焦谷氨酸醇及其中间体的化学合成方法转让专利

申请号 : CN200810046505.6

文献号 : CN101407488B

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相似专利:

发明人 : 伍万兵范兆林蒲国波陈书娟

申请人 : 四川同晟氨基酸有限公司

摘要 :

本发明提供了一种焦谷氨酸醇及其中间体——焦谷氨酸、焦谷氨酸酯的化学合成方法,以谷氨酸为原料,在加热环境中脱水环化生成焦谷氨酸,再将焦谷氨酸在催化剂作用下与无水醇反应生成焦谷氨酸酯,最后将焦谷氨酸酯溶解于有机溶剂中用还原剂还原生成焦谷氨酸醇。该化学合成方法原料易得,工艺路线短,催化剂及酸耗用极少,操作环境良好,收得率高,成本低廉,纯度高,易于工业化。

权利要求 :

1.一种焦谷氨酸醇的化学合成方法,该方法是以谷氨酸为原料,在加热环境中脱水环化生成焦谷氨酸,再将焦谷氨酸在催化剂作用下与无水醇反应生成焦谷氨酸酯,最后将焦谷氨酸酯溶解于有机溶剂中用还原剂还原生成焦谷氨酸醇;其特征在于,该方法按如下具体步骤进行:(1)将谷氨酸加入反应罐中,加热油浴至220-290℃,搅拌脱水,在130-180℃保温条件下反应40-70分钟,放入水中冷却,过滤得焦谷氨酸粗品;粗品加水于40-70℃下饱和,冷却到30-40℃使其结晶,滤出晶体用洗涤剂洗涤,然后烘干得焦谷氨酸精品;

(2)在烧瓶中加入无水醇,用冰盐浴降温至-5℃以下,加入催化剂和焦谷氨酸,搅拌缓慢升温于20-45℃反应24-48小时;用中和碱调pH至7.0-8.0,过滤收集滤液,滤渣用洗涤剂洗涤,将洗涤液与滤液合并后浓缩得粗产物,再将该粗产物于130-150℃/1-2mmHg条件下蒸馏纯化,得焦谷氨酸酯;

(3)将焦谷氨酸酯溶于溶剂中,用冰盐浴降温到0-10℃,搅拌下缓慢加入还原剂,其配比为:焦谷氨酸酯∶溶剂∶还原剂=1mol∶100ml∶2-3mol,在此温度下搅拌反应,时间为6-12小时,反应完后加入水,并用中和酸调pH至6-6.5,浓缩得白色片状结晶,然后再加入溶剂,溶解该结晶,过滤溶液,将滤液浓缩,得淡黄色油状物;再加入溶剂丙酮,溶解该油状物,将溶液过滤,收集滤液浓缩,冷却后析出白色结晶,滤出结晶并用冷丙酮洗涤该结晶,最后干燥得产品焦谷氨酸醇。

2.如权利要求1所述焦谷氨酸醇的化学合成方法,其特征在于:步骤(1)中使用的洗涤剂是水、乙醇、甲醇之一种。

3.如权利要求1所述焦谷氨酸醇的化学合成方法,其特征在于:步骤(2)中的无水醇优选甲醇或乙醇,滤渣用洗涤剂是无水乙醇或无水甲醇;中和碱是K2CO3、KOH、KHCO3之一种。

4.如权利要求1所述焦谷氨酸醇的化学合成方法,其特征在于:步骤(3)中,焦谷氨酸酯的溶剂是无水甲醇、无水乙醇、异丙醇、四氢呋喃之一种;中和酸是醋酸或盐酸;白色片状结晶的溶剂是无水甲/乙醇。

5.如权利要求1所述焦谷氨酸醇的化学合成方法,其特征在于:所述催化剂是H2SO4、SOCl2、HCl、TosOH之一种;所述有机溶剂是无水甲醇、无水乙醇、异丙醇、四氢呋喃之一种;所述还原剂是硼氢化钠、硼氢化锂之一种。

说明书 :

