專利名稱：制備氨基酸酯及其酸加成鹽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備氨基酸酯及其酸加成鹽的方法。
背景技術(shù)：
通過游離酸與醇、通常添加酸性催化劑例如硫酸、氯化氫氣體、甲苯磺酸或酸性離子交換劑(該方面問題參見Organikum，第21版，p474ff)進行的質(zhì)子催化反應(yīng)合成羧酸酯進行得相當順利而不存在任何問題。相對于上述反應(yīng)，氨基酸羧酸基團的酯化反應(yīng)進行得困難，且在添加上述活化劑或催化劑條件下有時產(chǎn)率不高(45到90％，視氨基酸而定)(G.C.Barrett，Amino Acid Derivatives(1999)，37)。
氨基酸的溶解度由典型的兩性離子結(jié)構(gòu)確定。在固體狀態(tài)以及在溶液中存在羧酸根和銨基。因此，其僅易溶于水中，而在醇中即使能溶也非常緩慢且困難。與烷基羧酸相比，其在相當程度上延長了反應(yīng)時間。
在酯化反應(yīng)中，起初固體懸浮于醇中。隨后，如Fischer所述，可向混合物中通入氯化氫(E.Fischer，Ber.Dt.Chem.Ges.39(1906)，2893)。還可選擇按化學(xué)計量加入亞硫酰氯(M.Brenner，W.Huber，Helv.Chim.Acta 36(1953)，1109)。
為了進一步加快反應(yīng)速率可加熱該混合物。經(jīng)過若干小時(或甚至幾天)后，得到氫氯化的產(chǎn)物。
還已知共沸蒸餾法可用于制備氨基酸酯(M.Dymicky，E.F.Mellon，J.Naghski，Anal.Biochem.41(1971)，487)。
然而，所有的制備方法都是耗時的間歇式合成(batch syntheses)相應(yīng)的氨基酸酯，在其所需的反應(yīng)條件下，氨基酸側(cè)鏈發(fā)生反應(yīng)，從而該氨基酸酯可能會分解。
現(xiàn)有技術(shù)中存在一種費力的可由蛋白質(zhì)或肽直接制備氨基酸酯的方法，其中第一步為水解斷裂(蛋白酶或肽酶催化或酸性催化劑化學(xué)催化下)，然后將裂解片斷進行酯化。當使用上述常規(guī)方法時，產(chǎn)生多種副產(chǎn)品且鹽負擔(dān)(salt burden)高。
因此仍舊需要一種簡單、經(jīng)濟的氨基酸酯及其酸加成鹽的合成方法，其中，通過肽、蛋白質(zhì)或氨基酸的直接反應(yīng)且基本不需添加催化劑或活化劑，這些產(chǎn)物可以高時空產(chǎn)率連續(xù)或間歇地制備。
本發(fā)明的目的即為提供一種這樣的方法。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)今，我們出人意料地發(fā)現(xiàn)可將蛋白氨基酸與非蛋白氨基酸以及肽和蛋白質(zhì)通過酸性成分與醇的反應(yīng)于高壓和高溫下在醇中反應(yīng)，該反應(yīng)歸根結(jié)底對應(yīng)于一種簡單的酯化反應(yīng)。在此期間，溫度和壓力兩種參數(shù)必須至少達到醇的臨界值。還發(fā)現(xiàn)，肽類可在這些條件下斷裂為其基本構(gòu)成單元氨基酸以生成酯化單體(參考反應(yīng)路線1)。
本發(fā)明提供一種由單體或聚合氨基酸、肽、蛋白質(zhì)和醇制備氨基酸酯和/或其酸加成鹽的方法，其包括在超臨界醇，優(yōu)選在高于臨界參數(shù)≥5％的壓力和溫度下實施該反應(yīng)。
本發(fā)明還涉及根據(jù)上述方法所制備的產(chǎn)物在制備其質(zhì)子酸的酸加成鹽中的應(yīng)用以及由此制得的酸加成鹽。
在根據(jù)本發(fā)明的單體或聚合氨基酸、肽、蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化中，超臨界醇中的反應(yīng)如總路線1所示提供了氨基酸酯
反應(yīng)路線1聚合氨基酸和醇的反應(yīng)可用于本發(fā)明的氨基酸、肽、蛋白質(zhì)和通式(I)的聚酰胺中R1為至少一個選自下組的基團H、直鏈或支鏈的脂肪族、脂環(huán)族、雜環(huán)、飽和、不飽和或芳香族基團、或蛋白氨基酸或非蛋白氨基酸；n至少為1，優(yōu)選為1到11，特別是1、2、3、5或11；m、o分別獨立地在0到20之間，優(yōu)選為0到12；x≥1且y≤x，優(yōu)選為1到10。
