TWI696600B - 用來製備二胺基丁烷的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種從鳥胺酸製備二胺基丁烷的方法，其包含下列步驟：i.製備下列之溶液：(a)鳥胺酸與酸的鹽；及(b)醛或酮或其混合物；此等係在下列之中(c)一溶劑，其中該溶劑包含質子有機溶劑、或雙極性非質子有機溶劑、或其混合物；及ii.將該溶液加熱至溫度高於100℃，因此引發鳥胺酸之去羧基化及二胺基丁烷之形成。

Description

用來製備二胺基丁烷的方法 發明領域
本發明係關於一種從鳥胺酸製備二胺基丁烷的方法。
發明背景
α-胺基酸之去羧基化係一種已知的胺基化合物製造方法。例如，可藉由從鳥胺酸進行酵素性去羧基化來製備二胺基丁烷。典型來說，合適於此方法的酵素昂貴，該方法係在高度稀釋的水溶液中進行及從發酵肉湯分離出二胺基丁烷費力且代價高。再者，首先需從宿主分離出酵素。此方法係例如由J.C.Richards等人在”The stereochemistry of the enzymatic decarboxylation of L-arganine and of L-ornithine”，Can.J.Chem.，60(22)，2810-2820中描述。此文件描述出一種在水性媒質中，藉由大腸桿菌(E.coli)的L-鳥胺酸脫羧酶(EC 4.1.1.17)催化鳥胺酸之去羧基化來製備二胺基丁烷的方法。該方法在水性媒質中進行，同時分離時使用有機溶劑。
在文獻中描述出數種用於α-胺基酸之去羧基化的程序，諸 如熱去羧基化；使用過氧化物作為觸媒去羧基化；或於酮或醛存在下去羧基化。可藉由在作為溶劑的二苯基甲烷中加熱色胺酸達成L-或D,L-色胺酸去羧基化成色胺(T.Kametani等人，在Synthesis(1972)，475中及進一步)。在作為溶劑的二苯基甲烷(沸騰溫度264℃)中迴流色胺酸5-20分鐘，接著以乾HCl處理後，可獲得產率93%的色胺‧HCl鹽粗產物。在從乙醇/醋酸乙酯再結晶後，可以產率63%獲得純色胺鹽酸(熔點248-249℃)，如為無色結晶。亦可藉由在氬大氣氛下蒸餾進行α-胺基酸之去羧基化(EP 1527776)。在此方式中，藉由(2S,3R)-3-羥基吡咯啶-2-羧酸之熱去羧基化以產率72%獲得(R)-3-羥基-吡咯啶。於作為觸媒的有機過氧化物存在下加速該α-胺基酸於惰性媒質中熱去羧基化(G.Chatelus，Bulletin de la Societé Chimique de France(1964)，10，2523-32；S.Kanao，在Yakugaku Zasshi(1947)，67，243-244中；及Ajinomoto Co在Yakugaku Zasshi(1964)，84，1014-16中)。例如，L-白胺酸係藉由於作為觸媒的過氧化四氫萘存在下，在四氫萘中加熱去羧基化成異戊胺。依所使用的四氫萘之純度而定，可獲得產率80-95%的異戊胺。α-胺基酸與一或多當量的酮或醛加熱產生與該胺基酸相應的胺。
A.F.Al-Sayyab等人(J.Chem.Soc.(C)(1968)，406-410)描述出α-胺基酸於等莫耳量的(環經取代)乙醯苯類或二苯基酮類存在下之 去羧基化/胺基轉移。但是，除了去羧基化外，可發生胺基轉移而造成酮類形成。
G.Chatelus(Bulletin de la Societé Chimique de France(1965)，4，929-933)描述出α-胺基酸藉由與過量酮或醛反應之去羧基化。例如，白胺酸與過量(5.56莫耳當量)二戊基酮在155℃下反應，接著酸性水解導致形成異戊胺的HCl鹽。使用一或多當量的酮或醛之缺點為形成該胺的Schiff’s鹼，其必需在酸性條件下水解而產生該胺鹽的水溶液，必需在中和後從此溶液分離出該胺(例如，藉由萃取)。
