（有机化学专业论文）氨基酸衍生物的合成研究.pdf

华东师范大学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 摘要 本论文研究了几类氨基酸衍生物的合成方法。包括五方面的内容：( 1 ) d l 一 丝氨酸醚类衍生物的合成方法研究；( 2 ) 光学活性丝氨酸醚类衍生物的不对称 合成方法探索；( 3 ) 甘氨酰甘氨酸乙酯盐酸盐的合成( 4 ) 鸟氨酸天门冬氨酸 盐的合成；( 5 ) 精氨酸乙酯盐酸盐的合成。 一、d l 丝氨酸醚类衍生物的合成方法研究 1 、 通过对现有的d l - 丝氨酸合成路线的分析研究，设计了一条全新的合成路 线，以价廉易得的丙烯酸甲酯为起始原料，经双键环氧化、醇区域选择性开环、 o t s 保护、甲酯水解、o t s 氨解等五步反应合成d l 丝氨酸醚。 2 、按上述设计路线，以甲醇、乙醇、叔丁醇等不同的醇作开环试剂，成功地分 别以3 1 、3 1 、2 7 的总收率获得了d l - 丝氨酸的甲醚、乙醚、叔丁醚等系 列醚类衍生物。 3 、与已见报道的d l - 丝氨酸醚类衍生物合成方法相比，我们发展的新方法具有 如下优点：( 1 ) 合成路线短；( 2 ) 所涉及的反应对水和氧均不敏感，反应条件 温和，实验操作非常方便；( 3 ) 起始原料价廉易得，合成过程中避免了大量使 用高毒性和昂贵试剂。因此，该方法具有更好的工业化前景。 二、光学活性丝氨酸醚类衍生物不对称合成方法探索 1 、我们尝试在上述合成路线的环氧化合物的开环反应中使用j a c o b s e n 催化 剂对2 ，3 一环氧丙酸甲酯进行催化不对称开环，以6 6 的收率获得光学活性的 2 一羟基一3 一苯氧基丙酸，虽然e e 值仅为4 2 ，但这是首次通过不对称合成方法 获得光学活性丝氨酸醚类衍生物，为该类化合物的不对称合成做了有益的尝试。 2 、尝试以聚亮氨酸尿素双氧水复合物d b u 、聚亮氨酸，过碳酸钠、手性酮 华东师范大学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 双氧水、手性酮o x o n e 等多种不同催化体系催化丙烯酸甲酯的不对称环氧化， 遗憾的是均没有获得成功。 三、甘氨酰甘氨酸乙酯盐酸盐的合成 通过甘氨酸氨基保护、羧基保护、缩合、p d c 脱氨基保护四步制得保护甘 氨酸二肽，总产率7 7 。考察了d c c 为缩合剂时温度对缩合反应的影响，结 果表明，温度对反应有很大影响。在一1 0 一5 的优化条件下，以8 8 的收率 得到缩合产物。同时还比较了t h f 和c h 2 c 1 2 两种不同溶剂中的缩合反应。 四、鸟氨酸天门冬氨酸盐的合成 利用阳离子交换树脂将不稳定的鸟氨酸从其盐酸盐中游离出来，并与天门 冬氨酸成盐，得到原料药鸟氨酸一天门冬氨酸盐。 五、精氨酸乙酯盐酸盐的合成 研究了精氨酸酯化反应条件，成功地以二氯亚砜法获得了固态的精氨酸乙 酯盐酸盐。 关键词：合成，氨基酸，丝氨酸醚类衍生物，不对称开环，甘氨酰甘氨酸乙 酯盐酸盐，精氨酸乙酯，鸟氨酸一天门冬氨酸盐 华东师范大学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 a b s t r a c t t h ed i s s e r t a t i o nc o n s i s t e do ff i v ep a r t s ：( 1 ) s t u d yo nt h es y n t h e s i so fd l - s e r i n e e t h e r s ，( 2 ) p r e l i m i n a r yt e s to f t h ea s y m m e t r i c s y n t h e s i so f s e r i n ee t h e r s ，( 3 ) s y n t h e s i s o fg l y g l y - o e t h c l ，( s y n t h e s i so f o m i t h i n ea s p a r t a t e ，( 5 ) s y n t h e s i so fa r g o e t h c l 。 1 s t u d yo nt h es y n t h e s i so fd l - s e r i n ee t h e r s ( 1 ) a n e wr o u t ef o rs y n t h e s i so fd l s e r i n ee t h e r sw a sd e s i g n e d u s i n gm e t h y l a c r y l a t e a s s t a r t i n gm a t e r i a l ，d l s e r i n e e t h e r sw e r ep r e p a r e dt h r o u g hf i v e s t e p s ， i n c l u d i