一种稳定同位素氘标记α-氨基酸的合成方法技术

本发明专利技术涉及一种稳定同位素氘标记α‑氨基酸的合成方法，以一个或多个氘标记卤代物为标记前体和邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯钠盐反应，得到一个或多个氘取代邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯，再经水解后得到稳定同位素氘标记α‑氨基酸。与现有技术相比，本发明专利技术公开的合成方法简单，安全，可靠，产品经简单分离提纯后，化学纯度达99％以上，同位素丰度在99％以上，可应用于蛋白质代谢示踪、食品安全检测等领域。

Synthesis of a stable isotope deuterium labeled alpha amino acid

The present invention relates to a synthetic method of stable isotope deuterium labeled alpha amino acids. One or more deuterium labeled halides are used as labelled precursors and the sodium salt of phthalimide malonic acid two methyl ester, and one or more deuterium substituted phthalimide malonic acid two methyl ester is obtained, and then the stable isotope deuterium mark is obtained after hydrolysis. Remember the alpha amino acid. Compared with the existing technology, the synthetic method disclosed by the invention is simple, safe and reliable. After simple separation and purification, the chemical purity of the product is above 99% and the isotopic abundance is above 99%, which can be used in the fields of protein metabolism tracer, food safety detection and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种稳定同位素氘标记α-氨基酸的合成方法
本专利技术涉及一种同位素标记氨基酸的合成方法，尤其是涉及一种稳定同位素氘标记α-氨基酸的合成方法。
技术介绍
氨基酸(aminoacid)是所有生命物质结构的原始单位，其组成的蛋白质(protein)、多肽(polypeptide)以及体内的酶(enzyme)可以通过组织构造和酶等生理单位经过复杂的生化途径来获取和分配能源，从而维持生命体的本质特征。氘是氢元素的稳定同位素之一，可以用作示踪元素广泛应用于生物化学、医学、药物学、农业科学等领域。氘标记氨基酸和多肽是研究医学和生命科学的重要工具。基于氘代氨基酸与普通氨基酸结构一致、性质相似、稳定无放射性的特点，氘代氨基酸可作为示踪剂和内标物广泛应用于临床医学中的体内外代谢、疾病诊断，生物学中人与动物、植物、微生物的一些生理机制以及揭示生物细胞内理化过程的研究，在生命科学以及其它领域中发挥着必不可少的作用。例如:在人体总体蛋白质代谢的研究中，通过对肠道和静脉给予两种不同同位素标记的同种氨基酸，根据示踪氨基酸在体内循环系统中同位素丰度的差别，从而对经内脏器官首过效应后总体蛋白质所代谢的氨基酸与血液中的氨基酸的差异性比较来研究蛋白质的代谢；在慢性肝病的研究中，将氘代氨基酸按比例混合后一次快速静脉注射，并对血样处理经质谱分析，得出慢性肝病患者存在其特定的氨基酸代谢模式。在生物学研究中，可监测单位时间内某种游离的同位素标记的氨基酸经多聚核糖体装配形成蛋白质的比率来测得蛋白质的合成率；在细胞培养过程中，可应用氨基酸同位素标记技术将原有氨基酸替换成稳定同位素标记的氨基酸以实现对蛋白的精确定量以及其他生物学研究。目前合成氘代氨基酸的方法主要有重水交换法、化学合成法和生物合成法。最为简单的是重水交换法，其原理是将重水中的氘原子和氨基酸中的氢原子进行同位素相互替换，但它需根据氨基酸自身的Pka值在酸性或碱性条件下，通过高温高压的反应环境以及多次的氢-氘交换来进行氘代合成，耗时长，能耗高，选择性低；生物合成法则是在动物、植物、酶(主要是酶)或者是微生物的生理代谢过程中引入同位素进而得到需要的标记化合物，该法能够合成一些结构复杂，具有一定生物活性的化合物，但受制于酶的种类及活性，能够合成的氘标记氨基酸较少。化学合成法是运用相关的化学反应原理，将含有或不含有同位素的反应原料，通过化学合成的手段制备出所需要的标记化合物。通过化学合成的氘代氨基酸其构型明确且氘代位置可以控制，并且反应简单，氘原子利用率高。化学合成法是目前获取氘代氨基酸衍生物的最主要途径。国外以美国CIL公司为代表的同位素公司在同位素标记试剂方面已形成较为完整的技术和产品链，但出于技术保密和产品垄断等原因，有关同位素内标试剂合成的各类技术文献和专利几乎未见完整的报道。