（化學(xué)工程專業(yè)論文）l組氨酸和l脯氨酸消旋和不對稱轉(zhuǎn)換的研究.pdf

摘要 ， f 組氨酸和脯氨酸是人體和動物必需的氨基酸。輿有光學(xué)活性的組氨酸和脯氨 酸茬不對稱合成中廣泛用作手性試劑和催化劑，而且也廣泛用于醫(yī)藥、食鼎、化 學(xué)等領(lǐng)域。氨基酸豹主要鞠型有d l 鍪，王- 鍪，d 滋。三一縫氨酸窩l - 濂氨酸可通 過發(fā)酵法或從蛋白質(zhì)水解獲得：而d 組氨酸和d 。脯氨酸卻難以從自然產(chǎn)晶中大 量提取，鼴此其儈格十分鼴責。寸 本文首先研究了三組氮酸彩五，脯氨酸的消旋愛應(yīng)，并獲得d l 一氮基酸，然后 在消旋的熬礎(chǔ)上研究三一組氯酸和上，脯氨酸的不對稱轉(zhuǎn)換。 三一組氨酸秘三壤氨酸襲醛茲催純下，霹在羧酸滾裁孛發(fā)生港旋。氨基酸戇消 旋反應(yīng)為一級反應(yīng)。消旋遴率因羧酸溶劑的不同而異：上緞氨酸在乙酸溶劑中消 旋最快，而三脯氨酸在正丁酸溶劑中最快。在羧酸溶劑中有水存在會降低消旋 反應(yīng)速率。，隨反應(yīng)瀣度豹鬟離，酒旋反應(yīng)速率耱茯。一精氨酸的潸旋速率鬻數(shù)與 反應(yīng)溫度盼關(guān)系可襲示為： ，6 7 0 9 8 空= 4 9 4 5 7 3 e ” 另外實驗表明，組氨酸和三脯氨酸消旋反應(yīng)的合適催化劑分別成為水楊醛和正 丁袋，著確定當繼化賽懿鼴璧與氨藻酸的壤爾斃以0 必經(jīng)。嗣露瞧論述了氯基 酸消旋的反應(yīng)機理。三一組氨酸和三- 脯氨酸的消旋產(chǎn)物d l 組氯酸和d l 一脯氨酸的 收率分別為9 1 8 3 和8 4 7 8 。卜 l - 組鬣酸角疆移，滔石酸攆拆努試裁，羧簸溶裁中，在承楊醛存在對透行不對 稱轉(zhuǎn)換。j 己組氨酸的不對稱轉(zhuǎn)換的合適反成時間在8 0 時為5h ，9 0 時為3h 。 反應(yīng)體系中有水存在，會降低d 緞綴酸限 - 涯石酸復(fù)鹽的收率與光學(xué)純度。另步 ， 起始三組氨酸在乙簸中合適濃度藏為挖4 。用永楊醛作催億荊時，由上境i 氨 酸不對稱轉(zhuǎn)換得到的d 組氨酸倒酒石酸的結(jié)晶度遠大于用正丁醛作催化劑。 承揚醛月三壤l 氨酸茲最佳壤爾 率為0 + l 。肛組氨羧婦站淫石酸在攀醇溶裁中焉 三乙胺處理得到d - 組氨酸，收率9 3 7 1 ，光學(xué)純度為1 0 0 。 三脯氨酸通過間固一酒石酸形成復(fù)鹽，在正丁酸溶劑中以正丁醚作催化劉進 行不對豫轉(zhuǎn)換。f 逶過歪交試驗，我稻褥到一藏氨羧的不瓣稱轉(zhuǎn)換豹最佳反應(yīng)條 件；在此最佳反應(yīng)條件下，得到d 脯氨酸腳酒石酸的收率為9 2 4 5 ，光學(xué)純度 為1 0 0 。脅脯氨酸 一酒石酸再程甲醇溶剡中用3 5 的氨水處理德到d - 麟氮酸 的熬體 | 芟率為8 5 6 2 ，光學(xué)純度為1 0 0 。0 。 關(guān)鍵調(diào)；鯉氨鼗，、三壤氮酸? 瀵旋，不對稱轉(zhuǎn)羧 a b s t r a c t h i s t i d i n ea n dp r o l i n ea r en e c e s s a r ya m i n o a c i d sf o rm a i la n d a n i m a l o p t i c a la c t i v e h i s t i d i n ea n d p r o l i n e a r eu s e f u la sc h i r a l r e a g e n t s a n d c a t a l y s t s i n a s y m m e t r i c s y n t h e s e s a l s o ，t h e ya r eu s e di n t h ef i e l d so fp h a r m a c y , f o o da n dc h e m i s t r y t h e m a i n c o n f i g u r a t i o n so f a n i m oa c i d sa r ed - ，三一a n dd 一。三一毯s t i d i n ea n dl - p r o l i n ec a l l b eo b t a i n e db yf e r m e n t a t i o no rb yi s o l a t i o nf r o mp r o t e i nh y d r o l y s a t e s h o w e v e r , d - h i s t i d i n ea n dd - p r o l i n ea r ed i f f i c u l tt oo b t a i n e df r o mn a t u r a lp r o d u c t si nl a r g e q u a n t i t i e sa n d ，t h e r e f o r e ，a r ev e r ye x p e n s i v e i nt h i sa r t i c l e t h er a c e m i z a t i o n so f p r o l i n ea n dl - h i s t i d i n ew e r es t u d i e d ，b a s e d o i lt h er e s u l t so fr a c e m i z a t i o n ，w es t u d i e dt h ea s y m m e t r i ct r a n s f o r m a t i o no fl - p r o l i n e a n d 三h i s t i d i n e 三一p r o l i n ea n d l h i s t i d i n ec o u l db er a c e m i z e di nc a r b o x y l i ca c i d su s e da ss o l v e n t si n p r e s e n c eo fc a t a l y t i ca m o u n t so fa l d e h y d e ss u c ha sb u t a r i a la n ds a l i c y l a d e h y d e t h e r a c e m i z a t i o n sw e r ef o a n dt of o l l o wf i r s t - o r d e rr e a c t i o nk i n e t i c s 。