左旋肉碱的合成与应用（共4篇）
左旋肉碱的合成与应用 篇1
左旋肉碱也叫左旋肉毒碱、左卡尼汀,是一种营养、医药型精细化学品,极易吸潮。左旋肉碱的营养价值和医用价值以及良好的市场前景,吸引了世界各国科学家对其进行广泛和深入的研究。1905年,俄国化学家Gulewitsch和Krimberg在肉浸汁中发现肉碱;1927年,Tomi和Sendju确定其化学结构为L-3-羟基-4-三甲铵基丁酸;1947年,Fraenkel用炭分离酵母液时发现一种能影响昆虫生长的化学物质,并命名为维生素Bt;1952年,美国伊利洛斯州立大学的Carter等人确证维生素Bt即是左旋肉碱。1953年Fritz发现左旋肉碱能加速细胞对脂肪的消耗作用。1958年芝加哥国际营养会议将其划为特定条件下必需的营养素。20世纪80年代肉碱开始作为商品在国外上市,由于右旋肉碱的毒副作用,1993年起美国FDA禁止销售右旋肉碱和混旋肉碱。1996年我国第16次食品添加剂标准化技术委员会通过决议,允许饮料、乳饮料、饼干和固体饮料中添加左旋肉碱[1]。2010年3月16日中华人民共和国卫生部发布年第4号公告,批准左旋肉碱为扩大使用范围及使用量的食品营养强化剂[2]。
目前世界上只有瑞士、意大利、日本等为左旋肉碱的主要生产国。我国大部分L-肉碱需求还是依靠进口,价格昂贵,亟待研发新进展,以填补国内空白。因此,不断开发低成本、高合成率、易于实现工业化生产的左旋肉碱合成新路线,显得尤为重要。
左旋肉碱的制备方法很多,其制备可通过从动物肉浸膏中提取、生物合成和化学合成等方法。提取法产量低,纯化步骤多,成本高且难以形成规模化生产。化学合成法主要采取2种途径[3]:(1)先制取出外消旋肉碱,利用拆分剂析出左旋体;(2)以不同的化学物质为原料进行合成。生物合成法制备左旋肉碱主要有两种方法,一是微生物发酵法,二是利用酶法转化。本文综述近10年来专利文献所介绍的左旋肉碱合成方法,并对左旋肉碱的应用做简要介绍。
1 左旋肉碱的合成
1.1 消旋体拆分法
早期化学合成的肉碱是外消旋体,是以环氧氯丙烷为原料,经过氨化、酸化、氰化、水解及去离子化得到的[4](图1)。
后来发现右旋肉碱会对肉碱乙酰转移酶和肉碱脂肪酰转移酶有竞争性抑制作用,研究人员开始采用消旋体拆分法制备左旋肉碱。Lorenz等[5]用D-(+)-樟脑磺酸、二苯甲酰-D-酒石酸对DL-肉碱进行拆分,Takenaka等[6]利用(-)-扁桃酸,Iannella,V.等[7]与Kikuchi等[8]利用二苯甲酰-L-酒石酸对外消旋体4进行拆分制得左旋肉碱。为解决拆分后剩余的右旋体的利用问题,王从敏等[9]开发出一条以右旋肉碱为原料制左旋肉碱的工艺路线,在10%~20%的盐酸环境中,以二苯甲酰-L-酒石酸为催化剂,在乙醇、丙醇等极性溶剂中制取混旋肉碱,肉碱的收率达90%以上。胥波等[10]则将拆分出的右旋肉碱先氧化再还原得到拆分前体,进行回收套用(图2)。
Tsuyoshi等[11]利用D-樟脑磺酸对外消旋体3进行拆分,得到的左旋体经水解、去离子化制取左旋肉碱,陈志卫等[12]则将拆分出3的左旋体用过氧化氢水解,后经中和,安伯莱特(Amberlite)阴离子交换树脂交换,浓缩,重结晶,得到收率高于70%的左旋肉碱产品。
为提高原子的经济性,Gianness F等[13]开发出一条工艺路线,将外消旋体3拆分得到的右旋体经几步转化后制得左旋肉碱(图3)。
张红素[14]采用D-(+)-酒石酸对2的外消旋体进行拆分,Voeffray R等采用L-(+)-酒石酸对2的外消旋体进行拆分,再经氰化、水解等步骤进一步制得左旋肉碱。
