CN114989024A

CN114989024A - 1-氨基环丙烷羧酸化合物的合成方法及应用

Info

Publication number: CN114989024A
Application number: CN202111363413.2A
Authority: CN
Inventors: 吴桐; 曾淼; 薛靖文; 游梦
Original assignee: Zhengzhou Nietzsche Biotechnology Co ltd
Current assignee: Zhengzhou Nietzsche Biotechnology Co ltd
Priority date: 2021-11-17
Filing date: 2021-11-17
Publication date: 2022-09-02

Abstract

本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种1‑氨基环丙烷羧酸化合物的合成方法及应用方法，合成方法，包括以下步骤：硝基乙腈与二溴甲烷或者二氯甲烷反应，得到1‑硝基环丙烷‑1‑腈；向1‑硝基环丙烷‑1‑腈溶液中加入强碱水解后得到1‑硝基环丙烷羧酸盐；向1‑硝基环丙烷羧酸盐加入强酸后酸化得到1‑硝基环丙烷羧酸；向1‑硝基环丙烷羧酸内通入氢气后还原得到1‑氨基环丙烷羧酸化合物。本发明使用硝基乙腈作为反应原料，经过环化、水解后加氢还原高效合成1‑氨基环丙烷羧酸；合成方法条件温和，原料易得，流程简便。使用二氯甲烷环化过程收率高，得到条件温和，选择性高的中间产物；硝基作为氮源，使得产物选择性更高。

Description

1-氨基环丙烷羧酸化合物的合成方法及应用

技术领域

本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种1-氨基环丙烷羧酸化合物的合成方法及应用。

背景技术

1-氨基环丙羧酸，英文名：1-aminocyclopropane-1-carboxylicacid，一种天然的非蛋白氨基酸，天然存在于各种水果、蔬菜以及农作物水稻和麦类。该化合物有广泛的生理和生物活性，如在酶催化下对植物生长、发育和结果有关键的调节作用；在真菌、微生物和昆虫的生理过程中也作为重要的氨基酸单元；在人类健康方面如老年性疾病、高血糖、神经调节等也有很好的作用；最近，也发现其在禽类养殖中可以作为重要的氨基酸添加剂；同时，它也是合成许多氨基酸、多肽和医药原料中间体的重要原料。随着1-氨基环丙烷-1-羧酸的市场需求量不断增加，开发制备优质的1-氨基环丙烷-1-羧酸新工艺是非常必要的。

然而此前合成1-氨基环丙烷羧酸（ACC）条件苛刻，且收率难以控制。本专利提出新的1-氨基环丙烷羧酸合成方法。果实组织中乙烯的合成途径为：蛋氨酸→S-腺苷蛋氨酸（SAM）→1-氨基环丙烷羧酸（ACC）→乙烯，ACC是产生乙烯的直接前体，当把ACC施用于植物中后，可明显的观察到乙烯的产生，说明植物体内ACC的合成是乙烯生物合成途径中的限速步骤，乙烯释放量取决于ACC水平的高低，说明人工补充ACC是一种提高植物体内乙烯浓度的高效方式。

现有技术中，从硝基乙腈到1-硝基环丙烷-1-腈，环化过程需要高温和过量的碱，条件苛刻，氨基的引入困难，需引入其他基团转化成为目标基团。

1-氨基环丙烷羧酸（ACC）的实际应用需要大量的实践摸索并积累经验，特别是在代替乙烯利应用在果实催熟、着色上去的时候更需大量实验，以防止出现药害情况。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种1-氨基环丙烷羧酸化合物的合成方法及应用方法，以解决现有技术从硝基乙腈到1-硝基环丙烷-1-腈，存在环化过程需要高温和过量的碱，条件苛刻，氨基的引入困难，需引入其他基团转化成为目标基团等问题，同时存在在实际应用中防止出现药还的情况。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种1-氨基环丙烷羧酸化合物的合成方法，包括以下步骤：

