N—乙酰—L—谷氨酸的制备
N—乙酰—L—谷氨酸的制备
第7期化学世界
?一乙酰一L一谷氨酸的制备
张小林,杨期勇,孙日圣
(南昌大学环境与化学
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
学院,江西南昌330029)
摘要:以L一谷氨酸为原料,在碱性条件下用乙酸酐作为乙酰化试剂一步合成?一乙酰一L一谷氨酸
的新工艺.获得最佳反应条件为:L一谷氨酸与乙酸酐的摩尔比为1.0:1.3,酰化试剂分3次加入;
反应pH值为8,10之间;反应温度控制在0,5.C;酸化结晶pH值为1.O,2.0;反应时间1,3
h.产品收率为72.0%.
关键词:N一乙酰一L一谷氨酸;N一乙酰化反应;L一谷氨酸
中图分类号:O629.71文献标识码:A
文章编号:0367—6358(2002)07—0363—03
ThePreparationofN—-acetyl—-L—-glutamicAcid
ZHANGXiao—lin,YANGQi—yong,SUNYue—sheng
(EnvironmentalandChemicalEngineeringSchool,NanchangUniversity,JiangxiNanchang330029,
China)
Abstract:Anewsyntheticmethod,inwhichN—acetylationofL—glutamicacidwasproceededinalkali
neSO—
lutionusingaceticanhydrideasacetylationagent,wasdescribed.Theoptimumconditionsforthereactio
n
wereobtained:molar.ratioofL—glutamicandaceticanhydridewas1.0:1.3,theacetylationagentwas
addedinthreeparts,thepHofthesolutionmustbewithin8.0,10.0duringreactionandin1.0,2.0
duringacidificationandcrystallization,thereactiontimewas1,3hours,thereactiontemperaturewas
controlledatO,5.C.Theyieldwas72%.
Keywords:N—acetyl—L—glutamicacid;N—acetylation:L—glutamicacid
?一乙酰化反应是生化及有机合成过程中的一
类重要反应.在生化及有机合成中,常利用?一乙酰
化来保护氨基以避免氨基酸在进行某些反应时被破
坏.?一乙酰一L一谷氨酸是一种重要的手性化合物拆
分试剂,主要应用于肉碱的化学拆分l1].作为一种手
性拆分试剂,它的纯度要求很高,给?一乙酰一L一谷氨
酸的合成带来较大的难度.
国内还未见?一乙酰一L一谷氨酸的合成研究报
道.国外对这方面也鲜有报道:1928年Bergmann[2]
提出了N一乙酰一L一谷氨酸的实验室制法,但该法分
离提纯的操作繁琐;1979年日本KokaiTokkyofi3]提
出了用棒状杆菌发酵法制备?一乙酰一L一谷氨酸,此
法对菌种的培养及选取需要做大量的工作.
本文以L一谷氨酸为原料,利用碱性水溶液作为
反应介质,经酰化反应合成?一乙酰一L一谷氨酸.着重
研究酰化试剂,反应温度,时间,反应pH值以及酸
化结晶pH值等因素对产品收率和纯度的影响,由
此确定较适宜的产品制造工艺.
1实验部分
1.1主要试剂和仪器
L一谷氨酸:分析纯,中国医药化学试剂公司;乙
酰氯:分析纯,中国医药化学试剂公司;乙醇:分析
纯,上海焱晨化工实业有限公司;乙酸酐:分析纯,上
海化学试剂总公司;冰醋酸:分析纯,上海化学试剂
总公司.
电动搅拌器:JJ一1型;WRS一1型数字熔点仪:上
收稿日期:2001—10-08;修回日期:2001—10—22
作者简介:张小林(1962~),男,硕士,副教授,主要从事有机化学合成及精细化工等方面的研究
和教学工作.
化学世界
海理光学仪器厂;傅里1I-r变换红外光谱仪:PE一
1730型,美国perkinElmer公司;AC一80FT型核磁
共振仪(瑞士).
1.2合成方法
将氢氧化钠溶液(2mol/l_)加入三口反应瓶
r{t,冷粕至0,5.C,在搅拌条件下加入L一谷氨酸,
藩解垴再搅拌1h.分3次同时缓慢滴加一定量的乙
酸酊和氢氧化钠溶液(4mol/i),反到规定的时
.
过滤除去杂质.七0入6mol/L的盐酸溶液至一定
值.冷却,昕}l{晶体,过滤,洗涤,干燥,得到粗
„
品重结晶,得到产率为72的合格产品.
i?品分析测定
晕结晶产品为白色晶体.溶水,微溶于乙醇,
.
一
薛,不溶于四氯化碳一:.氧甲烷,三氯甲烷等非
极性溶剂,符合一乙酰..I一谷氨酸的理化性质.
3.i熔.测定
用三海物理光学仪器厂生产的WRS一1型数字
测定合成品的熔点为l96,198.C(文献
J97,l99C)
1.3.2红外光谱
西省分析测试中心对本试验产品进行了红外
蝎红外光谱}睾j(图1).酰胺基特征吸收峰:
3267.?cnl(),1708.6cnl(.),1572.5cm
(d吸收带),1274.6-m(皿吸收带).
26002000180016001400l2001000
/cmI
圈1产品红外光谱
1.3.3核磁共振光谱
南昌大学分析测试中心对本样品进行仪器分析
后提供了核磁共振谱图(图2).特征化学位移:4.75
×10(a一(:氢质子),2.42×10(NH氢质子),2.
