化学拆分法制备D-缬氨酸

拆分溶剂的浓度对拆分的影响
溶剂浓度/ （mol/L) 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1
拆分收率/%
光学纯度/%
48.6
83.6
60.3
88.1
73.5
94.5
72.1
92.8
61.7
90.3
55.4
87.2
结论：选用D-二苯甲酰酒石酸作为拆分剂；选 用稀盐酸作为拆分溶剂，其浓度为0.5mol/L。
5
6 7 8 9 10 11 12 13
2
2 3 3 3 1 1 1 2
2
3 1 2 3 1 2 3 1
2
3 2 3 1 3 1 2 2
3
1 1 2 3 3 1 2 3
3
1 3 1 2 2 3 1 1
1
2 2 3 1 2 3 1 3
1
2 3 1 2 1 2 3 2
92.22
89.95 95.24 91.55 93.73 90.55 91.97 88.86 90.01
t1(h) 拆分收率/% 光学纯度/%
0.5 85.4 79.3
0.75 83.7 85.1
1.0 81.1 98.8
1.25 80.8 98.8
1.5 77.4 98.8
正交实验
根据单因素实验结果，设计了七因素三水平的正交实验 正交实验因素水平表
T1(℃) 第一步 反应温 度 1 2 3 80 85 90 T2(℃) 第二步 反应温 度 20 25 30 N1 第一步 原料配 比 0.4 0.5 0.6 N2 第二步 原料配 比 1.5 2.0 2.5 t1(min) 第一步 反应时 间 30 40 50 t2(h) 第二步 反应时 间 0.75 1.00 1.25 C(mol/L) 拆分溶剂 的浓度
2、实验内容
寻找最佳拆分剂 提高收率和光学纯度
确定基本工 艺路线、工 艺条件及其 影响因素
选择工艺简 单，成本较 低，易于工 业化和制备 工艺
通过化学拆分法制备D-缬氨酸，使D-缬氨酸的拆分收率达 80%以上，光学纯度大于98.5%。
拆分机理
无机酸 DL-Val+D-DBTA D-Val•D-DBTA+L-ValH+
(s)-(-)-1-苯 乙磺酸
溶剂乙腈，生成非对映体盐 降温，析出加合物盐，碱中 和
收率70% 纯度90%
国内研究现状
1998年 李叶芝
R(-)四氢噻 唑-2-硫酮4-羧酸
溶剂乙酸乙酯，滴加含乙酸乙酯 的拆分剂，反应1h，析出固体， 过滤，取滤液，加入酸水解
收率45% 纯度70%
2004年 徐海清
0.4 0.5 0.6
正交实验及结果
试样号 因素
1 2 3 4 A T1 1 1 1 2 B T2 1 2 3 1 C N1 1 2 3 1 D N2 1 2 3 2 E t1 1 2 3 2 F t2 1 2 3 3 G C 1 2 3 3
光学纯度/%
90.13 91.02 91.83 90.88
14
15 16 17
2
2 3 3
2
3 1 2
3
1 3 1
1
2 2 3
2
3 3 1
1
2 1 2
3
1 2 3
91.25
92.86 95.66 92.83
18
3
3
2
1
2
3
1
94.82
试样号 因素 均值1 均值2
A T1 90.727 91.195
正交实验直观分析 B表 C D E
T2 92.078 91.807 N1 92.028 92.067 N2 91.805 92.227 t1 90.555 92.042
5、参考文献
[1] 云自厚, 吕海涛. (dl)-氨基酸拆分条件的优化[J].氨基酸和生物资源, 1996, 18(1): 4-8. [2] 严传鸣. 氟胺氰菊酯的合成[J]. 现代农药，2003,2(1):13-15. [3] 陈莹莹. 新拟除虫菊酯类杀虫剂[J]. 农药译丛，1985,7(5):56-58. [4]CHOLEWINSKI.A.J,REID.J.C,MCDERMOTT,A.M,etal.Purificationof astroglial-cell cultures from rat spinal cord:the use of D-valine to inhibit fibroblast growth[J]. Neurochem Int,1989,15(3):365-369. [5] FRAULI M,LUDWIG H. Inhibition of fibroblast proliferation in a culture ofhuman endometrial stromal cells using a medium containing Dvaline[J].Arch Gynecol Obstet,1987,241(2):87-96. [6] CARL PHILIP,KATZENELLENBOGENL,JOHA,etal. Hydrolyticenzymeactivatible pro-drugs: WO,8101145[P]. 1981-04-30. [7] SUGIE MAKIKO,TOMIZUKA NOBORU,SATO AKIO.D-amino acids and their manufacture with streptomyces from their racemates:JP,6339598[P].1988-0220. [8] 张飞，熊吉滨，刘均忠等.乙酰鸟氨酸脱乙酰酶固定化细胞拆分D,L-缬氨酸 [J]. 高等学校化学学报,2009,30(8):1577-1580. [9] BATTILOTTI M,BBARBERINI U.Preparation of D-valine from D,L-5isopropylhydation by stereoselective biocatalysis [J]. Journal of Molecular Catalysis,1988,43(3):343-352.
