專利名稱：N－甘氨酸的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可作為標(biāo)記物使用的有機(jī)物的合成方法，特別涉及一種15N-甘氨酸的合成方法。
背景技術(shù)：
15N-甘氨酸(15N-Glycine)，又名15N-氨基乙酸(15N-aminoacetic acid)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為15NH2CH2COOH。精制的15N-甘氨酸為帶甜味的白色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末，溶于水，微溶于醇，熔點(diǎn)263℃(233℃開始分解)，無旋光性。
15N-甘氨酸是一種重要的氨基酸標(biāo)記物，可直接作為標(biāo)記物使用，也可作為原料生產(chǎn)其他氨基酸如色氨酸(Tang G H，Wang，S C，Wu S Q，Jiang G H，Synthesisof DL-α-15N-tryptophan and 2-15N-perlolyrine.J.Labelled Compd.Radiopharm.，1998 XLI(2)139-142)、絲氨酸(D.Stetten，J.Biol.Chem.1942，144503)、蘇氨酸(H.L.Meltzer and D.B.Sprinson，J.Biol.Chem.1952，197469)、組氨酸(C.Tesar and D.Rittenberg，J.Biol.Chem.1947，17037)、賴氨酸(I.Clarkand D.Rittenberg，J.Biol.Chem.1951，189521)、N-乙?；摎淅野彼?H.D.Hoberman and J.S.Fruton，J.Biol.Chem.1942，182127)和肌氨酸(W.Greenaway，F(xiàn).R.Whatley，A convenient synthesis of creatine-15N from glycine-15Nvia sarcosine-15N，J.Labelled Compd.Radiopharm.，1978，4(4)，611-15)等。
目前15N-甘氨酸的合成方法為Gabriel法(R.Schoenheimer and S.Ratner，Synthesis of15N-Glycine，J.Biol.Chem.，1939，127301；G.D.Ott and V.N.Kerr，Los Alamos Scientific Laboratory Report，LA-49231976，P107；盛禹，陳耀煥，袁群，″同位素有機(jī)化學(xué)″，浙江教育出版社，1994，p211-233)，該方法以15N-鄰苯二甲酰亞氨甲鹽與α-鹵代酸為原料，經(jīng)過多步反應(yīng)合成出15N-甘氨酸。收率中等(65-85％)，產(chǎn)品純度高，但產(chǎn)量低(只有幾克)，反應(yīng)步驟較多，時(shí)間較長(4-5天)。產(chǎn)物15N-甘氨酸通常需要采用離子交換樹脂柱進(jìn)行分離提純，既降低了甘氨酸得率，又延長了合成時(shí)間。該方法是經(jīng)典的15N標(biāo)記物制備方法，可用于15N-甘氨酸及其衍生物的合成(S.Z.Wang，J.Jiang，W.M.Li，et al；Synthesis and analysis of15N-glycine，Zhonghua Heyixue，3(4)，224-7(Chinese)1983；K.Gunnarsson，Ulf Ragnarsson，Synthesis of Boc-15N-glycine，Pept.1990，Proc.Eur.Pept.Symp.，21st，Meeting Date 1990，307-8.Edited byGiralt，Ernest；Andreu，David.ESCOM Sci.Publ.Leiden，Neth.(English)1991；H.Engelmann，H.Niclas，A.Dauert，Preparation of glycine-15N，D5 withmore than 99％isotopic enrichment，Ger.(East)DD 254190，1988)。其他15N-甘氨酸合成法未見報(bào)道。
