专利名称：一种DL－色氨酸－α－的制作方法
技术领域：
本发明涉及氨基酸的合成方法，尤其涉及一种DL-色氨酸-α-15N的合成方法。
背景技术：
DL-色氨酸-α-15N(DL-Tryptophan-α-15N)，即15N氨基标记外消旋色氨酸，又名DL-α-氨基-3-吲哚丙酸-α-15N(DL-α-amino-3-Indolepropioni acid-α-15N)，其结构为 精制的外消旋DL-色氨酸-α-15N为略带甜味的白色或淡黄色结晶或结晶性粉末，溶于稀酸或稀碱，水中溶解度小，微溶于乙醇，熔点289℃(分解)。
在医学方面，在体内，色氨酸参与多种代谢途径，使用15N标记色氨酸，可以较方便地研究人体生理代谢过程，研究各种疾病发病机制，尤其是肝病发病机制。在生命科学方面，15N标记色氨酸可用于合成15N标记肽、蛋白，用于蛋白的结构分析等。
目前合成DL-色氨酸-α-15N有以下的方法(1)甘氨酸-15N-吲哚-3-甲醛法。该方法以甘氨酸-15N为原料合成马尿酸-15N，马尿酸-15N与吲哚-3-甲醛经过缩合、水解和还原等5步反应合成，得到DL-色氨酸-α-15N。其中，氨基-15N由甘氨酸-15N引入(Tang G H，Wang S C，Wu S Q，Jiang G H，Synthesis of DL-α-15N-tryptophan and 2-15N-perlolyrine.J.Labelled Compd.Radiopharm.，1998XLI(2)139-142)。
(2)吲哚-海因-15N法。该法以吲哚和海因-15N等为原料，经过缩合和还原等4步反应，得到DL-色氨酸-α-15N，其中海因-15N由甘氨酸乙酯-15N与氰酸钠合成，具有操作简单的特点(Kotlyarevskaya，B.M.；Gubenko，I.I，.D，L-Tryptophan，MetodyPoluch.Khim.Reakt.Prep.，26，273-6；Moriya，et al，Chem.Pharm.Buil，1980，281931)。
(3)克胺-乙酰氨基丙二酸二乙酯-15N法，该方法是传统的合成天然丰度色氨酸的方法(Hollmann，H，H，Phsiol.Chem.1949，284163)，也可以合成15N标记色氨酸。该法以吲哚等为原料，经过加成、缩合和水解等6步反应，获得DL-色氨酸-α-15N。其中，氨基-15N由丙二酸二乙酯经(亚硝酸钠-15N)硝化、还原引入。
(4)还原胺化法，该方法以吲哚-3-丙酮酸(IPyA)和硝酸铵-15N为原料，以氰基硼氢化钠为还原剂制备色氨酸，氨基-15N由硝酸铵-15N引入(Borch R F，Bernstein MD，Durst H D，The cyanohydridoborate anion as a selective reducing agent[J].J.Amer.Chem.Soc.1971，932897-2904)。该方法为“一锅煮”方式，具有路线短、操作简单的特点。
方法(1)中，反应步骤较多，氨基-15N是在第一步时引入，因此总的收率不是很高(以甘氨酸-15N计为46.9％)。如再由铵盐-15N合成甘氨酸-15N，DL-色氨酸-α-15N收率降低(以铵盐-15N计为32％左右)，反应步骤也增加。方法(2)和(3)中，引入氨基-15N的原料，以15N计算，氨基丙二酸二乙酯-15N、海因-15N的收率都较低，而且反应步骤较多，使得色氨酸的收率不高。在方法(4)中，氨基直接由硝酸铵-15N引入，反应是一个多步的连串反应，但其收率只有23％。
在以上方法中，方法(4)的氨基引入最简单，本专利使用催化剂促进该反应，即采用催化氨化还原的方式(段行信(编辑裴桂芳，王苏平)，实用精细有机合成手册[M].北京化学工业出版社，2000，p318-321)以提高色氨酸的收率。催化氨化还原的方法，可用于氨基酸合成(Schoenheimer R.and Ratner S，Studies in proteinmetabolism，Synthesis of amino acids containing isotopic nitrogen，J.Biol.Chem.，1939，127，301；Hirai，Kenji；Fujita，Makoto；Fuchigami，Takamasa，Phenylalanine，JP61091159，1986 Wu Guang-wen，Li Guang-xing)，但未见用于DL-色氨酸-α-15N的合成。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用催化还原的方式，以铵盐-15N或氨-15N和吲哚-3-丙酮酸为原料合成DL-色氨酸-α-15N的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种DL-色氨酸-α-15N的合成方法，其特征在于，该方法包括铵盐-15N和碱，或15N-NH3与吲哚-3-丙酮酸在催化剂作用下，在所用的溶剂醇中反应，以结晶析出获得DL-色氨酸-α-15N。