同樣地，S.Wallbaum等人在Synthetic Communications，24(10)，1381-1387(1994)中描述出α-胺基酸藉由與過量酮或醛在高沸騰溶劑中反應去羧基化。該α-胺基酸有例如L-酥胺酸(2S,3R)-1、L-羥基脯胺酸(2S,4R)-2及雙環脯胺酸類似物(1R,3R,5R)-5。所使用的觸媒為2-環己烯-1-酮及使用二醇醚作為溶劑，更特別的是，使用四甘醇二甲基醚及在170℃下進行去羧基化。
專利申請案JP 2014 169230A描述出一種從具有胺烷基的胺基酸例如離胺酸或鳥胺酸製備伸烷基聚胺的方法，其係藉由在160-300℃下係液體狀態的環酮存在下，於160-300℃下進行去羧基化反應。在此全部實施例中皆使用離胺酸。
因此，在高沸騰溶劑中，選擇性於催化量的酮或醛存在下 熱執行去羧基化之程序(如由下列文獻描述出：S.Takano等人，Heterocycles(1977)，6(8)，1167-1171；K.Rossen等人，Synthetic Communications(1993)，23(8)，1071-74；H.Mitsunori，等人，Chemistry Letters(1986)，893-896；S.Wallbaum等人，Synthetic Communications(1994)，24(10)，1381-7；ref.8-11)及專利申請案JP 2014 169230A對用於商業規模製造更具吸引力，因為該胺係直接在有機溶劑中獲得，其可例如藉由蒸餾與此溶劑分離。例如，離胺酸與催化量的2-環己烯-1-酮在作為溶劑的環己醇(沸點160-161℃)中反應導致以高產率形成1,5-二胺基戊烷，其可藉由蒸餾回收/純化。因此，已預計若使用鳥胺酸作為起始材料執行類似反應時，此將導致形成1,4-二胺基丁烷。
發明概要
本發明家已測試數種選擇，但是已發現並無發生反應或發生嚴重的側反應而導致閉環產物取代想要的1,4-二胺基丁烷。
因此，本發明的目標為提供一種從鳥胺酸製備二胺基丁烷的方法，其有效及產生好的產率而沒有許多側產物。
此目標已經使用根據本發明之方法達成，其包括下列步驟： i.製備下列之溶液：(a)鳥胺酸與酸之鹽；及(b)醛或酮或其混合物；此等係在下列之中(c)一溶劑，其中該溶劑包括質子有機溶劑、或雙極性非質子有機溶劑、或其混合物；及ii.將該溶液加熱至溫度高於100℃，因此引起鳥胺酸去羧基化及形成二胺基丁烷。
根據本發明之方法包括在質子有機溶劑或雙極性非質子有機溶劑中或在其混合物中使用鳥胺酸鹽與醛或酮或其混合物組合，此效應為在相當短的時間內達成幾乎定量的鳥胺酸去羧基化及幾乎沒有至無獲得環形成。此係與從鳥胺酸而非從鳥胺酸鹽開始或在非極性溶劑中執行的方法比較。該方法在含有催化量的2-環己烯-1-酮之環己醇中執行，同時從鳥胺酸開始會顯著地產生閉環而非鳥胺酸之去羧基化。與此一道比較，在非極性溶劑諸如二甘醇二甲基醚，亦已知為二甘醇二甲醚中進行相應的方法並無反應發生。
溶劑可依其特徵分類為三種寬廣種類；質子溶劑、極性非質子溶劑及非極性溶劑。
質子溶劑典型為極性。質子溶劑諸如例如水、醇及羧酸具有高極性及係氫鍵供應者。極性非質子溶劑諸如例如酮類、碸類、亞 碸類及腈類無法供應不穩定的氫原子來形成強的氫鍵，但是由於相當大的永久偶極矩而具有中等極性。因此，極性非質子溶劑亦已知為雙極性非質子溶劑。通常來說，此(雙)極性非質子溶劑可與能提供不穩定氫原子的溶劑形成氫鍵。非極性非質子溶劑諸如例如脂肪族、環脂族及芳香烴具有非常低至可忽略的極性，其並非氫鍵供應者及通常不與能提供不穩定氫原子的溶劑形成氫鍵。這些溶劑典型不與水溶混。其實施例有二甘醇二甲醚、己烷、苯、二乙基醚。
在本發明的上下文中，溶劑經了解係一種能在其中溶解另一種物質之物質。典型來說，該使用作為溶劑的物質在該其它物質必需溶解的溫度下係液體。合適地來說，該使用作為溶劑的物質在室溫及大氣壓(即，約0.1MPa)下係液體。