天然豐度甘氨酸的合成方法有以下幾種(1)氯乙酸胺化法(朱世英，郎建平，甘氨酸合成工藝研究，浙江化工，1990，21(3)40-43)。該法使用液氨與氯乙酸反應(yīng)(時(shí)間較長，48h以上)，產(chǎn)物甘氨酸和氯化銨用大量甲醇分離。其特點(diǎn)是，液氨對氯乙酸比高達(dá)601mol以上，氨的利用率過低，甘氨酸的收率也較低(按氯乙酸計(jì)算為50％左右)，反應(yīng)周期較長(60-70h)，用甲醇分離甘氨酸和氯化銨的效果并不理想，需要多次才能獲得高的甘氨酸純度，因此會造成甘氨酸的流失。如采用烏洛托品(六亞甲基四胺)為催化劑，并使用甲/乙醇-水溶劑，可提高產(chǎn)率、降低液氨對氯乙酸比和縮短反應(yīng)時(shí)間(遲永祥，甘氨酸合成工藝研究，四川聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版)，1997，1(3)38-41；周世賢，隋升，醇相法生產(chǎn)甘氨酸，沈陽化工學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，11(3)193-195)。但由于含氮的烏洛托品參與反應(yīng)過程，還會釋放出氨，使用天然豐度的烏洛托品會明顯降低產(chǎn)品15N-甘氨酸的15N的豐度。
(2)Strecker法(章思規(guī)，精細(xì)有機(jī)化學(xué)品技術(shù)手冊(下冊)，北京，科學(xué)出版社，1083-1084；化學(xué)工業(yè)部科學(xué)技術(shù)情報(bào)所，世界精細(xì)化工手冊，北京，化學(xué)工業(yè)部科學(xué)技術(shù)情報(bào)所，1982，12)。該法以甲醛、氰化鉀/鈉和氨或銨反應(yīng)，分別經(jīng)過酸、堿分解得到甘氨酸。其工藝成熟、成本低、收率較高(70％左右)，但工藝路線較長，使用劇毒氰化物為原料，反應(yīng)中有HCN逸出，因此對設(shè)備和三廢處理的要求較高，歐美和日本多采用該法。
上述兩法是目前工業(yè)上生產(chǎn)天然豐度甘氨酸的主要方法，此外還有(3)氨化還原法(William Montgomery Hearon，Producing glycine by thereductive amination of glyoxylic acid，US4073804，1976)。該法使用銠/活性炭催化劑，乙醛酸氨化還原合成甘氨酸。特點(diǎn)是，只有一個(gè)多步的連串反應(yīng)，路線短，但反應(yīng)時(shí)間不短(2g甘氨酸8h)；甘氨酸產(chǎn)率高，達(dá)96％(按乙醛酸計(jì)算)；但銠/活性炭催化劑價(jià)格高，使用乙醛酸易產(chǎn)生氨基二乙酸等副產(chǎn)物，并且由于產(chǎn)生的甘氨酸沉淀在催化劑上，催化劑使用量較大。該方法可用于幾克產(chǎn)品的合成，但不適宜幾十克至100克量的合成。
(4)乙醇腈-碳酸銨法(K.Fujiwara，N.Ueda，T.Sakamoto，et al，Preparationof glycine from glycolonitrile，JP 02045455，1990)。其特點(diǎn)乙醇腈和碳酸銨在較高的反應(yīng)溫度和壓力(170℃，48kg)下“一鍋煮”，反應(yīng)路線短，但副產(chǎn)物較多，甘氨酸得率為43.2％(按NH4+計(jì)算)，產(chǎn)量也較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以15N-氨、甲醛和鹵乙酸為原料合成15N-甘氨酸的方法。該合成方法簡單、易行，并適合于批量生產(chǎn)。
本發(fā)明的15N-甘氨酸的合成方法，由15N-氨基甲醇和鹵乙酸季銨鹽在醇溶液中反應(yīng)制備而成，15N-氨基甲醇和鹵乙酸季銨鹽的配比為10～0.1∶1mol，反應(yīng)溫度為20～90℃，反應(yīng)時(shí)間為0.1～14小時(shí)，反應(yīng)pH值為6～10。