適用于本發(fā)明方法的式I化合物例如為蛋白氨基酸和非蛋白氨基酸，特別是甘氨酸、賴氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、丙氨酸、脯氨酸、纈氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、亮氨酸、異亮氨酸、絲氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、組氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、色氨酸、叔亮氨酸、β-丙氨酸、γ-氨基丁酸、ω-氨基己酸、苯基甘氨酸、精氨酸以及氨基酸衍生物，特別是吡咯烷羧酸、吡咯烷酮、ε-己內(nèi)酰胺，以及低和高分子量蛋白質(zhì)特別是酪蛋白、角蛋白、大豆蛋白、膠原蛋白、小麥蛋白、杏仁蛋白、絲蛋白，其水解產(chǎn)物以及聚(6-氨基己酸)和聚(12-氨基十二烷酸)。
原則上所有的醇適宜作為反應(yīng)物以及同時作為溶劑。在可用于本發(fā)明的通式(II)的醇中R2是含有1到30個、優(yōu)選為1到18個碳原子的任選為支鏈的任選含有雙鍵的烴基、羥烷基、烷氧基，所述基團也可含有環(huán)大小為3到10個、優(yōu)選為4到6個碳原子的飽和、不飽和或芳香性的脂環(huán)或雜環(huán)成分，其可具有另外的含有1到30個、優(yōu)選為1到18個碳原子的飽和或不飽和的烴取代基，特別優(yōu)選為＜C10以及更優(yōu)選為＜C5，如甲醇、乙醇、丙醇。
表1列舉了一些化合物的實例。
適用于本發(fā)明方法的式II化合物具體為烷醇，優(yōu)選為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、辛醇、十二烷醇、十六烷醇、十八烷醇以及2-乙基己醇，以及多元醇，特別是乙二醇、二甘醇、聚醚、甘油和三羥甲基丙烷。還可使用氨基醇如乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺，及芳醇，特別是苯酚、苯甲醇和鄰苯二酚，及脂環(huán)醇，特別是環(huán)戊醇和環(huán)己醇，還有不飽和醇如己烯醇、十六碳烯醇和十八碳烯醇。就本發(fā)明而言，還可使用適宜的多種互相混合的醇。
表1選定的反應(yīng)用醇的臨界數(shù)據(jù)

Tk＝臨界溫度pk＝臨界壓力該反應(yīng)可任選地在催化劑的存在下實施。該催化劑為選自下組的同種或異種催化劑具體為HCl、H2SO4、H3PO4、乙酸、檸檬酸的質(zhì)子酸，或鹽，具體為AlCl3、LiClO4、LiCl、ZnCl2、BiCl3、Ti(OiPr)4(OiPr＝異丙氧化物)、稀土七氟二甲基辛二酸鹽(＝fod)以及三氟甲磺酸鹽(＝OTf)，特別是Yb(fod)3、Eu(fod)3、Sc(OTf)3、Yb(OTf)3，或離子交換劑，特別為Amberlyst-15，或緩沖劑，特別是Na3PO4/H3PO4。直接反應(yīng)優(yōu)選使用(聚)氨基酸、蛋白質(zhì)或肽在醇中的高濃度懸浮液進行而不加入活化劑或均相催化劑。
所用或同樣用于本發(fā)明的設(shè)備為帶有攪拌器的用于起始加入反應(yīng)物料以及一個用于將通式II的化合物壓縮至臨界壓力或臨界壓力之上的泵的適宜容器。帶有懸浮球閥的適宜泵由LEWA銷售。為了確保反應(yīng)進行，必須超過醇的臨界溫度和臨界壓力。為了獲得足夠的反應(yīng)速率，這兩個參數(shù)優(yōu)選被超過5-15％。表1列出醇的臨界參數(shù)的一些實例。反應(yīng)在可連續(xù)或間歇運行的可加熱反應(yīng)器中進行。


在圖1中以圖解的方式說明用于本發(fā)明的設(shè)備。
其中對各符號的含義簡述如下泵(B)、(B1)反應(yīng)器(C)加熱器(D)閥(E)載流蓄積器(F)載流預(yù)熱器(G)混合點(H)具體實施方式