n ge p o x i d a t i o n ，r i n g o p e n i n g w i t h a l c o h o l s ，p r o t e c t i o n o f h y d r o x y l ， h y d r o l y s i so fm e t h y l e s t e ra n da n a m o n o l y s i s ( 2 ) s e v e r a ld l - s e r i n ee t h e r s ，i n c l u d i n gm e t h y le t h e r , e t h y le t h e ra n dt e r t - b u t y l e t h e l w e r e s y n t h e s i z e ds u c c e s s f u l l y w i t h3 1 o ft o t a l y i e l du s i n g d i f f e r e n t r i n g - o p e n i n gr e a g e n t ( 3 ) c o m p a r ew i t ht h ec u r r e n tm e t h o d sf o rb i o l o g i c a ls y n t h e s i so fd l - s e r i n e d e r i v a t i v e s ，t h en e wr o u t eh a sm a n ya d v a n t a g e s ，f o re x a m p l e ，t h eo r i g i n a lm a t e r i a l w a sc h e a pa n dt h ee x p e n s i v em a t e r i a l s ，s u c ha si o d o m e t h a n e ，p d cw e r ea v o i d e d ， a n dt h ep r o c e s sw a sn o ts e n s i t i v et oo x y g e na n dw a t e ra n de a s yt oo p e r a t e 。 2 p r e l i m i n a r y t e s to fa s y m m e t r i cs y n t h e s i so fs e r i n ee t h e r s ( 1 ) a s y m m e t r i cr i n g - o p e n i n go fm e t l 珂lo x i r a n e 一2 一c a b o x y l a t eu s i n gj a c o b s e n c a t a l y s tg a v e ( r ) 一2 一h y d r o x y 一3 一b e n z o x y p r o p e n o i ca c i dw i t h6 6 y i e l d a l t h o u 曲t h e e e v a l u eo f2 - h y d r o x y 一3 - b e n z o x y p r o p e n o i ca c i dw a so n l y4 2 ，i tw a s , t h ef i r s t t i m ep r e p a r i n go p t i c a ls e r i n ee t h e r sb ya s y m m e t r i c s y n t h e s i s ( 2 ) d i f f e r e n tc a t a l y l i cs y s t e m s ，s u c ha sp o l y ( l - l e u d n e ) u h p d b u ，p o l y ( l l e u c i n e ) s o d i u mp e r c a r b o n a t e ，c h i r a lk e t o n e sm 2 0 2 ，c h i r a lk e t o n e s o x o n e ，w e r c t e s t e df o rt h ea s y m m e t r i ce p o x i d a t i o no fm e t h y la c r y l a t e 3 s y n t h e s i so fg l y - g l y o e t h c l g l y g l y o e t h c lw a sp r e p a r e db yf o u rs t e p s ，p r o t e c t i o nq fa m i n og r o u p ， n i _ 兰叟型堕垦篁! j ! 些! 皇堕堡主堂垡堡苎 p r o t e c t i o no fc a r b o x y lg r o u p ，c o n d e n s a t i o na n dd e p r o t e c t i o nr e a c t i o n t h e s o l v e n t a n dt 。