技术领域

本发明涉及一种焦谷氨酸醇及其中间体的化学合成方法,尤其是用谷氨酸为原料,在加热环境中脱水环化生成焦谷氨酸,再将焦谷氨酸在催化剂作用下与无水醇反应生成焦谷氨酸酯,最后将焦谷氨酸酯溶解于有机溶剂中用还原剂还原生成焦谷氨酸醇。焦谷氨酸作为天然的保温剂被广泛应用与化妆品与生活品中,其本身用来合成焦谷氨酸的衍生物广泛应于化工领域,而且是合成茶叶特征氨基酸L-茶氨酸和焦谷氨酸甲/乙酯的主要原料;焦谷氨酸酯不仅是合成焦谷氨酸醇的主要原料及其它药物的中间体,还是合成2—吡咯烷酮—5—羧酸长链脂肪酯的原料;而焦谷氨酸醇则作为诸多药物合成的中间体被广泛运用,如用于制备5—苯基—c257—氨基酸、5—苯基—c257—氨基醛等Cathepsin K抑制剂与ω—苯基—N—BOC—氨基酸乙酯,同时它还是手性药物AI—77—B、5—氨基酮戊酸的合成中间体。

背景技术

在本发明做出之前,合成焦谷氨酸时是选用谷氨酸的盐或酯作为原料脱水环化,如文献CN1398853A,DE3735263所记载,这样不仅会引入相应的杂质,而焦谷氨酸易溶于水,给后序分离带来了极大的不便,同时在分离纯化时也没有相应的纯化方法,由此造成焦谷氨酸生产周期长,质量不高。
在合成焦谷氨酸酯时,过去采用谷氨酸酯化—萃取、浓缩—环化—蒸馏纯化得产品焦谷氨酸乙酯,如《化学试剂》,vol.22No4.Dec.,2000(湖北大学学报)所记载;其工艺路线长,催化剂耗量大,碱耗用多,操作条件较差,不易后序纯化,对设备要求苛刻,产品中含酸及其它杂质不易清除,不利于产品的保存及后序产物焦谷氨酸醇的合成,产品收得率也很低。
而在合成焦谷氨醇时多数选用硼氢化钠作还原剂,收率高,但后处理由于采用层析柱分离,操作繁琐,周期长,收率低,不易工业化生产。

