，取代的氨基乙酸酯发生水解，得到手性β-氨基酸。
本申请提供的制备方法以现有的性能较为稳定的物质为原料仅需经过卤代烃取代、催化加氢及水解反应就能够制得所需的手性β-氨基酸。相比于现有的手性β-氨基酸的合成方法，本申请提供的手性β-氨基酸的制备方法具有反应原料稳定性好、合成路线短、成本低等特点。同时由于上述卤代烃取代、催化加氢及水解反应三个步骤中反应具有较高的选择性因而本申请提供的制备方法还具有手性β-氨基酸的产率高的优点。综上所述，本申请提供的手性β-氨基酸的制备方法具有反应原料稳定性好、合成路线短及产率高等优点。
氰基乙酸酯为氰基乙酸与含羟基的物质的产物，在实际的制备过程中，上述含羟基的物质可根据具体需要进行选择，优选为位阻较小的直链或支链烷基醇。
采用上述制备方法制备手性β-氨基酸时，产物手性β-氨基酸具有较好的收率。在一种优选的实施方式中，上述制备方法还包括在取代反应过程中加入碱性试剂。在取代反应中，加入碱性试剂有利于提高卤代烃的亲核性，进而提高取代反应的转化率。优选碱性试剂包括但不限于二异丙基氨基锂、正丁基锂、仲丁基锂、叔丁基锂、氢化钠、叔丁醇钠、碳酸钾、氢氧化钠、乙酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、三乙胺、二异丙基乙基胺和四甲基胍中的一种或多种。上述碱性试剂具有来源广、价格低廉且碱性较强等特点，因而选用上述物质作为碱性试剂有利于进一步提高卤代烃反应的卤代产物的产率，还有利于降低手性β-氨基酸的制备成本。优选碱性试剂的用量与氰基乙酸酯的摩尔比为0.5～10.0：1，将碱性试剂的用量限定在上述范围内有利于进一步提高取代反应的转化率。
上述制备方法中，所述卤代烃选自碳原子数1～10的直链烷烃卤代物、卤代异丙烷之外的碳原子数1～10的支链烷烃卤代物、碳原子数为3～20的环烷烃卤代物及取代环烷烃卤代物、碳原子数为3～20的卤代芳烃及卤代杂环芳烃中的一种或多种。采用上述卤代烃有利于进一步提高取代反应的取代效率。
上述制备方法中，氰基乙酸酯与卤代烃的用量可以根据卤代烃反应中二者理论的化学计量关系进行调节。在一种优选的实施方式中，取代反应中，氰基乙酸酯与卤代烃的摩尔比为1： 1.0～50.0。氰基乙酸酯与卤代烃的用量包括但不限定于上述范围，将二者的用量限定在上述范围内有利于进一步提高取代反应中卤代产物的产率，进而提高后续得到的手性β-氨基酸的产率。
由于催化加氢反应中烃基取代的氰基乙酸酯为液态有机相，用于加氢的氢气为气相，而催化剂又多为固相，因而在上述催化加氢反应中，存在三种不同相态的物质参与反应。由于三种相态的化合物不具有相溶性，因而反应仅能在各相的接触面上进行反应，这严重限制了催化加氢反应的反应速率。在一种优选的实施方式中，上述制备方法还包括上述催化加氢反应在添加剂的作用下进行，上述添加剂包括但不限于二异丙基乙基胺、三乙胺、氨水和水合肼中的一种或多种。
加入上述添加剂能够使催化剂转移至烃基取代的氰基乙酸酯所属的有机相中，从而使得催化剂与反应原料的接触面积增大，进而有利于提高催化加氢反应的反应速率。同时由于未加入添加剂时，需要有较高的压力使氢气吸附至催化剂上然后再与液态原料进行反应。而加入添加剂后，无需再经过上述高压吸附过程就能够使氢气与液态的反应原料进行快速反应，因而添加剂的加入还有利于使催化加氢反应在较低的压力下进行。添加剂的种类包括但不限于上述几种物种，但是上述物质具有孤对电子因而其与催化剂具有良好的配位性能，这使得催化剂能更好地转移至有机相中参与反应，进而进一步提高催化加氢反应的反应速率。
上述制备方法中，添加剂的用量可以根据添加剂的种类及反应原料的种类等实际情况进行调整。在一种优选的实施方式中，上述添加剂的加入量占上述催化剂的重量的10～50％。添加剂的用量包括但不限于上述范围内，而将添加剂的用量限定在上述范围内有利于更进一步提高催化加氢反应的反应速率。
