CN113861053A - 一种三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物缓冲剂技术领域，公开了一种三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，包括如下制备步骤：将化合物I与化合物A进行反应，得到化合物II；将上述的化合物II进行水解反应、氧化反应、酸碱处理反应中的至少一种反应，得到三(羟甲基)甲基甘氨酸粗品，经过纯化后，得到三(羟甲基)甲基甘氨酸精品。本发明的制备方法中使用的原料成本低，操作简单，获得的产品纯度较高，不仅提高了产品的产率和降低了产品的应用成本，所得的产品符合生物缓冲剂领域对其纯度、杂质含量、成本等的要求，而且该方法适合工业化生产，适合于在生物缓冲剂领域的应用。
Description
技术领域
本发明涉及生物缓冲剂技术领域，尤其涉及一种三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法。
背景技术
三(羟甲基)甲基甘氨酸，简称Tricine，CAS:5704-04-1，是一种应用于生物化学和分子生物学中的两性离子缓冲剂。Tricine的pH缓冲范围为7.4-8.8，主要用来取代甘氨酸，与SDS(十二烷基硫酸钠)配合应用于小分子蛋白电泳中；在生化研究中，常用于生化诊断试剂盒、DNA/RNA提取试剂盒及PCR诊断试剂盒里。
专利CN112194590A公开了一种三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，其采用氯乙酸钠和三羟甲基氨基甲烷在甲醇中，控制pH值在8-10范围内反应，然后再经过冷却、加浓硫酸、结晶、烘干等步骤，得到三(羟甲基)甲基甘氨酸。上述的制备方法存在反应条件控制严格、制备工艺繁琐、产品纯度低、产品杂质高等缺点。因此，亟需提供一种生产方法简单，产品纯度高、收率高的三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，该制备方法中使用的原料成本低，操作简单，制备所得的产品的产率较高，上述的制备方法所得的三(羟甲基)甲基甘氨酸粗品经过纯化后，得到纯度较高的三(羟甲基)甲基甘氨酸精品，符合生物缓冲剂领域对其纯度、杂质含量、成本等的要求。
本发明采用如下技术方案实现：
一种三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，包括如下制备步骤：
制备步骤S1：将化合物I与化合物A进行反应，得到化合物II；
制备步骤S2：将上述的化合物II进行水解反应、氧化反应、酸碱处理反应中的至少一种反应，得到三(羟甲基)甲基甘氨酸；
上述的酸碱处理反应包括酸处理、碱处理的至少一种；
其中，所述化合物I为三羟甲基氨基甲烷；
所述化合物A为
或其盐、
或其盐、
或其盐、
中的至少一种，所述Y为卤素、OH、SH、OH对应的酯、SH对应的酯。
优选地，所述化合物A为
中的至少一种，所述Y1、Y2均为卤素、OH、SH、OH对应的酯、SH对应的酯；
优选地，所述化合物A为溴乙酸、溴乙酸对应的酯、溴乙酸对应的酸酐、溴乙酸对应的混酸酐、溴乙酸盐、碘乙酸、碘乙酸对应的酯、碘乙酸对应的酸酐、碘乙酸对应的混酸酐、碘乙酸盐中的至少一种。
优选地，所述化合物A为氯乙酸对应的酯、氯乙酸对应的酸酐、氯乙酸对应的混酸酐中的至少一种。
优选地，所述化合物A为甲醛、多聚甲醛、氰氢酸、氰化物MCN中的至少一种，所述N为金属正离子、无机铵正离子、有机胺正离子中的一种。
该制备步骤S1的反应方程式为如下式(1)所示：
该制备步骤S2的反应方程式为如下式(2)所示：
优选地，所述化合物A中所提到的酯为羧酸酯、磺酸酯、亚磺酸酯、无机酸酯中的至少一种。
优选地，所述化合物A中所提到的盐为金属盐、铵盐、基于酸碱作用的络合盐中的至少一种。
优选地，制备步骤S2中，化合物II进行氧化反应时所使用的氧化试剂为过氧化物、臭氧、高锰酸、高锰酸盐、重铬酸、重铬酸盐、次氯酸、次氯酸盐、亚氯酸、亚氯酸盐、氟气、含氟气的混合气、氯气、溴、碘、二氧化锰、硝酸、间氯苯甲酸、间氯苯甲酸盐、硫酸、过一硫酸、过一硫酸盐、连二硫酸、连二硫酸盐、焦硫酸、焦硫酸盐、氧气、卡罗酸、间氯过氧苯甲酸、间氯过氧苯甲酸盐、三氧化硫、二氧化氮中的至少一种。
优选地，制备步骤S1中，化合物I与化合物A的摩尔比为1：(0.1～10)；制备步骤S2中，化合物II与氧化试剂的摩尔比为1：(0.1～10)。
