熔融法合成鄰苯二甲酰氨基酸

仝紅娟，劉 斌，杜 漠，唐文強(qiáng)

(1.陜西國際商貿(mào)學(xué)院醫(yī)藥學(xué)院，陜西 西安 712046；2.陜西省中藥綠色制造技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，陜西 西安 712046)

多肽是α-氨基酸通過肽鍵連接在一起而形成的化合物，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域多種藥物分子的合成[1-3]。目前，合成多肽的重要途徑是人工合成，在合成過程中，氨基酸的活性基團(tuán)保護(hù)策略受到研究者的廣泛關(guān)注[4-5]。對氨基酸結(jié)構(gòu)中的氨基進(jìn)行保護(hù)可以實(shí)現(xiàn)其羧基或其它活性基團(tuán)的高效專一反應(yīng)，進(jìn)而減少副反應(yīng)的發(fā)生[6-7]。鄰苯二甲?；?Phth)作為一種常見的氨基保護(hù)基團(tuán)，被大量應(yīng)用于氨基酸的保護(hù)中[8-10]。目前，鄰苯二甲酰氨基酸通常是用鄰苯二甲酸酐和氨基酸在溶劑存在下反應(yīng)合成[11-12]，存在收率較低、過程繁瑣等缺點(diǎn)。近年來，隨著藥物化學(xué)及多肽化學(xué)的迅速發(fā)展，作為多肽合成的一種基本原料，鄰苯二甲酰氨基酸的合成研究受到廣泛關(guān)注[13-14]。為了開發(fā)一種簡便有效的鄰苯二甲酰氨基酸合成方法，作者以鄰苯二甲酸酐為原料，采用熔融法分別與5種氨基酸(甘氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、蘇氨酸、天冬氨酸)在無溶劑參與下發(fā)生縮合反應(yīng)，合成5種鄰苯二甲酰氨基酸，并以鄰苯二甲酰苯丙氨酸的合成為模型反應(yīng)，探究最佳反應(yīng)條件。其合成路線如圖1所示。

圖1 鄰苯二甲酰氨基酸的合成路線Fig.1 Synthetic route of phthalylamino-acids

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

鄰苯二甲酸酐、甘氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、蘇氨酸、天冬氨酸，分析純，阿達(dá)瑪斯；柱層析硅膠(300～400目)，試劑級，青島海洋化工廠；其它試劑均為市售分析純。

AV400型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))，德國Bruker公司；RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長城科工貿(mào)有限公司。

1.2 合成方法

在50 mL雙口瓶中加入鄰苯二甲酸酐2.22 g(15 mmol)，145 ℃下攪拌熔融后加入氨基酸(10 mmol)，攪拌均勻；繼續(xù)反應(yīng)25 min，待體系溫度降至室溫，得到淡黃色固體；搗碎后加入甲基叔丁基醚，打漿攪拌均勻；減壓抽濾，所得固體在乙醇和水的混合溶劑(1 ∶ 2，體積比)中重結(jié)晶，即得鄰苯二甲酰氨基酸。

2 結(jié)果與討論

2.1 目標(biāo)化合物的表征

鄰苯二甲酰甘氨酸(Ⅰa):白色固體,收率94.8%。1HNMR(400 MHz,DMSO-d6),δ:8.01～7.78(m,4H),4.32(s,2H);13CNMR(100 MHz,DMSO-d6),δ:169.31,167.69,135.29,131.89,123.86,31.14。

鄰苯二甲酰苯丙氨酸(Ⅰb):白色固體,收率91.5%。1HNMR(400 MHz,CDCl3),δ:10.86(s,1H),7.80(dd,J=5.4 Hz、3.1 Hz,2H),7.70(dd,J=5.4 Hz、3.1 Hz,2H),7.23～7.18(m,5H),5.26(t,J=8.3 Hz,1H),3.62(d,J=8.3 Hz,2H);13CNMR(100 MHz,CDCl3),δ:174.70,167.41,136.42,134.18,131.49,128.83,128.61,126.95,123.57,53.08,34.38。

鄰苯二甲酰亮氨酸(Ⅰc):白色固體,收率89.1%。1HNMR(400 MHz,CDCl3),δ:10.73(s,1H),7.91～7.82(m,2H),7.78～7.71(m,2H),5.01(dd,J=11.5 Hz、4.3 Hz,1H),2.44～2.32(m,1H),1.99～1.92(m,1H),1.57～1.44(m,1H),0.94(dd,J=8.2 Hz、6.8 Hz,6H);13CNMR(101 MHz,CDCl3),δ:175.86,167.67,134.23,131.73,123.60,50.42,36.99,25.09,23.06,20.97。

鄰苯二甲酰蘇氨酸(Ⅰd):白色固體,收率84.6%。1HNMR(400 MHz,DMSO-d6),δ:7.93～7.87(m,4H),4.97(br,1H),4.47(d,J=8.7 Hz,1H),4.41～4.25(m,1H),3.39(br,1H),1.34(d,J=6.0 Hz,3H);13CNMR(101 MHz,DMSO-d6),δ:169.67,167.87,135.15,131.83,123.72,63.61,58.46,22.61。

