本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种以重水为氘源制备手性氘代蛋氨酸的方法。
背景技术：
蛋氨酸是构成人体的必需氨基酸之一，参与蛋白质的合成。对于人体而言，蛋氨酸具有非常重要的作用：1.是氨基酸输液和复合氨基酸的主要成分之一。2.蛋氨酸可用于合成药用维生素，营养增补剂，饲料添加剂。3.蛋氨酸为人体必需八种氨基酸之一，参与生命的的代谢。而蛋氨酸不能在体内自身生成，必须由外界获得。因此，蛋氨酸的合成与生产具有很大地应用价值和前景。而氘代蛋氨酸的制备，可以用于以上体内代谢示踪研究，以此诊断疾病。另外，在生物学研究中，利用氘代蛋氨酸与天然产物间的结构关系，探究生物体内的生物合成途径和机理等。
目前，氘代蛋氨酸的合成技术并不成熟，存在合成步骤复杂或合成条件苛刻的问题，无法满足其巨大的应用价值和市场价值。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种原子经济性高、简单高效的以重水为氘源制备手性氘代蛋氨酸的方法。
本发明的目的是这样实现的，一种以重水为氘源制备手性氘代蛋氨酸的方法，是以n-(叔丁氧羰基)-脱氢蛋氨酸酯、重水为反应原料，以过渡金属、路易斯酸和手性配体为催化剂，在还原剂作用下于有机溶剂中还原反应合成得到手性n-(叔丁氧羰基)-蛋氨酸酯，最后经酸脱保护得到目标产物即手性氘代蛋氨酸，其反应通式如下：
本发明的有益效果为：
1.本发明方法采用金属/路易斯酸协同催化体系，以重水为唯一氘源，对α-脱氢蛋氨酸酯的不对称加氢反应制备手性氘代蛋氨酸，相比于现有的常用的重水交换法，反应温度从150℃可降至60℃，重水量只需为脱氢氨基酸酯化合物摩尔百分比的200%，不需在重水为溶剂的氛围中，条件更加温和。
2.传统的氘转移试剂如氘代甲醇、氘代硼酸钠、氘代四氢呋喃、四氘铝锂和氘代甲酸钠等，这些试剂存在价格昂贵、原子利用率低和易燃易爆的缺点。
本发明以重水为氘源相比于传统的氘源，操作简单，原子经济性高，手性氘代蛋氨酸的氘掺杂率高达96%，对映选择性高达98%，为手性氘代蛋氨酸的合成提供了新的思路及途径。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明一种以重水为氘源制备手性氘代蛋氨酸的制备方法，是以n-(叔丁氧羰基)-脱氢蛋氨酸酯、重水为反应原料，以过渡金属、路易斯酸和手性配体为催化剂，在还原剂作用下于有机溶剂中还原反应合成得到手性n-(叔丁氧羰基)-蛋氨酸酯，最后经酸脱保护得到目标产物即手性氘代蛋氨酸，其反应通式如下：
其中，催化剂为过渡金属、路易斯酸和手性配体。
所述的重水、过渡金属、手性配体、路易斯酸、还原剂的用量分别为脱氢氨基酸酯化合物摩尔百分比50%-500%、0.01%-100%、0.01%-200%及0.01%-100%、50%-500%。
作为优选，重水、过渡金属、手性配体、路易斯酸、还原剂的用量分别为脱氢氨基酸酯化合物摩尔百分比200%、0.01%、0.012%及0.01%、300%。
所述有机溶剂的用量为脱氢氨基酸酯化合物摩尔浓度0.1mol/l-10mol/l，优选0.2mol/l。
所述过渡金属为pd(oac)2、ni(otf)2、co(oac)2、[ir(cod)cl]2、rhcl3·3h2o、rh(cod)2bf4、rh2(oac)4或[rhcl(cod)]2，优选pd(oac)2。
所述手性配体为(r)-seghos、(r)-binap、(r,r)-bdpp、(r)-synphos,(r)-p-phos、(r)-sdp、(r,r)-phbox或(r)-oxazline，优选(r,r)-phbox。
所述路易斯酸为hb(c6f5)2、b(c6f5)3、bf3、zni2、agotf、agbf4或cu(otf)2，优选agotf。
所述的还原剂为无机还原剂、有机还原剂或金属单质还原剂。
