CN109824547A

CN109824547A - 一种双不同保护氨基酸的合成方法

Info

Publication number: CN109824547A
Application number: CN201910212593.0A
Authority: CN
Inventors: 葛胜祥; 袁伟芳; 徐红岩
Original assignee: Kang (shanghai) New Medicine Research & Development Co Ltd
Current assignee: Kang (shanghai) New Medicine Research & Development Co Ltd
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2019-05-31

Abstract

本发明涉及一种双不同保护氨基酸的合成方法，主要解决现有合成方法存在的反应条件苛刻危险、不适合放大生产等技术问题。技术方案为：一种双不同保护氨基酸的合成方法，包括以下步骤：氨基醇在碱性试剂的作用下加入Boc₂O、Alloc‑Cl或Cbz‑Osu中的一种，得到化合物1；与甲基磺酰氯或对甲苯磺酰氯反应后得到中间体，然后在丙酮中加入卤代物加热回流，得到化合物2；化合物2在碱性试剂的作用下与乙酰氨基丙二酸二乙酯缩合，生成化合物3；化合物3溶解于醇和水中，加入无机碱加热水解脱羧，得到化合物4；化合物4在去离子水中加入乙酰化酶，酶解得到化合物5；氨基酸保护：化合物5在碱性试剂作用下，加入Fmoc‑Osu、Cbz‑OSu、Alloc‑Cl或Boc₂O中的一种反应，得到目标化合物A。

Description

一种双不同保护氨基酸的合成方法

技术领域

本发明涉及氨基酸的合成方法，特别涉及一种双不同保护氨基酸的合成方法。

背景技术

赖氨酸类碱性氨基酸，包括赖氨酸、鸟氨酸、高赖氨酸、2，4-二氨基丙酸等，它们分子中都含有两个氨基和一个羧基，具有非常重要的生物性能。在药物研究、多肽合成中需要用不同的保护基来区分分子中的两个氨基，其中α-位芴甲氧羰基（Fmoc）-保护，末端-叔丁氧羰基(Boc)-保护是最重要的形式，即N-芴甲氧羰基-N’-叔丁氧羰基-类赖氨酸。常用的合成此类双不同保护氨基酸的方法是先合成未保护的氨基酸，然后用铜络合-保护末端胺基-铜解离-保护α-位氨基，见下方程式：

其中未保护的氨基酸大多需要天然提取或化学合成。以高赖氨酸为例，合成的常见的方法有：

方法1：生物有机与药物化学通讯[Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters,1997,7(14),1937 ~ 1940]。使用不对称合成手性助剂[(S)-4-苄基-2-恶唑烷酮]经5步反应得到手性的目标产物，但是过程中二次用到强碱的低温反应，还用叠氮化物、双氧水、钯炭催化氢化等，极其危险，不适合放大生产。见下方程式：

。

方法2：美国化学会—生物化学[ACS Chemical Biology,2016,11(3),755~762]。以烯丙基甘氨酸为原料，经与Boc-丙烯胺复分解反应，得到分子骨架，在经过氢化还原双键得到目标化合物。该方法所用复分解反应需要昂贵的催化剂(1，3-双(2,4,6-三甲基苯基)-2-咪唑烷亚基)二氯(邻异丙氧基苯亚甲基)合钌（Hoveyda-Grubbs catalyst 2ndgeneration），反应复杂，产物需要硅胶柱层析分离，最后还需要钯炭加氢还原反应，这些只适合实验室克级以下的合成，不适合大量合成。合成路线如下：