t h er a t ec o n s t a n to f r a c e m i z a t i o no fl - p r oi n c r e a s e dw i t h d e c r e a s i n ga c i d i t yo ft h ec a r b o x y l i c a c i d h o w e v e r , t h er a t ec o n s t a n to fr a c e m i z a f i o no fl - h i sw a sm o s tr a p i di na c e t i ca c i d t h ew a t e ri n c a r b o x y l i c a c i dd e c r e a s e dt h er a t eo fr a c e m i z a t i o n w h e nt h e t e m p e r a t u r ei n c r e a s e d t h er a t e c o n s t a n to fr a c e m i z a t i o ni n c r e a s e d 。f o rl p r o t h e r e l a t i o nb e t w e e nt h er a t ec o n s t a n to fr a c e m i z a t i o na n di t sr e a c t i o nt e m p e r a t u r ew a s p r o p o s e d a sf o l l o w ： 6 7 0 8 8 k = 4 9 4 5 7 3 e 月7 t h e a p p r o p r i a t ea l d e h y d eu s e d a sa c a t a l y s tf o rt h er a e e m i z a t i o no f l p r oa n d 三h i s s h o u l db eb u t a n a la n ds a l i c y t a d e h y d e ，r e s p e c t i v e l y , s a l i c y l a l d e h y d ea n db u t a n a lg a v e as u f f i c i e n tr a c e m i z a t i o nd e g r e ei nt h eu s eo f0 1m o l a r e q u i v a l e n t t h em e c h a n i s mo f t h er a c e m i z a t i o nw a sd i s c u s s e d d l w h i s t i d i n ea n dd l p r o l i n ew e r eo b t a i n e d b y r a c e m i z a t i o ni n9 1 8 3 a n d 8 4 7 8 y i e l dr e s p e c t i v e l y a n a s y m m e t r i ct r a n s f o r m a t i o nf r o ml - h i s t i d i n et od - h i s t i d i n et h r o u g hf o r m a t i o no f s a l tw i t h 倒一t a r t a r i ca c i dw a sa c h i e v e db yu s i n gs a l i c y l a l d e h y d ea sac a t a l y s tf o r e p i m e r i z a t i o n i na c e t i ca c i d t h e a p p r o p r i a t e r e a c t i o nt i m ef o rt h e a s y m m e t r i c t r a n s f c r m a t i o ni s5ha t8 0 a n d3ha t9 0 t h e p r e s e n c eo fw a t e r i na c e t i ca c i d d e c r e a s e dt h e y i e l da n do p t i e a ip u r i t y o fd - h i s t i d i n eb i t a r t r a t e i n a d d i t o n ，t h e a p p r o p r i a t ec o n c e n t r a t i o n o ft h es t a r t i n gl - h i s t i d i n ei na c e t i ca c i du s e da ss o l v e n tw a s 1 2 4 w v t h er a t eo fe p i m e r i z a t i o no ft h ed h i s t i d i n eb i t a r t r a t e b yu s i n go f s a l i c y l a l d e h y d ea st h ec a t a l y s tw a sl a r g e rt h a nt h a tb yb u t a n a l t h eo p t i m a lm o l a r r a t i oo f t h es a l i c y l a l d e h y d et os t a r t i n g _ h i s t i d i n ei s0 1 。