CN106946722B - 一种氘交换合成l-天冬氨酸(3,3-d2)的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种合成L‑天冬氨酸(3,3‑D2)的方法，其步骤如下：(1)依次将L‑天冬氨酸或其盐置于单口瓶中，惰性气氛下油泵置换三次，然后在惰性气氛下加入氘代盐酸(或氘水+氯化亚砜)，惰性气氛下升温回流反应1‑4天；(2)将上述反应液冷却后，减压蒸馏回收氘代盐酸，得到的盐酸盐用少量水溶解后，再用微孔滤膜过滤，然后用碳酸锂/氢氧化锂/三乙胺醇溶液调节pH值至2.5‑3.0，静置冷却结晶(或加入1‑50倍体积的无水甲醇/无水乙醇)，过滤干燥，得到产品。本发明具有的优点为直接采用廉价的氨基酸为底物，氘水为氘源，氘代盐酸或氯化亚砜为酸，直接得到手性的L‑天冬氨酸(3,3‑D2)纯品。
Description
技术领域
本发明涉及一种合成L-天冬氨酸(3,3-D2)的方法，尤其涉及一种直接以廉价的L-天冬氨酸、氘水或氘代盐酸等为原料合成L-天冬氨酸 (3,3-D2)的方法。
背景技术
L-天冬氨酸(3,3-D2)是重要的稳定同位素标记氨基酸，在生物医药、蛋白质代谢、多肽研究及化学等方面具有广泛的应用。L-天冬氨酸(3,3-D2) 可用于合成多种稳定同位素标记多肽化合物，也是新生儿筛查诊断试剂盒中所使用氨基酸的合成前体，在多肽等的生物代谢、疾病诊断与治疗、医疗预防和氨基酸在细胞培养中的机理及作用等领域具有重要意义。同时， L-天冬氨酸(3,3-D2)也是合成其他氘代L-氨基酸的重要原料，如L-赖氨酸(3,3-D2)、L-亮氨酸(3,3-D2)、L-谷氨酸(3,3-D2)等；或者合成氘代非生物体α-L-氨基酸、氘代非生物体β-氨基酸等的重要起始原料。
目前合成L-天冬氨酸(3,3-D2)主要有以下几种方法：
1、以L-天冬氨酸为原料，将羧基和氨基保护，然后用氢化锂等强碱与氘水多次作用得到氘代保护产物，最后再脱保护即得到L-天冬氨酸 (3,3-D2)；
该方法先将L-天冬氨酸的羧基和氨基保护起来，然后用氢化锂或氢化钠拔氢，再用氘水猝灭，反复多次，直到氘全部交换，然后再脱保护即得到L-天冬氨酸(3,3-D2)。但由此方法虽然可以使用较少量氘水得到产品，但是对氨基酸的保护与脱保护过程繁琐，步骤较多，从而使综合产率较低。
2、用卤代乙酸乙酯(2,2-D2)与氨基酸合成子如二苯亚甲基氨基乙腈、乙酰氨基丙二酸二乙酯、(R)-3,6-二乙氧基-2-异丙基-2,5-二氢吡嗪等结合，然后在盐酸存在的条件下水解得到L-天冬氨酸(3,3-D2)或DL-天冬氨酸 (3,3-D2)。但此种方法步骤较长，且手性合成子合成成本高，非手性合成子则需要进行拆分，同时过多的无机盐需要用树脂进行纯化，过程较为繁琐。
综上可知，目前合成L-天冬氨酸(3,3-D2)的方法均较为繁琐，或需要进行拆分，或综合产率严重偏低，不利于大量制备。
发明内容
针对上述缺点，本发明的目的在于提供一种氘交换合成L-天冬氨酸 (3,3-D2)的方法，该方法所用的原料价廉易得，操作简单，便于大量生产，得到的产品提纯方便，产率高，成本低。
一种合成L-天冬氨酸(3,3-D2)的方法，包括：
在酸性试剂的作用下，L-天冬氨酸或其盐在氘水中升温回流进行氢- 氘交换反应，反应结束后经过后处理得到所述的L-天冬氨酸(3,3-D2)；
所述的酸性试剂为氘代盐酸或者氯化亚砜。
所述的L-天冬氨酸盐包括各种碱金属或者碱土金属的盐，例如锂盐、钠盐、钾盐等。
本发明直接采用L-天冬氨酸为原料，以价廉易得的氘水为氘源，通过采用特定的酸性试剂促进氢-氘交换反应，一步直接合成L-天冬氨酸 (3,3-D2)，同时后处理简单，可以得到纯度很高的L-天冬氨酸(3,3-D2) 纯品。
本发明的具体的合成路线如下：
