CN108003077A - 一种氨基酸化合物的制备及纯化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工业有机合成领域，具体而言，涉及一种氨基酸化合物的制备及纯化方法，包括以下步骤：(1)α‑氨基腈化合物或海因类化合物或其混合物，在挥发性碱和合适的溶剂的存在下，加热反应得到α‑氨基酸盐；(2)将步骤(1)中得到的α‑氨基酸盐蒸馏后，在有机溶剂中重结晶，得到α‑氨基酸化合物。本发明所提供的方法，反应条件温和，物料可循环利用，避免引入金属离子、避免使用碳酸铵盐，使后处理简单且无废盐产生。
Description
技术领域
本发明涉及工业有机合成领域，具体而言，涉及一种氨基酸化合物的制备及纯化方法。
背景技术
氨基酸是蛋白质的构成单元，也是十分重要的营养物质，它在人体及动物生命活动中起着无可替代的作用。氨基酸是含有氨基和羧基的一类化合物的通称，是生物功能大分子蛋白质的基本组成单位，广泛应用于食品、饲料、医药、农药、日化等行业。目前氨基酸的合成方法主要有水解提取法、化学合成法、微生物发酵法和酶合成法。其中化学合成方法主要有：
1.α-卤代羧酸的氨化
羧酸在磷催化下，进行α-卤代反应，α-卤代羧酸在水或醇中与极过量的氨进行反应而合成α-氨基酸的方法。此法几乎全部适合脂肪族氨基酸的合成，但产率低，操作复杂。
2.Gabriel法
该方法是用邻苯二甲酰亚胺与α-卤代酸酯进行亲核取代反应，再水解酸化得到氨基酸。
3.乙酰胺丙二酸酯法
乙酰胺丙二酸酯的活性次甲基很容易和卤代伯烷缩合，缩合物水解则能合成α-氨基酸。通常是以醇作溶剂，在等量克分子的乙醇钠存在下进行缩合。也有在氢氧化钠的存在下，以甲苯等非活性溶剂进行的。缩合物的水解是与酸或碱回流，但通常以酸水解为好。
此外，还有α-酮酸还原引入氨基，氧化氨基醇，不对称合成等方法合成α-氨基酸。以上这些方法一般都是在强碱性或强酸性条件下水解，利用氨基酸在等电点溶解性最小的原理，后处理调节溶液酸碱性至氨基酸的等电点，分离得到产品。该过程中不仅结晶效率低，使用大量的酸碱，中和后还会形成大量的废盐。
CN104892521A公开了一种α-氨基酸类化合物的合成及纯化方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将取代的α-氨基腈或取代的海因类化合物在加入碱M(OH)x或金属氧化物MxO，加入水或醇水混合溶剂中，加热反应得到α-氨基酸盐；(2)向步骤(1)的溶液中加入碳酸铵或碳酸氢铵或通入二氧化碳，分离得到滤液和沉淀MxHyCO3，对滤液进行减压浓缩后，在醇溶剂中重结晶，得到α-氨基酸类化合物(I)。通过该方法得到的α-氨基酸类化合物收率高，纯度高，同时可实现物料的循环利用和清洁生产。但是该方法产生固体碳酸盐，需要经过过滤、干燥、高温灼烧等复杂后处理过程才能复活为金属氧化物M xO，实现物料的循环套用。
CN105037060A公开了一种α-氨基酸类化合物的清洁合成工艺，其具体包括如下步骤：(1)将取代的α-氨基腈或取代的海因类化合物在水或醇水混合溶剂中加入氨水/二氧化碳、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或两种以上，加热反应；(2)反应结束后，蒸馏回收剩余的碳酸铵、碳酸氢铵或氨水，蒸馏剩余物在醇溶剂中结晶，得到α-氨基酸类化合物。该方法所提供的工艺操作简单，可实现物料的循环利用，三废量极少。本发明人在进行该项技术研发时发现碳酸根在该合成工艺中扮演了非常重要的角色。但在实际生产过程中，碳酸铵或碳酸氢铵对设备腐蚀作用很强，并且反应压力较大，达6-7MPa，存在较大安全风险。在蒸除碳酸铵或碳酸氢铵时，碳酸铵或碳酸氢铵蒸汽易在管道中凝结，造成管道阻塞，给实际生产带来很多不便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种简洁高效的氨基酸化合物的制备及纯化方法。使用可回收碱进行水解，不加入金属离子或铵盐，避免废盐的产生，同时水解液组分单一，避免了繁琐的后处理工艺，直接结晶能得到高品质的氨基酸产品，并且实现碱的循环利用。
为了实现上述目的，本发明提供一种一种氨基酸化合物的制备及纯化方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)式Ⅱ所示的α-氨基腈化合物或式Ⅲ所示的海因类化合物或R基相同的式Ⅱ和式Ⅲ所示化合物的混合物，在挥发性碱和合适的溶剂的存在下，加热反应得到α-氨基酸盐；