所述的铵盐-15N在硫酸铵-15N、氯化铵-15N、碳酸铵-15N、碳酸氢铵-15N、硝酸铵-15N、磷酸铵-15N、甲酸铵-15N、乙酸铵-15N、丙酸铵-15N或丁酸铵-15N中选用。
所述的碱在氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化铯、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化锶、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸氢钠、甲酸钠、乙酸钠、丙酸钠、丁酸钠、戊酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、甲酸钾、乙酸钾、丙酸钾、丁酸钾或戊酸钾中选用。
所述的催化剂在钯、铑、钌、铂或镍中选用；其中钯、铑、钌、铂或镍的形态为金属、盐、氧化物、负载型或骨架型。
所述的铵盐-15N或15N-NH3和吲哚-3-丙酮酸的mol比值为15N∶吲哚-3-丙酮酸＝0.5～20∶1，该mol比值尤其在1～10mol范围内。
所述的催化剂与吲哚-3-丙酮酸的重量比值在0.005～100∶1，该重量比值尤其在0.01～50∶1范围内。
所述的反应体系pH为3～11，尤其在5～9范围。
所述的反应压力为常压～10MPa，尤其在常压～5MPa范围内。
所述的反应温度为-20～80℃，尤其在0～60℃范围内。
所述的溶剂在C1～C4烷基醇、四氢呋喃或二噁烷中选用。
所述的C1～C4烷基醇是在甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇或叔丁醇中选用。
所述的溶剂用量为1～400ml溶剂/1克吲哚-3-丙酮酸，尤其在2～200ml溶剂/1克吲哚-3-丙酮酸范围内。
本发明一种新的DL-色氨酸-α-15N合成方法，即以铵盐-15N或15N-NH3和吲哚-3-丙酮酸为原料，采用催化氨化还原的方式制备DL-色氨酸-α-15N，反应式为 本发明DL-色氨酸-α-15N的分析产品的15N丰度检测采用Delta S气体同位素质谱计(Finnigan公司)进行分析。
产品纯度测量使用电导滴定法分析。仪器为DDB-303A型电导率仪和DJS-1C型电导电极(上海精密科学仪器有限公司雷磁仪器厂)。
原料和产物的分析，反应过程的监控采用Waters Breeze型高效液相色谱仪(Waters公司)进行，分析条件为C-18反相柱，流动相为醋酸钠/甲醇(体积比65∶35)，Waters 2487紫外检测器，检测波长为280nm。
产品的熔点采用测量WRS-1B数字熔点仪(上海精密仪器有限公司)测量(未校正)。
具体实施例方式
下面结合具体实施例进一步叙述本发明，实施例只是表示一种代表例，申请专利范围不受实施例所表示的范围限制。
实施例11000mL反应釜加入4克5％Pd/C、20克吲哚-3-丙酮酸(自制，纯度≥99％)、含4.5克NH3-15N(15N丰度为99.3％atom)的500mL乙醇溶液。密封反应釜，分别用氮气、氢气置换，氢气压力1MPa，在30℃磁力搅拌反应10h，生成的DL-色氨酸-α-15N以白色晶体析出，卸压，通氮气回收未反应的NH32.8克。过滤、洗涤、浓缩、结晶、重结晶，得白色DL-色氨酸-α-15N 16.2克，得率(15N利用率)为87.0％(以消耗的NH3-15N计算)，15N丰度为99.3％atom，纯度99.6％，熔点288℃。
实施例2在实施例1中用10克NH4NO3-15N(15N丰度为99.3％atom)和20克醋酸钠(AR)代替NH3-15N、得白色DL-色氨酸-α-15N 16.8克，15N丰度为99.3％atom，纯度99.5％，DL-色氨酸-α-15N得率为88.2％，熔点288℃。
实施例3在实施例1中用骨架镍(10克)代替Pd/C，反应温度40℃，氢气压力5MPa，得白色DL-色氨酸-α-15N 15.0克，15N丰度为99.3％ atom，纯度99.0％，DL-色氨酸-α-15N得率为78.8％，熔点287℃。
实施例4在实施例1中用Pt/C代替Pd/C，得白色DL-色氨酸-α-15N 15.8克，15N丰度为99.3％atom，纯度99.5％，DL-色氨酸-α-15N得率为84.8％，熔点289℃。
实施例5在实施例1中用钯黑代替Pd/C，反应温度10℃，氢气压力3Mpa，反应时间40小时，得白色DL-色氨酸-α-15N 16.4克，15N丰度为99.3％atom，纯度99.7％，DL-色氨酸-α-15N得率为88.0％，熔点289℃。
