CN108342422A - N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法以及固定化脂肪酶的应用 - Google Patents

N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法以及固定化脂肪酶的应用 Download PDF

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Abstract

一种N‑取代胺基羰基酯类化合物的制备方法，涉及有机合成领域，其采用二羧酸酯类化合物和伯胺化合物为原料，在酶催化剂的作用下进行反应。其能够高选择性地对二羧酸酯类化合物中的单个酯基进行氨解，高收率地得到单一的N‑取代胺基羰基酯类化合物，从而能够有效降低后处理过程中的分离难度，提高最终得到的产品的纯度。一种固定化脂肪酶在对含有多个酯基的化合物进行选择性氨解中的应用。采用固定化脂肪酶可以对含有多个酯基的化合物中的部分酯基进行氨解，在有机合成领域中，具有较高的实用价值。

Description

N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法以及固定化脂肪酶的 应用
技术领域
本发明涉及有机合成领域，具体而言，涉及一种N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法以及固定化脂肪酶的应用。
背景技术
酯的氨解可以用于制备酰胺化合物，是有机化学中的经典反应。但对于含有多个酯基的分子来说，要对其中的部分酯基进行氨解，却存在着诸多的问题。以丙二酸二乙酯为例，其分子中含有两个酯键，在用甲胺对其进行选择性氨解生成N-甲胺基羰基乙酸乙酯时，产品中往往混有丙二酸二乙酯原料和双取代的副产物，造成分离困难，最终产品的收率和纯度不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法，其能够高选择性、高收率地得到N-取代胺基羰基酯类化合物，降低后处理过程中的分离难度，提高产品纯度。
本发明的另一目的在于提供一种固定化脂肪酶在对含有多个酯基的化合物进行选择性氨解中的应用。
本发明的实施例是这样实现的：
一种N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法，其包括：
将二羧酸酯类化合物与伯胺化合物在酶催化剂的作用下反应；
其中，二羧酸酯类化合物的结构式为伯胺化合物的结构式为R3NH2，N-取代胺基羰基酯类化合物的结构式为
式中，R1选自C1～C6的亚烷基或取代亚烷基，R2选自C1～C6的烷基或取代烷基，R3选自C1～C6的烷基。
一种固定化脂肪酶在对含有多个酯基的化合物进行选择性氨解中的应用。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例提供了一种N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法，其采用二羧酸酯类化合物和伯胺化合物为原料，在酶催化剂的作用下进行反应。其能够高选择性地对二羧酸酯类化合物中的单个酯基进行氨解，高收率地得到单一的N-取代胺基羰基酯类化合物，从而能够有效降低后处理过程中的分离难度，提高最终得到的产品的纯度。
本发明实施例还提供了一种固定化脂肪酶在对含有多个酯基的化合物进行选择性氨解中的应用。采用固定化脂肪酶可以对含有多个酯基的化合物中的部分酯基进行氨解，在有机合成领域中，具有较高的实用价值。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的一种N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法以及固定化脂肪酶的应用进行具体说明。
一种N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法，其包括：
将二羧酸酯类化合物与伯胺化合物在酶催化剂的作用下反应。
其中，二羧酸酯类化合物的结构式为伯胺化合物的结构式为R3NH2，N-取代胺基羰基酯类化合物的结构式为
式中，R1选自C1～C6的亚烷基或取代亚烷基。C1～C6的亚烷基包括亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基等，取代亚烷基可以为至少一个氢原子被烷基、氨基、烷氧基、芳香基和卤代烷基中至少一种基团取代的亚烷基。优选地，R1选自C1～C3的亚烷基或取代亚烷基。更为优选地，R1选自C1～C3的亚烷基。
R2选自C1～C6的烷基或取代烷基，R3选自C1～C6的烷基。C1～C6的烷基包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基等，取代烷基可以为至少一个氢原子被烷基、氨基、烷氧基、芳香基和卤代烷基中至少一种基团取代的烷基。优选地，R2选自C1～C3的烷基或取代烷基，R3选自C1～C3的烷基，更为优选地，R2选自C1～C3的烷基，R3选自C1～C3的烷基。
酶催化剂包括固定化脂肪酶。脂肪酶是一类具有多种催化能力的酶，可以催化三酰甘油酯及其他一些水不溶性酯类的水解、醇解、酯化、转酯化及酯类的逆向合成反应。而固定化脂肪酶是将脂肪酶固定于载体材料上得到的。其中，载体材料包括多糖类载体材料、无机载体材料和有机聚合物载体材料中的至少一种。多糖类载体材料包括壳聚糖、纤维素等，无机载体材料包括硅藻土、硅胶、活性炭等多孔材料，有机聚合物载体材料包括丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等。
进一步地，酶催化剂的用量为二羧酸酯类化合物的0.1wt％～1wt％。在该用量下，酶催化剂的催化效果较好，利用率高。
二羧酸酯类化合物与伯胺化合物反应的温度为-10～40℃，反应时间为1～10h。经过发明人创造性劳动发现，在该反应温度下，利于对反应副产物的控制，产品的产率和纯度较高。
可选地，二羧酸酯类化合物与伯胺化合物的摩尔比为1:1～1.2。在该比例范围内进行氨解反应，可以促进二羧酸酯类化合物的完全转化，并有效减少双取代副产物的产生。