m p e r a t “”e f f e c tf o rc o n d e n s a t i o nw e r et e s t e d t h e r e s u l t ss h o w e dt h a th i g h y i e l d ( 8 8 ) c o u l db eo b t a i n e da t 一1 0 一5 i nc h 2 c h 4 s y n t h e s i so fo m i t h i n ea s p a r t a t e o 功n e ，a nu n s t a b l ea m i n o a c i d ，w a sf r e e df r o mi t sh y d r o c h l o r i d e t h r o u g h i o n 。h 8 蛾g r e s i n t h er e a c t i o no ft h e ns i t uf r e e do r n i t h i n ew i t ha s p a r a g i ca c i dg a v e t h ed r u gm a t e r i a lo m i t h i n e a s p a r t a t e 5 s y n t h e s i so f a r g o e th c l t h ee s t e r i f i c a t i o no f a r g i n i n ew a si n v e s t i g a t e d e t h y la r g i n i n a t e h y d r o c h l o r i d e w a s s u c c e s s f u l l ys y n t h e s i z e da ss o l i du s i n gt h i o n y lc h l o r i d e k e y w o r d ：s y n t h e s i s ，a 8 y m m e t r i c s y n t h c s i s ；s e r i n e ；e t h e r s ；a s m m e t r i c r i n g 。叩”i “g ；g l y g l y o e t h c l ；o m i t h i n e a s p a r t a r e ；a f g i n j n e ； h y d r o c h l o r i d e i v 迢重壶硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 吴斌才教授华东师大化学系 主席 邹刚 副教授华东师大化学系 麦禄根副教授华东师大化学系 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导m f 的指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除文巾已经注明0 1 用的内容外，本论文不包含其他个人已经 发表或撰写过的研究成果。剐本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确说明并表示谢意。 名：避眺塑吐哆 学位论文使用授权声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权 将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有 权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要 汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 学位论文作者躲避童赢吣导师签名 日期：跚5 b日期 南矣 华东师范大学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 第一章绪论 1 1 多肽的作用 所有的生物，从最简单的单细胞生物到人类，其体内复杂的蛋白质结构基 本上都是由相同的2 0 种氨基酸组成，这筒简单单的2 0 种氨基酸就构成了千姿 百态的蛋白质世界。在对蛋白质的深入研究过程中，生物学家发现了一类由氨 基酸构成但又不同于蛋白质的中间物质，这类具有蛋白质特性的物质被称作多 肽。所谓的肽，是由一分子氨基酸的羧基与另一分子氨基酸的氨基以酰胺键( 又 称为肽键) 结合所生成的一类化合物。其中，由两个氨基酸组成的叫做二肽， 三个氨基酸组成的叫做三肽，含有的氨基酸少于十个称为寡肽，超过的就称为 多肽；氨基酸为五十个以上的多肽就是人们熟悉的蛋白质。 目前发现，某些多肽具有调节机体生理功能和为机体提供营养的双重功效， 它几乎影响着人体的一切代谢。肽是涉及生物体内多种细胞功能的生物活性物 质。