CN112898204A - 一种n-苄氧羰基-l-组氨酸的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种N‑苄氧羰基‑L‑组氨酸的合成方法,包括如下步骤:步骤S1,用N‑苄氧羰氧基丁二酰亚胺与L‑组氨酸反应,生成双苄氧羰基‑L‑组氨酸;步骤S2,脱除所述双苄氧羰基‑L‑组氨酸中咪唑基上的苄氧羰基,得到所述N‑苄氧羰基‑L‑组氨酸。根据本发明实施例的合成方法,用N‑苄氧羰氧基丁二酰亚胺替代氯甲酸苄酯,解决了中间体很黏、不好提纯的问题;此外,由于第一步反应得到的中间体质量好且无不必要的副产物,第一步产物无需提纯即能进行第二步反应,简化了工艺;并且,在第二步脱咪唑基上的苄氧羰基时,创造性的采用氨气代替常见的氢氧化钾、乙醇钠等,反应条件温和,不仅能够避免α‑氨基的保护基的掉落,还杜绝了破坏产物旋光度的问题。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成技术领域,具体涉及一种N-苄氧羰基-L-组氨酸的合成方法。
背景技术
多肽合成中,氨基酸的保护及氨基酸活化反应对多肽合成的产率及纯度具有重要影响,所以对氨基酸保护及活化反应进行研究,是多肽合成的一个重要环节。
其中,L-组氨酸是最难处理的氨基酸之一,困难在于如果其咪唑基不保护,则可能发生副反应,比如消旋、环状咪唑化物的形成,以及咪唑环的N-咪基化等副反应。保护时,由于α-氨基具有类似的活性,也会一并接上保护基,且咪唑基的保护基的稳定性相对不好,导致后处理困难,且收率低下。
如果在L-组氨酸的α-氨基上进行苄氧羰基(CBZ)保护,则其非常的稳定,此后再保护咪唑基的时候,选择余地就会比较大,可以轻松接上绝大多数常用保护基,比如:叔丁氧羰基(Boc)、对甲苯磺酰基(Tos)、2,4-二硝基苯基(Dnp)、苯羰甲基(Pnc)等。并且几乎不消旋,为接下来的多肽合成提供更多的策略。
已有的报道绝大多数都是用各种CBZ保护试剂尝试一步法合成出产品,比如Kruse,Carolyn等报道(JOC,vol.50,nb.15,(1985);p.2792-2794)用氯甲酸苄酯合成目标产物。事实上,一步法反应,过程中不可避免的生成双CBZ的副产物以及其他诸多副产物,导致此工艺面临很难提纯的问题,收率很低,产品的纯度、旋光度以及其他技术指标都不能完全达标。
也有用双CBZ-L-组氨酸脱掉一个CBZ保护的报道,比如Patchornik等(JACS;vol.79;(1957);p.6416-6420)先用2当量以上的氯甲酸苄酯将α-氨基和咪唑基同时上保护,再将双CBZ中间体拿出来精制提纯,接着在氢氧化钾/乙醇体系中脱掉咪唑基上的CBZ保护,得到产品粗品,再通过重结晶精制得到。此方法在进行CBZ保护过程中体系极其粘稠,无法均匀搅动,导致杂质包裹而洗涤不掉,即使重结晶过,中间体的质量也很差。另外,在脱CBZ的过程中,α-氨基的保护基也存在一定程度的掉落,使得整体收率很低,产品的纯度也不行,并且最终产品的旋光性也发生变化。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种N-苄氧羰基-L-组氨酸的合成方法,该合成方法不仅能够解决中间体质量差、提纯难、产率低的问题,而且能够提高整体产率。
为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
根据本发明实施例的N-苄氧羰基-L-组氨酸的合成方法,包括如下步骤:
步骤S1,用N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺与L-组氨酸反应,生成双苄氧羰基-L-组氨酸;
步骤S2,脱除所述双苄氧羰基-L-组氨酸中咪唑基上的苄氧羰基,得到所述N-苄氧羰基-L-组氨酸。
进一步地,所述步骤S1包括:
将所述N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺分散在有机溶剂中,得到悬浊液;
