N—乙酰—L—谷氨酸的制备

N—乙酰—L—谷氨酸的制备 N—乙酰—L—谷氨酸的制备 第7期化学世界 ?一乙酰一L一谷氨酸的制备 张小林,杨期勇,孙日圣 (南昌大学环境与化学工程学院,江西南昌330029) 摘要:以L一谷氨酸为原料,在碱性条件下用乙酸酐作为乙酰化试剂一步合成?一乙酰一L一谷氨酸 的新工艺.获得最佳反应条件为:L一谷氨酸与乙酸酐的摩尔比为1.0:1.3,酰化试剂分3次加入; 反应pH值为8,10之间;反应温度控制在0,5.C;酸化结晶pH值为1.O,2.0;反应时间1,3 h.产品收率为72.0%. 关键词:N一乙酰一L一谷氨酸;N一乙酰化反应;L一谷氨酸 中图分类号:O629.71文献标识码:A 文章编号:0367—6358(2002)07—0363—03 ThePreparationofN—-acetyl—-L—-glutamicAcid ZHANGXiao—lin,YANGQi—yong,SUNYue—sheng (EnvironmentalandChemicalEngineeringSchool,NanchangUniversity,JiangxiNanchang330029, China) Abstract:Anewsyntheticmethod,inwhichN—acetylationofL—glutamicacidwasproceededinalkali neSO— lutionusingaceticanhydrideasacetylationagent,wasdescribed.Theoptimumconditionsforthereactio n wereobtained:molar.ratioofL—glutamicandaceticanhydridewas1.0:1.3,theacetylationagentwas addedinthreeparts,thepHofthesolutionmustbewithin8.0,10.0duringreactionandin1.0,2.0 duringacidificationandcrystallization,thereactiontimewas1,3hours,thereactiontemperaturewas controlledatO,5.C.Theyieldwas72%. Keywords:N—acetyl—L—glutamicacid;N—acetylation:L—glutamicacid ?一乙酰化反应是生化及有机合成过程中的一 类重要反应.在生化及有机合成中,常利用?一乙酰 化来保护氨基以避免氨基酸在进行某些反应时被破 坏.?一乙酰一L一谷氨酸是一种重要的手性化合物拆 分试剂,主要应用于肉碱的化学拆分l1].作为一种手 性拆分试剂,它的纯度要求很高,给?一乙酰一L一谷氨 酸的合成带来较大的难度. 国内还未见?一乙酰一L一谷氨酸的合成研究报 道.国外对这方面也鲜有报道:1928年Bergmann[2] 提出了N一乙酰一L一谷氨酸的实验室制法,但该法分 离提纯的操作繁琐;1979年日本KokaiTokkyofi3]提 出了用棒状杆菌发酵法制备?一乙酰一L一谷氨酸,此 法对菌种的培养及选取需要做大量的工作. 本文以L一谷氨酸为原料,利用碱性水溶液作为 反应介质,经酰化反应合成?一乙酰一L一谷氨酸.着重 研究酰化试剂,反应温度,时间,反应pH值以及酸 化结晶pH值等因素对产品收率和纯度的影响,由 此确定较适宜的产品制造工艺. 1实验部分 1.1主要试剂和仪器 L一谷氨酸:分析纯,中国医药化学试剂公司;乙 酰氯:分析纯,中国医药化学试剂公司;乙醇:分析 纯,上海焱晨化工实业有限公司;乙酸酐:分析纯,上 海化学试剂总公司;冰醋酸:分析纯,上海化学试剂 总公司. 