雜環(huán)氨基酸酯的合成與表征

馬養(yǎng)民，劉 斌

（教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點實驗室，陜西科技大學(xué)，陜西西安710021）

雜環(huán)氨基酸酯的合成與表征

馬養(yǎng)民，劉 斌

（教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點實驗室，陜西科技大學(xué)，陜西西安710021）

以三種雜環(huán)結(jié)構(gòu)的氨基酸、二氯亞砜、甲醇/乙醇為原料，合成L-色氨酸甲/乙酯鹽酸鹽、L-組氨酸甲酯鹽酸鹽以及L-脯氨酸甲/乙酯鹽酸鹽，產(chǎn)率較高，并通過核磁共振譜、紅外光譜、元素分析對其鹽酸鹽進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，所得到的氨基酸酯鹽酸鹽分別用飽和碳酸鈉溶液中和、二氯甲烷萃取，最終得到了三類雜環(huán)氨基酸酯。

雜環(huán)氨基酸，氨基酸酯鹽酸鹽，酯化反應(yīng)

雜環(huán)類氨基酸結(jié)構(gòu)特殊，其衍生物很多都具有生物活性。由于其獨特的理化性質(zhì)，使得其在食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域的重要性越來越明顯地凸現(xiàn)出來。近年來，雜環(huán)類氨基酸類衍生物的合成與應(yīng)用已成為化學(xué)領(lǐng)域研究的熱點之一。以氨基酸為起始原料合成肽類或者其它中間體時一般需要將其羧基保護(hù)起來［1］。保護(hù)羧基可以起到兩個作用：一方面，在肽合成反應(yīng)中，可防止用某些方法活化反應(yīng)羧基時，不需要反應(yīng)的羧基也被活化而帶來副反應(yīng)［2］；另一方面，防止氨基酸自身氨基組分同羧基形成內(nèi)鹽［3］。保護(hù)羧基最常用的方法就是酯化，因此，選擇合適的酯化方法來實現(xiàn)氨基酸上羧基的保護(hù)就顯得尤為重要。目前，關(guān)于常見氨基酸的酯化方法報道較多，而雜環(huán)類氨基酸的酯化方法報道較少［4］，因此我們進(jìn)行了雜環(huán)氨基酸的酯化方法研究。本文采用一種簡便快速的方法來合成三類雜環(huán)氨基酸酯鹽酸鹽，先將羧基轉(zhuǎn)變成活性較高的酰氯，然后與醇發(fā)生親核取代反應(yīng)，生成相應(yīng)的酯，由于體系中有氯化氫產(chǎn)生，與氨基酸上的游離氨基結(jié)合成為氨基酸酯的鹽酸鹽，穩(wěn)定性較好，易于氨基酸酯的保存。進(jìn)行下一步反應(yīng)需要脫掉鹽酸時，用飽和碳酸鈉溶液對其進(jìn)行中和，再用二氯甲烷萃取，合并有機(jī)相，蒸干溶劑，就得到了相應(yīng)的氨基酸酯，此方法產(chǎn)率較高。

圖1 三種雜環(huán)氨基酸

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

L-色氨酸、L-組氨酸、L-脯氨酸 均為生化試劑；二氯亞砜 使用前重蒸；無水甲醇、無水乙醇、二氯甲烷 均為分析純。

核磁共振波譜儀Bruker 400MHz、傅立葉紅外光譜儀VECTOR-22 德國布魯克公司；有機(jī)元素分析儀Vario ELⅢ 德國Elemeraor公司；XT5顯微熔點測定儀 北京市科儀電光儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 甲醇/乙醇-二氯亞砜溶液的制備 在100mL的三口燒瓶中加入無水甲醇或乙醇50mL，冰鹽水浴中冷卻，保持溫度在0℃以下，開啟攪拌器，用滴液漏斗緩慢滴加新蒸的二氯亞砜5mL，控制流速在每分鐘15滴左右，滴完后在0℃以下繼續(xù)反應(yīng)30min，然后慢慢升至室溫攪拌2h。

1.2.2 氨基酸酯鹽酸鹽的合成 去掉三口瓶上的攪拌器，換上回流冷凝裝置（含干燥管），加入沸石，取20mmol氨基酸加入到甲醇或乙醇-二氯亞砜溶液中，升溫回流，氨基酸溶解完全后持續(xù)回流5h。然后減壓蒸餾除去溶劑以及二氯亞砜，得到白色固體或者無色粘稠液體，即為氨基酸酯的鹽酸鹽，可以在甲醇/乙醇與乙醚的混合溶液進(jìn)行重結(jié)晶（脯氨酸甲/乙酯通過多次重結(jié)晶，真空干燥），最后均得到白色固體。