步骤一、硝基乙腈与二溴甲烷或者二氯甲烷反应，得到1-硝基环丙烷-1-腈；

步骤二、向1-硝基环丙烷-1-腈溶液中加入强碱水解后得到1-硝基环丙烷羧酸盐；

步骤三、向1-硝基环丙烷羧酸盐加入强酸后酸化得到1-硝基环丙烷羧酸；

步骤四、向1-硝基环丙烷羧酸内通入氢气后还原得到1-氨基环丙烷羧酸化合物。

在上述的1-氨基环丙烷羧酸化合物的合成方法，作为优选的方案，所述步骤一中硝基乙腈与二溴甲烷或者二氯甲烷反应，得到1-硝基环丙烷-1-腈，具体操作为：将硝基乙腈溶于甲醇的水溶液中，加入四丁基溴化铵与碳酸钾，逐滴加入二溴甲烷或者二氯甲烷，回流反应，反应结束后，得到1-硝基环丙烷-1-腈。

在上述的1-氨基环丙烷羧酸化合物的合成方法，作为优选的方案，所述步骤二中的向1-硝基环丙烷-1-腈溶液中加入强碱水解后得到1-硝基环丙烷羧酸盐，具体为，加入过量氢氧化钠或氢氧化钾溶于1-硝基环丙烷-1-腈液体中，升温搅拌，待反应完成后，分液萃取静置后分离成为上下两层，水层是上层液体，下层是有机层。

在上述的1-氨基环丙烷羧酸化合物的合成方法，作为优选的方案，所述步骤三中的向1-硝基环丙烷羧酸盐加入强酸后酸化得到1-硝基环丙烷羧酸，具体为：将得到的1-硝基环丙烷羧酸水层进行浓缩，浓缩后加入盐酸酸化析出，得到1-硝基环丙烷羧酸。

在上述的1-氨基环丙烷羧酸化合物的合成方法，作为优选的方案，所述步骤四中向1-硝基环丙烷羧酸内通入氢气后还原得到1-氨基环丙烷羧酸化合物，具体为：将1-硝基环丙烷羧酸化合物溶于甲醇中，加入催化剂，通入氢气加压还原，过滤反应液，浓缩即可得1-氨基环丙烷羧酸化合物。

在上述的1-氨基环丙烷羧酸化合物的合成方法，作为优选的方案，所述催化剂为Pd/c。

一种植物生长调节剂，所述催熟着色剂的有效成分为权利要求1所述的1-氨基环丙烷羧酸化合物，1-氨基环丙烷羧酸化合物的浓度为0.1-1000ppm。

本发明提供一种1-氨基环丙烷羧酸的合成方法及应用方法，具有如下有益效果：

本发明提供的种1-氨基环丙烷羧酸的合成方法及应用方法，具体的是使用硝基乙腈作为反应原料，经过环化、水解后加氢还原高效合成1-氨基环丙烷羧酸；相现有技术的合成方法，本发明的合成方法条件温和，原料易得，流程简便。1-氨基环丙烷羧酸（ACC）是植物内源激素乙烯的直接前体，同时做为内源激素具有独立的信号机制，甚至 ACC归因于乙烯的响应实际上可能是单独的ACC响应，ACC充当生长调节剂或激素本身，可完美代替乙烯释放剂（如乙烯利）的功能，不仅仅在于控旺或催熟上，ACC在授粉和种子生产中发挥着重要的作用。

本发明提供的1-氨基环丙烷羧酸（ACC）合成方面：具有起始原料硝基乙腈，原料易得，价格便宜；使用二氯甲烷环化过程收率高，得到条件温和，选择性高的中间产物；硝基作为氮源，使得产物选择性更高等优点；1-氨基环丙烷羧酸（ACC）应用方面：乙烯利属于乙烯释放剂，而1-氨基环丙烷羧酸（ACC）属于内源乙烯合成前体，决定了ACC相对于乙烯利更加安全高效，ACC浓度与植物体内乙烯浓度呈完全线性关系，属于可控因子，但乙烯利被植物吸收后在植物体内直接转化为乙烯，其转化效率受环境因子影响较大，属于不可控因子，相对而言，ACC是增加植物内源乙烯浓度的最好来源。