Oba等以氮BOC保护的4-氧代-L-脯氨酸甲酯为起始反应物经过13步(2S,3S,4R)-[3,4,5,5,5-2H5]-4-甲基亮氨酸；Blomquist等2-丁炔二酸钾作为起始物，经过10步反应得到DL-[2,3,3,4,4-2H5]谷氨酸；Baldwin等以β-内酰胺类化合物为起始物经过8步(2R，3S)[4,4,4-2H3]缬氨酸；Blomquist等以氘代苯作为起始原料，经过7步反应得到L-[2,3,4,5,6,α,α,β-2H8]苯丙氨酸。这些氨基酸的合成方法，反应步骤长，反应时间长，同位素原子利用率低，容易造成丰度稀释。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工艺路线简单、反应迅速、易于制备的稳定同位素氘标记α-氨基酸合成方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种稳定同位素氘标记α-氨基酸的合成方法，采用改进的盖博瑞尔法，以一个或多个氘标记卤代物为标记前体，和邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯钠盐反应，得到一个或多个氘取代邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯，再经水解后得到稳定同位素氘标记α-氨基酸。具体工艺路线如下：稳定同位素氘标记α-氨基酸合成路线：在本专利技术中，氘代取代邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯是由邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯钠盐和氘标记卤代物，在液相环境中合成的。所述的液相环境为氯仿、DMF、DMSO、二氧六环、四氢呋喃等的一种或几种混合；所述邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯钠盐和氘标记卤代物的摩尔比可以为1：1～1：10；反应温度可以为-50～100℃，反应时间为0.5～12小时。作为优选的实施方式，液相环境为氯仿、DMF、二氧六环中的一种或几种混合、邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯钠盐和氘标记卤代物的摩尔比为1：1-1：3、反应温度为-20～80℃、反应时间为0.5-8小时。在本专利技术中，稳定同位素氘标记氨基酸的合成是由氘代取代邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯在碱性条件下水解得到的。所述的碱性环境为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、三乙胺、乙二胺等的一种或几种混合；所述的氘代取代邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯与碱的摩尔比为1:1～1:10；反应温度为0～200℃；反应时间为0.5～12小时；作为优选的实施方式，碱性环境为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、三乙胺中的一种或几种、邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯与碱的摩尔比为1:1-1:4、反应温度为30-120℃、反应时间为0.5～8小时。在本专利技术中，所用的氘代卤代物为氘代碘甲烷、氘代2-溴丙烷、氘代2-氯丙烷、氘代1-溴丙烷、氘代1-氯丙烷、氘代2-甲基溴丙烷、氘代2-甲基氯丙烷、氘代2-溴丁烷、氘代2-氯丁烷、氘代1-溴丁烷、氘代1-氯丁烷、氘代溴化苄、氘代氯化苄、氘代甲基-2-氯乙基硫醚、氘代甲基-2-溴乙基硫醚、氘代3-溴甲基吲哚、氘代3-氯甲基吲哚、氘代4-溴甲基咪唑、氘代4-氯甲基咪唑。制备得到的稳定同位素氘标记α-氨基酸为稳定同位素氘标记的丙氨酸、缬氨酸、正缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、正亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、色氨酸、组氨酸等，其分子结构式如下所示：丙氨酸：R＝CH2D或R＝CHD2或R＝CD3；缬氨酸：R＝CH3CDCH3或R＝CD3CDCD3或R＝CD3CHCD3或R＝CD3CDCH3或R＝CHD2CHCH3或R＝CH2DCHCH3或R＝CD3CHCH3或R＝CHD2CHCHD2或R＝CH2DCHCH2D或R＝CHD2CHCH2D或R＝CHD2CDCH2D或R＝CHD2CDCHD2；正缬氨酸：R＝CH3CH2CD2或R＝CH3CD2CH2或R＝CD3CH2CH2或R＝CH3CD2CD2或R＝CD3CD2CD2或R＝CD3CH2CD2或R＝CH2DCH2CH2或R＝CHD2CH2CH2或R＝CH2DCHDCH2或R＝CH2DCHDCHD或R＝CH3CHDCHD或R＝CHD2CD2CH2或R＝CH2DCD2CHD或R＝CHD2CD2CD2或R＝CHD2CH2CD2或R＝CD3CHDCH2或R＝CD3CHDCHD或R＝CD3CHDCD2；亮氨酸：R＝(CH3)2CDCH2或R＝(CH3)2CDCD2或R＝(CD3)2CDCH2或R＝(CD3)2CHCH2或R＝(CD3)2CDCD2或R＝(CD3)CH(CH3)CH2或R＝(CD3)CD(CH3)CH2或R＝(CD3)CD(CH3)CD2或R＝(CH3)2CHCD2；异亮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稳定同位素氘标记α‑氨基酸的合成方法，其特征在于，该方法以一个或多个氘标记卤代物为标记前体和邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯钠盐反应，得到一个或多个氘取代邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯，再经水解后得到稳定同位素氘标记α‑氨基酸。

