DL-苯丙氨酸的合成和拆分

氨基酸广泛应用于营养食品、饲料添加剂、医药等领域，通过化学合成法 得到的是外消旋混合物，以往人们认为生命物质只存在Ｌ一氨基酸（ＬＡ），并将 ＬＡ冠以“天然”，而Ｄ一氨基酸（ＤＡ）就成了“非天然”，然而随着分析方法的 发展，人们相继地在海洋动物、陆生动物、种子植物和人体中发现了各种ＤＡ［４１， 从而意ｔ｝｛到ＤＡ与ＬＡ一样，作为医药、农药和食品的重要组成起着重要作用， 所以氨基酸的光学拆分一直受到人们的关注。
＋３５。（Ｃ＝２，水）。［９１
１．２苯丙氨酸合成路线论述
自１８７９年Ｓｃｈｏｌｚｅ和Ｂａｒｈｉｅｒｉ首先发现并从羽扇豆中分离得到苯丙氨酸后， 苯丙氨酸的制备方法不断得到改进。Ｌ．苯丙氨酸可由发酵法、酶法、化学合成法 得到。ＤＬ－苯丙氨酸只能经化学合成法得到，经旋光分离得到Ｌ．苯丙氨酸和Ｄ． 苯丙氨酸。而利用不对称合成可直接制备出光学纯的Ｌ．Ｐｈｅ和Ｄ．Ｐｈｅ。
浙江大学 硕士学位论文 DL-苯丙氨酸的合成和拆分 姓名：俞一军 申请学位级别：硕士 专业：化学工艺 指导教师：许文松
2002.3.1
浙江大学颂上学位论文
摘
要ｉ野
Ｙ≤２３５９ ０
苯丙氨酸又称ａ．氨基．０．苯丙酸，其种类有外消旋ＤＬ．型、Ｌ．型、Ｄ－型。 Ｌ．苯丙氨酸是人和动物必需的氨基酸之一，还是合成抗病毒和抗癌药物及新型甜 味剂的原料，Ｄ．苯丙氨酸能增强人体的免疫功能，具有出色的镇疼作用。
ａｃｔｉｖｅ ｓａｌｔ ｗｉｔｈ Ｌ（＋）·ｔａｒｔａｒｉｃ ａｃｉｄ ｉｎ ｍｅｔｈａｎ０１．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓａｌｔ ｒｅａｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ａｑｕｅｏｕｓ
ＮａＯＨ，ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ａｃｔｉｖｅ Ｌ－ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ（ｅ．ｅ．２５８．９％）ａｎｄ Ｄ—ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ
ａｃｔｉｖｉｔｙ．
Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ＤＬ·ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ
ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃａｔａｌｙｓｔ（ＰＴＣ）ａｎｄ ｏｔｈｅｒｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｓ
浙江人学坝Ｉ‘学位论殳
课题就是在这一背景下开展的。 单一手性化合物的获得方法有三种：１）手性源合成法：以手性物质为原料合
成其他手性化合物。这种方法是有机化学家最常用的方法。但是由于天然手性物 质的种类有限，要合成多种多样的目的产物会遇到很大困难，而且步骤繁多的合 成路线也使得最终产物成本十分高昂。２）不对称合成法：是在催化剂或酶的作 用下合成得到单一对映体化合物的方法。化学不对称合成和生物不对称合成近 ２０年来取得了长足进展，并且已丌始进入工业化生产。但是化学不对称合成高 旋光收率（如ｅｅ９０％以上）的反应仍然有限，所得产物的旋光纯度对于大多数实际 应用来说仍不够高。生物不对称合成具有很高的对映选择性，反应介质通常为缓 冲水溶液，反应条件温和，但对底物的要求高，反应慢，产物分离因难，因而在 应用上也受到…定的限制。３）＃ｂＮ旋体拆分法：是在手性助剂的作用下，将外消 旋体拆分为纯对映体，这种方法已被广‘泛使用。掘统计，大约有６５％的非天然 手性药物是由外消旋体或中Ｉｔ日Ｊ产物的拆分得到的【３】。
白９０年代以来，手性化合物开发开始走上快车道，其销量迅速增长。具有 关部门估计，２００１年世界手性药物市场总销售额有望超过１０００亿美元。不仅如 此，手性分子还在功能材料领域，如液晶、非线性光学材料、导电高分子等方面 显示出诱人的前景１２】。随着人们对手性分子的认识的不断深入，人们对单～手性 物资的需求量越来越大，对其纯度的要求也越来越高。广阔的应用前景和巨大的 市场发展推动了探索新的更有效的获得单一手性化台物方法的研究。本文的研究
Ａ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｅ ｐＨ ｖａｌｕｅ，ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ａｍｉｎｏａｃｙｌａｓｅ，ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ａｎｄ
ＣＨ２ＣＨＣＯＯＨ
Ｉ
ＮＨ２
英文名：ｐｈｅｎｙｌａｎｉｎｅ，缩写为Ｐｈｅ 分子式：ＣｇＨｌｌＮ０２ 分子量：１６５ １９