附图说明

图1为本发明实施例所提供合成步骤示意图；

图2为本发明实施例所提供的产物制备路线图。

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中的附图，对本发明实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

依照以下的附图详细说明关于本发明的示例性实施例。

以下结合具体情况说明本发明的示例性实施例：

实施例1：如图1到图2所示，本发明提供一种1-氨基环丙烷羧酸化合物的合成方法，包括以下步骤：步骤一、硝基乙腈与二溴甲烷或者二氯甲烷反应，得到1-硝基环丙烷-1-腈；具体操作为：将硝基乙腈溶于甲醇的水溶液中，加入四丁基溴化铵与碳酸钾，逐滴加入二溴甲烷或者二氯甲烷，回流反应，反应结束后，得到1-硝基环丙烷-1-腈。

步骤二中的向1-硝基环丙烷-1-腈溶液中加入强碱水解后得到1-硝基环丙烷羧酸盐，具体为，加入过量氢氧化钠或氢氧化钾溶于1-硝基环丙烷-1-腈液体中，升温搅拌，待反应完成后，分液萃取静置后分离成为上下两层，水层是上层液体，下层是有机层。

步骤三、向1-硝基环丙烷羧酸盐加入强酸后酸化得到1-硝基环丙烷羧酸；具体为：将得到的1-硝基环丙烷羧酸水层进行浓缩，浓缩后加入盐酸酸化析出，得到1-硝基环丙烷羧酸。

步骤四、向1-硝基环丙烷羧酸内通入氢气后还原得到1-氨基环丙烷羧酸化合物；具体为：将1-硝基环丙烷羧酸化合物溶于甲醇中，加入催化剂，通入氢气加压还原，过滤反应液，浓缩即可得1-氨基环丙烷羧酸化合物。所述催化剂为Pd/c。

一种植物生长调节剂，所述植物生长调节剂的有效成分为权利要求1所述的1-氨基环丙烷羧酸化合物，1-氨基环丙烷羧酸化合物的浓度为0.1-1000ppm。具体应用在1-氨基环丙烷羧酸（ACC）叶喷处理克伦生葡萄促进成熟着色上的应用，采用浓度范围为300ppm-500ppm；1-氨基环丙烷羧酸（ACC）叶喷处理烟草促进成熟落黄上的应用，采用的浓度为600ppm；1-氨基环丙烷羧酸（ACC）叶喷处理黄瓜提高雌雄花比例上的应用，采用的浓度为200ppm；1-氨基环丙烷羧酸（ACC）灌根处理西葫芦苗促进生根上的应用，采用的浓度为0.1ppm-20ppm；1-氨基环丙烷羧酸（ACC）叶喷处理有核果树在果实稀疏化上的应用，采用的浓度范围为300ppm-1000ppm。

实施例2：结合图1-图2，一种1-氨基环丙烷羧酸化合物合成方法通过以下步骤制备：

1）由硝基乙腈（化合物3）到1-硝基环丙烷-1-腈（化合物6）

在大烧瓶中加入100 mL水溶解138 g碳酸钾、加入100 ml甲苯溶解43 g硝基乙腈，加入相转移催化剂四丁基溴化铵2.2 g，搅拌下滴加1，2-二溴乙烷200 g，升温回流过夜。

2）1-硝基环丙烷-1-腈（化合物6）到1-硝基环丙烷羧酸（化合物8）

60 oC下分批向反应液中加入20g NaOH，搅拌过夜反应。静置分离得到水相，浓缩水相，用稀盐酸酸化至 pH＜3，析出大量白色固体，将固体过滤、水洗、干燥得60 g 1-硝基环丙烷羧酸；产率约为90%。

