CN104263795A

CN104263795A - 制备手性α-环烷基甘氨酸的方法

Info

Publication number: CN104263795A
Application number: CN201410415680.3A
Authority: CN
Inventors: 黄青春; 伍万兵; 王钦芳; 赵佳
Original assignee: SICHUAN TONGSHENG BIOTECHNOLOGY CO Ltd
Current assignee: SICHUAN TONGSHENG BIOTECHNOLOGY CO Ltd
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2015-01-07

Abstract

一种制备手性α-环烷基甘氨酸的方法，该方法以甘氨酸为起始原料，经过酯化、缩合、取代、去保护、酰化、酶拆分制备得到对映体纯度(ee％)大于99％的手性α-环烷基甘氨酸，其中环烷基为环己基、环戊基、环丁基、环丙基。该方法所用原料价廉易得，工艺稳定，操作简单，环境友好，反应总收率为46-54％；采用酶法拆分，酶用量小，L-酰化酶用量为底物的2‰，D-酰化酶用量为底物的0.05‰，制备得到的手性α-环烷基甘氨酸光学纯度大于99％；为规模化生产和深化甘氨酸产业链提供一种新思路和方法。

Description

制备手性α-环烷基甘氨酸的方法

技术领域

本发明涉及氨基酸的合成方法，特别是一种制备手性α-环烷基甘氨酸的方法。

背景技术

丙型肝炎(HCV)是由丙型肝炎病毒引起的一种世界性疾病。主要通过输血或血制品、血透析、单采血浆还输血球、肾移植、静脉注射毒品、性传播及母体等途径传染。由于病毒感染之初，症状轻微或没有症状，转为慢性后，多数人在长时间内也没有症状，大约有65-70％的感染者通常都不知道他们身体里携带了丙肝病毒，因此丙肝被称为“无声的肝脏杀手”。

丙型肝炎分布较广，2009年全球有丙肝患者1.8亿，是艾滋病病毒感染者的4倍，是全球死亡率第十的传染病，并成为世界范围内接受肝移植的首要病因。据预测，到2016年全球HCV的市场份额将达到80亿～100亿美元。

手性α-氨基酸是合成多肽和内酰胺类药物的重要中间体，广泛地应用于医药合成、农药合成、食品添加剂、饲料、新材料合成和精细化学品等领域。手性α-氨基酸包括L-α-氨基酸和D-α-氨基酸，包含种类众多，如20种天然氨基酸均为L-α-氨基酸。而手性α-环烷基甘氨酸则属于手性α-氨基酸，其构成特征是其甘氨酸的α-位为环烷基(环丙基、环丁基、环戊基、环己基等)取代，包括L-α-环烷基甘氨酸和D-α-环烷基甘氨酸。手性α-环烷基甘氨酸广泛用于很多重要的蛋白本酶摄制剂和其它手性医药中间体的合成，特别是丙型肝炎药物的合成。其中L-α-环戊基甘氨酸是合成多种丙肝类新药的重要中间体，L-α-环己基甘氨酸是合成丙肝类药物特拉匹韦、MK-1220等重要中间体，D-α-环戊基甘氨酸为激酶(JAK)抑制剂及高血脂抑制剂的重要中间体。因此，该类手性化合物的合成具有很大的市场价值。

制备手性化合物的方法主要包括拆分法和不对称合成法。目前制备D或L-α-环烷基甘氨酸类化合物主要方法为不对称合成法及拆分法，具体如下：

1、文献Tetrah.Lett.,2003,44,2683–2685；J.Amer.Chem.Soc.,1988,110(5),1547-57等报道了以手性甘氨酸烯醇等价物环烷基取代制备手性α-环烷基甘氨酸方法。该法以(1R,2S)-2-氨基-1,2-二苯基乙醇、溴乙酸酯及Cbz-Cl等为原料制备得手性甘氨酸烯醇等价物，然后再与环烷基碘或其等价物烷基化后，再通过氢解脱保护得手性L-α-环戊基甘氨酸；该方案要反应步骤较长，工艺中需使用价格高昂的(1R,2S)-2-氨基-1,2-二苯基乙醇为辅助原料，以贵金属催化剂进行还原，此外，环戊基构建时需采用LiHMDS强碱在深低温条件或使用价格高的硅烷试剂，不利于规模化生产。