。

发明内容

本发明的目的是提供一种双不同保护氨基酸的合成方法，主要解决现有合成方法存在的反应条件苛刻危险、不适合放大生产等技术问题。

所述的一种双保护氨基酸，其结构如下：

式中n=1~5；

P₁= Boc、Alloc或Cbz中的一种；

P₂= Fmoc、Cbz、Alloc或Boc中的一种；

本发明思路是以在市场上可以大量采购到的乙酰氨基丙二酸二乙酯为起始原料，与保护氨基的卤代物缩合，经水解，拆分，再氨基保护得到目标产物A。

合成路线如下：

式中n=1~5；

P₁= Boc、Alloc或Cbz中的一种；

P₂= Fmoc、Cbz、Alloc或Boc中的一种；

上述简称分别表示为：

Alloc	烯丙氧羰基
		Boc	叔丁氧羰基
Cbz	苄氧羰基
		Fmoc	芴甲氧羰基

本发明的技术方案为：一种双不同保护氨基酸的合成方法，包括以下步骤：

（1）氨基醇的保护

氨基醇在碱性试剂的作用下加入Boc₂O、Alloc-Cl或Cbz-Osu中的一种，得到化合物1，无需提纯，直接用于下一步反应。所用碱性试剂可以是有机碱，如三乙胺，二异丙基乙基胺等三级胺，也可以是无机碱，如碳酸氢钠，碳酸钠，碳酸钾，氢氧化钠等。

（2）卤代物的合成

化合物1与甲基磺酰氯或对甲苯磺酰氯反应后得到中间体，然后在丙酮中加入卤代物加热回流，得到化合物2。所用卤代物，如碘化钠，溴化钠等碱金属卤代物，优选碘化钠。

（3）卤代物与乙酰氨基丙二酸二乙酯缩合

化合物2在碱性试剂的作用下与乙酰氨基丙二酸二乙酯缩合，生成化合物3。所用碱性试剂选自叔丁醇钾、叔丁醇钠、乙醇钠、氢化钠或二异丙基胺基钠中的一种，优选叔丁醇钾。

（4）水解生产乙酰氨基酸

化合物3溶解于醇和水中，加入无机碱加热水解脱羧，得到化合物4。所用无机碱，如氢氧化钠、氢氧化钾等。

（5）酶解拆分

化合物4在去离子水中加入乙酰化酶，酶解得到化合物5。所用乙酰化酶可以是L-乙酰化酶得到L-构型的氨基酸，也可以是D-乙酰化酶得到D-构型的氨基酸。

（6）氨基酸保护

化合物5在碱性试剂作用下，加入Fmoc-Osu、Cbz-OSu、Alloc-Cl 或Boc₂O中的一种反应，得到目标化合物A。所用碱性试剂可以是有机碱，如三乙胺，二异丙基乙基胺等三级胺，也可以是无机碱，如碳酸氢钠，碳酸钠，碳酸钾，氢氧化钠等。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种双不同保护氨基酸的合成方法，具有所采用的合成路线通用性强，采用的原料价格便宜、易得，反应过程条件温和，后处理简单，得到的目标产物手性纯度高等优点。

附图说明

图1为本发明产品N-芴甲氧羰基-N’-叔丁氧羰基-高赖氨酸的核磁共振图谱。

具体实施方式

实施例1：N-芴甲氧羰基-N’-叔丁氧羰基-高赖氨酸

步骤1.1：

在2000毫升三口烧瓶中加入6-氨基-1-己醇（100.0 g ，0.97mol），然后加入丙酮（600mL）和水（600 mL）；0℃时慢慢加入Boc₂O（211.4 g，0.97 mol）和三乙胺（107.7 g，1.06mol）。室温搅拌4小时后，旋转蒸发仪蒸除溶剂，加入1500 mL 乙酸乙酯，有机相分离，分别用水（1000 mL）和饱和食盐水（1000 mL）洗涤，无水硫酸钠干燥。滤液旋干，得到无色油状物，化合物1（1-Boc氨基-5-戊醇，197.1g , 收率100%），直接用于下一步反应；

