氨基酸酰胺类化合物的简便合成

第28卷第12期 2008年12月 现代化工 ， ModernChemicalIndustry Dec．2008 ·45· 妒。·‘“4’．：1’’’ ：‘ j-：1“：，_，。‘。：：“‘：：⋯+。一’?’⋯；+：j?⋯：?。j”．：?。。々 ：，： 氨基酸酰胺类化合物的简便合成囊 i．。。，．，，一⋯。二岍一，。- +， ．：⋯。 i。∞，_：，。。：。巾“≯。h一，，． 。。二?矗”仆刑⋯“：：i以j肌。。，、～：¨^矗甜m。“坩“：麓。础‰．。磊 刘志雷1，一，孙建平1，胡继文1 (1．中国科学院广州化学研究所，广东广州510650；2．中国科学院研究生院，北京100039) 摘要：报道一种氨基酸酰胺类化合物的简便合成。以带芴甲氧羰基(Fh眦)保护基团的氨基酸为原料，经过酰氯化后， 选择可以溶解酰氯但不溶解酰胺的溶剂溶解，然后直接与简单胺类反应沉淀出产物，得到高产率的氨基酸酰胺类化合物。产物 结构经元素、1H—NMR、nc—NMR、IR等手段证实。 关键词：jv—Fmoc保护氨基酸；氨基酸酰胺类；合成 中图分类号．"TQ464．7 文献标识码：A 文章编号：0253—4320(2008)12—0045—03 Asimplewaytopreparealllilloacidamidecomlmmlds 口U历i一／eil”，SUNJian-pin91，HUJi—IALoI't1 (1．GI皿Il罢对删InstituteofChemistry，ChineseAl油蛔丐0fSciences，G岫n咖510650，China； 2．GraduateSchool，ChineseAcsdemyofSciences，Beijing100039，China) Ab—删：Asimpleandeffectivewaytoprepareaminoacidamidecempo岫dsisputforward．Bythismethodaminoacid amidecorr甲oundsaledirectlyrepaidinsuitablesolventathishyieldsbythe1w．aclionbeh嗍simpleamineandFrnoc-amino acidchloride，whichisinitiallysynthesizedfromFmoc-aminoacidandacidchloridereagents．Thesolventemployedmustbea 伊odsolventforFmoc-aminoacidchloridebutnotforFmoc·aminoacidamide，bythistheproduct咖bequicklyprecipitated outandde-protectionofFmocandotherby．tlPAic矗oncanbeavoided．TheslrucaxresofthepttMucts雠confirmedby1H—NMR． 13C-NMR．IRspectraandelementalanalysis鹪well． Keywords：Fmoc-aminoacid；aminoacidamidecompounds；synthesis 氨基酸酰胺类化合物是一类很重要的药物中间 体和合成试剂，可以衍生合成出多种具有杀菌抗肿 瘤抗艾滋活性、增强生物机体免疫性和抗疲劳性的 化合物，是合成多肽类化合物的重要原料、合成光学 活性聚合物的重要单体及选择吸附、分离手性化合 物的重要载体⋯1。目前合成氨基酸酰胺类化合物的 方法很多【2-10|，但尚未见与简单胺类反应合成氨基 酸酰胺类化合物的文献报道。笔者首次报道了一种 简单而高效的氨基酸酰胺类化合物合成方法：首先 以Fmoc保护的氨基酸与二氯亚砜反应成酰氯，再与 简单胺类反应，合成中需要选择合适的溶剂能溶解 酰氯化合物但不溶解生成的酰胺类化合物，使酰胺 在反应过程中一旦形成就立即沉淀出来，整个反应 时间较短，从而有效地阻止脱保护反应的进行，实现 了Fmoc保护的氨基酸在不脱掉保护基的前提下与 简单胺类的反应。 1实验部分 1．1主要试剂和仪器 Fmoc一缬氨酸、Fmoc一亮氨酸、Fmoc一蛋氨酸， 99．