王宗君,胡文祥,張良軍
(1.廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西 南寧 530001;2.軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院,北京 100850)
二苯羥乙酸糖酯酶促合成研究*
王宗君1,胡文祥2,張良軍1
(1.廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西 南寧 530001;2.軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院,北京 100850)
二苯羥乙酸衍生物及糖類化合物分別具有重要的生理功能,二苯羥乙酸糖酯有可能同樣具有一定的生理價(jià)值。著重對(duì)這類化合物的酶促合成進(jìn)行探討,選擇定位合成二苯羥乙酸糖酯,收率達(dá)26%。
二苯羥乙酸糖酯;酶促合成;選擇定位
二苯羥乙酸酯類化合物多數(shù)具有重要的生理功能,其在軍事和民用上的重要運(yùn)用已得到廣泛認(rèn)同。例如,美國研究的抗膽堿能藥物二苯羥乙酸-3-奎寧酯(QNB)具有很強(qiáng)的擬精神作用,曾用作新型化學(xué)戰(zhàn)劑—失能劑,二苯羥乙酸-2-(二乙胺基)-乙酯的鹽酸鹽(Bewactyzine)是治療胃絞痛良藥之一[1]。糖類與多羥基環(huán)已烷類衍生物1,4-順-二羥基(一個(gè)α鍵,一個(gè)ε鍵)兩氧相距0.455 nm,與煙堿中兩個(gè)氧相距0.45 nm接近,這是該類化合物具有抗N樣膽堿作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[2],二苯羥乙酸與糖類化合物形成的糖酯有可能同樣具有一定的生理價(jià)值,為此,本文旨在探討二苯羥乙酸糖酯的合成。傳統(tǒng)的糖酯合成方法,一般都需要反復(fù)地保護(hù)羥基、糖苷化、脫保護(hù)等操作,合成步驟多,路線長,分離和提純十分繁瑣和困難,近10年,酶促合成(Enzyrnatic Synthesis)糖酯是無保護(hù)基糖酯合成最有前途方法之一[3-4]。
1.1 儀器與試劑
儀器:紅外光譜 [FT-IR-408,KBr涂片],1H-NMR[JNM-GX400,(CD3)2CO 作溶劑],質(zhì)譜[MAT-711 型]。
試劑:葡萄糖、D-果糖、乳糖為分析純?cè)噭?,其余為化學(xué)純?cè)噭?,水為蒸餾水,脂肪酶(中國科學(xué)院上海生物化學(xué)研究所,酶比活力>3 000 U/g),二苯羥乙酸三氯乙醇酯(軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院)。
1.2 二苯羥乙酸甲酯的合成
二苯羥乙酸甲酯合成反應(yīng)式:
將11.412g(0.05 mol)二苯羥乙酸,89 mL無水甲醇,置于250 mL三口燒瓶中,攪拌加熱至45℃,開始滴加濃H2SO4,回流8 h,減壓蒸餾除去甲醇(<70℃),所得物冰浴冷卻稀釋,20%Na2CO3堿化至pH=9,分出有機(jī)相和水相,水相經(jīng)乙醚提取,合并有機(jī)相,水洗、無水硫酸鎂干燥、真空濃縮,得白色顆粒狀晶體,產(chǎn)率68.6%,mp67.7℃。元素分析(C15H14O3),計(jì)算值(%):C 74.37,H 5.82;實(shí)測值(%)
1.3 二苯羥乙酸甲酯與葡萄糖酶促反應(yīng)
在裝有溫度計(jì),帶CaCl2干燥管的回流冷凝管100 mL三口圓底燒瓶中加入3.63 g(0.015 mol)二苯羥乙酸甲酯、6.48 g(0.036 mol)葡萄糖、3g活性酶A、50 mL無水吡啶作溶劑,用適量分子篩脫水、脫醇,油浴控溫50℃,攪拌80 h,抽濾、減蒸得紅褐色粘稠液體、經(jīng)水洗,二甲苯洗滌(二甲苯可微熱)、柱層析得淡黃色粘稠糖漿體。元素分析(C20H22O8),計(jì)算值(%):C 61.53,H 5.68;實(shí)測值(%):C 61.46,H 5.63。IR,(σ/cm-1,漫反射法):3 388.6(νS,寬,締合 OH),1 720.4(m,C=O,雜質(zhì)),1 622.0(νs,C=O),1 500,1 470(苯環(huán)骨架振動(dòng))。Ms(FAB,m/z):391(M+1),373(M-OH 10%),211((C6H5)2C(OH)CO+,100%)。