在所述悬浊液中加入有机碱和催化剂,在催化剂作用下使N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺与L-组氨酸发生反应,生成所述双苄氧羰基-L-组氨酸。
更进一步地,所述有机碱为三乙胺、N,N-二异丙基乙胺、1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷、1,8-二氮杂双环[5.4.0]-7-十一碳烯、吡啶中的一种或多种。
进一步地,所述L-组氨酸:N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺:有机碱的摩尔比为1:(2-3):(2-4)。
进一步地,所述催化剂为选自(3-溴丙基)三甲基溴化铵、十六烷基二甲基乙基溴化铵、二甲基二辛基溴化铵、双十二烷基二甲基溴化铵中的一种或多种,所述催化剂的用量为所述L-组氨酸的0.5-2质量%。
进一步地,所述有机溶剂为选自硝基苯、甲苯、二氯甲烷中的一种或多种。优选地,所述有机溶剂为二氯甲烷。
进一步地,在所述步骤S1中,当反应结束后,使用盐酸调节反应液的pH为1-2,将有机相进行水洗、无水硫酸钠干燥、抽滤,得到双苄氧羰基-L-组氨酸的有机溶剂溶液。
进一步地,所述步骤S2包括:
所述步骤S1结束后,在反应液中通入氨气至氨气饱和,以脱除所述双苄氧羰基-L-组氨酸中咪唑基上的苄氧羰基,得到所述N-苄氧羰基-L-组氨酸。
进一步地,所述步骤S2中,反应温度控制在10-40℃。
进一步地,所述步骤S2结束后进行抽滤,其中,滤液经浓缩后用石油醚打浆,得到氨基甲酸苄酯,滤饼用乙醇进行重结晶,得到纯化的所述N-苄氧羰基-L-组氨酸。
本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一:
根据本发明实施例的合成方法,用N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺替代氯甲酸苄酯,解决了中间体很黏、不好提纯的问题;
此外,由于第一步反应得到的中间体质量好且无不必要的副产物,第一步产物无需提纯即能进行第二步反应,简化了工艺;
并且,在第二步脱咪唑基上的苄氧羰基时,创造性的采用氨气代替常见的氢氧化钾、乙醇钠等,反应条件温和,不仅能够避免α-氨基的保护基的掉落,还杜绝了破坏产物旋光度的问题;
进一步地,根据本发明的合成方法,在第二步的脱苄氧羰基保护时,得到了高纯度的副产品氨基甲酸苄酯,节约了成本;
通过此法得到的N-CBZ-L-组氨酸旋光性好、纯度极高(99.5%以上),工艺的可操作强,原料易得,成本低廉,适合工业化生产。
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,下面将结合本发明实施例本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面首先具体描述根据本发明实施例的N-苄氧羰基-L-组氨酸的合成方法,包括如下步骤:
步骤S1,用N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺与L-组氨酸反应,生成双苄氧羰基-L-组氨酸。
也就是说,N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺替代氯甲酸苄酯,来对L-组氨酸的α-氨基和咪唑基同时进行CBZ保护,由此克服中间体很黏、不好提纯的问题;此外,反应得到的中间体质量好且无不必要的副产物,无需提纯即能进行脱咪唑基上的CBZ反应,简化了工艺。
具体地,反应式如下述式(1)所示:
进一步地,所述步骤S1包括:
将所述N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺分散在有机溶剂中,得到悬浊液;
在所述悬浊液中加入有机碱和催化剂,在催化剂作用下使N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺与L-组氨酸发生反应,生成所述双苄氧羰基-L-组氨酸。