5％，上海吉尔生化有限公司，室温下真空干燥 24h；二氯亚砜，化学纯，成都市联合化工试剂研究 所，常压蒸馏；25％。30％氨水，分析纯，广州市东红 化工厂；25％～30％甲胺水溶液，化学纯，国药集团 化学试剂有限公司；六氢吡啶，99．5％，广州智晨化 工贸易有限公司，常压蒸馏；正己烷、四氯化碳、甲 苯、乙醚、二氯甲烷、四氢呋喃(rIHF)、吡啶，均为分 析纯，用前用CaH2或金属钠回流无水处理后蒸馏。 X一4显微熔点仪(温度未经校正)；BrukerDRX 400核磁共振仪(1H—NMR,laC—NMR)；VarioEL元素 分析仪测定c、H、N含量；BrukerFr—VERTEX70型 红外光谱仪(m)。 收稿日期：2008—0it一23 基金项目：国家自然科学基金(20474068)资助项目 作者简介：刘志雷(1981一)，男，博士生；胡继文(1966一)，男，博士，研究员，博士生导师，主要研究方向为氨基酸类化合物的手性分离及纳米纤 维的自组装，通讯联系人，020-85231330．hjw@咖．∞．m。 ， 万方数据 ·46· 现代化工 第28卷第12期 1．2合成步骤 合成路线见图1。 简单胺 一掣＆ 缬氨酸：R1=CH(cH3)2；亮氨酸：R1=C飓cH(cH3)2； 蛋氨酸：R1=CH3Sett2衄2；氨：R2=R3=H； 甲胺：R2=cH3，鸭=H；异丙氨：№=CH(Clt3)2，R3=H 图l 氨基酸酰化合物的合成路线图 1．2．1 N—F啪c—L一缬氨酰氯的合成 将15．0gN—nIloc—L一缬氨酸(44．2Ⅱ蚰01)溶于 250mLCH2C12中，通入N2保护，滴加32．1mLSOCl2 (442．0m瑚1)，加热至50℃，回流反应4h后，改为蒸 馏装置，常压蒸去大部分cH2C12后减压蒸干并在 60％下真空干燥2h，得到微黄色固体15．5g，产率 98％。 1．2．2N—F脚c一Ⅳ，一甲基一￡一缬氨酰胺的合成 将上述产物固体15．5g(44．2mm01)，溶解到400 mL无水乙醚中，溶解完全后快速加入过量4倍的 25％。30％甲胺(221．0眦肿1)水溶液26．0g，剧烈震 荡3min，抽滤，将固体置于800mL水中洗涤，抽滤， 再用800nlL水洗涤，抽滤，反复操作6次，得到白色 固体，室温真空干燥48h，得到14．4g，产率为 92．6％，熔点209—212℃；1H—NIⅥII(CIX；13，400 MHz)，占：0．92(d，．，=7．8Hz，6H，)，2．05—2．18(m， 1H)，2．80(d，_，=4．0№，3H)，3．88(t，_，=7．6、7．2 Hz，1H)，4．20(t，J=6．4、6．8Hz，1H)，4．40(d，J= 8．7Hz，2H)，5．32(d，-，=7．6Hz，1H)，5．81(b玛，1H)， 7．30(t，．，=7．2、7．2Hz，2H)，7．38(t，．，=7．2、7．6Hz， 2H)，7．57(d，J=7．6Hz，2H)，7．76(d，J=7．6Hz， 2H)。¨C—NMR(CDCl3，400MHz)，艿：18．0，19．2， 26．2，3019，47．2，60．6，66．9，120．0，125．0，127．1， 127．7，156．4，171．8。IR(1④r)，v／em～：3295，2962， l 693，1652，1540，l450，l409，1382，l29r7，1160， l031，985，736，707，539。C21瞅N203的元素分析，实 验值(理论值)：C71．72(71．59)，H6．96(6．82)，N 7．99(7．95)。 1．2．3￡一缬氨酰甲胺的合成 将12．0g(34．1mm01)Ⅳ一F瑚c一Ⅳ，一甲基缬氨酰 胺置于200mLn{F中，一次性加入5％体积(10mL) 的六氢吡啶，搅拌反应4h后，旋转浓缩去掉1HF， 真空抽干，所得固体用甲醇溶解，过滤，取液相，再旋 干、溶解、过滤，反复操作3次除去大部分脱掉的 Fnloc杂质，最后用cH2C125mL溶解，过硅胶柱，洗 脱液cH2C12／甲醇体积比100：5，旋转干后得到无色 油状液体3．6g，产率81．5％。