生物体内已发现的肽有几百种，它们都是机体完成各种复杂的生理过程必 不可少的参与者。几乎所有细胞都能合成多肽物质，相应地，其功能活动也受 多肽的调节。正是这个原因，多肽涉及激素、神经、细胞生长和生殖各领域， 其重要性在于调节体内各个系统器官和细胞。酶法多肽的生理和药理作用主要 是激活体内有关酶系，促进中间代谢膜的通透性，或通过控制d n a 转录或翻 译而影响特异的蛋白合成，最终产生特定的生理效应或发挥其药理作用。例如， 短杆菌肽s ( 简称g s ) 是一种对革兰氏阳性菌有很强抗菌能力的多肽抗菌素， 其结构如图1 1 所示，它含有蛋白质中不存在的d p h e 和d o m ，实际上是一 个由二二聚五肽环化生成的环状十肽。镇痛类药物脑啡肽是可以通过人工合成的 厂+ v a l o m l e u d p h e p r o _ l - p r o - d p h e 。l e u o r n - v a l i 一 图1 1 寡肽。其中，l e u - 脑啡肽( t y r - g l y g l y p h e l e u o h ) 以及m e t - 脑啡肽 华东师范大学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 ( t y r g l y - g l y p h e m e t - o h ) 的效果尤为明显。 正因为多肽类化合物对生物体有着特殊的作用，把它应用于疾病治疗就有 着极其广阔的前景。目前，多肽在疾病的预防与控制方面主要有以下几种用途。 1 多肽疫苗 目前对人类危害极大的两种病毒性疾病艾滋病和丙型肝炎均无理想的疫 苗，而核酸疫苗和多肽疫苗的研究结果则相对令人鼓舞。1 9 9 9 年美国n i h 公布 了两种h i v - i 病毒多肽疫苗，对人体进行的i 期临床试验结果，证实这两种多肽 能刺激机体产生特异性抗体和特异性细胞免疫，并有较好的安全性。我国清华 大学也证实h i v - i 膜蛋白内一段多肽有很强的免疫原性。丙肝病毒多肽疫苗也 显示有良好的发展前景，国外学者从丙肝病毒( h c v ) 外膜蛋白e 2 内筛选出 一种多肽，它可刺激机体产生保护性抗体。其它病毒( 如甲肝、麻疹、辛德毕斯 病毒等) 的多肽疫苗及抗肿瘤，避孕等多肽疫苗的研究也取得了较大进展。例 如，从噬菌体肽库内筛选出来的一个1 2 氨基酸小肽，它能特异性地与人卵子结 合，阻止精子与卵子的结合，可用于避孕疫苗。 2 抗肿瘤多肽 肿瘤的发生是多种原因作用的结果，但最终都涉及癌变细胞基因的表达调 控。不同的肿瘤产生时所需要的调控因子不同，选择特异性小肽作用于肿瘤发 生时所需的调控因子，封闭其活性位点，可防止肿瘤发生。现在已发现很多肿 瘤相关基因及肿瘤产生调控因子，筛选与这些靶点特异结合的多肽，已成为寻 找抗癌药物的新热点。美国学者发现了一个小肽( 6 个氨基酸) ，它在体内能显 著抑制腺癌的生长，包括肺、胃在大肠腺癌等，为治疗这一死亡率很高的恶性 肿瘤开辟了一条新路。而瑞士科学家发现另外一个小肽( 8 个氨基酸) ，它能进 入肿瘤细胞，激活抗癌基因p 5 3 ，诱导肿瘤细胞的凋亡。 3 + 抗病毒多肽 病毒感染后一般要经历吸附( 宿主细胞) 、穿入、脱壳、核酸复制，转录翻 译等多个阶段。阻止任一过程均可防止病毒复制。最有效的抗病毒药物应该是 华东师范大学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 作用在病毒吸附和核酸复制两个阶段，因此筛选抗病毒药物主要集中在这两个 阶段。病毒通过与宿主细胞上的特异受体结合吸附细胞，依赖其自身的特异蛋 白酶进行蛋白加工及核酸复制。因此可从肽库内筛选与宿主细胞受体结合的多 肽或能与病毒蛋白酶等活性位点结合的多肽，用于抗病毒的治疗。 h c v 非结构蛋白3 区( n s 3 ) 是一个与病毒复制密切相关的蛋白酶，其活 性位点已被确定，并且加拿大、意大利等国家均从肽库内筛选到一个6 肽 ( d d i v p c ) 能显著抑制该酶活性。同样已从肽库内筛选到能与h i v 复制必需 的逆转录酶结合的小肽，及能与m v 外膜蛋白结合防止病毒进入细胞的小肽。 部分小肽已进入临床试验阶段。 4 多肽导向药物 已知很多毒素( 如绿脓杆菌外毒素) 的细胞因子( 如白细胞介素系列等) 有较强的肿瘤细胞毒性，但在人类长期或大量使用时也会损伤正常细胞。若将 能够与肿瘤细胞特异结合的多肽与这些活性因子进行融合，则可将这些活性因 子特异性地集中在肿瘤部位，这样可以大大降低毒素、细胞因子的使用浓度， 降低其副作用。比如，在很多肿瘤细胞表面存在表皮生长因子的受体，其数量 较正常细胞上的数目高几十倍，甚至上百倍，将毒素或抗肿瘤细胞因子与表皮 生长因子融合，可将这些活性因子特异地聚集到肿瘤细胞里，从而不损伤正常 细胞。因此，从肽库内筛选出能与肿瘤抗原特异结合的小肽也可用于导向药物。 5 细胞因子模拟肽 近年来，利用己知细胞因子的受体从肽库内筛选细胞因子模拟肽成为国内 外研究的热点。