N-(3-(2-呋喃基)丙烯酰基)苯丙氨酸的合成

2019-01-25黄朋勉陈金星熊前政郑晓斌周智慧王梓鉴吕彦博周胜

精细石油化工 2018年6期

黄朋勉，陈金星，熊前政，郑晓斌，周智慧，王梓鉴,吕彦博，周胜

(1.长沙理工大学化学与生物工程学院，湖南长沙 410114；2.湖南斯派克科技股份有限公司，湖南长沙，410000；3.连云港笃翔化工有限公司，江苏连云港，223500)

心血管疾病是人类身体健康的第一大杀手，因此检测治疗心血管疾病具有重大的社会意义和经济价值。N-[3-(2-呋喃基)丙烯酰]-L苯丙氨酰-甘氨酰-甘氨酸(FAPGG)广泛应用于检测血管紧张素转换酶(ACE)的活性[1]，具有灵敏、快速、重复性好等突出特点[2-3]，是测定ACE活性不可或缺的手段[4]。另外，FAPGG也广泛应用于肺部[5-6]、肝脏、肾脏和甲状腺等疾病的诊断[7-9]，因此FAPGG的制备工艺研究意义重大。N-(3-(2-呋喃基)丙烯酰基)苯丙氨酸(FA-PHE-OH)是合成FAPGG的关键中间体，其质量与成本对FAPGG的质量和成本具有重要影响。

目前国内外制备FA-PHE-OH的研究报道很少。其中Jean等[10]以2-呋喃丙烯酸为原料，BOP为缩合剂，经过酰基化反应和水解反应，二步反应得到产物，纯度低，收率仅为51.9%，该合成路线具有原料成本高的不足。

本文设计新的工艺路线，以糠醛、丙二酸、L-苯丙氨酸为起始原料，经过Knoevenagel反应、甲酯化反应、酰基化反应和水解反应得FA-PHE-OH，纯度99.5%，总收率为80.2%，较文献报道收率提高54.5%。本工艺具有原材料易得，操作简单，收率和纯度高，是一条适合工业化的路线。

图1 FA-PHE-OH的制备工艺路线

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

糠醛(99%)，天津市大茂化学试剂厂；丙二酸(98%)，西陇科学股份有限公司；L-苯丙氨酸(98.5%)、N,N-二异丙基乙胺(99%)、BOP(99%)，苏州亚科科技股份有限公司；二氯亚砜(99.5%)，无锡海伦生物科技有限公司。

SPD-20A高效液相色谱仪，日本岛津公司；WRS-1B数字熔点仪，上海精科；DZ-1BC真空干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司；Avance Ⅲ 核磁共振仪(500 MHz)，布鲁克(北京)科技有限公司。

1.2 实验步骤

1.2.12-呋喃丙烯酸(Ⅰ)的合成

分别向干燥洁净的250 mL三口烧瓶中加入9.6 g(0.1 mol)新蒸糠醛、12.5 g(0.12 mol)丙二酸和15.8 g(0.2 mol)吡啶，在氮气氛围搅拌，加热至95 ℃回流反应4 h，降至室温，加20 mL去离子水搅拌15 min，用1 mol/L NaOH溶液调pH至10，过滤收集滤液，用5 mol/L HCl调pH至3，析出白色固体，过滤得Ⅰ，真空干燥得到12.5 g白色Ⅰ。含量(HPLC)98.8%,收率90.6%，m.p.140.2～142.6 ℃(文献值[11]：139～141 ℃)。1H NMR(500 MHz，CDCl3),δ:7.51(t,J=12.0,3.5 Hz,2H),6.66(d,J=3.0 Hz,1H), 6.48(dd,J=3.0,1.5 Hz,1H),6.30(d,J=15.5 Hz,1H)。

1.2.2L-苯丙氨酸甲酯盐酸盐(Ⅱ)的合成

向干燥洁净的250 mL三口烧瓶中加入10 g(0.06 mol)L-苯丙氨酸，36 g(1.13 mol)无水甲醇，置于低温浴(-5 ℃)搅拌，缓慢滴加13 g(0.11 mol)的二氯亚砜，滴完后自然升至室温，搅拌反应20 h，旋蒸除去溶剂，过滤得白色固体，真空干燥得到12.4 g白色Ⅱ，收率96.1%，m.p.156.4～158.1 ℃(文献值[12]:155～157 ℃)。1H NMR(500 MHz,D2O),δ:7.46～7.30(m,5H),4.46～4.43(m,1H),3.85(s,3H),3.38～3.22(m,2H)。