Schaus S.E.等[15]发现(S)-salen-Co催化剂能将外消旋化的环氧氯丙烷水解成左旋环氧氯丙烷,ee值达97%,产率为44%。沈大东等[16]开发出手性salen-CoⅢ为催化剂,水解动力学拆分外消旋环氧氯丙烷,得到高光学纯度的(S)-(+)-环氧氯丙烷,再经季胺化、氰化、水解及离子交换制得L-(-)-肉碱,总收率达70%[以(S)-(+)-环氧氯丙烷计]。顾书华等[17]通过严格控制反应过程中各步骤的杂质含量,使生产出的左旋肉碱ee值达97%以上。目前工业上主要采用这一方法制取左旋肉碱(图4)。此外,国内外有多个研究小组对salen催化剂进行了广泛和深入研究[18],开发出单核salen催化剂[19],双核和聚合salen催化剂[20],负载型salen催化剂,使合成左旋环氧氯丙烷的产率达45%,ee值达99%。其中,单核salen催化剂已工业化生产。Salen CoⅢ催化剂价格昂贵,开发产率高、低成本的Salen催化剂仍是今后研究的重点。
钱国庆等[21]对Salen Co催化剂拆分环氧氯丙烷的副产物的急毒性进行研究发现,(R/S)-3-氯-1,2-丙二醇对人可能会显示神经毒性,为解决此问题,杨云旭等[22]开发出一条以手性拆分外消旋环氧氯丙烷制取L-肉碱时的副产物(R)-(-)-氯代甘油为手性起始原料制取左旋肉碱的工艺,先使(R)-(-)-氯代甘油和亚硫酰氯反应,生成环状亚磺酸酯中间体;此环状中间体和KCN或Na CN发生开环反应,生成氯代丁基腈;氯代丁基腈在三甲胺溶液中反应,制得氰盐;氰盐在酸性溶液里水解,并经离子交换脱去氯离子,制得最终产物L-肉碱(图5)。
目前使用左旋环氧氯丙烷制备左旋肉碱的方法使用到有剧毒的氰化钠,在倡导发展绿色化学的今天,开发环境友好,原子经济性高的合成工艺是必要的。
此外,李全等[23]以氯乙酸乙酯为原料,经格氏化、还原、胺化、水解等步骤得到混旋肉碱,再用左旋二苯甲酰酒石酸为拆分剂拆分得到左旋肉碱(图6)。该工艺避免了氰化物的使用,但产品收率较低。
1.2 手性原料化学合成法
手性原料化学合成法主要采用自然界中存在并易获取的手性物质为原料,直接合成左旋肉碱。与拆分法相比,全过程原子经济性较高。
Mc Carthy J.R.等[24]以(S)-羟基-γ-丁内酯为原料,经两步反应即可制得左旋肉碱,ee值达95%以上(图7)。(S)-羟基-γ-丁内酯可以乳糖、果糖等己糖为原料经分解酯化、官能团保护、酸化制得[25]。OHOORSOR=C1~4 alkyl,C1~4
Byun.I.S.等[26]在Mc Carthy.J.R.等所开发工艺的基础上,以(S)-3-羟基-γ-丁内酯为原料,经开环反应、手性中心反转的环氧化反应、三甲胺亲核取代反应制取左旋肉碱,经纯化后得左旋肉碱的收率为55%(图8)。该反应在水溶液中进行,各反应步骤中纯度和收率相对较高,中间产物无需纯化,可以在单釜中完成多步反应,原料易得,制备过程中避免了有毒物质的使用,是一条比较有工业化前景的路线。
Fiorini M.等[27]使用D-甘露醇为原料,经9步反应制得左旋肉碱,反应过程中使用到重金属四乙酰基铅,且反应步骤多,产品得率低,无工业化价值。
Bellamy.F.D等[28]以苹果酸为原料,经6步反应制得左旋肉碱(图9),收率为39%,光学纯度依赖于苹果酸的光学纯度。如能获得高光学纯度的L-苹果酸,并能提高收率,这也是一条可以考虑的路线。
1.3 不对称合成法
不对称合成直接将潜手性的物质转化成目标产物,避免了手性拆分,提高了原料的利用率。不对称合成法制左旋肉碱主要以4-氯-3-羰基丁酸烷基酯或4-氯-3-羰基丁酰胺为原料,不对称催化制取中间产物(R)-4-氯-3-羟基丁酸烷基酯或4-氯-3-羰基丁酰胺,再将(R)-4-氯-3-羟基丁酸烷基酯或4-氯-3-羰基丁酰胺经三甲胺化、酸化、水解等步骤制取左旋肉碱(图10)。
Noyori R.等[29]开发了一系列高效的手性还原催化剂,开发出转化率和选择性均较高的反应路线,如以Ru(OCOCH3)2((-)-BINAP)为催化剂,在100℃,9.8MPa下不对称催化还原4-氯-3-羰基丁酸烷基酯,反应15min即制得高光学活性高产率(ee 97%,产率97%)的中间体(R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯,再将(R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯经三甲胺胺化、酸化、纯化等步骤制得左旋肉碱,收率为46%。
