CN113004161B - 一种(2r,3r)-3-甲基-3-苯基丙氨酸的制备方法 - Google Patents

一种(2r,3r)-3-甲基-3-苯基丙氨酸的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种(2R,3R)‑3‑甲基‑3‑苯基丙氨酸的制备方法。主要解决现有制备方法，路线长，所用试剂昂贵，无法大规模生产等技术问题。本发明技术方案：一种(2R,3R)‑3‑甲基‑3‑苯基丙氨酸的制备方法，包括以下步骤：2‑乙酰氨基丙二酸二乙酯和1‑溴乙基苯在碱的作用下缩合得到2‑乙酰氨基‑2‑（1‑苯基乙基）丙二酸二乙酯；在浓盐酸加热水解，浓缩、结晶得到赤式3‑甲基‑3‑苯基丙氨酸；再酰化得赤式2‑乙酰氨基‑3‑甲基3‑苯基丙氨酸；在乙酰氨基转移酶的作用拆分得到(2R,3R)‑2‑乙酰氨基‑3‑甲基3‑苯基丙氨酸；最后用盐酸加热水解，得到产品(2R,3R)‑3‑甲基3‑苯基丙氨酸（盐酸盐）。

Description

一种(2R,3R)-3-甲基-3-苯基丙氨酸的制备方法
技术领域
本发明涉及一种(2R,3R)-3-甲基-3-苯基丙氨酸的制备方法。
背景技术
3-甲基-3-苯基丙氨酸（β-methyl-phenylalanine）是药物合成的重要中间体，它具有二个手性碳四个异构体，分别为(2S,3S)-、(2S,3R)-、(2R,3S)-和 (2R,3R)-3-甲基-3-苯基丙氨酸，它们广泛存在于天然产物中，如具有强效抗菌活性的Mannopeptimycins分子中存在(2S,3R)-3-甲基-3-苯基丙氨酸，1989年从Streptomyces griseoflavus菌株中分得的hormaomycin分子中也含有(2S,3R)-3-甲基-3-苯基丙氨酸。
Figure SMS_1
具有二个手性碳四个异构体的3-甲基-3-苯基丙氨酸，又可以分为二组，一组是苏式结构[(2S,3R)-3-甲基-3-苯基丙氨酸和(2R,3S)-3-甲基-3-苯基丙氨酸]， 另一组为赤式结构[(2R,3R)- 3-甲基-3-苯基丙氨酸和(2S,3S)-3-甲基-3-苯基丙氨酸], 文献报道主要是合成苏式结构的3-甲基-3-苯基丙氨酸，而赤式结构(2R,3R)- 3-甲基-3-苯基丙氨酸的报道很少。报道如下：
1). 美国化学会志【J. Am. Chem. Soc.2016, 138(11), 3926-3932】报道了手性合成(2S,3R)-3-甲基-3-苯基丙氨酸的一种方法。合成路线如下：
Figure SMS_2
该路线以自己合成的手性氨基喹啉-钯配体为原料，经耦联、水解、肼解和保护得到(2S,3R)-3-甲基-3-苯基丙氨酸，其中原料手性钯配体无法大量廉价的得到，不适合大量生产。
2). 美国化学会志【J. Am. Chem. Soc.2004, 126(13), 4098-4099】报道了通过不对称氢化还原合成了(2S,3R)/(2R,3S)一对3-甲基-3-苯基丙氨酸的方法。合成路线如下：
Figure SMS_3
该路线苏氨酸为起始原料，经四部反应合成乙烯基碘代物４，而后经钯催化的Suzuli耦联得到烯胺５，最后在手性铑配体催化剂[Rh(R,R/ S,S )-Et-DuPhos(COD)]BF4]的作用下氢化还原得到(2S,3R)-3-甲基-3-苯基丙氨酸和(2R,3S)-3-甲基-3-苯基丙氨酸。路线中Suzuli耦联和手性铑配体催化剂氢化操作要求高，催化剂昂贵，不适合大量生产。
3). 四面体【Tetrahedron , 1992,48(23), 4733-4748】：报道了采用手性辅基来合成合成(3S,2R)-3-甲基-3-苯基丙氨酸的方法。合成路线如下：
