本发明提供了一种氨基酸及其制备方法。所述氨基酸如式(I)所示,其中,m为1或2,n为1、2或3,R
1.一种式(I)所示氨基酸: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="510"/> 其中,m为1或2,n为1、2或3,R₁为H、取代或未取代的烷氧羰基或芳烷氧羰基。
2.根据权利要求1所述的氨基酸,其特征在于:所述氨基酸如式(II)所示: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="481"/> 其中,m为1或2,n为1、2或3。
3.根据权利要求1所述的氨基酸,其特征在于:所述氨基酸如式(III)所示: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="513"/> 其中,m为1或2,n为1、2或3,R₂为取代或未取代的烷氧羰基或芳烷氧羰基。
4.根据权利要求1或3所述的氨基酸,其特征在于:所述烷氧羰基为叔丁氧羰基;所述芳氧羰基为苯甲酰基或芴甲氧羰酰基。
5.权利要求2所述氨基酸的制备方法,包括如下步骤:谷氨酸或天冬氨酸和寡聚乙二醇单甲醚在酸性催化剂下进行反应即得式(II)所述氨基酸。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:所述寡聚乙二醇单甲醚为乙二醇单甲醚、二乙二醇单甲醚或三乙二醇单甲醚;所述酸性催化剂为浓硫酸、无水氯化氢或三甲基氯硅烷。
7.根据权利要求5或6所述的方法,其特征在于:所述谷氨酸或天冬氨酸与所述寡聚乙二醇单甲醚的质量份数比为1∶(4-8);所述谷氨酸或天冬氨酸与所述酸性催化剂的质量份数比为1∶(0.5-2);所述反应的温度为20°C-30°C;所述反应的时间为8-48小时。
8.权利要求3所述氨基酸的制备方法,包括如下步骤:按照权利要求5-7中任一所述方法得到式(II)所述氨基酸;在碱性条件下,式(II)所述氨基酸与式(IV)或式(V)所示化合物进行反应即得所述式(III)所示氨基酸; ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="647"/> 其中,R₂为取代或未取代的烷氧羰基或芳烷氧羰基;X为卤素原子。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:所述碱性条件通过碱性化合物进行调制;所述碱性化合物为碳酸钾、碳酸氢钠、氢氧化钠或碳酸钠;所述碱性化合物与式(II)所述氨基酸的摩尔份数比为1∶(0.2-2);式(II)所示氨基酸与式(IV)或式(V)所示化合物的摩尔份数比为1∶(1-1.5)。
10.根据权利要求8或9所述的方法,其特征在于:所述反应的溶剂为水、四氢呋喃、二氧六环或丙酮;所述反应的温度为0°C-30°C;所述反应的时间为4小时-10小时。技术领域
本发明涉及一种氨基酸及其制备方法,属于有机合成领域。
背景技术
氨基酸及其衍生物已被广泛地用于各个领域,一般的,可采用多种聚合方法合成聚氨基酸多肽,如液相合成、固相合成、NCA开环聚合以及基因工程生物合成等方法。对氨基酸进行分子结构的设计,引入一些新的功能团,制备新的功能性氨基酸单体,进一步用不同的多肽合成方法制备具有特殊性能的多肽,以及通过聚合反应制备均聚物或与其他氨基酸共聚制备嵌段共聚物,使其合成的多肽具有特定的功能。一般情况下酸和醇在酸(通常为浓硫酸)作用下,加热回流反应生成酯。其中浓硫酸起到催化和脱水的作用,而利用谷氨酸和天冬氨酸的羧酸基团反应活性的差异,可以选择性的对其γ和β羧基进行酯化。
发明内容