优选地，制备步骤S1中，反应温度为-50℃～200℃，反应压力为-0.05MPa～1MPa，反应时间为0.1h～72h；制备步骤S2中，反应温度为-50℃～200℃，反应压力为-0.05MPa～1MPa，反应时间为0.1h～72h。
优选地，制备步骤S1中，化合物I与化合物A在反应溶剂A中反应，所述反应溶剂A为甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙醚、乙腈、二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、水、二甲基亚砜中的至少一种；制备步骤S2中，化合物II在反应溶剂B中反应，所述反应溶剂B为甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙醚、乙腈、二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、水、二甲基亚砜中的至少一种。
上述的三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法还包括如下制备步骤：
在干燥条件下，使用干燥密闭设备或在干燥气体吹扫下，将制备步骤S2中所得粗品的三(羟甲基)甲基甘氨酸溶于纯化溶剂中，然后进行重结晶，再在低温条件下进行结晶、过滤、干燥，得到精制的三(羟甲基)甲基甘氨酸。
所述纯化溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙醚、乙腈、二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、水、二甲基亚砜、中的至少一种。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的制备方法中使用的原料成本低，操作简单，获得的产品纯度较高，不仅提高了产品的产率和降低了产品的应用成本，所得的产品符合生物缓冲剂领域对其纯度、杂质含量、成本等的要求，而且该方法适合工业化生产，适合于在生物缓冲剂领域的应用。
本发明的制备方法通过选用易获得且成本低的化合物I与化合物A反应，生成化合物II，再将化合物II进行水解反应、氧化反应、酸碱处理反应等反应，得到三(羟甲基)甲基甘氨酸，其优化制备工艺，降低生产成本，提高收率，具有重大意义。
本发明的制备工艺所得的产品，容易提纯和分离，对于在反应过程中生成的副产物和杂质，使产品达到生物缓冲剂领域对高纯度的应用标准，满足了对大规模生产应用的各方面要求。
本发明的整个制备工艺简单、易控制，有利于放大生产，缩短反应生产周期，且经过常规的重结晶纯化即可得到纯度较高的三(羟甲基)甲基甘氨酸，可以有效地提高产品的收率。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。需要说明的是，其中实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，不构成对本发明保护范围的限制。另外，本发明使用的原料均为普通市售产品，因此不需要对其来源做具体限定。
本发明中提到的压力数值，如果无特殊说明，均指表压，表压是指总绝对压力超过周围大气压力之数或液体中某一点高出大气压力的那部分压力。
产率是以实际的产品质量与理论的产品质量的百分比比值，理论的产品质量是以反应方程式中不过量的原料进行计算。
在以下实施例中，测试方法：核磁分析测试，使用布鲁克(Bruker)公司的AVANCE400兆核磁共振波谱仪；产品的纯度通过酸碱滴定仪测定。
实施例1
一种三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，包括如下制备步骤：
制备步骤S1：
在搅拌条件下，向1L的干燥反应器中加入20g化合物I三羟甲基氨基甲烷、化合物A、反应溶剂乙醇，化合物I、化合物A的摩尔比分别为1:1，反应油浴温度为60℃，反应压力为0MPa(表压)，反应时间为4h。
反应完成后降至常温，过滤去不溶物，滤液减压旋转蒸发除去溶剂，浓缩，制备得到化合物II粗品；
其中，化合物A为
Y为Cl。
制备步骤S2：
在搅拌条件下，向1L的干燥反应器中加入20g化合物II、反应溶剂乙醇，加入氧化试剂过氧化氢，化合物II和氧化试剂的摩尔比分别为1:3，反应油浴温度为65℃，反应压力为0MPa(表压)，反应时间为6h。
反应完成后降至常温，过滤去不溶物，滤液减压旋转蒸发除去溶剂，浓缩，制备得到三(羟甲基)甲基甘氨酸粗品，粗品产率为90％。
制备步骤S3：