Figure SMS_4
该路线以手性Evans辅剂和消旋的3-苯基丁酸为起始原料，经溴化、叠氮取代，水解开环和钯炭催化氢化还原得到苏式的一对(2S,3R)-3-甲基-3-苯基丙氨酸和(2R,3S)-3-甲基-3-苯基丙氨酸。该方法第一步就需要用到操作及其严格的正丁基锂，还用到易爆炸的叠氮化物，也无法大量合成。
4.) 日本化学会志【Bulletin of the Chemical Society of Japan 1976, 49(4),1081-1084】: 报道了用奎宁化学拆分的方法来合成四个异构体的3-甲基-3-苯基丙氨酸。合成路线如下：
Figure SMS_5
该路线从苯乙烯为起始原料，溴化、缩合、水解得到四个3-甲基-3-苯基丙氨酸异构体，经苯甲酰化后，分步结晶得到苏式和赤式的各一组对映异构体4a和4b，再分别通过奎宁等手性有机碱性分子来拆分得到四个异构体，分别水解后得到(2S,3S)-、(2S,3R)-、(2R,3S)-和 (2R,3R)-3-甲基-3-苯基丙氨酸。该方法虽然原料易并且没有用到昂贵的试剂，但拆分过程繁杂，需要多次结晶才能拿到合格的产品，总收率不高。
另外文献贝尔斯坦有机化学【Beilstein J. Org. Chem. 2014, 10, 2844–2857】和保罗安吉利有机化学【Paul Angell，J. Org. Chem. 2007, 72, 6606-660】也都报道了手性3-甲基-3-苯基丙氨酸的合成，但也都存在使用手性配体不易得到，反应条件苛刻等原因，不易大量合成。
所以开发一种简单快捷的化学合成方法来生产(2R,3R)- 3-甲基-3-苯基丙氨酸是有重大的科学研究及经济意义的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种(2R,3R)- 3-甲基-3-苯基丙氨酸制备方法，主要解决现有合成方法存在的选用试剂昂贵、具有危险性，异构体拆分困难，无法工业化生产等技术问题。发明人在多年氨基酸合成的经验基础上，设计了一条采用便宜原料，经酶法高效高选择性合成(2R,3R)- 3-甲基-3-苯基丙氨酸。其反应路线如下：
Figure SMS_6
利用2-乙酰氨基丙二酸二乙酯和1-溴乙基苯缩合，水解，重结晶得到赤式的一对3-甲基-3-苯基丙氨酸，再经过乙酰化，酶解分离出(2S,3S)-3-甲基-3-苯基丙氨酸后，水解得到(2R,3R)-3-甲基-3-苯基丙氨酸。 这个过程不需要精细的操作，不需要昂贵或者危险性的试剂，能大规模生产。本发明的技术方案如下：一种(2R,3R)-3-甲基-3-苯基丙氨酸的制备方法，具体按照如下步骤:
（1）：将2-乙酰氨基丙二酸二乙酯、 1-溴乙基苯，在碱性化合物的作用下，缩合得到白色固态中间体1 [2-乙酰氨基-2-（1-苯基乙基）丙二酸二乙酯]。
（2）：将中间体1 [2-乙酰氨基-2-（1-苯基乙基）丙二酸二乙酯]溶于乙酸和浓盐酸加热水解，浓缩、冷却后结晶得到的中间体2 (赤式3-甲基-3-苯基丙氨酸)。
（3）：将中间体2 (赤式3-甲基-3-苯基丙氨酸)在碱性条件下酰化得到中间体3(赤式2-乙酰氨基-3-甲基3-苯基丙氨酸)。
（4）：中间体3 (赤式2-乙酰氨基-3-甲基-3-苯基丙氨酸)溶于去离子水，用氢氧化钠水溶液调pH至弱碱性，加热加入乙酰氨基转移酶，保温反应。冷却至室温后用稀盐酸酸化，然后用乙酸乙酯提取，浓缩得到中间体4 [(2R,3R)-2-乙酰氨基-3-甲基-3-苯基丙氨酸]