1.2.33-(2-呋喃基)丙烯酰基-L-苯丙氨酸甲酯(Ⅲ)的合成

依次向干燥洁净的250 mL三口烧瓶加入6.9 g(0.05 mol)Ⅰ，40 mL CH2Cl2，5 ℃搅拌，缓慢滴加7.1 g(0.06 mol)的SOCl2，自然升至室温，40 ℃回流反应5 h，旋蒸除溶剂得到反应液1；向另一个250 mL的三口烧瓶中依次加入12.9 g(0.06 mol)Ⅱ，20 mL CH2Cl2，5 ℃搅拌，缓慢滴加7.7 g(0.06 mol)二异丙基乙胺，得到反应液2。-5 ℃搅拌下，将反应液2缓慢滴加到反应液1中，自然升至室温，反应10 h，除溶剂，得到油状物，依次加入15 mL乙酸乙酯和10 mL去离子水，分别用1 mol/L盐酸、20%碳酸钠和饱和食盐水洗涤，旋蒸除溶剂，过滤得白色固体，真空干燥得到14.6 g白色Ⅲ。含量99.2%，收率97.3%，m.p.108.6～110.5 ℃(文献值[13]：109 ℃)。1H NMR(500 MHz,CDCl3),δ:7.44～7.12(m,7H),6.56(d,J=3.5 Hz,1H),6.45(dd,J=3.0,1.5 Hz,1H),6.31(d,J=15 Hz,1H),6.13(d,J=7.5 Hz,1H),5.03(dd,J=13.5,6.0 Hz,1H),3.76(s,3H),3.26～3.16(m，2H).13C NMR(500 MHz,CDCl3),δ:172.02,165.23,151.18,144.15,135.86,129.32,128.59,127.14,117.68,114.11,112.18, 53.34,52.35,37.95。

1.2.4N-(3-(2-呋喃基)丙烯酰基)苯丙氨酸(FA-PHE-OH)的合成

依次向干燥洁净的100 mL的三口烧瓶加入3 g(0.01 mol)Ⅲ，5 mL去离子水和20 mL二氧六环，搅拌溶解，5 ℃下用1 mol/L氢氧化钠调pH至10，室温反应12 h，旋蒸除溶剂，用去离子水和CH2Cl2萃取，得水相，5 ℃下用2 mol/L盐酸调pH至4，析出固体，过滤、真空干燥得2.7 g白色FA-PHE-OH。含量99.5%，收率94.7%。m.p.206.2～208.1 ℃(文献值[10]：206 ℃)。1H NMR(500 MHz,CDCl3),δ:7.39～7.16(m,7H),6.52～6.28(m,4H),4.96(dd,J=15.0,5.0 Hz,1H),3.29～3.14(m,2H).13C NMR(500 MHz,CDCl3),δ:174.47,166.47,151.03,144.34,135.90,129.41,129.01,128.62,127.11,117.23,114.58,112.25,53.78,37.34。

2 结果与讨论

2.1 2-呋喃丙烯酸(Ⅰ)的制备

2.1.1原料摩尔比对2-呋喃丙烯酸收率的影响

为提高产物的收率，常采用反应物之一过量的方法。若选用糠醛过量，存在以下问题：1)过量的糠醛易被氧化，生成糠酸副产物；2)过量的糠醛，可以和Ⅰ上的羧基继续缩合，生成副产物；3)过量的糠醛在高温下可开环聚合，生成带有颜色的高聚物。而选用丙二酸过量可以避免这些问题，并且提高糠醛的转化率。本工艺重点考察了原料摩尔比对Ⅰ收率的影响，结果见表1。由表1可知，当n(糠醛)∶n(丙二酸)=1∶1.2时，Ⅰ的收率最高为90.6%。

表1 原料摩尔比对Ⅰ收率的影响

2.1.2反应温度对2-呋喃丙烯酸收率、颜色的影响

温度是决定Ⅰ颜色变化的主要因素，酸性条件下，温度升高会导致产品聚合，颜色加深，会使后续产品Ⅲ和FA-PHE-OH的颜色加深，增加产品的提纯难度和降低产品的收率，因此，本工艺重点考察了温度对Ⅰ收率和颜色的影响。结果见表2。

表2 反应温度对Ⅰ收率和颜色的影响

由表2可知，当反应温度为95 ℃时，收率和颜色最佳。当温度低于95 ℃时，缩合反应不完全，且由于糠醛过量，会被氧化生成糠酸和黑色的糠醛开环聚合杂质[14]，导致产品收率低，提纯难度大。