開始時將反應(yīng)物加入到適宜的攪拌下的容器(A)中。由該蓄積器，通過適宜的泵(B)將混合物輸送人反應(yīng)器(C)。該泵能使混合物達到A中式(II)的醇的臨界壓力或其上。加熱器(D)將反應(yīng)器(C)加熱到高于或等于醇的臨界溫度的溫度。在反應(yīng)器(C)的出口處，可以使用閥(E)控制反應(yīng)設(shè)備中的壓力。另外。由此可單獨調(diào)節(jié)特定氨基酸或氨基酸/肽混合物的停留時間，以使敏感氨基酸例如酪氨酸或色氨酸的降解最小化。為了使副產(chǎn)物減至最少，可使用預(yù)熱器(G)通過泵B1加熱來自蓄積器(F)的純乙醇載流。在混合點(H)，載流(CS)然后與反應(yīng)物流(RS)混合并飼入到反應(yīng)器中。CS/RS的比例可在0/100-99/1的范圍內(nèi)，優(yōu)選為20/80-80/20。當所選的預(yù)熱溫度如此高以致在混合點已經(jīng)達到反應(yīng)溫度時，反應(yīng)器中的溫度梯度足夠小從而可防止碳化。
包含所形成的氨基酸酯的產(chǎn)物混合物可加入到含質(zhì)子酸的水溶液中。由此，形成氨基酸酯的酸加成鹽，并且與游離氨基酸酯相比，具有顯然更高的穩(wěn)定性。
也可以使用一種或多種質(zhì)子酸，特別是那些選自下組中的酸甲酸、乙酸、丙酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、花生酸、山萮酸、環(huán)戊烷甲酸、環(huán)己烷甲酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基乙酸、巴豆酸、2-/3-/4-戊烯酸、2-/3-/4-/5-己烯酸、月桂烯酸、肉豆蔻腦酸、棕櫚油酸、油酸、順式9-二十碳烯酸、山梨酸、亞油酸、亞麻酸、新戊酸、乙氧基乙酸、苯基乙酸、乳酸、2-乙基己酸、草酸、乙醇酸、蘋果酸、丙二酸、琥珀酸、酒石酸、戊二酸、檸檬酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、苯甲酸、鄰/間/對甲苯酸、水楊酸、3-/4-羥基苯甲酸、鄰苯二甲酸或其完全或部分氫化的衍生物如六氫-或四氫鄰苯二甲酸、磷酸、鹽酸、硫酸及其混合物，特別是乳酸、酒石酸、乙酸和鹽酸。
為了鑒定反應(yīng)產(chǎn)物，將產(chǎn)物溶液引入適當?shù)姆治龇椒ㄖ?。已?jīng)發(fā)現(xiàn)特別是GC、GC-MS、HPLC和MALDI是有用的。
實施例在所有實施例中，實驗之后立即用HPLC和NMR進行分析。所有實施例均是在根據(jù)圖1的裝置中進行的。為了輸送反應(yīng)混合物，使用帶有HK 8mm泵頭的LEWA TYP EK08型泵。
應(yīng)用實施例1
制備谷氨酸二乙酯和焦谷氨酸乙酯首先將乙醇和谷氨酸的混合物加入到攪拌下的容器(A)中。谷氨酸份數(shù)占乙醇份數(shù)的0.1％。在72巴壓力下由適當?shù)谋?B)將混合物連續(xù)輸送經(jīng)過反應(yīng)器(C)。通過加熱器(D)將管狀反應(yīng)器(C)加熱到260℃。使用預(yù)熱器(G)將來自蓄積器(F)的純乙醇載流加熱到相同的溫度。在混合點(H)，載流與反應(yīng)物流混合(比例50/50)并飼入反應(yīng)器(C)中。所選的預(yù)熱溫度如此高以致在混合點已經(jīng)達到反應(yīng)溫度，使得反應(yīng)器(C)中的溫度梯度足夠小從而可防止在壁上碳化。在管狀反應(yīng)器(C)中的停留時間為40秒。借助于控制閥(E)將壓力保持在所述的目標值。在系統(tǒng)的出口處，將經(jīng)反應(yīng)的溶液加入到1M HCl中。根據(jù)HPLC，得到產(chǎn)物(焦谷氨酸乙酯)的產(chǎn)率為50％。