t r e a t m e n to f t h eo b t a i n e ds a l t w i t ht r i e t h y l a m i n ei nm e t h a n o lg a v ed h i sw i t h1 0 0 o p t i c a l p u r i t yi n9 3 。7 1 y i e l d b a s e do nt h es t a r t i n g 五h i s t i d i n e t h ea s y m m e t r i ct r a n s f o r m a t i o no f l - p r o l i n ev i af o r m a t i o no fs a l tw i t h 腳t a r t a r i c a c i dw a sc a r r i e do u t b yu s i n gb u t a n a la sac a t a l y s tf o re p i m e r i z a t i o ni nb u t a n o i ca c i d t h r o u g ho r t h o g o n a le x p e r i m e n t s ，t h eo p t m m nr e a c t i o nc o n d i t i o n 稻 氆ea s y m m e t r i e t r a n s f o r m a t i o n o f 上- p r o l i n e w a so b t a i n e d u n d e r t h i s o p t i m u m c o n d i t i o n d p r o ( 曲一t a r t a r i ca c i ds a l tw a so b t a i n e dw i t h10 0 o p t i c a lp u r i t yi n9 2 4 5 y i e l d t r e a t m e n to ft h eo b t a i n e ds a l tw i t ha q u e o u sa m m o n i a ( 3 5 ) i nm e t h a n o lg a v ed h i s w i t h1 0 0 o p t i c a lp u r i t yi n8 5 6 2 y i e l db a s e do nt h es t a r t i n gl - h i s t i d i n e k e y w o r d s ：l - h i s t i d i n e ，三一p r o l i n e ，r a c e m i z a t i o n ，a s y m m e t r i ct r a n s f o r m a t i o n 整塹墨! 圭壘璺蹩立蘭墮童壁苧墊型竺竺竺塑曼蠹一 第一章文獻綜述 1 - 1 概述 分子結(jié)構(gòu)互為鏡像但不能重合的躕個化合物稱為對映體，由檑等數(shù)屢的對映體分子組 或多 渚麓缽。對浹镩鶼分子式完全穗黼，銹理穩(wěn)純舉健質(zhì)大都穩(wěn)褥，只是原子絨原子霞在 空間的取向不同，它們彼此不能重合的性質(zhì)稱為手性l l 】。手性異構(gòu)體( 對映體) 是自然界 的一 中瞽避現(xiàn)象，構(gòu)成生物體的基本物質(zhì)如氨基酸、糖類等都是手髖分子。自1 8 4 8 年p a s t e u r 發(fā)現(xiàn)旋光器構(gòu)體得存在戮來，光學(xué)懣往體愈來愈| 超人桐的重褪。生命界中曹遄存在的糖 為d 型，氨基酸為型，蛋白質(zhì)和d n a 的螺旋構(gòu)象又都是右旋的 2 1 。在醫(yī)藥化學(xué)領(lǐng)域中 這一點尤必突出，已知藥物中約存3 0 4 0 是手瞧黥u 1 。手性分予鮑重要牲不僅表現(xiàn)在與 生物穗關(guān)的領(lǐng)域，在動瓣材料領(lǐng)域，如液晶、非線能光學(xué)材料、移電高分子方釃也顯示出 誘人前景。隨著對手性分子認識的不斷深入，人們對單一手性物質(zhì)的需求量越來越大，對 其純度的爨求也越來越癱 2 l 。 生命體內(nèi)許多由源性化合物，包捂可與藥物發(fā)生藥動力學(xué)和薊效學(xué)相互作用的天然大 分子都具肖手性，不同攀性的藥物作用于生物體時，它們所起的作用是不同的，在活性、 餞澍過程駛毒性等方瑟袋往存在蓑顯溪差霧。1 9 9 2 零美霪食品藥赫管瑾囂( f d a ) 簌定， 今后凡研制具有不對稱中心的藥物，必須給出手性拆分的結(jié)果，歐共體也采取了相應(yīng)的措 施。開發(fā)手性合成技術(shù)生產(chǎn)光學(xué)純藥融成為國際制麴工業(yè)的共識 3 1 。 具手瞧縫擒熬藥物大多戳鄉(xiāng) 瀵旎髂熬形式窶瑗，i 會騫等量黲左旋薅蠢右旋髂。囂潑 單一的對缺異構(gòu)體形式出現(xiàn)的較少。假隨著手性藥物的市場需求的迅速增長。刺激了手性 藥物的研究與開發(fā)，手性藥物制藥工業(yè)也因此迅速發(fā)展壯大。