水解酶用于使取代的氨基乙酸酯发生水解反应，水解酶可以选用本领域常用的种类，然而现有的水解酶在参与上述水解反应时常对反应原料的结构有一定的局限性，这就给手性β- 氨基酸的制备带来了一定的局限性。在一种优选的实施方式中，水解酶包括但不限于聚精液素醛酯酶PNAE、恶臭假单胞菌的酯酶estA、猪肝酯酶APLE、枯草芽孢杆菌的羧酸酯酶 BsE-NP01和类红球菌的羧酸酯酶RSPE中的一种或多种，或者与上述其中一种酯酶的多肽序列同一性大于80％的水解酶，优选为与上述其中一种酯酶的多肽序列同一性大于等于90％的水解酶、更优选为与上述其中一种酯酶的多肽序列同一性大于等97％的水解酶。
蛇根草(Rauvolfia serpentina)的聚精液素醛酯酶PNAE，基因库登录号AF178576)；恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida strain NH10)的酯酶estA，基因库登录号AY896293)；野猪(Sus scrofa)的猪肝酯酶APLE，基因库登录号AM774149；枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis strain ECU0554)的羧酸酯酶BsE-NP01，基因库登录号GQ868652；类红球菌(Rhodobacter sphaeroides)的羧酸酯酶RSPE，基因库登录号GQ868652。
本发明所涉及到的酯酶可以通过基因重组表达的方法获得含有酯酶基因的基因工程菌。用于基因重组表达的方法对于本领域技术人员来说是熟知的。含有酯酶基因的基因工程菌可以通过分批发酵法、分批补料发酵法或连续发酵法进行扩大培养，并通过超声破碎或高压均质破碎的方法制备细胞浓度为10％～20％的粗酶液。基因工程菌的发酵方法和细胞破碎方法对于本领域技术人员来说是熟知的。
在一种优选的实施方式中，水解酶的加入量占上述取代的氨基乙酸酯的重量的1～50％。水解酶的用量包括但不限定于上述范围，而将水解酶的用量限定在上述范围内有利于提高水解过程的反应速率，并使水解反应更加的彻底，进而提高手性β-氨基酸的产率。
上述制备方法中，添加剂的加入有利于使催化加氢反应在较低的压力下进行，这大大降低催化加氢反应对反应设备等工艺条件的要求，进而有利于降低工艺成本。在一种优选的实施方式中，催化加氢反应的温度为10～70℃，压力为0.05～0.5MPa。催化加氢反应的温度和反应压力包括但不限定于上述范围，而将催化加氢反应的温度和反应压力有利于进一步提高催化加氢反应的反应速率，并降低工艺成本。
上述制备方法中，催化加氢反应的催化剂可以选择本领域常用的催化剂。在一种优选的实施方式中，催化剂包括但不限于雷尼镍、Pd/C催化剂、Pt/C催化剂和二氧化铂中的一种或多种。上述催化剂具有较高的催化加氢活性，且具有较好的加氢选择性。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
实施例1：
取代反应：向1L反应瓶中加入99.1g氰基乙酸甲酯、99.1g甲醇和99.1g溴化苄(氰基乙酸甲酯与溴化苄的摩尔比为1：0.58)进行取代反应，得到含2-苄基氰基乙酸甲酯的产物，其中反应温度为20℃，反应时间为20h。然后将上述产物减压除去低沸点物质后进行减压蒸馏，收集95～98℃/1～2mmHg的馏分即为2-苄基氰基乙酸甲酯，共计23.2g，纯度为97.3％，收率 12.2wt％。产物的结构特征为1H NMR(400MHz，CDCl3)：δ:7.29～7.21(m，5H)，4.01(t，J＝7.8Hz， 1H)，3.71(s，3H)，3.31(dd，J＝17.2Hz，J＝3.8Hz，1H)，3.20(dd，J＝17.4Hz，J＝3.8Hz，1H)。