其中，R为-(CH2)n-SR1、-(CH2)n-NHR1、
其中，R1和R2各自独立的选自H、甲基、乙基、正丙基、异丙基等，
n＝0、1、2、3、4或5；
(2)将步骤(1)中得到的α-氨基酸盐蒸馏后，在有机溶剂中重结晶，得到α-氨基酸化合物I；
其中，R如上所定义。
进一步地，所述挥发性碱选自氨水、氨气、甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、丙胺、异丙胺、二丙胺、二异丙胺、吡啶中的一种或多种。
进一步地，所述挥发性碱的投料物质的量是式Ⅱ所示的α-氨基腈化合物或式Ⅲ所示的海因类化合物或R基相同的式Ⅱ和式Ⅲ所示化合物的混合物的2-20倍。
进一步地，所述氨水的质量浓度为3-30％，氨水的投料量以氨水中的氨气计算。
进一步地根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述溶剂为水或醇水混合溶剂。
进一步地，步骤(1)中所述醇水混合溶剂中醇选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇和叔丁醇，醇和水的质量比为0.01-1:5。
进一步地，所述溶剂与式Ⅱ所示的α-氨基腈化合物或式Ⅲ所示的海因类化合物或R基相同的式Ⅱ和式Ⅲ所示化合物的混合物的物质的量之比为50-200:1。
进一步地，步骤(1)中加热温度为120-200℃，反应压力为1-4MPa，反应时间为3-20h。
进一步地，步骤(1)中反应可以用氮气或氩气等惰性气体补充压力。
进一步地，步骤(1)中可以加入有机催化剂1,4-二氮二环[2.2.2]辛烷或1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯。
进一步地，所述催化剂与式Ⅱ所示的α-氨基腈化合物或式Ⅲ所示的海因类化合物的或R基相同的式Ⅱ和式Ⅲ所示化合物的混合物物质的量之比为0.005-0.02：1。
进一步地，步骤(2)中所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇中的一种或两种及以上。
进一步地，步骤(2)中重结晶后，可通过真空干燥得到α-氨基酸化合物I。
进一步地，真空干燥的温度为90-150℃。
在本发明中，减压蒸馏出的碱液可以套用到下次水解反应，实现了碱的重复利用，不产生副产物盐。
在本发明步骤(1)中加入催化剂，可以有效缩短反应时间。
在本发明中所述的氨水浓度都是指的氨水的质量浓度。
在本发明中，以式Ⅱ所示的α-氨基腈化合物或式Ⅲ所示的海因类化合物或R基相同的式Ⅱ和式Ⅲ所示化合物的混合物为原料的反应式如下：
(1)以式Ⅱ所示的α-氨基腈化合物为起始原料
(2)以式Ⅲ所示的海因类化合物为起始原料
其中，R为(CH2)n-SR1、-(CH2)n-NHR1、
其中，R1和R2各自独立的选自H、甲基、乙基、正丙基、异丙基等，
n＝0、1、2、3、4或5。
本发明所取得的有益效果如下：
传统α-氨基酸合成方法是用取代的α-氨基腈或取代海因化合物在强碱或强酸条件下水解，再利用氨基酸在等电点溶解度最小的原理，后处理加入酸或碱调节溶液的pH值至氨基酸的等电点分离得到产品。该过程中不仅使用大量的酸碱，中和后形成大量的副产物盐，而且不是对所有的氨基酸均适用，如水溶性大的氨基酸，后处理很难分离得到产品。本发明提供的方法后处理时不需要加入酸或碱调节反应液的pH值，避免了废盐的产生；同时，本发明提供的方法扩大了适用范围，适用于水溶性较好和水溶性较差的氨基酸化合物。
本发明生产方法简单，反应条件温和，物料可循环利用，避免引入金属离子、避免使用碳酸铵盐，使后处理简单且无废盐产生，避免了在蒸除碳酸铵或碳酸氢铵时，碳酸铵或碳酸氢铵蒸汽在冷凝器和管道中凝结，造成管道阻塞。本发明得到的α-氨基酸化合物收率高，纯度好，对水溶性较好或水溶性较差氨基酸化合物的合成及纯化同样适用。本发明提供的方法所使用的固体物料少，容易实现氨基酸的连续化生产。
具体实施方式
实施例1：2-氨基-4-甲硫基丁酸的制备
2L高压釜内加入2-氨基-4-甲硫基丁腈130g(1mol)，加入136g 25％氨水，水798g，充入氮气至4MPa，加热至120℃反应3h后反应液减压浓缩，回收氨水溶液，蒸馏剩余物加入400g甲醇回流2h，降温，有晶体析出。过滤，真空90℃干燥4h得2-氨基-4-甲硫基丁酸，纯度98％，收率85.4％。