也就是说,首先将N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺分散在有机溶剂中,此后加入有机碱使得N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺充分溶解,接着加入催化剂,以促进L-组氨酸的双CBZ保护,得到中间体。
其中,所述有机碱可以三乙胺、N,N-二异丙基乙胺、1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷、1,8-二氮杂双环[5.4.0]-7-十一碳烯、吡啶中的一种或多种。在这些有机碱的作用下,可以促进N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺的溶解,同时不会妨碍双CBZ保护反应。其中,尤其优选有机碱为三乙胺,使用该有机碱不会产生不必要的中间体,且中间体无需提纯可以直接进行脱咪唑基上的CBZ保护。
优选地,所述L-组氨酸:N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺:有机碱的摩尔比为1:(2-3):(2-4)。通过使用2倍当量以上的N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺,能够促进双CBZ保护反应的进行。此外,该量的有机碱有利于促进N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺的溶解以及双CBZ保护反应的进行,尤其优选为3倍当量的有机碱。
进一步地,所述催化剂为选自(3-溴丙基)三甲基溴化铵、十六烷基二甲基乙基溴化铵、二甲基二辛基溴化铵、双十二烷基二甲基溴化铵中的一种或多种,所述催化剂的用量为所述L-组氨酸的0.5-2质量%。在上述催化剂的作用下能够促进N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺与L-组氨酸发生反应,生成双苄氧羰基-L-组氨酸。
进一步地,所述有机溶剂为选自硝基苯、甲苯、二氯甲烷中的一种或多种。优选地,所述有机溶剂为二氯甲烷。
进一步地,在所述步骤S1中,当反应结束后,使用盐酸调节反应液的pH为1-2,将有机相进行水洗、无水硫酸钠干燥、抽滤,得到双苄氧羰基-L-组氨酸的有机溶剂溶液。也就是说,第一步反应结束后,对中间体无需进行纯化,只需去除残余的有机碱,并去除其中的水相即可。
步骤S2,脱除所述双苄氧羰基-L-组氨酸中咪唑基上的苄氧羰基,得到所述N-苄氧羰基-L-组氨酸。
也就是说,在获得中间体双苄氧羰基-L-组氨酸之后,还需要脱除其中咪唑基上的CBZ保护。
本发明人等经过反复研究,发现作为碱,使用氨气代替强碱,反应条件温和,不仅能够避免α-氨基的保护基的掉落,还杜绝了破坏产物旋光度的问题。在此基础上提出了下述脱咪唑基上的CBZ保护的方案:
所述步骤S1结束后,在反应液中通入氨气至氨气饱和,以脱除所述双苄氧羰基-L-组氨酸中咪唑基上的苄氧羰基,得到所述N-苄氧羰基-L-组氨酸。
其中,反应温度例如可以控制在10-40℃。
并且,所述步骤S2结束后进行抽滤,其中,滤液经浓缩后用石油醚打浆,得到氨基甲酸苄酯,滤饼用乙醇进行重结晶,得到纯化的所述N-苄氧羰基-L-组氨酸。
也就是说,在第二步的脱咪唑基上的苄氧羰基保护时,得到了高纯度的副产品氨基甲酸苄酯,该产品可以通过提纯后作为工业原料进行再利用,这极大地节约了成本。
根据本方法得到的N-CBZ-L-组氨酸旋光性好、纯度极高(99.5%以上),工艺的可操作强,原料易得,成本低廉,适合工业化生产。
下面,结合具体实施例,进一步说明根据本发明的N-苄氧羰基-L-组氨酸的合成方法。
实施例1:
5L三口烧瓶中,加入2L二氯甲烷,再将L-组氨酸175g加入到其中,悬浊液,几乎不升温,冰盐浴降温至5℃,向体系中加入343g三乙胺,略有温升,反应液变稀,再将催化剂双十二烷基二甲基溴化铵1g加入到体系中,控温在5℃,向体系中分批加入N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺647g,体系放热。加完N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺后,加大搅拌速度,缓慢升温至室温反应8小时。