目前手性藥物的研究已成為 蘑際贛驁贛究鶼瑟方島之一。單一對歐蔣藥褥裁裁懿器棗凌每年叛2 0 壤土豹邃度落長。 1 9 9 6 年手性藥物制劑世界市場為7 3 0 億美元，預(yù)計2 0 0 0 年格達割9 0 0 億美元。世界正在 開發(fā)的1 2 0 0 種新藥中有三分之二是手性的。其中單一異構(gòu)體占5 1 。1 9 9 4 1 9 9 6 年世界各 縫援準熬裁囂孛膏一半敬主是擎一買襁體翻。廣瓣鶼疲露茲景霸巨大筵市場發(fā)鼴維動了探 索新的更脊效的獲得單一手性化合物方法的研究。 單一手性物質(zhì)的獲得方法大致有p a - f = 種 1 】：手性源合成法：是以手性物質(zhì)為原料 合成萁它手戇純臺貔，這楚最豢霉靜方法。毽垂予天然手往秘質(zhì)靜耱類有陵，婺合戒多種 浙趣大學(xué)碩士學(xué)位論文 蔡揚君：p 姐氨酸和 脯氨酸消藏和不對稱轉(zhuǎn)換的研究 多樣的目的產(chǎn)物會遇到很大困難，目的產(chǎn)物易發(fā)生消旋，而且合成路線步驟繁多，也使得 產(chǎn)物成本十分高昂；不對稱合成法：是在催化劑或酶的作用下合成得到過量的單一對映 體化合物的方法，通過不對稱合成法獲得手性氨蘩酸鞠?；瘜W(xué)不對稱合成高旋光純度的反 應(yīng)仍然有限，靜使如詫，所褥產(chǎn)物的旋光純淡在一些方面仍不夠商；生物的不對稱合成具 有綴高的選擇往，反應(yīng)介蒺遴常熱稀緩沖求溶液，反應(yīng)條件溫和，僵對底耪要求高、反應(yīng) 饅、產(chǎn)搦款分離困難，囂霖奩應(yīng)用也受至l 一定靜限裁；舞消旋體辮分法：是在拆分荊 的 乍用下，將外澄旋體捺分成對歐體。因為化學(xué)法合殘夕 游嶷體 較麓攀，這秘方法成本 相對較低，因麗l 縣委4 廣泛應(yīng)用。握絞計，大約壽6 5 轂 天然手性藥物是出於消旋囂姣中 間產(chǎn)物拆分得到的。 氨基酸在人體及動物生命活動中起蓑舉足輕重的作用。眾所周知，囊然界存在2 0 孛氨 基酸均為上型口】。氨基酸廣泛應(yīng)用于營養(yǎng)食品、飼料添加劑、醫(yī)藥等領(lǐng)域，通過化學(xué)合成 法得到的是外消旋混合物，以往人們認為生命物質(zhì)只存在三氨基酸，并將三一氨基酸冠以“天 然”，而d - 氨綦酸就成了“非天然”，然而隨糟分析方法的發(fā)展，人們相繼地在海洋動物、 陸生動物、種予植物和人體中發(fā)現(xiàn)了各種d - 氨基酸 6 1 ，從而意識到d - 氨基酸與上氨基酸一 樣，作為醫(yī)藥、農(nóng)藥和食品的重要組成昶著重要作用，所以氨基酸的光學(xué)拆分一商受到人 銷靜關(guān)注。不同構(gòu)黧的氨基酸在生物體內(nèi)的作用不同，可以說生物體在生命活動時是嚴格 縫談裂若光學(xué)舞擒體酌。在營養(yǎng)學(xué)上d 氨基酸似乎沒有意義，但它倍受氍藥工作者的青睞， 螺黛基酸類抗生素耱雜淡益氨基酸囂l 難黻談緦藩簿解，麗不致產(chǎn)生抗藥往翻。這無疑將為 捩生素黲零用提供受為廣瀛黔籬景。 旦剪，氨綦酸主要出發(fā)酵法生產(chǎn)或遴過棗子交換法 7 1 來分離褥到。翔三綴氨酸可愛干 血粉為原料，用鹽酸水解處理后褥到f 8 l ；l 一髓氨酸的鍘鍪怒以明膠為驤料，題酸水瓣居經(jīng)離 子交換樹脂分離得到【9 】。但是發(fā)酵法得到的氨夔酸以三- 氨基酸為主，離子交換法怨到黲也 主要是d - 氨基酸。要得到d _ 氨基酸必須通過消旋、拆分或構(gòu)型轉(zhuǎn)換。蠢關(guān)消旋、拆分郛 構(gòu)型的轉(zhuǎn)換已有許多文獻報道及工業(yè)化的生產(chǎn)。但這些方法大多過程繁復(fù)，收率鞍低。本 文就是在此背景下展開的，我們設(shè)法研究出一種簡單，經(jīng)濟的消旋與構(gòu)型轉(zhuǎn)換方法，以獲 得大量廉價的肛氨熬酸。 本文瀕工臻濃0 駿( 互堋匾s ) 和三- 脯氨酸 一p r o ) 的不對稱轉(zhuǎn)化為主要研究主題，通過 謬跫蔥三l h i s 幫互m p r o 消旋旋應(yīng)諗純潛旋的反應(yīng)條件，然后褥對其迸行構(gòu)型轉(zhuǎn)化，得到相反構(gòu) 蕉戇d - h i s 寢d - p r o 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一2 頁要6 s 蕢 蔡楊君：卜組氨酸和鯽莆氨酸消旋和不對稱轉(zhuǎn)換的姘究 脯氨黢是構(gòu)戲蛋色黢的一穢氨基酸，主要用予醫(yī)藥上配受氨基酸輸液，合藏抗離盤壓 及多肽藥物等。勇外它有一定甜昧，國外已經(jīng)開始應(yīng)用于食品工業(yè)u q 。 三一組氨酸屬于半必需氨基酸，對于嬰幼l 及幼物的成長尤其重要。成人及已成長動甥 的膳食藏鐲料中無組氨酸亦能維持其氮平衡。組氨酸是難一通過h m p 途徑合成的氨基酸， 其笈酵法生產(chǎn)的研究即便是在國外也較少且進展緩慢，日本于2 0 世紀7 0 年代中期螬進行 這方面的磺究，但在8 0 年代后就未見顳的 受邋，墓內(nèi)對此磷究瞧較少。髫蔫厶終氨酸主要 應(yīng)用予醫(yī)藥、食品和飼料等方面，闐肉僅有掇取法少量生產(chǎn)，尚無研究發(fā)酵法n ”組氨酸 和脯氨酸的物理化學(xué)性質(zhì)如表1 1 所示。 