谷氨酸中氨基的保護(hù)方法探究

王全忠，王筠，王小光

（周口師范學(xué)院化學(xué)系，河南 周口 466000）

由于氨基酸具有特殊的官能團(tuán)，往往其在參與反應(yīng)的過程中各個(gè)基團(tuán)之間會(huì)影響反應(yīng)，特別是氨基。馬來酸酐(MA)是一種環(huán)狀酸酐，性能穩(wěn)定，與谷氨酸(Glu)在堿性條件下以丙酮為溶劑反應(yīng)可以生成N-谷氨酸馬來酰胺，有較高的收率，產(chǎn)品純度也比較高，所以是一種很好的氨基保護(hù)劑[1]。二碳酸二叔丁酯(Boc)含有兩個(gè)叔丁基，有較大的空間位阻，在有機(jī)合成中以它作保護(hù)劑可以充分發(fā)揮空間位阻的作用減少副反應(yīng)的發(fā)生[2]。本文通過查閱大量文獻(xiàn)，進(jìn)一步優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)條件，并對(duì)反應(yīng)溫度、原料配比進(jìn)一步探究，在控制其它條件不變的條件下，改變其中一種條件制得多組產(chǎn)物[3]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和藥品

磁力加熱攪拌器；循環(huán)水真空泵；MA；Boc；L-谷氨酸；丙酮；四氫呋喃。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

方法1：準(zhǔn)確稱取Glu置于三口瓶中，加入4.0 g NaOH(0.1 mo1)和15 mL蒸餾水，攪拌至全部溶解，并加入15 mL丙酮，在一定溫度下逐滴加入MA丙酮溶液和NaOH水溶液，滴加時(shí)間約1 h，滴加完畢，繼續(xù)攪拌3～5 h結(jié)束。反應(yīng)混和物靜止分層，向下層懸濁液中滴加6 mol·L-1的鹽酸約50 mL，攪拌，懸濁液由透明液變?yōu)榘咨恋?，減壓抽濾。用乙醚甲醇混和溶劑重結(jié)晶，干燥得白色產(chǎn)品。

方法2:準(zhǔn)確稱取Glu、Boc于三口瓶中，NaOH 2g(0.05mol)，溶于50mL四氫呋喃-水(1:1)。投料完畢，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)32h，反應(yīng)中不斷用1mol/L的NaOH調(diào)節(jié)pH=8～9。反應(yīng)完畢加50mL水稀釋，減壓蒸除有機(jī)溶劑，石油醚提取3次（每次用量50mL，下同），水層用1mol/L的鹽酸調(diào) pH=2，乙酸乙酯提取3次，合并乙酸乙酯，用1mol/L的鹽酸洗滌3次，水洗滌3次，飽和食鹽水洗滌3次，無水硫酸鈉干燥，減壓蒸出乙酸乙酯得油狀物，加適量石油醚研磨得固體產(chǎn)物。

1.3 反應(yīng)條件探索

1.3.1 最佳反應(yīng)溫度的探究

以一定的原料配比在相同的實(shí)驗(yàn)條件下反應(yīng)，通過選擇不同的反應(yīng)溫度制的一系列產(chǎn)品，通過計(jì)算得到了如下表（表1、2）的五組數(shù)據(jù)。

表1 Glu與MA在不同反應(yīng)溫度下產(chǎn)物的產(chǎn)率

表2 Glu與Boc在不同反應(yīng)溫度下產(chǎn)物的產(chǎn)率

從表1、2可以看出谷氨酸與馬來酸酐反應(yīng)溫度為10℃時(shí)產(chǎn)物的產(chǎn)率最高，谷氨酸與Boc酸酐反應(yīng)溫度為20℃時(shí)產(chǎn)物的產(chǎn)率最高。溫度太高或者太低都會(huì)影響到產(chǎn)物的產(chǎn)率。有機(jī)反應(yīng)中影響產(chǎn)率的最大因素是反應(yīng)時(shí)間，如果反應(yīng)時(shí)間足夠長一般都能達(dá)到可觀的產(chǎn)率。溫度越高反應(yīng)速率越快，所需反應(yīng)時(shí)間越短，理應(yīng)達(dá)到越高的產(chǎn)率。但是，溫度太高顯然對(duì)酰胺鍵的穩(wěn)定性有所影響，所以溫度太高產(chǎn)率反而會(huì)下降。溫度太低時(shí)酰胺鍵穩(wěn)定性高，但是要想達(dá)到很高的產(chǎn)率必須有足夠長的反應(yīng)時(shí)間，從而進(jìn)一步減少副反應(yīng)的發(fā)生。