2、文献J.Org.Chem.1999,64,2276-2280报道了以不饱和2-氮杂-二环化合物氢解制备得到手性α-环烷基甘氨酸的方法。该法以乙醛酸酯、(R)-或(S)-α-苯乙胺、环戊二烯等为主要原料，经过环合、氢解等多步反应制得D或L-α-环烷基甘氨酸；该方案看似简单，仅为2-3步，但工艺过程操作复杂、需要深低温反应，需使用贵金属催化剂进行氢解还原，成本高，不适合规模化生产。

3、文献Chem.Commun.,2002,246-247报道了以猪肾D-氨基酸氧化酶拆分的方法制备L-α-环戊基甘氨酸。以DL-α-环戊基甘氨酸为原料，猪肾D-氨基酸氧化酶，结合过氧化氢酶，制备得到L-α-环戊基甘氨酸。虽然文献报导的收率高(79％)，但猪肾D-氨基酸氧化酶价格高(259元/mg,2u/mg)且用量大(5u/L)，同时还需用到3当量的硼氢化钠，成本高，目前仍不具备规模生产意义。

4、文献J.Biol.Chem.1954,206,401-410则报道了DL-α-环戊基甘氨酸的制备方法。该方法以丙二酸二乙酯、溴代环戊烷为起始原料，以烷基化、溴代、水解、脱羧、氨解等5步得到DL-α-环戊基甘氨酸；该方法使用原料价格低廉，但收率很低，生产成本很高，不适合规模化生产。

因此，为解决现有技术中存在的难题，需找到一条原材料易得，成本低廉，工艺简单，收率和光学纯度均较高，且适合规模化生产L-或D-α-环烷基甘氨酸的合成路线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以甘氨酸为原料制备消旋α-环烷基甘氨酸、手性α-环烷基甘氨酸或其盐酸盐的方法，该方法所需原料价廉易得，工艺稳定，操作简单，反应收率高；特别是采用酶拆分方法，制备得到光学纯度大于99％的手性α-环烷基甘氨酸；为规模化生产和深化甘氨酸产业链提供一种新思路和方法。