进一步地，将伯胺化合物分多次加入到二羧酸酯类化合物中，每次添加量为伯胺化合物总量的10％～30％，每次添加后，反应至体系pH值为中性时，进行下一次添加，直至二羧酸酯类化合物反应完全。通过少量多次的添加方式，可以使二羧酸酯类化合物相对于伯胺化合物过量，较少双取代副产物的产生，提高产品的纯度。
本发明实施例一种固定化脂肪酶在对含有多个酯基的化合物进行选择性氨解中的应用。尤其是对于含有双酯基的化合物进行单酯基选择性氨解中的应用。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。值得注意注意的是，若无特殊说明，产品的纯度均采用气相色谱进行测定。
实施例1
本实施例提供一种N-甲胺基羰基乙酸乙酯的制备方法，其反应式为
其具体步骤如下：
S1.将丙二酸二乙酯(160g，1.0mol，1.00eq.)降温至0℃，通入甲胺气体(0.2mol，0.20eq.)，反应体系略浑浊，加入500mg酶催化剂，搅拌下，升温至40℃，pH试纸监控体系pH值，TLC监控反应体系。
S2.待体系pH值为中性时(10～20min)，降温至0℃，继续通入甲胺气体(0.2mol，0.20eq.)，通毕，升温至40℃，继续监控体系pH值，随时TLC监控反应进程。20～30min后，体系pH值变为中性，继续重复上述通甲胺气体操作3～4次，直至丙二酸二乙酯消耗完全。
S3.将上述反应液过滤，回收催化剂(滤渣)，滤液于40℃减压浓缩，剩余物中加入200ml的正己烷溶剂，搅拌，降温至0～10℃析晶1～2小时，过滤，真空干燥，得到N-甲胺基羰基乙酸乙酯(138g，产率95.17％，纯度>99％)。
实施例2
本实施例提供一种N-乙胺基羰基乙酸乙酯的制备方法，其反应式为
其具体步骤如下：
S1.将丙二酸二乙酯(160g，1.0mol，1.00eq.)降温至0℃，加入乙胺的醇溶液(0.2mol，0.20eq.)，反应体系略浑浊，加入800mg酶催化剂，搅拌下，升温至40℃，pH试纸监控体系pH值，TLC监控反应体系。
S2.待体系pH值为中性时，降温至-10℃，继续加入乙胺的醇溶液(0.2mol，0.20eq.)，添加完毕后，升温至20℃，继续监控体系pH值，随时TLC监控反应进程。体系pH值变为中性时，继续重复上述添加乙胺的醇溶液的操作3～4次，直至丙二酸二乙酯消耗完全。
S3.将上述反应液过滤，回收催化剂(滤渣)，滤液于40℃减压浓缩，剩余物中加入200ml的正己烷溶剂，搅拌，降温至0～10℃析晶1～2小时，过滤，真空干燥，得到N-甲胺基羰基乙酸乙酯(149g，产率93.60％，纯度>99％)。
实施例3
本实施例提供一种N-甲胺基羰基丙酸甲酯的制备方法，其反应式为
其具体步骤如下：
S1.将丁二酸二甲酯(146g，1.0mol，1.00eq.)降温至0℃，通入甲胺气体(0.3mol，0.30eq.)，反应体系略浑浊，加入300mg酶催化剂，搅拌下，升温至40℃，pH试纸监控体系pH值，TLC监控反应体系。
S2.待体系pH值为中性时，降温至0℃，继续通入甲胺气体(0.3mol，0.30eq.)，通毕，升温至40℃，继续监控体系pH值，随时TLC监控反应进程。体系pH值变为中性时，继续重复上述通甲胺气体操作2～3次，直至丁二酸二甲酯消耗完全。
S3.将上述反应液过滤，回收催化剂(滤渣)，滤液于40℃减压浓缩，剩余物中加入200ml的正己烷溶剂，搅拌，降温至0～10℃析晶1～2小时，过滤，真空干燥，得到N-甲胺基羰基丙酸甲酯(136g，产率93.69％，纯度>99％)。
实施例4
本实施例提供一种N-甲胺基羰基丁酸甲酯的制备方法，其反应式为
其具体步骤如下：
S1.将戊二酸二甲酯(160g，1.0mol，1.00eq.)降温至-5℃，通入甲胺气体(0.15mol，0.15eq.)，反应体系略浑浊，加入1g酶催化剂，搅拌下，升温至40℃，pH试纸监控体系pH值，TLC监控反应体系。
S2.待体系pH值为中性时，降温至-5℃，继续通入甲胺气体(0.15mol，0.15eq.)，通毕，升温至40℃，继续监控体系pH值，随时TLC监控反应进程。体系pH值变为中性时，继续重复上述通甲胺气体操作4～5次，直至戊二酸二甲酯消耗完全。
S3.将上述反应液过滤，回收催化剂(滤渣)，滤液于40℃减压浓缩，剩余物中加入200ml的正己烷溶剂，搅拌，降温至0～10℃析晶1～2小时，过滤，真空干燥，得到N-甲胺基羰基丁酸甲酯(143g，产率89.93％，纯度>99％)。
实施例5
本实施例提供一种N-乙胺基羰基乙酸叔丁酯的制备方法，其反应式为
其具体步骤如下：
S1.将丙二酸二叔丁酯(216g，1.0mol，1.00eq.)降温至0℃，加入乙胺的醇溶液(0.3mol，0.30eq.)，反应体系略浑浊，加入2.0g酶催化剂，搅拌下，升温至40℃，pH试纸监控体系pH值，TLC监控反应体系。
S2.待体系pH值为中性时，降温至-10℃，继续加入乙胺的醇溶液(0.3mol，0.30eq.)，添加完毕后，升温至20℃，继续监控体系pH值，随时TLC监控反应进程。体系pH值变为中性时，继续重复上述添加乙胺的醇溶液的操作2～4次，直至丙二酸二叔丁酯消耗完全。
S3.将上述反应液过滤，回收催化剂(滤渣)，滤液于40℃减压浓缩，剩余物中加入200ml的正己烷溶剂，搅拌，降温至0～10℃析晶1～2小时，过滤，真空干燥，得到N-乙胺基羰基乙酸叔丁酯(159g，产率84.92％，纯度>99％)。
综上所述，本发明实施例提供了一种N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法，其采用二羧酸酯类化合物和伯胺化合物为原料，在酶催化剂的作用下进行反应。其能够高选择性地对二羧酸酯类化合物中的单个酯基进行氨解，高收率地得到单一的N-取代胺基羰基酯类化合物，从而能够有效降低后处理过程中的分离难度，提高最终得到的产品的纯度。
本发明实施例还提供了一种固定化脂肪酶在对含有多个酯基的化合物进行选择性氨解中的应用。采用固定化脂肪酶可以对含有多个酯基的化合物中的部分酯基进行氨解，在有机合成领域中，具有较高的实用价值。
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 (10)