反应结束,将体系温度降至10℃,用浓盐酸约400ml调PH至1,有放热,静置半小时,分液,得到的有机相用2L水反洗一遍,分液,得到的有机相用无水硫酸钠干燥,抽滤,得到中间体双CBZ-L-组氨酸的二氯甲烷溶液。
将上述双CBZ-L-组氨酸的二氯甲烷溶液,降温至15℃左右,开始通氨气,控制体系温度不超过30℃,至氨气饱和。
升温回流,内温控制在38℃左右,反应6小时。期间体系中会析出白色固体。反应结束,抽滤,滤饼待后处理。滤液浓缩干,加石油醚2L打浆1小时,得副产品氨基甲酸苄酯,烘干后得120g,HPLC含量98.8%,熔点84-86℃。
滤饼用1L乙醇,重结晶,冷至10℃左右,抽滤,真空干燥,得230g白色粉末状固体,两步总摩尔收率70.5%,滴定含量99.8%,熔点163-166℃,旋光度-22.8°。
对反应产物进行核磁共振表征,数据如下:
HNMR(400MHz,DMSO):δ2.8(m,H,CH),δ2.9(m,H,CH),δ4.2(m,H,CH),δ5.0(m,2H,CH2),δ5.9(m,2H,CH2),δ6.8(m,1H,NH),δ7.3-7.4(m,5H,C6H5),δ7.5(m,1H,NH),δ7.6(m,1H,COOH)
实施例2:
5L三口烧瓶中,加入2L二氯甲烷,再将L-组氨酸175g加入到其中,悬浊液,几乎不升温,冰盐浴降温至5℃,向体系中加入438g N,N-二异丙基乙胺,略有温升,反应液变稀,再将催化剂双十二烷基二甲基溴化铵2g加入到体系中,控温在5℃,向体系中分批加入N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺647g,体系放热。加完N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺后,加大搅拌速度,缓慢升温至室温反应8小时。
反应结束,将体系温度降至10℃,用浓盐酸约400ml调PH至1,有放热,静置半小时,分液,得到的有机相用2L水反洗一遍,分液,得到的有机相用无水硫酸钠干燥,抽滤,得到中间体双CBZ-L-组氨酸的二氯甲烷溶液。
将上述双CBZ-L-组氨酸的二氯甲烷溶液,降温至15℃左右,开始通氨气,控制体系温度不超过30℃,至氨气饱和。
升温回流,内温控制在38℃左右,反应6小时。期间体系中会析出白色固体。反应结束,抽滤,滤饼待后处理。滤液浓缩干,加石油醚2L打浆1小时,得副产品氨基甲酸苄酯,烘干后得129g,HPLC含量98.5%,熔点85-87℃。
滤饼用1L异丙醇,重结晶,冷至10℃左右,抽滤,真空干燥,得246g白色粉末状固体,两步总摩尔收率75.4%,滴定含量100.2%,熔点162-165℃,旋光度-23.3°。
对反应产物进行核磁共振表征,数据如下:
HNMR(400MHz,DMSO):δ2.8(m,H,CH),δ2.9(m,H,CH),δ4.2(m,H,CH),δ5.0(m,2H,CH2),δ5.9(m,2H,CH2),δ6.8(m,1H,NH),δ7.3-7.4(m,5H,C6H5),δ7.5(m,1H,NH),δ7.6(m,1H,COOH)
实施例3:
5L三口烧瓶中,加入2L二氯甲烷,再将L-组氨酸175g加入到其中,悬浊液,几乎不升温,冰盐浴降温至5℃,向体系中加入380g 1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷,略有温升,反应液变稀,再将催化剂二甲基二辛基溴化铵3g加入到体系中,控温在5℃,向体系中分批加入N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺647g,体系放热。加完N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺后,加大搅拌速度,缓慢升温至室温反应8小时。