针对该反应压力过高的情况,韦志明等[30]改进了工艺条件,采用[Ru Cl(cymene)(S-BIN-AP)Cl[氯代[(S)-(-)-2,2′-双(二苯基膦)-1,1′-联萘](p-伞花素)氯化钌(Ⅱ))]为催化剂,在1MPa以下即可在短时间内获得中间体(R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯,再经胺化、水解等步骤制得左旋肉碱。
丁迪M.O.等[31]使用自制的{[Ru(对-异丙苯)I(+)TMBTP]I}催化剂,0.5MPa下催化底物4-氯-3-羰基丁酸乙酯制取(R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯,ee值为97%,再将(R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯在三甲胺水溶液中于80℃下密闭保持24h制得左旋肉碱,经纯化后得左旋肉碱的产率为70%。
陈新滋等[32]则针对第二步反应时收率低的情况,改进工艺条件,在第二步反应时采用相转移、碱性催化剂和低温反应条件,将肉碱的收率提高到70%以上。
胡建荣[33]针对目前Ru系催化剂较为昂贵的情况,使用较为便宜的L-酒石酸修饰Ni-B/Si O2作为催化剂,在1MPa下催化底物氯乙酰乙酸乙酯制取(R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯,再在氢氧化钠存在条件下,将(R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯和三甲胺反应生成左旋肉碱,左旋肉碱收率达70%以上,ee值为97%,降低了成本(图11)。
1.4 酶转化法
酶转化法制取左旋肉碱主要有3种方法:(1)DL-肉碱及其衍生物拆分法;(2)D-肉碱酶转化法;(3)巴豆甜菜碱酶转化法。这几种方法主要是以化学法合成的混旋肉碱或副产物D-肉碱为原料,通过筛选获得产酶菌株如变形杆菌、大肠杆菌、假单胞杆菌、霉菌、酵母菌等,再与底物一起培养转化生成左旋肉碱,是制备左旋肉碱的重要途径之一,其工艺路线如图12所示。
多年来各国研究人员进行了大量的研究实验,报道了多种产酶菌株,如Proteus mirabilis AJ-2772[34]、DSM6230[35]、Escherichia coli K12S[36]、Pesudomonas YS-240[37]等,但都存在转化率低、巴豆甜菜碱与左旋肉碱分离困难等问题。近年来,研究人员在提高转化率,解决分离问题上取得了一定进展。
王强等[38]用巴豆甜菜碱和肉碱脱水酶催化,在含有[Bmim]PF6离子液体的水溶液中制备酰基-L-肉碱,后经水解合成左旋肉碱,收率高于70%。
陈群等[39]从土壤样品中分离得到一种假单胞杆菌,采用微波诱变的方法对其进行筛选得到高产酶菌株,再进行增殖培养,然后将菌株细胞微囊固定化后加入反应底物巴豆甜菜碱,在超声波辅助条件下进行酶解反应得到左旋肉碱,其转化率达80%。
克莱伯H-P.等[40]在连续操作的细胞反应器中,通过固定化的大肠杆菌044K74将巴豆甜菜碱及其衍生物转化为左旋肉碱,转化率达60%。
Thomas Elssner等[41]获得一种γ-三甲基丁内铵辅酶A和巴豆甜菜碱辅酶A,用于催化底物巴豆甜菜碱和右旋肉碱生产左旋肉碱。
孙志浩等[42]以大肠杆菌为出发株,经紫外线、Co-60诱变得到不同化的左旋肉碱产酶菌株(CGMCC 0276),经诱导培养后离心收集菌体,以菌体游离细胞或固定化细胞为酶源,以巴豆甜菜碱为底物,酶转化制得左旋肉碱反应液,取反应清液经活性炭脱色,加热膜分离去除蛋白,滤液过阴离子交换柱,加亚硫酸盐去除巴豆甜菜碱,稀释后上阳离子交换柱层析,层析液真空浓缩,加异丁醇共沸回流,蒸发回收异丁醇,真空蒸发烘干得粗品,再经重结晶、脱色等纯化处理制得精品左旋肉碱内酯。
目前L-肉碱的生物合成尚处在研究阶段,未形成工业化生产。用微生物转化法生产的产量和底物转化率都相对较低。选育具有高转化能力的微生物菌株以转化较廉价的底物是今后生物法生产L-肉碱的发展方向。