实施例2：2-氨基-4-甲硫基丁酸的制备
10L高压釜内加入2-氨基-4-甲硫基丁腈130g(1mol)，加入1360g 25％氨水，水2580g，充入氮气至1MPa，加热至200℃反应20h后反应液减压浓缩，回收氨水溶液，蒸馏剩余物加入400g甲醇回流2h，降温，有晶体析出。过滤，真空150℃干燥4h得2-氨基-4-甲硫基丁酸，纯度97％，收率88.1％。
实施例3：2-氨基-4-甲硫基丁酸的制备
10L高压釜内加入2-氨基-4-甲硫基丁腈130g(1mol)，加入实施例2回收的10％氨水1020g，水774g，充入氮气至1MPa，加热至150℃反应10h后反应液减压浓缩，回收氨水溶液，蒸馏剩余物加入400g甲醇回流2h，降温，有晶体析出。过滤，真空120℃干燥4h得2-氨基-4-甲硫基丁酸，纯度97％，收率83.9％。
实施例:4：2-氨基-3-羟基丙酸的制备
2L高压釜内加入2-氨基-3-羟基丙腈86g(1mol)，加入620g质量浓度为40％的甲胺水溶液，加入水1068g，充入氮气至3MPa，加热至150℃反应10h后反应液减压浓缩，回收甲胺水溶液，蒸馏剩余物加入400g甲醇80℃回流2h，降温，有结晶析出，过滤，真空120℃干燥4h得2-氨基-3-羟基丙酸，纯度98％，收率89.4％。
实施例5：2-氨基-4-酰胺基丁酸的制备
2L高压釜内加入2-氨基-4-酰胺基丁腈127g(1mol)，加入25％氨水408g，水630g，甲醇187g，加热至150℃反应10h后反应液减压浓缩，回收氨水溶液，蒸馏剩余物加入400g甲醇回流2h，降温，有晶体析出。过滤，真空120℃干燥4h得2-氨基-4-酰胺基丁酸，纯度96％，收率84.3％。
实施例6：2-氨基-4-酰胺基丁酸的制备
2L高压釜内加入2-氨基-4-酰胺基丁腈127g(1mol)，加入25％氨水408g，水630g，甲醇1.87g，加热至150℃反应10h后反应液减压浓缩，回收氨水溶液，蒸馏剩余物加入400g甲醇回流2h，降温，有晶体析出。过滤，真空120℃干燥4h得2-氨基-4-酰胺基丁酸，纯度95％，收率86.1％。
实施例7：2-氨基-4-[羟基(甲基)膦酰基]丁酸铵的制备
2L高压釜内加入2-氨基-4-[乙氧基(甲基)膦酰基]丁腈190g(1mol)，25％氨水溶液408g，1,4-二氮二环[2.2.2]辛烷0.56g，水774g，充入氮气至4MPa，加热至150℃反应5h。反应液减压浓缩，回收氨水溶液，蒸馏剩余物加入400g甲醇80℃回流2h，降温，有结晶析出，过滤，真空120℃干燥4h得2-氨基-4-[羟基(甲基)膦酰基]丁酸铵，纯度98％，收率88.3％。
实施例8：2-氨基-3-羟基丁酸的制备
2L高压釜内加入2-氨基-3-羟基丁腈40g(0.4mol)，5-(1-羟基乙基)海因86.4g(0.6mol)，加入408g 25％氨水，水774g，1,4-二氮二环[2.2.2]辛烷2.24g，充入氮气至3MPa，加热至150℃反应5h后反应液减压浓缩，回收氨水溶液，蒸馏剩余物加入400g甲醇回流2h，降温，有晶体析出。过滤，滤饼真空120℃干燥4h得2-氨基-3-羟基丁酸，纯度98％，收率92.0％。
实施例9：2-氨基-3-(4-咪唑基)丙酸的制备
2L高压釜内加入5-[(4-咪唑基)甲基]海因180g(1mol)，加入219g二乙胺，加入水1080g，充入氮气至2MPa，加热至150℃反应10h。反应液减压浓缩，回收二乙胺溶液，蒸馏剩余物加入150g甲醇回流2h，降温，有晶体析出。过滤，真空120℃干燥4h得2-氨基-3-(4-咪唑基)丙酸，纯度97％，收率90％。
实施例10：2,4-二氨基己酸的制备
2L高压釜内加入5-(4-氨基丁基)海因171g(1mol)，25％氨水溶液408g,水774g，充入氮气至4MPa，加热至150℃反应10h。反应液减压浓缩，回收氨水溶液，蒸馏剩余物加入400g甲醇80℃回流2h，降温，有结晶析出，过滤，真空120℃干燥4h得2,4-二氨基己酸，纯度96％，收率94.6％。
对比例1：2-氨基-3-羟基丙酸的制备