反应结束,将体系温度降至10℃,用浓盐酸约400ml调PH至1,有放热,静置半小时,分液,得到的有机相用2L水反洗一遍,分液,得到的有机相用无水硫酸钠干燥,抽滤,得到中间体双CBZ-L-组氨酸的二氯甲烷溶液。
将上述双CBZ-L-组氨酸的二氯甲烷溶液,降温至15℃左右,开始通氨气,控制体系温度不超过30℃,至氨气饱和。
升温回流,内温控制在38℃左右,反应6小时。期间体系中会析出白色固体。反应结束,抽滤,滤饼待后处理。滤液浓缩干,加石油醚2L打浆1小时,得副产品氨基甲酸苄酯,烘干后得116g,HPLC含量98.9%,熔点84-86℃。
滤饼用1L甲醇,重结晶,冷至10℃左右,抽滤,真空干燥,得225g白色粉末状固体,两步总摩尔收率68.9%,滴定含量99.6%,熔点162-165℃,旋光度-21.9°。
对反应产物进行核磁共振表征,数据如下:
HNMR(400MHz,DMSO):δ2.8(m,H,CH),δ2.9(m,H,CH),δ4.2(m,H,CH),δ5.0(m,2H,CH2),δ5.9(m,2H,CH2),δ6.8(m,1H,NH),δ7.3-7.4(m,5H,C6H5),δ7.5(m,1H,NH),δ7.6(m,1H,COOH)
实施例4:
5L三口烧瓶中,加入2L二氯甲烷,再将L-组氨酸175g加入到其中,悬浊液,几乎不升温,冰盐浴降温至5℃,向体系中加入516g 1,8-二氮杂双环[5.4.0]-7-十一碳烯,略有温升,反应液变稀,再将催化剂十六烷基二甲基乙基溴化铵3.5g加入到体系中,控温在5℃,向体系中分批加入N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺647g,体系放热。加完N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺后,加大搅拌速度,缓慢升温至室温反应8小时。
反应结束,将体系温度降至10℃,用浓盐酸约400ml调PH至1,有放热,静置半小时,分液,得到的有机相用2L水反洗一遍,分液,得到的有机相用无水硫酸钠干燥,抽滤,得到中间体双CBZ-L-组氨酸的二氯甲烷溶液。
将上述双CBZ-L-组氨酸的二氯甲烷溶液,降温至15℃左右,开始通氨气,控制体系温度不超过30℃,至氨气饱和。
升温回流,内温控制在38℃左右,反应6小时。期间体系中会析出白色固体。反应结束,抽滤,滤饼待后处理。滤液浓缩干,加石油醚2L打浆1小时,得副产品氨基甲酸苄酯,烘干后得110g,HPLC含量99.1%,熔点85-86℃。
滤饼用1L乙醇,重结晶,冷至10℃左右,抽滤,真空干燥,得212g白色粉末状固体,两步总摩尔收率65%,滴定含量100.5%,熔点163-167℃,旋光度-21.5°。
对反应产物进行核磁共振表征,数据如下:
HNMR(400MHz,DMSO):δ2.8(m,H,CH),δ2.9(m,H,CH),δ4.2(m,H,CH),δ5.0(m,2H,CH2),δ5.9(m,2H,CH2),δ6.8(m,1H,NH),δ7.3-7.4(m,5H,C6H5),δ7.5(m,1H,NH),δ7.6(m,1H,COOH)
实施例5:
5L三口烧瓶中,加入2L二氯甲烷,再将L-组氨酸175g加入到其中,悬浊液,几乎不升温,冰盐浴降温至5℃,向体系中加入268g吡啶,略有温升,反应液变稀,再将催化剂(3-溴丙基)三甲基溴化铵3g加入到体系中,控温在5℃,向体系中分批加入N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺647g,体系放热。加完N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺后,加大搅拌速度,缓慢升温至室温反应8小时。
反应结束,将体系温度降至10℃,用浓盐酸约400ml调PH至1,有放热,静置半小时,分液,得到的有机相用2L水反洗一遍,分液,得到的有机相用无水硫酸钠干燥,抽滤,得到中间体双CBZ-L-组氨酸的二氯甲烷溶液。