所述无机还原剂为s8或h2s；所述有机还原剂为维生素c（抗坏血酸）或苯甲醛类衍生物；所述金属单质还原剂为fe、cu、zn或na。
所述有机溶剂为甲苯、四氢呋喃、四氢吡喃、甲基叔丁基醚、1,4-二氧六环、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷或n,n-二甲基甲酰胺，优选1,2-二氯乙烷。
所述还原反应的温度为-50℃-140℃，优选60℃。
以下结合实施例对本发明做进一步说明：
实施例1
在氩气氛围下的无水无氧手套箱中，将pd(oac)2(0.001mmol)、(r,r)-phbox(0.0012mmol)、agotf(0.002mmol)、fe(0.6mmol)和α-脱氢氨基酸酯（0.2mmol）依次加入到10ml的反应管中，然后加入2mldce（1,2-二氯乙烷），再加入重水（0.4mmol）送出手套箱。于60℃油浴中反应，tlc监测及i2显色方式检测反应，待反应完成后，浓缩，用硅胶过柱得白色固体即手性n-(叔丁氧羰基)-蛋氨酸酯，其产率为95%，ee值为98%，96%氘掺入率。1hnmr(400mhz,cdcl3):δh=1.32(9h,s),1.82(0.1h,dq),1.93-2.06(4h,m),2.42(2h,t),3.63(3h,s),4.29(0.1h,m),5.27(1h,d).13cnmr(100mhz,cdcl3):δc=15.3,28.2,29.9,31.9,52.2,52.6,79.7,155.3,172.7。
将上述白色固体加入至圆底烧瓶中，加入tfa(0.9ml)与二氯甲烷（1ml）混合溶剂，室温搅拌，并使用lcms检测反应至脱boc保护反应完成，将反应液旋转浓缩，除去溶剂。浓缩后的物质溶解在适量乙酸乙酯中，用5%na2co3将溶液ph调至8，除去溶剂，得脱boc的氘代蛋氨酸甲酯，产率为90%。在圆底烧瓶中加入脱boc的氘代蛋氨酸甲酯，并加入4nh2so4（5ml）回流过夜，并使用lcms检测反应至脱甲基保护反应完成得到浆液，加入4nnaoh将浆液ph调至5.5，将混合溶液搅拌并过滤，将滤液浓缩得到目标产物氘代蛋氨酸，产率为75%，且氘代掺入率96%没有改变，对映选择性98%不改变。1hnmr(400mhz,d2o):δ4.11(0.04h,t),2.89(2h,t),2.05(4.04h,m).13cnmr(100mhz,d2o):δ163.7,42.7,19.5,18.7,3.8。
实施例2
在氩气氛围下的无水无氧手套箱中，将[rhcl(cod)]2(0.002mmol)、(r)-seghos(0.0024mmol)、hb(c6f5)3(0.01mmol)、s8(0.1mmol)和α-脱氢氨基酸酯（0.1mmol）依次加入到10ml的反应管中，然后加入2ml四氢呋喃，再加入重水（0.1mmol）送出手套箱。于-50℃油浴中反应，tlc监测及i2显色方式检测反应，待反应完成后，浓缩，用硅胶过柱得白色固体。产率为20%，ee值为88%，85%氘掺入率。1hnmr(400mhz,cdcl3):δh=1.32(9h,s),1.82(0.15h,dq),1.93-2.06(4h,m),2.42(2h,t),3.63(3h,s),4.29(0.15h,m),5.27(1h,d).13cnmr(100mhz,cdcl3):δc=15.3,28.2,29.9,31.9,52.2,52.6,79.7,155.3,172.7。
步骤2：将上述白色固体加入至圆底烧瓶中，加入tfa(0.9ml)与二氯甲烷（1ml）混合溶剂，室温搅拌，并使用lcms检测反应至脱boc保护反应完成，将反应液旋转浓缩，除去溶剂。浓缩后的物质溶解在适量乙酸乙酯中，用5%na2co3将溶液ph调至8，除去溶剂，得脱boc的氘代蛋氨酸甲酯，产率为90%。在圆底烧瓶中加入脱boc的氘代蛋氨酸甲酯，并加入4nh2so4（5ml）回流过夜，并使用lcms检测反应至脱甲基保护反应完成得到浆液，加入4nnaoh将浆液ph调至5.5，将混合溶液搅拌并过滤，将滤液浓缩得到目标产物氘代蛋氨酸，产率为75%，且85%氘掺入率没有改变，88%对映选择性不改变。1hnmr(400mhz,d2o):δ4.11(0.15h,t),2.89(2h,t),2.05(4.15h,m).13cnmr(100mhz,d2o):δ163.7,42.7,19.5,18.7,3.8。