【技术特征摘要】
1.一种稳定同位素氘标记α-氨基酸的合成方法，其特征在于，该方法以一个或多个氘标记卤代物为标记前体和邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯钠盐反应，得到一个或多个氘取代邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯，再经水解后得到稳定同位素氘标记α-氨基酸。2.根据权利要求1所述的一种稳定同位素氘标记α-氨基酸的合成方法，其特征在于，氘标记卤代物和邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯钠盐在液相环境中进行反应，所述的液相环境为氯仿、DMF、DMSO、二氧六环或四氢呋喃的一种或几种混合；所述的邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯钠盐和氘标记卤代物的摩尔比为1：1～1：10；反应温度为-50～100℃，反应时间为0.5～12小时。3.根据权利要求2所述的一种稳定同位素氘标记α-氨基酸的合成方法，其特征在于，液相环境优选氯仿、DMF、二氧六环中的一种或几种混合、邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯钠盐和氘标记卤代物的摩尔比优选1：1-1：3、反应温度优选-20～80℃、反应时间优选0.5-8小时。4.根据权利要求1所述的一种稳定同位素氘标记α-氨基酸的合成方法，其特征在于，所述的氘取代邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯在碱性条件下水解得到的稳定同位素氘标记α-氨基酸，所述的碱性环境为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、三乙胺或乙二胺中的一种或几种混合，所述的氘代取代邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯与碱的摩尔比为1:1～1:10；水解反应温度为0～200℃；反应时间为0.5～12小时。5.根据权利要求4所述的一种稳定同位素氘标记α-氨基酸的合成方法，其特征在于，碱性环境优选氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、三乙胺中的一种或几种、邻苯二甲酰亚胺丙二酸二甲酯与碱的摩尔比优选1:1-1:4、反应温度优选30-120℃、反应时间优选0.5～8小时。6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种稳定同位素氘标记α-氨基酸的合成方法，其特征在于，所述的氘标记卤代物为氘代碘甲烷、氘代2-溴丙烷、氘代2-氯丙烷、氘代1-溴丙烷、氘代1-氯丙烷、氘代2-甲基溴丙烷、氘代2-甲基氯丙烷、氘代2-溴丁烷、氘代2-氯丁烷、氘代1-溴丁烷、氘代1-氯丁烷、氘代溴化苄、氘代氯化苄、氘代甲基-2-氯乙基硫醚、氘代甲基-2-溴乙基硫醚、氘代3-溴甲基吲哚、氘代3-氯甲基吲哚、氘代4-溴甲基咪唑、氘代4-氯甲基咪唑。7.根据权利要求1、4或5所述的一种稳定同位素氘标记α-氨基酸的合成方法，其特征在于，制备得到的稳定同位素氘标记氨基酸为稳定同位素氘标记的丙氨酸、缬氨酸、正缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、正亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、色氨酸或组氨酸，其分子结构式如下所示：丙氨酸：R＝CH2D或R＝CHD2或R＝CD3；缬氨酸：R＝CH3CDCH3或R＝CD3CDCD3或R＝CD3CHCD3或R＝CD3CDCH3或R＝CHD2CHCH3或R＝CH2DCHCH3或R＝CD3CHCH3或R＝CHD2CHCHD2或R＝CH2DCHCH2D或R＝CHD2CHCH2D或R＝CHD2CDCH2D或R＝CHD2CDCHD2；正缬氨酸：R＝CH3CH2CD2或R＝CH3CD2CH2或R＝CD3CH2CH2或R＝CH3CD2CD2或R＝CD3CD2CD2或R＝CD3CH2CD2或R＝CH2DCH2CH2或R＝CHD2CH2CH2或R＝CH2DCHDC...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐仲杰，罗勇，钟佳琪，涂亚辉，孙雯，
申请(专利权)人：上海化工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31