1.5 基因重组法
基因重组法指通过基因重组技术获得具有高转化活性的微生物,并结合传统的发酵工艺来开发生产肉碱。
1995年Knut D E等[43]将大肠杆菌中cai D、cai E基因克隆,获得基因工程菌E.coli K38,它携带有质粒p T 7-5KE32,在该质粒的T7RNA聚合酶启动子下游含有cai D、cai E基因,该工程菌表达的肉碱消旋酶占细菌总蛋白的10%~15%,活性显著提高,用它来转化DL-肉碱或拆分后的废物D-肉碱,具有良好的效果。同年,Eichler等[44]又将大肠杆菌中分别编码肉碱水解酶及未知因子的cai B和cai E基因克隆,并用所获得的重组微生物来转化巴豆甜菜碱生产L-肉碱,效果也很好,很有前景。
2007年李炳旭等[45]发现了一种属于肠杆菌科的微生物(保藏号KCCM-10638),其中包括编码来源于粗糙脉胞菌的N-三甲基赖氨酸羟化酶活性的多核苷酸,编码来源于粗糙脉胞菌的3-羟基-6-N-三甲基赖氨酸醛缩酶活性的多核苷酸,编码来源于粗糙脉胞菌的γ-三甲基氨基醛脱氢酶活性的多核苷酸和编码来源于粗糙脉胞菌的γ-丁酰甜菜碱羟化酶活性的多核苷酸。催化底物ε-N-三甲基赖氨酸,β-羟基-N-三甲基赖氨酸,γ-N-三甲基氨基丁醛,γ-丁酰甜菜碱及其混合物生成左旋肉碱。
目前将基因工程技术应用于L-肉碱生产的研究报道尚不多见。利用基因工程技术构建具有L-肉碱高转化率的工程菌,并用于L-肉碱的工业化生产,其前景看好。
2 左旋肉碱的应用
左旋肉碱是一种非常重要的营养素,其主要功能是以脂酰肉碱的形式将长链脂肪酸从线粒体膜外运送至膜内,从而促进脂肪酸的β-氧化,并调节线粒体内酰基Co A/疏基Co A比率,且具有酰基化解毒作用。左旋肉碱同时也能有效降低运动后血中乳酸的浓度。正是这些特性使左旋肉碱在食品添加剂、饲料添加剂和药物方面有广泛应用。
2.1 作为食品添加剂
人体所需要的左旋肉碱有2种来源,一是靠人体以赖氨酸、蛋氨酸为原料在肝中合成,另一来源是从食物摄取,尤其是肉类和乳制品。健康成人只要膳食合理,一般不需要补充左旋肉碱,而婴儿及患有左旋肉碱缺乏症的人需要额外补充左旋肉碱。
婴儿体内左旋肉碱的合成能力只有成人的15%,不能满足其正常的代谢需要,并且婴儿生长发育速度快,所需的左旋肉碱的量大,母乳中左旋肉碱的含量较高,一般情况下能满足婴儿生长发育的需要。但现在随着社会环境的变化,许多母亲由于各种原因不能母乳喂养婴儿,往往选用奶粉喂养婴儿,因此需在奶粉中加入适量的左旋肉碱[46]。
国内外的研究者还发现对运动员补充适量的左旋肉碱可以极大地提高运动员的最大耗氧量和运动时的能量输出,而且明显地减少二氧化碳的产生和血浆中乳酸的浓度。因此可在运动功能食品中加入适量的左旋肉碱[47]。
由于左旋肉碱具有促进脂类代谢和间接促进能量生成的作用,肥胖人员通过补充左旋肉碱,并辅以适当运动,会有较好的减肥效果[48]。所以左旋肉碱也是减肥健美食品添加剂。
临床表明左旋肉碱具有抗心肌缺血,抗心率失常,降血脂等作用[49],随着年龄的增大,体内的左旋肉碱不断减少,导致心肌细胞活力减退,故老年人需要补充左旋肉碱,可在老年保健食品中添加左旋肉碱。
2.2 作为饲料添加剂
研究表明左旋肉碱有促进生猪的生长[50],提高瘦肉率[51],提高鸡的产蛋率[52],加快鱼虾的生长速度[53]等作用。随着工厂化集约式养殖业的发展,必然要求畜禽高繁殖率及快速生长,常规饲料中的左旋肉碱含量往往不能满足新生哺乳幼畜、应激状况下的禽畜的需要,需额外在饲料中加入左旋肉碱,才能发挥其最大的生长潜能。
2.3 作为药物
左旋肉碱可用于治疗尿毒症贫血[54],缓解内毒素血症和保护肝功能[51],减轻CO中毒后心肌损伤和横纹肌损伤[55],改善精子活力,提高配偶妊娠机率等[56]。
3 结语
左旋肉碱作为一种安全有效的营养素,可用于奶制品添加剂、运动功能食品添加剂、减肥保健食品添加剂、饲料添加剂,还可以用于治疗疾病,因此有着巨大的市场需求。开发环境友好的合成新技术,提高原料的利用率,提高产能,降低成本,是今后合成研究的重点。