步骤1.2：

在2000毫升三口烧瓶中加入化合物1（197.1 g，0.97 mol），然后加入二氯甲烷（1000mL）, 0℃时滴加甲基磺酰氯（116.2 g，1.02 mol）和三乙胺（108.1 g，1.07 mol）。加毕室温搅拌0.5小时，加入1000 mL 饱和碳酸氢钠溶液，有机相分离，分别用水（1000 mL）和饱和食盐水（1000 mL）洗涤，无水硫酸钠干燥。滤液旋干，得到白色固体。加入丙酮（1000 mL）和碘化钠（174.5 g，1.16 mol）。加热回流搅拌2小时后，抽滤，旋转蒸发仪蒸除溶剂，加入1500mL 乙酸乙酯和1500 mL 水，有机相分离，分别用水（1000 mL）和饱和食盐水（1000 mL）洗涤，无水硫酸钠干燥。蒸去部分乙酸乙酯，加入石油醚结晶得到类白色固体，化合物2（1-Boc-氨基-5-碘戊烷，294.5 g，收率97%），直接用于下一步反应；

步骤1.3：

向三口烧瓶中加入乙酰氨基丙二酸二乙酯（211.0 g，1.03 mol），DMF（2000 mL），0℃时加入叔丁醇钾（126.3 g , 1.12mol），加毕继续搅拌30分钟，滴加化合物2的DMF 溶液，加完升温到80℃反应4小时。冷却至室温，反应液用水（2000 mL）稀释，乙酸乙酯萃取（2000 mLх3）；合并有机相，分别用水（2000 mL）和饱和食盐水（2000 mL）洗涤，无水硫酸钠干燥，蒸去部分乙酸乙酯，加入石油醚结晶化合物3 [2-乙酰氨基-2-(5-Boc-氨基戊基)丙二酸二乙酯，325.1 g，收率86 %]，直接用于下一步反应；

步骤1.4：

向三口烧瓶中加入化合物3（325.1 g , 0.81 mol），乙醇（1500 mL）和水（500 mL）。加入氢氧化钠（48.6 g , 1.21 mol），升温到95℃反应18小时。冷却至室温，旋转蒸发仪蒸除溶剂，加入1500 mL 乙酸乙酯和1500 mL 水，有机相分离，分别用水（1000 mL）和饱和食盐水（1000 mL）洗涤，无水硫酸钠干燥。蒸去部分乙酸乙酯，加入石油醚结晶化合物4 [2-乙酰氨基-7-(Boc-氨基)庚酸，222.6 g，收率91 %]，直接用于下一步反应；

步骤1.5：

向三口烧瓶中加入化合物4（100g , 0.33mol），纯水（4 L）用1 N NaOH调pH至8.0，加入L-乙酰化酶 (10.0 g，Sigma-Aldrich)，反应液在38℃搅拌24小时。经过手性HPLC检测，确认反应完全；反应液冷却至室温，过滤，滤液用稀盐酸调节pH至7.2，乙酸乙酯（1500 mLх2）萃取，水相浓缩到500 mL，固体析出。过滤，烘干得到白色固体，化合物5[(S)-2-氨基-7-7-(Boc-氨基)庚酸，35.2 g ，收率41%，ee:99%]，直接用于下一步反应；

步骤1.6：

向三口烧瓶中加入化合物5（35.2 g ，0.135mol），丙酮（300 mL），水（300 mL），然后加入碳酸氢钠（22.7 g，0.27mol）和Fmoc-OSu(45.5 g，0.135mol)。反应液室温搅拌12小时。石油醚萃取（500 mLх3）；水相用1 N 盐酸酸化至pH等于3，乙酸乙酯萃取（500 mLх3）,有机相合并，用饱和食盐水（500 mL）洗涤，硫酸钠干燥，过滤。蒸去部分乙酸乙酯，加入石油醚结晶化合物6（N-芴甲氧羰基-N’-叔丁氧羰基-高赖氨酸）（57.3 g，收率88 % ，HPLC 纯度：98.1%，ee:99%）。¹ H NMR (400 MHz , DMSO-d ₆) 1 .21 , (m , 4H) , 1 .44 , (s , 9 H), 1 .66 (m ,2 H) , 2 .9 (dd , 2 H) , 3.91 (dd , 1H) , 4 .27(m , 3 H) ，6.80(dd, 1 H) ，7 .33(m , 2 H) , 7 .40(m , 2 H) ,7 .89(m , 3 H) ,7 .90(m , 2 H)，12.57(s, 1H)ppm。LC-MS (ESI): m/z 480.8 [M-H]^-。产品的核磁共振图谱参见图1。