L-二苯甲 酰酒石酸
溶剂盐酸稀溶液，90℃反应， 生成非对映体，降温析晶， 碱中和，得到D-缬氨酸
收率70%-80% 纯度98%
2010年 李建发
L-二苯 甲酰酒 石酸
溶剂丙酮与水混合溶液， D-2-氨基 -3-甲基丁酰胺L-DBTA盐固体，酸 性水解，过滤，得到D-缬氨酸
收率70%-80% 纯度98.5%
85 79.7 98.5
90 75.4 98.5
95 72.1 98.5
100 68.6 98.5
t1(min) 拆分收率/% 光学纯度/%
20 80.1 93.4
30 79.8 93.4
40 77.1 98.8
50 73.7 98.8
60 65.4 98.5
氨化反应条件的优化
n2 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
D-二苯甲酰酒石酸 L-缬氨酸
D-缬 氨酸 D-二苯 甲酰酒 石酸
升温
D-缬氨酸· D-二苯甲 酰酒石酸盐
碱调pH
降温
过滤
蒸馏
母液
无机酸 水解
碱
溶液
蒸馏
D-缬氨酸 D-二苯甲 酰酒石酸盐
3、结果与讨论
单因素实验
拆分剂的选择
D-二苯甲酰酒石酸 拆分收率/% 光学纯度/% 81.3 98.2 L-二苯甲酰酒石酸 74.6 87.1
O
D-缬氨酸的红外谱图
OH NH 2
75 70 65 60 55 50
Transmittance(%)
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 -5 4000
2109 N-H
2968 O-H
3500 3000
1587 C=O
2500 2000 1500
1509 N-H
1000 500 0
F t2 91.975 92.075
G C 92.022 92.057
均值3
极差 因素主次 优方案
93.972
3.245 A3
92.008
0.271 B1
91.798
0.269 C2
91.862
0.422 D2
93.297
2.742 E3
91.843
0.232 F2
91.815
0.242 G2
A E D B C G F
有机手 性源
手性药物 手性添加剂
光学活 性有机 酸
新型广谱抗 生素 D-缬氨醇 多肽合成保 护剂
手性助剂
随着新型抗肿瘤、抗曲和增强免疫力等药物的不断开发应用，对光学 活性D-缬氨酸的需求量也日益增大。当前国内缬氨酸工业正面临着良好的 发展机遇。因此，D-缬氨酸制备研究将成为氨基酸研究热点之一。
D-缬氨酸的制备方法
NaOH溶液，生成非对映体酰胺 加入盐酸稀溶液，析出固体 乙醇、HBr回流 6 h
未报道
1984年 Tadashi
L-苯丙 氨酸
在NaOH溶液中反应，盐酸pH5.5， 加乙醇反应1.5h，析出加合物；活 性炭吸附除去L-苯丙氨酸，母液旋 蒸
收率49%-63% 纯度84%-100%
1994年 Yoshik
拆分收率/%
光学纯度/%
85.4
79.3
83.7
85.1
81.1
93.1
80.8
98.5
77.4
98.5
75.1
98.5
T1(℃） 拆分收率/% 光学纯度/%
20 82.4 98.8
25 81.7 98.8
30 Biblioteka Baidu2.1 98.8
35 80.8 98.5
40 77.4 92.4
45 75.1 85.8
碱
碱 L-Val
蒸干
D-Val+D-DBTA盐 酸中和 D-DBTA
实验药品
化学试剂名称 DL-缬氨酸 拆分剂 盐酸 乙醇 氨水 三乙胺
级别 （分析纯） （分析纯） （分析纯） （分析纯） （分析纯） （分析纯）
生产厂家 石家庄市石兴氨基酸有限公司 上海煜群化工有限公司 上海化学试剂有限公司 宜兴市群伟助剂化工有限公司 山东三和化工有限公司 天津市亿鑫腾龙化工有限公司
