CN117964505A - 一种n,n-双(羧甲基)-l-赖氨酸合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种N,N‑双(羧甲基)‑L‑赖氨酸合成方法,涉及NTA中间体合成技术领域,包括:S1、L‑赖氨酸通过铜离子螯合,引入Boc保护N6,再脱除铜离子,得到N6‑(叔丁氧基羰基)‑L‑赖氨酸;S2、N6‑(叔丁氧基羰基)‑L‑赖氨酸在碱溶液中N2氨基和两分子卤代乙酸或其盐反应制备N2,N2双(羧甲基)‑N6‑[(1,1‑二甲基乙氧基)羰基]‑L‑赖氨酸;S3、N2,N2双(羧甲基)‑N6‑[(1,1‑二甲基乙氧基)羰基]‑L‑赖氨酸通过过纯水加热的方式脱除Boc保护基,结晶得到目标产物。本方案安全、高效、便宜且适合大批量工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及NTA中间体合成技术领域,尤其涉及一种N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸合成方法。
背景技术
N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸及其衍生物为药物载的重要中间体,是生产NTA(氨基三乙酸的简称)的主要原料。在药物应用领域,为了提高药物载体的水溶性,通常采用在金属纳米颗粒上螯合具有高水溶性的 NTA或者在胶束嵌段共聚物上枝接NTA,以提高药物载体的水溶性。
NTA的金属螯合物还可以用于修饰有序介孔二氧化硅(OMPS),将蛋白质固定在OMPS的纳米孔内,使蛋白质更易从反应混合物中分离,且不易随着环境变化而变形,以增强其稳定性。用NTA金属螯合物修饰的OMPS与His标签有效复合,可以在复合过程中精确的导向控制,选择性地且可逆地固定His蛋白质或酶,实现从粗制细胞裂解物中纯化蛋白质的效果。NTA的金属螯合物还可以与金属纳米颗粒构建人工酶或在碳纳米管表面锚定和生长金属纳米颗粒。NTA的金属螯合物与金属纳米颗粒构建的人工酶可以大大提高抗生素杀灭封闭细菌的活性,达到良好的生物膜消除效果,还可以减少细菌的附着,阻止生物膜在120h内的形成,有效地分散了不同年龄的预制生物膜。
N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸作为NTA的主要原料,随着需求量的不断增加,缺少一个适合大批量生产的技术线路。关于N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸的合成,现有技术的缺陷如下:
①Chem.Eur.J.[J]2011,17,13059-13067中采用了叠氮钠在DMF中75°C下反应得到N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸,这种方法反应条件苛刻,安全性差,不适合大量生产;
②Org.Biomol.Chem.[J],2010,8,3902_3907中使用了N6_Cbz_L-赖氨酸和溴乙酸反应,再氢化得到N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸,其产物收率为50%;溴乙酸在强碱条件下容易分解,先将溴乙酸加入强碱溶液中,会增大溴乙酸的使用量,降低产物的收率,增加成本;
③公开号CN108586291A公开了一种N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸的生产工艺,初步实现了规模化生产,但是该工艺最后采用昂贵的钯试剂在高压釜中反应,且由于中间体的溶解性问题,溶剂消耗量巨大,已无法满足日益增长的市场需求。
发明内容
为解决现有技术不足,本发明提供一种N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸合成方法,安全、高效、便宜且适合大批量工业化生产。
为了实现本发明的目的,拟采用以下方案:
一种N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸合成方法,包括以下步骤:
S1、L-赖氨酸通过铜离子螯合,引入Boc保护N6,得到双[N6-[(1,1-二甲基乙氧基)羰基]-L-赖氨酸-KN2,KO1]铜;再脱除铜离子,得到N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸;
S2、N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸在碱溶液中N2氨基和两分子卤代乙酸或其盐在碘化钾催化剂反应下制备N2,N2双(羧甲基)-N6-[(1,1-二甲基乙氧基)羰基]-L-赖氨酸;
S3、N2,N2双(羧甲基)-N6-[(1,1-二甲基乙氧基)羰基]-L-赖氨酸再通过纯水加热的方式脱除Boc保护基,结晶得到目标产物;
反应过程如下:
。