1H—NMR(CI)C13，400 MHz)，8：0．79(d，J=6．8Hz，3H)，0．97(d，．，=7．2 Hz，3H)，2．27～2．32(m，1H)，2．80(d，J=5．2Hz， 3H)，3．21(d，J=3．6Hz，1H)，3．37(brs，2H)，7．25 (brs，lH)。DC—NMR(CDCl3)，占：15．9，19．5，25．5， 30．7，60．1，175．1。Ill，v／em-。：3301，3095，2962， l 650，1563，l465，1371，1303，1043，971，919，883， 414。c6H14N20的元素分析，实验值(理论值)：C 55．56(55．38)，H10．85(10．77)，N21．57(21．54)。 1．2．4N—FnDc—N’一异丙基一L一缬氨酰胺的合成 过程同N—Fmoe—N7一甲基一L一缬氨酰胺的合 成，产率93．8％，熔点205—208℃。1H—NMR(CIX；13， 400MHz)，占：0．93(d，J=7．2Hz，6H)，1．13(d，J= 7．3Hz，6H)，2．04—2．09(m，1H)，3．85(t，-，=7．6、7．6 也，IH)，4．03～4．8(m，lH)，4．19(t，J=6．8、7．2也， 1H)，4．35～4．40(m，2H)，5．42(d，-，=8．4Hz，1H)， 5．63(b璐，1H)，7．27(t，J=7．2、7．6Hz，2H)，7．38(t， _，=7．6、7．6I-Iz，2H)，7．58(d，‘，=7．6I-Iz，2H)，7．75 (d，．，=7．6m，2H)。C23H勰N203的元素分析，实验 值(理论值)：c72．82(72．63)，H7．49(7．37)，N7．39． (7．37)。 1．2．5L一缬氨酰异丙胺的合成 过程同L一缬氨酰甲胺的合成，洗脱液CH2C12／ 甲醇体积比100：4，得到无色油状物质，产率 80．5％。1H—NNlt(C1)1213，400MHz)，占：0．84(d，J= 7．2地，6H)，0．92(d，J=6．8也，6H)，1．98—2．03 (m，1H)，3．31(dd，_，=3．2、4．8Hz，1H)，3．91(m， 1H)，4．04(brs，2H)，6．72(d，J=8．4Hz，1H)。 C8H18N20的元素分析，实验值(理论值)：C60．87 (60．76)。H11．52(11．39)，N17．78(17．72)。 l。2．6N—Fmoe一Ⅳ一甲基一三一亮氨酰胺及￡一亮氨 酰甲胺的合成 过程同N—F咖c—N7一甲基一￡一缬氨酰胺的合 成，白色固体，产率91．8％，熔点165～168℃。 1H—NMR(CDCl3，41)0MHz)，d：0．92(d，．，=7．6Hz， 6It)，1．48一1．52(m，1H)，1．62(s，2H)，2．78(s，3n)， 万方数据 2008年12月 刘志雷等：氨基酸酰胺类化合物的简便合成 ·47· 4．10(d，J=4．0Hz，1H)，4．18(t，J=6．8、6．4Hz， in)，4．42(d，J=6．0I-k，2H)，5．13(d，．，=7．2Hz， 1H)，5．95(brs，1H)，7．28(t，．，=7．8、7．6Hz，2H)， 7．38(t，J=7．6、7．6Hz，2H)，7．56(d，．，=7．6Hz， 2H)，7．75(d，．，=7．6Hz，2H)。C22H26N203的元素分 析，实验值(理论值)：C72．33，(72．13)，H7．28 (7．10)，N7．73(7．65)。 L一亮氨酰甲胺，过程同L一缬氨酰甲胺的合成， 洗脱液cH2C12／11j醇体积比100：4，无色油状物，产 率83．5％。1H—NMR(CDCl3，400MHz)，艿：0．90(d， J=6．8l-lz，3H)，0．95(d，．，=7．2Hz，314)，1．80(m， lri)，2．13(m，2H)，2．78(d，J=5．6I-Iz，3H)，3．57 (brs，2ri)，3．90(dd，J：8．4、8．8Hz，1H)，7．39(brs， 1H)。岛H16N20的元素分析，实验值(理论值)：c 58．56(58．33)，H11．