国外已筛选到了人促红细胞生成素，人促血小板生成素，人生 长激素、人神经生长因子及白细胞介素等多种生长因子的模拟肽，这些模拟肽 的氨基酸序列与其相应的细胞因子的氨基酸序列不同，但具有细胞因子的活性， 并且具有分子量小的优点。目前，这些细胞因子模拟肽正处于临床前或临床研 究阶段。 华东师范大学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 6 抗菌性活性肽 当昆虫受到外晃环境刺激时产生大量的具有抗菌活性的阳离子多肽，已筛 选出百余种抗菌肽，体内外实验证实，多个抗菌肽不仅有很强的杀菌能力还能杀 死肿瘤细胞。例如，从蚕体内筛选的抗菌肽d 表现了很好的应用前景，并能利 用基因工程技术生产。蛇毒内也存在多种活性多肽，从蛇毒内分离出一个1 3 个 氨基酸( i n k a i a a i 。a k k i i ，) 小肽，对g + 及g 菌均有极强的杀菌能力。 7 用于心血管疾病的多肽 很多中药有降血压、降血脂、溶血栓等作用，不仅可用作药物，亦可用作 保健食品，如从人参、茶叶、银杏叶等植物内分离出很多小肽可用于治疗心血 管疾病的。但由于其作用成份不能确定，使其应用受到很大限制。现已发现很 多有效成分是小分子多肽，比如我国科学家从大豆内加工分离出的活性多肽， 可通过小肠直接吸收，能防治血栓，高血压和高血脂，还能延缓变老，提高肌体 抗肿瘤能力。 8 其它药用小肽 小肽药物除在上述几大方面已取得较大进展外，在其它很多领域也取得一 些进展。比如s t i e m b e r g 等发现一个合成肽( t p 5 0 8 ) 能促进伤口血管的再生， 加速皮肤深度伤口的愈合。p f i s t e r 等发现一个小肽( r t r 4 ) 能防止碱损伤角膜 内炎症细胞的侵入，抑制炎症反应。c a r t o n 等证实其筛选的两个合成肽能抑制破 骨细胞对骨质的重吸收。 自然界存在的多肽，除了有些是蛋白质降解产生的活性肽段外，生物体内 己知的活性多肽主要是下丘脑、垂体、胃肠道等产生的多种具有特殊生理作用 的激素。最近从c o l b r i n at e x e n s i s 中获得一个生物碱肽( 带有肽的生物碱) 叫 t e x e n s i n e ，在动物体上表现有抗癌作用。从b l i n g h i as a p i d a 未成熟果实中获得 一种能降血糖的二肽h y p o g l y c i n e b 。在白花蛇舌草( o l d e n l a n d i a d i f f u s a ) 中， 分离出由1 1 神氨基酸组成的催产肽( o x y t o c i c p e p t i d e ) 。人参中有一种1 4 肽具 有强烈的抗脂解活性。 由以上种种可见，多肽具有极其重要的作用，比一般药物具有更多的优点 华东师范大学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 与应用价值。从对生物体的生理影响来看，肽优于低聚糖等物质。因为多糖类 物质的分子量很大，一般都具有难以消化的特性；而肽类活性物质分子量相对 较小，比较容易消化吸收和利用，不管是吸收机制、活性强度还是活性多样性， 肽均优于多糖类物质。 1 2 多肽合成的意义 目前，生物学家以及基因工程的研究者都热衷于研究活性多肽结构与功能 的关系，了解多肽中哪些氨基酸系列是活性所必需的，从而以更短的多肽取代 之：或者用不同的氨基酸去置换活性多肽中的有关氨基酸，以提高其生理活性； 还通过置换某种氨基酸，改变或获得单一生理活性物质，减少临床的不良反应。 这些非天然多肽的合成往往不能够依靠生物技术进行。过去，多肽的获得主要 依赖于蛋白质的水解。但是，这种方法得到的多肽种类受到很大的限制，也阻 碍人们寻找更多药效更强的非天然药物多肽。多肽化学合成方法的出现，尤其 是固相合成法的诞生正好弥补了这一缺陷。另一方面，从寻找新药的角度看， 多肽化学合成方法的重要性更加不容置疑。 自1 9 5 3 年人工合成了第一个有生物活性的多肽催产素以后，整个2 0 世纪 5 0 年代主要精力集中于脑垂体所分泌的各种多肽激素的研究并取得了很大的进 展。到6 0 年代，研究的重点转移到由下丘脑所形成的激素释放因子和释放激素 抑制因子，这是一类典型的神经细胞所分泌的活性肽，亦称神经肽。7 0 年代， 脑啡肽及脑中其他阿片样肽的相继发现，使神经肽的研究进入高潮，在研究脑 活性肽( 脑肽) 的同时，胃肠激素的研究也十分活跃，是发展较快的一个领域。 胃肠道已不仅是体内重要的消化器官，也是体内最大的内分泌器官，胃肠激素 已成为机体调节系统中的一个重要成分。近几年来，由于发现了很多肽类激素 既存在于神经系统中，也存在于胃肠道黏膜内，因而称之为脑肠肽( b r a i n g u t p e p t i d e s ) ，这种活性肽的双重分布现象引起了神经学家、内分泌学家、生化学 家和临床工作者的极大兴趣。