10L高压釜内加入2-氨基-3-羟基丙腈86g(1mol)，加入2325g质量浓度为40％的甲胺水溶液，加入水45g，充入氮气至3MPa，加热至150℃反应10h后反应液减压浓缩，回收甲胺水溶液，蒸馏剩余物加入400g甲醇80℃回流2h，降温，有结晶析出，过滤，真空120℃干燥4h得2-氨基-3-羟基丙酸，纯度96％，收率86.2％。
对比例2：2-氨基-3-羟基丙酸的制备
10L高压釜内加入2-氨基-3-羟基丙腈86g(1mol)，加入620g质量浓度为40％的甲胺水溶液，加入水6828g，充入氮气至3MPa，加热至150℃反应10h后反应液减压浓缩，回收甲胺水溶液，蒸馏剩余物加入400g甲醇80℃回流2h，降温，有结晶析出，过滤，真空120℃干燥4h得2-氨基-3-羟基丙酸，纯度97％，收率80.2％。
对比例3：2-氨基-3-(4-咪唑基)丙酸的制备
2L高压釜内加入5-[(4-咪唑基)甲基]海因180g(1mol)，加入288g碳酸铵，加入水1080g，充入氮气至2MPa，加热至150℃反应10h。常压蒸出碳酸铵后减压蒸出水，蒸馏剩余物加入150g甲醇回流2h，降温，有晶体析出。过滤，真空120℃干燥4h得2-氨基-3-(4-咪唑基)丙酸，纯度90％，收率63.7％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)
1.一种氨基酸化合物的制备及纯化方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)式Ⅱ所示的α-氨基腈化合物或式Ⅲ所示的海因类化合物或R基相同的式Ⅱ和式Ⅲ所示化合物的混合物，在挥发性碱和合适的溶剂存在下，加热反应得到α-氨基酸盐；
其中，R为-(CH2)n-SR1、-(CH2)n-NHR1、
其中，R1和R2各自独立的选自H、甲基、乙基、正丙基、异丙基等，
n＝0、1、2、3、4或5；
(2)将步骤(1)中得到的α-氨基酸盐蒸馏后，在有机溶剂中重结晶，得到α-氨基酸化合物I；
其中，R如上所定义。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述挥发性碱选自氨水、氨气、甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、丙胺、异丙胺、二丙胺、二异丙胺、吡啶中的一种或多种；优选为氨水。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述挥发性碱投料的物质的量是式Ⅱ所示的α-氨基腈化合物或式Ⅲ所示的海因类化合物或R基相同的式Ⅱ和式Ⅲ所示化合物的混合物的2-20倍。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述溶剂选自水或醇水混合溶剂。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述醇水混合溶剂中醇选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇和叔丁醇，醇和水的质量比为0.01-1:5。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂与式Ⅱ所示的α-氨基腈化合物或式Ⅲ所示的海因类化合物或R基相同的式Ⅱ和式Ⅲ所示化合物的混合物的物质的量之比为50-200:1。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中加热温度为120-200℃，反应压力为1-4MPa，反应时间为3-20h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中加入有机催化剂1,4-二氮二环[2.2.2]辛烷或1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述催化剂与式Ⅱ所示的α-氨基腈化合物或式Ⅲ所示的海因类化合物或R基相同的式Ⅱ和式Ⅲ所示化合物的混合物的物质的量之比为0.005-0.02：1。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇中的一种或两种及以上。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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