鄰苯二甲酰天冬氨酸(Ⅰe):白色固體,收率78.2%。1HNMR(400 MHz,DMSO-d6),δ:13.00(s,2H),7.97～7.86(m,4H),5.17(t,J=7.2 Hz,1H),3.14(dd,J=16.6 Hz、7.4 Hz,1H),2.94(dd,J=16.7 Hz、7.0 Hz,1H);13CNMR(100 MHz,DMSO-d6),δ:171.91,170.37,167.47,135.37,131.62,123.91,48.36,34.26。

2.2 鄰苯二甲酸酐與苯丙氨酸物質(zhì)的量比對目標(biāo)化合物Ⅰb收率的影響

在鄰苯二甲酰氨基酸合成反應(yīng)中，鄰苯二甲酸酐既是原料也是反應(yīng)溶劑，其與氨基酸在熔融狀態(tài)下發(fā)生縮合反應(yīng)保護(hù)氨基。因而，鄰苯二甲酸酐用量對反應(yīng)具有重要影響。以鄰苯二甲酰苯丙氨酸的合成為模型反應(yīng)，固定反應(yīng)溫度為145 ℃、反應(yīng)時(shí)間為25 min，考察鄰苯二甲酸酐與苯丙氨酸物質(zhì)的量比對目標(biāo)化合物Ⅰb收率的影響，結(jié)果見表1。

表1 鄰苯二甲酸酐與苯丙氨酸物質(zhì)的量比對目標(biāo)化合物Ⅰb收率的影響

Tab.1 Effect of molar ratio of phthalic anhydride to phenylalanine on yield of target compoundⅠb

由表1可知，當(dāng)n(鄰苯二甲酸酐)∶n(苯丙氨酸)為1.3∶1時(shí)，目標(biāo)化合物Ⅰb的收率僅為88.6%；增加鄰苯二甲酸酐用量，收率逐漸升高，在n(鄰苯二甲酸酐)∶n(苯丙氨酸)為1.5∶1時(shí)，收率已達(dá)到91.5%；繼續(xù)增加鄰苯二甲酸酐用量，收率略微升高；再繼續(xù)增加鄰苯二甲酸酐用量，收率反而降低。綜合考慮，確定最佳n(鄰苯二甲酸酐)∶n(苯丙氨酸)為1.5∶1。

2.3 反應(yīng)溫度對目標(biāo)化合物Ⅰb收率的影響

固定n(鄰苯二甲酸酐)∶n(苯丙氨酸)為1.5∶1、反應(yīng)時(shí)間為25 min，考察反應(yīng)溫度對目標(biāo)化合物Ⅰb收率的影響，結(jié)果見表2。

表2 反應(yīng)溫度對目標(biāo)化合物Ⅰb收率的影響

由表2可知，當(dāng)反應(yīng)溫度為135 ℃時(shí)，目標(biāo)化合物Ⅰb的收率僅為76.8%；升高反應(yīng)溫度，收率逐漸升高，在反應(yīng)溫度升至145 ℃時(shí)，收率達(dá)到最高，為91.5%；繼續(xù)升高反應(yīng)溫度，收率反而降低?？赡苁且?yàn)椋邷貤l件下，攪拌不夠均勻而導(dǎo)致部分原料發(fā)生聚合。所以，確定最佳反應(yīng)溫度為145 ℃。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對目標(biāo)化合物Ⅰb收率的影響

固定n(鄰苯二甲酸酐)∶n(苯丙氨酸)為1.5∶1、反應(yīng)溫度為145 ℃，考察反應(yīng)時(shí)間對目標(biāo)化合物Ⅰb收率的影響，結(jié)果見表3。

表3 反應(yīng)時(shí)間對目標(biāo)化合物Ⅰb收率的影響

Tab.3 Effect of reaction time on yield of target compoundⅠb

序號反應(yīng)時(shí)間/min收率/%12083.622591.533089.744085.2

由表3可知，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為20 min時(shí)，目標(biāo)化合物Ⅰb的收率僅為83.6%；延長反應(yīng)時(shí)間，收率逐漸升高，反應(yīng)25 min時(shí)，收率升至91.5%；繼續(xù)延長反應(yīng)時(shí)間，收率反而降低?？赡苁且?yàn)椋磻?yīng)時(shí)間過長，部分原料聚合所致。所以，確定最佳反應(yīng)時(shí)間為25 min。

3 結(jié)論

以鄰苯二甲酸酐為原料，采用熔融法分別和5種氨基酸(甘氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、蘇氨酸、天冬氨酸)發(fā)生縮合反應(yīng)得到5種鄰苯二甲酰氨基酸。以鄰苯二甲酰苯丙氨酸的合成為模型反應(yīng)，確定最佳反應(yīng)條件為：n(鄰苯二甲酸酐)∶n(苯丙氨酸)為1.5∶1、反應(yīng)溫度為145 ℃、反應(yīng)時(shí)間為25 min，在此條件下，鄰苯二甲酰苯丙氨酸收率可達(dá)91.5%。在最佳反應(yīng)條件下，其它4種鄰苯二甲酰氨基酸均以較高收率獲得。該方法具有操作簡單、收率高、反應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，可用于鄰苯二甲酰氨基酸的簡便合成。