本发明的目的是提供一种氨基酸及其制备方法。本发明提供了一种式(I)所示氨基酸: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="510"/> 其中,m为1或2,n为1、2或3,R₁为H、取代或未取代的烷氧羰基或芳烷氧羰基。上述氨基酸具体可如式(II)所示: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="481"/> 其中,m为1或2,n为1、2或3。上述氨基酸具体可如式(III)所示: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="512"/> 其中,m为1或2,n为1、2或3,R₂为取代或未取代的烷氧羰基或芳烷氧羰基;所述烷氧羰基具体可为叔丁氧羰基;所述芳烷氧羰基具体可为苯甲酰基或芴甲氧羰酰基。本发明提供了一种式(II)所示氨基酸的制备方法,包括如下步骤:谷氨酸或天冬氨酸和寡聚乙二醇单甲醚在酸性催化剂下进行反应即得式(II)所述氨基酸。上述的制备方法中,所述寡聚乙二醇单甲醚可为乙二醇单甲醚、二乙二醇单甲醚或三乙二醇单甲醚;所述酸性催化剂可为浓硫酸、无水氯化氢或三甲基氯硅烷。上述的制备方法中,所述谷氨酸或天冬氨酸与所述寡聚乙二醇单甲醚的质量份数比可为1∶(4-8),具体可为1∶4.8、1∶5或1∶8;所述谷氨酸或天冬氨酸与所述酸性催化剂的质量份数比可为1∶(0.5-2),具体可为1∶1.1;所述反应的温度为20°C-30°C,具体可为20°C、25°C或30°C;所述反应的时间为8-48小时,具体可为8小时、24小时或48小时。本发明提供了一种式(III)所示氨基酸的制备方法,包括如下步骤:按照上述方法得到式(II)所述氨基酸;在碱性条件下,式(II)所述氨基酸与式(IV)或式(V)所示化合物进行反应即得式(III)所示氨基酸; ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="647"/> 其中,R₂为取代或未取代的烷氧羰基或芳烷氧羰基;X为卤素原子。上述的制备方法中,所述碱性条件通过碱性化合物进行调制;所述碱性化合物可为碳酸钾、碳酸氢钠、氢氧化钠或碳酸钠;所述碱性化合物与式(II)所述氨基酸的摩尔份数比可为1∶(0.2-2),具体可为1∶0.4;式(II)所述氨基酸与所述式(IV)或式(V)所示化合物的摩尔份数比可为1∶(1-1.5),具体可为1∶1、1∶1.1或1∶1.2。上述的制备方法中,所述反应的溶剂可为水、四氢呋喃、二氧六环或丙酮;所述反应的温度可为0°C-30°C,具体可为0°C或20°C;所述反应的时间可为4小时-10小时,具体可为4小时、8小时或10小时。本发明提供的制备方法的原料来源广泛,成本低廉,合成方法简单易行;由本发明得到的新型氨基酸及其衍生物可进一步用于制备人工多肽、氨基酸均聚物和共聚物,具有潜在的应用价值。
附图说明
图1为式(VI)所示氨基酸的¹Hxa0NMR谱图。图2为式(VII)所示氨基酸的¹Hxa0NMR谱图。图3为式(VIII)所示氨基酸的¹Hxa0NMR谱图。图4为式(IX)所示氨基酸的¹Hxa0NMR谱图。图5为式(X)所示氨基酸的¹Hxa0NMR谱图。图6为式(XI)所示氨基酸的¹Hxa0NMR谱图。图7为式(XII)所示氨基酸的¹Hxa0NMR谱图。图8为式(i)所示聚氨基酸的透过率随温度变化的曲线图。图9为式(i)所示聚氨基酸的圆二色谱随温度改变的谱图。图10为式(ii)所示聚氨基酸的透过率随温度变化的曲线图。图11为式(ii)所示聚氨基酸的圆二色谱随温度改变的谱图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。实施例1、式(VI)所示氨基酸的制备 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="516"/> 在圆底烧瓶中加入25毫升乙二醇单甲醚,并加入5克天冬氨酸,该体系中天冬氨酸与三乙二醇单甲醚的质量份数比为1∶4.8,将悬浊液置于冰水浴中,待冷至0°C,慢慢滴入3毫升浓硫酸(其中,天冬氨酸与浓硫酸的质量份数比为1∶1.1);滴完后回至30°C,待30°C下反应8小时。将澄清的溶液倒入三乙胺和异丙醇的混合溶液(体积比为1∶10)中,产生白色沉淀。