将上述双CBZ-L-组氨酸的二氯甲烷溶液,降温至15℃左右,开始通氨气,控制体系温度不超过30℃,至氨气饱和。
升温回流,内温控制在38℃左右,反应6小时。期间体系中会析出白色固体。反应结束,抽滤,滤饼待后处理。滤液浓缩干,加石油醚2L打浆1小时,得副产品氨基甲酸苄酯,烘干后得115g,HPLC含量98.8%,熔点83-85℃。
滤饼用1L甲醇,回流打浆1小时,冷至10℃左右,抽滤,真空干燥,得210g白色粉末状固体,两步总摩尔收率64.3%,滴定含量99.7%,熔点163-166℃,旋光度-23.9°。
对反应产物进行核磁共振表征,数据如下:
HNMR(400MHz,DMSO):δ2.8(m,H,CH),δ2.9(m,H,CH),δ4.2(m,H,CH),δ5.0(m,2H,CH2),δ5.9(m,2H,CH2),δ6.8(m,1H,NH),δ7.3-7.4(m,5H,C6H5),δ7.5(m,1H,NH),δ7.6(m,1H,COOH)
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种N-苄氧羰基-L-组氨酸的合成方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1,用N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺与L-组氨酸反应,生成双苄氧羰基-L-组氨酸;
步骤S2,脱除所述双苄氧羰基-L-组氨酸中咪唑基上的苄氧羰基,得到所述N-苄氧羰基-L-组氨酸。
2.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,所述步骤S1包括:
将所述N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺分散在有机溶剂中,得到悬浊液;
在所述悬浊液中加入有机碱和催化剂,在催化剂作用下使N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺与L-组氨酸发生反应,生成所述双苄氧羰基-L-组氨酸。
3.根据权利要求2所述的合成方法,其特征在于,所述有机碱为三乙胺、N,N-二异丙基乙胺、1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷、1,8-二氮杂双环[5.4.0]-7-十一碳烯、吡啶中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的合成方法,其特征在于,所述L-组氨酸:N-苄氧羰氧基丁二酰亚胺:有机碱的摩尔比为1:(2-3):(2-4)。
5.根据权利要求2所述的合成方法,其特征在于,所述催化剂为选自(3-溴丙基)三甲基溴化铵、十六烷基二甲基乙基溴化铵、二甲基二辛基溴化铵、双十二烷基二甲基溴化铵中的一种或多种,所述催化剂的用量为所述L-组氨酸的0.5-2质量%。
6.根据权利要求2所述的合成方法,其特征在于,所述有机溶剂为选自硝基苯、甲苯、二氯甲烷中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的合成方法,其特征在于,在所述步骤S1中,当反应结束后,使用盐酸调节反应液的pH为1-2,将有机相进行水洗、无水硫酸钠干燥、抽滤,得到双苄氧羰基-L-组氨酸的有机溶剂溶液。
8.根据权利要求1至7任一项所述的合成方法,其特征在于,所述步骤S2包括:
所述步骤S1结束后,在反应液中通入氨气至氨气饱和,以脱除所述双苄氧羰基-L-组氨酸中咪唑基上的苄氧羰基,得到所述N-苄氧羰基-L-组氨酸。
9.根据权利要求8所述的合成方法,其特征在于,所述步骤S2中,反应温度控制在10-40℃。
10.根据权利要求8所述的合成方法,其特征在于,所述步骤S2结束后进行抽滤,其中,滤液经浓缩后用石油醚打浆,得到氨基甲酸苄酯,滤饼用乙醇进行重结晶,得到纯化的所述N-苄氧羰基-L-组氨酸。
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