左旋肉碱的合成与应用 篇2
关键词：概念合成理论；认知活动；理解；生成；建构
理解是翻译的关键，理解即“指对意义的领悟”，是“人类普遍的高级认知活动”（刘宓庆，2005：53），就英语而言，翻译不仅涉及到对所译文本字面意思的把握，还涉及到意义的生成与建构。概念合成理论，作为认知语言学里面得一个重要理论，其重在强调人的心智与意义构建的关系，因而在解释翻译文本的意义建构中扮演了重要角色。“语言的研究重点应该是意义的建构过程”（刘正光 2002），而翻译的过程也就是意义构建的过程，本文试图从概念合成理论的角度，解读翻译的过程，对文本意义的把握进行分析与诠释。
一、概念合成理论
概念合成理论，又被叫做概念整合理论或合成理论，最早由两位学者Fauconnier和Turner提出。该理论认为，人们在交往认知的过程中，会建立各种心理空间，而心理空间则进行不同程度的映射，从而生成一个新空间，概念整合则把心理空间作为输入空间，两个输入空间的结构投射到整合空间（blended space）上去（Fauconnier 1994），这个生成新空间的过程就是意义生成与建构的过程。心理空间作为概念合成理论的基础，具有临时性和动态性。“语言及其使用为空间域之间的潜在映射提供了依据，可确立心理空间之间以及心理空间中各语义元素之间的联系”（彭建武，2005：44）。译者在翻译文本的过程中并不是单纯的进行文本意义的构建，而是在此过程中进行着一系列的思维和心理活动。“语言活动可以揭示人的思维活动或心理活动。”（颜林海，2008：89）。根据概念合成理论可知，合成空间里的结构内容并不是直接来源于两个输入空间，这就为翻译中出现的意义、增词、减词等现象提供了理论依据。
二、概念整合理论下对直译与意译的分析
直译与意译一直是中西翻译理论中经常讨论的话题，可谓是贯穿了整个翻译理论的发展过程。“要想透彻了解原文的内容，译者必须对原文的语言有真正的掌握，能够对原文进行由表及里的深入分析，通过原文的语言形式了解原文的全部内涵，这是译者决定是直译还是意译的基础和依据”（惠宇，1998）。直译和意译既可以视为翻译方法又可以视为翻译策略，根据概念合成理论，可以更加充分的解释译者在直译与意译之间如何进行选择。如：kill the goose that lays the golden egg 这句话是一个带有定语从句的动宾结构，并且具有特定的修辞格，根据概念合成理论，我们可以知道，输入空间要有其相似性及关联性，因此在汉语中也会试图寻找符合此结构与形式的对应项。对于修辞格而言，虽然“英语和汉语分别受到各自的文化传统和修辞必要性的制约”（陈淑华，1990：225）。而相对于句式结构而言，在现代汉语中，定语一般位于被修饰语的前面，于是在输入空间里，就不会出现定语后置的现象。根据概念合成理论，在合成空间的过程中，根据kill goose 和 golden egg 则会产生“只顾眼前的好处而不顾长远利益”的含义，于是就会联想到现代汉语中的“杀鸡取卵”这个成语，在此思维过程中涉及了空间冲突这一过程，即指空间对接一旦失败，人们就会意识到各空间输人彼此之间的相互矛盾，由此引发对彼此关系进行新角度的思维和理解（王文斌，2004）。此时源语言中的goose译成了汉语中的“鸡”而源语言只有Kill the goose这一个动作，而在译入语中，却包含了“杀鸡”、“取卵”这两个动作。同时在语言形式上也没有和源语言做到一致，不过在风格上仍然做到了相似，因此在翻译kill the goose that lays the golden egg 这句话时就采取了更多的是意译的翻译策略和方法。
三、结语
通过概念合成理论，不仅有助于帮助译者加深对文本的理解，同时也可以对一些翻译特点做出一定程度上的阐释和说明。概念合成理论对意义建构过程中概念如何进行组合，而生成新义进行了阐释， 概念合成理论阐释意义建构的认知基础为我们揭示语言使用的实质提供了启迪和帮助。
参考文献：
[1]颜林海.翻译认知心理学[M].北京：科学出版社，2008.