本发明所述的手性α-环烷基甘氨酸或其盐酸盐结构式如式(Ⅰ～Ⅱ)：

其中n＝1、2、3、4。

本发明的技术方案如下，其工艺路线是：

具体步骤是：

(1)、以甘氨酸为起始原料，酯化制得甘氨酸叔丁酯；

(2)、将甘氨酸叔丁酯与二苯甲酮溶于烃类溶剂，以对甲苯磺酸为催化剂，缩合制得N-二苯亚甲基甘氨酸叔丁酯；

(3)、将N-二苯亚甲基甘氨酸叔丁酯与卤代环烷烃溶于醚类溶剂中，在强碱条件下，取代制得N-二苯亚甲基-α-环烷基甘氨酸叔丁酯；

(4)、N-二苯亚甲基-α-环烷基甘氨酸叔丁酯在强酸体系中脱保护，制得DL-α-环烷基甘氨酸或DL-α-环烷基甘氨酸盐酸盐；

(5)、DL-α-环烷基甘氨酸或DL-α-环烷基甘氨酸盐酸盐溶于溶剂中，在碱性条件下酰化，制得N-乙酰基-DL-α-环烷基甘氨酸；

(6)、用酶催化N-乙酰基-DL-α-环烷基甘氨酸，拆分制得手性L-α-环烷基甘氨酸或手性D-α-环烷基甘氨酸。

步骤(2)中所述烃类溶剂选自甲苯、二甲苯、正己烷、环己烷之一或它们中任意数种的混合物，优选为甲苯；反应温度优选110-120℃。

步骤(3)中卤代环烷烃的卤素选自Cl、Br、I、OTs、OMs之一，优选Br、Oms、OTs之一；所述醚类溶剂为四氢呋喃、***、甲基叔丁基醚、异丙醚之一，优选四氢呋喃；所述强碱为叔丁醇钾、叔丁醇钠、氢化钠之一，优选叔丁醇钾或叔丁醇钠。

步骤(4)中所述强酸为三氟乙酸或盐酸。

步骤(5)中酰化试剂为乙酸酐、乙酰氯、丙酰氯、苯甲酰氯、苯乙酰氯之一，优选乙酸酐或苯乙酰氯；所用碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、三乙胺之一，优选氢氧化钠；反应溶剂优选水。

步骤(6)中的酶为D-酰化酶或L-酰化酶，反应溶剂优选水；pH为7～8，优选7～7.5。

本发明的有益效果：

以甘氨酸叔丁酯为起始原料，通过几步反应，以较高收率，高光学纯度地得到手性α -环烷基甘氨酸；工艺中使用的原料易得，价格低廉；酶拆分用量小，操作简单，完全适合规模化生产。工艺总收率50％左右，所得产品光学纯度ee>99％；且可选择性地获得L-或D-构型。

具体实施方式

现通过以下实施例进一步说明本发明，但本发明的保护范围不仅限于此。

实施例1制备L-α-环戊基甘氨酸(式I中n＝3)：

(1)酯化

本发明中使用的甘氨酸叔丁酯或其盐酸盐采用申请人的前期专利(CN201310083350.4)技术制备得到，方法是：

在2000L的反应釜中加入1400L乙酸叔丁酯，105kg甘氨酸，匀速滴加180kg高氯酸，于0-10℃反应约48-72小时，TLC监测反应至甘氨酸反应转化率超过90％后停止反应，以4mol/L氢氧化钠调pH为6.5-7.5，分出有机层，水层继续用乙酸叔丁酯提取直水相中产品低于5％后，合并有机相产品层，盐水洗涤至产品TLC纯后，得1500L甘氨酸叔丁酯的乙酸叔丁酯溶液；浓缩回收乙酸叔丁酯得甘氨酸叔丁酯180kg。

(2)缩合：

向300L反应釜中依次加入甲苯160L，二苯甲酮18.2kg(1.0eq.)，甘氨酸叔丁酯15.7kg(1.2eq.)，对甲苯磺酸一水合物2.06kg(0.12eq.)，搅拌下升温至115±5℃反应；分水设备分水，反应完毕后降温，抽入冷水洗涤2次(80L*2)，有机相浓缩得，式(Ⅲ)化合物N-二苯亚甲基甘氨酸叔丁酯26.6kg，收率90.4％，HPLC：90.3％。

(3)取代反应：

向100L反应釜中加入四氢呋喃45L，叔丁醇钾3.3kg，降温至-5±5℃，滴加由6kg N-二苯亚甲基甘氨酸叔丁酯溶于15L四氢呋喃所形成的溶液，滴比，搅拌1小时后，滴加溴代环戊烷4.2kg，滴毕，维持-5±5℃反应1小时，后升温到20℃反应5小时；反应完毕，加入20L水终止反应，浓缩去四氢呋喃后，加乙酸乙酯萃取(20L×2)；合并有机相，浓缩得式(Ⅴ)化合物N-二苯亚甲基-α-环戊基甘氨酸叔丁酯6.45kg，收率87.3％，HPLC：91.6％。

