CN1876628A

CN1876628A - 化学拆分法制备左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的方法

Info

Publication number: CN1876628A
Application number: CN 200610082018
Authority: CN
Inventors: 马云峰; 柴多里; 王组元; 吴梅
Original assignee: ANHUI HORAE NEW TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: ANHUI HORAE NEW TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2006-07-17
Filing date: 2006-07-17
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2026-07-17
Also published as: CN1876628B

Abstract

本发明涉及一种化学拆分法制备左旋半胱氨酸(L－Cys)和右旋半胱氨酸(D－Cys)的方法，以外消旋半胱氨酸(DL－Cys)为原料，以无机酸为溶剂，以右旋二苯甲酰酒石酸(D－DBTA)和左旋二苯甲酰酒石酸(L－DBTA)为拆分剂，将外消旋半胱氨酸与拆分剂按1∶0.5－1.2的比例溶于稀的无机酸溶液中，在60－100℃下搅拌0.5－2.0小时，再逐渐冷却至室温，滤出结晶盐，结晶盐和母液分别在水、酒精等溶剂中用碱中和，即分别得到左旋半胱氨酸(L－Cys)和右旋半胱氨酸(D－Cys)。本发明所用拆分剂的合成原料易得、工艺简单；拆分后拆分剂可以回收再利用。

Description

化学拆分法制备左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的方法

技术领域

本发明是一种手性有机化合物的制备技术，尤其是一种左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的制备方法。

背景技术

半胱氨酸，又名2-氨基-3巯基丙酸。半胱氨酸是一种含巯基的中性氨基酸，即其氨基和羧基数量相同。其分子结构中具有1个手性碳原子，即1个手性中心，因而具有一对对映体的存在，即左旋半胱氨酸(L-Cys)和右旋半胱氨酸(D-Cys)，其结构如下式：

左旋半胱氨酸(L-Cys) 右旋半胱氨酸(D-Cys)

左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸都是重要的化合物，可广泛应用于医药、食品、化妆品、饲料等行业。左旋半胱氨酸主要从自然界物质的水解产物中提取，如人的头发和动物的毛发中提取，目前该技术已经被广泛应用于左旋半胱氨酸的生产。

右旋半胱氨酸是一种非天然氨基酸，近年来随着科学的发展，其在医药合成中的作用越来越突出，尤其是作为抗生素类药物合成的中间体而倍受关注。右旋半胱氨酸作为一种非天然氨基酸，不能从自然界中提取，只能通过手性合成或者拆分得到。手性合成是制备手性化合物的方法之一，目前只有少数手性化合物可以采用手性合成的方法生产，而大部分手性化合物的制备采用拆分的方法。在右旋半胱氨酸的合成中，只有通过消旋左旋半胱氨酸合成外消旋半胱氨酸，或者通过化学合成方法得到外消旋半胱氨酸，然后再通过拆分对映体得右旋半胱氨酸。

目前，外消旋半胱氨酸的拆分方法包括诱导结晶法、酶拆分和化学拆分法。

Chozo Inoue等人发明了一种诱导结晶法拆分外消旋半胱氨酸的方法(日本专利，专利号4613688/1986)。首先将外消旋半胱氨酸转化成其盐酸盐，并配制成其盐酸盐的饱和或过饱和水溶液，以左旋或右旋半胱氨酸盐酸盐作为晶种，然后将饱和溶液的温度自35-40℃缓慢降低至29-31℃，即可将对应的光学活性对映体从混合物的饱和溶液中结晶出来。该方法得到的产品是左旋或者右旋半胱氨酸盐酸盐一水物，光学异构体一次性拆分收率为10％左右，目标产品的光学纯度在75％-90％。该方法产品收率低，且纯度不高，不能满足制药行业的要求，因此在左旋和右旋半胱氨酸的生产中没有实际应用价值。

