CN101967076A

CN101967076A - 氨基酸氮二甲基衍生物的制备方法

Info

Publication number: CN101967076A
Application number: CN2010102800376A
Authority: CN
Inventors: 雷自强; 石星丽; 路德待; 张虎; 陈燕蝶
Original assignee: Northwest Normal University
Current assignee: Northwest Normal University
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2011-02-09

Abstract

本发明公开了一种氨基酸氮二甲基化衍生物的制备方法，属于化学合成技术领域。本发明以多聚甲醛为甲基化试剂，以甲酸为还原剂，根据Eschweiler-Clarke原理，通过还原胺化法，将L-苏氨酸与L-丝氨酸选择性的转变为其氮二甲基衍生物。其结构经IR，¹H NMR和¹³C NMR确证。反应过程中无酯化、单甲基化及季铵盐生成；反应过程简单，原料廉价无毒，并且有较好的产率及选择性。

Description

氨基酸氮二甲基衍生物的制备方法

技术领域

本发明属于化学合成技术领域，涉及一种氨基酸氮二甲基衍生物的制备方法，尤其涉及一种L-苏氨酸与L-丝氨酸氮二甲基化衍生物的制备方法。

背景技术

近年来，由于氨基酸生产技术的不断发展，大部分氨基酸可以大量而廉价获得，这就促进了具有新机能、新性质的氨基酸衍生物的研究。氨基酸氮取代或碳取代的衍生物以及金属配合物等，大多具有生物及生理活性，如抗菌性，抑制肿瘤等。由氨基酸N-甲基化的单个或多个肽构成的化合物，如蛋白质，在药物化学中有广泛应用。由于N的甲基化限制了多肽骨架的灵活性，从而减少形成异构体的数目，故这类化合物对于获得多肽的骨架结构形式和结构活性信息都有重要作用。而且氨基酸的二甲基衍生物与他的母体具有明显不同的性质，后者在高温下熔化并分解，而二甲基衍生物的熔点比分解温度低很多；甲基化以后也会使溶解性有显著提高。除了少数的氨基酸外，大部分都不会溶解于乙醇和丙酮，而他的二甲基衍生物却很容易溶解于乙醇，在丙酮中会有一定的溶解性。甲基化的氨基酸更容易溶解在水里，例如，N，N-二甲基的酪氨酸在水里的溶解性是酪氨酸的五十倍多。

尽管通常所用的甲基化试剂对许多氨基酸的甲基化都有一定的研究，但由于氨基酸特殊的结构和性质，要使其转变为二甲基的衍生物得不到令人满意结果。例如，碱的存在下碘甲烷很容易导致季铵盐的生成，有时候伴随着单甲基化与双甲基化混合物生成，难于分离；重氮甲烷会生成甲酯或单、双甲基化以及相应的季铵盐的混合物；还原胺化法是一种较好的方法，但用NaBH₃CN做还原剂时，多数反应要控制pH值在6～8，先生成亚胺离子，且产品总是含有少量的有毒物质——氰化物。

L-苏氨酸与L-丝氨酸都是人体必需的氨基酸，且都含有三个反应性官能团-羟基，氨基及羧基(丝氨酸比苏氨酸仅少一个甲基)，在氮二甲基化时，不仅要考虑到氮的单甲基化及季铵盐的生成，还要避免同样有亲核性的羟基的竞争反应，且生成的氨基酸氮二甲基化衍生物可作为药物中间体，具有抗菌性和能抑制肿瘤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氨基酸氮二甲基化衍生物的制备方法。

本发明氨基酸氮二甲基化衍生物的制备方法，，是将氨基酸与甲基化试剂多聚甲醛加入到反应器中，通氮气保护，于室温下反应10～60分钟；加入甲酸作为还原剂，于70～100℃反应2～5小时，升温至100～120℃，反应20～60分钟，得到黄色黏稠状液体；将该黄色黏稠状液体减压蒸馏，除去过量的甲酸，残留物用乙醇重结晶，得到白色晶体即为目标化合物；