1.3 三種氨基酸酯鹽酸鹽的表征

1.3.1 L-色氨酸甲酯鹽酸鹽 白色或略帶淡黃色固體，產(chǎn)率92.8%，m.p.217～219℃。1H NMR（400MHz，DMSO-d6）δ：11.17（s，1H，indole-NH），8.70（s，3H，），7.53（d，J=8.0 Hz，1H，ArH），7.38（d，J= 8.0Hz，1H，ArH），7.26（s，1H，indole-CH in 2-moiety），7.09（m，1H，ArH），7.00（m，1H，ArH），4.20（t，J=4.0 Hz，1H，-CH），3.64（s，3H，OCH3），3.31（d，J=8.0Hz，2H，CH2-CHCOOMe）；13C NMR δ： 170.1，136.7，127.3，125.3，120.9，119.3，115.7，112.3，107.4，54.7，51.3，27.2；IR（KBr），v，cm-1，3258，2955，1745，1231；元素分析，C12H15N2O2Cl，實測值（計算值）/%：C 56.50（56.58）；H 6.02（5.94）；N 11.12（11.00）。

1.3.2 L-色氨酸乙酯鹽酸鹽 白色粉末固體，產(chǎn)率95.1%，m.p.218～220℃。1H NMR（400MHz，DMSO-d6）δ：11.13（s，1H，indole-NH），8.60（s，3H，），7.53（d，J=8.0 Hz，1H，ArH），7.37（d，J=8.0 Hz，1H，ArH），7.25（s，1H，indole-CH in 2-moiety），7.09（m，1H，ArH），7.01（m，1H，ArH），4.19（t，J=4.0 Hz，1H，-CH），4.08（m，J=8.0 Hz，2H，OCH2），3.28（d，J =8.0 Hz，2H，CH2-CHCOOEt），1.10（t，J=8.0 Hz， 3H，CH3）；13C NMR δ：169.8，136.6，127.3，125.4，121.6，119.0，118.4，112.0，106.8，62.1，53.1，26.6，14.1；IR（KBr），v，cm-1，3284，2984，1751，1244；元素分析，C13H17N2O2Cl，實測值（計算值）/%：C 58.07（58.10）；H 6.46（6.38）；N 10.47（10.43）。

1.3.3 L-組氨酸甲酯二鹽酸鹽 白色粉末固體，產(chǎn)率96.0%，m.p.206～208℃。1H NMR（400MHz，DMSO-d6）δ：14.81（brs，2H，imidazole-），9.10（s，3H，），7.53（s，1H，imidazole-CH），7.09（s，1H， imidazole-CH），4.49（s，1H，-CH），3.73（s，3H， OCH3），3.42（m，2H，CH2-CHCOOMe）；13CNMR δ： 169.0，134.5，127.0，118.5，53.5，51.4，25.4；IR（KBr），v，cm-1，3381，2896，1765，1292；元素分析，C7H13N3O2Cl2，實測值（計算值）/%：C 34.79（34.73）；H 5.52（5.41）；N 17.31（17.36）。

1.3.4 L-脯氨酸甲酯鹽酸鹽 真空干燥，得白色粉末固體（甲醇∶乙醚=1∶3重結(jié)晶），產(chǎn)率89.8%，m.p. 70～72℃。1H NMR（400MHz，DMSO-d6）δ：6.13（brs，2H，），4.12（m，1H，Py-CH），3.67（s，3H， OCH3），3.35（m，2H，Py-CH2），2.19（m，2H，Py-CH2），1.86（m，2H，Py-CH2）；13CNMR δ：169.3，62.4，53.4，48.9，28.3，23.4；IR（KBr），v，cm-1，3378，2957，1738，1243；元素分析，C6H12NO2Cl，實測值（計算值）/%：C 43.49（43.51）；H 7.42（7.30）；N 8.49（8.46）。

1.3.5 L-脯氨酸乙酯鹽酸鹽 真空干燥，得白色粉末固體（甲醇∶乙醚=1∶3重結(jié)晶），產(chǎn)率87.6%，m.p. 149～151℃。1H NMR（400MHz，DMSO-d6）δ：6.89（brs，2H，），4.26（q，J=4.0 Hz，2H，OCH2），4.09（m，1H，Py-CH），3.35（m，2H，Py-CH2），2.18（m，2H，Py-CH2），1.85（m，2H，Py-CH2），1.19（t，J= 4.0Hz，3H，CH3）；13CNMR δ：168.9，62.4，58.8，45.5，28.0，23.3，14.0；IR（KBr），v，cm-1，3382，2981，1738，1241；元素分析，C7H14NO2Cl，實測值（計算值）/%：C 46.79（46.80）；H 7.91（7.86）；N 7.76（7.80）。