應(yīng)用實施例2甘氨酸乙酯的制備首先將乙醇和甘氨酰甘氨酸(GlyGly)的混合物以懸浮液形式加入到(A)中。懸浮液中固體約為5％。與應(yīng)用實施例1類似地處理該混合物并將其輸送經(jīng)過反應(yīng)器。在90巴壓力下由適當?shù)谋?B)將混合物連續(xù)輸送經(jīng)過反應(yīng)器(C)。通過加熱器(D)將管狀反應(yīng)器(C)加熱到260℃。使用預(yù)熱器(G)將來自蓄積器(F)的純乙醇載流加熱到相同的溫度。在混合點(H)，載流與反應(yīng)物流混合(比例50/50)并加入到反應(yīng)器(C)中。所選的預(yù)熱溫度很高以致在混合點已經(jīng)達到反應(yīng)溫度，從而使得反應(yīng)器中的溫度梯度足夠小以防止在壁上碳化。反應(yīng)混合物在管狀反應(yīng)器(C)中的停留時間為40秒。借助于控制閥(E)將壓力保持在所述的目標值。在系統(tǒng)的出口處，將反應(yīng)混合物加入到1M HCl中并供分析。HPLC鑒定甘氨酰甘氨酸乙酯為簡單的酯化反應(yīng)產(chǎn)物，而甘氨酸乙酯為酯化反應(yīng)和裂解反應(yīng)的產(chǎn)物。反應(yīng)器出口處的產(chǎn)物混合物中酯的含量平均為約1.5％。相應(yīng)地，產(chǎn)率為約30％。
應(yīng)用實施例3己內(nèi)酰胺的乙醇解首先將乙醇和己內(nèi)酰胺的混合物以溶液形式加入到(A)中。懸浮液中己內(nèi)酰胺部分約為20％(w/w)。與應(yīng)用實施例1類似地處理該混合物并將其輸送經(jīng)過反應(yīng)器(C)。在72巴壓力下由適當?shù)谋脤⒒旌衔镞B續(xù)輸送經(jīng)過反應(yīng)器(C)。通過加熱器(D)將管狀反應(yīng)器(C)加熱到350℃。使用預(yù)熱器(G)將來自蓄積器(F)的純乙醇載流加熱到相同的溫度。在混合點(H)，載流與反應(yīng)物流混合(比例50/50)并加入到反應(yīng)器(C)中。所選的預(yù)熱溫度很高以致在混合點已經(jīng)達到反應(yīng)溫度，使得反應(yīng)器(C)中的溫度梯度足夠小以防止在壁上碳化。管狀反應(yīng)器(C)中的停留時間為150秒。借助于控制閥(E)將壓力保持在所述的目標值。在系統(tǒng)的出口處，將反應(yīng)混合物加入到1M HCl中供分析。NMR譜鑒定出作為裂解反應(yīng)產(chǎn)物的6-氨基己酸，以及作為酯化反應(yīng)和裂解反應(yīng)產(chǎn)物的6-氨基己基甲酸乙酯。
權(quán)利要求
1.一種由單體或聚合氨基酸、肽、蛋白質(zhì)和醇制備氨基酸酯及肽酯和/或其酸加成鹽的方法，其包括在超臨界醇中實施該反應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反應(yīng)在超臨界壓力和超臨界溫度下、優(yōu)選以超過醇的臨界參數(shù)至少5％的參數(shù)實施反應(yīng)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述反應(yīng)連續(xù)或間歇地實施，優(yōu)選連續(xù)實施；且反應(yīng)混合物在反應(yīng)器中的停留時間為1秒-24小時，優(yōu)選1秒-1小時，特別優(yōu)選為1秒-5分鐘。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的連續(xù)方法，其中將預(yù)熱到100-800℃，優(yōu)選至少為醇的臨界溫度的醇載流加入到反應(yīng)器入口上游的反應(yīng)物流中。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其中至少為一種通式(I)的化合物的氨基酸、肽、蛋白質(zhì)或聚酰胺與至少一種通式(II)的醇反應(yīng) 其中R1為至少一個選自下組的基團H、直鏈或支鏈的脂肪族、脂環(huán)族、雜環(huán)、飽和、不飽和或芳香族基團、或蛋白氨基酸或非蛋白氨基酸；n至少為1，優(yōu)選為1到11，特別是1、2、3、5或11；m、o分別獨立地在0到20之間，優(yōu)選為0到12；x≥1且y≤x，優(yōu)選為1到10；R2是含有1到30個、優(yōu)選為1到18個碳原子的任選為支鏈的任選含有雙鍵的烴基、羥烷基、烷氧基，所述基團也可含有環(huán)大小為3到10個、優(yōu)選為4到6個碳原子的飽和、不飽和或芳香性的脂環(huán)或雜環(huán)成分，其可具有另外的含有1到30個、優(yōu)選為1到18個碳原子的飽和或不飽和的烴取代基，特別優(yōu)選為＜C10以及更優(yōu)選為＜C5，如甲醇、乙醇、丙醇。