[2]惠宇.是直译，还是意译？[J]. 外语教学，1998（1）.
[3]陈淑华.英语修辞与翻译（英汉对照）[M].北京：北京邮电学院出版社，1990.
[4]刘正光.Fauconnier的概念合成理论：阐释与质疑[J]. 外语与外语教学，2002（10）.
[5]彭建武.认知语言学研究[M].北京：中国海洋大学出版社，2005.
[6]王文斌. 概念合成理论研究与应用的回顾与思考[J]. 外语研究，2004（1）.
[7]刘宓庆. 新编当代翻译理论[M]. 北京：中国对外翻译出版公司，2005.
左旋肉碱的合成与应用 篇3
国内外关于手性氨基醇制备的报道越来越多,其中苯丙氨醇、丙氨醇和丝氨醇的制备技术已有专利报道[1~5]。对于手性氨基醇的合成方法目前研究已有很多,如在Na BH4-CaCl2[6]、LiAlH4[7]、NaBH4-I2[8]、NaBH4-TiCl4[9]、NaBH4-LiCl[10]等还原体系下,将氨基酸酯还原成氨基醇或直接将氨基酸还原成氨基醇。左旋多巴是从广西西部的百色、河池地区大部分山区县盛产的藜豆中提取的天然手性氨基酸,本研究以它为原料,合成左旋多巴乙酯,再用NaBH4-CeCl3、NaBH4-LiCl、NaBH4-CaCl2作为还原体系,将左旋多巴乙酯还原为左旋多巴醇,对于该项工作,别人没有做过,具有新颖之处。合成路线为:
1 实验部分
1.1 主要原料,试剂和仪器
左旋多巴为医药用产品,氯化氢自制,除注明外,其它合成所用试剂均为分析纯试剂,溶剂按常规方法进行处理干燥。
R-201型旋转蒸发仪,红外光谱测定采用美国Nicolet FT-360红外光谱仪,KBr压片。H1核磁共振谱测定采用Vaian 500MHz超导核磁共振仪CDCl3为溶剂(除特殊注明外)TMS作内标,熔点测定采用X4显微熔点测定仪测定,温度计未经校正,比旋光度采用WZZ-2S数字式自动旋光仪测定。MS用Agilent 5973N MS/6890N GC-气质联用仪。
1.2 合成部分
1.2.1 左旋多巴乙酯Ⅱ的合成
在装有冷凝管的500mL三口烧瓶中,加入5g(10.15mmol)左旋多巴和46mL无水乙醇,室温搅拌下通入干燥的氯化氢,通入时间为2h,使溶液达到饱和。放置过夜,TLC(展开剂为V95%无水乙醇∶V水=10∶1)检测,反应完全后,蒸出乙醇,用甲醇重结晶,真空干燥得白色固体。然后用NaHCO3饱和溶液中和至pH=8,用乙酸乙酯萃取(5×10mL),饱和食盐水洗两次,无水Na2SO4干燥,蒸出溶剂,可得到黄色油状物1.949g,产率为91%。IR(KBr)ν/cm-1:3354,3284,2953,2929,1723,1601,1519,1446,1376,1209,1115,1029,865,812。1H-NMR(500Hz,MeOD),δ:6.435(1H,dd,J=8.0Hz和2.0 Hz,苯环C’6-H),6.550(1H,d,J=2.0 Hz,苯环C’2-H),6.626(1H,d,J=8.0Hz,苯环C’5-H),4.013~4.085(2H,m,-COO-CH2-),3.547(1H,t,J=5.0Hz-C-CH-NH2),2.702~2.803(2H,m,-C6H5-CH2-),1.153(3H,t,J=3.5 Hz-C-CH3)
1.2.2 左旋多巴醇Ⅲ的合成