O5×10..(CH;CO氢质子).
2结果与讨论
2.1乙酰化试剂种类及用量对反应的影响
羧酸与姣的反应是合成酰胺的重要方法.由于
这一反应是一平衡反应,因此必须在反应过程中不
断蒸馏移去水分,我f『j在冰醋酸与谷氨酸的实验过
2002钲
图2产品核磁共振光谱
程中发现,反应要加热至15O.C才逐渐有水分馏出.
在高温条件下所使用的乙二醇溶剂与谷氨酸生成
酯,同时酰胺在酸性加热条件下又会不断地水解,导
致反应得不到产物.
乙酰氯是活泼的乙酰化试剂.需要现场制备.反
应过程中放出大量的热,反应温度难以控制,并且即
使在冰冷却条件下也会与水发生强烈反应,反应选
择性差.
由表1可以看出乙酸酐是最佳的乙酰化试剂,
乙酸酐的活性没有乙酰氯强,因此它与谷氨酸的反
应速度比乙酰氯慢.乙酸酐稍微过量可以使反应进
行得较为彻底,但过量太大则由于生成?,?一二乙
酰化产物的可能性增大,反而降低目标产物的收率.
表1乙酰化试剂对反应的影响
2.2反应体系中pH值对反应的影响
谷氨酸与乙酸酐的反应属于S2亲核取代反应
历程:
有文献报道_6,pH值呈碱性有利于氨基酸类物
质的乙酰化反应进行,在酸性条件下易生成一NH.
形式,不利于亲核进攻.但是反应液的OH一浓度过
高会加速乙酸酐的水解,因此反应液的pH值不宜
过高,同时反应会不断产生乙酸,所以在实际操作中
采用乙酸酐和氢氧化钠溶液同时加的方式,由图3
可知反应液的pH值在8,10之间为最佳.
2.3温度对反应结果的影响
谷氨酸的酰化反应是放热反应,低温条件下有
利于反应向我们所期望的方向进行,同时在高温条
件下乙酸酐在碱性条件下易发生水解反应,降低?一
乙酰一L一谷氨酸的产率.温度对反应的影响如表2.
第7期
75
7n
65
f60
瓣55
5【l
45
40
3
化学世界
I{0()c一(„IlI2一CH2--C
.
H--COOH+cH3CII一
0一苎cH3…”
H2//
H()OC—CH,一CH,一CH—COOH?.?
1
0NH,
CH-_=0.
l
OCOCH
图3反应plJ值对产品产率的影响
表2不同反应温度下产物的收率”
反应温度/”(
I1,
10,1j
2O,25
收率/
72.0
3.2
30.4
“除温度外,其余反应条件均相同
2.4反应时间及酸化结晶pH值对反应的影响
经多次实验证明,反应时间对产率的影响不是
很大,在实际生产中应以不影响产品收率而尽可能
缩短为标准.实验结果表明,在冰浴和缓慢滴加乙酸
酐条件下反应时间以l,3h为宜.
酸化的目的是使』v一乙酰一L一谷氨酸钠被无机酸
置换出来,然后在低温条件下结晶,同时未反应完全
的L一谷氨酸钠也会与无机酸作用而结晶出来,因此
酸化结晶pH值对产品的产率和纯度影响很大.L一
谷氨酸的等电点为pH一3.22,这时的谷氨酸溶解度
最小,所以酸化结晶pH值须大于或小于3.22.当
pH值大于3.22时,有部分谷氨酸结晶出来;当pH
值小于3.22时,谷氨酸与无机酸成盐不会结晶出
来,而一乙酰谷氨酸不会与无机酸成盐而结晶出
来.经实验证实pH一1.0,3.0时.?一乙酰谷氨酸的
收率最大,纯度最高.
2.5乙酰化反应的主要副产物
Hooc—cH2一cH2一cH—cooH
NHCOCH3
+
CH3COOH
乙酸酐作酰化试剂的主要副产物是?,?一二乙
酰谷氨酸.具有RRCHNH:结构的脂肪族伯胺与乙
酸酐发生酰化反应时往往生成?一乙酰化物和?,
?一二乙酰化物].但由于谷氨酸的a一碳原子连接有
丽个大官能团羧基,构成位阻效应,同时生成的?
乙酰一I一谷氨酸由于乙酰基具有强吸电子性使得?一
乙酰一L一谷氨酸的亲核进攻性减弱,因此谷氨酸的乙
酰化反应生成.?一二乙酰化物的比例很小.在本
实验中,乙酰化试剂分3次加入,乙酸酐的用量不能
太大.滴加速度必须缓慢,基本上没有?,一乙酰化
物的生成.这种方法一方面提高了反应的选择性,另
一
方面又使谷氨酸原料得到充分反应.
3结论
综上所述,?一乙酸一L一谷氨酸的合成宜以碱性
溶液作反应介质,控制反应过程pH值在8,10之
间.其较适宜的合成工艺条件为:碱性介质为2
mol/L的NaOH溶液,反应温度0,5.C,反应时间
1,3h,酸化结晶pH值1.0,2.0.按照上述试验所
确定的最佳反应条件作重复试验,获得最终产品收
率为72,高于有关文献的产率64_2].
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(上接第355页)
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