实施例3
步骤1：在氩气氛围下的无水无氧手套箱中，将ni(otf)2(0.01mmol)、(r)-binap(0.012mmol)、b(c6f5)3(0.2mmol)、h2s(0.8mmol)和α-脱氢氨基酸酯（0.3mmol）依次加入到10ml的反应管中，然后加入2ml四氢呋喃，再加入水（0.8mmol）送出手套箱。于80℃油浴中反应，tlc监测及i2显色方式检测反应，待反应完成后，浓缩，用硅胶过柱得白色固体。产率为75%，ee值为88%，87%氘掺入率。1hnmr(400mhz,cdcl3):δh=1.32(9h,s),1.82(0.13h,dq),1.93-2.06(4h,m),2.42(2h,t),3.63(3h,s),4.29(0.13h,m),5.27(1h,d).13cnmr(100mhz,cdcl3):δc=15.3,28.2,29.9,31.9,52.2,52.6,79.7,155.3,172.7。
步骤2：将上述白色固体加入至圆底烧瓶中，加入tfa(1.8ml)与二氯甲烷（2ml）混合溶剂，室温搅拌，并使用lcms检测反应至脱boc保护反应完成，将反应液旋转浓缩，除去溶剂。浓缩后的物质溶解在适量乙酸乙酯中，用5%na2co3将溶液ph调至8，除去溶剂，得脱boc的氘代蛋氨酸甲酯，产率为90%。在圆底烧瓶中加入脱boc的氘代蛋氨酸甲酯，并加入4nh2so4（5ml）回流过夜，并使用lcms检测反应至脱甲基保护反应完成得到浆液，加入4nnaoh将浆液ph调至5.5，将混合溶液搅拌并过滤，将滤液浓缩得到目标产物氘代蛋氨酸，产率为75%，且氘代掺入率87%没有改变，对映选择性88%不改变。1hnmr(400mhz,d2o):δ4.11(0.13h,t),2.89(2h,t),2.05(4.13h,m).13cnmr(100mhz,d2o):δ163.7,42.7,19.5,18.7,3.8。
实施例4
步骤1：在氩气氛围下的无水无氧手套箱中，将co(oac)2(0.12mmol)、(r,r)-bdpp(0.16mmol)、bf3(0.26mmol)、维生素c(0.1mmol)和α-脱氢氨基酸酯（0.5mmol）依次加入到10ml的反应管中，然后加入2ml甲苯，再加入重水（1mmol）送出手套箱。于50℃油浴中反应，tlc监测及i2显色方式检测反应，待反应完成后，浓缩，用硅胶过柱得白色固体。产率为65%，ee值为70%，87%氘掺入率。1hnmr(400mhz,cdcl3):δh=1.32(9h,s),1.82(0.13h,dq),1.93-2.06(4h,m),2.42(2h,t),3.63(3h,s),4.29(0.13h,m),5.27(1h,d).13cnmr(100mhz,cdcl3):δc=15.3,28.2,29.9,31.9,52.2,52.6,79.7,155.3,172.7。
步骤2：将上述白色固体加入至圆底烧瓶中，加入tfa(1.8ml)与二氯甲烷（2ml）混合溶剂，室温搅拌，并使用lcms检测反应至脱boc保护反应完成，将反应液旋转浓缩，除去溶剂。浓缩后的物质溶解在适量乙酸乙酯中，用5%na2co3将溶液ph调至8，除去溶剂，得脱boc的氘代蛋氨酸甲酯，产率为90%。在圆底烧瓶中加入脱boc的氘代蛋氨酸甲酯，并加入4nh2so4（5ml）回流过夜，并使用lcms检测反应至脱甲基保护反应完成得到浆液，加入4nnaoh将浆液ph调至5.5，将混合溶液搅拌并过滤，将滤液浓缩得到目标产物氘代蛋氨酸，产率为75%，且氘代掺入率87%没有改变，对映选择性70%不改变。1hnmr(400mhz,d2o):δ4.11(0.13h,t),2.89(2h,t),2.05(4.13h,m).13cnmr(100mhz,d2o):δ163.7,42.7,19.5,18.7,3.8。
