O_磷酸_L_丝氨酸及其衍生物的合成

2007年第27卷有机化学V ol. 27, 2007第2期, 218～221 Chinese Journal of Organic Chemistry No. 2, 218～221* E-mail: Jianchen@Received February 6, 2006; revised March 24, 2006; accepted August 6, 2006.No. 2张建臣等：O -磷酸-L -丝氨酸及其衍生物的合成219Scheme 11 实验部分1.1 试剂与仪器L -丝氨酸为分析纯, 购于华美公司; 其它化学品为国产分析纯.所用仪器为XT4A 显微熔点测定仪; Bruker DPX- 400核磁共振测定仪; Bruker Esquire-3000质谱仪; Thermo Nicolet 200型红外光谱测定仪; Rigaku-AXB-IV 日本理学电机X 射线面探仪. 1.2 O -磷酸-L -丝氨酸的合成46 g (0.3 mol)三氯氧磷搅拌下于1 h 内滴入10.8 mL (0.6 mol)水中, 升温至60 ℃, 15 min 内分批加入10.5 g (0.1 mol) L -丝氨酸, 继续于60 ℃反应2 h, 冷却至室温, 加入3.6 mL 水, 再加入35 mL 1 mol/L 的盐酸, 于沸水浴中加热20 min, 冷却至室温, 10 min 内滴入200 mL 95%的乙醇, 再加入70 mL 乙醚, 于3 ℃过夜, 过滤结晶, 分别用100 mL 95%的乙醇和100 mL 乙醚洗涤, 真空干燥得到白色固体产物14.5 g, 产率78%. m.p. 170～171 (℃文献值[7]: 169～170 )℃; 25D []α＋17.2 (c 0.7, 2 mol/L HCl)[文献值[7]: ＋17.5 (c 0.7, 2 mol/L HCl)]; 1H NMR (D 2O, 300 MHz) δ: 4.13～4.20 (m, 2H, CH 2), 4.07～4.11 (m, 1H, CH); 13C NMR (D 2O, 75 MHz) δ: 53.52 (CH 2, 2J P-C ＝8.4 Hz), 62.77 (CH), 169.52 (COOH);31P NMR (D 2O, 100 MHz) δ: 0.019; IR (KBr) ν: 3444,3180, 3112, 1723, 1621, 1559, 1260, 1047, 971 cm －1; ESI-MS [8] m /z : 186 [M ＋H]＋, 184 [M －H]－. 1.3 O -磷酸-L -丝氨酸钙盐的合成3.7 g (0.02 mol) O -磷酸-L -丝氨酸加入50 mL 水, 加碳酸钙, 释放完CO 2气后, 过滤去除不溶物, 减压蒸除水, 真空干燥得到白色固体产物 3.8 g, 产率77%. 1H NMR (D 2O, 300 MHz) δ:4.11 (t, J ＝3.4 Hz, 2H, CH 2), 3.95 (t, J ＝3.0 Hz, 1H, CH); 13C NMR (D 2O, 75 MHz) δ: 54.52 (CH 2, 2J P-C ＝8.1 Hz), 63.29 (CH), 170.86 (COOH);31P NMR (D 2O, 100 MHz) δ: 0.191; IR (KBr) ν: 3415,3186, 3113, 1643, 1398, 1263, 1085, 998 cm －1; ESI-MS m /z : 407 [M －H]－.1.4 O -磷酸-L -丝氨酸单(或双)二异丙胺盐的合成20.3 g (0.11 mol) O -磷酸-L -丝氨酸和10.1 g (0.1 mol)二异丙胺加入100 mL 无水乙醇溶解, 搅拌下加入到1.0 L 无水乙醚中, 过滤收集析出物, 真空干燥得到O -磷酸-L -丝氨酸单二异丙胺盐白色固体24.3 g, 产率85%. m.p. 130 ; ℃1H NMR (D 2O, 300 MHz) δ: 1.10 (d,3J HH ＝6.0 Hz, 12H, CH 3), 3.29～3.32 [m, 2H, C H (CH 3)2],3.80 (s, 1H, CH),4.02～4.05 (m, 2H, CH 2); 13C NMR (D 