雜環氨基酸酯的合成與表征

馬養民，劉 斌

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

雜環氨基酸酯的合成與表征

馬養民，劉 斌

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

以三種雜環結構的氨基酸、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行了結構表征，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氨基酸酯。

雜環氨基酸，氨基酸酯鹽酸鹽，酯化反應

雜環類氨基酸結構特殊，其衍生物很多都具有生物活性。由于其獨特的理化性質，使得其在食品、醫藥、化工等領域的重要性越來越明顯地凸現出來。近年來，雜環類氨基酸類衍生物的合成與應用已成為化學領域研究的熱點之一。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起來［1］。保護羧基可以起到兩個作用：一方面，在肽合成反應中，可防止用某些方法活化反應羧基時，不需要反應的羧基也被活化而帶來副反應［2］；另一方面，防止氨基酸自身氨基組分同羧基形成內鹽［3］。保護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氨基酸上羧基的保護就顯得尤為重要。目前，關于常見氨基酸的酯化方法報道較多，而雜環類氨基酸的酯化方法報道較少［4］，因此我們進行了雜環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氨基酸酯鹽酸鹽，先將羧基轉變成活性較高的酰氯，然后與醇發生親核取代反應，生成相應的酯，由于體系中有氯化氫產生，與氨基酸上的游離氨基結合成為氨基酸酯的鹽酸鹽，穩定性較好，易于氨基酸酯的保存。進行下一步反應需要脫掉鹽酸時，用飽和碳酸鈉溶液對其進行中和，再用二氯甲烷萃取，合并有機相，蒸干溶劑，就得到了相應的氨基酸酯，此方法產率較高。

圖1 三種雜環氨基酸

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℃以下繼續反應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行重結晶（脯氨酸甲/乙酯通過多次重結晶，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重結晶），產率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重結晶），產率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，即得到相應的氨基酸酯。

2 結果與討論

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的影響比較大，二氯亞砜滴加過快，反應非常劇烈，比較危險，同時體系會產生大量的熱，容易有副產物產生，因此，滴加速度應盡量緩慢，控制在大約每分鐘15滴左右，同時，滴加過程中，反應在冰鹽浴中進行，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，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-乙醚混合溶劑反復重結晶的方法得到，也可把除掉溶劑后的產物重新加入醇與二氯亞砜的混合溶液進行加熱回流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，不容易帶入雜質，但需要氨氣發生裝置，較為繁瑣。經過我們對后三種方法實驗，發現濃氫氧化鈉中和法操作簡單，但這種方法會發生部分皂化。三乙胺中和法是在氨基酸酯鹽酸鹽的有機溶液中加入三乙胺，產生沉淀，此方法缺點在于副產物三乙胺鹽酸鹽會部分溶于有機相，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，不容易發生皂化；另一方面，脫鹽酸后有機相經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 結論

將雜環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，合成出三種雜環氨基酸（色氨酸、組氨酸、脯氨酸）甲酯以及乙酯的鹽酸鹽，實現了較高的產率和純度，如無特殊要求不需純化即可進行下一步反應，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，少量多次進行，萃取率較高。

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［4］蘇為科，夏建勝，邊高峰，等.一種雜環羧酸酯和雜環氨基酸酯的合成方法［P］.中國專利101177370A，2008-05-14.

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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

馬養民（1963-），男，教授，主要從事有機合成以及天然產物分離提取研究。

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