进一步的,步骤S1:容器中加入L-赖氨酸、水,搅拌下加入硫酸铜,室温搅拌若干小时,加入丙酮、Boc2o、碱,室温搅拌反应过夜,有大量蓝色固体析出,过滤后将蓝色固体加入水中,再加入硫化钠,有大量黑色固体析出,过滤除去固体,收集滤液,滤液直接进入下一步骤,或者调pH至中性,降温析出固体,得到N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸。
进一步的,步骤S2:将N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸或步骤S1收集的滤液加至碱溶液中,搅拌溶清加入卤代乙酸或其盐,再加入碘化钾室温下搅拌反应若干小时,反应过程中保持体系pH为10-11;反应完毕体系降温至0℃-5℃,加入乙酸乙酯,滴加盐酸调pH值至1.5-2.5,滴加过程保持温度不超过15℃,滴毕分层萃取,元明粉干燥,浓缩至干,得到白色固体,烘干。
进一步的,步骤S3:容器中加入乙酸乙酯氯化氢溶液,搅拌下加入N2,N2双(羧甲基)-N6-[(1,1-二甲基乙氧基)羰基]-L-赖氨酸,搅拌反应过夜,有固体析出,过滤,收集固体真空烘干后加入纯水中,搅拌下加入氢氧化钠,控制内温至50℃-65℃,体系溶清搅拌若干小时,再降温至0℃-25℃,搅拌若干小时析出大量固体,过滤,纯水冲洗,烘干得到产物。
进一步的,步骤S2中,N2氨基反应时,使用的碱为碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钾、碳酸钾、氢氧化钾、三乙胺、二异丙基乙胺中的一种或多种。
进一步的,步骤S2中,N2氨基上羧甲基时,采用溴乙酸、氯乙酸、溴乙酸钠、氯乙酸钠、溴乙酸钾、氯乙酸钾中的一种或几种。优选的,采用溴乙酸钠。
本发明的有益效果在于:以L-赖氨酸为起始物料,采用Boc保护N6氨基,在步骤S3脱除保护时仅使用水即可高效脱除,避免使用昂贵的钯试剂,整体成本低,还避免反应过程使用危险的高压釜,反应过程更加安全;合成方法三步完成,操作简便,产品收率高,更适合工业化生产;步骤S2使用碘化钾作为催化剂,收率高,价格便宜。
具体实施方式
N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸,分子式为:
。
本发明提供一种N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸合成方法,包括以下步骤:
S1、利用L-赖氨酸制备N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸;
S11、L-赖氨酸通过铜离子螯合,再引入Boc保护N6,得到双[N6-[(1,1-二甲基乙氧基)羰基]-L-赖氨酸-KN2,KO1]铜,反应式如下:
;
S12、双[N6-[(1,1-二甲基乙氧基)羰基]-L-赖氨酸-KN2,KO1]铜脱除铜离子,得到N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸,反应式如下:
;
制备N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸具体方法是:容器中加入L-赖氨酸、水,搅拌下加入硫酸铜,室温搅拌若干小时,加入丙酮、Boc2o、碱,室温搅拌反应过夜,有大量蓝色固体析出,过滤后将蓝色固体加入水中,再加入硫化钠,有大量黑色固体析出,过滤除去固体,收集滤液,滤液直接进入下一步骤,或者调pH至中性,降温析出固体,得到N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸。
S2、N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸在碱溶液中N2氨基和两分子卤代乙酸或其盐在碘化钾催化剂反应下制备N2,N2双(羧甲基)-N6-[(1,1-二甲基乙氧基)羰基]-L-赖氨酸,反应式如下:
;
制备N2,N2双(羧甲基)-N6-[(1,1-二甲基乙氧基)羰基]-L-赖氨酸具体方法是:将N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸或步骤S1收集的滤液加至碱溶液中,搅拌溶清加入卤代乙酸或其盐,再加入碘化钾室温下搅拌反应若干小时,反应过程中保持体系pH为10-11;反应完毕体系降温至0℃-5℃,加入乙酸乙酯,滴加盐酸调pH值至1.5-2.5,滴加过程保持温度不超过15℃,滴毕分层萃取,元明粉干燥,浓缩至干,得到白色固体,烘干。
其中,N2氨基反应时,使用的碱为碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钾、碳酸钾、氢氧化钾、三乙胺、二异丙基乙胺中的一种或多种。
其中,N2氨基上羧甲基时,采用溴乙酸、氯乙酸、溴乙酸钠、氯乙酸钠、溴乙酸钾、氯乙酸钾中的一种或几种。
S3、N2,N2双(羧甲基)-N6-[(1,1-二甲基乙氧基)羰基]-L-赖氨酸再通过纯水加热的方式脱除Boc保护基,结晶得到目标产物,反应式如下:
;
N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸具体制备方法是:容器中加入乙酸乙酯氯化氢溶液,搅拌下加入N2,N2双(羧甲基)-N6-[(1,1-二甲基乙氧基)羰基]-L-赖氨酸,搅拌反应过夜,有固体析出,过滤,收集固体真空烘干后加入纯水中,搅拌下加入氢氧化钠,控制内温至50℃-65℃,体系溶清搅拌若干小时,再降温至0℃-25℃,搅拌若干小时析出大量固体,过滤,纯水冲洗,烘干得到产物。
