CN115612702A

CN115612702A - L-丙氨酸类非天然氨基酸3-(3-吡啶基)-l-丙氨酸的合成方法

Info

Publication number: CN115612702A
Application number: CN202211224177.0A
Authority: CN
Inventors: 邱雪辉; 白灵; 王林; 林文泉; 巫江钦; 巫晓峰
Original assignee: Shenzhen Innosyn Biotech Co ltd
Current assignee: Shenzhen Innosyn Biotech Co ltd
Priority date: 2022-10-09
Filing date: 2022-10-09
Publication date: 2023-01-17

Abstract

本发明公开了L‑丙氨酸类非天然氨基酸3‑(3‑吡啶基)‑L‑丙氨酸的合成方法，步骤S1，通过烟醛与N‑乙酰甘氨酸经Knoevenagel缩合反应得到化合物rac‑IM 1；步骤S2，化合物rac‑IM 1经丙酮‑水或碳酸氢钠水溶液水解开环，反应完后打浆得到化合物rac‑IM 2；步骤S3，化合物rac‑IM 2溶解于甲醇‑水，或加入氨水、碱增加溶解度，经钯碳催化剂加氢反应得到化合物rac‑IM 3；步骤S4，化合物rac‑IM 3溶于去离子水，用氨水或磷酸盐缓冲溶液调节pH值至7.5，经酰化氨基酸水解酶室温水解得到S‑IM 4和未参与反应的R‑IM 3；升温使酶失活后，滤除失活的酶及其它不溶物，旋蒸除去溶剂，经水‑乙醇或二氯甲烷‑乙醇打浆，得到S‑IM 4；料易得，反应条件温和、选择性高。

Description

L-丙氨酸类非天然氨基酸3-(3-吡啶基)-L-丙氨酸的合成方法

技术领域

本发明涉及有机合成技术领域，尤其涉及L-丙氨酸类非天然氨基酸3-(3-吡啶基)-L-丙氨酸的合成方法。

背景技术

吡啶基丙氨酸类衍生物因其良好的抗炎活性(Shimeno et al. 1977)[1]和高效率抑制排卵能力(US Pat. 1985)[2]而广为人知；吡啶丙氨酸也用作肽序列中的组氨酸类似物(Hoes et al. 1980)[3]、(Van Batenburg et al. 1977)[4]；同时也是一种重要的中间体，可用于合成肿瘤抗生素药物(Shindo-Okada et al. 1989)[5]。其结构如下图1所示。

现有文献报道中，已经开发了几种合成杂环α-氨基酸的方法，如不对称合成、酶拆分、化学拆分等方法，但它们中的大多数成本较高，并且仅产生对映体富集的或外消旋的氨基酸，较难分离纯化。

大多数不对称合成是基于氨基酸衍生物的不对称氢化，例如使用铑配合物进行不对称氢化 (Doebler et al. 1996; Wang et al. 2002)[5]；通过Schllkopf手性试剂进行偶合反应(Croce et al. 2000)[6]，或使用光学纯氨基酸衍生物与卤代吡啶偶联反应(Walker et al. 1997)[7]、 (Tabanella et al. 2003)[8]。

目前有利用猪肾酰化酶(Zhang YZ , Peng X et al.1999)[9]或大肠杆菌氨基酰化酶拆分丙氨酸类化合物的报道，由于酶成本太高或底物适配性差，仅限于实验室少量制备。

以混旋的DL - 非天然氨基酸为底物，用手性拆分试剂如酒石酸、二苯甲酰酒石酸、扁桃酸、樟脑磺酸等进行拆分分离(胡建强, 黄志平 et al. 2012)[10]。这种化学拆分的拆分效率只能达到50%，拆分条件比较苛刻，控制不好，手性容易超标。

酶拆分完成后，常用732型阳离子交换树脂对产物进行分离，该分离工艺较为简单，但产物常带有较多的色素，色素的去除较为繁琐，不易操作，且纯度较低，并且不易控制离子交换色谱柱的流速，容易导致氨基酸在柱上析晶(He D , Fan CY, et al. 2007)[11]，较难应用于工业生产。