表1 - 1 緞?wù)后K程糖囊潦麴褥毽魁學(xué)牲膨1 1 , 1 3 1 1 h b i e1 - 1 p h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so f h i s t i d i n ea n dp r o l i n e 厶組氨酸 凸姐氨酸l - n 氨黢 轉(zhuǎn)脯氯酸 英文名l - h i s f i d i n e ( l - h i s ) d - h i s t i d i n e ( d - h i s ) l - p r o l i n e ( l - p r o ) d - p r o l i n e ( d 。p r o ) 分子量 1 5 5 1 6 1 1 5 1 3 分子式 c ( 弗1 9 n 3 0 2 c 5 h g n 0 2 結(jié)構(gòu)式 k 鬈 1 1 1 p 溶解性 占t “臼h o 。“q oh 0 w + 1 1 8 ( e 1 2 ，5 m o l l 鹽酸) * 3 8 。5 ( c2 ，t - 1 2 0 ) 2 7 7 溶于水( 2 5 ，1 4 3 g 1 0 0 m l ) ；微溶予乙 醇：不溶予乙醚 一i i 8 ( o ，5 m o f l 鹽 酸) + 3 8 5 ( c 2 ，h 2 0 ) 2 8 7 q 8 8 不溶于乙醇，三氯甲 媲，乙醚，囂酮 晶體蠡色器體蕺緒晶性粉長片狀結(jié)晶 束，自水中得小葉片 - 6 0 4 ( c 2 1 - 2 ，5 m o l l + 6 0 4 ( c = 1 之，5 m o f l 鹽酸)鹽酸1 - 8 6 2 ( c 1 - 2 ，玨2 0 ) + 8 6 2 ( c l 2 ，h 2 0 ) 2 2 0 2 2 2 2 0 6 溶于水0 5 ，1 6 2 3 l o o m l ； 6 5 2 3 9 9 1 0 0 m l ) ： 乙醇( 1 9 。c ，1 8 9 1 0 0 m l ) ： 不溶予乙醚秘丁酵 自水中得菱柱形結(jié)吸潮的菱柱形結(jié)晶 晶，自己醇中得針狀 狀結(jié)路 結(jié)豁 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一3 一頁典6 8 頁 蔡櫥囂： 紐氨酸和 脯氨酸消旋和術(shù)時稱轉(zhuǎn)換的研究 1 2 立體化學(xué)中的概念與表征 對漱體： 分子結(jié)擒互為鏡蘩餐孺不能重合酌兩個純會物稼為對姨缽，它幫j 鎪就不能羹合的瞧質(zhì) 稱為手性 1 6 1 ； 菲對映異構(gòu)體； 具有相同的化學(xué)綴成，健不是鏡像，在分予中的一個或多個不對稱孛心其鴦不同鰉構(gòu) 型的物質(zhì)： 鄉(xiāng) 潰旋掣”i ： 鋒量的對映體的混合物，由于對映體旋光作用的相互抵銷而失去了旋光性。固態(tài)外消 麓蔣有三耱類型，g 歲 漪旋混合褥e e m gm i x 婦曰、鄉(xiāng) 渚旋化合物( r a c e m i c c o m p o i m d ) 、 外消旋固溶體( r a c e m i cs o l i ds o l u t i o n ) ； 差越辮鋪體： 只有一個不對稱碳原子的構(gòu)型相及的鼴個墨對映異梅缽； 消旋： 撂一令縫鬟重浹缽( p u r ee n a n t i o m e r ) 轉(zhuǎn)純?yōu)閲绦茸虣趹咤?，鞫噩乏易潛旋熬記合?稱為光學(xué)不穩(wěn)定物； 差淘舜梅純： 含多個手性中心的化合物中一個手性中心的構(gòu)型發(fā)生變化的過程，這一過程會使旋光 魔發(fā)生變化，但至少一個手性中心構(gòu)型不發(fā)生轉(zhuǎn)變，因此其光學(xué)活性不會全部失去； 於游旋毖： 等摩爾量的兩個光學(xué)異構(gòu)體的混合物。 1 2 2 表征 ( 1 ) 對映體蝴非對映體進1 3 1 4 i 當不存在努郟手悛影璃時，對獲髂冥壽完全耀羈豹訖學(xué)幫穆理牲蒺。餐對浚體有一辯 辨旺太學(xué)碳士學(xué)位論文 蔡榜君：l - 蛆氨酸和卜脯飄酸消城和不對稱轉(zhuǎn)換的研究 性質(zhì)是彼此不同的；手性分子的每個對映體都把偏振光旋轉(zhuǎn)別一定的角度，其數(shù)嶷相等但 方向相反，這種性質(zhì)稱為光學(xué)活性。因此，如果一個對映體的量越過了另一個，就可能是 光學(xué)活性的手性化合物。 祥晶靜對浹幸搴組成可甭術(shù)語“對映體過羹”，藏“e e ”來描述。它表示一個對缺體 對舅一個對浹俸熬過量，逶常用酉分數(shù)表示。相應(yīng)施，樣品的菲對映體組成可描述為“菲 對姨體避量”，或“黜。”，玄是撂一個菲對跌體辯勇一個j 對陵簿靜過量。邵 凹= 懋】一 足群歌】一陣撈l e o d 矗= + s 】一瞄+ 足 + s 】一p + r 9 1 0 0 ( 2 ) 比：凝憋度的測纛1 1 4 用于對映體的組成的術(shù)語之一是光學(xué)純度。它是指對映體樣品的測定的旋光與最大( 或 絕對) 旋光之比。對于任何一個其純對映體的旋光為已知的化合物，8 8 值可以點接從測 定的旋光值來計算： k 器2 呢。) 式中，d 為測定的旋光； 上為樣品池路長度，d i n ： c 為濃度( g 1 0 0 m l ) d 為用于測定的光波長d 線： 2 0 為溫度( ) 。 光學(xué)純度d p 可由下式來計算： 眥戤羔元】m 。x 1 0 0 測定樣品光學(xué)純度的經(jīng)典方法怒使用旋光儀，在本實驗中所用w z z - 2 a 自動數(shù)顯旋光 儀。 ( 3 ) 清旋度 消旋過程中靜漕旋程度可蠲其旋光魔改交的相對量，即消旋度( r a c e m i z a f i o n d e g r e e ) 來表示： i n i f i a io p t i c a lr o t a t i o n f i n a l o p t i c a lr o t a t i o n 麗堿而麗蔬晤瓶麗1 0 0 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 蔡榜君：l - 蛆氨酸和堋# 氨酸沸旋和不對稱轉(zhuǎn)挾的研究 1 3 漕旋方法論述 1 3 。