当所述的酸性试剂为氘代盐酸时，其质量百分比为10-35％，氘代盐酸的浓度会对反应效果产生一定的影响，采用该浓度可以得到较高丰度的 L-天冬氨酸(3,3-D2)。此时，氘代盐酸的溶剂为氘水，因此，不再需要额外加入氘水。
为了更进一步的降低成本，所述的酸性试剂也可以为氯化亚砜，此时，氯化亚砜与氘水摩尔比1:5～1:20。氯化亚砜的浓度也会对反应效果产生一定的影响，采用该浓度可以得到较高丰度的L-天冬氨酸(3,3-D2)。
本发明中，所述的氢-氘交换反应的回流时间为1～4天，此时，可以使氢-氘交换反应充分发生。
本发明中不需要采用树脂进行纯化，此时，所述的后处理过程如下：
反应完成后，减压蒸馏回收氘代盐酸，得到L-天冬氨酸(3,3-D2)盐酸盐粗品，然后将L-天冬氨酸(3,3-D2)盐酸盐粗品溶解、过滤，滤液用碱的醇溶液调节pH至2.5-3.0，最后用无水醇重结晶得到所述的L-天冬氨酸(3,3-D2)。该处理方法操作简单，成本较低，便于大量生产。
作为优选，所述的碱为氢氧化锂、碳酸锂或者三乙胺，此时，可以提高合成效率，降低合成成本。
所述的无水醇优选为甲醇或者乙醇，用量一般为体积1-50倍体积。
本发明的氢-氘交换反应在惰性气体的保护下进行，以防止空气中的水分产生不利的影响。
本发明的方法还可以进行大量L-天冬氨酸(3,3-D2)的制备，当投料量较大时，氢-氘交换反应可能不能一次进行完全，此时，在一次反应结束后，产物的氘丰度未达标时，减压蒸馏回收氘代盐酸，加入新的氘水和酸性试剂继续进行氢-氘交换反应。采用本发明的方法，氘丰度可以达到 98％以上，若氘丰度达到这一程度，可以多次重复该过程，提高L-天冬氨酸(3,3-D2)的氘丰度。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明直接使用价廉易得的L-天冬氨酸(或L-天冬氨酸盐)为起始原料，氘代盐酸氘水溶液或氯化亚砜+氘水一步氢-氘交换合成了L- 天冬氨酸(3,3-D2)，步骤简单，易于操作；
(2)本发明避免使用树脂纯化，极大地简化了纯化步骤，节省了大量的溶剂和合成成本；
(3)本发明避免产生大量无机盐，可直接减压蒸去溶剂，补充新鲜氘代试剂后进行多次交换，这为大量合成L-天冬氨酸(3,3-D2)奠定了技术基础。
具体实施方式
实施例1
向连有氩气保护气、冷凝管的100ml单口烧瓶中，加入300mg L-天冬氨酸，油泵置换三次，然后加入10mL 15％氘代盐酸氘水溶液，在氩气条件下升温回流2天，LC-MS监控反应。反应结束后，减压蒸去氘代盐酸 (回收使用)，得到盐酸盐。将盐酸盐溶于2mL水中，先用微孔滤膜过滤除去少量固体，然后用氢氧化锂乙醇溶液调节溶液pH值至2.5-3.0，加入10mL无水乙醇后，于0-10℃静置冷藏结晶，析出白色固体。过滤，滤饼用无水乙醇洗涤，干燥，得到产品约260mg，产率85.2％，产品纯度>98％， LC-MS和1HNMR确定氘丰度>98％。
实施例2
向连有氮气保护气、冷凝管的100ml单口烧瓶中，加入500mg L-天冬氨酸，油泵置换三次，然后加入15mL氘水，低温下缓缓加入3mL氯化亚砜(事先氩气氛下重蒸两次)，并将体系中产生的二氧化硫气体经冷凝管冷却后用碱或高锰酸钾吸收，停止放出气体后，将体系密闭，在氩气条件下升温回流2天，LC-MS监控反应。反应结束后，减压蒸去氘代盐酸(由氯化亚砜与氘水生成的)(回收使用)，得到盐酸盐。将盐酸盐溶于3mL 水中，先用微孔滤膜过滤除去少量固体，然后用三乙胺甲醇溶液调节溶液 pH值至2.5-3.0，加入20mL无水甲醇后，静置冷藏结晶，析出白色固体。过滤，滤饼用无水甲醇洗涤，干燥，得到产品约460mg，产率91.1％，产品纯度>98％，LC-MS和1HNMR确定氘丰度>98％。
实施例3