电动搅拌器:JJ一1型;WRS一1型数字熔点仪:上 收稿日期:2001—10-08;修回日期:2001—10—22 作者简介:张小林(1962~),男,硕士,副教授,主要从事有机化学合成及精细化工等方面的研究 和教学工作. 化学世界 海理光学仪器厂;傅里1I-r变换红外光谱仪:PE一 1730型,美国perkinElmer公司;AC一80FT型核磁 共振仪(瑞士). 1.2合成方法 将氢氧化钠溶液(2mol/l_)加入三口反应瓶 r{t,冷粕至0,5.C,在搅拌条件下加入L一谷氨酸, 藩解垴再搅拌1h.分3次同时缓慢滴加一定量的乙 酸酊和氢氧化钠溶液(4mol/i),反到规定的时 . 过滤除去杂质.七0入6mol/L的盐酸溶液至一定 值.冷却,昕}l{晶体,过滤,洗涤,干燥,得到粗 „ 品重结晶,得到产率为72的合格产品. i?品分析测定 晕结晶产品为白色晶体.溶水,微溶于乙醇, . 一 薛,不溶于四氯化碳一:.氧甲烷,三氯甲烷等非 极性溶剂,符合一乙酰..I一谷氨酸的理化性质. 3.i熔.测定 用三海物理光学仪器厂生产的WRS一1型数字 测定合成品的熔点为l96,198.C(文献 J97,l99C) 1.3.2红外光谱 西省分析测试中心对本试验产品进行了红外 蝎红外光谱}睾j(图1).酰胺基特征吸收峰: 3267.?cnl(),1708.6cnl(.),1572.5cm (d吸收带),1274.6-m(皿吸收带). 26002000180016001400l2001000 /cmI 圈1产品红外光谱 1.3.3核磁共振光谱 南昌大学分析测试中心对本样品进行仪器分析 后提供了核磁共振谱图(图2).特征化学位移:4.75 ×10(a一(:氢质子),2.42×10(NH氢质子),2. O5×10..(CH;CO氢质子). 2结果与讨论 2.1乙酰化试剂种类及用量对反应的影响 羧酸与姣的反应是合成酰胺的重要方法.由于 这一反应是一平衡反应,因此必须在反应过程中不 断蒸馏移去水分,我f『j在冰醋酸与谷氨酸的实验过 2002钲 图2产品核磁共振光谱 程中发现,反应要加热至15O.C才逐渐有水分馏出. 在高温条件下所使用的乙二醇溶剂与谷氨酸生成 酯,同时酰胺在酸性加热条件下又会不断地水解,导 致反应得不到产物. 乙酰氯是活泼的乙酰化试剂.需要现场制备.反 应过程中放出大量的热,反应温度难以控制,并且即 使在冰冷却条件下也会与水发生强烈反应,反应选 择性差. 由1可以看出乙酸酐是最佳的乙酰化试剂, 乙酸酐的活性没有乙酰氯强,因此它与谷氨酸的反 应速度比乙酰氯慢.乙酸酐稍微过量可以使反应进 行得较为彻底,但过量太大则由于生成?,?一二乙 酰化产物的可能性增大,反而降低目标产物的收率. 表1乙酰化试剂对反应的影响 2.2反应体系中pH值对反应的影响 谷氨酸与乙酸酐的反应属于S2亲核取代反应 历程: 有文献报道_6,pH值呈碱性有利于氨基酸类物 质的乙酰化反应进行,在酸性条件下易生成一NH. 形式,不利于亲核进攻.但是反应液的OH一浓度过 高会加速乙酸酐的水解,因此反应液的pH值不宜 过高,同时反应会不断产生乙酸,所以在实际操作中 采用乙酸酐和氢氧化钠溶液同时加的方式,由图3 可知反应液的pH值在8,10之间为最佳. 2.3温度对反应结果的影响 谷氨酸的酰化反应是放热反应,低温条件下有 利于反应向我们所期望的方向进行,同时在高温条 件下乙酸酐在碱性条件下易发生水解反应,降低?一 乙酰一L一谷氨酸的产率.温度对反应的影响如表2. 第7期 75 7n 65 f60 瓣55 5【l 45 40 3 化学世界 I{0()c一(„IlI2一CH2--C . H--COOH+cH3CII一 0一苎cH3…” H2// H()OC—CH,一CH,一CH—COOH?.? 1 0NH, CH-_=0. l OCOCH 图3反应plJ值对产品产率的影响 表2不同反应温度下产物的收率” 反应温度/”( I1, 10,1j 2O,25 收率/ 72.0 3.2 30.4 “除温度外,其余反应条件均相同 2.4反应时间及酸化结晶pH值对反应的影响 经多次实验证明,反应时间对产率的影响不是 很大,在实际生产中应以不影响产品收率而尽可能 缩短为标准.