1 熱清旋1 1 8 i 許多爨有光學(xué)活性靜億合物能在適當?shù)囊缍认录訜嵯?，蠢不需要蕊另外靜試裁。因 此此消旋反應(yīng)的個要求是底物有足夠的熱穩(wěn)定性的，故此法消旋的局限性較大。在整溫 下，若能緩慢瀵旋貝l 稼為基動消旋( s p o n t a n e o u sm c e m i z a t i o n ) 。如五一p r o ，l - g l u ，三+ p h e 等 氨基酸可在裂解溢度下發(fā)生消旋，淆旋遽率極快，反應(yīng)經(jīng)凡分鐘p 可消旋“9 l 。 熱消旋有多種機理：可通過單鍵旋轉(zhuǎn)消旋，分子重排消旋，或幾個鍵同時斷裂而消旋 等。氨基駿 ! 雪生物哥剽爝熱法潢旋。氨基羧及其衍生物靜熱淡旋如表l - 2 掰示。 氨基酸及其衍生物在沒有催化幫的情況下熱消旋有一定的困難，尤其是在水溶液中。 這些瀵旋反應(yīng)一般是在裹溫下避拿亍，恧且瓣一定的壓力條件。但此消旋方法價撂e 較便宜， 因此在工簸上還楚有一定的暖弓| 力。對予氨基酸及其衍生物的熱消旋豹關(guān)鍵在予如何減少 產(chǎn)晶分解的量。 i n h r ，。o “ l h b l e l - 2t h e r m a lr a c e m i z a t i o no f a m i n oa c i d sa n dd e r i v a t i v e s i i 1 ：一n o tr e p o r t 浙江大學(xué)硬士學(xué)位諺文 纂耪君：- 紐氨酸扣z “璃氨酸溥旋和不對稱轉(zhuǎn)挺的研究 堿繼化消旋法為最為常用的溺旋方法。其消旋機理是通過使手性中心上的盯離去。形成 負碳離子。僵院負碳離子不穩(wěn)定，因此在手憔中心上必需有能穩(wěn)定受碳離子鼢綦圈，翅c = o ，c n ，n 0 2 等，或能同時發(fā)生盧消除反應(yīng)。表1 3 為部分氨基酸及其衍生物的堿催化 消旋。 堿催化消旋要求底物有較高酸性，因此一般都要求首先轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的衍生物，使萁酸 性增大。因此衍生物能重新轉(zhuǎn)化為底物，需引入多余的反應(yīng)步驟，故從工業(yè)角度看，此消 旋方法不績。耀予瀵旋靜堿般為氫氧化物( h y d r o x i d e ) ，金屬酰胺( m e t a la m i d e s ) ，秘胺 ( a m i n e s ) 。氨基酸的堿催化消旋主要用氫氧化物，其消旋收率通常較好。如氨基酸在n a o h 的水溶波( p h 1 0 ) 中，在l i c l 存在時，加熱到1 0 0 2 5 0 c 消旋。 r 2 衷l - 3 氮基凝及其自姐渤的堿強化滇旋 t a b l e1 一b a s e - c a t a l y z e dr a c e m i z a t i o no f a m i n oa c i d sa n d d e r i v a t i v e s 。 r lr 2 鵑c o n d i t i o n sy i e l d ( _ a l la m i n o a c i d sho h 2 c h 2 0 h h 4 5 b - ( c h 2 h - c o o h a l la m i n oa c i d s n a o h ，h 2 0 ，p h 1 0 ，l i c i ， t = 1 0 0 2 5 0 o h n a o h ，r n h 2 ，p h 一5 8 1 0 5 1 1 6 ho h n a o h ，k o h , h 2 n4 0 1 0 0 c h h o h 4 2 n a o h , 1 6 0 ，3h o rr o i nr c o o r , 0 - 4 0 6 a na m i n oa c i d s c h a c oo hn ，d m s oo rd m f , h o b t , 1 0 0 n f ；n o t r e p o r t 糖汪大學(xué)旗主學(xué)位論文 吣 孵 i 堂鑒! 蘭璧叁矍妻塑登蘭墊堂至莖矍莖塾竺鑒至一 1 3 3 酶襁滟漓摧酶l 大量的酶和相關(guān)的生物催化系統(tǒng)能使旋光性物質(zhì)消旋。此類消旋反應(yīng)的底物有兩個特 點： ( 1 ) 手性中心有一個質(zhì)子： ( 2 )同手性中心稻連的為羧基或能增強酸睫的取代基。 人啻j 對氨基酸作為消旋贏物作了大麓的研究，表l o 為部分氯基酸及其對應(yīng)的消旋酶。用 于潛旋的簿主簧是外渚旋酶( r a e e m a s e s ) ，舅步 需裔轄韻霞予，螽p y r i d o x y lp h o s p h a t e 或二 儈金疆離子( b i v a l e n tm e t a li o n ) 經(jīng)底物能蹶裁涪藤。表l _ 4 為部分氮基羧及英衍生耪葺銎清 旋黲。 炭l - 4 潰旋薅及箕嶷匏 t a b l ei - 4r a c e m a s e 酷a n dt h e i r s u b t r a t e s 通過氧化還原反應(yīng)( r e d o x ) 可戳使燕有麓光活性物質(zhì)發(fā)生消旋。氧化過程使褥不對稱 碳騾子上豹氫離去，產(chǎn)叟一個霄平磷結(jié)梭鑫每串聞缽。還凝過獠或夯# 氫氫化過程髓像持舔先 豹無立缽選擇瞧豹撬合狀態(tài)，觚恧產(chǎn)生多 游麓耪( 強1 - 1 ) 。其中，鑫由鎣反癱氆麓使不對 稱碳擐予上豹氮裹去。 