离心,得到白色固体1.8克,产率为25.0%;核磁氢谱¹Hxa0NMR(400MHz,D₂O):δ4.33-4.31(t,2H),4.06-4.03(t,1H),3.73-3.70(t,2H),3.39(s,3H),3.05-3.03(m,2H),其¹Hxa0NMR谱图如图1所示。实施例2、式(VII)所示氨基酸的制备 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="543"/> 在圆底烧瓶中加入25毫升二乙二醇单甲醚,并加入5克谷氨酸,该体系中谷氨酸与二乙二醇单甲醚的质量份数比为1∶5,将悬浊液置于冰水浴中,待冷至0°C,慢慢滴入3毫升浓硫酸(其中,谷氨酸与浓硫酸的质量份数比为1∶1.1);滴完后回至20°C,待20°C下反应48小时。将澄清的溶液倒入三乙胺和异丙醇的混合溶液(体积比为1∶10)中,产生白色沉淀。离心,得到白色固体3.8克,产率为54.5%;核磁氢谱¹Hxa0NMR(400MHz,D₂O):δ4.30-4.23(t,2H),3.80-3.73(t,1H),3.72-3.66(t,2H),3.40-3.33(s,3H),2.66-2.49(m,2H),2.25-2.07(m,2H),其¹Hxa0NMR谱图如图2所示。实施例3、式(VIII)所示氨基酸的制备 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="534"/> 在圆底烧瓶中加入40毫升三乙二醇单甲醚,并加入5克谷氨酸,该体系中谷氨酸与三乙二醇单甲醚的质量份数比为1∶8,将悬浊液置于冰水浴中,待冷至0°C,慢慢滴入3毫升浓硫酸(其中,谷氨酸与浓硫酸的质量份数比为1∶1.1);滴完后回至20-30°C,待25°C下进行反应24小时。将澄清的溶液倒入三乙胺和异丙醇的混合溶液(体积比为1∶10)中,产生白色沉淀。离心,得到白色固体3.7克,产率为37.1%;核磁氢谱¹Hxa0NMR(400MHz,D₂O):δ4.32-4.25(t,2H),3.81-3.74(m,3H),3.73-3.64(m,6H),3.63-3.57(m,2H),3.40-3.33(s,3H),2.67-2.50(m,2H),2.23-2.07(m,2H),其¹Hxa0NMR谱图如图3所示。实施例4、式(IX)所示氨基酸衍生物的制备 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 将式(VI)所示氨基酸(1.92g,10mmol)加入到圆底烧瓶中,加入碳酸氢钠(2.1g,25mmol),100mL水,苯甲酰氯(1.8ml,12mmol),在20°C下搅拌反应4小时,该反应体系中,碳酸氢钠与式(VI)所示氨基酸的摩尔份数比为1∶0.4,式(VI)所示氨基酸与苯甲酰氯的摩尔份数为1∶1.2。反应结束后,乙醚萃取洗涤两次,每次75ml。使用浓盐酸调pH至2~3。加入200ml乙酸乙酯,分离乙酸乙酯层,无水硫酸镁干燥,减压蒸馏除去乙酸乙酯,50°C真空干燥12小时。得到无色油状物。核磁氢谱¹Hxa0NMR(400MHz,CDCl₃):δ7.32-7.26(m,5H),5.12-5.09(t,2H),4.69-4.64(m,1H),4.25-4.14(m,2H),3.55-3.53(t,2H),3.33(s,3H),3.09-2.85(m,2H),其¹Hxa0NMR谱图如图4所示。实施例5、式(X)所示氨基酸衍生物的制备、 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="669"/> 将式(VI)所示氨基酸(1.92g,10mmol)加入到圆底烧瓶中,加入10%碳酸钠水溶液(26.5ml,25mmol),冰水浴搅拌均匀。加入芴甲氧羰酰氯(2.6g,10mmol),冰水浴搅拌反应4小时,该反应体系中,碳酸钠与式(VI)所示氨基酸的摩尔份数比为1∶0.4,式(VI)所示氨基酸与芴甲氧羰酰氯的摩尔份数为1∶1。