(4)脱保护：

向100L反应釜中加入N-二苯亚甲基-α-环戊基甘氨酸叔丁酯18kg，加入6N盐酸60L，加热回流8小时，反应完成后，冷却，二氯甲烷萃取2次(20L×2)，水相浓缩至干得式(Ⅵ)化合物DL-α-环戊基甘氨酸盐酸盐7.19kg；收率81％。

(5)乙酰化：

向200L反应釜中加入DL-α-环戊基甘氨酸盐酸盐17.96kg，加入2.5mol/L NaOH 140L，搅拌下醋酐13.3L，常温下反应10小时，反应完成后，以6N盐酸调pH＝2左右，搅拌析晶，离心甩滤，得式(Ⅶ)化合物N-乙酰基-α-环戊基甘氨酸晶体17.7kg，收率95.7％，HPLC 99.5％。

(6)酶拆分制备L-α-环戊基甘氨酸：

向500L反应釜中加入400L纯水，N-乙酰基-α-环戊基甘氨酸10kg，氨水调pH为7.0-7.5，控温37℃左右，加入L-酰化酶25克，反应24小时，反应完全后，过滤，除机械杂质及酶；反应液转入500L釜内，调pH为3-4左右，加入乙酸乙酯萃取(100L×2)，有机相浓缩回收N-乙酰基-D-α-环戊基甘氨酸5.2kg,备用；水相浓缩至体系体积为10-20L，冷却析晶，抽滤得式(Ⅰ)化合物L-α-环戊基甘氨酸3.29kg，收率85％，HPLC 99.4％，ee值99.6％。

¹HNMR(400MHz，DMSO-d₆):δ8.52(3H,s),3.72(1H,m),2.24(1H,m),1.72(2H,m),1.59(2H,m),1.53–1.45(3H,m),1.43–1.34(1H,m)；

ESIMS：144.3[M+H]⁺

实施例2：制备D-α-环戊基甘氨酸(式I中n＝3)：

(1)DL-α-环戊基甘氨酸盐酸盐如实例1方法制备；

(2)酶拆分：向200L反应釜中加入100L磷酸缓冲溶液，5.2kgDL-α-环戊基甘氨酸盐酸盐，以氢氧化钠调pH7.8-8.2,定容为130L，反应体系升温至38～42℃并保温，加入D-酰化酶0.26g,搅拌反应24小时左右。用盐酸调pH为3左右，乙酸乙酯萃取(50L×2)；水相调pH为5.5左右，减压浓缩至体积为10-20L，此时有固体析出，冷却结晶，抽滤，得白色固体式(Ⅱ)手性D-α-环戊基甘氨酸3.40kg，收率88％；HPLC 99.0％，ee值99.4％。

¹HNMR(400MHz，DMSO-d₆):δ8.50(3H,s),3.71(1H,m),2.22(1H,m),1.73(2H,m),1.58(2H,m),1.54–1.47(3H,m),1.45–1.34(1H,m)；

ESIMS：144.2[M+H]⁺

实施例3：制备L-α-环己基甘氨酸(式I中n＝4)：

(1)取代反应：

向100L反应釜中加入四氢呋喃45L，叔丁醇钾3.3kg，降温至-5±5℃，滴加由6 kgN-二苯亚甲基甘氨酸叔丁酯溶于15L四氢呋喃所形成的溶液，加毕，搅拌1小时后，滴加环己基溴4.6kg，滴毕，维持-5±5℃反应1小时，后升温到20℃反应5小时；反应完毕，加入20L水终止反应，浓缩去四氢呋喃后，加乙酸乙酯萃取(20L×2)；合并有机相，浓缩得N-二苯亚甲基-DL-α-环己基甘氨酸叔丁酯6.6kg，收率86％，HPLC：91.0％。(2)脱保护：

向100L反应釜中加入N-二苯亚甲基-DL-α-环己基甘氨酸叔丁酯18.7kg，加入6N盐酸65L，加热回流9小时，反应完成后，冷却，二氯甲烷萃取2次(25L×2)，水相浓缩至干得式(Ⅵ)化合物DL-α-环己基甘氨酸盐酸盐7.86kg；收率82％。

