一种α-氨基酸的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种α‑氨基酸的合成方法，属于有机化学、药物化学以及蛋白质化学领域，该方法使用太阳光或者可见光为能量来源，外加电子供体，以二氧化碳和亚胺化合物为原料，常温常压的条件下合成α‑氨基酸的方法。原料便宜易得；反应条件极度温和；使用常压二氧化碳气体，避免了昂贵且危险的高压反应装置；可使用清洁且无限的太阳光作为能源来源；反应完成后，产物自动从体系中以固体形式析出，简单过滤即可得到目标产物，避免了后续纯化操作。

A method for the synthesis of alpha amino acids

The invention discloses a synthesis method of alpha-amino acid, which belongs to the field of organic chemistry, pharmaceutical chemistry and protein chemistry. The method uses sunlight or visible light as energy source, adds electron donor, takes carbon dioxide and imine compound as raw materials, and synthesizes alpha-amino acid under normal temperature and pressure. Raw materials are cheap and easy to obtain; reaction conditions are extremely mild; atmospheric carbon dioxide gas is used to avoid expensive and dangerous high-pressure reaction devices; clean and unlimited sunlight can be used as a source of energy; after the reaction is completed, the product is automatically precipitated from the system in the form of solid, simple filtration can be achieved to avoid the target product. Subsequent purification operation.