实施例5
步骤1：在氩气氛围下的无水无氧手套箱中，将rhcl3·3h2o(1mmol)、(r)-synphos(1.2mmol)、zni2(1mmol)、苯甲醛(2mmol)和α-脱氢氨基酸酯（1mmol）依次加入到10ml的反应管中，然后加入5ml甲基叔丁基醚，再加入重水（5mmol）送出手套箱。于70℃油浴中反应，tlc监测及i2显色方式检测反应，待反应完成后，浓缩，用硅胶过柱得白色固体。产率为50%，ee值为46%，80%氘掺入率。1hnmr(400mhz,cdcl3):δh=1.32(9h,s),1.82(0.2h,dq),1.93-2.06(4h,m),2.42(2h,t),3.63(3h,s),4.29(0.2h,m),5.27(1h,d).13cnmr(100mhz,cdcl3):δc=15.3,28.2,29.9,31.9,52.2,52.6,79.7,155.3,172.7。
步骤2：将上述白色固体加入至圆底烧瓶中，加入tfa(4.5ml)与二氯甲烷（5ml）混合溶剂，室温搅拌，并使用lcms检测反应至脱boc保护反应完成，将反应液旋转浓缩，除去溶剂。浓缩后的物质溶解在适量乙酸乙酯中，用5%na2co3将溶液ph调至8，除去溶剂，得脱boc的氘代蛋氨酸甲酯，产率为90%。在圆底烧瓶中加入脱boc的氘代蛋氨酸甲酯，并加入4nh2so4（10ml）回流过夜，并使用lcms检测反应至脱甲基保护反应完成得到浆液，加入4nnaoh将浆液ph调至5.5，将混合溶液搅拌并过滤，将滤液浓缩得到目标产物氘代蛋氨酸，产率为75%，且氘代掺入率80%没有改变，对映选择性46%不改变。1hnmr(400mhz,d2o):δ4.11(0.2h,t),2.89(2h,t),2.05(4.2h,m).13cnmr(100mhz,d2o):δ163.7,42.7,19.5,18.7,3.8。
实施例6
步骤1：在氩气氛围下的无水无氧手套箱中，将rh(cod)2bf4(0.1mmol)、(r)-p-phos(0.12mmol)、agbf4(0.05mmol)、cu(0.5mmol)和α-脱氢氨基酸酯（0.2mmol）依次加入到10ml的反应管中，然后加入2ml1,4-二氧六环，再加入重水（0.7mmol）送出手套箱。于100℃油浴中反应，tlc监测及i2显色方式检测反应，待反应完成后，浓缩，用硅胶过柱得白色固体。产率为79%，ee值为65%，80%氘掺入率。1hnmr(400mhz,cdcl3):δh=1.32(9h,s),1.82(0.2h,dq),1.93-2.06(4h,m),2.42(2h,t),3.63(3h,s),4.29(0.2h,m),5.27(1h,d).13cnmr(100mhz,cdcl3):δc=15.3,28.2,29.9,31.9,52.2,52.6,79.7,155.3,172.7。
步骤2：将上述白色固体加入至圆底烧瓶中，加入tfa(0.9ml)与二氯甲烷（1ml）混合溶剂，室温搅拌，并使用lcms检测反应至脱boc保护反应完成，将反应液旋转浓缩，除去溶剂。浓缩后的物质溶解在适量乙酸乙酯中，用5%na2co3将溶液ph调至8，除去溶剂，得脱boc的氘代蛋氨酸甲酯，产率为90%。在圆底烧瓶中加入脱boc的氘代蛋氨酸甲酯，并加入4nh2so4（5ml）回流过夜，并使用lcms检测反应至脱甲基保护反应完成得到浆液，加入4nnaoh将浆液ph调至5.5，将混合溶液搅拌并过滤，将滤液浓缩得到目标产物氘代蛋氨酸，产率为75%，且氘代掺入率80%没有改变，对映选择性65%不改变。1hnmr(400mhz,d2o):δ4.11(0.2h,t),2.89(2h,t),2.05(4.2h,m).13cnmr(100mhz,d2o):δ163.7,42.7,19.5,18.7,3.8。