随着各学科在脑一肠肽这一领域中的通力协作和研 究，可以预料，人们对体内重要神经一内分泌调节机制的认识将会更加深入。在 实际应用上，希望能够获得一些活性多肽用于治疗至今无法或很难治疗的疾病， ，5 华东师范大学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 这将为脑一肠肽一类新型的多肽药物的应用开辟广阔的前景。 目前已经实现生产，结构又清楚的多肽激素和活性肽，有垂体多肽、缩宫 素、加压素等。垂体中叶中含有a 促黑色细胞素( 1 3 肽) 1 3 - 促黑色细胞素( 1 8 肽) ，原苏联早期将其提取物做成滴眼剂，提高视网膜的功能。消化道多肽有促 胰液素( 2 7 肽) 和从猪十二指肠中提取的多肽激素。缩胆囊素( 3 2 肽) 可治疗 胆绞痛。四肽和王肽胃泌素是人工合成品。胰高血糖素( 2 9 肽) 美国药典己收 载，丹麦也有生产。s q l 4 2 2 5 是合成肽，用于原发性及肾 生高血压。降钙素( 3 2 肽) 、胸腺素a l ( 2 8 肽) 、胸腺生成素i i ( 4 9 肽) 。生长抑素( 1 4 肽) ，还有舒 缓激肽( 8 肽) 、蛙皮降压肽( 8 肽) 等都是人工合成的多肽药物。这些成功的 先例在临床上的广泛应用说明了多肽合成的进一步发展将会进一步推动医药事 业的发展。 1 3 保护氨基酸的重要作用 化学合成多肽就是合成就是把氨基酸按照一定的排列顺序连接起来。氨基 酸在中性条件下是以两性离子的形式存在的，因此在一般情况下，氨基酸之间 的直接缩合成肽键是难于进行的。而相应的氨基酸酯反应活性较高。但是，由 于氨基酸之间的缩合并没有定向性，采用任意聚合的方法是不行的，只能采取 逐步缩合的方法进行缩合。即在氨基酸被连接成肽之前，先把不需要参加反应 的氨基或羧基暂时保护起来，然后再进行缩合。否则，在氨基酸缩合的过程中 会发生很多副反应，想要按照我们的意愿得到固定序列的多肽几乎是不可能的。 可见，在多肽合成过程中基团的保护相当重要。 部分氨基酸还含有侧链官能团，如丝氨酸、苏氨酸的羟基，半胱氨酸的巯 基，酪氨酸的酚羟基，天冬氨酸的b 羧基和谷氨酸的v 羧基，赖氨酸的e 氨基， 精氨酸的胍基，天冬酰胺的6 酰氨基和谷氨酰胺的y 酰氨基，胱氨酸和蛋氨酸 的硫醚键，组氨酸的咪唑环和色氨酸的吲哚环等。这些侧链官能团性质活泼， 有的甚至比氨基和羧基具有更高的反应活性。在这种情况下，不管是多肽的固 相合成还是液相合成，为了避免副反应的发生，同样需要选择合适的保护基团 把氨基酸侧链官能团暂时保护起来。随着多肽合成的不断发展，、保护氨基酸需 华东师范大学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 求量越来越大，已逐渐成为一类重要的有机合成中间体。 1 4 丝氨酸醚类衍生物的应用价值 含有侧链羟基的丝氨酸看似结构简单，但是，把侧链羟基保护起来还是十 分必须的。否则，在后面的反应中，各种副反应就会接踵而来。 例如，当丝氨酸的羧基被活化或者是成肽的缩合反应较慢以及羧基组分过 量较多时，会发生由侧链羟基所带来的副反应。例如，z s e r n 3 会发生如 s c h e m e l 1 的反应( 1 ，。在z - s e r 和对硝基酚用d c c 缩合以制备相应的对硝基苯 z 州c b h - 删c o n ，一z h c h - - n h = c 一z 州c h f l oi“l c h ，0 hc h ，o h1 t 上 酯时，主要生成了z - s e r ( z s e r ) 一o n p ( 。当p h e - s e t - p r o p h e m g 0 2 ) o b z l 同1 _ 3 当量的a c - p r o p r o ，g l y o n p 在有三乙胺存在下反应时发现部分丝氨酸的羟基被 酰化。此外，肽在皂化时，如果含有的丝氨酸带有游离羟基就容易有断链的危 险。为了避免以上种种由于侧链羟基的存在而招致的副反应，有时候也为了改 变反应物与产物的溶解性，特别是在固相肽合成反应中一般都会用大过量羧基 组分的，此时，对丝氨酸侧链进行预先保护较为适宜。 一般来说，丝氨酸侧链羟基会被保护成醚的形式。保护以后的丝氨酸醚不 仅仅是多肽合成的中间体，还各有不同的用途。比如说，丝氨酸与赖氨酸、苯 丙氨酸等成肽时，均需要先制得丝氨酸叔丁醚s e v ( b u ) ，由它作中间体制得的 肽基杂环酮可以用作体内类胰蛋白酶的抑制剂，从而可以用于预防治疗某些炎 症( 3 ) 。作为制各降血钙素中间体的去氨基九肽( 4 中( 如图1 2 ) ，丝氨酸的羟基 。芏跚如n伽焉?m。chva卜m_0hch h 2 c 一2 - c h 2 - c h 2 一魄 华东师范大学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 也被保护成叔丁醚。人工合成的保护十四肽( 图1 3 ) ，是胰蛋白酶7 5 8 8 的碎 片，同样含有丝氨酸叔丁醚。 