N-叔丁氧羰基-L-天冬氨酸-β-芐酯的合成

鐘 飛，黨明珠

（1.荊州理工職業(yè)學(xué)院化學(xué)工程系，湖北 荊州 434000；2.沙市第一中學(xué)，湖北 荊州 434000）

L-天冬氨酸是重要的酸性氨基酸之一，在人體、動物、植物及微生物中都有廣泛分布，在食品、醫(yī)藥、美容、化工、材料等方面也具有非常重要的用途，特別是保護(hù)天冬氨酸是合成多肽藥物及食品添加劑的重要中間體[1-3]。本文以廉價的L-天冬氨酸為原料，經(jīng)兩步合成，具體介紹了N-叔丁氧羰基-L-天冬氨酸-β-芐酯的合成方法，其合成路線如下。.

圖1 N-叔丁氧羰基-L-天冬氨酸-β-芐酯的合成路線

文獻(xiàn)[4]報道了N-叔丁氧羰基-L-天冬氨酸-β-芐酯的對映異構(gòu)體N-叔丁氧羰基-D-天冬氨酸-β-芐酯的合成，第一步用芐基保護(hù)D-天冬氨酸的β-羧基，第二步用Boc保護(hù)氨基。根據(jù)文獻(xiàn)[4]報道的合成方法，第一步將D-天冬氨酸與芐醇1∶1混合，在70℃條件下用濃H2SO4催化回流4h，然后用NaHCO3溶液中和析出固體，重結(jié)晶純化后收率為17%；第二步采用四氫呋喃-水的混合溶劑，收率為83%，總收率為14%。本文對上述反應(yīng)條件進(jìn)一步優(yōu)化，第一步使芐醇大大過量，其量約為L-天冬氨酸的10倍左右，在常溫下緩慢反應(yīng)24h，可使收率提高到65%；第二步采用3種不同的堿，3種不同的溶劑體系，當(dāng)用有機(jī)堿Et3N和1,4-二氧六環(huán)- 水作溶劑時，收率可達(dá)到89%，總收率達(dá)到了58%。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑與儀器

試劑：L-天冬氨酸（A.R），二碳酸二叔丁酯（A.R），苯甲醇（A.R），其余試劑均為市售的化學(xué)純或分析純產(chǎn)品。

儀器：1H-NMR用Brucker-300型核磁共振儀測定；質(zhì)譜用Waters-4000型質(zhì)譜儀測定；13C-NMR用Brucker-400型核磁共振儀測定；Nicolet MX-1型紅外光譜儀；比旋光度用Polarimeter model 343型自動旋光儀；WRS-1B 數(shù)字熔點儀，溫度計未經(jīng)校正。

1.2 實驗步驟

1.2.1 L-天冬氨酸-β-芐酯的制備[5-6]

于150mL的圓底燒瓶中加入乙醚20 mL，然后緩慢加入2mL 98%濃H2SO4，再加入20mL芐醇，真空條件下旋去乙醚，邊攪拌邊加入2.68g L-Asp，繼續(xù)攪拌至溶液變澄清，所得反應(yīng)液在室溫下保存20h，然后在冰浴中攪拌，并用40mL乙醇（95%）進(jìn)行稀釋，用10mL吡啶中和，再將混合物置于冰箱中保存10h，過濾，用乙醚進(jìn)行沖洗并研磨成粉狀，最后重結(jié)晶得到白色針狀固體2.90g，收率 65%，mp：224.2～225.1℃，[α]D20=-27°(c=1，1mol·L-1HCl)，MS(EI m/z)：223.9，246.0，414.7，446.7。

1.2.2 N-叔丁氧羰基-L-天冬氨酸-β-芐酯的制備[7-9]

于150mL的圓底燒瓶中裝入L-天冬氨酸-β-芐酯1.06g (4.76mmol), 加入熱水溶解，然后室溫下冷卻，再用1,4-二氧六環(huán)溶解二碳酸二叔丁酯1.57g (7.2mmol)，完全溶解后加入圓底燒瓶中，攪拌下用Et3N調(diào)節(jié)pH至8～9，溶液變渾濁后繼續(xù)攪拌20h, 然后用石油醚作溶劑進(jìn)行萃取，分離出水溶液在冰浴條件下攪拌，用1 mol·L-1HCl調(diào)節(jié)pH至2～3，溶液再次變渾濁，再往溶液中加入適量飽和NaCl溶液，乙酸乙酯萃取3次，合并乙酸乙酯溶液，將合并的乙酸乙酯溶液再用飽和NaCl溶液洗滌2～3次，無水Na2SO4干燥，過濾，直接旋干得到白色結(jié)晶性粉狀固體1.37g（4.24mmol），收率 89%。mp：100.8～103.1℃，[α]D20=-21 ° (c=2，in DMF)，1H NMR(D2O，300MHz)：1.43(s，9H)，3.08(d，2H)，4.59(t，1H)，5.21(s，2H)，5.59(d，H)，7.31(m，5H)，9.28(s，1H)。13CNMR (D2O，300MHz)：176.12，171.03，155.78，135.16，129.03，128.38，128.31，80.56，77.22，76.87，76.56，66.94，49.69，36.61，28.25。IR(KBr，cm-1)：3410.1，3375.0，2977.9，1735.8，1656.1，1530.7，1175.2，749.3，699.7。MS(EI m/z)：290.4，345.8，669.2，685.3。

用1,4-二氧六環(huán)-水作溶劑，不同的堿對反應(yīng)收率的影響見表1。用有機(jī)堿Et3N，不同的溶劑體系對反應(yīng)收率的影響見表2。

表1 不同的堿對收率的影響

表2 不同的溶劑體系對收率的影響

2 結(jié)果與討論

在第一步反應(yīng)中，α-羰基碳與β-羰基碳均有機(jī)會參與親核反應(yīng)，由于α-羰基碳受到鄰近氨基的影響，使β-羰基碳的正電性比α-羰基碳的正電性強，所以β-羰基碳更容易受到親核試劑芐醇的進(jìn)攻。在溫度較高的情況下，由于反應(yīng)速度大大加快，α-羰基碳受到親核試劑芐醇進(jìn)攻的機(jī)率增加，導(dǎo)致生成L-天冬氨酸-β-芐酯的收率下降，所以本文選擇在較低的溫度下延長反應(yīng)時間，使親核試劑芐醇主要進(jìn)攻正電性較強的β-羰基碳；同時讓芐醇過量，使β-羧基盡可能反應(yīng)完全。

在第二步反應(yīng)中，分別選用了無機(jī)堿(1N NaOH)、(1N NaHCO3)和有機(jī)堿(Et3N)調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH值，實驗證明，采用有機(jī)堿要稍好于無機(jī)堿，收率高于2種無機(jī)堿。選用了叔丁醇-水、四氫呋喃-水和1,4-二氧六環(huán)-水這3種不同的溶劑體系，用1,4-二氧六環(huán)-水作溶劑時，收率明顯高于另外2種溶劑，原因可能是1,4-二氧六環(huán)-水的溶劑體系的脂水分配系數(shù)適當(dāng)，利于(Boc)2O的油相微粒與氨基酸三乙胺鹽2種反應(yīng)物的充分接觸，使反應(yīng)得以順利進(jìn)行。相比之下，叔丁醇-水體系因分散能力差，對反應(yīng)不利，四氫呋喃-水溶劑體系為均相體系，此體系中，(Boc)2O能夠與水充分接觸，促進(jìn)了(Boc)2O的分解，也對反應(yīng)不利。

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