3）1-硝基环丙烷羧酸（化合物8）到1-氨基环丙烷羧酸（化合物9）

高压釜中加入1-硝基环丙烷羧酸60 g和500 ml甲醇，加入10%的钯碳催化剂1.4g。60 oC下通入氢气高压2 MPa，搅拌反应过夜，反应后过滤，滤液减压蒸馏得到42 g 1-氨基环丙烷羧酸。产率约为90%。

实例2制得的1-氨基环丙烷羧酸化合物的结构如下：

氢谱核磁数据为 1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ = 1.2 – 1.1 (m, 2H), 1.1 –1.0 (m, 2H)。

1- 氨基环丙烷羧酸化合物制成的植物生长调节剂，所述植物生长调节剂的有效成分为1-氨基环丙烷羧酸（ACC）浓度梯度0.1-1000ppm，应用在不同作物上不同浓度展现不同的功能特点。ACC浓度梯度0.1-20ppm之间体现其在不同作物上的抗逆及生根效果；ACC浓度梯度10-300ppm之间体现其在不同作物上的促花保果效果；ACC浓度梯度100-1000ppm之间体现其在不同作物上的催熟着色效果；ACC浓度梯度300-1000ppm之间体现其在有核果树上的疏花疏果效果。

1）1-氨基环丙烷羧酸（ACC）叶喷处理克伦生葡萄促进成熟着色上的应用；

使用时期：葡萄浆果期至转色期；

使用梯度：清水对照、100ppm、300ppm、500ppm、1000ppm（问题：出现黄叶、脱叶现象）。

使用效果：500ppm＞300ppm＞100ppm＞清水对照，在葡萄转色面积在10% 的时候应用，处理组96小时后能看到明显比清水对照颗粒转色度更好，500ppm转色面积可达到80%以上，300ppm转色面积可达到60%以上，100ppm转色面积可达到40%以上，清水对照转色面积稍有改变，维持在15%左右。

实验结论：1-氨基环丙烷羧酸（ACC）可促使克伦生葡萄较快速度成熟转色，但需要注意浓度在1000ppm时易出现黄叶干叶脱叶等情况。

2）1- 氨基环丙烷羧酸（ACC）叶喷处理烟草促进成熟落黄上的应用；

使用时期：烟草落黄期；

使用梯度：清水对照、200ppm、400ppm、600ppm、1000ppm（问题：出现老化不均匀、干叶、脱叶现象）。

使用效果：600ppm＞400ppm＞200ppm＞清水对照，在烟草打顶后、底叶采摘后开始应用，处理组96小时后能看到明显比清水对照烟叶落黄效果更好，600ppm烟叶落黄面积可达到60%以上，400ppm烟叶落黄面积可达到40%以上，200ppm烟叶落黄面积可达到25%以上，清水对照烟叶落黄面积稍有改变。

实验结论：1-氨基环丙烷羧酸（ACC）可促使烟草烟叶较快速度成熟落黄，但需要注意浓度在1000ppm时易出现叶片老化不均匀、干枯、脱叶等情况。

3）1- 氨基环丙烷羧酸（ACC）叶喷处理黄瓜提高雌雄花比例上的应用；

使用时期：黄瓜初花期；

使用梯度：清水对照、50ppm、100ppm、200ppm、300ppm（稍有植株生长发弱现象）。

使用效果：200ppm＞100ppm＞50ppm＞清水对照，在黄瓜初花期开始应用，处理组5天后能看到明显比清水对照黄瓜的雌雄化比例要更高，200ppm黄瓜雌雄花比例可提高60%以上，100ppm黄瓜雌雄花比例可提高30%以上，50ppm黄瓜雌雄花比例可提高15%以上，清水对照黄瓜雌雄花比例稍有改变。

实验结论：1-氨基环丙烷羧酸（ACC）可促使黄瓜雌雄花比例改变，并呈现在一定范围内浓度越高雌雄花比例提高越明显的特点，但需要注意浓度在300ppm时易出现植株生长弱化等现象。