所述氨基酸与多聚甲醛、甲酸的摩尔比为1.0∶2.0∶5.0～1.0∶3.4∶5.0。

所述氨基酸为L-苏氨酸与L-丝氨酸。

本发明的产物通过红外，核磁共振氢谱，碳谱等证实了其结构。

本发明相对现有技术具有以下优点：

1、本发明以多聚甲醛为甲基化试剂，以草酸为还原剂，根据Eschweiler-Clarke原理，在过量甲酸存在下，甲醛与一级胺或二级胺反应，生成N-甲基化的胺，通过还原胺化法将L-苏氨酸与L-丝氨酸选择性的氮二甲基化，得到L-苏氨酸与L-丝氨酸的氮二甲基化衍生物。由于选择适当的甲基化试剂，还原剂，物料比，在反应过程中无酯化、单甲基化及季铵盐生成。

2、反应过程简单，原料廉价无毒，并且有较好的产率及选择性。

下面以L-苏氨酸为例，通过具体实验对制备氨基酸氮二甲基衍生物的反应条件进行优化。

1.仪器与试剂

1.1仪器

GKLPM-L053型旋转蒸发仪

FTS2000型红外分光光度仪(KBr压片)

BrukeDRX400型核磁共振仪(TMS为内标，D₂O或DMSO为溶剂)

X-4数字显示显微熔点测定仪型熔点仪

1.2试剂

L-苏氨酸(98％)，L-丝氨酸(98％)，上海晶纯试剂有限公司

多聚甲醛(分析纯)：天津化学试剂有限公司

甲酸(分析纯)：天津化学试剂有限公司

无水乙醇(分析纯)：天津化学试剂有限公司

2.实验条件的优化选择

L-苏氨酸含有羟基，羧基和氨基三个官能团，因此，他的N烷基化存在着与羟基的竞争反应，必需合理的控制反应条件及反应物的投料比，才能生成N，N-二甲基的苏氨酸衍生物。

2.1反应物的量之比对产物产率的影响

根据Eschweiler-Clarke反应，甲酸必须过量，为了减少单甲基化副产物的量，多聚甲醛的量也必须过量，但过量太大，产率反而下降，如表1所示。

表1反应物的量之比对产物产率的影响

从表1可以看出，当苏氨酸∶多聚甲醛∶甲酸的摩尔比控制在1.0∶2.0∶5.0～1.0∶3.4∶5.0时，都能够成功制得氨基酸氮二甲基衍生物。而当摩尔比控制在1.0∶2.6∶5.0～1.0∶3.0∶5.0时，氨基酸氮二甲基衍生物的产率较高。

2.2反应时间对产物产率的影响

由于甲酸还原反应是整个反应过程的关键，因此，甲酸还原反应时间是影响产物产率的主要时间因素。

表2是对甲酸还原反应时间的选择。实验条件：苏氨酸∶甲醛∶甲酸的摩尔比为1∶3∶5，反应温度100℃。从表3可以看出，当反应时间控制在1～10小时之内，都能成功制得氨基酸氮二甲基衍生物。但考虑到成本及产率，反应时间应当控制在2～5小时。

表2反应时间对产物产率的影响

反应时间

1h

2h

3h

h4

5h

6h

7h

8h

9h

10h

产率

46％

50％

78％

82％

88％

85％

80％

75％

62％

40％

2.3反应温度对产物产率的影响

表3是甲酸还原反应温度的选择。实验条件：苏氨酸∶甲醛∶甲酸的摩尔比为1∶3∶5，反应时间5h。从表4可以看出，当反应温度控制在70～150℃，都能成功制得氨基酸氮二甲基衍生物。但当反应温度在100～120℃时，产率较高。

表3反应温度对产物产率的影响

反应温度(℃)	80	90	100	110	120	130	140	150
									产率	20％	45％	87％	80％	85％	78％	60％	45％

2.4还原剂的选择

表4是对还原剂的选择实验。实验条件：苏氨酸∶甲醛∶甲酸的摩尔比控制为1∶3∶5，反应时间5h；反应温度100℃。以草酸为还原剂进行比较。从表4可以看出，以甲酸为还原剂，高产率得到产物，而采用草酸为还原剂，不能得到氨基酸氮二甲基衍生物。