至于酶拆分的方法，日本专利(专利号29293/1976)介绍了将外消旋半胱氨酸酰化制备成N-酰基化外消旋半胱氨酸，再利用酰基转化酶作用于N-酰基化的外消旋半胱氨酸，从而得到光学活性的左旋或者右旋半胱氨酸。该方法不仅需要使用生物组织的酶，而且要求所选择的酶具有很高的专一性、稳定性和生物活性；合成过程中还需要进行酰基化和脱酰基等多步反应。由此可见，该方法反应步骤较多，综合收率不高，在左旋和右旋半胱氨酸的生产中也没有太大的商业价值。

化学拆分法是利用具有手性的化学拆分试剂与外消旋的半胱氨酸直接作用，利用所生成的非对映异构体在所选择的溶剂中的溶解度差异进行分离的方法。Hiroyuki Nohira等人于1986年发明的专利中(专利号4621151/1986)提出以光学活性的扁桃酸为拆分剂，对外消旋半胱氨酸进行拆分得到光学活性的左旋半胱氨酸。该发明所采用的半胱氨酸原料可以是外消旋的半胱氨酸，也可以是外消旋的半胱氨酸的盐，如盐酸盐或硫酸盐。该发明采用L-扁桃酸拆分外消旋半胱氨酸从而得到左旋半胱氨酸的收率在20％左右，产品收率比较低，且没有涉及到右旋半胱氨酸的合成。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的化学拆分新方法，使用该方法拆分DL-半胱氨酸所得产品收率高，光学纯度高。

本发明的化学拆分法制备左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的方法，以外消旋半胱氨酸(DL-Cys)为原料，以无机酸为溶剂，以右旋二苯甲酰酒石酸(D-DBTA)和左旋二苯甲酰酒石酸(L-DBTA)为拆分剂，将外消旋半胱氨酸与拆分剂按1∶0.5-1.2的比例溶于稀的无机酸溶液中，在60-100℃下搅拌0.5-2.0小时，再逐渐冷却至室温，滤出结晶盐，结晶盐和母液分别在水、酒精等溶剂中用碱中和，即分别得到左旋半胱氨酸(L-Cys)和右旋半胱氨酸(D-Cys)，工艺路线为：

其中H⁺为氢离子。

无机酸溶剂为稀盐酸或稀硫酸水溶液，溶剂的量为5-20倍于半胱氨酸，酸的浓度为0.1-1.0mol/L。

反应温度为60-100℃，反应时间为0.5-2.0小时。

氨化中和所需要的碱为氨气、氨水、三乙氨及其它低级脂肪胺、碳酸铵、碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠等。

氨化中和所用的溶剂为水和甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇等低级脂肪醇及丙酮。

由于半胱氨酸是含有巯基的中性氨基酸，以酒石酸为原料合成了酸性较强的具有一定刚性的拆分剂D-DBTA和L-DBTA，它们分别和DL-Cys形成非对映体盐，由于非对映体盐在酸性水溶液中的溶解度差别较大，故可成功将DL-Cys拆分成D-Cys和L-Cys.

用D-DBTA做拆分剂时，盐D-Cys·D-DBTA在溶液中的溶解度较小，冷却后，从溶液中析出，其非对映体盐则留在溶液中。过滤得到的D-Cys.D-DBTA用碱中和即可得到D-Cys.拆分母液浓缩后用碱调pH值到5.5，即得L-Cys.D-Cys和L-Cys的收率都在75％以上，光学纯度大于99％。

用L-DBTA做拆分剂有类似的情况，不同的是拆分时L-Cys与L-DBTA形成的盐从溶液中沉淀析出，D-Cys的盐则留在母液中，用碱处理相应的盐，也能得到目标产物，收率大于75％以上，光学纯度大于99％。