实施例2：N-芴甲氧羰基-N’-叔丁氧羰基-D-高赖氨酸

步骤2.1：

向三口烧瓶中加入化合物4（100 g , 0.33mol），纯水（4 L）用1 N NaOH调pH至8.0，加入D-乙酰化酶 (0.5 g，Sigma-Aldrich)，反应液在38℃搅拌24小时。经过手性HPLC检测，确认反应完全；反应液冷却至室温，过滤，滤液用稀盐酸调节pH至7.2，乙酸乙酯（1500 mLх2）萃取，水相浓缩到500 mL，固体析出。过滤，烘干得到白色固体，化合物7[(R)-2-氨基-7-7-(Boc-氨基)庚酸，37.5 g , 收率43% , ee:99%]，直接用于下一步反应；

步骤2.2：

向三口烧瓶中加入化合物7（37.5 g，0.144mol），丙酮（300 mL），水（300 mL），然后加入碳酸钾（23.8 g，0.17mol）和Fmoc-OSu(48.5 g，0.144mol)。反应液室温搅拌12小时。石油醚萃取（500 mLх3）；水相用1 N 盐酸酸化至pH等于3，乙酸乙酯萃取（500 mLх3），有机相合并，用饱和食盐水（500 mL）洗涤，硫酸钠干燥，过滤。蒸去部分乙酸乙酯，加入石油醚结晶化合物8（N-芴甲氧羰基-N’-叔丁氧羰基-D-高赖氨酸）（59.5 g ，收率85 %，纯度:98.5%，ee:99%）。LC-MS (ESI): m/z 480.8 [M-H]^-。

实施例3：N-芴甲氧羰基-N’-苄氧羰基-高赖氨酸

步骤3.1：

在200毫升三口烧瓶中加入6-氨基-1-己醇（10.0 g，97mmol），然后加入丙酮（60 mL）和水（60 mL）；加入Cbz-OSu（24.9 g，0.1mol）和氢氧化钠（4.8 g, 0.12mol）。室温搅拌4小时后，旋转蒸发仪蒸除溶剂，加入200 mL 乙酸乙酯，有机相分离，分别用水（100 mL）和饱和食盐水（100 mL）洗涤，无水硫酸钠干燥。滤液旋干，得到无色油状物，化合物9（1- Cbz氨基-5-戊醇，22.3g，收率100 %），直接用于下一步反应；

步骤3.2同实施例1步骤1.2，得化合物10（1-Cbz-氨基-5-碘戊烷, 收率85%）；

步骤3.3同实施例1步骤1.3，得化合物11 [2-乙酰氨基-2-(7-Cbz-氨基戊基)丙二酸二乙酯, 收率75%]；

步骤3.4同实施例1步骤1.4，得化合物12[2-乙酰氨基-7-(Cbz-氨基)庚酸, 收率66%]；

步骤3.5同实施例1步骤1.5，得化合物13[(S)-2-氨基-7-(Cbz-氨基)庚酸, 收率39%）；

步骤3.6同实施例1步骤1.6，得化合物14（N-芴甲氧羰基-N’-苄氧羰基-高赖氨酸，收率92%）。产品的核磁共振图谱参见图1。

实施例4：N-烯丙氧羰基-N’-苄氧羰基-高赖氨酸

步骤4.1：

向三口烧瓶中加入化合物13（2.9 g，10mmol），丙酮（30 mL），水（30 mL），然后加入三乙胺（3.0 g，30mol）和Alloc-Cl (1.2 g，10mmol)。反应液室温搅拌12小时。石油醚萃取（50mLх3）；水相用1 N 盐酸酸化至pH等于3，乙酸乙酯萃取（50 mLх3），有机相合并，用饱和食盐水（50 mL）洗涤，硫酸钠干燥，过滤。蒸去部分乙酸乙酯，加入石油醚结晶化合物15（N-烯丙氧羰基-N’-苄氧羰基-高赖氨酸）（3.1g，收率83 %）。LC-MS (ESI): m/z 377.1 [M-H]^-。