发明内容

为克服现有合成技术的缺点,本发明提供了一条原料易得,工艺路线短,催化剂及碱耗用极少,操作环境良好,收得率高,成本低廉,产品纯度高,易于工业化的焦谷氨酸醇及其中间体的化学合成方法。
为此,本发明提供了如下技术方案:
一种焦谷氨酸醇及其中间体的化学合成方法,该方法是以谷氨酸为原料,在加热环境中脱水环化生成焦谷氨酸,再将焦谷氨酸在催化剂作用下与无水醇反应生成焦谷氨酸酯,最后将焦谷氨酸酯溶解于有机溶剂中用还原剂还原生成焦谷氨酸醇。
所述催化剂是H2SO4、SOCl2、HCl、ToSOH之一种;所述有机溶剂是无水甲醇、无水乙醇、异丙醇、四氢呋喃之一种;所述还原剂是硼氢化钠、硼氢化锂之一种。
上述的焦谷氨酸醇及其中间体的化学合成方法进一步的步骤是:
(1)将谷氨酸加入反应罐中,加热至220—290℃,油浴搅拌脱水,在130—180℃保温条件下反应40—70分钟,放入水中冷却,过滤得焦谷氨酸粗品;粗品加水于40—70℃下饱和,冷却到3040℃使其结晶,滤出晶体用洗涤剂洗涤,然后烘干得焦谷氨酸精品。
(2)在烧瓶中加入无水醇,用冰盐浴降温至—5℃以下,加入催化剂和焦谷氨酸,搅拌缓慢升温于20—45℃反应24—48小时;用中和碱调PH至7.0—8.0,过滤收集滤液,滤渣用洗涤剂洗涤,将洗涤液与滤液合并后浓缩得粗产物,再将该粗产物于130—150℃/1—2mmHg条件下蒸馏纯化,得焦谷氨酸酯。
(3)将焦谷氨酸酯溶于溶剂中,用冰盐浴降温到0—10℃,搅拌下缓慢加入还原剂,其配比为:焦谷氨酸酯:溶剂:还原剂=1mol:100ml:2—3mol,在此温度下搅拌反应,时间为6—12小时,反应完后加入水,并用中和酸调PH至6—6.5,浓缩得白色片状结晶,然后再加入溶剂,溶解该结晶,过滤溶液,将滤液浓缩,得淡黄色油状物;再加入溶剂丙酮,溶解该油状物,将溶液过滤,收集滤液浓缩,冷却后析出白色结晶,滤出结晶并用冷丙酮洗涤该结晶,最后干燥得产品焦谷氨酸醇。
所述步骤(1)中使用的洗涤剂是水、乙醇、甲醇之一种。
所述步骤(2)中的无水醇优选甲醇或乙醇,滤渣用洗涤剂是无水乙醇或无水甲醇;中和碱是K2CO3、KOH、KHCO2之一种。
所述步骤(3)中,焦谷氨酸酯的溶剂是无水甲醇、无水乙醇、异丙醇、四氢呋喃之一种;中和酸是醋酸或盐酸;白色片状结晶的溶剂是无水甲/乙醇。
本发明与现有技术相比,在焦谷氨酸合成时,选用谷原料,引入杂质少,易于处理,而不是用谷氨酸盐或谷氨酸甲酯;在焦谷氨酸母液纯化时,用水溶解结晶分离,操作简便,无有机物残留,而不用繁琐的树酯或有机溶剂分;在焦谷氨酸酯合成时,用焦谷氨酸与乙醇经催化反应,中性蒸馏,纯化得产品,而不是用谷氨酸酯化—萃取、浓缩—环化—蒸馏纯化得产品,路线短;在焦谷氨酸酯催化合成时,选用催化剂为摩尔量的1/15—1/2,而不是摩尔量的1.5倍(焦谷氨酸)及2.4倍(谷氨酸),碱耗用少,操作条件良好,易于后序纯化;在焦谷氨酸酯纯化时,用中和剂KOH/KHCO3/K2CO3调PH至中性,易于纯化,对设备要求不苛刻,杂质易清除,产品中不含酸,利于产品的保存及后序产物的合成;而在焦谷氨酸醇纯化时选用无水乙醇和丙酮进行纯化,操作简便,易于工业化,而不是用处理量小,操作困难的层析柱分离。

具体实施方式

本发明的一个实例的工艺流程:


实施例一
在200L的电加热不锈钢反应罐中加入谷氨酸60kg于220—290℃油浴搅拌脱水反应,于140℃保温反应55分钟,放入10L水中,搅拌冷却,离心得粗品。粗品加水于65℃饱和,离心过滤,冷却到35℃结晶,离心洗涤烘干得焦谷氨酸精品。母液浓缩套用精制,共收焦谷氨酸精品28kg,收率54%(以谷氨酸投料理论收率计),熔点为159—161℃,[α]20=—11.6(C=2,H2O)。
实施例二
在200L的电加热不锈钢反应罐中加入谷氨酸80kg于250—270℃油浴搅拌脱水反应,于160℃保温反应50分钟,放入10L水中,搅拌冷却,离心得粗品。粗品加水于50℃饱和,离心过滤,冷却到30℃结晶,离心洗涤烘干得焦谷氨酸精品。母液浓缩套用精制,共收焦谷氨酸精品37kg,收率53.8%(以谷氨酸投料理论收率计),熔点为158.5—161℃,[α]20=—11.5(C=2,H2O)。
实施例三
在200L的电加热不锈钢反应罐中加入谷氨酸60kg于220—250℃油浴搅拌脱水反应,于140℃保温反应55分钟,放入10L水中,搅拌冷却,离心得粗品。粗品加水于65℃饱和,离心过滤,冷却到35℃结晶,离心洗涤烘干得焦谷氨酸精品。母液浓缩套用精制,共收焦谷氨酸精品28kg,收率54%(以谷氨酸投料理论收率计),熔点为159—161℃,[α]20==—11.5(C=2,H2O)。
实施例四
在200L的电加热不锈钢反应罐中加入谷氨酸80kg于220—290℃油浴搅拌脱水反应,于160℃保温反应50分钟,放入10L水中,搅拌冷却,离心得焦谷氨酸粗品。粗品加水于50℃饱和,离心过滤,冷却到30℃结晶,离心洗涤烘干得焦谷氨酸精品。母液浓缩套用精制,共收焦谷氨酸精品38kg,收率55%(以谷氨酸投料理论收率计),熔点为159.5—161℃,[α]20=—11.6(C=2,H2O)。
实施例五
焦谷氨酸酯化的原料投料比为焦谷氨酸:无水乙醇:催化剂=1mol:100ml:0.06—1.2mol,催化剂为SOCl2,中和碱为KOH。
在干燥的三口烧瓶中加入无水乙醇10L,用冰盐水降温至—5℃以下,滴加二氯亚砜300ml,加入焦谷氨酸1000g,搅拌缓慢升温于35—40℃反应36—24h,用KOH乙醇溶液调PH至7.0—8.0,过滤并用无水乙醇洗涤,洗涤与滤液合并浓缩得1357g粗产物,经蒸馏纯化155℃/2mmHg得焦谷氨酸乙酯1108g,收率为90%(焦谷氨酸理论值计),经检验纯度为≥99.0%(HPLC),[α]20=4(C=10,H2O)。
实施例六
焦谷氨酸酯化的原料投料比为焦谷氨酸:无水乙醇:催化剂=1mol:100ml:0.06—1.2mol,催化剂为H2SO4,中和碱为KOH。
在干燥的三口烧瓶中加入无水甲醇10L,用冰水浴降温至—5℃,于—5℃滴加H2SO4250ml,加入焦谷氨酸1000g,于35—45℃反应36—48h,用KOH调至PH7.0—8.0,过滤并用无水甲醇洗涤浓缩,合并滤液浓缩得精产物为1258g,经蒸馏(150℃/2mmHg)得焦谷氨酸甲酯,得985g,收率88%(焦谷氨酸理论值计),经检验纯度为≥99.0%(HPLC),[α]20=9.8(C=2.EtOH)。
实施例七
焦谷氨酸酯化的原料投料比为焦谷氨酸:无水乙醇:催化剂=1mol:100ml:0.06—1.2mol,催化剂为HCl,中和碱为KHCO3。
在干燥的三口烧瓶中加入无水乙醇1000ml,用冰水浴降温至—5℃以下,通入HCl约150g,加入焦谷氨酸1000g,于35—45℃反应36—48h,用KHCO3调PH至7.0—8.0,过滤后浓缩,经蒸发(135℃/2mmHg)得焦谷氨酸乙酯1100g,收率90%(焦谷氨酸理论值计),经检验纯度为≥99.0%(HPLC),[α]20=+3.5(C=10,H2O)。
实施例八
焦谷氨酸酯化的原料投料比为焦谷氨酸:无水甲醇:催化剂=1mol:100ml:0.06—1.2mol,催化剂为ToSOH,中和碱为K2CO3。