(3)乙酰化：

向200L反应釜中加入DL-α-环己基甘氨酸盐酸盐9.68kg，加入2.5mol/L NaOH 70L，搅拌下醋酐6.65L，常温下反应8小时，反应完成后，以6N盐酸调pH＝2左右，搅拌析晶，离心甩滤，得式(Ⅶ)化合物N-乙酰基-DL-α-环己基甘氨酸晶体9.3kg，收率93.5％，HPLC 99.3％。

(4)酶拆分制备L-α-环己基甘氨酸：

向500L反应釜中加入400L纯水，N-乙酰基-DL-α-环己基甘氨酸10kg，氨水调pH为7.0-7.5，控温37℃左右，加入L-酰化酶20克，反应24小时，反应完全后，过滤，除机械杂质及酶；反应液转入500L釜内，调pH为3-4左右，加入乙酸乙酯萃取(100L×2)，有机相浓缩回收N-乙酰基-D-α-环己基甘氨酸5.1kg,备用；水相浓缩至体系体积为15-25L，冷却析晶，抽滤得式(I)化合物L-α-环己基甘氨酸3.39kg，收率86％，HPLC 99.4％，ee值99.5％。

¹HNMR(400MHz，D₂O):δ3.34(d,J＝5.4,1H),0.54-1.20(m,11H)；ESIMS：158.2[M+H]⁺ 。

Claims

1.一种制备手性α-环烷基甘氨酸的方法，包括步骤：

(1)、以甘氨酸为起始原料，酯化制得甘氨酸叔丁酯；

(2)、将甘氨酸叔丁酯与二苯甲酮溶于烃类溶剂中，以对甲苯磺酸为催化剂，缩合制得N-二苯亚甲基甘氨酸叔丁酯；

2.如权利要求1所述的制备手性α-环烷基甘氨酸的方法，其特征在于，步骤(2)中所述烃类溶剂选自甲苯、二甲苯、正己烷、环己烷之一或它们中任意数种的混合物；反应温度优选110-120℃。

3.如权利要求1所述的制备手性α-环烷基甘氨酸的方法，其特征在于，步骤(3)中卤代环烷烃的卤素选自Cl、Br、I、OTs、OMs之一；所述醚类溶剂为四氢呋喃、***、甲基叔丁基醚、异丙醚之一；所述强碱为叔丁醇钾、叔丁醇钠、氢化钠之一。

4.如权利要求1所述的制备手性α-环烷基甘氨酸的方法，其特征在于，步骤(4)中所述强酸为三氟乙酸或盐酸。

5.如权利要求1所述的制备手性α-环烷基甘氨酸的方法，其特征在于，步骤(5)中酰化试剂为乙酸酐、乙酰氯、丙酰氯、苯甲酰氯、苯乙酰氯之一；所用碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、三乙胺之一；反应溶剂优选水。

6.如权利要求1所述的制备手性α-环烷基甘氨酸的方法，其特征在于，步骤(6)中的酶为D-酰化酶或L-酰化酶，反应溶剂优选水；pH为7～8。

7.如权利要求2所述的制备手性α-环烷基甘氨酸的方法，其特征在于，所述烃类溶剂为甲苯。

8.如权利要求3所述的制备手性α-环烷基甘氨酸的方法，其特征在于，所述卤代环烷烃的卤素为Br、OMs、OTs之一；所述醚类溶剂为四氢呋喃；所述强碱为叔丁醇钾或叔丁醇钠。

9.如权利要求5所述的制备手性α-环烷基甘氨酸的方法，其特征在于，所述酰化试剂为乙酸酐或苯乙酰氯；所用碱为氢氧化钠。

10.如权利要求6所述的制备手性α-环烷基甘氨酸的方法，其特征在于，所述pH为7～7.5。