实施例1
S1、制备N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸:在1升三口瓶中加入L-赖氨酸(29.2g,1.0当量),水300ml,搅拌下加入五水硫酸铜(25g,0.5当量),室温搅拌反应4h,加入丙酮30ml,Boc2o(48g,1.1当量),碳酸钠(42.5g,2当量),室温搅拌反应过夜,有大量蓝色固体析出,过滤,将固体加入200ml水中,再加入硫化钠(7.8g,0.5当量),有大量黑色固体析出,过滤除去固体,收集滤液,调pH至中性,降温析出白色固体,得到产物N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸,收率82%。
S2、制备N2,N2双(羧甲基)-N6-[(1,1-二甲基乙氧基)羰基]-L-赖氨酸:500mL三口瓶中,N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸(24.6g,1.0当量)加至2M氢氧化钠溶液(110 mL,2.20当量),搅拌溶清后加入氯乙酸钠(29.1g,2.5当量),再加入碘化钾1.2g,室温下搅拌反应2小时,加热至75℃反应5h,过程中使用氢氧化钠溶液保持体系pH为10-11;反应完毕体系降温至0℃,加入乙酸乙酯150ml,滴加6M盐酸调pH值至2,滴加过程保持内温不超过15℃,滴毕分层萃取,元明粉干燥,浓缩至干,得到白色固体,烘干得到产物30.7g,收率85%。
S3、制备N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸:250ml三口瓶中加入2M乙酸乙酯氯化氢溶液120ml,搅拌下加入N2,N2双(羧甲基)-N6-[(1,1-二甲基乙氧基)羰基]-L-赖氨酸(27.5g,1.0当量),搅拌反应过夜,有固体析出,过滤,收集固体真空烘干后加入150ml纯水中,搅拌下加入氢氧化钠(3g,1.0当量),控制内温至60℃,体系溶清搅拌1h,再降温至0℃搅拌2h析出大量固体,过滤,纯水冲洗,烘干得到产物17.9g,收率90%。
现有技术“药物合成反应 新世纪第 2 版”,刘鹰翔,第 146 页,中国中医药出版社中有记载:酸性条件下室温或加热反应等脱除氨基Boc保护基,而在本实施例中,步骤S3加入的是纯水,不需要加入其他酸性试剂,也能高效的脱除Boc保护基,其分解产物异丁烯和二氧化碳在60℃热水中溶解性极差,会在反应过程中气液分离,也就是说反应完毕,反应液中除了水和产物,理论上没有其他任何异物。
实施例2
S1:按实施例1的S1,得到N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸。
S2:500mL三口瓶中,N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸(24.6g,1.0当量)加至2M氢氧化钠溶液(110 mL,2.20当量),搅拌溶清后加入溴乙酸钠(40.8g,2.5当量),再加入碘化钾1.2g,室温下搅拌反应过夜,过程中使用氢氧化钠溶液保持体系pH为10-11,点板监控至反应完毕,体系降温至0℃,加入乙酸乙酯150ml,滴加6M盐酸调pH值至2,滴加过程保持内温不超过15℃,滴毕分层萃取,元明粉干燥,浓缩至干,得到白色固体,烘干得到产物32.8g,收率91%。
S3:500ml三口瓶中纯水275ml,搅拌下加入上一步产物27.5g,加毕升温至60℃体系溶清,该温度下继续反应3小时,液相监控至原料消失,降温至15℃加入晶种50mg,搅拌析晶2小时,过滤,烘干得到白色固体产物18.9g,收率95%。
其中,降温15℃加入晶种是最优选择,温度低了会很快析出,且粒径太小,温度高了不容易析出。
实施例3
S1:在50升反应釜中加入L-赖氨酸(1.46kg,1.0当量),水14.6kg,搅拌下加入五水硫酸铜(1.25kg,0.5当量),室温搅拌反应4小时,加入丙酮1.2kg,分批加入氢氧化钠溶液(1kg氢氧化钠溶于5kg水中,2.5当量)控制体系pH不超过8,加碱过程分批加入Boc2o(2.29kg,1.05当量),加毕室温搅拌反应过夜,有大量蓝色固体析出,过滤,将固体加入12kg水中,再加入硫化钠(0.39kg,0.5当量),有大量黑色固体析出,压滤除去固体,收集滤液,滤液直接进入下一步。因滤液直接进入下一步反应,因此步骤S1收率按照100%计算。
S2:50升反应釜中加入上一步滤液,搅拌下加入1.2kg碘化钾,搅拌溶清后加入4.07kg溴乙酸钠,加完之后室温搅拌反应12小时,过程中使用氢氧化钠溶液保持体系pH为10-11,液相监控反应完毕,体系降温至0℃,加入乙酸乙酯13.5kg,滴加6M盐酸调pH至2,滴加过程保持内温不超过15℃,滴毕分层萃取,元明粉干燥,浓缩至干加入石油醚结晶,过滤,得到白色固体,烘干得到产物3.12kg,步骤S1、步骤S2合并收率为86.1%。
