N-叔丁氧羰基-L-天冬氨酸-β-苄酯的合成

钟 飞，党明珠

（1.荆州理工职业学院化学工程系，湖北 荆州 434000；2.沙市第一中学，湖北 荆州 434000）

L-天冬氨酸是重要的酸性氨基酸之一，在人体、动物、植物及微生物中都有广泛分布，在食品、医药、美容、化工、材料等方面也具有非常重要的用途，特别是保护天冬氨酸是合成多肽药物及食品添加剂的重要中间体[1-3]。本文以廉价的L-天冬氨酸为原料，经两步合成，具体介绍了N-叔丁氧羰基-L-天冬氨酸-β-苄酯的合成方法，其合成路线如下。.

图1 N-叔丁氧羰基-L-天冬氨酸-β-苄酯的合成路线

文献[4]报道了N-叔丁氧羰基-L-天冬氨酸-β-苄酯的对映异构体N-叔丁氧羰基-D-天冬氨酸-β-苄酯的合成，第一步用苄基保护D-天冬氨酸的β-羧基，第二步用Boc保护氨基。根据文献[4]报道的合成方法，第一步将D-天冬氨酸与苄醇1∶1混合，在70℃条件下用浓H2SO4催化回流4h，然后用NaHCO3溶液中和析出固体，重结晶纯化后收率为17%；第二步采用四氢呋喃-水的混合溶剂，收率为83%，总收率为14%。本文对上述反应条件进一步优化，第一步使苄醇大大过量，其量约为L-天冬氨酸的10倍左右，在常温下缓慢反应24h，可使收率提高到65%；第二步采用3种不同的碱，3种不同的溶剂体系，当用有机碱Et3N和1,4-二氧六环- 水作溶剂时，收率可达到89%，总收率达到了58%。

1 实验部分

1.1 实验试剂与仪器

试剂：L-天冬氨酸（A.R），二碳酸二叔丁酯（A.R），苯甲醇（A.R），其余试剂均为市售的化学纯或分析纯产品。

仪器：1H-NMR用Brucker-300型核磁共振仪测定；质谱用Waters-4000型质谱仪测定；13C-NMR用Brucker-400型核磁共振仪测定；Nicolet MX-1型红外光谱仪；比旋光度用Polarimeter model 343型自动旋光仪；WRS-1B 数字熔点仪，温度计未经校正。

1.2 实验步骤

1.2.1 L-天冬氨酸-β-苄酯的制备[5-6]

于150mL的圆底烧瓶中加入乙醚20 mL，然后缓慢加入2mL 98%浓H2SO4，再加入20mL苄醇，真空条件下旋去乙醚，边搅拌边加入2.68g L-Asp，继续搅拌至溶液变澄清，所得反应液在室温下保存20h，然后在冰浴中搅拌，并用40mL乙醇（95%）进行稀释，用10mL吡啶中和，再将混合物置于冰箱中保存10h，过滤，用乙醚进行冲洗并研磨成粉状，最后重结晶得到白色针状固体2.90g，收率 65%，mp：224.2～225.1℃，[α]D20=-27°(c=1，1mol·L-1HCl)，MS(EI m/z)：223.9，246.0，414.7，446.7。

1.2.2 N-叔丁氧羰基-L-天冬氨酸-β-苄酯的制备[7-9]

于150mL的圆底烧瓶中装入L-天冬氨酸-β-苄酯1.06g (4.76mmol), 加入热水溶解，然后室温下冷却，再用1,4-二氧六环溶解二碳酸二叔丁酯1.57g (7.2mmol)，完全溶解后加入圆底烧瓶中，搅拌下用Et3N调节pH至8～9，溶液变浑浊后继续搅拌20h, 然后用石油醚作溶剂进行萃取，分离出水溶液在冰浴条件下搅拌，用1 mol·L-1HCl调节pH至2～3，溶液再次变浑浊，再往溶液中加入适量饱和NaCl溶液，乙酸乙酯萃取3次，合并乙酸乙酯溶液，将合并的乙酸乙酯溶液再用饱和NaCl溶液洗涤2～3次，无水Na2SO4干燥，过滤，直接旋干得到白色结晶性粉状固体1.37g（4.24mmol），收率 89%。mp：100.8～103.1℃，[α]D20=-21 ° (c=2，in DMF)，1H NMR(D2O，300MHz)：1.43(s，9H)，3.08(d，2H)，4.59(t，1H)，5.21(s，2H)，5.59(d，H)，7.31(m，5H)，9.28(s，1H)。13CNMR (D2O，300MHz)：176.12，171.03，155.78，135.16，129.03，128.38，128.31，80.56，77.22，76.87，76.56，66.94，49.69，36.61，28.25。IR(KBr，cm-1)：3410.1，3375.0，2977.9，1735.8，1656.1，1530.7，1175.2，749.3，699.7。MS(EI m/z)：290.4，345.8，669.2，685.3。