苯丙氨酸为无色至白色片状晶体或结晶性粉末。有特殊气味和苦味。约在 ２７１—２７３℃熔化并分解。Ｌ－苯丙氨酸和Ｄ－苯丙氨酸的熔点为２８３—２８４℃（分解）。 １０％水溶液的ｐＨ值为５．４－６．０。在受热、光照、空气中稳定。与葡萄糖一起加热 则着色。碱性下不稳定。溶于水（３９／１００ｍｌ，２５＂Ｃ）。难溶于乙醇、稀无机酸和 碱性溶液。Ｌ－苯丙氨酸的旋光度为－３５。（Ｃ＝２，水），Ｄ一苯丙氨酸的旋光度为
本文还考察了Ｌ－苯丙氨酸在不同ｐＨ和温度下旋光度的变化，发现只有在温
度和碱性强度都较高的情况下，Ｌ一苯丙氨酸消旋化程度才比较高。 、——、；／，
捌关键司词：：苯苯丙丙氨藏酸相、相转转移移催催化化、根蹴涮、坼氨分基、酰氨基化酰酶化、酶、消消旋旋化化
浙江大学坝』：学位论文
ＡＢ ＳＴＲＡＣＴ
Ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ，ａ—ａｍｉｎｏ一０·ｐｈｅｎｙｌｐｒｏｐｉｏｎｉｃ ａｃｉｄ，ｉｎｃｌｕｄｅ ＤＬ—ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ， Ｌ－ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ，Ｄ—ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ，ｉｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ．Ｌ－ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｎｅｗ ｍｅｄｉｃａｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｗｅｅｔｅｎｅｒ．Ｄ－ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ ｈａｓ ａｎａｌｇｅｓｉｃ
Ｔｈｅ ｒａｃｅｍｉｃ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｓ ｏｆ Ｌ—ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐＨ ｖａｌｕｅ）ｉｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｃｅｍｉｃ ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｆｒｏｍ
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ｇｌｙｃｉｎｅ．Ｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｌ ｓｔｅｐｓ ａｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ：ｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｌｄｉｍｉｎａｔｉｏｎ，ａｌｋｙｌａｔｉｏｎ
ａｎｄ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｙｉｅｌｄ ｈａｓ ｒｅａｃｈｅｄ ５２．３％．
Ａ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ＤＬ—ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｖｉａ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｏｐｔｉｃａｌｌｙ
本文以苯丙氨酸为研究对象。先采用化学合成法合成苯丙氨酸，然后再对其 进行手性拆分，得到旋光纯的对映体．
苯丙氨酸又称ａ．氨基．Ｂ一苯丙酸，其种类有外消旋ＤＬ．型、Ｌ．型、Ｄ．型。 Ｌ一苯丙氨酸具有生理活性，人和动物体内不能合成它，必须从外界摄取；Ｌ．苯丙 氨酸是人和动物必需的氨基酸之一，同时也是生物体内合成酪氨酸的重要原料， 可影响甲状腺激素和毛发、皮肤的黑色素，在体内参与消除肾与膀胱的功能消耗。 成年人每同对Ｌ－苯丙氨酸的最低需要量为３Ｉｍｇ／ｋｇ。同时Ｌ．苯丙氨酸还是合成 抗病毒和抗癌药物如苯丙氨酸氮芥，甲酰溶肉瘤素，甲氧芳芥及新型甜味剂阿斯 巴甜（天冬酰苯丙氨酸甲酯，Ａｓｐａｒａｎｉｅ简称为ＡＰＭ）的原料‘孔。近几年来正 是ＡＰＭ产量的激增，从而引起了Ｌ一苯丙氨酸生产的迅速发展。Ｄ．苯丙氨酸营养 上价值虽小，但它能增强人体的免疫功能，能够抑制脑啡肽（一种内源性镇痛物
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ
ａｒｎｉｎｏａｃｙｌａｓｅ ｒａｃｅｍｉｃ
ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃａｔａｌｙｓｔ
ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ
ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ
２
塑望查堂堡：！：兰竺堡兰
一——
第一章文献综述
１．１概述