2O, 75 MHz) δ: 18.18 (CH 3), 47.06 [C H(CH 3)2], 54.91 (CH 2), 63.45 (CH), 171.35 (COOH); 31P NMR (D 2O, 100 MHz) δ: 0.364; IR (KBr) ν: 3444, 3119, 2971, 1627, 1399, 1047, 998 cm －1; ESI-MS m /z : 287 [M ＋H]＋.20.3 g (0.11 mol) O -磷酸-L -丝氨酸和20.2 g (0.2 mol)二异丙胺加入100 mL 无水乙醇溶解, 搅拌下加入到1.0 L 无水乙醚中, 过滤收集析出物, 真空干燥得到O -磷酸-L -丝氨酸双二异丙胺盐白色固体32.8 g, 产率85%. m.p. 150 ; ℃1H NMR (D 2O, 300 MHz) δ: 0.99 (d,3J H-H ＝3.6 Hz, 24H, CH 3), 3.16～3.20 [m, 4H, C H (CH 3)2],3.66 (s, 1H, CH), 3.88～3.92 (m, 2H, CH 2); 13C NMR (D 2O, 75 MHz) δ: 18.18 (CH 3), 46.95 [C H(CH 3)2], 54.95 (CH 2, 2J P-C ＝6.3 Hz), 63.21 (CH), 171.39 (COOH); 31P220有机化学V ol. 27, 2007NMR (D2O, 100 MHz)δ: 0.824; IR (KBr) ν: 3432, 3126,2982, 1638, 1399, 1182, 1051, 931 cm－1; ESI-MS m/z: 388[M＋H]＋.2 结果与讨论O-磷酸-L-丝氨酸可通过氨基保护、羟基磷酰化、脱保护的方法合成[7], 或通过氨基磷酰化、N→O磷酰基迁移的方法合成[9]. 合成步骤较多, 产率较低. 利用三氯氧磷一步合成, 是较经济、操作简单、产率较高的方法.合成过程中所用磷酰化试剂三氯氧磷需先部分水解, 水解液呈酸性, 加入L-丝氨酸后, L-丝氨酸的氨基与水解产生的盐酸中和, 封闭了氨基的反应性, 防止了氨基发生磷酰化, 从而避免发生无机磷辅助下自组装成肽、或磷肽等的副反应[10,11]. 控制三氯氧磷与水的物质的量比为1∶2, 主要得到两个氯水解而生成的磷酰氯, 由于不可避免地发生一个氯或三个氯的水解, 所用的磷酰化试剂需过量使用. 如磷酰化试剂过量较多[6], 反应液中较多的磷酸需使用大量的结晶溶剂, 且不易结晶, 实验结果表明磷酰化试剂缩减至3倍量, 能够保持原来的收率,且能简化后续的提纯过程.O-磷酸-L-丝氨酸在水/乙醇溶液中培养得到了晶体,经X射线衍射分析, 其中单分子晶体衍射图如图1所示,多分子空间堆积晶体衍射图如图2所示. 从晶体衍射分析可知, 该晶体属于正交晶形, 斜方晶系, 磷原子位于扭曲的四面体构型的中心位置. 单分子中氨基与磷酸基以内盐形式存在, 多分子中一分子氨基上的氢、羧基上的氢与另一分子的羰基氧和磷酰基的氧之间形成氢键.图1 O-磷酸-L-丝氨酸的X射线晶体衍射图Figure 1 X-ray crystal structure of O-phospho-L-serineO-磷酸-L-丝氨酸(C3H8NO6P): M r 185.07; 属正交晶形, 斜方晶系; 空间群为P212121; 晶胞参数为: a＝0.77768(16) nm, b＝0.90744(18) nm, c＝1.0188(2) nm, α＝90°, β＝90°, γ＝90°, V＝0.719(2) nm3, Z＝4, D c＝1.710图2O-磷酸-L-丝氨酸X射线晶体衍射多分子空间堆积图Figure 2 More moleculars X-ray crystal space stack structure of O-phospho-L-serinemg•m－3, µ＝0.369 mm－1, F(000)＝384; 用Mo Kα射线(λ＝0.071073 nm)和ω扫描方式, 在3.01°≤2θ≤27.52°范围内收集到2908个独立衍射点(R int＝0.0389), 其中1591个[I≥2σ(I)]的可观测点用于结构修正; 晶体结构由直接法解出, 对所有非氢原子的坐标和各向异性温度因子进行最小二乘修正. 