催化加氢反应：在15～25℃下，向500mL高压釜中加入20.0g 2-苄基氰基乙酸甲酯、200.0g 甲醇和10.0gPd/C(催化剂中Pd/C的重量百分含量为10％)，体系用氮气置换8次后用氢气置换 5次。然后将上述反应物在50℃，H2压力为1.8MPa的条件下进行催化加氢反应，得到2-氨甲基-3-苯基丙酸乙酯的产物，催化加氢反应的时间为24h。将上述体系冷却到20℃后用氮气置换3次，然后用氮气将上述反应产物压出体系，抽滤，将滤液浓缩至25mL，向浓缩得到的液体中加入20mL乙醚得到白色固体，抽滤即为2-氨甲基-3-苯基丙酸乙酯，共计7.6g，纯度为 97.9％，收率37.3wt％。产物的结构特征为1H NMR(400MHz，MeOD)：δ:7.27～7.23(m，5H)， 3.70(s，3H)，3.31～3.28(br，4H)，3.21～3.19(br，2H)。
水解反应：向250mL反应瓶中加入2.07g 2-氨甲基-3-苯基丙酸甲酯、20.7g甲醇、20.7g 纯化水和7.8g氢氧化钾，上述体系在20℃下进行水解反应，直至原料完全水解，水解反应的时间为20h，通过减压除去甲醇。然后在上述体系中加入盐酸(3M)将体系的pH调至5～6，将析出的白色固体进行抽滤，滤饼干燥后即为2-氨甲基-3-苯基丙酸共计0.48g，纯度为98.5％，无ee值，收率26.9wt％。产物的结构特征为1H NMR(400MHz，D2O)：δ:7.31～7.20(m，5H)， 2.95～2.92(m，3H)，2.80～2.77(m，2H)。
实施例2：
取代反应：向1L反应瓶中加入99.1g氰基乙酸甲酯、99.1g甲醇、171.3g溴化苄(氰基乙酸甲酯与溴化苄的摩尔比为1：1)和40.0g氢化钠进行取代反应，得到2-苄基氰基乙酸甲酯的产物，其中反应温度为20℃，反应时间为18h。将上述产物经抽滤除去无机盐后得到滤液，然后将滤液减压除去低沸点物质后进行减压蒸馏，收集95～98℃/1～2mmHg的馏分即为2-苄基氰基乙酸甲酯，共计172.6g，纯度为99.1％，收率91.2wt％。产物的结构特征为1HNMR (400MHz，CDCl3)：δ:7.29～7.21(m，5H)，4.01(t，J＝7.8Hz，1H)，3.71(s，3H)，3.31(dd，J＝17.2Hz， J＝3.8Hz，1H)，3.20(dd，J＝17.4Hz，J＝3.8Hz，1H)。
催化加氢反应：在15～25℃下，向500mL高压釜中加入20.0g 2-苄基氰基乙酸甲酯、200.0g 甲醇、4.0g苄胺和10.0gPd/C(催化剂中Pd/C的重量百分含量为10％)，体系用氮气置换8次后用氢气置换5次。然后将上述反应物在50℃，H2压力为1.7MPa的条件下进行催化加氢反应，得到含2-氨甲基-3-苯基丙酸乙酯的产物，催化加氢反应的时间为24h。将上述体系冷却到 15～25℃后用氮气置换3次，然后用氮气将上述反应产物压出体系，抽滤，将滤液浓缩至25mL，向浓缩得到的液体中加入20mL乙醚得到白色固体，抽滤即为2-氨甲基-3-苯基丙酸乙酯，共计10.1g，纯度为97.6％，收率51.9wt％。产物的结构特征为1H NMR(400MHz，MeOD)：δ:7.27～7.23(m，5H)，3.70(s，3H)，3.31～3.28(br，4H)，3.21～3.19(br，2H)。
水解反应：向100mL反应瓶中加入2.07g 2-氨甲基-3-苯基丙酸甲酯、20.7g甲基叔丁基醚、 20.7g磷酸二氢钾和磷酸氢二钾的缓冲水溶液和0.2g PS-IM酶(日本天野)。上述体系在22℃，pH为7.5～8.5下进行水解反应，直至48～52％的原料完全水解，水解反应的时间为24h，分液除去甲基叔丁基醚。然后在上述体系中加入盐酸(3M)将体系的pH调至5～6，将析出的白色固体进行抽滤，滤饼干燥后即为2-氨甲基-3-苯基丙酸，共计0.70g，纯度为98.7％，56.3％ee，收率36.2wt％。产物的结构特征为1H NMR(400MHz，D2O)：δ:7.31～7.20(m，5H)，2.95～2.92 (m，3H)，2.80～2.77(m，2H)。