实验结果表明,在冰浴和缓慢滴加乙酸 酐条件下反应时间以l,3h为宜. 酸化的目的是使』v一乙酰一L一谷氨酸钠被无机酸 置换出来,然后在低温条件下结晶,同时未反应完全 的L一谷氨酸钠也会与无机酸作用而结晶出来,因此 酸化结晶pH值对产品的产率和纯度影响很大.L一 谷氨酸的等电点为pH一3.22,这时的谷氨酸溶解度 最小,所以酸化结晶pH值须大于或小于3.22.当 pH值大于3.22时,有部分谷氨酸结晶出来;当pH 值小于3.22时,谷氨酸与无机酸成盐不会结晶出 来,而一乙酰谷氨酸不会与无机酸成盐而结晶出 来.经实验证实pH一1.0,3.0时.?一乙酰谷氨酸的 收率最大,纯度最高. 2.5乙酰化反应的主要副产物 Hooc—cH2一cH2一cH—cooH NHCOCH3 + CH3COOH 乙酸酐作酰化试剂的主要副产物是?,?一二乙 酰谷氨酸.具有RRCHNH:结构的脂肪族伯胺与乙 酸酐发生酰化反应时往往生成?一乙酰化物和?, ?一二乙酰化物].但由于谷氨酸的a一碳原子连接有 丽个大官能团羧基,构成位阻效应,同时生成的? 乙酰一I一谷氨酸由于乙酰基具有强吸电子性使得?一 乙酰一L一谷氨酸的亲核进攻性减弱,因此谷氨酸的乙 酰化反应生成.?一二乙酰化物的比例很小.在本 实验中,乙酰化试剂分3次加入,乙酸酐的用量不能 太大.滴加速度必须缓慢,基本上没有?,一乙酰化 物的生成.这种方法一方面提高了反应的选择性,另 一 方面又使谷氨酸原料得到充分反应. 3结论 综上所述,?一乙酸一L一谷氨酸的合成宜以碱性 溶液作反应介质,控制反应过程pH值在8,10之 间.其较适宜的合成工艺条件为:碱性介质为2 mol/L的NaOH溶液,反应温度0,5.C,反应时间 1,3h,酸化结晶pH值1.0,2.0.按照上述试验所 确定的最佳反应条件作重复试验,获得最终产品收 率为72,高于有关文献的产率64_2]. 参考文献: [1]FernandB,ClaudeM.Brit:1126694EP].1966. E23BergmannM.ZervasL.BiochemZEJ].1928.203: 280. [3]KokaiTokkyoKoho.JP:7935289EP].1979. E4]谭佩幸.陶宗晋,祁国荣,等.现代化学试剂手册(第三 分册)EM].北京:化学工业出版社,1990.97. Es]黄宪,陈振初.有机合成化学[M].北京:化学工业出 版社.1983.53卜532. E63胡宏纹.有机化学EM].北京:高等教育出版社,1999. 662—664. ? +一+一+一+一+-+一+-+-+-+一+-+一+-+一+-+一+-+-+-+-+一十一+-+一—一-—+一-+-—+一-—+一一+-—+一-—+一一+一+-—+一-—+一一+-—+一一+-+一——卜-+-—+一-+-+-—+一-+-+-—+一 (上接第355页) 参考文献: [1]冯建跃.分析化学[-I].1999,27(3):289291 E23朱志荣.色谱[J].2000.18(2):138—14i 3]GretierG,PodevinC.JChromatogrAlJ].2000.874 :305310 [4]KamiusukiT,MondekT.OmaeChromatographia [JJ,2000,51(7/8):390-396 Es]肖毛燕,张佩芬,王淑英.El用化学1二业[J],1985,(3): 35—39 E63周慕君.郭少春.合成橡胶工业[J],1996(3):21卜213 E7]王小淳,金燕.色谱[J],2000,18(4):322—334