浙江犬學(xué)礤士學(xué)位論文 i 璧墨；蘭壘叁竺堂曼璧墨竺鯊壟皇至苧矍整墨塑蘭查一 r 1r 1r 1r 1 s 一。竺k 型灶一、。查州 1臣lr t 艮1 。一s 一 一s 螄艮刁。r 3 + 8 拿 氧化還原消旋可通過單步反應(yīng)完成，蕊不需專門分離中間產(chǎn)物。單步氧j 七還原游旋的 贏秘必須有芳鏊活純，魏布滾芬( i b u p r o f e n ) 靜清旋 遴章亍潸旋。 有旋競往傀臺狻的手征鏈碳深予上的一個基菡或霹i 子( 粥d 表示) 被舅一個基圈或魘 子取代時，如分子內(nèi)部不發(fā)生簸排反應(yīng)，則取代基( x ) 必占據(jù)( d ) 的位置。但在特種情 況下，生成的構(gòu)趔( c o n f i g u r a t i o n ) 可能與原袋他合物援反。鍘如，某一秘旋光牲訖合物( a ) 在普通情況下取代可得至i 純合物( b ) ，僵有時可得訖合物( e ) ( 圖1 - 4 ) 。 此種構(gòu)型的轉(zhuǎn)變現(xiàn)象首先豳p 瓦爾登在1 8 9 3 年發(fā)現(xiàn)，后來e 費歇爾( f i s c h e r ) 稱這 種變化叫“瓦爾蹩轉(zhuǎn)讓”( w a l d e n i n v e r s i o n ) 。如靜氨基疆駿的瓦爾登轉(zhuǎn)化( 圖1 - 5 ) 。 浙江太學(xué)硪學(xué)位論文 b 今d b 今今b 1 4 2 拆分分離法 c h 3 罕h c o o h n o b r c h 3 h c o o h l _ | li ( _ ) * n 一氯基一囂酸( + ) a 一溪一焉酸 f 心 i n h 3 c h 3 c h c o o hc h 3 c h c o o h ，牛堂一 h 2 ( - ) - 一溴一丙酸 ( 。) - c i - - 氨菇一丙酸 在豐句黧轉(zhuǎn)化的各種途徑中，消旋物的拆分最堂纂，也是研究得最多的方法，是有機合 成領(lǐng)域目前研究熱點之一。拆分分離法是將對映體用化學(xué)或酶催化，使其消旋，再進行拆 分，最終遮要l 梅型轉(zhuǎn)億懿囂戇。攥分竅各耱各襻靜方法，簌琢瑾上趔分，瘊考秘方法可努 納為三種筘2 】：( i ) 利用物理性質(zhì)一溶解度、吸附力、簿的差異拆分，例如結(jié)晶法層析法等； ( 2 ) 利用化學(xué)反應(yīng)速度黢異的動力學(xué)拆分法；( 3 ) 利用酶的高度特異性的催化殿應(yīng)的酶拆 分法鼴化學(xué)或酶蠖健傻茭潰夔，霉進行據(jù)分。 氨基酸的光學(xué)拆分w 分為兩種類型：一種是使用氨基酸的立體特異性的物理或化學(xué)方 法；另一種是建立在氨基酸特性上的生物法或酶法。遮兩種方法的基本原理是p a s t e u r 確立 夔。 浙馘大學(xué)碩士學(xué)位論文 蔡楊君：扣組氨酸和m 前氨酸消蓰和不對稱轉(zhuǎn)換的研究 1 4 2 1 鰭妊j j 釅封 這耱方法實際土楚掇藏分離法。分步結(jié)晶法代豁結(jié)鑫法甏瀵予這耱方法。在這兩耱方法 中，分部結(jié)晶法用得最鬻遍。這種方法直到最近還用于三一谷氨酸工業(yè)生產(chǎn)中。疑生產(chǎn)工藝如 下：在預(yù)先添加少量- 豁氯酸的d l 谷氨酸( d l g l u ) 的飽和溶液中只有三谷氨酸結(jié)晶出來。 然后霉飆殘整母滾中分離整三一谷氨酸。三一谷氨酸可瓿脫一答氨酸鍵秘的殘余溶液中褥到。再 用硫酸加熱法將d - 谷氨酸轉(zhuǎn)化為消旋混合物。采用這種方法可連續(xù)制取三一谷氨酸。天門冬氨 酸，組氨酸，色氨酸，多巴和其他烘氨基酸也可用類f 默方法拆分。 1 4 2 2 豫學(xué)舞努法嘲 ( 1 ) 經(jīng)典成鹽拆分法 化學(xué)拆分法是通過化學(xué)反應(yīng)的方法，用手性試劑將外消旋體中的鼴 唾l 對映體轉(zhuǎn)化為非對 獲異秘髂，然后穩(wěn)用菲對映俸之海秘璦性質(zhì)幫純學(xué)毪質(zhì)的不同將黼者分開。拆分成功的關(guān)鍵 是選擇合適的拆分劑。合適的拆分劑應(yīng)該易與對映體生成非對映體，且溶解度麓別較大，經(jīng) 攥分后，又易再生還原為原來的對映俗。雖然這種方法一直被作為熏要鮑拆分方法，但其局 限性也綴明顯：( 1 ) 輯分剡和溶劑豹選擇較為盲髫；( 2 ) 拆分的產(chǎn)率和產(chǎn)品的旋光純度不 高； ( 3 ) 適用于手性拆分的化合物的類型不多。邋年來，隨著主客體化學(xué)的深入研究而開 發(fā)出來的包結(jié)拆分和組會拆分等耨型手性據(jù)分技術(shù)，在一定程度上鼷決了經(jīng)典戲蕊攥分方法 的不是。 ( 2 ) 包鮐拆分 由曩本化學(xué)荔疆鍘a 教授發(fā)明數(shù)龜續(xù)爨分與經(jīng)典藏楚攥分穗魄，瘊爨分懿億含物不秀是蔽 于有祝酸躐者有機堿。此法主要冪0 用主一客體分子之間存在很強的分子識別作用，而使得手 性化合物通過氨鍵及分子間次級鍵作用選擇性地與漿一個對映異構(gòu)體形成穩(wěn)定的包結(jié)絡(luò)合 魏( i n c l u s i o n c o m p l e x ) 露輯窶，扶露實臻對獲缽竣分蹇。棗子主一客露分子之闕不發(fā)生任 何化學(xué)反威，因而很容易通過溶劑交換過程以及逐級蒸餾等手段實現(xiàn)主體與客體的分離，使 得溶劑可以重復(fù)使用。因此，包結(jié)拆分操作簡單、成本低廉、易于覿模生產(chǎn)、具有很高的生 產(chǎn)徐篷。