撤去冰水浴,室温搅拌反应8小时,反应结束后,加入300ml水,乙醚萃取洗涤两次,每次100ml。使用浓盐酸调pH至2~3,出现无色油状物。加入300ml乙酸乙酯,分离乙酸乙酯层,无水硫酸镁干燥,减压蒸馏除去乙酸乙酯,50°C真空干燥12小时。得到无色油状物。核磁氢谱¹Hxa0NMR(400MHz,CDCl₃):δ7.77-7.75(d,2H),7.61-7.59(d,2H),7.42-7.26(m,4H),5.97-5.95(d,1H),4.27(s,1H),4.78-4.43(t,1H),4.40-4.32(m,2H),4.25-4.23(t,2H),4.13-4.11(t,1H),3.60(s,1H),3.37(s,1H),3.17-2.90(t,2H),其¹Hxa0NMR谱图如图5所示。实施例6、式(XI)所示氨基酸衍生物的制备 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 将式(VII)所示氨基酸(2.06g,10mmol)加入到圆底烧瓶中,加入碳酸氢钠(2.1g,25mmol),100mL水,苯甲酰氯(1.8ml,12mmol),在20°C下搅拌反应8小时,该反应体系中,碳酸氢钠与式(VII)所示氨基酸的摩尔份数比为1∶0.4,式(VII)所示氨基酸与苯甲酰氯的摩尔份数为1∶1.2。反应结束后,乙醚萃取洗涤两次,每次75ml。使用浓盐酸调pH至2~3。加入200ml乙酸乙酯,分离乙酸乙酯层,无水硫酸镁干燥,减压蒸馏除去乙酸乙酯,50°C真空干燥12小时。得到无色油状物。核磁氢谱¹Hxa0NMR(400MHz,CDCl₃):δ7.35-7.30(m,5H),5.12(s,2H),4.46-4.41(m,1H),4.28-4.19(m,2H),3.62-3.57(t,2H),3.33(s,3H),2.57-2.46(m,2H),2.14-2.07(m,2H),其¹Hxa0NMR谱图如图6所示。实施例7、式(XII)所示氨基酸衍生物的制备 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="676"/> 将式(VII)所示氨基酸(2.06g,10mmol)加入到圆底烧瓶中,加入碳酸氢钠(2.1g,25mmol),100mL水,Boc酸酐(二碳酸二叔丁酯)(1.92g,11mmol),在20°C下搅拌反应10小时,该反应体系中,碳酸氢钠与式(VII)所示氨基酸的摩尔份数比为1∶0.4,式(VII)所示氨基酸与Boc酸酐的摩尔份数为1∶1.1。反应结束后,乙醚萃取洗涤两次,每次75ml。使用浓盐酸调pH至2~3。加入200ml乙酸乙酯,分离乙酸乙酯层,无水硫酸镁干燥,减压蒸馏除去乙酸乙酯,50°C真空干燥12小时。得到无色油状物。核磁氢谱¹Hxa0NMR(400MHz,CDCl₃):δ4.35-4.31(t,2H),4.25(s,H),3.53-3.50(t,2H),3.41(s,H),2.52-2.45(m,2H),2.35-2.05(m,2H),1.45(m,9H),其¹Hxa0NMR谱图如图7所示。实施例8、式(VII)所示氨基酸用于制备式(i)所示聚氨基酸 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="610"/> 将式(VII)所示氨基酸溶于二甲基乙酰胺中,配成100毫克/毫升的溶液并取2毫升,迅速加入含有1,5-环辛二烯-1,2-二(二乙基膦基)乙烷-镍(零价)络合物的四氢呋喃溶液(20毫克/毫升)0.10毫升(该体系中,1,5-环辛二烯-1,2-二(二乙基膦基)乙烷-镍(零价)络合物与式(VII)所示氨基酸的摩尔份数比为1∶100),在50°C下反应24小时。反应结束后将溶液加入到大量乙醚中,离心法得到白色固体,透析3天。透析完后冻干得到白色蓬松固体。即为式(i)所示聚氨基酸。