a d o c h i s ( a d o c ) - t n , 一a s n s e r ( b u t ) 一t y r ( b u t ) 一c y s ( b u ) 一t h r ( b u ) - t h r ( b u ) 一t h r ( b u ) h i s t h r ( b u ) - p h e - v a l - l y s ( b o c ) 一o b u 图1 3 尽管丝氨酸叔丁醚对催化氢化、碱皂化和肼解条件稳定，但能够用 h c l t f a ( 室温3 0 分钟1 ( 5 ) 、t f a ( 室温数小时) ( 6 - 8 ) 、或浓盐酸0 处理1 0 分钟 ( 姊等酸解条件脱去。而与之相互补充的丝氨酸甲醚在酸性条件下比丝氨酸叔丁 醚具有更高的稳定性。2 5 。c 下，在t f a c h 2 c 1 2 = 1 3 ( v v ) 的强酸性环境中稳定存 在7 2 小时不分解；0 。c 下，在纯t f a 中也可以保存4 小时而不发生任何变化。 在3 n 的对甲苯磺酸溶液中，连蛋白质也会彻底水解，但丝氨酸甲醚依然稳定( ”) 。 在通过固相合成制备含有丝氨酸醚的多肽时，丝氨酸甲醚的这种高稳定性意义 重大。 此外，丝氨酸甲醚有着别的丝氨酸衍生物所不能比拟的应用价值。在含有 丝氨酸的多肽或蛋白质中，由于丝氨酸侧链羟基的存在使得大分子内能够形成 氢键。在氢键形成的时候，丝氨酸侧链羟基既可以作为质子的供体又可以作为 质子的受体。但将丝氨酸的侧链羟基保护成甲醚以后，所得到的丝氨酸甲醚就 只可以接受质子，从而导致了大分子活性发生很大的变化，这一点引起了人们 的兴趣，使得丝氨酸甲醚作为丝氨酸和苏氨酸的类似物被广泛应用于多肽的固 相合成，在核糖核酸酶a 的新型衍生物中的应用尤为多见( 1 0 ) a 。另外一方面，丝 氨酸甲醚本身还是一个重要的医药中间体。如图1 - 4 ，化合物一是目前正在研究 的抑制水肿药物( 1 0 ) b ，其合成过程中的一个重要中问体就是d l 丝氨酸甲醚。 化合物一 图1 4 c 1 华东师范大学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 遗憾的是，在众多的丝氨酸醚保护产物中，甲醚相对少见。这是因为目前 合成各种丝氨酸醚类衍生物主要以丝氨酸为原料，若想把丝氨酸侧链羟基保护 成甲醚，就需要用比较昂贵的碘甲烷或者是不利于工业生产的c h 2 n 2 ，后处理 麻烦，分离困难，而且合成路线长，需要进行多个保护与脱保护反应，这样的 路线在技术上和成本上均没有多大的优势可言。这更使得丝氨酸醚类衍生物的 研究，尤其是丝氨酸甲醚的合成研究吸引着众多化学工作者的兴趣。 1 5 光学活性丝氨酸衍生物的化学合成 具有光学活性的丝氨酸处于氨基酸代谢的中间位置，它参与许多生物物质 的合成，如甘氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸、色氨酸、等氨基酸，嘌呤、胸腺嘧啶 之类的核酸碱基，磷脂酰丝氨酸、鞘磷脂等磷脂等等，其代谢运转速度极快。 而且，l - 丝氨酸在食品、化妆品、医药方面的应用非常广泛。例如，丝氨酸衍 生物环丝氨酸是一种抗生素，可用于治疗结核病；偶氮丝氨酸作为一种抗癌剂 治疗肿瘤，也作为谷氨酰胺的抗代谢物，可以用于治疗白血病和柯杰金氏病等。 遗憾的是，光学活性丝氨酸虽然具有重要生理活性，但是它的不对称化学 合成至今仍未能够实现。目前，丝氨酸的化学合成仅限于外消旋体的制备，光 学活性丝氨酸一般都是通过生物提取或者对d l - 丝氨酸进行拆分得到的。例如， l - s e r ( b z l ) - - 般通过以下两种方法来制备：( 1 ) 先制得a c d l s e r ( b z l ) ，然后再 舟高峰淀粉酶中的酰化酶来进行拆分( 6 ) ( “) 从而得到目标物；( 2 ) 先合成 f o r - d l s e r ( b z l ) ，然后再用番木鳖碱进行化学拆分( “。通过拆分的方法得到光 学活性化合物是不得以而为之的办法。随着手性技术迅速发展，不对称合成逐 渐成为化学、医药工业可持续发展的关键技术。若能够找到普适性强的催化不 对称合成方法实现丝氨酸醚类衍生物的不对称合成，那将会是该化合物化学合 成上的一个重大突破。 华东师范大学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 第二章d l 丝氨酸醚类衍生物的合成方法研究 2 1 前言 丝氨酸( s e r ) 侧链上含有活性较高的伯羟基，利用它合成多肽药物时必须 预先将侧链羟基保护，以避免副反应的发生。常见的丝氨酸侧链保护有苄基保 护、叔丁基保护、甲基保护几种。其中，丝氨酸甲醚除了可用作多肽合成中间 体以外，还可以用于非天然多肽的合成，而且它本身还是一个医药中间体。因 此，丝氨酸醚类衍生物的合成研究意义重大。 2 1 1 丝氨酸醚类衍生物合成方法比较 丝氨酸醚类衍生物有着重要的作用，其合成方法屡见报道，合成路线则 各有优劣。