实施例3：
取代反应：向1L反应瓶中加入99.1g氰基乙酸甲酯、99.1g甲醇、370.1g对甲基溴化苄(氰基乙酸酯与对甲基溴化苄的摩尔比为1：2)和164.0g乙酸钠进行取代反应，得到含2-对甲基苄基氰基乙酸甲酯的产物，其中反应温度为20℃，反应时间为20h。将上述产物经抽滤除去无机盐后得到滤液，然后将滤液减压除去低沸点物质后减压蒸馏，收集103～105℃/1～2mmHg的馏分即为2-对甲基苄基氰基乙酸甲酯，共计189.2g，纯度为99.1％，收率93.6wt％。产物的结构特征为1HNMR(400MHz，CDCl3)：δ:7.18(d，J＝7.8Hz，2H)，δ:7.00(d，J＝7.8Hz，2H)，3.96(t， J＝7.6Hz，1H)，3.72(s，3H)，3.30(dd，J＝17.0Hz，J＝4.0Hz，1H)，3.18(dd，J＝17.2Hz，J＝3.8Hz， 1H)，2.25(s，3H)。
催化加氢反应：在15～25℃下，向500mL反应瓶中加入20.0g 2-对甲基苄基氰基乙酸甲酯、 200.0g甲醇、3.0g三乙胺和10.0gPt/C(催化剂中Pd/C的重量百分含量为10％)，体系用氮气置换8次后用氢气置换5次。然后将上述反应物在20℃，H2压力为0.10MPa的条件下进行催化加氢反应，得到含2-氨甲基-3-对甲基苯基丙酸甲酯的产物，催化加氢反应的时间为24h。将上述体系冷却到20℃后用氮气置换3次，然后用氮气将上述反应产物压出体系，抽滤，将滤液浓缩至25mL，向浓缩得到的液体中加入20mL乙醚得到白色固体，抽滤即为2-氨甲基-3- 对甲基苯基丙酸乙酯，共计16.4g，纯度为98.7％，收率79.3wt％。产物的结构特征为1HNMR(400MHz，CDCl3)：δ:7.19(d，J＝8.0Hz，2H)，δ:7.00(d，J＝7.8Hz，2H)，3.98(t，J＝7.8Hz， 1H)，3.72(s，3H)，3.33～3.30(m，2H)，3.21～3.19(m，2H)，2.27(s，3H)。
水解反应：向100mL反应瓶中加入2.21g 2-氨甲基-3-对甲基苯基丙酸甲酯、22.1g甲基叔丁基醚、22.1g磷酸二氢钾和磷酸氢二钾的缓冲水溶液和0.2gPS-IM酶(日本天野)。上述体系在18℃，pH为7.5～8.5下进行水解反应，直至48～52％的原料完全水解，水解反应的时间为 20h，分液除去甲基叔丁基醚。然后在上述体系中加入盐酸(3M)将体系的pH调至5～6，将析出的白色固体进行抽滤，滤饼干燥后即为2-氨甲基-3-对甲基苯基丙酸，共计0.71g，纯度为 98.3％，61.2％ee，收率35.9wt％。产物的结构特征为1HNMR(400MHz，D2O)：δ:7.18(d，J＝8.0Hz， 2H)，6.98(d，J＝7.8Hz，2H)，2.96～2.91(m，3H)，2.78～2.75(m，2H)，2.31(s，3H)。
实施例4：
取代反应：向1L反应瓶中加入99.1g氰基乙酸甲酯、99.1g甲醇、253.2g氯化苄(氰基乙酸酯与氯化苄的摩尔比为1：2)和138.1g碳酸钾进行取代反应，得到含2-苄基氰基乙酸甲酯的产物，其中反应温度为20℃，反应时间为18h。将上述产物经抽滤除去无机盐后得到滤液，然后将除去低沸点物质后减压蒸馏，收集95～98℃/1～2mmHg的馏分即为2-苄基氰基乙酸甲酯，共计175.4g，纯度为99.3％，收率92.8wt％。产物的结构特征为1HNMR(400MHz，CDCl3)：δ:7.29～7.21(m，5H)，4.01(t，J＝7.8Hz，1H)，3.71(s，3H)，3.31(dd，J＝17.2Hz，J＝3.8Hz，1H)， 3.20(dd，J＝17.4Hz，J＝3.8Hz，1H)。