实施例5：N-芴甲氧羰基-N’-苄氧羰基-D-赖氨酸

步骤5.1：

在200毫升三口烧瓶中加入4-氨基-1-丁醇（89.0 g，1mol），然后加入丙酮（600 mL）和水（600 mL）；加入Cbz-OSu（249 g，1 mol）和碳酸氢钠（168 g，2 mol）。室温搅拌4小时后，旋转蒸发仪蒸除溶剂，加入2 L 乙酸乙酯，有机相分离，分别用水（1 L）和饱和食盐水（1 L）洗涤，无水硫酸钠干燥。滤液旋干，得到无色油状物，化合物16（4-Cbz-氨基丁醇，225g，收率100%），直接用于下一步反应；

步骤5.2同实施例1步骤1.2，得化合物17（4-Cbz-氨基-1-碘丁烷，收率88%）；

步骤5.3同实施例1步骤1.3，得化合物18[2-乙酰氨基-2-(6-Cbz-氨基丁基)丙二酸二乙酯, 收率81%]；

步骤5.4同实施例1步骤1.4，得化合物19[2-乙酰氨基-6-(Cbz-氨基)己酸，收率68%]；

步骤5.5同实施例2步骤2.1，得化合物20[(R)-2-氨基-6-(Cbz-氨基)己酸，收率41%）；

步骤5.6同实施例1步骤1.6，得化合物21（N-芴甲氧羰基-N’-苄氧羰基-赖氨酸，收率90%）。产品的核磁共振图谱参见图1。

实施例6：N-芴甲氧羰基-N’-烯丙氧羰基-鸟氨酸

步骤6.1：

在200毫升三口烧瓶中加入3-氨基-1-丙醇（75.0 g，1 mol），然后加入丙酮（600 mL）和水（600 mL）；加入Alloc-Cl（120.5 g，1 mol）和碳酸钾（276.0 g，2 mol）。室温搅拌4小时后，旋转蒸发仪蒸除溶剂，加入2 L 乙酸乙酯，有机相分离，分别用水（1 L）和饱和食盐水（1L）洗涤，无水硫酸钠干燥。滤液旋干，得到无色油状物，化合物22（3-Alloc-氨基丙醇，159g，收率100%），直接用于下一步反应；

步骤6.2 同实施例1步骤1.2，得化合物23（3-Alloc-氨基-1-碘丙烷，收率85%）；

步骤6.3：向三口烧瓶中加入乙酰氨基丙二酸二乙酯（211.0 g，1.03 mol），DMF（2000mL），0℃时加入乙醇钠（76.1 g , 1.12mol），加毕继续搅拌30分钟，滴加化合物23的DMF 溶液，加完升温到80℃反应4小时。冷却至室温，反应液用水（2000 mL）稀释，乙酸乙酯萃取（2000 mLх3）；合并有机相，分别用水（2000 mL）和饱和食盐水（2000 mL）洗涤，无水硫酸钠干燥，蒸去部分乙酸乙酯，加入石油醚结晶化合物24[2-乙酰氨基-2-(3-Alloc-氨基丙基)丙二酸二乙酯，收率80%]，直接用于下一步反应；

步骤6.4 同实施例1步骤1.4，得化合物25[2-乙酰氨基-5-(Alloc-氨基)戊酸，收率65%]；

步骤6.5 同实施例1步骤1.5，得化合物26[(S)-2-氨基-5-(Alloc-氨基)戊酸，收率40%）；

步骤6.6 同实施例1步骤1.6，得化合物27（N-芴甲氧羰基-N’-烯丙氧羰基-鸟氨酸，收率95%）。产品的核磁共振图谱参见图1。

实施例7：N-芴甲氧羰基-N’-苄氧羰基-2，4-二氨基丁酸

步骤7.1：

在200毫升三口烧瓶中加入氨基乙醇（61.0 g，1 mol），然后加入丙酮（600 mL）和水（600 mL）；加入Cbz-OSu（249 g，1 mol）和碳酸钠（212 g，2 mol）。室温搅拌4小时后，旋转蒸发仪蒸除溶剂，加入2 L 乙酸乙酯，有机相分离，分别用水（1 L）和饱和食盐水（1 L）洗涤，无水硫酸钠干燥。滤液旋干，得到无色油状物，化合物28（2-Cbz-氨基乙醇，196 g，收率100%），直接用于下一步反应；