1.4 鹽酸鹽的脫除

將氨基酸酯鹽酸鹽放入小燒杯中，用少量的水溶解，用滴管逐滴加入飽和碳酸鈉溶液并振搖，直到加至不再產(chǎn)生沉淀為止，加入適量的二氯甲烷振搖萃取4次，合并4次萃取的有機(jī)相，先用飽和鹽水洗滌，再用蒸餾水洗，直到洗滌水的pH到7左右，無水硫酸鈉干燥5h后蒸除溶劑，即得到相應(yīng)的氨基酸酯。

2 結(jié)果與討論

在制備甲醇或乙醇-二氯亞砜溶液的過程中，二氯亞砜的滴加速度和溫度對反應(yīng)的影響比較大，二氯亞砜滴加過快，反應(yīng)非常劇烈，比較危險，同時體系會產(chǎn)生大量的熱，容易有副產(chǎn)物產(chǎn)生，因此，滴加速度應(yīng)盡量緩慢，控制在大約每分鐘15滴左右，同時，滴加過程中，反應(yīng)在冰鹽浴中進(jìn)行，保持溫度在0℃以下。

得到的色氨酸甲/乙酯鹽酸鹽、組氨酸甲酯二鹽酸鹽蒸干溶劑即為固體，純度較高，無需處理即可用于下一步反應(yīng)，而脯氨酸甲/乙酯鹽酸鹽除去溶劑后仍為無色粘稠狀液體，可以采用甲醇-乙醚混合溶劑反復(fù)重結(jié)晶的方法得到，也可把除掉溶劑后的產(chǎn)物重新加入醇與二氯亞砜的混合溶液進(jìn)行加熱回流1h，蒸干得到較高純度的固體。

氨基酸酯鹽酸鹽脫鹽酸方法文獻(xiàn)報道的主要有以下幾種：通氨氣法［5］、濃氫氧化鈉中和法［5］、三乙胺中和法［6-7］和碳酸鈉中和法［8］等。通氨氣法為非均相反應(yīng)，不容易帶入雜質(zhì)，但需要氨氣發(fā)生裝置，較為繁瑣。經(jīng)過我們對后三種方法實驗，發(fā)現(xiàn)濃氫氧化鈉中和法操作簡單，但這種方法會發(fā)生部分皂化。三乙胺中和法是在氨基酸酯鹽酸鹽的有機(jī)溶液中加入三乙胺，產(chǎn)生沉淀，此方法缺點在于副產(chǎn)物三乙胺鹽酸鹽會部分溶于有機(jī)相，同時過量的三乙胺也不易蒸除完全。而選用飽和碳酸鈉法除鹽酸，一方面飽和碳酸鈉溶液堿性適中，不容易發(fā)生皂化；另一方面，脫鹽酸后有機(jī)相經(jīng)幾次水洗就能很好地分離。在脫鹽過程中，萃取操作要少量多次，這樣能夠得到較高的萃取效率。

3 結(jié)論

將雜環(huán)氨基酸分別加入甲醇/乙醇與二氯亞砜的混合溶液中加熱回流，合成出三種雜環(huán)氨基酸（色氨酸、組氨酸、脯氨酸）甲酯以及乙酯的鹽酸鹽，實現(xiàn)了較高的產(chǎn)率和純度，如無特殊要求不需純化即可進(jìn)行下一步反應(yīng)，并尋找了一種較為簡便安全的方法對氨基酸酯鹽酸鹽脫鹽酸，利用飽和碳酸鈉中和鹽酸，二氯甲烷萃取，少量多次進(jìn)行，萃取率較高。

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Synthesis and characterization of heterocyclic amino acid esters

MA Yang-min，LIU Bin
（Key Laboratory of Auxiliary Chemistry&Technology for Chemical Industry，Ministry of Education，Shaanxi University of Science&Technology，Xi’an 710021，China）

L-trytophan methyl/ethyl ester hydrochloride，L-histidine methyl ester hydrochloride and L-proline methyl/ethyl ester hydrochloride were synthesized by reacting with three kinds of heterocyclic amino acids in a methanol/alcohol in the presence of thionyl chloride，and high yield product was produced.The structures of these compounds were characterized by NMR spectroscopy，lR spectroscopy and elemental analysis.Three types of heterocuclic amino acid esters were prepared by amino acid ester hydrochiloride in saturatede sodium carbonate，and extracted by methylene chloride.

heterocyclic amino acid；amino acid ester hydrochloride；esterification reaction

TS201.2

B

1002-0306（2011）01-0187-03

2010-01-04

馬養(yǎng)民（1963-），男，教授，主要從事有機(jī)合成以及天然產(chǎn)物分離提取研究。

國家自然科學(xué)基金（20772075）；教育部科學(xué)技術(shù)研究重點項目（208144）資助。