催化加氢反应：在15～25℃下，向500mL反应瓶中加入20.0g 2-苄基氰基乙酸甲酯、200.0g 甲醇、5.0g二异丙基乙胺和10.0g雷尼镍，体系用氮气置换8次后用氢气置换5次。然后将上述反应物在30℃，H2压力为0.06～0.10MPa的条件下进行催化加氢反应，得到含2-氨甲基-3- 苯基丙酸乙酯的产物，催化加氢反应的时间为18h。体系冷却到20℃后用氮气置换3次，在氮气的保护下进行抽滤，将滤液浓缩至25mL，向浓缩得到的液体中加入20mL乙醚得到白色固体，抽滤即为还原产物2-氨甲基-3-苯基丙酸乙酯。共计17.5g，纯度为98.7％，收率85.7wt％。产物的结构特征为1HNMR(400MHz，MeOD)：δ:7.27～7.23(m，5H)，3.70(s，3H)，3.31～3.28(br， 4H)，3.21～3.19(br，2H)。
水解反应：向100mL反应瓶中加入2.07g 2-氨甲基-3-苯基丙酸甲酯、20.7g甲基叔丁基醚、 20.7g磷酸二氢钾和磷酸氢二钾的缓冲水溶液和0.2g猪肝酯酶APLE。上述体系在20℃，pH 为7.5～8.5下进行水解反应，直至48～52％的原料完全水解，水解反应的时间为18h，分液除去甲基叔丁基醚。然后在上述体系中加入盐酸(3M)将体系的pH调至5～6，将析出的白色固体进行抽滤，滤饼干燥后即为2-氨甲基-3-苯基丙酸共计0.89g，纯度为99.3％，98.9％ee，收率 47.7wt％。产物的结构特征为1HNMR(400MHz，D2O)：δ:7.31～7.20(m，5H)，2.95～2.92(m， 3H)，2.80～2.77(m，2H)。
实施例5
取代反应：向1L反应瓶中加入113.1g氰基乙酸乙酯、1370.2g溴代正丁烷(氰基乙酸酯与溴代正丁烷的摩尔比为1：10)和840.1g碳酸氢钠进行取代反应，得到含2-氰基己酸乙酯的产物，其中反应温度为20℃，反应时间为20h。将上述产物经抽滤除去无机盐后得到滤液，然后将除去低沸点物质后减压蒸馏，收集47～50℃/1～2mmHg的馏分即为取代产物，共计 160.9g，纯度为98.6％，收率95.1wt％。
1HNMR(400MHz，CDCl3)：δ:4.21(t，J＝7.6Hz，2H)，3.33(t，J＝7.5Hz，1H)，2.10～2.08(m， 2H)，1.33～1.25(m，7H)，0.91(t，J＝7.6Hz，3H)。
催化加氢反应：在15～25℃下，向500mL高压釜中加入16.9g 2-氰基己酸乙酯、169.0g乙醇、4.0g氨水(10％)和10.0g雷尼镍，体系用氮气置换8次后用氢气置换5次。然后将上述反应物在30℃，H2压力为0.15MPa的条件下进行催化加氢反应，得到含2-胺甲基己酸乙酯的产物，催化加氢反应的时间为18h。将上述体系冷却到20℃后用氮气置换3次，然后用氮气将上述反应产物压出体系，在氮气保护下抽滤，将滤液浓缩去低沸点物质后减压蒸馏，收集 53～55℃/1～2mmHg的馏分即为2-胺甲基己酸乙酯，共计15.4g，纯度为98.9％，收率89.1wt％。
1HNMR(400MHz，CDCl3)：δ:4.21(t，J＝7.6Hz，2H)，3.13(dd，J＝17.2Hz，J＝4.2Hz，1H)， 2.91(dd，J＝17.0Hz，J＝3.8Hz，1H)，2.57(t，J＝7.8Hz，1H)，2.11～2.08(m，2H)，1.67(t，J＝7.8Hz， 2H)，1.33～1.28(m，5H)，0.90(t，J＝7.6Hz，3H)。