有機溶劑於本文中經了解係一種具有在化學結構中包含至少一個碳原子之化學結構的液體物質。
在本發明的上下文中，質子有機溶劑經了解係一具有氫原子鍵結至氧原子如在羥基中、或鍵結至氮原子如在胺基中的有機溶劑。
在本發明的上下文中，雙極性非質子有機溶劑經了解係一不包括氫原子鍵結至氧或氮原子之有機溶劑，該溶劑擁有足夠高的介電常數以在包含鳥胺酸鹽、醛及/或酮之溶液中引發鳥胺酸鹽與該有 機溶劑的反應。
合適的是，該雙極性非質子有機溶劑具有介電常數至少10，較佳為至少15。該介電常數於本文中經了解係相對介電常數，其係藉由根據ASTM D924-08的方法決定，及在20℃及55赫茲下測量。於本文中，該相對介電常數係從對該物質所測量的實際介電常數除以真空實際介電常數來計算。
在根據本發明的方法中，所使用的質子有機溶劑或雙極性非質子有機溶劑較佳具有沸點至少100℃。更佳的是，該溶劑具有沸點至少125℃，又更佳為至少140℃，或甚至至少150℃，及甚至較好為至少175℃。於本文中，所指出的沸點係在0.1MPa(大氣壓)下測量。
可藉由使用壓力反應器來施加具有沸騰溫度在大氣壓下係低於想要的反應溫度之質子有機溶劑及雙極性非質子有機溶劑，且與高於該沸點的反應溫度組合以允許該反應在較高壓力下發生，因此提高該溶劑開始沸騰的溫度。例如，可使用此壓力反應器來施加具有沸騰溫度低於140℃的溶劑且與高於140℃的反應溫度組合。同樣地，可施加高於250℃的高溫。於此，亦因為大部分溶劑具有較低的沸騰溫度，在許多情況中將需要使用壓力反應器。亦可使用壓力反應器與具有沸騰溫度在140-250℃的範圍內之溶劑組合，以提高該溶劑開始沸騰的溫度因此允許較高的高溫以加速反應。
使用具有高沸點的溶劑如DMSO或苄醇二者可獲得短的完成去羧基化之反應時間而不需要使用壓力反應器。
合適的雙極性非質子有機溶劑有例如二甲基甲醯胺(DMF)、二甲基亞碸(DMSO)、乙腈或二甲基乙醯胺。合適的質子有機溶劑有醇類，例如，C1-C12醇，諸如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、癸醇及雙醇及三醇。其實施例包括1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、三級丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、1-己醇、2-己醇、3-己醇、環己醇、1-庚醇、1-辛醇、2-辛醇、苄醇、二甘醇、乙二醇及甘油。其它合適的質子溶劑包括酸類、胺類及胺基醇。其實施例包括醋酸及2-胺基乙醇。較佳的是，該質子溶劑係醇。
該質子有機溶劑及雙極性非質子有機溶劑亦可以不同質子有機溶劑及/或不同雙極性非質子溶劑之混合物使用，其前提為它們可溶混。
該溶劑混合物較佳具有沸點至少100℃，更佳為至少150℃及甚至較好為至少175℃。
最佳的是，該質子或雙極性非質子有機溶劑係DMSO、苄醇或環己醇、或其混合物。
在根據本發明的方法中，該去羧基化步驟係在高溫下發生。實際上，將該溶液保持在該高溫下一段足夠長的時間以獲得鳥胺酸之 完全去羧基化。
合適的是，此高溫係在140-250℃的範圍內，及較佳為在160-220℃的範圍內，及最佳為在180-210℃的範圍內。雖然可施加低於140℃的高溫，此係較少實行，因為此將獲得較長的反應時間。較高的反應溫度通常導致較短的反應時間。
在20-25℃下具有不同沸騰溫度及介電常數(相對介電常數)的溶劑之綜述係顯示在表1中，如由David R.Lide在CRC Handbook of Chemistry and Physics，CRC press，74th edition，1993-1994中及由George W Gokel在Dean’s Handbook of Organic Chemistry，2nd edition，McGraw-Hill，2004中報導。