在干燥的三口烧瓶中加入无水甲醇1000ml,用冰水浴降温至—5℃以下,加入无水ToSOH 860g,加入焦谷氨酸1000g,于35—45℃反应36—48h,用K2CO3调PH至7.0—8.0,过滤后浓缩,经蒸发(135℃/2mmHg)得焦谷氨酸甲酯995g,收率87.9%(焦谷氨酸理论值计),经检验纯度为≥99.0%(HPLC),[α]20=+9(C=2.EtOH)。
实施例九
焦谷氨酸酯还原反应投料比为焦谷氨酸乙酯:无水甲醇:硼氢化钠=1mol:100ml:2—3mol,中和酸为盐酸,纯化所用溶剂为无水乙醇。
将32g焦谷氨酸乙酯溶于300ml无水甲醇中,用冰盐水浴降温到0—5℃,搅拌下缓慢加入15g硼氢化钠,加完后在此温度下搅拌反应并以TLC监测反应进程,反应完后缓慢加入1ml水,用盐酸中和PH6—6.5,减压浓缩得白色片状结晶,加入300ml无水乙醇,搅拌溶解过滤,滤液减压浓缩得22g淡黄色油状物,加入100ml丙酮,溶解存放过夜,过滤浓缩至干,稍冷后得白色结晶,过滤并用冷丙酮洗涤得白色结晶,于低温真空干燥,得产品焦谷氨酸醇18g,收率78%(以焦谷氨酸乙酯投料计),经检验纯度为≥98.0%(HPLC),[α]20=+29(C=2,EtOH)。
实施例十
焦谷氨酸酯还原反应投料比为焦谷氨酸乙酯:异丙醇:硼氢化钠=1mol:100ml:2—3mol,中和酸为醋酸,纯化所用溶剂为丙酮。
将315g焦谷氨酸乙酯溶于3000ml异丙醇中,用冰盐水浴降温到0—5℃,搅拌下缓慢加入160g硼氢化钠,加完后在此温度下搅拌反应并以TLC监测反应进程,反应完后缓慢加入10ml水,用醋酸中和PH6—6.5,减压浓缩得白色片状结晶,加入3000ml无水乙醇,搅拌溶解过滤,滤液减压浓缩得220g淡黄色油状物,加入1000ml丙酮,溶解存放过夜,过滤浓缩至干,稍冷后得白色结晶,过滤并用冷丙酮洗涤得白色结晶,于低温真空干燥,得产品焦谷氨酸醇175g,收率76%(以焦谷氨酸乙酯投料计),经检验纯度为≥98.0%(HPLC),[α]20=+30(C=2.EtOH)。
实施例十一
焦谷氨酸酯还原反应投料比为焦谷氨酸甲酯:四氢呋喃:硼氢化钠=1mol:100ml:2—3mol,中和酸为醋酸,纯化所用溶剂为丙酮。
将290g焦谷氨酸甲酯溶于3000ml四氢呋喃中,用冰盐水浴降温到0—5℃,搅拌下缓慢加入165g硼氢化钠,加完后在此温度下搅拌反应并以TLC监测反应进程,反应完后缓慢加入10ml水,用醋酸中和PH6—6.5,减压浓缩得白色片状结晶,加入3000ml无水乙醇,搅拌溶解过滤,滤液减压浓缩得230g淡黄色油状物,加入1000ml丙酮,溶解存放过夜,过滤浓缩至干,稍冷后得白色结晶,过滤并用冷丙酮洗涤得白色结晶,于低温真空干燥,得产品焦谷氨酸醇180g,收率78%(以焦谷氨酸甲酯投料计),经检验纯度为≥98.0%(HPLC),[α]20=+31(C=2.EtOH)。
实施例十二
焦谷氨酸酯还原反应投料比为焦谷氨酸甲酯:无水乙醇:硼氢化钠=1mol:100ml:2—3mol,中和酸为盐酸纯化所用溶剂为丙酮。
将290g焦谷氨酸甲酯溶于3000ml无水乙醇中,用冰盐水浴降温到0—5℃,搅拌下缓慢加入165g硼氢化钠,加完后在此温度下搅拌反应并以TLC监测反应进程,反应完后缓慢加入10ml水,用盐酸中和PH6—6.5,减压浓缩得白色片状结晶,加入3000ml无水乙醇,搅拌溶解过滤,滤液减压浓缩得232g淡黄色油状物,加入1000ml丙酮,溶解存放过夜,过滤浓缩至干,稍冷后得白色结晶,过滤并用冷丙酮洗涤得白色结晶,于低温真空干燥,得产品焦谷氨酸醇179g,收率78%(以焦谷氨酸甲酯投料计),经检验纯度为≥98.0%(HPLC),[α]20=+31(C=2.EtOH)。
以上的方法适用于R/L构型产物的合成,只需选用相应的手性谷氨酸按本方法则可得相应手性的产物R/L-焦谷氨酸醇及中间体R/L—焦谷氨酸酯和R/L-焦谷氨酸。