水解反应：向100mL反应瓶中加入3.46g2-氨甲基己酸乙酯、34.6g甲基叔丁基醚、34.6g 磷酸二氢钾和磷酸氢二钾的缓冲水溶液和0.04g恶臭假单胞菌的酯酶estA。上述体系在20℃， pH为7.5～8.5下进行水解反应，直至48～52％的原料完全水解，水解反应的时间为15h，分液除去甲基叔丁基醚。然后在上述体系中加入盐酸(3M)将体系的pH调至5～6，将析出的白色固体进行抽滤，滤饼干燥后即为2-氨甲基己酸，共计1.36g，纯度为99.2％，97.3％ee，收率 46.9wt％。
1HNMR(400MHz，D2O)：δ:3.07(dd，J＝16.8Hz，J＝3.8Hz，1H)，2.79(dd，J＝17.0Hz，J＝4.0Hz，1H)，2.59(t，J＝7.8Hz1H)，1.53(t，J＝7.8Hz，2H)，1.29～1.26(m，4H)，0.90(t，J＝7.6Hz，3H)。
实施例6
取代反应：向1L反应瓶中加入99.1g氰基乙酸甲酯、6522.4g溴代环己烷(氰基乙酸酯与溴代环己烷的摩尔比为1：40)和202.2g三乙胺进行取代反应，得到含2-环己基-2-氰基乙酸甲酯的产物，其中反应温度为20℃，反应时间为20h。将上述产物经抽滤除去无机盐后得到滤液，然后将除去低沸点物质后减压蒸馏，收集52～54℃/1～2mmHg的馏分即为2-环己基-2-氰基乙酸甲酯，共计176.8g，纯度为98.8％，收率97.6wt％。
1HNMR(400MHz，CDCl3)：δ:3.69(s，3H)，3.34(d，J＝7.8Hz，1H)，2.03～2.01(m，1H)，1.53～1.27(m，10H)。
催化加氢反应：在15～25℃下，向500mL反应瓶中加入18.1g 2-环己基-2-氰基乙酸甲酯、 181.0g甲醇、4.0g水合肼(80％)和10.0g二氧化铂，体系用氮气置换8次后用氢气置换5次。然后将上述反应物在50℃，H2压力为0.1MPa的条件下进行催化加氢反应，得到含2-胺甲基己酸乙酯的产物，催化加氢反应的时间为18h。体系冷却到20℃后用氮气置换3次，在氮气保护下抽滤，将滤液浓缩去低沸点物质后进行减压蒸馏，收集53～55℃/1～2mmHg的馏分即为 2-胺甲基己酸乙酯，共计15.3g，纯度为98.1％，收率82.6wt％。
1HNMR(400MHz，CDCl3):δ:3.70(t，J＝7.6Hz，3H)，3.13(dd，J＝17.2Hz，J＝4.2Hz，1H)， 2.91(dd，J＝17.0Hz，J＝3.8Hz，1H)，2.57(t，J＝7.8Hz，1H)，2.11～2.08(m，1H)，1.53～1.28(m， 10H)。
水解反应：向100mL反应瓶中加入3.81g2-氨甲基-环己基乙酸甲酯、38.1g甲基叔丁基醚、 38.1g磷酸二氢钾和磷酸氢二钾的缓冲水溶液和1.9g枯草芽孢杆菌的羧酸酯酶BsE-NP01。上述体系在15～25℃，pH为7.5～8.5下进行水解反应，直至48～52％的原料完全水解，水解反应的时间为19h，分液除去甲基叔丁基醚。然后在上述体系中加入盐酸(3M)将体系的pH调至 5～6，将析出的白色固体进行抽滤，滤饼干燥后即为2-氨甲基-3-苯基丙酸共计0.91g，纯度为 99.1％，98.7％ee，收率45.3wt％。
1HNMR(400MHz，D2O):δ:3.03(dd，J＝17.2Hz，J＝4.0Hz，1H)，2.76(dd，J＝17.0Hz，J＝4.0Hz， 1H)，2.55(m，1H)，2.05～2.03(m，1H)，1.29～1.26(m，10H)。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
相比于现有的手性β-氨基酸的合成方法收率低于25％(见背景技术部分)，采用本申请提供的制备方法手性β-氨基酸的收率均大于25％；相比于实施例1和2，实施例3至6中在催化加氢反应中添加一定量的三乙胺等添加剂后，催化加氢反应的收率得到明显提升，进而提高了手性β-氨基酸的收率；同时相比于实施例1中的在碱性条件性进行水解反应，实施例2 至6中采用水解酶后，手性β-氨基酸的收率和选择性也明显得到提升。