外消旋半胱氨酸与手性有机酸作用生成非对映体盐，非对映体盐在溶液中的溶解度不同，可借助溶解度的差异将它们分开。本发明中，当向DL-Cys溶液中加入D-DBTA后，D-Cys与D-DBTA所生成的盐在稀酸中溶解度较小，从溶液中析出，L-Cys所生成的盐溶解度较大则留在溶液中。平衡一段时间后，通过过滤即可将它们分开。同样，当向DL-Cys溶液中加入L-DBTA后，L-Cys与L-DBTA所生成的盐在稀酸中溶解度较小，从溶液中析出，D-Cys所生成的盐溶解度较大则留在溶液中。

由非对映体盐氨化制备D-Cys或L-Cys所依据的是简单的酸碱中和反应原理。

在本发明中，较强的碱氨水或三乙氨与较强的酸D-Cys·D-DBTA作用生成较弱的酸酒石酸铵盐及较弱的碱D-Cys.

本发明所用拆分剂的合成原料易得、合成工艺简单；拆分后拆分剂可以回收再利用；拆分所用溶剂是稀酸水溶液，生产成本低，对环境污染小，无机酸副产的铵盐可用于农业生产；无机酸的使用是该发明与传统的拆分工艺不同的特点，无机酸既有利于DL-Cys的溶解，也减少拆分剂的用量。在最佳条件下，D-Cys(右旋半胱氨酸)或者L-Cys(左旋半胱氨酸)拆分收率达到90％，光学纯度达到100％。

综上所述，本发明解决了由DL-Cys制备D-Cys和L-Cys工艺中收率低、成本高等问题。因此，上述用DBTA做拆分剂由DL-Cys制备D-Cys和L-Cys拆分工艺可用于工业化生产。

具体实施方式

1、以DL-Cys(外消旋半胱氨酸)为原料，以稀盐酸或稀硫酸为溶剂，通过化学拆分方法制备L-Cys(左旋半胱氨酸)和D-Cys(右旋半胱氨酸)。

2、拆分剂为二苯甲酰酒石酸D-DBTA和L-DBTA。

3、拆分溶剂为稀盐酸、稀硫酸或其它稀的无机强酸水溶液。溶剂的量为5-20倍于半胱氨酸，最适用量为半胱氨酸的8-16倍。酸的浓度0.1-1.0mol/L，最适浓度为0.2-0.8mol/L。

4、拆分反应的温度为70-100℃，最适宜温度为75-95℃。

5、非对映体盐洗涤所用溶剂为***、丙酮、乙醇、水等。

6、氨化中和所需要的碱为氨气、氨水、三乙氨及其它低级脂肪胺、碳酸胺、碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠等。

7、氨化中和所用的溶剂为水和甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇等低级脂肪醇及丙酮。

工艺路线：

实施例1：

DL-Cys2.43g(0.02mol)溶于20ml稀盐酸中，在搅拌下加热至80-100℃，加入L-DBTA3.58g(0.01mol)，在该温下反应半小时，然后在60℃保持1小时，逐渐有沉淀生成，再冷却至15℃左右，抽滤，滤饼溶于30ml乙醇及2倍量的三乙胺中，搅拌1小时，抽滤，并用乙醇洗涤，干燥得1.06g L-Cys，拆分收率87.5％，[α]_D ²⁰＝+8.7°(C＝8，1N HCl)，L-Cys产品光学纯度99.3％。拆分母液浓缩后用碱调节调pH值为5.5，搅拌，有白色固体析出，抽滤并用乙醇洗涤，干燥得0.96gD-Cys，收率79.2％，[α]_D ²²＝-8.6°(C＝8，1N HCl)，D-Cys产品光学纯度99.2％。