步骤7.2同实施例1步骤1.2，得化合物29（2-Cbz-氨基-1-碘乙烷，收率85%）；

步骤7.3同实施例1步骤1.3，得化合物30[2-乙酰氨基-2-(2-Cbz-氨基乙基)丙二酸二乙酯, 收率79%]；

步骤7.4同实施例1步骤1.4，得化合物31[2-乙酰氨基-4-(Cbz-氨基)丁酸，收率69%]；

步骤7.5同实施例1步骤1.5，得化合物32 [(S)-2-氨基-4-(Cbz-氨基)丁酸，收率42%]；

步骤7.6同实施例1步骤1.6，得化合物33（N-芴甲氧羰基-N’-苄氧羰基-2，4-氨基丁酸，收率92%）。产品的核磁共振图谱参见图1。

Claims

1.一种双不同保护氨基酸的合成方法，其特征是：包括以下步骤：

（1）氨基醇的保护：氨基醇在碱性试剂的作用下加入Boc₂O、Alloc-Cl或Cbz-Osu中的一种，得到化合物1；（2）加卤代物合成：化合物1与甲基磺酰氯或对甲苯磺酰氯反应后得到中间体，然后在丙酮中加入卤代物加热回流，得到化合物2；（3）卤代物与乙酰氨基丙二酸二乙酯缩合：化合物2在碱性试剂的作用下与乙酰氨基丙二酸二乙酯缩合，生成化合物3；(4)水解生成乙酰氨基酸：化合物3溶解于醇和水中，加入无机碱加热水解脱羧，得到化合物4；（5）酶解拆分：化合物4在去离子水中加入乙酰化酶，酶解得到化合物5；（6）氨基酸保护：化合物5在碱性试剂作用下，加入Fmoc-Osu、Cbz-OSu、Alloc-Cl 或Boc₂O中的一种反应，得到目标化合物A；反应式如下:

式中n=1~5；

P₁= Boc、Alloc或Cbz中的一种；

P₂= Fmoc、Cbz、Alloc或Boc中的一种。

2.根据权利要求1所述的一种双不同保护氨基酸的合成方法，其特征是：步骤（1）氨基醇选自2-氨基乙醇、3-氨基丙醇、4-氨基丁醇或5-氨基戊醇中的一种，所用碱性试剂为有机碱或无机碱。

3.根据权利要求2所述的一种双不同保护氨基酸的合成方法，其特征是：所述有机碱为三乙胺或二异丙基乙基胺；所述无机碱选自碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾或氢氧化钠中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种双不同保护氨基酸的合成方法，其特征是：步骤（2）所用卤代物为碱金属卤代物。

5.根据权利要求3所述的一种双不同保护氨基酸的合成方法，其特征是：步骤（2）所用卤代物为碘化钠。

6.根据权利要求1所述的一种双不同保护氨基酸的合成方法，其特征是：步骤（3）所用碱性试剂选自叔丁醇钾、叔丁醇钠、乙醇钠、氢化钠或二异丙基胺基钠中的一种。

7.根据权利要求6所述的一种双不同保护氨基酸的合成方法，其特征是：步骤（3）所用碱性试剂为叔丁醇钾。

8.根据权利要求1所述的一种双不同保护氨基酸的合成方法，其特征是：步骤（4）所用无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

9.根据权利要求1所述的一种双不同保护氨基酸的合成方法，其特征是：步骤（5）所用乙酰化酶是由L-乙酰化酶得到L-构型的氨基酸，或是由D-乙酰化酶得到D-构型的氨基酸。

10.根据权利要求1所述的一种双不同保护氨基酸的合成方法，其特征是：步骤（6）所用碱性试剂为三乙胺或二异丙基乙基胺类有机碱，或选自碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾或氢氧化钠中之一的无机碱。