实施例6在实施例1中用异丙醇代替乙醇，得白色DL-色氨酸-α-15N 16.0克，15N丰度为99.3％atom，纯度99.6％，DL-色氨酸-α-15N得率为85.9％，熔点288℃。
实施例7在实施例2中用乙酸铵-15N代替NH4NO3-15N(15N丰度为99.3％atom)和碳酸钠代替醋酸钠，得白色DL-色氨酸-α-15N 15.6克，15N丰度为99.3％atom，纯度99.6％，DL-色氨酸-α-15N得率为83.7％，熔点288℃。
实施例8在实施例7中用氢氧化钠代替碳酸钠至pH为9，得白色DL-色氨酸-α-15N 15.2克，15N丰度为99.3％atom，纯度99.6％，DL-色氨酸-α-15N得率为81.6％，熔点288℃。
实施例9在实施例1中增加15N-NH3至15N-NH3和吲哚-3-丙酮酸的比值为10∶1(mol)，得白色DL-色氨酸-α-15N 17.6克，15N丰度为99.3％atom，纯度99.6％，DL-色氨酸-α-15N得率为89.5％，熔点288℃。
实施例10在实施例1中增加Pd/C至Pd/C和吲哚-3-丙酮酸的比值为2∶1(重量)，得白色DL-色氨酸-α-15N 17.3克，15N丰度为99.3％atom，纯度99.6％，DL-色氨酸-α-15N得率为87.1％，熔点289℃。
权利要求
1.一种DL-色氨酸-α-15N的合成方法，其特征在于，该方法包括铵盐-15N和碱，或15N-NH3与吲哚-3-丙酮酸在催化剂作用下，在所用的溶剂醇中反应，以结晶析出获得DL-色氨酸-α-15N。
2.如权利要求1所述的DL-色氨酸-α-15N的合成方法，其特征在于，所述的铵盐-15N在硫酸铵-15N、氯化铵-15N、碳酸铵-15N、碳酸氢铵-15N、硝酸铵-15N、磷酸铵-15N、甲酸铵-15N、乙酸铵-15N、丙酸铵-15N或丁酸铵-15N中选用。
3.如权利要求1所述的DL-色氨酸-α-15N的合成方法，其特征在于，所述的碱在氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化铯、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化锶、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸氢钠、甲酸钠、乙酸钠、丙酸钠、丁酸钠、戊酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、甲酸钾、乙酸钾、丙酸钾、丁酸钾或戊酸钾中选用。
4.如权利要求1所述的DL-色氨酸-α-15N的合成方法，其特征在于，所述的催化剂在钯、铑、钌、铂或镍中选用；其中钯、铑、钌、铂或镍的形态为金属、盐、氧化物、负载型或骨架型。
5.如权利要求1所述的DL-色氨酸-α-15N的合成方法，其特征在于，所述的铵盐-15N或15N-NH3和吲哚-3-丙酮酸的mol比值为15N∶吲哚-3-丙酮酸＝0.5～20∶1，该mol比值尤其在1～10mol范围内。
6.如权利要求1所述的DL-色氨酸-α-15N的合成方法，其特征在于，所述的催化剂与吲哚-3-丙酮酸的重量比值在0.005～100∶1，该重量比值尤其在0.01～50∶1范围内。
7.如权利要求1所述的DL-色氨酸-α-15N的合成方法，其特征在于，所述的反应体系pH为3～11，尤其在5～9范围。
8.如权利要求1所述的DL-色氨酸-α-15N的合成方法，其特征在于，所述的反应压力为常压～10MPa，尤其在常压～5MPa范围内。
9.如权利要求1所述的DL-色氨酸-α-15N的合成方法，其特征在于，所述的反应温度为-20～80℃，尤其在0～60℃范围内。
10.如权利要求1所述的DL-色氨酸-α-15N的合成方法，其特征在于，所述的溶剂在C1～C4烷基醇、四氢呋喃或二噁烷中选用。
11.如权利要求10所述的DL-色氨酸-α-15N的合成方法，其特征在于，所述的C1～C4烷基醇是在甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇或叔丁醇中选用。
12.如权利要求1所述的DL-色氨酸-α-15N的合成方法，其特征在于，所述的溶剂用量为1～400ml溶剂/1克吲哚-3-丙酮酸，尤其在2～200ml溶剂/1克吲哚-3-丙酮酸范围内。
全文摘要
本发明涉及一种DL－色氨酸－α－
文档编号C07D209/20GK1939906SQ20051003003
公开日2007年4月4日 申请日期2005年9月27日 优先权日2005年9月27日
发明者卢伟京, 张亮, 徐建飞, 宋明鸣, 张静梅, 李良君, 杜晓宁 申请人:上海化工研究院