2.1.3反应时间对2-呋喃丙烯酸收率的影响

以吡啶为溶剂，反应温度95 ℃，n(糠醛)∶n(丙二酸)=1∶1.2，氮气氛围保护，考察反应时间对Ⅰ收率的影响，结果见表3。

表3 反应时间对Ⅰ收率的影响

由表3可知，糠醛和丙二酸的Knoevenagel反应，前期反应速度快，反应2 h，收率超过70%；而后反应速度逐渐减缓，反应时间为5 h时，Ⅰ的收率最高；在延长反应时间，收率反而有所下降，这可能是由于Ⅰ的结构不稳定，长时间在高温下有部分聚合导致的。

2.2 3-(2-呋喃基)丙烯酰基-L-苯丙氨酸甲酯(Ⅲ)的制备

2.2.1原料摩尔比对3-(2-呋喃基)丙烯酰基-L-苯丙氨酸甲酯收率的影响

Ⅰ先用二氯亚砜制备成酰氯，然后采用一锅法制备Ⅲ。选用Ⅱ过量以提高酰氯的转化率，该工艺有以下优点：1)减少酰氯的副反应，提高Ⅲ的收率；2)一锅法操作简单，收率高。本工艺重点考察Ⅰ与Ⅱ的摩尔比对产品Ⅲ收率的影响，结果见表4。

由表4可知，当n(Ⅰ)∶n(Ⅱ)低于1∶1.2时，收率随摩尔比的增大而增加，原因是Ⅱ用量的增加使Ⅰ的转化率提高；当n(Ⅰ)∶n(Ⅱ)为1∶1.2时，Ⅲ收率最高；当n(Ⅰ)∶n(Ⅱ)大于1∶1.2时，收率随着摩尔比的增大而降低，原因是Ⅱ过多会导致二异丙基乙胺用量增加，使其在反应体系中以二异丙基乙胺盐酸盐的形式存在，不利于发生酰基化反应，并加大了产品的精制难度。

表4 原料摩尔比比对Ⅲ收率的影响

2.2.2反应温度对3-(2-呋喃基)丙烯酰基-L-苯丙氨酸甲酯收率的影响

本工艺采用一锅法制备Ⅲ。由于酰基化反应是放热反应，为保证产品质量，要控制反应温度，所以本工艺重点考察了反应温度对Ⅲ收率的影响，结果见表5。

表5 反应温度对Ⅲ收率的影响

由表5可知，当反应温度低于35 ℃时，收率随温度的升高而增加；当反应温度高于35 ℃时，收率随温度的升高而降低，原因可能是，温度过高酰氯易分解，且Ⅱ上的氮原子被氧化，导致产品颜色深及收率降低。

2.2.3反应时间对3-(2-呋喃基)丙烯酰基-L-苯丙氨酸甲酯收率的影响

本工艺采用一锅法制备Ⅲ，重点考察了反应时间对Ⅲ收率的影响，结果见表6。

表6 反应时间对Ⅲ收率的影响

由表6可知，反应1 h，反应物有78.3%转化为产物，是因为酰氯活性高，导致反应速度快；反应时间为4 h时，Ⅲ收率最大；在延长反应时间，收率基本上保持不变，故最佳反应时间为4 h。

2.2.4缩合剂对3-(2-呋喃基)丙烯酰基-L-苯丙氨酸甲酯收率的影响

文献报道[10]BOP缩合剂是一锅法制备Ⅲ的关键因素之一，但考虑到BOP成本高，且收率偏低，本工艺设计先与SOCl2反应制备酰氯，再缩合，考察二者的收率和产品质量，结果见表7。

表7 缩合剂对Ⅲ收率的影响

由表7可知，将Ⅰ与SOCl2反应制备酰氯，在不用BOP缩合剂的条件下，与Ⅱ反应得到Ⅲ，收率高达97.3%，收率大幅增加76.6%，增幅明显，而且产品质量好，取得大的突破。具体体现为：1)把Ⅰ用SOCl2制备成酰氯，与Ⅱ缩合得到Ⅲ，收率高，条件温和；2)SOCl2成本低，收率高；3)过量的SOCl2挥发，易除去。目前，文献报道Ⅲ的合成研究，都是以BOP为缩合剂，收率仅为59%，且BOP不适用于有空间位阻多肽的合成，在活化羧基的过程中会产生有毒致癌物质六甲基磷酰亚胺[15]，故选用SOCl2为缩合剂。