(1)以NaBH4-CeCl3作还原体系:将0.304g左旋多巴乙酯置于两口烧瓶中,加入10.5mL无水甲醇,于电磁搅拌器中不断搅拌,加入0.861g无水CeCl3,搅拌使之溶解(约15 min),分批加入0.132g Na BH4,室温搅拌,TLC跟踪(展开剂为V95%无水乙醇∶V水=7∶3),反应0.5h酯点完全消失。滴加5mL水使反应停止,用6mol·L-1的盐酸调节至pH值为1,蒸出大部分溶剂,用7.5mol/LNaOH溶液中和至pH值为12,产生大量沉淀,过滤除去沉淀,用正丁醇萃取,饱和食盐水洗涤两次,无水硫酸钠干燥,蒸除溶剂,得到白色晶体,甲醇重结晶,真空干燥得产品0.264g,产率为88.1%。m.p.216~219℃。IR(KBr),v/cm-1:3431,2920,2867,1625,1568,1445,1249,1114,1020,881,668,615,464。
(2)以NaBH4-LiCl作还原体系:步骤同(1)一样。0.809g左旋多巴乙酯,28mL无水甲醇,加入0393g无水LiCl,搅拌使之溶解(约10min),分批加入0.351gNaBH4,反应1h酯点消失。真空干燥得0.563g化合物Ⅲ,产率为80.2%。m.p.216~219℃。IR(KBr),v/cm-1:3431,2920,2867,1625,1568,1445,1249,1114,1020,881,668,615,464。
(3)以NaBH4-CaCl2作还原体系:步骤同(1)一样,实验证明该体系下不发生反应,CaCl2不能把左旋多巴还原成醇。
2 结果与讨论
在化合物Ⅱ的合成中,左旋多巴乙酯的合成若是直接采用一般的酯化方法是比较难反应的,因为左旋多巴结构中同时存在着氨基和羧基,以致在乙醇中的溶解度并不是很好。为了解决此问题,我们先通入干燥的氯化氢气体,氯化氢与左旋多巴上的氨基反应生成盐,增强了其溶解度,生成的左旋多巴盐酸盐中间体在酸催化条件下与乙醇发生酯化,生成了左旋多巴乙酯,产率达91%。
另外,取5g(10.15 mmol)左旋多巴和46mL的无水甲醇,室温搅拌下通入干燥的氯化氢,通入时间为2h,比较无水甲醇和无水乙醇不同溶剂对反应的影响。结果发现与所用试剂没有多大的影响。结果见表1所示。
在左旋多巴酯还原成左旋多巴醇Ⅲ中,我们尝试了几种还原体系,在以NaBH4-CeCl3还原体系下,生成醇的速度较快,产率也高。而以NaBH4-LiCl为还原体系时,反应速率慢且产率较低。若是以NaBH4-CaCl2为还原体系时,反应中没有发现有产物生成,TLC跟踪发现基本上不反应。反应所需要的时间和产率见表2。
3 结论
在合成左旋多巴醇过程中,我们以NaBH4为还原剂,以不同的金属氯化物为催化剂,研究发现在NaBH4-CeCl3还原体系下,生成醇的速度较快,产率也高;而以NaBH4-LiCl为还原体系时,反应速率慢且产率较低。但是以NaBH4-CaCl2为还原体系时,却观察不到反应发生。在它们的还原机制过程中,可能由于过渡金属的空轨道与酯羰基上的氧络合,增强了羰基的活性,由于不同的金属氯化物络合作用不一样,以致用NaBH4还原时,反应的难易及速率都不一样。
参考文献
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左旋肉碱的合成与应用 篇4
本研究首次采用国产麦芽酚、扑热息痛为原料,以D-(-)-酒石酸二乙酯为手性试剂,运用过氧化异丙苯合成左旋泮托拉唑,然后与氢氧化钠成盐制得左旋泮托拉唑钠。采用正交试验考察合成条件对收率的影响,找出最佳合成工艺。优化后的合成工艺条件温和、易于操作,产品收率高、质量可控,节能环保,适合工业化大生产的要求。
1 实验
1.1 仪器与试剂
RE-2000B型旋转蒸发仪,巩义市予华仪器有限公司;YRT-3熔点仪,天津大学精密仪器厂;高效液相色谱仪,日本岛津科技公司;质谱仪,美国布鲁克道尔顿有限公司;AR-X超导核磁共振仪,瑞士布鲁克公司。
麦芽酚,江苏泰兴一名精细化工厂,规格为99%;扑热息痛,江苏泰兴一名精细化工厂,规格为99%;L-(+)-酒石酸二乙酯,上海翰鸿化工科技公司,规格为AR;过氧化氢异丙苯,汕头市西陇化工厂,规格为AR;其余试剂规格均为AR。