表4还原剂对产物产率的影响

还原剂	甲酸	草酸
			产率	90％	----

2.5甲基化试剂的选择

表5是甲基化试剂的选择实验。实验条件：苏氨酸∶甲醛∶甲酸的摩尔比为1∶3∶5，反应时间5h；反应温度100℃。并以甲醛进行对比。从表5可以看出，以甲醛和多聚甲醛为甲基化试剂，都能得到氨基酸氮二甲基衍生物。在相同的条件下，多聚甲醛为甲基化试剂，L-苏氨酸氮二甲基化衍生物的产率较高；另外，考虑到环保问题，选择多聚甲醛为甲基化试剂。

表5还原剂对产物产率的影响

甲基化试剂	甲醛	多聚甲醛
			产率	88％	89％

由于丝氨酸比苏氨酸仅少一个甲基，故其氮二甲基衍生物的制备与苏氨酸氮二甲基衍生物的制备基本相同。实验证明，L-丝氨酸氮二甲基化衍生物的制备工艺参数的控制与L-苏氨酸氮二甲基化衍生物基本一致。

附图说明

图1为苏氨酸与N，N’-二甲基苏氨酸的红外光谱图

图2为N，N’-二甲基苏氨酸的¹H-NMR

图3为N，N’-二甲基苏氨酸的¹³C-NMR

具体实施方式

实施例1、L-苏氨酸氮二甲基化衍生物的合成

将1.19g苏氨酸加入50mL三颈圆底烧瓶，加入0.9g多聚甲醛，抽真空-通氮气三次，室温反应0.5h，向其中注入2.3g甲酸，升温至100℃反应5h，之后升温至120℃反应30min，得到黄色黏稠状液体。将该黄色黏稠状液体减压蒸馏，除去过量的甲醛和甲酸，残留物用乙醇重结晶三次，得到1.32g白色晶体极为目标化合物。产率：90％。

其合成路线如下：

L-苏氨酸氮二甲基化衍生物的波谱特征

图1为苏氨酸与N，N’-二甲基苏氨酸的红外光谱图。从图1可知，目标化合物与他的母体的红外光谱比较中，最明显的是在2050cm^-1处，苏氨酸有一个不太强却十分明显的吸收峰，为N-H的摇摆振动，而N，N’-二甲基苏氨酸由于没有N-H则不出现吸收。

图2为N，N’-二甲基苏氨酸的¹H-NMR。¹H NMR谱中，δ3.9ppm的多重峰是次甲基CH，出现在较低场是由于与电负性较低的羟基氧相连。δ3.2ppm的双重峰是与氮相连的次甲基CH的质子位移。δ2.7ppm处的单峰为氮上两个甲基CH₃质子位移，δ1.0ppm处的单峰为甲基的质子位移。

图3为N，N’-二甲基苏氨酸的¹³C-NMR。¹³C NMR谱中，C＝O出峰位置为δ169ppm处，与氮相连的两个甲基C在δ40ppm左右出峰。由以上可以看出合成了单一的二甲基的L-苏氨酸衍生物，没有单取代产物，此反应具有良好的选择性。

实施例2、L-丝氨酸氮二甲基化衍生物的合成

将1.05g苏氨酸加入50mL三颈圆底烧瓶，加入0.9g多聚甲醛，抽真空-通氮气三次，室温反应0.5h，向其中注入2.3g甲酸，升温至100℃反应5h，之后升温至120℃反应30min，得到黄色黏稠状液体。将该黄色黏稠状液体减压蒸馏，除去过量的甲醛和甲酸，残留物用乙醇重结晶三次，得到1.22g白色晶体极为目标化合物。产率：92％。

其合成路线如下：

由于丝氨酸比苏氨酸仅少一个甲基，丝氨酸氮二甲基化衍生物的红外光谱图、¹H-NMR、¹³C-NMR与L-苏氨酸氮二甲基化衍生物基本相似。故省略。

Claims

1.氨基酸氮二甲基化衍生物的制备方法，是将氨基酸与甲基化试剂多聚甲醛加入到反应器中，通氮气保护，于室温下反应10～60分钟；加入甲酸作为还原剂，于70～100℃反应2～5小时，升温至100～120℃，反应20～60分钟，得到黄色黏稠状液体；将该黄色黏稠状液体减压蒸馏，除去过量的甲酸，残留物用乙醇重结晶，得到白色晶体即为目标化合物；

2.如权利要求1所述氨基酸氮二甲基化衍生物的制备方法，其特征在于：所述氨基酸为L-苏氨酸与L-丝氨酸。