因此对于L-丙氨酸类非天然氨基酸3-(3-吡啶基)-L-丙氨酸合成及制备方法的研究具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的L-丙氨酸类非天然氨基酸3-(3-吡啶基)-L-丙氨酸的合成方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

L-丙氨酸类非天然氨基酸3-(3-吡啶基)-L-丙氨酸的合成方法，包括以下步骤：

步骤S1，烟醛与N - 乙酰甘氨酸经Knoevenagel缩合反应1～6小时得到化合物rac- IM 1，淬灭反应，打浆，得到化合物rac - IM 1；

步骤S2，化合物rac - IM 1经丙酮-水或碳酸氢钠水溶液水解开环，反应完后打浆，得到化合物rac - IM 2；

步骤S3，化合物rac - IM 2溶解于甲醇-水，或加入氨水、碱增加溶解度，经钯碳催化剂加氢反应得到化合物rac - IM 3，反应完后滤除催化剂，旋蒸除去溶剂，得到化合物rac - IM 3；

步骤S4，化合物rac - IM 3溶于去离子水，用氨水或磷酸盐缓冲溶液调节pH值至7.5，经酰化氨基酸水解酶室温水解72小时得到S - IM 4和未参与反应的R - IM 3；升温使酶失活后，滤除失活的酶及其它不溶物，旋蒸除去溶剂，经水-乙醇或二氯甲烷-乙醇打浆，得到S - IM 4。

优选的，所述步骤S1中，烟醛与N - 乙酰甘氨酸、无水醋酸钠和醋酸酐的摩尔比为1：1：1：1～6，反应温度为65～110 °C，反应时间为1～6小时。

优选的，所述步骤S2中，其反应溶剂为水或水、丙酮混合溶剂；水解所用无机碱为碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、氢氧化钾或碳酸钾。

优选的，所述步骤S2中，水解反应，化合物rac - IM 1与碱的摩尔比为1：0.2～2；水解反应温度为50～110 °C，反应时间为3～16小时。

优选的，所述步骤S3中，氢化反应催化剂为钯碳催化剂或雷尼镍催化剂，催化剂用量为1 wt % ～ 20 wt %；氢化反应所用溶剂为甲醇、乙醇、甲醇-水或乙醇-水。

优选的，所述步骤S3中，氢化反应所用助溶剂为无机碱碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、氢氧化钾或碳酸钾，无机酸为氯化氢水溶液，有机碱为三乙胺、氨水；氢化反应温度为15～40 °C，反应时间为12～48小时。

优选的，所述步骤S4中，酶拆分所用溶剂为水，反应温度30～40°C，反应时间为12～72小时；酶拆分所用缓冲体系为氨水体系或磷酸盐缓冲液体系。

优选的，所述步骤S4中，酶拆分所用酶量为1 wt % ～ 20 wt %；酶拆分反应完后酶失活所用温度为45～100°C，反应时间为0.5小时以上。

优选的，所述步骤S4中，酶拆分前将rac - IM 3的溶液pH值调至7～9，所用碱为无机碱碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、氢氧化钾或碳酸钾，有机碱为三乙胺、氨水。

与现有技术相比，本发明的有益效果是:

本发明设计L-丙氨酸类非天然氨基酸3-(3-吡啶基)-L-丙氨酸的合成方法，所用的原料和试剂均市售可得，每步反应收率都在50%以上，原料易得，反应条件温和、选择性高、后处理具有很好的可操作性，总收率较高，可用于放大生产，更为环保。