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的方法，其中所用的氨基酸為蛋白氨基酸和非蛋白氨基酸，特別是甘氨酸、賴氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、丙氨酸、脯氨酸、纈氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、亮氨酸、異亮氨酸、絲氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、組氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、色氨酸、叔亮氨酸、β-丙氨酸、γ-氨基丁酸、ω-氨基己酸、苯基甘氨酸、精氨酸以及氨基酸衍生物，特別是吡咯烷酮羧酸、吡咯啉、ε-己內(nèi)酰胺，以及低和高分子量蛋白質(zhì)特別是酪蛋白、角蛋白、大豆蛋白、膠原蛋白、小麥蛋白、杏仁蛋白、絲蛋白，其水解產(chǎn)物以及聚(6-氨基己酸)和聚(12-氨基十二烷酸)。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的方法，其中使用特別是選自甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、己醇、辛醇、癸醇、十二烷醇、十六烷醇、十八烷醇、乙二醇、甘油、丙二醇的一種或多種醇。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的方法，其中所述反應(yīng)在選自以下組中的適宜的同種或異種催化劑存在下進行質(zhì)子酸，特別為HCl、H2SO4、H3PO4、乙酸、檸檬酸，或鹽，特別為AlCl3、LiClO4、LiCl、ZnCl2、BiCl3、Ti(OiPr)4(OiPr＝異丙氧化物)，稀土七氟二甲基辛二酸鹽(＝fod)以及三氟甲磺酸鹽(＝OTf)，特別是Yb(fod)3、Eu(fod)3、Sc(OTf)3、Yb(OTf)3，或離子交換劑，特別為Amberlyst-15，或緩沖劑，特別是Na3PO4/H3PO4。
9.如權(quán)利要求1-8之一所述制備的反應(yīng)產(chǎn)物在制備其質(zhì)子酸的酸加成鹽中的應(yīng)用。
10.如權(quán)利要求9所述的酸加成鹽，其中還使用至少一種酸，且該酸特別選自甲酸、乙酸、丙酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、花生酸、山萮酸、環(huán)戊烷甲酸、環(huán)己烷甲酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基乙酸、巴豆酸、2-/3-/4-戊烯酸、2-/3-/4-/5-己烯酸、月桂烯酸、肉豆蔻腦酸、棕櫚油酸、油酸、順式9-二十碳烯酸、山梨酸、亞油酸、亞麻酸、新戊酸、乙氧基乙酸、苯基乙酸、乳酸、2-乙基己酸、草酸、乙醇酸、蘋果酸、丙二酸、琥珀酸、酒石酸、戊二酸、檸檬酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、苯甲酸、鄰/間/對甲苯酸、水楊酸、3-/4-羥基苯甲酸、鄰苯二甲酸或其完全或部分氫化的衍生物如六氫-或四氫鄰苯二甲酸、磷酸、鹽酸、硫酸及其混合物，特別是乳酸、酒石酸、乙酸和鹽酸。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種由單體或聚合氨基酸、肽、蛋白質(zhì)和醇制備氨基酸酯和/或其酸加成鹽的方法，該方法包括在超臨界醇中，優(yōu)選在超過臨界參數(shù)至少5％以上的壓力和溫度下實施反應(yīng)，醇同時用作溶劑和反應(yīng)物。
文檔編號C07C229/24GK1680281SQ200510009100
公開日2005年10月12日 申請日期2005年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月19日
發(fā)明者馬蒂亞斯·帕斯卡里, 迪特里?！ゑR斯, 迪特爾·布斯, 伯格哈德·格里寧, 京特·拉托辛斯基, 蒂姆·珀普肯, 克里斯蒂安·魏特邁爾 申請人:戈爾德施米特股份公司