D-丙氨酸的制备研究

论文总字数：21088字

摘 要

丙氨酸是构成蛋白质的天然氨基酸之一，D-丙氨酸是天然的L-丙氨酸的对映体，D-氨基酸在合成制备中有重要的应用。本文研究了DL-丙氨酸通过不对称转化制备D-丙氨酸的方法。以DL-丙氨酸和L-酒石酸为原料，在丙酸中，水杨醛作为催化剂，反应生成中间体盐D-丙氨酸•L-酒石酸。然后在甲醇中，用三乙胺和中间体盐反应，最后得到D-丙氨酸。使用丙酸作为合成中间体的溶剂，通过尝试使用不同的溶剂量进行反应，找出能够得到最高产率和最高光学纯度的最佳的溶剂使用量；之后又研究了反应温度对实验结果的影响；本文还尝试了加入不同的催化剂量进行反应；最后，对反应时间的影响也进行了研究。通过本文的研究，得到的结果是，以0.1mol L-酒石酸为拆分剂拆分0.1mol DL-丙氨酸，以50mL丙酸作为溶剂，1mL水杨醛为催化剂，在80℃下反应5个小时，得到的中间体盐用2倍摩尔量的三乙胺在甲醇中回流反应2个小时，得到D-丙氨酸，产率为54.7%，光学纯度为92.6%。

关键词：D-丙氨酸；L-酒石酸；不对称拆分；丙酸

Preparation of D-alanine by asymmetric transformation

Xu yanyun Jiang lijian

School of chemistry and chemical engineering, Southeast University Nanjing

Abstract

Alanine is one of the natural amino acids to form proteins. D-alanine and L-alanine are enantiomers. D-alanine is very useful in synthesis. In this article, the preparation of D- alanine by asymmetric transformation is discussed. The DL-alanine is contacted with L-tartaric acid in propionic acid, and in the presence of a catalytic amount of salicylaldehyde to form D-alanine•L-tartaric acid. Then, the intermediate reacts with triethylamine in methanol to prepare D-alanine. The reaction conditions are discussed to find out the best one for higher yield and optical purity, including different amounts of solvents and catalyst and the reaction temperature and time. The results showed that in 50mL propionic acid, at 80℃, 0.1mol DL-alanine react with 0.1mol L-tartaric acid and 1mL salicylaldehyde for 5 hours, and then refluxed with double molar amounts of triethylamine in methanol for 2 hours to receive D-alanine. The yield is 54.7% and the optical purity is 92.6%.

KEY WORDS: D- alanine; L-tartaric acid; asymmetric transformation; propionic acid

目 录

摘要 …………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract………………………………………………………………………………Ⅱ

第一章 绪论 …………………………………………………………………………1

1.1 引言 ………………………………………………………………………1

1.2 D-丙氨酸的性质 ……………………………………………………………1

1.3 D-丙氨酸的主要用途 ………………………………………………………1

1.3.1 药物应用 ……………………………………………………………1

1.3.2 食品添加剂 …………………………………………………………3

1.3.3 化妆品 ………………………………………………………………3

• 1. D-丙氨酸的制备方法 ………………………………………………………3
     1. 微生物发酵法………………………………………………………3
     2. 化学合成法…………………………………………………………3
     3. 酶拆分法……………………………………………………………4
     4. 化学拆分法…………………………………………………………5
  2. 本文的研究目的及意义 ……………………………………………………7