1.一种N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法，其特征在于，包括：
将二羧酸酯类化合物与伯胺化合物在酶催化剂的作用下反应；
其中，所述二羧酸酯类化合物的结构式为所述伯胺化合物的结构式为R3NH2，所述N-取代胺基羰基酯类化合物的结构式为
式中，R1选自C1～C6的亚烷基或取代亚烷基，R2选自C1～C6的烷基或取代烷基，R3选自C1～C6的烷基。
2.根据权利要求1所述的N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法，其特征在于，R1选自C1～C3的亚烷基或取代亚烷基，R2选自C1～C3的烷基或取代烷基，R3选自C1～C3的烷基。
3.根据权利要求2所述的N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法，其特征在于，R1选自C1～C3的亚烷基，R2选自C1～C3的烷基，R3选自C1～C3的烷基。
4.根据权利要求1所述的N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法，其特征在于，所述酶催化剂包括固定化脂肪酶。
5.根据权利要求4所述的N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法，其特征在于，所述固定化脂肪酶是将脂肪酶固定于所述载体材料上得到的；所述载体材料包括多糖类载体材料、无机载体材料和有机聚合物载体材料中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法，其特征在于，所述酶催化剂的用量为所述二羧酸酯类化合物的0.1wt％～1wt％。
7.根据权利要求1所述的N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法，其特征在于，所述二羧酸酯类化合物与所述伯胺化合物反应的温度为-10～40℃，反应时间为1～10h。
8.根据权利要求1所述的N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法，其特征在于，所述二羧酸酯类化合物与所述伯胺化合物的摩尔比为1:1～1.2。
9.根据权利要求1所述的N-取代胺基羰基酯类化合物的制备方法，其特征在于，将所述伯胺化合物分多次加入到所述二羧酸酯类化合物中，每次添加量为所述伯胺化合物总量的10％～30％，每次添加后，反应至体系pH值为中性时，进行下一次添加，直至所述二羧酸酯类化合物反应完全。
10.一种固定化脂肪酶在对含有多个酯基的化合物进行选择性氨解中的应用。
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