【技术实现步骤摘要】
一种α-氨基酸的合成方法
本专利技术涉及有机化学、药物化学以及蛋白质化学领域，特别涉及通过有机合成手段制备α-氨基酸的方法。
技术介绍
α-氨基酸是构成蛋白质的基本骨架，其在蛋白质合成领域、有机化学领域、药物化学领域等多个领域具有非常重要的地位。而目前常用的化学合成α-氨基酸的方法大多具有各种缺点，例如氰化物的方法需要使用剧毒的原料，其它方法所使用的原料价格昂贵。使用二氧化碳作为原料合成α-氨基酸将是非常具有前景的方法。然而目前现有的使用二氧化碳的方法都需要使用苛刻的反应条件，例如高压气体、高温反应等，使大规模生产很难进行以及造成大量能源消耗。本专利技术提供一种以太阳光或者可见光为能量来源，以二氧化碳和亚胺化合物为原料，在常温常压的条件下合成α-氨基酸的方法。本方法具有反应条件温和(常温常压)、使用清洁能源(太阳光或可见光)、反应原料廉价(二氧化碳和亚胺)、产物分离简单(过滤)等优势，因此具有极为广阔的应用前景。由于其重要的作用，化学家很早就开始研究探索α-氨基酸的合成。早在1850年，德国化学家Streker等人使用亚胺为原料，氰化钾作为亲核试剂进攻亚胺生成中间体α-氰基胺。该中间体在高温强酸条件下水解生成α-氨基酸。该方法作为最经典的合成α-氨基酸的方法使用至今。但其缺点是必须使用剧毒物质氰化钾，以及反应条件比较苛刻。(JustusLiebigsAnn.Chem.1850，75.27)亚胺是最理想的氨基源，二氧化碳是最理想的羧基源。因此使用亚胺和二氧化碳直接合成氨基酸就成为最理想的方法。而难点在于亚胺和二氧化碳都是亲电试剂，很难使用传统方法将二者偶联。因此人们开始尝试将亚胺转化成为亲核中间体。2011年日本人Sato报道了将亚胺和金属锡试剂混合会生成α-锡胺中间体，该中间体是亲核的，可以进攻二氧化碳从而生成α-氨基酸。随后同一个小组发现硅硼试剂同样可以进行类似转化，来合成α-氨基酸。但其缺点是需要使用当量甚至超当量的金属锡试剂或者硅硼试剂，并且必须使用高压二氧化碳以及高温等苛刻的反应条件。(Angew.Chem.Int.Ed.2011，50，1393，Org.Lett.2012，14，6202，Chem.Eur.J.2013，19，1123)(X＝SnorSi)随后，在2013年，Radosevich等人报道了使用金属镁将亚胺转化成α-镁胺中间体，同样可以进攻二氧化碳生成α-氨基酸。其缺点是需要使用超过当量的金属镁，以及高压二氧化碳气体。(Chem.Commun.2013，49，5040)2016年，Lu等人使用强碱将丙烯胺转化成其负离子中间体，该中间体作为亲核试剂可以进攻二氧化碳。其缺点是只能使用丙烯胺类原料，而且条件非常苛刻，必须使用强碱和高压二氧化碳。(Chem.Eur.J.2016，22，17156-17159)
技术实现思路
我们专利技术了一种极具工业生产优势的α-氨基酸的合成方法。该方法使用太阳光或者可见光为能量来源，外加电子供体，以二氧化碳和亚胺化合物为原料，常温常压的条件下合成α-氨基酸的方法。该方法的反应通式如下：所述的亚胺结构式如下：其中，Ar基团包括但不限于芳基、杂原子芳基等化学基团，例如苯基，吡啶，呋喃，噻吩及其类似物。所述的Ar为苯基，呋喃，噻吩。所述的苯基取代基不同或相同，取代基为氯原子，氟原子，溴原子，甲基，乙基，正丙基，异丙基，甲氧基，三氟甲基，氰基，羟基，氨基，硝基，羧基，酯基等，相同的取代基取代位置不同。R1和R2基团包括但不限于氢、烷基、芳基、杂原子芳基等化学基团，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、新丁基等各类烷基，苯基，吡啶，呋喃，噻吩及其类似物等各类芳基。hv可为各种光源，包括但不限于人造可见光源、太阳光等。PC可为多种光敏催化剂，包括但不限于光敏铱催化剂，钌催化剂等，催化剂结构如下：对于钌催化剂，X可为碳或者氮。对于铱催化剂，R3，R4，R5，R6取代基可为氢，氟，叔丁基等取代基。使用这些催化剂均可得到目标产物，其中本专利技术选择的最优催化剂是R3，R4和R5为氢，R6为叔丁基的铱催化剂，命名为Ir-7。具体催化剂结构如下：电子供体可为多种电子供体，包括但不限于各种胺类化合物，例如二甲胺，三甲胺，二乙胺，三乙胺，二异丙基甲胺，二异丙基乙胺，二环己基甲胺，二环己基乙胺，二芳基胺，三芳基胺等。溶剂为各种常用有机溶剂，包括但不限于乙腈，乙醇，乙酸乙酯，甲苯，DMF等。经过优化条件，本专利技术所使用的最优催化剂为联吡啶铱催化剂(Ir-7)，最优电子供体是二环己基甲胺，最优溶剂是乙腈，光源是蓝色LED光源或者太阳光。本专利技术在对亚胺和二氧化碳的反应研究的基础上，开发了使用可见光(太阳光)作为能量来源，辅以价格便宜的电子供体二环己基甲胺，最终成功实现了常温常压条件合成氨基酸化合物的方法。本专利技术的优势主要表现在以下几个方面：原料便宜易得；反应条件极度温和；使用常压二氧化碳气体，避免了昂贵且危险的高压反应装置；可使用清洁且无限的太阳光作为能源来源；反应完成后，产物自动从体系中以固体形式析出，简单过滤即可得到目标产物，避免了后续纯化操作；极易放大生产，我们已成功实现10克级的反应测试。附图说明图1为实施例中4a的H谱图图2为实施例中4a的C谱图图3为实施例中4b的H谱图图4为实施例中4b的C谱图图5为实施例中4c的H谱图图6为实施例中4c的C谱图图7为实施例中4d的H谱图图8为实施例中4d的C谱图图9为实施例中4e的H谱图图10为实施例中4e的C谱图图11为实施例中4f的H谱图图12为实施例中4f的C谱图图13为实施例中4g的H谱图图14为实施例中4g的C谱图图15为实施例中4h的H谱图图16为实施例中4h的C谱图图17为实施例中4i的H谱图图18为实施例中4i的C谱图图19为实施例中4j的H谱图图20为实施例中4j的C谱图图21为实施例中4k的H谱图图22为实施例中4k的C谱图图23为实施例中4l的H谱图图24为实施例中4l的C谱图图25为反应装置以及流程示意图。A：反应前为澄清透明液体。B：半小时太阳光照的反应装置。B`：反应半小时后，反应液变浑浊。C：6小时太阳光照的反应装置。C`：反应6小时后，可见明显的沉淀析出。D：简单过滤后得到目标产物。具体实施方式一、人造可见光源促使的以二氧化碳为原料的α-氨基酸的合成。亚胺(0.2毫摩尔)，催化剂(0.9毫克，0.5mol％)，二环己基甲胺(85.6微升，0.4毫摩尔)溶解在1毫升乙腈中。搅拌的条件下通入二氧化碳常压气体。该反应体系在人造可见光源(11.52W蓝色LED灯)的照射下反应10个小时。反应结束后，目标产物以白色沉淀的形式析出。过滤、干燥除去溶剂后得到白色固体。经过分析，该白色固体为目标产物α-氨基酸的二环己基氨盐。1.人造可见光源促使的以Ir-7为催化剂以二氧化碳为原料的α-氨基酸的合成实施例12-(苄基氨基)-2，2-二苯基乙酸二环己基胺盐(4a)。按照典型实验过程，用酮亚胺N-苄基-1，1-二苯基甲亚胺(54.2毫克，0.2毫摩尔)，催化剂铱-7(0.9毫克，0.5mol％)，N，N-二环己基甲胺(85.6微升，0.4毫摩尔)，二氧化碳(在气球中)，2毫升乙腈，进行反应。反应结束后，通过过滤得到目标产物，该产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种α‑氨基酸的合成方法，其特征在于：以二氧化碳和亚胺化合物为原料，常温常压，在光源以及光敏催化剂的条件下，与电子供体合成α‑氨基酸

【技术特征摘要】
1.一种α-氨基酸的合成方法，其特征在于：以二氧化碳和亚胺化合物为原料，常温常压，在光源以及光敏催化剂的条件下，与电子供体合成α-氨基酸其中，所述的亚胺化合物中的Ar基团包括芳基、杂原子芳基、含有取代基或不含取代基的苄基；R1和R2基团包括氢、烷基、芳基、杂原子芳基、含有取代基或不含取代基的苄基；所述的光源包括人造可见光源、太阳光；所述的光敏催化剂包括光敏铱催化剂，钌催化剂；所述的电子供体包括胺类化合物。2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于：所述的Ar为含有取代基的苯基，呋喃，噻吩；所述的含有取代基的苯基中取代基为氯原子，氟原子，溴原子，甲基，乙基，正丙基，异丙基，甲氧基，三氟甲基，氰基，羟基，氨基，硝基，羧基，酯基，取代基不同或相同，相同的取代基取代位置不同。3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于：所述的亚胺结构式如下4.根据权利要求1所述的合成方...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊新元，龚旭，马梦月，汪锐，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32