（5）：将中间体4 [(2R,3R)-2-乙酰氨基-3-甲基-3-苯基丙氨酸] 溶于二氧六环，加入浓盐酸加热水解，浓缩得到产品(2R,3R)-2-乙酰氨基-3-甲基-3-苯基丙氨酸（盐酸盐）。
进一步细化步骤为：
（1）：N-乙酰氨基丙二酸二乙酯溶于N,N-二甲基甲酰胺，冷却后, 分批加入碱性化合物 , 搅拌反应0.5小时，然后滴加1-溴乙基苯，然后在室温继续搅拌反应5小时， 反应液倒入水中，搅拌，过滤得中间体1： 2-乙酰氨基-2-（1-苯基乙基）丙二酸二乙酯；
（2）：中间体1 ：2-乙酰氨基-2-（1-苯基乙基）丙二酸二乙酯加浓盐酸和冰乙酸，加热回流反应12小时，冷却后，反应液浓缩，冷却析晶。 过滤得中间体2： 赤式3-甲基-3-苯基丙氨酸盐酸盐。
（3）：中间体2 ：赤式3-甲基-3-苯基丙氨酸盐酸盐溶于丙酮与水的混合体系中，加入无水碳酸钠后，滴加醋酐, 加毕，室温继续搅拌反应5小时，反应液水稀释，用盐酸调pH到3， 乙酸乙酯萃取，洗涤，干燥，浓缩得中间体3 ：赤式2-乙酰氨基-3-甲基-3-苯基丙氨酸。
（4）：中间体3 ：赤式2-乙酰氨基-3-甲基-3-苯基丙氨酸悬浮于去离子水，用氢氧化钠水溶液调pH至7.5~8，加热至36~38℃，加入 乙酰氨基转移酶，保持温度搅拌反应20~40小时，冷却后用盐酸酸化pH到3，然后用乙酸乙酯提取，干燥，浓缩得中间体4：(2R,3R)-2-乙酰氨基-3-甲基3-苯基丙氨酸。
（5）：将中间体4：(2R,3R)-2-乙酰氨基-3-甲基3-苯基丙氨酸]溶于二氧六环和 6N浓盐酸，加热回流反应；冷却后，反应液浓缩至干， 用丙酮打浆， 过滤，烘干得最终产品(2R,3R)-2-乙酰氨基-3-甲基3-苯基丙氨酸 （盐酸盐）。
进一步的，在所述步骤（1）所述乙酰氨基丙二酸二乙酯和1-溴乙基苯摩尔比1:1~1:1.1，优选1:1.1；
进一步的，在所述步骤（1）所述的碱性化合物为叔丁醇钾， 或者乙醇钠。
进一步的，在所述步骤（2）所述的浓盐酸为6~12N 的盐酸， 优选12N盐酸。
进一步的，在所述步骤（3）所述的碱为碳酸钠、 氢氧化钠或氢氧化钾中的一种，优选碳酸钠；进一步的，在所述步骤（4）所述的乙酰氨基转移酶用量为中间体3重量百分比3~6.5%，优选6.5%。进一步的，在所述步骤（5）所述所用的浓盐酸为6~12N 的盐酸，优选6N盐酸。
本发明的有益效果是：本发明利用简单的缩合水解反应构建了-3-甲基-3-苯基丙氨酸的骨架，再利用赤式和苏式异构体的结晶性能不同，重结晶得到赤式的一对3-甲基-3-苯基丙氨酸，最后利用乙酰氨基转移酶的高选择性来拆分异构体，最后得到(2R,3R)-2-乙酰氨基-3-甲基-3-苯基丙氨酸。所用原料成本低，工艺操作简单，适合大量生产。避免了危险性试剂和昂贵的催化剂，对环境友好。产品具有成本优势和质量优势。
附图说明
图1：实施例1的中间体2的核磁图谱。
图2：实施例1的(2R,3R)-2-乙酰氨基-3-甲基-3-苯基丙氨酸盐酸盐的核磁图谱。
图3：实施例1的(2R,3R)-2-乙酰氨基-3-甲基-3-苯基丙氨酸盐酸盐的X-衍射单晶图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明，这些实例不应解释为对本发明的限制。
实施例1
（1）：在10L三口瓶中依次加入1085 g（5 mol）N-乙酰氨基丙二酸二乙酯和N,N-二甲基甲酰胺（5L)，搅拌溶解后冷却到-10~0℃, 分批加入叔丁醇钾(672 g, 6 mol)，控制温度<0℃, 搅拌反应0.5小时。然后滴加1-溴乙基苯 （925 g, 5 mol）, 控制温度<10℃, 约1小时加毕，撤去冷却浴，在室温继续搅拌反应5小时。 反应液倒入20L水中，搅拌，析出大量固体。过滤，固体用10L水洗涤，烘干得中间体1 [2-乙酰氨基-2-（1-苯基乙基）丙二酸二乙酯,1.36 kg, 收率85%]。