通过直观分析对D-缬氨酸光学纯度的影响最大的因素为：第一步反应温度。 最佳工艺条件为：
第一步最佳条件：n(DL-Val):(D-DBTA):n(HCl)=2:1:1、
反应温度为90℃ 、反应时间40min 、拆分溶剂的浓度为0.5mol/L； 第二步最佳条件：n(D-Val•D-DBTA):n((C2H5)3N)=1:2； 反应温度为20℃ 、反应时间1h 、溶剂为乙醇。
生物酶法
化学不对 称合成法
外消旋优 先结晶法
化学 拆分法
立体选择性强， 反应条件温和， 拆分收率较高； 菌种选育困难 酶制剂不易保存
步骤较长， 手性助剂价 格昂贵，收 率较低
步骤少，母 液可循环利 用，周期长， 收率低
拆分剂价 格便宜、 易得，收 率较高
国外研究现状
1934年 Holmes
L-薄荷醇氧 基乙酰氯
4.最佳工艺条件为：n(DL-Val):n(D-DBTA):n(HCl)= 2:1:1，选用的拆分剂为D-DBTA，HCl的浓度为 0.5mol/L，反应温度为90℃，反应时间为50min；氨化 过程原料配比为n(D-Val•D-DBTA):n((C2H5)3N)=1:2， 溶剂为乙醇，反应温度为20℃，反应时间为1h。 5.在最佳工艺条件下，做了七组组重复实验和三组拆分 剂回收重复利用实验，收率仍很高。所得D-缬氨酸的 收率和光学纯度趋于稳定。
化学拆分法制备D-缬氨酸
目录
1 2 3 4 5
引言 实验内容 结果与讨论 结论 参考文献
1、 引言
D-缬氨酸
O
性状：白色结晶或结晶 性粉末；无臭，味微甜 密度：1.316 g/cm3
OH NH 2
熔点：302-303℃ 比旋光度：-27.5 °
C5H11NO2
水溶性：56g/L 溶于水和无机酸，不溶于 乙醇和有机酸
实验仪器
仪器 集热式恒温加热磁力搅拌 器 循环水式多用真空泵 旋转蒸发器 真空干燥箱 电子天平 型号 DF-101S SHB-Ⅲ RE-2000B DZF-6050 YP10002 生产厂家 郑州长城科工贸有限公司 郑州长城科工贸有限公司 上海亚荣生化仪器厂 上海精密实验设备有限公司 上海精密科学仪器有限公司
数字式自动旋光仪
高效液相色谱仪 傅立叶红外光谱仪
WZZ-IS
LC-15 FTS-135
上海精密科学仪器有限公司
北京卓川电子科技有限公司 美国BIO-RAD
恒温水浴埚
SHD-Ⅲ
保定高新区阳光科教仪器厂
实验步骤
以D-二苯甲酰酒石酸为拆分剂，对DL-缬氨酸 进行初步探索，实验步骤如下：
DL-缬氨酸 无机酸
目的盐生成条件的优化
n1 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1
拆分收率/%
光学纯度/%
84.4
81.5
82.8
89.8
80.3
98.8
79.7
98.8
75.4
98.8
72.1
98.8
T1(℃） 拆分收率/% 光学纯度/%
70 81.4 85.1
75 78.8 85.1
80 77.1 93.1
Wavenumber(cm-1)
重复实验
拆分收率/% 光学纯度/%
90 100
85
95
拆分收率/%
80
90
75 0 2 4 6 8
85
组数
光学纯度/%
4、结论
1.化学拆分法制备D-缬氨酸合成工艺简单，拆分剂易得； 拆分剂可以回收再利用；拆分所用的溶剂是稀酸水溶液， 生产成本低，对环境污染小；无机酸既有利于缬氨酸的 溶解，也减少拆分剂的用量，经济合理；适合工业化生 产。 2.对所得产物进行了红外表征，并测定其比旋光度，计算 所得光学纯度达98.8%，其拆分收率达84.2%。 3.通过使用不同的拆分剂，然后通过对其拆分收率和光学 纯度的测定得出D-二苯甲酰酒石酸为最佳拆分剂。