附图说明

图1为本发明提出的吡啶丙氨酸的结构式；

图2为本发明提出的具体实施例一中化合物rac - IM 1的制备路线；

图3为本发明提出的具体实施例一中化合物rac - IM 2的制备路线；

图4为本发明提出的具体实施例一中化合物rac - IM 3的制备路线；

图5为本发明提出的具体实施例一中化合物S - IM 4的制备路线；

图6为本发明提出的具体实施例二中化合物rac - IM 1的制备路线；

图7为本发明提出的具体实施例二中化合物rac - IM 2的制备路线；

图8为本发明提出的具体实施例二中化合物rac - IM 3的制备路线；

图9为本发明提出的具体实施例二中化合物S - IM 4的制备路线；

图10为本发明提出的具体实施例三中化合物rac - IM 3的制备路线；

图11为本发明提出的L-丙氨酸类非天然氨基酸3-(3-吡啶基)-L-丙氨酸化合物的合成路线；

图12为本发明提出的3-(3-吡啶基)-L-丙氨酸的氢谱图；

图13为本发明提出的流程示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1至图13， L-丙氨酸类非天然氨基酸3-(3-吡啶基)-L-丙氨酸的合成方法，包括以下步骤：

步骤S1,烟醛与N - 乙酰甘氨酸经Knoevenagel缩合反应1～6小时（优选为1～3小时）得到化合物rac - IM 1，淬灭反应，经乙醇或乙醇-水打浆（优选为纯水），得到化合物rac - IM 1；所述的烟醛与N - 乙酰甘氨酸、无水醋酸钠和醋酸酐的摩尔比为1：1：1：1～6（优选为1：1：1：1～4），反应温度为65～110 °C（优选为95～100°C）；

步骤S2,化合物rac - IM 1经丙酮-水或碱的水溶液水解开环（优选为碳酸氢钠），反应完后经乙醇或乙醇-水打浆（优选为乙醇），得到化合物rac - IM 2；

步骤S3,化合物rac - IM 2溶解于甲醇-水（优选为甲醇：水体积比1：1），或加入氨水、碱增加溶解度（优选为氨水），经钯碳催化剂15～40 °C（优化为30～40 °C）氢化反应12～48小时（优化为12-24小时）得到化合物rac - IM 3，反应完后滤除催化剂，旋蒸除去溶剂，得到化合物rac - IM 3；

步骤S4,化合物rac - IM 3溶于去离子水，用氨水或磷酸盐缓冲溶液调节pH值至7.5（优选为氨水），加入酰化氨基酸水解酶1 wt % ～ 20 wt %（优选为2 wt % ～ 5 wt %）水解72小时（优选为35～40 °C，反应时间为24～48小时）得到S - IM 4和未参与反应的R -IM 3；升温（优选为50°C）使酶失活后，滤除失活的酶及其它不溶物，旋蒸除去溶剂，经水-乙醇或二氯甲烷-乙醇打浆，得到S - IM 4；

本发明的具体实施例一，( 1 ) 化合物rac - IM 1的制备：

将化合物RM 1 ( 8.02 g, 75 mmol )加入反应瓶中，依次加入化合物RM 3 (8.78 g, 75 mmol )、无水醋酸钠( 6.15 g, 75 mmol )和醋酸酐 ( 30.46 g, 300 mmol )，氮气置换，升至100 °C，反应液反应3小时。TLC监测反应完全后，反应液冷却至室温，加入 30g冰水混合物打浆，抽滤，得到的固体产品用40 mL去离子水打浆一次，抽滤，干燥得粗品化合物rac - IM 1 ( 8.46 g, 44.9 mmol )，收率约60%。

( 2 ) 化合物rac - IM 2的制备：

将化合物rac - IM 1 ( 6.03 g, 32.06 mmol )加入反应瓶中，然后加入80 mL丙酮和32 mL水，反应液回流反应6小时。TLC监测反应完全后，反应液冷却至室温，旋蒸除去溶剂，加入乙醇打浆，抽滤，得到的白色固体，干燥得粗品化合物rac - IM 2 ( 6.45 g,31.30 mmol )，收率约97.6%。