3l(11．11)，N19．49(19．44)。 1．2．7Ⅳ一Frnoc一Ⅳ，一甲基一￡一蛋氨酰胺及￡一蛋氨 酰甲胺的合成 过程同Ⅳ一Fmoc—N’一甲基一￡一缬氨酰胺的合 成，白色固体，产率92．3％，熔点180。182。C。 1H—NMR(CDCl3，400MHz)，艿：1．92一1．96(In，2H)， 2．08(s，3H)，2．49～2．54(m，2H)，2．80(d，．，=4．0 I-lz，3H)，4．18(t，J=6．8、6．4Hz，lri)，4．30(d，J= 7．6Hz，lI-I)，4．39(d，J=6．0Hz，2H)，5．53(d，．，=8．0 Hz，1H)，6．14(brs，1x-I)，7．27(t，J=7．2、7．6Hz，2I-I)， 7．38(t，J=7．7、7．6Hz，2H)，7．56(d，J=7．6Hz， 2H)，7．75(d，_，=7．6Hz，2H)。锄nz4N203S的元素 分析，实验值(理论值)：C65．76(65．62)，H6．37 (6．25)，N7．35(7．29)。 ￡一蛋氨酰甲胺，过程同￡一缬氨酰甲胺的合成， 洗脱液cH2C12／Ep醇体积比100：5，无色油状物，产 率78．6％。1H—NMR(CDCl3，400MHz)，艿：1．69(t， J=5．6、5．6Hz，2H)，2．18(s，3H)，2．36(t，J=6．8、 6．4Hz，2I-I)，2．79(8，3H)，3．39(brs，2H)，4．19(t，J= 6．4、3．6Hz，1H)，6．58(s，1H)。C6H14N20S的元素分 析，实验值(理论值)：C44．62(44．44)，H8．81 (8．64)，N17．32(17．28)。 2结果与讨论 将Fmoc一缬氨酸酰氯化然后与甲胺盐酸盐反应 时【2]2，发现甲胺盐酸盐很难溶解到在文献采用的氯 仿溶剂中，即使改用极性更大的JIv，Ⅳ一二甲基甲酰 胺(DlVlF)和二甲亚砜(DlVlSO)为溶剂，并且使用吡啶 作为酸吸收剂的条件下，结果只能得到少量产品(产 率约4．7％)，1H—NlVlR谱显示在艿=5．81和2．8l处 出现小的N二H吸收峰和甲基吸收峰，这可能是由 于甲胺盐酸盐即使在强极性溶剂DMF和DMSO中 的溶解度也很小，并且不能使用强碱性物质(三乙胺 等)作为酸的吸收剂等原因造成的。 尽管Fmoe保护的氨基酸酰氯化反应已被广泛 应用于多肽化合物的合成，但由于Fmoc保护基团在 简单胺类存在下容易脱掉，尚未见其保护的氨基酸 酰氯直接与简单胺类反应合成酰胺类化合物的文献 报道。我们尝试通过选择不同溶剂使其只溶解 Frnoc一缬氨酰氯而不溶解Fmoc一缬氨酰甲胺，使得 产品酰胺一旦生成就立即沉淀出来，减少Fmoe与胺 类的接触，阻止其脱掉，成功制备了Fmoc一缬氨酰甲 胺化合物，发现极性在1．60。2．90的溶剂对于此化 合物的制备是最优的，如cct4、甲苯、乙醚等既能够 溶解Fmoe一缬氨酰氯又可以沉淀出Fmoc一缬氨酰甲 胺，得到纯净的产品，产率高达93％，1H—NNR谱显 示在占=5．81和5．32处出现了相同强度的N-H吸 收峰，同时在艿=2．80处有了甲基吸收峰，表明甲氨 基接到了氨基酸上，脱掉保护基后，Fmoc特征吸收 峰消失，同时由于极性的变化，化学位移也有所变 化，N二H吸收峰艿值由5．81升高到了7．25，并且出 现裸露胺基的特征吸收峰艿=3．37；另据13C—NMR 谱，在d=30．9、171．8处出现甲胺碳和酰胺碳的特 征吸收，而脱掉Fmoc后，对应的化学位移变化到了 30．7和175．1；在红外谱图中酰胺羰基C—O吸收 峰出现在了1693、l652锄。1处，脱掉Fmoc后裸露 出胺基的强吸收峰出现在了3301cnl-1处；同时元 素分析也证实了各种产物有较高纯度。以上结果确 定Ⅳ一Fmoe一Ⅳ，一甲基一￡一缬氨酰胺以及脱掉保护后 的L一缬氨酰甲胺被成功制备。极性强一些的 CH2C12对生成的Fmoc一缬氨酰甲胺有所溶解，导致 产品不纯净，熔点降低，熔程变宽(181—192℃)，而 在更高极性的四氢呋喃、吡啶中，根本得不到任何沉 淀，保护基Fmoc被脱掉，导致很多副反应的发生。 