S3:30升反应釜中加入纯水15.5kg,搅拌下加入上一步产物3.08kg,加毕升温至60℃体系溶清,该温度下继续反应3小时,液相监控至原料消失,降温至5℃搅拌析晶1小时,离心,烘干得到白色固体产物2.18kg,步骤S3收率96.5%,三步总收率83.2%。
对比例
对于步骤S2中,为了研究使用催化剂及催化剂种类对收率的影响,在实施例2的基础上进行了多个平行实验,结果见表1:
表1催化剂种类对收率的影响
经过平行实验可知,实施例2使用碘化钾作为催化剂的收率是91%,实施例7使用CuI作为催化剂的收率是91%,实施例10使用Cu(OH)TMEDAl2Cl2作为催化剂的收率是90%,但由于CuI产生的废液呈蓝色,废液不好处理,而Cu(OH)TMEDAl2Cl2价格太贵,所以催化剂优先选择碘化钾。
综上,本发明的合成方法以L-赖氨酸为起始物料,采用Boc保护N6氨基,避免使用昂贵的钯试剂,整体成本低,还避免反应过程使用危险的高压釜,反应过程更加安全;该合成方法三步完成,操作简便,N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸产品收率高,更适合工业化生产;步骤S3加入纯水,也能高效的脱除Boc保护基。
以上实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点,并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解,在不脱离本发明的范围情况下,对本发明进行的各种改变或同等替换,均属于本发明保护的范围。
Claims (6)
1.一种N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸合成方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、L-赖氨酸通过铜离子螯合,引入Boc保护N6,得到双[N6-[(1,1-二甲基乙氧基)羰基]-L-赖氨酸-KN2,KO1]铜;再脱除铜离子,得到N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸;
S2、N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸在碱溶液中N2氨基和两分子卤代乙酸或其盐在碘化钾催化剂反应下制备N2,N2双(羧甲基)-N6-[(1,1-二甲基乙氧基)羰基]-L-赖氨酸;
S3、N2,N2双(羧甲基)-N6-[(1,1-二甲基乙氧基)羰基]-L-赖氨酸再通过纯水加热的方式脱除Boc保护基,结晶得到目标产物;
反应过程如下:
。
2.根据权利要求1所述的N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸合成方法,其特征在于,步骤S1:容器中加入L-赖氨酸、水,搅拌下加入硫酸铜,室温搅拌若干小时,加入丙酮、Boc2o、碱,室温搅拌反应过夜,有大量蓝色固体析出,过滤后将蓝色固体加入水中,再加入硫化钠,有大量黑色固体析出,过滤除去固体,收集滤液,滤液直接进入下一步骤,或者调pH至中性,降温析出固体,得到N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸。
3.根据权利要求2所述的N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸合成方法,其特征在于,步骤S2:将N6-(叔丁氧基羰基)-L-赖氨酸或步骤S1收集的滤液加至碱溶液中,搅拌溶清加入卤代乙酸或其盐,再加入碘化钾室温下搅拌反应若干小时,反应过程中保持体系pH为10-11;反应完毕体系降温至0℃-5℃,加入乙酸乙酯,滴加盐酸调pH值至1.5-2.5,滴加过程保持温度不超过15℃,滴毕分层萃取,元明粉干燥,浓缩至干,得到白色固体,烘干。
4.根据权利要求1所述的N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸合成方法,其特征在于,步骤S3:容器中加入乙酸乙酯氯化氢溶液,搅拌下加入N2,N2双(羧甲基)-N6-[(1,1-二甲基乙氧基)羰基]-L-赖氨酸,搅拌反应过夜,有固体析出,过滤,收集固体真空烘干后加入纯水中,搅拌下加入氢氧化钠,控制内温至50℃-65℃,体系溶清搅拌若干小时,再降温至0℃-25℃,搅拌若干小时析出大量固体,过滤,纯水冲洗,烘干得到产物。
5.根据权利要求3所述的N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸合成方法,其特征在于,步骤S2中,N2氨基反应时,使用的碱为碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钾、碳酸钾、氢氧化钾、三乙胺、二异丙基乙胺中的一种或多种。
6.根据权利要求3所述的N,N-双(羧甲基)-L-赖氨酸合成方法,其特征在于,步骤S2中,N2氨基上羧甲基时,采用溴乙酸、氯乙酸、溴乙酸钠、氯乙酸钠、溴乙酸钾、氯乙酸钾中的一种或几种。
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