Figure 105108104-A0202-12-0009-1
Figure 105108104-A0202-12-0010-2
Figure 105108104-A0202-12-0010-4
Figure 105108104-A0202-12-0011-5
可藉由將鳥胺酸與酸的鹽溶解於該溶劑中來製備在步驟(i)中之鹽溶液。此需要首先製備該鹽。在根據本發明的方法之較佳具體實例中，藉由將鳥胺酸及酸溶解在該溶劑中就地製備在步驟(i)中的鹽溶液。
對在該鹽中的酸來說，原則上可使用可與鳥胺酸形成鹽的任何酸。較佳的是，在根據本發明之方法中使用於鳥胺酸的鹽之酸係選自於由下列所組成之群的強酸：溴化氫、氯化氫、硫酸氫鹽、磷酸氫鹽及硝酸。更佳的是，所使用的酸係氯化氫及該鹽係鳥胺酸與氯化氫的鹽。
可在步驟(ii)後，使用比1,4-二胺基丁烷強的胺合適地從所形成之反應混合物中移除在根據本發明的方法中所使用之酸。該較強的二胺可係例如三級胺。合適的實施例係三乙胺。該較強的胺必需在去羧基化完成後加入。若在去羧基化步驟前或期間將該三級胺加入至溶液，除了去羧基化外，亦將發生閉環反應而導致諸如6-胺基哌啶-2-酮之側產物。
對醛或酮來說，使用在該反應條件下對DAB呈惰性的醛或酮係合適的。合適的醛實施例有對-甲氧基苯甲醛、丙醛、苯甲醛、 鄰-羥基苯醛、糠醛、吡啶-2-甲醛、吡啶-3-甲醛。合適的酮之實施例有2-環己烯-1-酮、丙酮、2-丁酮、3,3-二甲基-2-丁酮、乙醯丙酮、3-戊酮、乙醯苯、鄰-羥基乙醯苯、二苯基酮、鄰-羥基二苯基酮、2,2’-二羥基二苯基酮、安息香、α-四氫萘酮及環己酮。
在根據本發明的方法中，該醛及酮作用為用於去羧基化的觸媒。雖然這些組分可以與該鳥胺酸鹽等莫耳或約等莫耳的量，或甚至於過量呈現而在鳥胺酸之去羧基化及二胺基丁烷的形成上沒有負面效應，該醛或酮或其組合僅需要以催化量存在。合適的是，該量係在1-50莫耳%的範圍內，較佳為在1-30莫耳%的範圍內，又更佳為5-20莫耳%。於本文中，該莫耳%係相對於該鳥胺酸鹽之莫耳量。
同樣地，該鳥胺酸鹽及相應地醛或酮在該溶液中的濃度可寬廣地改變。合適的是，該鳥胺酸鹽的濃度係在2-50重量%的範圍內，例如5-20重量%，及已顯示出濃度約10重量%提供好的結果。對去羧基化反應來說，濃度不視為關鍵，及可使用較低濃度或較高濃度。於本文中，該重量百分比(重量%)係相對於該溶液之總重量。
使用於該方法的溶劑包含極性溶劑。於本文中，該極性溶劑係質子有機溶劑、或雙極性非質子有機溶劑、或其混合物。次於該極性溶劑，該溶劑可包含非極性溶劑，其前提為存在有足夠量的極性溶劑以引發在該鳥胺酸鹽溶液中的鳥胺酸之去羧基化反應。
在該反應完成後，可遵循例行的方法操作來分離該二胺基丁烷與該反應混合物。例如，首先使用三級胺從該反應混合物合適地移除該酸，因此形成一鹽，將其從在該溶液中的液體組分過濾出。可例如藉由蒸餾來分離該二胺基丁烷與其它組分，即，溶劑及醛及/或酮。合適的是，該極性溶劑，即，質子有機溶劑或雙極性非質子有機溶劑或其混合物係以相對於該溶劑的總重量至少50重量%之量呈現，較佳為至少75重量%。甚至更佳的是，該量係至少90重量%。合適的是，相對於該溶劑的總重量，該量係100重量%。
較佳實施例之詳細說明
本發明進一步以下列實施例及比較性實驗闡明。
實驗
將一定量鳥胺酸與氯化氫的鹽稱重進裝備有迴流冷卻器之小反應容器中，加入溶劑液份及小量的醛或酮。在大氣壓下加熱所產生的溶液及保持在該溶劑之迴流下。遵循薄層色層分析法進行鳥胺酸去羧基化之轉換。藉由薄層色層分析法及參考樣品證實二胺基丁烷之形成及因為閉環反應的側產物之存在或缺乏。
在該實驗中所使用的溶劑及其某些性質係列在下列表3及4中。在多個實驗中的組分及其量和反應條件及所獲得的結果已經收集在表5中。
Figure 105108104-A0202-12-0014-6
