N-乙基溴化奎宁催化合成α-甲基-α-氨基酸

黄国华，李 洋

（海南师范大学化学化工学院，海南海口 571158）

N-乙基溴化奎宁催化合成α-甲基-α-氨基酸

黄国华，李 洋

（海南师范大学化学化工学院，海南海口 571158）

文章采用N－乙基溴化奎宁为相转移催化剂，以2－丁酮等为原料合成了几种α－甲基－α－氨基酸，并考察了2－丁酮和2－戊酮等不同反应原料、不同反应温度和不同反应时长下合成反应的收率，得出了较佳的反应条件。

相转移催化剂;N－乙基溴化奎宁;α－甲基－α－氨基酸

α－氨基酸是组成蛋白质的基本单位，也称为蛋白质氨基酸，如α位还连有甲基，则为α－甲基－α－氨基酸，这类化合物具有光学活性，在医药上有广泛用途。例如，L－甲基多巴、L－甲基多巴乙酯等，可用于抗高血压类药物;α－甲基酪氨酸则具有抗肿瘤、抗辐射的作用。但α－甲基－α－氨基酸类化合物在自然界却不多见，因此合成这类化合物在现实生活中有积极的意义［1］（P499）。

α － 氨 基酸的 合成 方 法 很多［2］（P1），［3］（p1），其中相转移催化法是上世纪七十年代发展起来的。因该法具有能在非均相条件下进行，反应条件温和、环境污染小，产率较高等特点［3］（p1），［4］（p10 － 21），研究和发展都很快。如compere等用2－甲氧基乙醇做溶剂，在KOH和LiCl存在下，用芳香醛、溴仿等一步反应制得α－氨基芳基乙酸［5］（p852）。近年来，国内先后有很多人在这方面开展了大量的工作，如施耀曾、王晓、杨光、陈琦等人［2］［6］（p136）［7］（p129），均取得了较好成果。

本文以脂肪酮、氯仿等为原料，用N－乙基溴化奎宁为相转移催化剂，合成了α－甲基－α－氨基正丁酸等，并考察了各种反应条件对化学产率的影响。

一 实验部分

（一）主要试剂和仪器

奎宁和氯化锂—水，国药集团化学试剂有限公司;溴乙烷，天津市福晨化学试剂厂;2－丁酮和乙醇，广州市化学试剂有限公司;2－戊酮，北京化学试剂公司;对－甲氧基苯乙酮，上海飞祥化工厂;三氯甲烷、二氯甲烷、上海化学试剂厂。（所有试剂均为分析纯）

Nicolet360红外光谱仪，美国尼高公司;数字熔点仪，WZZ－1A数字旋光仪，上海索光光电技术有限公司;恒温磁力搅拌器和远红外辐射干燥箱，上海浦东跃欣科学仪器厂。

（二）相转移催化剂N－乙基溴化奎宁的制备

将5克奎宁、2.02克溴乙烷加入三颈瓶中，再加24ml丙酮和6ml乙醇的混合液。把三颈瓶放入水浴锅并置于恒温磁力搅拌器上，水浴50℃加热回流20小时。放置过夜，抽滤，烘干得固体产品（N－乙基溴化奎宁），备用。

（三）α－甲基－α－氨基酸的合成（以2－丁酮为例）

将 6.73 克 （0.12mol）KOH，0.85 克 （0.02mol）LiCl溶于20ml氨水（20%）并倒入三颈瓶中，后加入20ml二氯甲烷和0.86克（0.002mol）N－乙基溴化奎宁。三颈瓶置于冰浴锅中，控温0～1℃，边通 NH3边搅拌0.5小时。在继续通NH3和搅拌下，缓慢滴入1.44克（0.02mol）2－丁酮和3.58克（0.03mol）三氯甲烷的混合液，1.5小时内滴完。维持温度0～1℃，反应2～6小时后，室温放置过夜。加少量水于反应液中，振荡后分出水层，用二氯甲烷洗三次（每次15ml）。水层用水泵抽去NH3气后，用浓HCl调PH至5左右，732型阳离子交换树脂分离，氨水为洗脱剂，收集对0.5%茚三酮试剂显正性的洗脱液。洗脱液用水浴蒸干，粗产品用丙酮—水重结晶得白色晶体产品（α－甲基－α－氨基正丁酸）。

（四）产品结构分析方法

测产品红外光谱研究结构;测产品熔点及比旋光度并与文献值比对。

二 结果与讨论

（一）合成条件对产物收率的影响

本法是相转移催化二氯卡宾法，影响反应的因素很多，如反应温度、反应时间、催化剂的种类和用量，碱及LiCl等的用量等。在这方面，曾有多人做过类似研究［2］［8］（P213）［9］（P41），得到了较佳的反应条件。

本实验以N－乙基溴化奎宁为相转移催化剂，探讨了不同反应物（原料），不同的反应温度、不同的反应时间对产物收率的影响。

1.原料结构对产物收率的影响

以2－丁酮等三种反应物为原料，反应时间6小时，反应温度0～1℃。实验结果如表1。

表1 不同反应物对合成α－甲基－α－氨基酸收率的影响

二氯卡宾法的第一步是卡宾（:CCl2）对羰基的亲核加成，受到与羰基相连基团的电子效应与空间效应的影响，供电效应大和空间位阻大将不利本反应。显然，在对甲氧基苯乙酮的反应中，因供电的共轭作用及空间位阻较大，收率明显低很多。