( 3 ) 化合物rac - IM 3的制备：

将化合物rac - IM 2 ( 4.2 g, 20.38 mmol )加入反应瓶中，加入去离子水(42mL, 10 vol. )和20%氨水( 1.9 mL, 0.45 vol. )，然后加入10% 钯碳催化剂 ( 420 mg,10 wt %)，氢气置换，反应液室温反应24小时。TLC监测反应完全后，滤除钯碳催化剂，滤液浓缩干，得粗品化合物 rac - IM 3 (4.6 g, 22.10 mmol )，收率约108%。

( 4 ) 化合物S - IM 4的制备：

将化合物rac - IM 3 ( 4.6 g, 22.10 mmol )溶解在去离子水中，加入20%氨水调pH值8，然后加入酰化氨基酸水解酶 ( 92 mg, 2 wt %)，反应液室温摇床反应72小时。分光光度计监测反应停止后，加入冰醋酸( 46 mL, 10 vol. )，升至50 °C摇床反应1小时，过滤除去不溶物，滤液浓缩干，经乙醇、乙醇-水打浆，得粗品化合物 S - IM 4 (0.93 g, 5.6mmol )，收率约50.6%。

本发明的具体实施例二，( 1 ) 化合物rac - IM 1的制备：

将化合物RM 1 ( 8.02 g, 75 mmol )加入反应瓶中，依次加入化合物RM 3 (8.80 g, 75 mmol )、无水醋酸钠( 6.15 g, 75 mmol )和醋酸酐( 22.97 g, 225 mmol )，氮气置换，升至90 °C，反应液反应1.5小时。TLC监测反应完全后，反应液冷却至室温，加入5 g冰水和5 mL乙醇混合溶液打浆，抽滤，得到的固体产品用40 mL去离子水打浆一次，抽滤，干燥得粗品化合物rac - IM 1 ( 9.38 g, 49.85 mmol )，收率约66.5%。

( 2 ) 化合物rac - IM 2的制备：

将化合物rac - IM 1 ( 6.03 g, 32.06 mmol )加入反应瓶中，然后加入水( 18mL, 3 vol. )，反应液升至70 °C，分批加入碳酸氢钠固体( 1 g, 11.90 mmol )，继续反应16小时。TLC监测反应完全后，反应液冷却至室温，旋蒸除去一半溶剂，冰水浴降温，大量固体析出，抽滤，得到的白色固体，干燥得粗品化合物rac - IM 2 ( 3.60 g, 17.47 mmol )，收率约54.5%。

( 3 ) 化合物rac - IM 3的制备：

将化合物rac - IM 2 ( 3.60 g, 17.47 mmol )加入反应瓶中，加入去离子水(72 mL, 20 vol. )和甲醇( 72 mL, 20 vol. )溶解完全，然后加入10% 钯碳催化剂 ( 360mg, 10 wt %)，氢气置换，反应液室温反应24小时。TLC监测反应完全后，滤除钯碳催化剂，滤液浓缩干，得粗品化合物 rac - IM 3 (3.3 g, 15.86 mmol )，收率约90.8%。

( 4 ) 化合物S - IM 4的制备：

将化合物rac - IM 3 ( 3.3 g, 15.86 mmol )溶解在去离子水(66 mL, 20 vol. )中，加入0.1M pH7.5磷酸盐缓冲溶液( 33 mL, 10 vol. )，然后加入酰化氨基酸水解酶 (66 mg, 2 wt %)，反应液室温摇床反应72小时。分光光度计监测反应停止后，升至50 °C摇床反应1小时，过滤除去不溶物，滤液浓缩干，经乙醇-水重结晶，得粗品化合物 S - IM 4(0.51 g, 3.09 mmol )，收率约39%。