（2）：在10L三口瓶中依次加入中间体1 [2-乙酰氨基-2-（1-苯基乙基）丙二酸二乙酯, 1.3683 kg, 4.23 mol]，12N浓盐酸(5 L)和冰乙酸（2L)，搅拌加热回流反应12小时。冷却后，反应液浓缩至干1.5L左右，冷却析晶。 过滤，固体用少量冰水洗涤，烘干得中间体2(赤式3-甲基-3-苯基丙氨酸盐酸盐,323.5 g, 收率35%）。过滤母液浓缩至干得到赤式和苏式3-甲基-3-苯基丙氨酸盐酸盐（1:1， 605g）。1H-NMR (D2O, 400 MHz):δ7.14~7.36 (m,5H),4.02 (m, 1H),3.31(m, 1H), 1.34 (d,J= 7.2 Hz, 1H)。核磁图谱参见图1。
（3）：将中间体2 (赤式3-甲基-3-苯基丙氨酸盐酸盐, 323.0 g, 1.5 mol）溶于1L丙酮与1 L水的混合体系中，加入无水碳酸钠（318 g, 3 mol)后，慢慢滴加醋酐（204 g, 2mol), 控制温度<20℃, 约1小时加毕，室温继续搅拌反应5小时。 反应液用2L水稀释，用4N盐酸调pH到3， 乙酸乙酯萃取三次(2L*3)，有机相依次用水和饱和盐水洗涤三次，无水硫酸钠干燥，浓缩得中间体3 （赤式2-乙酰氨基-3-甲基-3-苯基丙氨酸， 309.4 g, 收率93%）。
（4）：中间体3 （赤式2-乙酰氨基-3-甲基-3-苯基丙氨酸， 309.4 g， 1.4 mol）悬浮于5 L去离子水，用１N氢氧化钠水溶液调pH至7.5~8，加热至36~38℃。加入 15 g 乙酰氨基转移酶，保持温度（36~38℃）搅拌反应20小时。 再加入5 g 乙酰氨基转移酶，保持温度（36~38℃）搅拌反应20小时。冷却至室温后用1N稀盐酸酸化至pH = 3，然后用乙酸乙酯提取三次(3L*3)。有机相依次用水和饱和盐水洗涤一次，无水硫酸钠干燥，浓缩得中间体4[(2R,3R)-2-乙酰氨基-3-甲基-3-苯基丙氨酸， 150.0 g, 收率48%]。乙酸乙酯提取后的水相用１N氢氧化钠水溶液调pH=6后，浓缩至剩1L左右， 冷却，析出固体，过滤。 固体丙酮洗涤，干燥得(2S,3S)-3-甲基-3-苯基丙氨酸 （99.5 g, 收率40%）。
（5）：将中间体4[(2R,3R)-2-乙酰氨基-3-甲基-3-苯基丙氨酸， 150.0 g,0.68mol]溶于100 mL二氧六环和500 mL 6N盐酸，加热回流反应8 小时。冷却后，反应液浓缩至干， 用500mL丙酮打浆，过滤，烘干得最终产品(2R,3R)-2-乙酰氨基-3-甲基-3-苯基丙氨酸 （盐酸盐， 108 g, 收率74%）。 1H-NMR (D2O, 400 MHz):δ7.20~7.40 (m, 5H), 3.95(m, 1H),3.27(m, 1H), 1.32 (d,J= 7.2 Hz, 1H)。核磁图谱参见图2，X-衍射单晶图谱参见图3。
实施例2：
（1）：在10L三口瓶中依次加入108 g（0.5 mol）N-乙酰氨基丙二酸二乙酯和无水乙醇（500 mL)，搅拌溶解后加入乙醇钠的乙醇溶液（20%，w/w, 200 mL, 0.6 mol ）, 室温 搅拌反应0.5小时。然后滴加1-溴乙基苯 （92.5 g, 0.5 mol）,加毕，加热至60℃，搅拌反应5小时。冷却后， 反应液倒入2L水中，搅拌，析出大量固体。过滤，固体用水洗涤，烘干得中间体1 [2-乙酰氨基-2-（1-苯基乙基）丙二酸二乙酯,105 g, 收率65%]。