向连有氩气保护气、冷凝管的100ml单口烧瓶中，加入5.0g L-天冬氨酸二锂(事先由L-天冬氨酸与碳酸锂在水中生成，旋干水，真空干燥)，油泵置换三次，然后加入15mL氘水，低温下缓缓加入3mL氯化亚砜(事先氩气氛下重蒸两次)，并将体系中产生的二氧化硫气体经冷凝管冷却后用碱或高锰酸钾吸收，停止放出气体后，将体系密闭，在氩气条件下升温回流2天。反应结束后，减压蒸去氘代盐酸(回收使用)，得到盐酸盐。将盐酸盐固体在氩气氛下油泵置换三次，如上述步骤依次加入15mL氘水、 3mL氯化亚砜，待二氧化硫释放完全后，密闭体系，在氩气下升温回流2 天，LC-MS监控反应。反应结束后，减压蒸去氘代盐酸(回收使用)，得到盐酸盐。将盐酸盐溶于8mL水中，先用微孔滤膜过滤除去少量固体，然后用碳酸锂固体调节溶液pH值至2.5-3.0，加入100mL无水乙醇后，静置冷藏结晶，析出大量白色固体。过滤，滤饼用无水乙醇洗涤，干燥，得到产品约4.76g，产率94.2％，产品纯度>98％，LC-MS和1HNMR确定氘丰度>98％。
对比例1
向连有氮气保护气、冷凝管的100ml单口烧瓶中，加入500mg L-天冬氨酸，油泵置换三次，然后加入15mL氘水，低温下缓缓加入3mL磺酰氯 (事先氩气氛下重蒸两次)，将体系密闭，在氩气条件下升温回流2天， LC-MS监控反应。反应结束后，减压蒸去部分氘水(回收使用)，然后用微孔滤膜过滤除去少量固体，然后用三乙胺甲醇溶液调节溶液pH值至 2.5-3.0，加入20mL无水甲醇后，静置冷藏结晶，析出白色固体。过滤，滤饼用无水甲醇洗涤，干燥，得到产品约400mg，产率79.8％，产品纯度>98％，LC-MS和1HNMR确定氘丰度约为90％。
Claims (2)
1.一种合成L-天冬氨酸(3,3-D2)的方法，其特征在于，步骤如下：
向连有氮气保护气、冷凝管的100ml单口烧瓶中，加入500mg L-天冬氨酸，油泵置换三次，然后加入15mL氘水，低温下缓缓加入3mL氩气氛下重蒸两次的氯化亚砜，并将体系中产生的二氧化硫气体经冷凝管冷却后用碱或高锰酸钾吸收，停止放出气体后，将体系密闭，在氩气条件下升温回流2天，LC-MS监控反应；反应结束后，减压蒸去氘代盐酸，该氘代盐酸进行回收使用，得到盐酸盐；将盐酸盐溶于3mL水中，先用微孔滤膜过滤除去少量固体，然后用三乙胺甲醇溶液调节溶液pH值至2.5-3.0，加入20mL无水甲醇后，静置冷藏结晶，析出白色固体；过滤，滤饼用无水甲醇洗涤，干燥，得到产品460mg，产率91.1%，产品纯度>98%，LC-MS和1HNMR确定氘丰度>98%。
2.一种合成L-天冬氨酸(3,3-D2)的方法，其特征在于，步骤如下：向连有氩气保护气、冷凝管的100ml单口烧瓶中，加入5.0g L-天冬氨酸二锂，油泵置换三次，然后加入15mL氘水，低温下缓缓加入3mL氩气氛下重蒸两次的氯化亚砜，并将体系中产生的二氧化硫气体经冷凝管冷却后用碱或高锰酸钾吸收，停止放出气体后，将体系密闭，在氩气条件下升温回流2天；反应结束后，减压蒸去氘代盐酸，该氘代盐酸进行回收使用，得到盐酸盐；将盐酸盐固体在氩气氛下油泵置换三次，如上述步骤依次加入15mL氘水、3mL氯化亚砜，待二氧化硫释放完全后，密闭体系，在氩气下升温回流2天，LC-MS监控反应；反应结束后，减压蒸去氘代盐酸，该氘代盐酸进行回收使用，得到盐酸盐；将盐酸盐溶于8mL水中，先用微孔滤膜过滤除去少量固体，然后用碳酸锂固体调节溶液pH值至2.5-3.0，加入100mL无水乙醇后，静置冷藏结晶，析出大量白色固体；过滤，滤饼用无水乙醇洗涤，干燥，得到产品4.76g，产率94.2%，产品纯度>98%，LC-MS和1HNMR确定氘丰度>98%；
其中，所使用的L-天冬氨酸二锂由L-天冬氨酸与碳酸锂在水中生成，旋干水，真空干燥，得到。
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