是攀縫斡聯(lián)二苯酸夔毒l 冬一蕊楚一令難題，艇最運秘呔公霹懿e a i 等慕弼乙戴為囂 分溶劑，使用略過量的氯化n 一芐基辛可尼定作為手性主體，與r ( 十) 聯(lián)二苯酚形成包結(jié)晶體， 留在母液中的盡( 一) 一聯(lián)二苯酚的光學(xué)純度可以達到9 9 e + e ，包結(jié)晶體通過甲醇萃取不但可交 換薅至手搜主缽，還可玖遘一步疆寒辯( + ) 聯(lián)二苯酪熬光學(xué)縫度 9 9 8 e ，e ) 。這$ 孛方法援荔 放大，具肖良好的工業(yè)應(yīng)用前景。 浙江太學(xué)碩士學(xué)位論文 第一13 。珂共6 8 頁 豎塹墨! 生壘墨些立生! ! 墨些翌墊翌至苧苧莖堡塑竺壟 ( 3 ) 組臺拆分 隨著組合化學(xué)在藥物先導(dǎo)化合物篩選中的作用日益顯著，人們開始將組合方法引入手性 拆分劑的設(shè)計和篩選之中。w y n b e r g 首次將組合方法應(yīng)用于化學(xué)拆分中，他們設(shè)計了一系列 芳香環(huán)取代的衍生物組成不同的拆分劑家族。研究表明這類拆分劑的組合幾乎能以高的收率 和近于1 0 0 e e 與所有的實驗消旋體迅速地形成非對映體的結(jié)晶，這在拆分方法學(xué)上是一個 重大的突破。 1 4 2 3 膜拆分法 膜分離拆分是一種節(jié)能技術(shù)，從連續(xù)性和能量有效的觀點出發(fā)，通過手性膜拆分是很 有應(yīng)用前景 4 】。氨基酸的生物轉(zhuǎn)移通常是由埋在生物膜中的載體蛋白質(zhì)來傳遞的，這種轉(zhuǎn) 移的對映體選擇性是非常高的。通過膜分離進行旋光異構(gòu)體的拆分正是這種生物過程的模 擬，分為液體膜拆分法和手性固體膜拆分法。前者基于選擇性萃取，擇性比較好，選擇的 種類和程度取決于所使用的載體分子( 手性選擇劑，c s ) 的性質(zhì)。載體分子通常為大分子 配體化合物，如冠醚，穴狀配體等。后者基于對映體間親和性的差異，通過調(diào)節(jié)手性識別 位置周圍的親水疏水性質(zhì)，來增大固定在膜上的手性識別的拆分能力。將具有手性識i i i i 力的膜放在一個被控制的親水疏水微環(huán)境中，根據(jù)它們的分配或滲透行為，得到對旋光物 質(zhì)更高的選擇性。從大量制備的角度看膜法具有優(yōu)勢，但目前膜的選擇性和效率還比較 差。 1 4 2 4 色譜拆分法 色譜拆分法可分為氣相色譜法和液相色譜法。氣相色譜法僅適于分子量低且對熱穩(wěn)定 的化合物的分析，液相色譜法的適用范圍大，且可用于制備分離。在液相色譜法中，手性 衍生化( c d r ) 法是外消旋體與手性衍生化試劑先反應(yīng)后再用常規(guī)色譜法分離，手性流動相 ( c m p ) 法是將手性試劑加入到流動相中用常規(guī)色譜柱分離。浙江大學(xué)的徐秀珠以內(nèi)含奎寧 的二氯甲烷和正戊醇為流動相，在硅膠柱上成功地分離了d l 一苯丙氨酸的衍生物口”。以上 兩種方法分離后均需將手性試劑除去，才能得到單一的對映體。手性固定$ 1 ( c s p ) 法是利用 手性固定相直接拆分對映體。這種方法在液相色譜拆分中更具優(yōu)勢。 1 4 2 5 酶促拆分法 酶的催化作用表現(xiàn)在酶蛋白質(zhì)的活性中心是一個不對稱環(huán)境，有利于識別消旋體，在 一定條件下，酶只能保持消旋體中的一個對映體發(fā)生反應(yīng)，從而使兩個對映體分開，反應(yīng) 產(chǎn)物的對映過剩百分率( e e 值) 可達1 0 0 。因此，用催化效率高、專一性強的酶拆分消旋 浙n - 大學(xué)碩士學(xué)位論文第一1 4 一貫共6 8 頁 蔡揚君：l - 組氨酸和 脯氨酸消旋和不對稱轉(zhuǎn)挾的研究 體是獲取對映純化合物的捷徑。對于制備旋光性的氨基酸特別有用。較常用的是利用氨基 酰化酶的立體專一的水解作用拆分氨基酸。如圖1 - 6 為豬腎酰化酶i 對n 乙酰也一氨基酸的 水解反應(yīng)。 r 一彳h c o o h n 乙酰d l 氫基酸 n h c o c h ， h 2 0i 豬腎?；竔 廠 c o o h h 十n h c o c h3 r n 乙酰d 氨基酸 l 酸水解 c o o h h 。一n h 2 r d 氨基酸 c o o h h 2 n 4 _ 一h r l - 氨基酸 f i g ! - 6 r e s o l u t i o no f n - a c e t y i - d l - a m i n oa c i db y u s i n ga m i n o a c y l a s e a sr e g e n t s 圖1 - 6 豬腎?；竔 拆分n - 乙胃 璣喜渲融示意圖 除天門冬氨酸外，豬。腎?；竔 對普通氨基酸n 乙?；苌锏牟粚ΨQ水解都是有效 的，對于天門冬氨酸必須用豬腎?；竔 i 才能奏效。 1 4 3 動力學(xué)拆糾2 日2 7 1 外消旋化合物的兩個對映異構(gòu)體( s r ，s s ) 在不對稱環(huán)境中反應(yīng)速度不同，因此當反 應(yīng)進行到一定程度時在剩余反應(yīng)底物中s r 和s s 的量將不相等，分離純化后可得到由快 反應(yīng)底物轉(zhuǎn)化而來的產(chǎn)物p r 或p s ，同時能回收慢反應(yīng)底物s r 或s s ，這就是經(jīng)典動力學(xué)拆 分( 圖1 7 ) 。 sr 與p r ss 山p s f i g1 - 7 k i n e t i cr e s o l u t i o n 圖1 - 7 經(jīng)典動力學(xué)拆分 顯然經(jīng)典動力學(xué)拆分有其固有的缺點：( 1 ) 從起始的外消旋原料出發(fā)，得到的光學(xué)純產(chǎn) 物的最大產(chǎn)量只為5 0 ；( 2 ) 回收底物和產(chǎn)物的對映