其余步骤同实施例1，步骤（2），（3），（4）和（5）合并收率20%。
实施例3：
步骤(1)同实施例1; （2）在10L三口瓶中依次加入中间体1[2-乙酰氨基-2-（1-苯基乙基）丙二酸二乙酯, 100 g,0.31mol]，8N浓盐酸(500 L)和1,4-二氧六环（100mL)，搅拌加热回流反应12小时。冷却后，反应液浓缩至150 mL左右，冷却析晶。 过滤，固体用少量冰水洗涤，烘干得中间体2 (赤式3-甲基-3-苯基丙氨酸盐酸盐,21.7 g, 收率32%）。其余步骤同实施例1，步骤（3），（4）和（5）合并收率25%。
实施例4：
步骤(1), (2), (3), (4) 同实施例1;（5）: 将中间体4[(2R,3R)-2-乙酰氨基-3-甲基3-苯基丙氨酸， 15.0g, 0.07mol] 溶于20 mL冰乙酸和50 mL 6N盐酸，加热回流反应8小时。冷却后，反应液浓缩至干， 用50mL丙酮打浆， 过滤，烘干得最终产品(2R,3R)-2-乙酰氨基-3-甲基-3-苯基丙氨酸（盐酸盐）（ 10.1 g, 收率66%）。

Claims (4)

1.一种(2R,3R)-3-甲基-3-苯基丙氨酸的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）：N-乙酰氨基丙二酸二乙酯溶于N,N-二甲基甲酰胺，冷却后, 分批加入碱性化合物, 搅拌反应，然后滴加1-溴乙基苯，然后在室温继续搅拌反应， 反应液倒入水中，搅拌，过滤得中间体1： 2-乙酰氨基-2-（1-苯基乙基）丙二酸二乙酯；
（2）：中间体1 ：2-乙酰氨基-2-（1-苯基乙基）丙二酸二乙酯加浓盐酸和冰乙酸，加热回流反应，冷却后，反应液浓缩，冷却析晶， 过滤得中间体2： 赤式3-甲基-3-苯基丙氨酸盐酸盐；
（3）：中间体2 ：赤式3-甲基-3-苯基丙氨酸盐酸盐溶于丙酮与水的混合体系中，加入无水碳酸钠后，滴加醋酐, 加毕，室温继续搅拌反应，反应液水稀释，用盐酸调pH到3， 乙酸乙酯萃取，洗涤，干燥，浓缩得中间体3 ：赤式2-乙酰氨基-3-甲基-3-苯基丙氨酸；
（4）：中间体3 ：赤式2-乙酰氨基-3-甲基-3-苯基丙氨酸悬浮于去离子水，用氢氧化钠水溶液调pH至7.5~8，加热至36~38℃，加入 乙酰氨基转移酶，保持温度搅拌反应20~40小时，冷却后用盐酸酸化，然后用乙酸乙酯提取，干燥，浓缩得中间体4 ：(2R,3R)-2-乙酰氨基-3-甲基3-苯基丙氨酸；
（5）：将中间体4 ：(2R,3R)-2-乙酰氨基-3-甲基3-苯基丙氨酸溶于二氧六环和 浓盐酸，加热回流反应；冷却后，反应液浓缩至干， 用丙酮打浆， 过滤，烘干得最终产品(2R,3R)-2-乙酰氨基-3-甲基3-苯基丙氨酸盐酸盐；反应式如下：
Figure QLYQS_1
。
2.根据权利要求1所述的一种(2R,3R)-3-甲基-3-苯基丙氨酸的制备方法，其特征在于：步骤（1）所用N-乙酰氨基丙二酸二乙酯和1-溴乙基苯摩尔比1:1~1:1.1eq。
3.根据权利要求1所述的一种(2R,3R)-3-甲基-3-苯基丙氨酸的制备方法，其特征在于：步骤（4）所用乙酰氨基转移酶量为中间体3重量百分比3~6%。
4.根据权利要求1所述的一种(2R,3R)-3-甲基-3-苯基丙氨酸的制备方法，其特征在于：步骤（2）和步骤（5）所述的浓盐酸为6~12N 的盐酸。
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