1.2 实验操作
1.2.1 左旋泮托拉唑的合成方法
以麦芽酚(2-甲基-3-羟基-4-吡喃酮)为起始原料,经过甲基化、氨化、氯化、氧化、甲氧基化、重排、水解、氯化反应合成得到2-氯甲基-3,4-二甲氧基吡啶盐酸盐;以扑热息痛(对乙酰氨基酚)为原料经过醚化、硝化、还原、环合反应合成5-二氟甲氧基-2-巯基-1H-苯并咪唑;二者缩合制得5-二氟甲氧基-2-[[(3,4-二甲氧基-2-吡啶基)甲基]硫]-1H-苯并咪唑[4,6]。
将5-二氟甲氧基-2-[[(3,4-二甲氧基-2-吡啶基)甲基]硫]-1H-苯并咪唑与适量甲苯、水,置于反应瓶中,搅拌。加入适量D-(-)-酒石酸二乙酯、四异丙醇钛,升温至40℃反应2 h,冷却至室温,向其中加入适量N,N-二异丙基乙基胺和过氧化氢异丙苯,在10~15℃反应10 h,向反应瓶中加入甲苯,用12%氨水提取三遍,混合氨水提取液。用冰醋酸调节p H值为9,用二氯甲烷提取三遍,无水硫酸钠干燥,减压浓缩得到白色固体,为S-(-)-5-二氟甲氧基-2-[[(3,4-二甲氧基-2-吡啶基)甲基]亚磺酰基]-1H-苯并咪唑,乙睛精制,得左旋泮托拉唑。熔点:138~140℃。
1.2.2 正交试验设计
根据单因素考察预试验结果,选择过氧化氢异丙苯与硫醚的摩尔比(A),反应温度(B),四异丙醇钛与硫醚的摩尔比(C),及氧化反应的进行时间(D)四个考察因素,各因素均去三个水平,以左旋泮托拉唑的产率为考察指标,进行L9(34)作正交试验,结果及数据分析见表1,表2。
结果表明,影响反应条件的主要因素顺序为:A>D>C>B。最佳反应条件为:A3B2C3D3,即氧化氢异丙苯与硫醚的摩尔比为1.2∶1,反应温度为10~15℃,四异丙醇钛与硫醚的摩尔比为0.9∶1,反应时间为10 h。
1.2.3 验证试验
按此优化合成条件,考察左旋泮托拉唑的产率。连续进行3次实验室规模的合成试验,左旋泮托拉唑的产率分别是72.5%、72.7%、72.9%,平均产率72.7%。熔点为138~140℃。
HPLC分析:化学纯度99.7%(非手性分析),光学纯度异构体含量0.034%(手性分析)。
HPLC检测[4]:C18硅烷键合硅胶填充柱,乙腈-磷酸盐缓冲液(30∶70)为流动相,流速1.0 m L/min,检测波长288 nm;手性柱Chiralpak AY-H,正己烷-乙醇-二乙胺溶液(82∶18∶0.1)为流动相,流速1.0 m L/min,检测波长288 nm。
[α]D20=94.7(C=0.5甲醇)(文献[6]:[α]D20=94.3,C=0.5甲醇)。
2 讨论
影响左旋泮托拉唑产率的因素中,提高氧化剂的用量有助于左旋泮托拉唑收率的提高,当氧化剂用量为硫醚的1.2倍时S-泮托拉唑含量最高。过低的反应温度不利于氧化反应,而当反应温度升高后,易于产生氧化副产物而降低产率,选择10~15℃来进行反应左旋泮托拉唑收率含量最高。由于在反应过程中要在前期经过络合才能进行反应,所以适当提高四异丙醇钛的用量有助于反应进行,当其用量为硫醚的0.9倍时,左旋泮托拉唑收率最高。在进行氧化过程中控制住温度的变化,适当延长反应时间有助于反应进行,当反应时间为10 h的时候,左旋泮托拉唑收率含量最高。
本实验对左旋泮托拉唑合成工艺中的关键步骤进行了详细研究,通过正交设计试验对可能影响工艺的关键参数过氧化氢异丙苯与硫醚的摩尔比、反应温度、四异丙醇钛与硫醚的摩尔比及氧化反应时间进行了考察,获得了优化的工艺。该工艺原材料国产化、条件温和、操作简便、适合工业化大生产的要求。
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