在干燥条件下，使用干燥密闭设备，将制备步骤S2中所得粗品的三(羟甲基)甲基甘氨酸溶于纯化溶剂乙醇中，然后进行重结晶，再在低温条件下进行结晶、过滤、干燥，得到精制的三(羟甲基)甲基甘氨酸精品，精品纯度为99.5％。
该产品的核磁共振表征数据如下：
1H NMR(400MHz，D2O)δ3.8ppm(6H)，3.7ppm(2H)。
实施例2
一种三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，包括如下制备步骤：
制备步骤S1：
在搅拌条件下，向1L的干燥反应器中加入20g化合物I三羟甲基氨基甲烷、化合物A、反应溶剂甲醇，化合物I、化合物A的摩尔比分别为1:1.05，反应油浴温度为60℃，反应压力为0.01MPa(表压)，反应时间为4h。
反应完成后降至常温，过滤去不溶物，滤液减压旋转蒸发除去溶剂，浓缩，制备得到化合物II粗品；
其中，化合物A为
Y为OH。
制备步骤S2：
在搅拌条件下，向1L的干燥反应器中加入20g化合物II、反应溶剂甲醇，与水发生水解反应以及酸碱处理，反应油浴温度为94℃，反应压力为0.015MPa(表压)，反应时间为6h。
反应完成后降至常温，过滤去不溶物，滤液减压旋转蒸发除去溶剂，浓缩，制备得到三(羟甲基)甲基甘氨酸粗品，粗品产率为93％。
制备步骤S3：
在干燥条件下，使用干燥密闭设备，将制备步骤S2中所得粗品的三(羟甲基)甲基甘氨酸溶于纯化溶剂乙醇中，然后进行重结晶，再在低温条件下进行结晶、过滤、干燥，得到精制的三(羟甲基)甲基甘氨酸精品，精品纯度为99.6％。
该产品的核磁共振表征数据如下：
1H NMR(400MHz，D2O)δ3.8ppm(6H)，3.7ppm(2H)。
实施例3
一种三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，包括如下制备步骤：
制备步骤S1：
在搅拌条件下，向1L的干燥反应器中加入20g化合物I三羟甲基氨基甲烷、化合物A、反应溶剂乙腈，化合物I、化合物A的摩尔比分别为1:2，反应油浴温度为60℃，反应压力为-0.01MPa(表压)，反应时间为4h。
反应完成后降至常温，过滤去不溶物，滤液减压旋转蒸发除去溶剂，浓缩，制备得到化合物II粗品；
其中，化合物A为
Y为Br。
制备步骤S2：
在搅拌条件下，向1L的干燥反应器中加入20g化合物II、反应溶剂乙腈，加入水，与水发生水解反应，反应油浴温度为90℃，反应压力为0.02MPa(表压)，反应时间为6h，再进行酸碱处理反应。
反应完成后降至常温，过滤去不溶物，滤液减压旋转蒸发除去溶剂，浓缩，制备得到三(羟甲基)甲基甘氨酸粗品，粗品产率为94％。
制备步骤S3：
在干燥条件下，使用干燥密闭设备，将制备步骤S2中所得粗品的三(羟甲基)甲基甘氨酸溶于纯化溶剂乙腈中，然后进行重结晶，再在低温条件下进行结晶、过滤、干燥，得到精制的三(羟甲基)甲基甘氨酸精品，精品纯度为99.7％。
该产品的核磁共振表征数据如下：
1H NMR(400MHz，D2O)δ3.8ppm(6H)，3.7ppm(2H)。
实施例4
一种三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，包括如下制备步骤：
制备步骤S1：
在搅拌条件下，向1L的干燥反应器中加入20g化合物I三羟甲基氨基甲烷、化合物A、反应溶剂乙醇和水的混合物，化合物I、化合物A的摩尔比分别为1:4，反应油浴温度为60℃，反应压力为0MPa(表压)，反应时间为4h。
反应完成后降至常温，过滤去不溶物，滤液减压旋转蒸发除去溶剂，浓缩，制备得到化合物II粗品；
其中，化合物A为
Y1、Y2均为Cl。
制备步骤S2：
在搅拌条件下，向1L的干燥反应器中加入20g化合物II、反应溶剂二氯甲烷，加入氧化试剂高锰酸钾，化合物II和氧化试剂的摩尔比分别为1:3，反应油浴温度为65℃，反应压力为-0.01MPa(表压)，反应时间为6h。
反应完成后降至常温，过滤去不溶物，滤液减压旋转蒸发除去溶剂，浓缩，制备得到三(羟甲基)甲基甘氨酸粗品，粗品产率为64％。
制备步骤S3：
在干燥条件下，使用干燥密闭设备，将制备步骤S2中所得粗品的三(羟甲基)甲基甘氨酸溶于纯化溶剂乙醇和水的混合物中，然后进行重结晶，再在低温条件下进行结晶、过滤、干燥，得到精制的三(羟甲基)甲基甘氨酸精品，精品纯度为99.5％。
该产品的核磁共振表征数据如下：
1H NMR(400MHz，D2O)δ3.8ppm(6H)，3.7ppm(2H)。
实施例5
一种三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，包括如下制备步骤：
制备步骤S1：