1.4 二苯羥乙酸三氯乙醇酯與D-果糖酶促反應(yīng)
二苯羥乙酸三氯乙醇酯與D-果糖酶促反應(yīng)式:
將5.71 g(15.88 mmol)二苯羥乙酸三氯乙醇酯,5.79 g(32.2 mmol)D- 果糖,2 g活性酶 A,50 mL無水吡啶,適量分子篩置于100 mL三口圓底燒瓶中,控溫50℃,磁力攪拌80 h,抽濾、洗滌(水洗2次,后用二甲苯洗滌),柱層析純化得紅棕色粘稠體。元素分析(C20H22O8),計(jì)算值(%):C 61.53,H 5.68;實(shí)測值(%):C 61.39,H 5.56。IR,(σ/cm-1,漫反射法):3 450.0(VS,寬,締合 OH),1 700.4(W,C=O,雜質(zhì))1 630.2(Vs,C=O),1 500,1 460(苯環(huán)骨架振動(dòng)),Ms(FAB,m/z):391(M+1),3 73(M-OH 58%),105
1.5 二苯羥乙酸甲酯與(+)—乳糖酶促反應(yīng)
在100 mL三口圓底燒瓶中加入3.64 g(0.015 mol)二苯羥乙酸甲酯,10.27 g(0.03 mol)(+)—乳糖,50 mL無水吡啶,3 g活性酶B,適量分子篩脫水、脫醇,控溫50℃,攪拌回流80 h,抽濾,濃縮得紅棕色粘稠體。柱層析純化,薄層分析。
2.1 二苯羥乙酸甲酯合成
本實(shí)驗(yàn)采用Fischer酯化法,根據(jù)相平衡濃度和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理,采用甲醇過量,并控制適當(dāng)?shù)牡渭铀俣群秃銣貤l件,充分考慮催化酶活性因素。因反應(yīng)中有水生成,保持反應(yīng)的無水體系也相當(dāng)重要,通常加入一些脫水劑(分子篩)或通過蒸除去水的方法來保持體系無水。微波在有機(jī)合成方面文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)頗多,利用其已成功地完成了Diels-Alder反應(yīng)、Claisen反應(yīng),重排、成環(huán)、碳烯反應(yīng)等,也有資料表明,超聲波技術(shù)也成功地運(yùn)用到了有機(jī)合成當(dāng)中,并且實(shí)現(xiàn)了固相化學(xué)反應(yīng),對(duì)于中間體的合成,實(shí)驗(yàn)當(dāng)中比較了上述3種方法,結(jié)果如表1所示。
表1結(jié)果表明,3種合成方法均能得到較理想的收率,超聲波、微波在有機(jī)合成過程中可以提高反應(yīng)速度,縮短反應(yīng)時(shí)間,耗能少,污染輕,更適合自動(dòng)化操作。
2.2 酶促反應(yīng)(Enzymatic Synthesis)結(jié)果分析
糖酯合成,一般要首先保護(hù)部分羥基,再糖苷化,脫保護(hù)基,分離提純過程非常繁雜,酶是具有高度不對(duì)稱性和生物活性的蛋白質(zhì),在催化時(shí)表現(xiàn)出專一性、選擇性和高效性。實(shí)驗(yàn)過程中,運(yùn)用酶的催化活性,選擇定位合成二苯羥乙酸單糖酯和雙糖酯。實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果見表2。
表1 二苯羥乙酸甲酯合成方法及結(jié)果Table 1 Synthetic methods and results of benzilic acid methyl ester
表2結(jié)果表明,酶促條件下,活化酯與糖的酯交換反應(yīng)是可以實(shí)現(xiàn)的,三氯乙醇酯的活性比甲酯高,單糖酯比雙糖酯的酯交換能力強(qiáng)。這是因?yàn)椤狾CH2CCl3比—OCH3結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,電負(fù)性高,更易離去,易被親核基團(tuán)所取代;二糖是單糖的二聚體,相對(duì)而言,空間位阻大,醇羥基極化效應(yīng)趨同,選擇定位性下降。
2.3 糖酯后處理