用1,4-二氧六环-水作溶剂，不同的碱对反应收率的影响见表1。用有机碱Et3N，不同的溶剂体系对反应收率的影响见表2。

表1 不同的碱对收率的影响

表2 不同的溶剂体系对收率的影响

2 结果与讨论

在第一步反应中，α-羰基碳与β-羰基碳均有机会参与亲核反应，由于α-羰基碳受到邻近氨基的影响，使β-羰基碳的正电性比α-羰基碳的正电性强，所以β-羰基碳更容易受到亲核试剂苄醇的进攻。在温度较高的情况下，由于反应速度大大加快，α-羰基碳受到亲核试剂苄醇进攻的机率增加，导致生成L-天冬氨酸-β-苄酯的收率下降，所以本文选择在较低的温度下延长反应时间，使亲核试剂苄醇主要进攻正电性较强的β-羰基碳；同时让苄醇过量，使β-羧基尽可能反应完全。

在第二步反应中，分别选用了无机碱(1N NaOH)、(1N NaHCO3)和有机碱(Et3N)调节反应液的pH值，实验证明，采用有机碱要稍好于无机碱，收率高于2种无机碱。选用了叔丁醇-水、四氢呋喃-水和1,4-二氧六环-水这3种不同的溶剂体系，用1,4-二氧六环-水作溶剂时，收率明显高于另外2种溶剂，原因可能是1,4-二氧六环-水的溶剂体系的脂水分配系数适当，利于(Boc)2O的油相微粒与氨基酸三乙胺盐2种反应物的充分接触，使反应得以顺利进行。相比之下，叔丁醇-水体系因分散能力差，对反应不利，四氢呋喃-水溶剂体系为均相体系，此体系中，(Boc)2O能够与水充分接触，促进了(Boc)2O的分解，也对反应不利。

[1] Man E H, Sandhouse, Mark E.Accumulation of D-aspartic acid with age in the human brain[J].Science, 1983, 220(4604): 1407-1408.

[2] 陈志勇.低肽甜味剂的化学合成研究[D].成都：中国科学院成都有机化学研究所，1997.

[3] Fuchs S A, Berger R, Klomp L W J, et al.D-Amino acids in the central nervous system in health and disease[J].Molecular Genetics and Metabolism, 2005(85): 168-180.

[4] Asano Y, Umezaki M, Li Y F, et al.Isolation of microorganisms which utilize acidic D-amino acid oligomers[J].Journal of molecular catalysis B: Enzymatic, 2001(12): 53-59.

[5] Fridr M, Goren H J.Synthesis and Catalytic Properties of the Heptapeptide: L-Seryl-L-Prolyl-L-Cysteinyl-L-Seryl-α-LGlutamyl-L-Threonyl-L-Tyrosine[J].Eur J Biochem, 1974(41):273-283.

[6] 钟飞，蒋晓惠，田敏卿，等.N-叔丁氧羰基-L-天冬氨酸-β-苄酯的合成[J].海南师范学院学报：自然科学版，2006，19（3）：243-245.

[7] 邱传亮，王德心.氨基二元酸的Boc化研究[J].化学试剂，2004，26（1）：37-38.

[8] 石常青，张雅文，沈宗旋.两种N-保护赖氨酸的合成[J].苏州大学学报：自然科学版，2004，20（1）：60-62.

[9] Tarbell S D, Yamamoto Y, Pope B M.New Method to Prepare N-t-Butoxycarbonyl Derivatives and the Corresponding Sulfur Analogs from di-t-Butyl Dicarbonate or di-t-Butyl Dithiol Dicarbonates and Amino Acids[J].Proc Natl Acad Sci USA.,1972, 69(3): 730-732.