所述的15N-氨基甲醇由甲醛溶于醇溶液與15N-氨反應(yīng)生成，15N-氨和甲醛的配比為10～0.1∶1mol，反應(yīng)溫度為0～70℃，醇的用量為20～300ml醇/mol15N-氨。
所述的鹵乙酸季銨鹽由鹵乙酸溶于醇溶液與叔胺反應(yīng)生成，鹵乙酸與叔胺的配比為10～0.1∶1mol，反應(yīng)溫度為30～80℃，反應(yīng)時(shí)間為0.2～6小時(shí)，醇的用量為20～300ml醇/mol鹵乙酸。
所述的15N-氨基甲醇和鹵乙酸季銨鹽的配比為5～0.5∶1mol，反應(yīng)溫度為30～80℃，反應(yīng)時(shí)間為0.2～8小時(shí)，反應(yīng)pH值為7～9。
所述的15N-氨和甲醛的配比為5～0.5∶1mol，反應(yīng)溫度為15～50℃，醇的用量為40～200ml醇/mol15N-氨。
所述的鹵乙酸與叔胺的配比為5～0.5∶1mol，反應(yīng)溫度為40～70℃，反應(yīng)時(shí)間為0.4～3小時(shí)，醇的用量為40～200ml醇/mol鹵乙酸。
所述的15N-氨基甲醇為15N-甲醇胺或15N-甲醇胺與15N-二甲醇胺的混合物。
所述的醇選自甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇和叔丁醇。
所述的15N-氨選自15N-氨氣、15N-氨水和15N-液氨，優(yōu)選15N-氨氣；所述的15N-氨氣、15N-氨水和15N-液氨由15N-氨氣、15N-氨水、15N-尿素、15N-液氨或15N-銨鹽中產(chǎn)生，其中的15N-銨鹽選自15N-硫酸銨、15N-氯化銨、15N-碳酸銨、15N-碳酸氫銨、15N-硝酸銨、15N-磷酸銨、15N-甲酸銨、15N-乙酸銨、15N-丙酸銨和15N-丁酸銨。
所述的甲醛選自甲醛氣、甲醛溶液和仲甲醛，優(yōu)選甲醛氣和仲甲醛。
所述的鹵乙酸選自溴乙酸、氯乙酸和碘乙酸。
所述的叔胺選自三烷基胺和脂環(huán)叔胺，三烷基胺包括三甲胺、三乙胺、三丙胺和三丁胺。
15N-甘氨酸粗品經(jīng)重結(jié)晶和真空干燥后為白色結(jié)晶，本發(fā)明方法合成的15N-甘氨酸產(chǎn)品的15N豐度采用Delta S氣體同位素質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行分析，顯示15N豐度大于99％；產(chǎn)品純度使用凱氏定氮法進(jìn)行分析，顯示純度大于99％；熔點(diǎn)采用WRS-1B數(shù)字熔點(diǎn)儀測量，顯示熔點(diǎn)為232～234℃。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1在3000ml三口燒瓶中加入3mol甲醛氣和300ml丙醇，在攪拌下通入3mol15N-氨氣(15N豐度99.5％)，反應(yīng)溫度控制在20-25℃，制備出15N-氨基甲醇(15N-甲醇胺和15N-二甲醇胺的混合物)。(本反應(yīng)回收15N-氨氣約1mol)。
另在3000ml三口燒瓶中加入3mol溴乙酸和300ml丙醇，在攪拌下滴加6mol三丁胺，反應(yīng)溫度控制在55℃，加完三丁胺后，繼續(xù)在55℃下攪拌2小時(shí)，制備出溴乙酸季胺鹽。
將上述含有溴乙酸季胺鹽的溶液加到上述含有15N-氨基甲醇的溶液中，調(diào)節(jié)pH值為8，升溫到55℃，反應(yīng)4小時(shí)，生成的15N-甘氨酸以白色晶體析出。過濾、重結(jié)晶得112.6克15N-甘氨酸，經(jīng)分析檢測表明，15N豐度為99.3％，純度為99.1％，15N-甘氨酸得率為71.6％(按消耗的15N-氨氣計(jì)算，下同)，熔點(diǎn)為232.3～233.5℃。
實(shí)施例2基本步驟同實(shí)施例1，用三丙胺代替三丁胺，得111.3克15N-甘氨酸，經(jīng)分析檢測表明，15N豐度為99.3％，純度為99.0％，15N-甘氨酸得率為71.2％，熔點(diǎn)為232.0～233.1℃。
實(shí)施例3基本步驟同實(shí)施例1，用乙醇代替丙醇，得109.6克15N-甘氨酸，經(jīng)分析檢測表明，15N豐度為99.3％，純度為99.2％，15N-甘氨酸得率為70.7％，熔點(diǎn)為232.0～233.2℃。