本申请以现有的性能较为稳定的物质为原料仅需经过卤代烃取代、催化加氢及水解反应三步反应就能够制得所需的手性β-氨基酸。相比于现有的手性β-氨基酸的合成方法，本申请提供的手性β-氨基酸的制备方法具有反应原料稳定性好、合成路线短、成本低等特点。同时由于上述卤代烃取代、催化加氢及水解反应三个步骤中反应具有较高的选择性因而本申请提供的制备方法还具有手性β-氨基酸的产率高(ee≥98.5％)的优点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种手性β-氨基酸的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
取代反应，将氰基乙酸酯与卤代烃进行取代反应，得到烃基取代的氰基乙酸酯；
催化加氢反应，在催化剂的作用下，使所述烃基取代的氰基乙酸酯与氢气进行加成反应，得到取代的氨基乙酸酯；及
水解反应，在水解酶的作用下，所述取代的氨基乙酸酯发生水解，得到所述手性β-氨基酸；所述水解酶选自恶臭假单胞菌的酯酶estA、猪肝酯酶APLE、枯草芽孢杆菌的羧酸酯酶BsE-NP01中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括在所述取代反应的过程中加入碱性试剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碱性试剂选自二异丙基氨基锂、正丁基锂、仲丁基锂、叔丁基锂、氢化钠、叔丁醇钠、碳酸钾、氢氧化钠、乙酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、三乙胺、二异丙基乙基胺和四甲基胍中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碱性试剂的用量与所述氰基乙酸酯的摩尔比0.5～10.0：1。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述卤代烃选自碳原子数为1～10的直链烷烃卤代物、卤代异丙烷之外的碳原子数1～10的支链烷烃卤代物、碳原子数为3～20的环烷烃卤代物及取代环烷烃卤代物、碳原子数为3～20的卤代芳烃及卤代杂环芳烃中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述取代反应中，所述氰基乙酸酯与所述卤代烃的摩尔比为1：1.0～50.0。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述催化加氢反应在添加剂作用下进行，所述添加剂选自二异丙基乙基胺、三乙胺、氨水和水合肼中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂的加入量占所述催化剂的重量的10～50％。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水解酶的加入量占所述取代的氨基乙酸酯的重量的1～50％。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述催化加氢反应的温度为10～70℃，压力为0.05～0.5MPa。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂选自雷尼镍、Pd/C催化剂、Pt/C催化剂和二氧化铂中的一种或多种。
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