为了进一步检验该方法的普适性，尝试了Fmoe 保护的不同氨基酸如缬氨酸、亮氨酸、蛋氨酸的酰氯 与简单胺类如氨水、甲胺水溶液和异丙胺等的反应 (见表1)。结果表明对于所保护的缬氨酰氯，在选 择溶剂乙醚的条件下，可以与氨水和异丙胺反应沉 淀出Fmoc一缬氨酰胺；对于保护的亮氨酸和蛋氨酸 也类似地表明了在合适的极性溶剂中可以通过沉淀 的方法得到相应的氨基酸酰胺类化合物。以上结果 充分的说明了通过将Fmoc保护的氨基酸转化为 (下转第49页) 万方数据 2008年12月 孙亚东等：糠醛渣纤维乙醇同步糖化发酵过程研究 。49· 方法对过碱化处理糠醛渣进行同步糖化发酵工艺优 化，并进行5L发酵罐试验和过程同步检测，分析表 征同步糖化发酵过程中还原糖浓度、乙醇浓度、酵母 细胞数、纤维素含量及其结构变化，以期为糠醛渣转 化乙醇工业化生产提供理论依据。 1材料与方法 1．1原料与仪器 原料：糠醛渣(河北春蕾集团)，经气流烘干和水 分平衡后，磨碎过40目筛，密闭封存。 仪器：恒温水浴摇床(HZ一9212S)、多功能全自 动发酵罐(GBCS一5)、气相色谱仪(GC7890F)、X射线 衍射仪(ShirnadzuXRD一6000)、生物显微镜(LEICA DME)、电子天平(FAl004N)、烘箱(DF一240)、离心机 (L一550)、紫外分光光度计(tJV一2102C)。 试剂：纤维素酶(夏实纤维素酶，滤纸酶活力98 FPU)，安琪酿酒活性干酵母(耐高温型)，其他试剂 为分析纯。 1．2糠醛渣组成分析与过碱化处理 糠醛渣组成分析：纤维素含量采用硝酸乙醇重 量法测定，试样灰分、苯醇抽提物、木素、戊聚糖测定 按文献[1]规定的方法进行。 过碱化处理：糠醛渣本身为酸性，10％水溶液 pH为2。3，含有许多酸性发酵抑制物。向10％糠 醛渣水溶液中投加NaOH，使溶液pH达到9—10，搅 拌碱化lh，水洗至中性，再经过60℃烘干，经碱化 处理后的糠醛渣可消除部分抑制物⋯2。 1．3 SsF摇床正交实验 采用正交实验进行SSF法乙醇工艺优化，通过 考察反应温度、pH、酶用量和表面活性剂用量等4 因素，选用k(34)正交表进行实验优化。将SSF培 养基150mL移入250mL锥形瓶，用醋酸缓冲液调 节pH，高压蒸汽灭菌(12l℃，30min)；冷却后加入规 定量的纤维素酶和表面活性剂吐温一20，酵母按发酵 液体积的10％接种；用塑料薄膜封口，放置摇床上， 调节反应温度进行同步糖化发酵，振荡频率为100 r／raino 酵母活化培养基：取2g干酵母放入2％的麦芽 糖水溶液200mL中，水浴摇床上36℃活化15min， 再降温至33℃活化90min。 SSF培养基配料比：原料(糠醛渣)6g、酵母膏 1g、蛋白胨1g、磷酸二氢钾0．2g、硫酸铵0．1g、硫 酸镁0．1g和少量氯化钙，加水或缓冲液定溶至 150m“3|。 (上接第47页) 酰氯，然后选择合适的溶剂溶解而后直接与简单胺 类反应沉淀出酰胺的方法，可以有效的阻止保护基 Fmoe的脱落，是一种合成氨基酸酰胺类化合物的有 效方法。 表1 Frlloe保护缬氨酸、亮氨酸、蛋氨酸与不同胺的反应 参考文献 [1]MudllmmA，uI岫J，Q岫哪!3，dd．sy】吐Ile吕i50fnovel，potera， clio上广b日6耐HIV-IlWOtesseinhibitl蔓'sviai11巾口n帕k枷arpin蚴lhomo- coupliIlgd(25)一2．k删叫硼卵嘶L-4-phenyllxltnl[J]．Jl-lod Chem，2001。44(21)：3407—3416． [2]AkiraD，K∞dK，Makotos，d以．Coral0ftheaolubilitytransitionin noveltaqⅪr帅争陀甲叩菌代lir峭rpolym啪cor,,p,isi．g口·aminoacid dimlidedmvatives[J]．AnalSei，2000，16：8凹一835． [3]V∞or,iqurP，CarlJC，da／．Thenudeol舳ereactivityofvaline 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