1.3.2 最佳原料配比的探究

我們已經(jīng)探索出了最佳的反應(yīng)溫度，在最佳的反應(yīng)溫度條件下以不同的反應(yīng)單體物質(zhì)的量比在相同的反應(yīng)條件下進(jìn)行反應(yīng)，得到了如下表的一系列數(shù)據(jù)。

表3 Glu與MA在不同配比下產(chǎn)物的產(chǎn)率

表4 Glu與Boc在不同配比下產(chǎn)物的產(chǎn)率

所得數(shù)據(jù)是根據(jù)未過量反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物計(jì)算而得，由表3、4可知，谷氨酸與馬來酸酐最佳配比為1:1.17時(shí)產(chǎn)物的產(chǎn)率最高，谷氨酸與Boc最佳配比為1:1.16時(shí)產(chǎn)物的產(chǎn)率最高。當(dāng)酸酐不足量時(shí)產(chǎn)率較低，可知在反應(yīng)中應(yīng)加入過量的酸酐，反應(yīng)的產(chǎn)率隨酸酐量的增加而升高，當(dāng)酸酐的量達(dá)到一定程度時(shí)，產(chǎn)率增加變緩，雖然超過這個(gè)點(diǎn)繼續(xù)增加酸酐量產(chǎn)率仍會(huì)增加，但增加了原料投入，降低了經(jīng)濟(jì)性。所以最佳的原料配比分別為谷氨酸與馬來酸酐最佳配比為1:1.17，谷氨酸與Boc最佳配比為1:1.16。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外吸收光譜

紅外光譜數(shù)據(jù)用美國尼高力股份有限公司生產(chǎn)的AVATAR360型紅外光譜收集，收集范圍：4000～400 cm-1。

產(chǎn)物的紅外光譜表征結(jié)果如下：

方法 1，產(chǎn)物為白色粉末，mp：148～150℃，IR:ν(cm-1)3400（N—H鍵的伸縮振動(dòng)），3417.25/3111.12（酰胺鍵），1690～1630（酰胺鍵的C==O吸收峰）,2913.88（C—H鍵伸縮振動(dòng)吸收峰）。

方法 2，產(chǎn)物為白色粉末，mp：111～113℃，IR:ν(cm-1)3400（N—H 鍵的伸縮振動(dòng)），3417.25/3111.12（酰胺鍵），1690～1630（酰胺鍵的C==O吸收峰）,2913.88（C—H鍵伸縮振動(dòng)吸收峰）。

2.2 元素分析

采用Vario ELⅢ型元素分析儀對(duì)產(chǎn)物分別進(jìn)行了分析，分析結(jié)果如下表，

表5 化合物的元素分析結(jié)果

從上表可以看出，所測(cè)元素含量與理論值有所偏差，有機(jī)反應(yīng)往往反應(yīng)不完全，伴隨有副反應(yīng)的發(fā)生，提純分離不完全，產(chǎn)物不是100%的純度。由于副反應(yīng)的發(fā)生一部分會(huì)生成環(huán)狀酰亞胺化合物，酰亞胺與酰胺性質(zhì)相似，難以分離，從而導(dǎo)致了理論值與實(shí)際值的偏差。

2.3 熔點(diǎn)測(cè)定

采用X6A型精密顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀測(cè)得N-馬來酰-L-谷氨酸的熔程為148～150℃；BOC-L-谷氨酸的熔程為111～113℃，可以看出產(chǎn)物的熔程較短，與文獻(xiàn)報(bào)道的基本吻合，從而說明了產(chǎn)物的純度相當(dāng)高的。

3 結(jié)論

通過對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的探索說明了酰胺鍵生成的產(chǎn)率已經(jīng)足以顯示一個(gè)保護(hù)劑的保護(hù)效率，實(shí)驗(yàn)中探究出了反應(yīng)最佳溫度為8℃和25℃和反應(yīng)最佳原料配比(MA∶Glu=1.17∶1、Boc∶Glu=1.16∶1)，在最佳條件下反應(yīng)產(chǎn)率在60%以上，足以說明二叔丁基二碳酸酯和馬來酸酐都是很好的氨基保護(hù)劑。

［1］曹名鋒，金映虹，解慧，等.γ-聚谷氨酸的微生物合成、相關(guān)基因及應(yīng)用展望[J].微生物學(xué)通報(bào)，2011，38（3）：388-395.

［2］季濤，趙玉芬.肽合成中官能團(tuán)新型保護(hù)方法的研究[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，8:55-57.

［3］邱傳亮，王德心.氨基二元酸的Boc化研究[J].化學(xué)試劑，2004，26(1)，37-38.