本发明的具体实施例三，化合物rac - IM 3的制备：

将化合物rac - IM 2 ( 3.60 g, 17.47 mmol )加入反应瓶中，加入去离子水(18 mL, 5 vol. )和甲醇( 18 mL, 5 vol. )，滴入20%氢氧化钠水溶液至溶解完全，然后加入10% 钯碳催化剂 ( 360 mg, 10 wt %)，氢气置换，反应液室温反应24小时。TLC监测反应完全后，滤除钯碳催化剂，滤液浓缩干，得粗品化合物的钠盐 rac - IM 3 (3.65 g, 15.89mmol )，收率约91%。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.L-丙氨酸类非天然氨基酸3-(3-吡啶基)-L-丙氨酸的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，烟醛与N - 乙酰甘氨酸经Knoevenagel缩合反应1～6小时得到化合物rac -IM 1，淬灭反应，打浆，得到化合物rac - IM 1；

步骤S3，化合物rac - IM 2溶解于甲醇-水，或加入氨水、碱增加溶解度，经钯碳催化剂加氢反应得到化合物rac - IM 3，反应完后滤除催化剂，旋蒸除去溶剂，得到化合物rac -IM 3；

步骤S4，化合物rac - IM 3溶于去离子水，用氨水或磷酸盐缓冲溶液调节pH值至7.5，经酰化氨基酸水解酶室温水解72小时得到S - IM 4和未参与反应的R - IM 3；升温使酶失活后，滤除失活的酶及其它不溶物，旋蒸除去溶剂，经水-乙醇或二氯甲烷-乙醇打浆，得到S- IM 4。

2.根据权利要求1所述L-丙氨酸类非天然氨基酸3-(3-吡啶基)-L-丙氨酸的合成方法，其特征在于，所述步骤S1中，烟醛与N - 乙酰甘氨酸、无水醋酸钠和醋酸酐的摩尔比为1：1：1：1～6，反应温度为65～110 °C，反应时间为1～6小时。

3.根据权利要求1所述L-丙氨酸类非天然氨基酸3-(3-吡啶基)-L-丙氨酸的合成方法，其特征在于，所述步骤S2中，其反应溶剂为水或水、丙酮混合溶剂；水解所用无机碱为碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、氢氧化钾或碳酸钾。

4.根据权利要求1所述L-丙氨酸类非天然氨基酸3-(3-吡啶基)-L-丙氨酸的合成方法，其特征在于，所述步骤S2中，水解反应，化合物rac - IM 1与碱的摩尔比为1：0.2～2；水解反应温度为50～110 °C，反应时间为3～16小时。

5.根据权利要求1所述L-丙氨酸类非天然氨基酸3-(3-吡啶基)-L-丙氨酸的合成方法，其特征在于，所述步骤S3中，氢化反应催化剂为钯碳催化剂或雷尼镍催化剂，催化剂用量为1 wt % ～ 20 wt %；氢化反应所用溶剂为甲醇、乙醇、甲醇-水或乙醇-水。

6.根据权利要求1所述L-丙氨酸类非天然氨基酸3-(3-吡啶基)-L-丙氨酸的合成方法，其特征在于，所述步骤S3中，氢化反应所用助溶剂为无机碱碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、氢氧化钾或碳酸钾，无机酸为氯化氢水溶液，有机碱为三乙胺、氨水；氢化反应温度为15～40°C，反应时间为12～48小时。

7.根据权利要求1所述L-丙氨酸类非天然氨基酸3-(3-吡啶基)-L-丙氨酸的合成方法，其特征在于，所述步骤S4中，酶拆分所用溶剂为水，反应温度30～40°C，反应时间为12～72小时；酶拆分所用缓冲体系为氨水体系或磷酸盐缓冲液体系。

8.根据权利要求1所述L-丙氨酸类非天然氨基酸3-(3-吡啶基)-L-丙氨酸的合成方法，其特征在于，所述步骤S4中，酶拆分所用酶量为1 wt % ～ 20 wt %；酶拆分反应完后酶失活所用温度为45～100°C，反应时间为0.5小时以上。

9.根据权利要求1所述L-丙氨酸类非天然氨基酸3-(3-吡啶基)-L-丙氨酸的合成方法，其特征在于，所述步骤S4中，酶拆分前将rac - IM 3的溶液pH值调至7～9，所用碱为无机碱碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、氢氧化钾或碳酸钾，有机碱为三乙胺、氨水。