最终偏差因子R1＝0.0332, wR2＝0.0883.O-磷酸-L-丝氨酸的13C NMR谱中, 亚甲基与次甲基的化学位移不易分辩, 经Dept谱分析, 确定了亚甲基处于高场(δ＝53.52), 而次甲基处于低场(δ＝62.77).O-磷酸-L-丝氨酸钙盐的合成过程中, 虽然O-磷酸-L-丝氨酸的羧基的酸性(p K 2.65)强于磷酸根羧基(p K 5.91), 而钙主要与O-磷酸-L-丝氨酸的磷酸基相结合, 使丝氨酸的羧基与氨基以内盐的形式存在. 钙优先分别与两分子O-磷酸-L-丝氨酸的磷酸基的结合, 形成两分子O-磷酸-L-丝氨酸单钙盐, 有一定的水溶性而能溶于水中; 当然也不排除钙与一分子O-磷酸-L-丝氨酸的两个磷酸基相结合, 由于其水溶性较差而沉析出来与母液分离, 这也是其产率下降的主要原因之一.O-磷酸-L-丝氨酸二异丙胺盐的合成过程中, 当O-磷酸-L-丝氨酸与二异丙胺等物质的量结合, 基于与钙成盐的原因, 将得到O-磷酸-L-丝氨酸的磷酸根与二异丙胺成盐的O-磷酸-L-丝氨酸的单二异丙胺盐; 当O-磷酸-L-丝氨酸与两倍物质的量的二异丙胺结合, 除了磷酸根与一分子二异丙胺成盐, 另一分子二异丙胺将与同分子O-磷酸-L-丝氨酸的羧基成盐, 同时氨基得到游离, 而得到O-磷酸-L-丝氨酸的磷酸根和羧酸根与二异丙胺成盐的O-磷酸-L-丝氨酸双二异丙胺盐.No. 2 张建臣等：O-磷酸-L-丝氨酸及其衍生物的合成2213 结论用三氯氧磷合成法成功地合成了O-磷酸-L-丝氨酸, 及其衍生物O-磷酸-L-丝氨酸钙盐和O-磷酸-L-丝氨酸单(或双)二异丙基胺盐. 培养了O-磷酸-L-丝氨酸晶体, 确认了合成产物的结构, 为进一步开展生物活性方面的研究奠定了基础.References1 Turner, J. P.; Salt, T. E. J. Physiol. 1999, 519(2), 481.2 Klunk, W. E.; Mcdure, R. J.; Pettegrew, U. W. J. Neuro-chem. 1991, 56(6), 1997.3 Klunk, W. E.; Mcdure, R. J.; Pettegrew, J. W. Mol. Chem.Neurophathol. 1991, 15(1), 51.4 Biossier, J. R.; Combes, G. A. FR M3196, 1965[Chem.Abstr. 1965, 63, 16140].5 Mouries, C.; Vangien, B.; Prat, G.; Pontagnier, H. FR2461725, 1981 [Chem. Abstr. 1981, 95, 192415].6 Neuhaus, F. C.; Korkes, S. Biochem. Preps. 1958, 6, 75.7 Theodoropoulos, D.; Gazopoulos, J.; Souchleris, I. J. Chem.Soc. 1960, 5257.8 Zhang, J. C.; Cao, S. X.; Xu, J.; Liao, X. C.; Zhao, Y. F.Chin. J. Chem. 2004, 22(8), 870.9 Plapinger, R. E.; Wagner-Jauregg, T. J. Am. Chem. Soc.1953, 75, 5757.10 Zhou, N.; Hu, L. M.; Yang, L. F.; Tang, G.; Zhao, Y. F. J.Xiamen Univ. (Nat. Sci. Ed.) 2004, 43(4), 513 (in Chinese).(周宁, 胡利明, 杨俐锋, 唐果, 赵玉芬, 厦门大学学报(自然科学版), 2004, 43(4), 513.)11 Lu, K.; Liu, Y.; Zhou, N.; Chen, Y.; Feng, Y. P.; Guo, X.F.; Chen, W.; Qu, L. B.; Zhao, Y. F. Acta Chim. Sinica2002, 60(2), 372 (in Chinese).(卢奎, 刘艳, 周宁, 陈益, 冯玉萍, 郭祥峰, 陈玮, 屈凌波, 赵玉芬, 化学学报, 2002, 60(2), 372.)(Y0602066 YANG, X.; DONG, H. Z.)。