所得的粗產(chǎn)品為很粘稠的糖漿體,且伴著有色物。常規(guī)的萃取、蒸餾、重結(jié)晶等分離方法在純化糖酯方面有很大的困難,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),采用水相和有機(jī)相(乙醚)同時(shí)溶解混合物,將所得的有機(jī)相水洗除去未反應(yīng)的糖,二甲苯微熱洗滌除去未反應(yīng)的活化酯。然后,經(jīng)濃縮和高效分離手段——柱層析,分離效率可達(dá)90%以上。
(1)在合成二苯羥乙酸甲酯過程中,采用了傳統(tǒng)的Fischer法和現(xiàn)代合成技術(shù)——微波催化和超聲波催化,均得到了可觀的產(chǎn)率,后兩者在時(shí)間和操作方面具有大的優(yōu)勢。
表2 糖酯酶促合成方法及結(jié)果Table 2 Synthetic methods and results of sugar esters of benzilic acid
(2)在合成活化酯中間體的基礎(chǔ)上,探索了活化酯與糖類進(jìn)行酯交換酶促反應(yīng)條件,這種合成方法比傳統(tǒng)糖酯合成方法簡便,易操作,產(chǎn)率要高。
[1]Nishikawar,et al.Facil enzymatic preparation of monoacylated sugars inpyridine[J].Chen Pharm Bull,1992(24):387.
[2]胡文祥,惲榴紅.抗膽堿能藥物抗N樣作用的分子藥理學(xué)研究[J].科學(xué)通報(bào),1984,39(1):79-81.
[3]曹淑桂.有機(jī)溶劑中酶催化研究的新進(jìn)展[J].化學(xué)通報(bào),1995(3):5-13.
[4]Therisod M,Klibanov Am.Regioselectiveacylation of secondary hydroxyl groups in sugars catalyzed by lipase in organic solvents[J].J Am Chem Soc,1987(109):3977-3981.
Study on Enzymatic Synthesis of Sugar Esters of Benzilic Acid
WANG Zong-jun1,HU Wen-xiang2,ZHANG Liang-jun1
(1.Guangxi Vocational& Technical Institute of Industry,Guangxi Nanning 530001,China;2.Academy of Military Medical Sciences,Beijing 100850,China)
The derivatives of benzilic acid and fructose are significan in life sciences.Carbohdrate molecules represent a particularly challenging target for regioselective modifications due to their multitive hydroxyl groups.The l-fructopyranosyl benzilate was synthesized by enzyme-catalyzed regioselective etherification of fructose and actived esters of diphenyl glycolic acid in anhydrous pyridine with porcine pancreatic lipase.The yield of the product was 26%.
Sugar Esters of Benzilic Acid;Enzymatic Synthesis;Regioselective
TQ464.1
A
1671-0460(2010)01-0017-03
2010-02-03
王宗君(1972-),男,湖南祁東人,講師,工程師,碩士,2007年畢業(yè)于廣西大學(xué)化工工藝專業(yè),從事有機(jī)物合成方向的研究。E-mail:gxwzj@china.com.cn。