实施例2：

DL-Cys2.43g(0.02mol)溶于20ml稀盐酸中，搅拌，加热至90-100℃，加入3.58g D-DBTA，在该温度下反应50分钟，然后60℃保持1小时，逐渐有沉淀生成，再冷却至15℃左右，抽滤并用水洗涤，滤饼溶于30ml乙醇及2倍量的三乙胺中，搅拌1小时，抽滤，并用乙醇洗涤，干燥得1.06g D-Cys，拆分收率87.5％，[α]_D ²²＝-8.8°(C＝8，1N HCl)，D-Cys产品光学纯度99.5％。。拆分母液浓缩后用碱调节pH值为5.5，搅拌，有白色固体析出，抽滤并用乙醇洗涤，干燥得0.94gL-Cys，收率77.4％，[α]_D ²²＝+8.7°(C＝8，1N HCl)，D-Cys产品光学纯度99.3％。

实施例3：

DL-Cys2.43g(0.02mol)溶于20ml稀盐酸中，在搅拌下加热至80-100℃，加入L-DBTA7.16g(0.02mol)，在该温下反应半小时，然后在60℃保持1小时，逐渐有沉淀生成，再冷却至15℃左右，抽滤，滤饼溶于30ml乙醇及2倍量的三乙胺中，搅拌1小时，抽滤，并用乙醇洗涤，干燥得1.08g L-Cys，拆分收率88.9％，[α]_D ²⁰＝+8.8°(C＝8，1N HCl)，L-Cys产品光学纯度99.5％。拆分母液浓缩后用碱调节调pH值为5.5，搅拌，有白色固体析出，抽滤并用乙醇洗涤，干燥得0.90gD-Cys，收率74.1％，[α]_D ²²＝-8.6°(C＝8，1N HCl)，D-Cys产品光学纯度99.2％。

实施例4：

DL-Cys2.43g(0.02mol)溶于20ml稀盐酸中，在搅拌下加热至80-100℃，加入L-DBTA8.59g(0.024mol)，在该温下反应半小时，然后在60℃保持1小时，逐渐有沉淀生成，再冷却至15℃左右，抽滤，滤饼溶于30ml乙醇及2倍量的三乙胺中，搅拌1小时，抽滤，并用乙醇洗涤，干燥得0.98g L-Cys，拆分收率80.7％，[α]_D ²⁰＝+8.0°(C＝8，1N HCl)，L-Cys产品光学纯度98.5％。拆分母液浓缩后用碱调节调pH值为5.5，搅拌，有白色固体析出，抽滤并用乙醇洗涤，干燥得0.94gD-Cys，收率77.4％，[α]_D ²²＝-7.6°(C＝8，1N HCl)，D-Cys产品光学纯度98.0％。

Claims

1、一种化学拆分法制备左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的方法，其特征在于：以DL-半胱氨酸(DL-Cys)为原料，以无机酸为溶剂，以右旋二苯甲酰酒石酸(D-DBTA)或左旋二苯甲酰酒石酸(L-DBTA)为拆分剂，将外消旋半胱氨酸与拆分剂按1∶0.5-1.2的摩尔比例溶于稀的无机酸溶液中，在60-100℃下搅拌0.5-2.0小时，再逐渐冷却至室温，滤出结晶盐，结晶盐和母液分别在水、酒精等溶剂中用碱中和，即分别得到左旋半胱氨酸(L-Cys)和右旋半胱氨酸(D-Cys)。

2、根据权利要求1所述的化学拆分法制备左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的方法，其特征在于：无机酸溶剂为稀盐酸或稀硫酸水溶液，溶剂的量为5-20倍于半胱氨酸，酸的浓度为0.1-1.0mol/L。

3、根据权利要求1所述的化学拆分法制备左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的方法，其特征在于：反应温度为60-100℃，反应时间为0.5-2.0小时。

4、根据权利要求1所述的化学拆分法制备左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的方法，其特征在于：氨化中和所需要的碱为氨气、氨水、三乙氨及其它低级脂肪胺、碳酸胺、碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠等。

5、根据权利要求1所述的化学拆分法制备左旋半胱氨酸和右旋半胱氨酸的方法，其特征在于：氨化中和所用的溶剂为水和甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇等低级脂肪醇及丙酮。