4）1- 氨基环丙烷羧酸（ACC）灌根处理西葫芦苗促进生根上的应用；

使用时期：西葫芦苗期；

使用梯度：清水对照、0.1ppm、1ppm、5ppm、20ppm。

使用效果：5ppm＞1ppm＞20ppm＞0.1ppm＞清水对照，在西葫芦苗期开始灌根应用，处理组5天后能看到明显比清水对照西葫芦苗的生根效果要好，5ppm西葫芦苗的须根数量及须根长度最多，其次是1ppm、20ppm、0.1ppm。

实验结论：1-氨基环丙烷羧酸（ACC）可促使西葫芦苗的根系生长，并呈现在一定范围内药剂浓度与特征结果相对应的抛物线模型属性等特点，需要注意寻找最适宜灌根浓度。

5）1- 氨基环丙烷羧酸（ACC）叶喷处理有核果树在果实稀疏化上的应用；

使用时期：果树盛花期；

使用梯度：清水对照、300ppm、600ppm、1000ppm。

使用效果：600ppm＞300ppm＞清水对照，在果树盛花期开始全株叶喷处理，处理组能观察到明显比清水对照枝条挂果数有减少，挂果率降低，1000ppm全株叶喷挂果数基本为零，高浓度下易造成果实掉落，但600ppm全株叶喷每厘米挂果数比例接近于0.2，300ppm全株叶喷每厘米挂果数比例接近于0.3，而清水对照每厘米挂果数比例接近于0.5。

实验结论：1-氨基环丙烷羧酸（ACC）可促使有核果树枝条每厘米挂果数降低，从而促进果实的膨大及整体果园的丰产增收。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种1-氨基环丙烷羧酸化合物的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的1-氨基环丙烷羧酸化合物的合成方法，其特征在于：所述步骤一中硝基乙腈与二溴甲烷或者二氯甲烷反应，得到1-硝基环丙烷-1-腈，具体操作为：将硝基乙腈溶于甲醇的水溶液中，加入四丁基溴化铵与碳酸钾，逐滴加入二溴甲烷或者二氯甲烷，回流反应，反应结束后，得到1-硝基环丙烷-1-腈。

3.根据权利要求1所述的1-氨基环丙烷羧酸化合物的合成方法，其特征在于：所述步骤二中的向1-硝基环丙烷-1-腈溶液中加入强碱水解后得到1-硝基环丙烷羧酸盐，具体为，加入过量氢氧化钠或氢氧化钾溶于1-硝基环丙烷-1-腈液体中，升温搅拌，待反应完成后，分液萃取静置后分离成为上下两层，水层是上层液体，下层是有机层。

4.根据权利要求1所述的1-氨基环丙烷羧酸化合物的合成方法，其特征在于：所述步骤三中的向1-硝基环丙烷羧酸盐加入强酸后酸化得到1-硝基环丙烷羧酸，具体为：将得到的1-硝基环丙烷羧酸水层进行浓缩，浓缩后加入盐酸酸化析出，得到1-硝基环丙烷羧酸。

5.根据权利要求1所述的1-氨基环丙烷羧酸化合物的合成方法，其特征在于：所述步骤四中向1-硝基环丙烷羧酸内通入氢气后还原得到1-氨基环丙烷羧酸化合物，具体为：将1-硝基环丙烷羧酸化合物溶于甲醇中，加入催化剂，通入氢气加压还原，过滤反应液，浓缩即可得1-氨基环丙烷羧酸化合物。

6.根据权利要求5所述的1-氨基环丙烷羧酸化合物的合成方法，其特征在于：所述催化剂为Pd/c。

7.一种植物生长调节剂，其特征在于：所述植物生长调节剂的有效成分为权利要求1所述的1-氨基环丙烷羧酸化合物，1-氨基环丙烷羧酸化合物的浓度为0.1-1000ppm。