2.反应时间对产物收率的影响

以2－戊酮为考察对象，反应温度0～1℃，反应时间从2小时到10小时四个时间段，所得结果如下图1。

图1 反应时间对产物收率的影响

由图1看出，产物收率随时间的增加而升高，但在6小时处出现拐点，超6小时后产率曲线变平缓，显示超6小时后反应时间对产率的影响变得不太明显。

3.反应温度对产物收率的影响

以2－戊酮为考察对象，反应时间为6小时，选择0℃、10℃、20℃三个温度点考察温度对反应产率的影响，如表2:

表2 温度对反应产率的影响

由上表知，温度升高反应产率降低，显然温度升高对反应不利。从反应用料分析，温度高氨的溶解度小，不利氨基酸的生成;另外，（二）产品的结构和纯度的表征

1.产品的红外光谱图

图2 α－甲基－α－氨基正丁酸

图3 α－甲基－α－氨基正戊酸

图4 α－甲基－α－氨基对甲氧基苯乙酸

分析上面三个红外谱图，在1375cm－1附近均有特征吸收带。这是甲基的振动吸收区;在3500cm－1附近有宽的吸收带，同时在1700cm－1附近也有吸收带，这是－COOH基团的特征吸收;而NH2的吸收则出现在3500～3200cm－1（伸缩，与－COOH 吸收重迭），1600cm－1附近（弯曲），1100cm－1附近（C －N 伸缩）等［12］。说明这三种产物均含有－COOH，－NH2和－CH3基团。

2.产品的熔点分析

产物名称 实验值（℃） 文献值（℃）α－甲基－α－氨基正丁酸 300～302 305［9］α－甲基－α－氨基正戊酸 303～304（分解） 302［9］——α－甲基－α－氨基对甲氧基苯乙酸 237～238（分解）

除第三种产物的熔点无文献记载外，第一、二两种样品的熔点与文献值很接近，说明其纯度良好。产品均为白色晶体。

3.产品的比旋光度第二，三种产物的比旋光度未见文献记载。

产物名称 实测值（c=1.0，H2O） 文献值（H2O）α－甲基－α－氨基正丁酸 －2.39 －9.10［13］——α－甲基－α－氨基对甲氧基苯乙酸 －2.54 α－甲基－α－氨基正戊酸 －1.78——

三结论

综合以上讨论，在原料用量0.02mol，催化剂与原料用量的物质的量比为1:10，氯化锂用量0.02mol，KOH 用 量 0.12mol 的 情 况 下［7］［10］［11］（P6），实验的较佳方案是:选择空间位阻小的甲基酮为原料，反应温度0～1℃，反应时间约6～8小时。

［1］Makosza M.Phase－transfer catalyst［J］.Pure and Applies chem，1975，43（6）.

［2］陈琦、冯维春等“应用相转移催化二氯卡宾反应合成α－氨基酸”［J］.山东化工，2002（3）.

［3］冯维春、胡波等“醛类和氯仿通过相转移催化法合成α－氨基酸”［J］.山东化工，2005（4）.

［4］沈宗旋，孔爱娣等.手性季铵盐类相转移催化剂的新进展［J］.有机化学，2003（1）.

［5］compere L，Jr Weinstein D A.Phase－transfer catalytic reaction［J］.Synthesis，1977，6（12）.

［6］杨光“不对称相转移催化合成光活性α－氨基酸”［J］.化学试剂，2002，24（2）.

［7］王晓，梁致诚，曾昭琼“以CTMAB为相转移催化剂合成α－氨基酸”［J］.华南师范大学学报（自然版），1985，（1）.

［8］俞凌翀，严梅等“相转移催化合成脂肪族α－氨基酸”［J］.高等学校化学学报，1983，4（2）.

［9］施耀曾，潘友，胡宏纹“不对称诱导（I）—手性铵盐催化下芳醛与氯仿的加成反应［J］”高等学校化学学报，1987，（1）.

［10］夏小忠，许振良等“相转移催化剂苄基三乙基氯化铵合成2，4－二硝基苯甲醚的研究”［J］.化学世界，2010，（3）.

［11］章亚东，高晓蕾等“季铵盐相转移催化剂合成对硝基苯甲醚工艺研究”［J］.精细石油化工，2002，（4）.

［12］高鸿宾主编，有机化学［M］.北京:高等教育出版社，2005年第四版.

［13］中科院自然科学名词编订室，汉译海氏有机化合物辞典（3）［M］.北京:科学出版社，1965年.

Synthesis of α－Methyl－α－Amino Acids with N－Ethyl Brominized Quinine as Phase Transfer Catalyst

HUANG Guo－hua，LI Yang
（College of Chemistry ＆ Chemical Engineering，Hainan Normal University，Haikou 571158，China）

Several α －methyl－α －amino acids were synthesized using 2－butanone as raw material and N－Ethyl brominated quinine as phase transfer catalyst.The influence of different raw materials（2－butanone and 2 －pentanone etc.），reaction temperature and time on yields of α －methyl－ α －amino acids were examined，and the optimum reaction conditions were gotten.

Phase transfer catalyst;N－Ethyl brominized quinine;α－methyl－α－amino acid

TQ463

A

1009－9743（2011）01－0150－04

2011－01－20

黄国华，（1955－），男，汉族，海南临高人，海南师范大学化学化工学院讲师。主要研究方向:有机合成;李洋，（1985－），男，汉族，河北唐山人。天津滨海新区工作人员。主要研究方向:有机合成。

（责任编辑:于保霞）