實(shí)施例4基本步驟同實(shí)施例3，溴乙酸季胺鹽與15N-氨基甲醇的反應(yīng)溫度由55℃改為65℃，反應(yīng)時(shí)間由4小時(shí)改為1.5小時(shí)，得114.2克15N-甘氨酸，經(jīng)分析檢測表明，15N豐度為99.3％，純度為98.8％，15N-甘氨酸得率為72.1％，熔點(diǎn)為231.8～232.9℃。
實(shí)施例5基本步驟同實(shí)施例1，用氯乙酸代替溴乙酸，得107.3克15N-甘氨酸，經(jīng)分析檢測表明，15N豐度為99.3％，純度為98.8％，15N-甘氨酸得率為70.2％，熔點(diǎn)為231.2～232.7℃。
實(shí)施例6在3000ml三口燒瓶中加入3mol溴乙酸和300ml丙醇，在攪拌下滴加6mol三丁胺，反應(yīng)溫度保持在55℃，加畢，繼續(xù)在55℃下攪拌2小時(shí)，制備出溴乙酸季胺鹽，然后加入甲醛3mol，通入3mol15N-氨氣，控制反應(yīng)溫度在20-25℃，制備出15N-氨基甲醇(15N-甲醇胺和15N-二甲醇胺的混合物)。生成的15N-氨基甲醇進(jìn)一步與鹵乙酸季銨鹽在55℃下反應(yīng)4小時(shí)，生成的15N-甘氨酸以白色晶體析出，過濾、重結(jié)晶得111.2克15N-甘氨酸，經(jīng)分析檢測表明，15N豐度為99.3％，純度為99.0％，15N-甘氨酸得率為71.0％，熔點(diǎn)為232.0～233.1℃。
實(shí)施例7在3000ml三口燒瓶中加入1mol甲醛氣和200ml異丙醇，在攪拌下加入10mol15N-氨水(15N豐度99.5％)，反應(yīng)溫度控制在10-15℃，制備出15N-氨基甲醇(15N-甲醇胺和15N-二甲醇胺的混合物)。
另在5000ml三口燒瓶中加入10mol碘乙酸和2000ml異丙醇，在攪拌下滴加1mol三乙胺，反應(yīng)溫度控制在30-35℃，加完三乙胺后，繼續(xù)在30-35℃下攪拌5小時(shí)，制備出碘乙酸季胺鹽。
將上述含有碘乙酸季胺鹽的溶液加到上述含有15N-氨基甲醇的溶液中，調(diào)節(jié)pH值為7，升溫到35℃，反應(yīng)10小時(shí)，生成的15N-甘氨酸以白色晶體析出。
實(shí)施例8在3000ml三口燒瓶中加入2mol仲甲醛和100ml甲醇，在攪拌下加入0.4mol15N-液氨(15N豐度99.5％)，反應(yīng)溫度控制在50-60℃，制備出15N-氨基甲醇(15N-甲醇胺和15N-二甲醇胺的混合物)。
另在3000ml三口燒瓶中加入1mol溴乙酸和100ml甲醇，在攪拌下滴加2mol三甲胺，反應(yīng)溫度控制在75℃，加完三甲胺后，繼續(xù)在75℃下攪拌0.5小時(shí)，制備出溴乙酸季胺鹽。
將上述含有溴乙酸季胺鹽的溶液加到上述含有15N-氨基甲醇的溶液中，調(diào)節(jié)pH值為9，升溫到70℃，反應(yīng)0.5小時(shí)，生成的15N-甘氨酸以白色晶體析出。
實(shí)施例9在3000ml三口燒瓶中加入3mol甲醛溶液和300ml正丁醇，在攪拌下加入15mol15N-液氨(15N豐度99.5％)，反應(yīng)溫度控制在5-10℃，制備出15N-氨基甲醇(15N-甲醇胺和15N-二甲醇胺的混合物)。
另在3000ml三口燒瓶中加入5mol氯乙酸和300ml正丁醇，在攪拌下滴加1mol三丁胺，反應(yīng)溫度控制在30℃，加完三丁胺后，繼續(xù)在30℃下攪拌6小時(shí)，制備出氯乙酸季胺鹽。
將上述含有氯乙酸季胺鹽的溶液加到上述含有15N-氨基甲醇的溶液中，調(diào)節(jié)pH值為6，升溫到30℃，反應(yīng)14小時(shí)，生成的15N-甘氨酸以白色晶體析出。
實(shí)施例10
在3000ml三口燒瓶中加入3mol甲醛氣和500ml叔丁醇，在攪拌下通入9mol15N-氨氣(15N豐度99.5％)，反應(yīng)溫度控制在70℃，制備出15N-氨基甲醇(15N-甲醇胺和15N-二甲醇胺的混合物)。