在搅拌条件下，向1L的干燥反应器中加入20g化合物I三羟甲基氨基甲烷、化合物A、反应溶剂甲醇和水的混合物，化合物I、化合物A的摩尔比分别为1:2，反应油浴温度为60℃，反应压力为0MPa(表压)，反应时间为4h。
反应完成后降至常温，过滤去不溶物，滤液减压旋转蒸发除去溶剂，浓缩，制备得到化合物II粗品；
其中，化合物A为溴乙酸钠。
制备步骤S2：
在搅拌条件下，向1L的干燥反应器中加入20g化合物II，经过酸碱处理反应，钠盐变为对应的酸，反应油浴温度为65℃，反应压力为0MPa(表压)，反应时间为6h。
反应完成后降至常温，过滤去不溶物，滤液减压旋转蒸发除去溶剂，浓缩，制备得到三(羟甲基)甲基甘氨酸粗品，粗品产率为93％。
制备步骤S3：
在干燥条件下，使用干燥密闭设备，将制备步骤S2中所得粗品的三(羟甲基)甲基甘氨酸溶于纯化溶剂甲醇和水的混合物中，然后进行重结晶，再在低温条件下进行结晶、过滤、干燥，得到精制的三(羟甲基)甲基甘氨酸精品，精品纯度为99.6％。
该产品的核磁共振表征数据如下：
1H NMR(400MHz，D2O)δ3.8ppm(6H)，3.7ppm(2H)。
实施例6
一种三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，包括如下制备步骤：
制备步骤S1：
在搅拌条件下，向1L的干燥反应器中加入20g化合物I三羟甲基氨基甲烷、化合物A、反应溶剂甲醇，化合物I、化合物A的摩尔比分别为1:1，反应油浴温度为60℃，反应压力为0MPa(表压)，反应时间为4h。
反应完成后降至常温，过滤去不溶物，滤液减压旋转蒸发除去溶剂，浓缩，制备得到化合物II粗品；
其中，化合物A为氯乙酸对应的乙酯。
制备步骤S2：
在搅拌条件下，向1L的干燥反应器中加入20g化合物II，经过酸碱处理反应，酯变为对应的酸，反应油浴温度为65℃，反应压力为0MPa(表压)，反应时间为6h。
反应完成后降至常温，过滤去不溶物，滤液减压旋转蒸发除去溶剂，浓缩，制备得到三(羟甲基)甲基甘氨酸粗品，粗品产率为92％。
制备步骤S3：
在干燥条件下，使用干燥密闭设备，将制备步骤S2中所得粗品的三(羟甲基)甲基甘氨酸溶于纯化溶剂乙醇中，然后进行重结晶，再在低温条件下进行结晶、过滤、干燥，得到精制的三(羟甲基)甲基甘氨酸精品，精品纯度为99.5％。
该产品的核磁共振表征数据如下：
1H NMR(400MHz，D2O)δ3.8ppm(6H)，3.7ppm(2H)。
实施例7
一种三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，包括如下制备步骤：
制备步骤S1：
在搅拌条件下，向1L的干燥反应器中加入20g化合物I三羟甲基氨基甲烷、化合物A、反应溶剂乙醇，化合物I、化合物A的摩尔比分别为1:3，反应油浴温度为60℃，反应压力为0MPa(表压)，反应时间为4h。
反应完成后降至常温，过滤去不溶物，滤液减压旋转蒸发除去溶剂，浓缩，制备得到化合物II粗品；
其中，化合物A为多聚甲醛和氰化物NaCN的混合物。
制备步骤S2：
在搅拌条件下，向1L的干燥反应器中加入20g化合物II、反应溶剂乙醇，加入水，与水发生水解反应，反应油浴温度为95℃，反应压力为0MPa(表压)，反应时间为6h。
反应完成后降至常温，过滤去不溶物，滤液减压旋转蒸发除去溶剂，浓缩，制备得到三(羟甲基)甲基甘氨酸粗品，粗品产率为52％。
制备步骤S3：
在干燥条件下，使用干燥密闭设备，将制备步骤S2中所得粗品的三(羟甲基)甲基甘氨酸溶于纯化溶剂乙醇中，然后进行重结晶，再在低温条件下进行结晶、过滤、干燥，得到精制的三(羟甲基)甲基甘氨酸精品，精品纯度为99.0％。
该产品的核磁共振表征数据如下：
1H NMR(400MHz，D2O)δ3.8ppm(6H)，3.7ppm(2H)。
通过上述实验可看出，实施例中制备的三(羟甲基)甲基甘氨酸的纯度高、杂质含量少，产物粗品收率最高可达94％以上，产物精品纯度达到99.5％以上，能够满足生物缓冲剂的应用要求。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (11)
1.一种三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
制备步骤S1：将化合物I与化合物A进行反应，得到化合物II；
制备步骤S2：将上述的化合物II进行水解反应、氧化反应、酸碱处理反应中的至少一种反应，得到三(羟甲基)甲基甘氨酸；
其中，所述化合物I为三羟甲基氨基甲烷；
所述化合物A为
或其盐、
或其盐、