Figure 105108104-A0202-12-0014-7
結果顯示出使用具有足夠極性的溶劑獲得好的轉換，與相對非極性溶劑如二甘醇二甲醚比較。同樣地，加入三乙醇胺並未幫助催化想要的反應。
Figure 105108104-A0202-12-0015-8

Claims (13)

  1. 一種從鳥胺酸製備二胺基丁烷的方法，其包含下列步驟：i.製備下列之溶液：(a)鳥胺酸與一酸的鹽；及(b)醛或酮或其混合物；其等係在下列之中(c)一溶劑，其中該溶劑包含質子有機溶劑、或雙極性非質子有機溶劑、或其混合物；及ii.將該溶液加熱至高於100℃之溫度，從而引發鳥胺酸之去羧基化及二胺基丁烷之形成；其中，該質子有機溶劑係選自於由下列所組成之群：醇類、酸類、胺類及胺基醇，且該雙極性非質子有機溶劑係選自於由下列所組成之群：二甲基甲醯胺、二甲基亞碸、乙腈及二甲基乙醯胺。
  2. 如請求項1之方法，其中該鳥胺酸鹽係一種由鳥胺酸與一選自於由下列所組成之群的酸之鹽：溴化氫、氯化氫、硫酸氫根、磷酸氫根及硝酸。
  3. 如請求項2之方法，其中在步驟(i)中，該鹽溶液係藉由將鳥胺酸及酸溶解在該溶劑中製備。
  4. 如請求項1或2之方法，其中相對於該溶劑之總重量，該溶劑包含至少50重量%含量的該質子有機溶劑、或該雙極性非質子有機溶劑、或其混合物。
  5. 如請求項1或2之方法，其中在0.1MPa下測量，該溶劑具有至少150℃之沸騰溫度。
  6. 如請求項1或2之方法，其中在步驟(ii)中，將該溶液加熱至溫度在140-250℃的範圍內。
  7. 如請求項1或2之方法，其中根據ASTM D924的方法在20℃下決定，該雙極性非質子有機溶劑具有至少10之介電常數。
  8. 如請求項1或2之方法，其中該質子有機溶劑係醇。
  9. 如請求項1或2之方法，其中該質子有機溶劑或雙極性非質子有機溶劑包含DMSO、苄醇、或環己醇、或其任何混合物。
  10. 如請求項1或2之方法，其中該醛係對-甲氧基苯甲醛。
  11. 如請求項1或2之方法，其中該酮係2-環己烯酮(cyclohexenon)。
  12. 如請求項1或2之方法，其中相對於該鳥胺酸鹽的莫耳量，該醛或酮或其混合物(b)係以0.01-0.50莫耳%之含量範圍存在於該溶液中。
  13. 如請求項1或2之方法，其中相對於該溶液的總重量，該鳥胺酸與酸的鹽(a)係以2-50重量%之含量範圍存在。
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James C. Richards,et al."The stereochemistry of the enzymic decarboxylation of L-arginine and of L-ornithine.", Canadian Journal of Chemistry, 1982, 60(22): 2810-2820.
James C. Richards,et al."The stereochemistry of the enzymic decarboxylation of L-arginine and of L-ornithine.", Canadian Journal of Chemistry, 1982, 60(22): 2810-2820. Hashimoto M,et al." A novel decarboxylation ofα-amino acids.a facile method of decarboxylation by the use of 2-cyclohexen-1-one as a catalyst.", Chemistry Lerrers, 1986, 15(6): 893-896. *

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