实施例7
步骤1：在氩气氛围下的无水无氧手套箱中，将[ir(cod)cl]2(0.2mmol)、(r)-sdp(0.24mmol)、agotf(0.2mmol)、zn(1mmol)和α-脱氢氨基酸酯（1mmol）依次加入到10ml的反应管中，然后加入2ml二氯甲烷，再加入重水（2mmol）送出手套箱。于20℃油浴中反应，tlc监测及i2显色方式检测反应，待反应完成后，浓缩，用硅胶过柱得白色固体。产率为78%，ee值为30%，50%氘掺入率。1hnmr(400mhz,cdcl3):δh=1.32(9h,s),1.82(0.5h,dq),1.93-2.06(4h,m),2.42(2h,t),3.63(3h,s),4.29(0.5h,m),5.27(1h,d).13cnmr(100mhz,cdcl3):δc=15.3,28.2,29.9,31.9,52.2,52.6,79.7,155.3,172.7。
步骤2：将上述白色固体加入至圆底烧瓶中，加入tfa(4.5ml)与二氯甲烷（5ml）混合溶剂，室温搅拌，并使用lcms检测反应至脱boc保护反应完成，将反应液旋转浓缩，除去溶剂。浓缩后的物质溶解在适量乙酸乙酯中，用5%na2co3将溶液ph调至8，除去溶剂，得脱boc的氘代蛋氨酸甲酯，产率为90%。在圆底烧瓶中加入脱boc的氘代蛋氨酸甲酯，并加入4nh2so4（10ml）回流过夜，并使用lcms检测反应至脱甲基保护反应完成得到浆液，加入4nnaoh将浆液ph调至5.5，将混合溶液搅拌并过滤，将滤液浓缩得到目标产物氘代蛋氨酸，产率为75%，氘代掺入率50%没有改变，且对映选择性30%不改变。1hnmr(400mhz,d2o):δ4.11(0.5h,t),2.89(2h,t),2.05(4.5h,m).13cnmr(100mhz,d2o):δ163.7,42.7,19.5,18.7,3.8。
实施例8
步骤1：在氩气氛围下的无水无氧手套箱中，将rh2(oac)4(0.1mmol)、(r)-oxazline(0.24mmol)、cu(otf)2(0.2mmol)、na(0.6mmol)和α-脱氢氨基酸酯（0.2mmol）依次加入到10ml的反应管中，然后加入2mln,n-二甲基甲酰胺，再加入重水（1mmol）送出手套箱。于140℃油浴中反应，tlc监测及i2显色方式检测反应，待反应完成后，浓缩，用硅胶过柱得白色固体。产率为80%，ee值为88%，80%氘掺入率。1hnmr(400mhz,cdcl3):δh=1.32(9h,s),1.82(0.2h,dq),1.93-2.06(4h,m),2.42(2h,t),3.63(3h,s),4.29(0.2h,m),5.27(1h,d).13cnmr(100mhz,cdcl3):δc=15.3,28.2,29.9,31.9,52.2,52.6,79.7,155.3,172.7.
步骤2：将上述白色固体加入至圆底烧瓶中，加入tfa(0.9ml)与二氯甲烷（1ml）混合溶剂，室温搅拌，并使用lcms检测反应至脱boc保护反应完成，将反应液旋转浓缩，除去溶剂。浓缩后的物质溶解在适量乙酸乙酯中，用5%na2co3将溶液ph调至8，除去溶剂，得脱boc的氘代蛋氨酸甲酯，产率为90%。在圆底烧瓶中加入脱boc的氘代蛋氨酸甲酯，并加入4nh2so4（5ml）回流过夜，并使用lcms检测反应至脱甲基保护反应完成得到浆液，加入4nnaoh将浆液ph调至5.5，将混合溶液搅拌并过滤，将滤液浓缩得到目标产物氘代蛋氨酸，产率为75%，氘代掺入率80%没有改变，且对映选择性88%不改变。1hnmr(400mhz,d2o):δ4.11(0.2h,t),2.89(2h,t),2.05(4.2h,m).13cnmr(100mhz,d2o):δ163.7,42.7,19.5,18.7,3.8。