或其盐、
中的至少一种，所述Y为卤素、OH、SH、OH对应的酯、SH对应的酯。
2.根据权利要求1所述的三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，其特征在于，所述化合物A为
中的至少一种，所述Y1、Y2均为卤素、OH、SH、OH对应的酯、SH对应的酯。
3.根据权利要求1所述的三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，其特征在于，所述化合物A为溴乙酸、溴乙酸对应的酯、溴乙酸对应的酸酐、溴乙酸对应的混酸酐、溴乙酸盐、碘乙酸、碘乙酸对应的酯、碘乙酸对应的酸酐、碘乙酸对应的混酸酐、碘乙酸盐中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，其特征在于，所述化合物A为氯乙酸对应的酯、氯乙酸对应的酸酐、氯乙酸对应的混酸酐中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，其特征在于，所述化合物A为甲醛、多聚甲醛、氰氢酸、氰化物MCN中的至少一种，所述N为金属正离子、无机铵正离子、有机胺正离子中的一种。
6.根据权利要求1-4任一项所述的三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，其特征在于，所述化合物A中所提到的酯为羧酸酯、磺酸酯、亚磺酸酯、无机酸酯中的至少一种；所述化合物A中所提到的盐为金属盐、铵盐、基于酸碱作用的络合盐中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，其特征在于，制备步骤S2中，化合物II进行氧化反应时所使用的氧化试剂为过氧化物、臭氧、高锰酸、高锰酸盐、重铬酸、重铬酸盐、次氯酸、次氯酸盐、亚氯酸、亚氯酸盐、氟气、含氟气的混合气、氯气、溴、碘、二氧化锰、硝酸、间氯苯甲酸、间氯苯甲酸盐、硫酸、过一硫酸、过一硫酸盐、连二硫酸、连二硫酸盐、焦硫酸、焦硫酸盐、氧气、卡罗酸、间氯过氧苯甲酸、间氯过氧苯甲酸盐、三氧化硫、二氧化氮中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，其特征在于，制备步骤S1中，化合物I与化合物A的摩尔比为1：(0.1～10)；制备步骤S2中，化合物II与氧化试剂的摩尔比为1：(0.1～10)。
9.根据权利要求1所述的三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，其特征在于，制备步骤S1中，反应温度为-50℃～200℃，反应压力为-0.05MPa～1MPa，反应时间为0.1h～72h；制备步骤S2中，反应温度为-50℃～200℃，反应压力为-0.05MPa～1MPa，反应时间为0.1h～72h。
10.根据权利要求1所述的三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，其特征在于，制备步骤S1中，化合物I与化合物A在反应溶剂A中反应，所述反应溶剂A为甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙醚、乙腈、二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、水、二甲基亚砜中的至少一种；制备步骤S2中，化合物II在反应溶剂B中反应，所述反应溶剂B为甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙醚、乙腈、二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、水、二甲基亚砜中的至少一种。
11.根据权利要求1-10任一项所述的三(羟甲基)甲基甘氨酸的制备方法，其特征在于，还包括如下制备步骤：
在干燥条件下，使用干燥密闭设备或在干燥气体吹扫下，将制备步骤S2中所得粗品的三(羟甲基)甲基甘氨酸溶于纯化溶剂中，然后进行重结晶，再在低温条件下进行结晶、过滤、干燥，得到精制的三(羟甲基)甲基甘氨酸；
所述纯化溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙醚、乙腈、二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、水、二甲基亚砜中的至少一种。
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