另在3000ml三口燒瓶中加入3mol碘乙酸和1000ml叔丁醇，在攪拌下滴加1mol三丙胺，反應(yīng)溫度控制在80℃，加完三丙胺后，繼續(xù)在80℃下攪拌0.1小時(shí)，制備出碘乙酸季胺鹽。
將上述含有碘乙酸季胺鹽的溶液加到上述含有15N-氨基甲醇的溶液中，調(diào)節(jié)pH值為10，升溫到90℃，反應(yīng)0.2小時(shí)，生成的15N-甘氨酸以白色晶體析出。
權(quán)利要求
1.一種15N-甘氨酸的合成方法，其特征在于由15N-氨基甲醇和鹵乙酸季銨鹽在醇溶液中反應(yīng)制備而成，15N-氨基甲醇和鹵乙酸季銨鹽的配比為10～0.1∶1mol，反應(yīng)溫度為20～90℃，反應(yīng)時(shí)間為0.1～14小時(shí)，反應(yīng)pH值為6～10。
2.如權(quán)利要求1所述的15N-甘氨酸的合成方法，其特征在于所述的15N-氨基甲醇由甲醛溶于醇溶液與15N-氨反應(yīng)生成，15N-氨和甲醛的配比為10～0.1∶1mol，反應(yīng)溫度為0～70℃，醇的用量為20～300ml醇/mol15N-氨。
3.如權(quán)利要求1所述的15N-甘氨酸的合成方法，其特征在于所述的鹵乙酸季銨鹽由鹵乙酸溶于醇溶液與叔胺反應(yīng)生成，鹵乙酸與叔胺的配比為10～0.1∶1mol，反應(yīng)溫度為30～80℃，反應(yīng)時(shí)間為0.2～6小時(shí)，醇的用量為20～300ml醇/mol鹵乙酸。
4.如權(quán)利要求1所述的15N-甘氨酸的合成方法，其特征在于所述的15N-氨基甲醇和鹵乙酸季銨鹽的配比為5～0.5∶1mol，反應(yīng)溫度為30～80℃，反應(yīng)時(shí)間為0.2～8小時(shí)，反應(yīng)pH值為7～9。
5.如權(quán)利要求2所述的15N-甘氨酸的合成方法，其特征在于所述的15N-氨和甲醛的配比為5～0.5∶1mol，反應(yīng)溫度為15～50℃，醇的用量為40～200ml醇/mol15N-氨。
6.如權(quán)利要求3所述的15N-甘氨酸的合成方法，其特征在于所述的鹵乙酸與叔胺的配比為5～0.5∶1mol，反應(yīng)溫度為40～70℃，反應(yīng)時(shí)間為0.4～3小時(shí)，醇的用量為40～200ml醇/mol鹵乙酸。
7如權(quán)利要求1或2所述的15N-甘氨酸的合成方法，其特征在于所述的15N-氨基甲醇為15N-甲醇胺或15N-甲醇胺與15N-二甲醇胺的混合物。
8.如權(quán)利要求1或2或3所述的15N-甘氨酸的合成方法，其特征在于所述的醇選自甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇和叔丁醇。
9.如權(quán)利要求2所述的15N-甘氨酸的合成方法，其特征在于所述的15N-氨選自15N-氨氣、15N-氨水和15N-液氨，優(yōu)選15N-氨氣；所述的15N-氨氣、15N-氨水和15N-液氨由15N-氨氣、15N-氨水、15N-尿素、15N-液氨或15N-銨鹽中產(chǎn)生，其中的15N-銨鹽選自15N-硫酸銨、15N-氯化銨、15N-碳酸銨、15N-碳酸氫銨、15N-硝酸銨、15N-磷酸銨、15N-甲酸銨、15N-乙酸銨、15N-丙酸銨和15N-丁酸銨。
10.如權(quán)利要求2所述的15N-甘氨酸的合成方法，其特征在于所述的甲醛選自甲醛氣、甲醛溶液和仲甲醛，優(yōu)選甲醛氣和仲甲醛。
11.如權(quán)利要求3所述的15N-甘氨酸的合成方法，其特征在于所述的鹵乙酸選自溴乙酸、氯乙酸和碘乙酸。
12.如權(quán)利要求3所述的15N-甘氨酸的合成方法，其特征在于所述的叔胺選自三烷基胺和脂環(huán)叔胺，三烷基胺包括三甲胺、三乙胺、三丙胺和三丁胺。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種
文檔編號C07C227/00GK1772727SQ200410067990
公開日2006年5月17日 申請日期2004年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月10日
發(fā)明者盧偉京, 徐建飛, 宋明鳴, 趙誠 申請人:上?；ぱ芯吭?br>