手性异构体（对映体）的存在是自然界的一种普遍现象，生命界中普遍存 在的糖为Ｄ型，氨基酸为Ｌ型，蛋白质和ＤＮＡ的螺旋构象又都是右旋的。在医 药化学领域中这一点尤为突出，已知药物中约有３０％－－４０％是手性的…。分子 结构互为镜像但不能重合的两个化合物称为对映体，由相等数目的对映体分子组 成外消旋体。对映体的分子式完全相同，物理和化学性质大都相同，只是原子或 原子团在空间的取向不同，它们彼此不能重合的性质称为手性。手性药物（ｃｈｉｒａｌ ｄｒｕｇ）是指有药理活性作用的对映纯化合物。生命体内许多内源性化合物，包括 可与药物发生药动学和药效学相互作用的天然大分子都具有手性，不同手性的药 物作用于生物体时，它们所起的作用是不同的，在活性、代谢过程及毒性等方面 往往存在着显著差异。最著名的例子是“反应停”（酞胺哌啶酮，ｔｈａｌｉｄｏｍｉｄｅ）， 此药在５０年代作为镇静剂用于消除孕妇早期妊娠反应，但不久就发现服用此药 的孕妇生出的婴儿出现畸形，经研究发现其右旋物具有镇静作用而左旋物具有致 畸作用。再如抗哮喘药“沙丁胺醇”中的有效成分光学纯化合物“左沙丁胺醇” 的使用剂量仅为原来的２５％。这样看来，化学合成药生产中采用“手性合成” 技术生产的单一异构体不仅可以消除或减轻原有消旋体药物的副作用。还能降低 使用剂量，提高疗效。１９９２年美国食品药品管理局（ＦＤＡ）规定，今后凡研制 具有不对称中心的药物，必须给出手性拆分的结果，欧共体也采取了相应的措施。 故开发手性合成技术生产光学纯药已成为国际制药工业的共识。
（ｅ．ｅ．＝７０％）ａｒｅ ｓｅｐａｒａｔｅｄ．
Hale Waihona Puke Baidu
Ｔｈｅ Ｌ－ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ ａｎｄ Ｄ·ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ ｃａｎ ｂｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｉｎ ｈｉｇｈ ｏｐｔｉｃａｌ
ｐｕｒｉｔｙ ｂｙ ｔｒｅａｔｉｎｇ Ｎ。ａｃｅｔｙｌｐｈｅｎｙｌａｎｉｎｅ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｕｓｉｎｇ ｆｒｅｅ ａｍｉｎｏａｃｙｌａｓｅ ａｓ ａ ｃａｔａｌｙｓｔ．
／本文考察了两种拆分方法：手性试剂拆分法和酶促拆分法。手性试剂拆分法
是选择某种手性试剂，如Ｌ（＋）－酒石酸，将其与苯丙氨酸乙酯在甲醇中成盐， 得到（一）－苯丙氨酸－（＋）．酒石酸沉淀和溶于甲醇的（＋）．苯丙氨酸．（＋） 一滔石酸，两者经分离后在碱性条件下水解除去Ｌ（＋）．酒石酸，可得到％ｅ．ｅ’ ＝７０％的Ｄ－苯丙氨酸，收率４１．２％，％ｅ．ｅ．＝５８．９％的Ｌ．苯丙氨酸，收率３３．９％。
浙江人学倾Ｉ一学位论文
质）的分解，从而抑制羧肽酶（脑啡肽的降解酶）的活性，因而有出色的镇疼作 用№Ｉ。目前市场价格远高于Ｌ．苯丙氨酸。临床实验已表明．它对一批长期用各种 疗法无效的肌肉疼、关节疼、腰腿疼患者疗效显著，并且无副作用，因而具有镇 疼作用，专家们估计它有可能取代阿司匹林ｆ７＿８ｌ。苯丙氨酸结构式如下：
本文以苯丙氨酸为研究对象，先采用化学合成法合成苯丙氨酸，然后再对 其进行手性拆分，得到旋光纯态的Ｌ一苯丙氨酸和Ｄ．苯丙氨酸。
化学合成法以甘氢酸为起始原料，在氯化亚砜作用下与乙醇酯化反应生成 甘氨酸乙酯，再与苯甲醛作川生成Ｓｃｈｉｆｆ碱一苯亚甲氨基乙酸乙酯。然后，利用 ｎ．亚甲基的氢原子的活泼性，使之在相转移催化剂的作用下，分别与溴化苄或 氯化苄进行烷基化反应。最后，在浓盐酸的作用下水解得到ＤＬ．苯丙氨酸。以氯 化苄为反应原料时单程总收率可达５２．３％。
１．２．１发酵法
发酵法培养基有糖质的和非糖质的两种。由于使用的菌种及原料不同，最 终发酵液中Ｐｈｅ的含量相差很大。要想获得苯丙氨酸的高收率，主要需选择高产 菌株及合理调节代谢过程。发酵结果表明，在筛选过的菌种中，产氨黄杆菌 ＡＴ３９４０的糖质发酵最好，Ｌ－Ｐｈｅ含量可达４２．６９／Ｌ。发酵法因原科便宜，可以
酶促拆分法利用氨基酰化酶能立体专一的水解氨基酸的特点，选择性地水解 Ｎ－乙酰－Ｌ－氨基酸得到Ｌ．苯丙氨酸，经分离后再水解Ｎ．乙酰．Ｄ．苯丙氨酸得到Ｄ． 苯丙氨酸。研究中分别考察了ｐＨ值、温度、酶用量、底物和钻离子浓度对反应 的影响。在最优化条件下得到％ｅ．ｅ．＝９８．８％的Ｌ．苯丙氨酸，收率７０．３％：％ ｅ．ｅ．＝９６％ｆ１７，ｊ Ｄ一苯丙氨酸，收率６３％。
Ｃｏ”．Ｉｎ ｅｎｄ，Ｌ－ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ９８．８％ｏｐｔｉｃａｌ ｐｕｒｉｔｙ ｉｎ ７０．３％ｙｉｅｌｄ． Ｄ－ｐｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ Ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ９６％ｏｐｔｉｃａｌ ｐｕｒｉｔｙ ｉｎ ６３％ｙｉｅｌｄ．
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