核磁氢谱¹Hxa0NMR(400MHz,CDCl₃/CF₃CO₂D(v∶v=1∶1)):δ4.76-4.59(br,1H),4.46-4.23(br,2H),4.01-3.87(br,4H),3.87-3.76(br,2H),3.62-3.50(br,3H),2.73-2.47(br,2H),2.31-1.95(br,2H).凝胶渗透色谱/激光光散射,测得数均分子量为82000g/mol,分子量分布为1.23,数均聚合度o为355。式(i)所示聚氨基酸的透过率随温度变化的曲线图如图8所示,其基本规律是光的透过率随温度的增加而降低,并在一个很窄的温度范围内实现透过率从100%到10%左右的突变,从而证明具有明显的式(i)所示的聚氨基酸在水溶液中具有温度响应性,及所谓的低温临界溶解温度(LCST)。其中,图8a代表在纯水中的变化曲线,图8b代表在0.1M的氯化钠溶液中的变化曲线,图8c代表在0.05M的硫酸钠溶液中的变化曲线,图8d代表在0.05M磷酸钠缓冲溶液中的变化曲线。以上这些结果证明式(i)所示的聚氨基酸在水溶液及盐溶液中均具有温度响应性,而不依赖于缓冲溶液和pH值,主要原因为氨基酸材料的非聚电解质性质。但是,式(i)所示的聚氨基酸只有在水中才显示基本可逆的转变,而在其它盐或者缓冲溶液中,其温度响应性不是完全可逆的。式(i)所示聚氨基酸的圆二色谱随温度改变的谱图如图9所示。首先,图9结果显示该聚氨基酸在水溶液中形成稳定的α-螺旋,而且其主要的构象没有随温度的升高发生明显的变化,直到温度升高到临界溶解温度,聚氨基酸在溶液中出现聚集,这个圆二色谱的信号出现减弱。另外,降温的圆二色谱表明升温过程中观察到的温度响应性是可逆的。实施例9、式(VIII)所示氨基酸用于制备式(ii)所示聚氨基酸 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="503"/> 将式(VIII)所示氨基酸溶于四氢呋喃中,配成100毫克/毫升的溶液并取2毫升,迅速加入含有1,5-环辛二烯-二联吡啶-镍(零价)络合物的四氢呋喃溶液(20毫克/毫升)0.09毫升(该体系中,1,5-环辛二烯-二联吡啶-镍(零价)络合物与式(VIII)所示氨基酸的摩尔份数比为1∶100),在30°C下反应32小时。反应结束后将溶液加入到大量乙醚中,离心法得到白色固体,透析3天。透析完后冻干得到白色蓬松固体。即为式(ii)所示聚氨基酸。核磁氢谱¹Hxa0NMR(400MHz,CDCl₃/CF3CO₂D(v∶v=1∶1)):δ4.74-4.56(br,1H),4.42-4.19(br,2H),3.98-3.71(br,10H),3.61-3.48(br,3H),2.69-2.43(br,2H),2.26-1.90(br,2H).凝胶渗透色谱/激光光散射测得数均分子量为49000g/mol,分子量分布为1.21,数均聚合度o为178。式(ii)所示聚氨基酸的透过率随温度变化的曲线图如图10所示,其基本规律是光的透过率随温度的增加而降低,并在一个很窄的温度范围内实现透过率从100%到5%左右的突变,从而证明具有明显的式(IV)所示的聚氨基酸在水溶液中具有温度响应性,及所谓的低温临界溶解温度(LCST)。其中,图10a代表在纯水中的变化曲线,图10b代表在0.1M的氯化钠溶液中的变化曲线,图10c代表在0.05M的硫酸钠溶液中的变化曲线,图10d代表在0.05M磷酸钠缓冲溶液中的变化曲线。从该图可以看出该聚合物在水溶液及盐溶液中均具有温度响应性,而不依赖于缓冲溶液和pH值,主要原因为该聚氨基酸材料的非聚电解质性质。另外,式(ii)所示的聚氨基酸在降温过程中也显示出透过率增加的转变,从而证明其水溶液温度响应性是完全可逆的。式(ii)所示聚氨基酸的圆二色谱随温度改变的谱图如图11所示,首先,图11结果显示该聚氨基酸在水溶液中形成稳定的α-螺旋,而且其主要的构象没有随温度的升高发生明显的变化,直到温度升高到临界溶解温度,聚氨基酸在溶液中出现聚集,这个圆二色谱的信号出现减弱。另外,降温的圆二色谱表明升温过程中观察到的温度响应性是可逆的。