第二章 本文的研究内容……………………………………………………………9

2.1 实验原理 …………………………………………………………………9

2.2 工艺流程 …………………………………………………………………10

2.3 仪器与试剂 ………………………………………………………………10

2.4 实验步骤 …………………………………………………………………11

2.4.1 D-丙氨酸•L-酒石酸的合成 ………………………………………11

2.4.2 D-丙氨酸的制备……………………………………………………11

2.5 拆分剂的回收 ……………………………………………………………11

第三章 实验结果与讨论……………………………………………………………12

3.1 不同溶剂的量对实验结果的影响 ………………………………………12

3.2 反应温度对实验结果的影响 ……………………………………………13

3.3 催化剂的量对实验结果的影响 …………………………………………14

3.4 反应时间对实验结果的影响 ……………………………………………15

结论 …………………………………………………………………………………17

致谢 …………………………………………………………………………………18

参考文献（References）……………………………………………………………19

1. 绪论
   1. 引言

现今，手性化合物的制备研究和性质研究是最热门的研究方向之一。大多数氨基酸具有手性，有D型和L型两种性质不同的对映异构体。氨基酸作为典型的手性化合物，倍受众多研究者们的瞩目。L-型的氨基酸是构成蛋白质的基本元素，是天然存在的，可应用于食品添加剂等方面；部分L-型的氨基酸被人们用作合成新型甜味剂的中间体，比如丙氨酸；在医疗方面，如果在患者的输液中加入各种L-型的氨基酸，那么可以达到使患者的抵抗力增强并且增加营养的效果。而随着科学研究技术的发展，研究者们渐渐对D-型的氨基酸也有了更多的认识。

D-型氨基酸是L-型氨基酸的对映体，与L-型氨基酸相比较，D-型氨基酸种类少而且含量很低，在自然界已发现的300多种氨基酸中只占约10%。D-型氨基酸作为非天然氨基酸，在生命活动和制药工业中具有L-型氨基酸所不可替代的作用，尤其是作为农药、食品添加剂和新型药物制备的重要中间体。而人工合成的氨基酸基本上大多数是外消旋的氨基酸，因此，研究怎样从外消旋的氨基酸中获得高光学纯度的D-型氨基酸对于相关的药品及食品添加剂制备等具有非常重要的意义。

丙氨酸是构成人体蛋白质的21 种基本氨基酸之一，是血中氮元素的优良的运输工具，同时又是一种有效的生糖氨基酸。D -丙氨酸存在于大的有机组织中, 它一般作为细胞壁肽聚糖或肽抗生素的组成单元之一，具有L-丙氨酸所没有的独特的生理活性。

• 1. D-丙氨酸的性质

D-丙氨酸，英文名为D-Alanine，分子式是C₃H₇NO₂ ，分子量为89.09。外观呈现白色或类白色结晶性粉末，有较特殊的结晶形状。D-丙氨酸和L-丙氨酸一样有强甜味，但是味道不同。极易溶于水、强碱和强酸溶液，而不溶于无水乙醇、乙醚和丙酮等。熔点为295℃(de)，加热到熔点时, 分解生成氨, 并释放出二氧化碳。在6mol/L盐酸中质量浓度为1%时，比旋光度为[α]D₂₅ =-13.5°。分子的结构式如下图所示：

图1 D-丙氨酸的分子结构式

• 1. D-丙氨酸的主要用途

1.3.1 药物应用

D-丙氨酸是生产维生素B₆的原料之一，并且本身就有镇痛的作用。蒋滢在1996年《氨基酸的应用》中提出，可以将D-丙氨酸做成输液注射和单剂合剂^【1】。在法国，D-丙氨酸被制成药物用于防止面部潮红。

通过近年来的研究还发现，D-丙氨酸有新的生理活性的应用。D-丙氨酸可以使体内的氨基酸氧化酶(DAAO)在肿瘤细胞质中异位表达，以此来阻止体内脂质氧化损伤，并且清除细胞毒性。同时D-丙氨酸还对于致癌物质二甲基亚硝胺 (DMNA)有抑制作用，抑制效果为72.4，原理是具有伯氨基的D-丙氨酸能竞争性地替代仲胺，与亚硝酸盐进行VAN Slyke反应，最后分解为氮气和有机酸，从而抑制了二甲基亚硝胺的生成，因此有人提出建议，D-丙氨酸是否可以作为一种新的治疗癌症的药物。

D-丙氨酸还可以代替L-氨基酸合成各种肽，其优势在于D-丙氨酸难以被细菌降解，因此不会导致产生抗药性而成为酶抑制剂的重要合成前体。例如将鸟苷酸释放蛋白的5位Gly替换成3-（2-奈基）-D-丙氨酸，这样类似物的活性比天然鸟苷酸释放蛋白高200倍。下表列出了用D-丙氨酸所制备的新药与其作用：

表1 D-丙氨酸制备的新药

在农药制备方面，D-丙氨酸是杀菌剂精甲霜灵的合成原料之一，精甲霜灵的化学名称为N-(2-甲氧基乙酰基-N-(2、6-二甲苯基))-D-丙氨酸甲酯，其结构式如下：

图2 精甲霜灵的分子结构式

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