文献报道的丝氨酸甲醚、叔丁醚的合成方法，主要有以下几种： ( 一) 丝氨酸甲醚 文献报道合成丝氨酸甲醚的路线有以下三种。 1 。+ 州谂o 一 o 0 仑段 0 八h o 警、。斗。h ( 2 ) h c l u h u h n 0 2 s c h e m e2 1 1 s c h e m e2 1 1 ( 1 刁在丝氨酸的羟基保护中需要用到的甲基化试剂重氮甲烷有 。 华东师范大学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 爆炸的危险；其次，该路线步骤繁琐；p d c 脱去酯的保护基时生成对甲苯胺， 用重结晶的办法很难除去。所以后来又有人设计了一条比较简单的路线，只需 三步就可以合成出目标产物( 1 8 ) 2 絮 h 。堍hj 挚 。v。h篙筹i。nhb o c n h b o c 、。 。 s c h e m e2 1 2 n h 2 o h 但是，s c h e m e2 1 2 并不是尽善尽美的。首先，由于氨基与羟基同时具有 亲核性，氨基同样可以甲基化，它与羟基甲基化形成竞争反应。为了避免这样 的情况，氨基必须预先保护起来，这使得合成步骤平添了氨基的保护与脱保护。 其次，羟基甲基化反应的速度较慢，反应温度低，能耗非常大；而且需要用醇 钠作碱，导致反应过程中对水对氧比较敏感，反应条件苛刻，收率也未如理想； 醇钠需要现做现用，不太方便。但是如果改用氢化钠作碱的话，则保护氨基上 还会有甲基化的危险。再者，反应后处理麻烦，产物与原料分离困难。此外， 所用的试剂如b o c 酐、碘甲烷等，价格比较昂贵，而且，碘甲烷毒性很高。凡 此种种，导致s c h e m e2 1 2 在工业生产上没有太大的竞争力。 3 使用醋酸汞，对丙烯酸甲酯进行加成( 1 6 ) 8 七 醇对烯烃双键的加成反应在醋酸汞的参与下，区域选择性比较强，这就是 烷氧汞化脱汞反应的优点所在。丙烯酸甲酯在醋酸汞和甲醇的作用下，预先引 入酯基0 位的甲氧基( s c h e m e2 1 3 ) ，一方面避免了如s c h e m e2 1 1 和s c h e m e 2 1 2 那样对丝氨酸进行保护以及脱保护，另一方面也避免了羟基甲基化的麻烦。 。p毗 华东师范大学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 妓o 警小 h g o a c 批且。节o 讹且。小o h g b r 0 h 旦b b r ! 婆! 詈 0 h d 1 一丝氨酸甲醚 该方法制各丝氨酸甲醚比较方便，但是，剧毒品由于醋酸汞和液溴的大量 使用导致该路线对生产设备要求高，环保费用增大，给工业生产带来很多不方 便之处。 ( 二) 丝氨酸叔丁醚 丝氨酸叔丁醚的合成路线像丝氨酸甲醚一样，对羧基和氨基分别进行保护， 然后在异丁烯的作用下把羟基保护起来，最后进行脱保护得到。文献报道的合 成路线的不同之处主要在于所选用的羧基和氨基保护基有一定的差别。 s c h e m e 2 1 4 是w i i s c h 等人报道的合成路线( 1 ”。该路线从工业生产的角度 来看存在一些缺点，如对硝基苄溴与p d c 的价格昂贵，催化氢化同时脱除苄氧 羰基和对硝基苄酯时会生成难以除去的对甲苯胺等。 华东师范大学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 o | | h o 个o h 壁! g -h 赶 n a o h ，n a 2 c 0 3 2 0 h 。卜。1 队，二羔 r r n ) = o 2 浓i t 2 s 0 4 o 一位n 眈 b n o 业_ 蔓- b u l o 、丫k o h c h 3 u h ，h u a 。 n h 2 曲z a ：旷。 本课题组对这一化合物的合成路线作出了重大的修改，设计了一条易于实 现工业化的路线，通过羧基酯化、氨基保护、羟基成醚、甲酯皂化水解、催化 氢解苄氧羰基五步反应，成功地合成了丝氨酸叔丁醚。各步骤的反应条件优化 以后，路线总产率可达4 6 ，在国内首次成功地实现了丝氨酸叔丁醚的工业化 ( 2 “。其合成路线如下： o h 。憾。h 蔷h 墨b u 浓h 2 s 0 4 o 器酣畦。h 0 鬻h h c l n a o h ( a q 2 b u c h 3 0 h 学 。卜毗 。禽 0 华东师范大学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 2 1 2d l - 丝氨酸的化学合成方法比较 从上一部分的介绍可以看出，沿用传统的合成路线合成d l 丝氨酸醚类衍 生物，必须先制备d l 丝氨酸。文献报道d l - 丝氨酸的化学合成主要有以下几 种方法( ”) ：氯乙醛法、甘氨酸法、丙烯酸甲酯法( 1 6 ) ( 2 1 ) 和丙烯腈法( 。 1 氯乙醛法 该方法以氯乙醛为起始原料，使用氰化钠对羰基进行加成从而引入羟基， 然后让氰基在强酸性条件下水解，最后通过盖布瑞尔法，或者在一定的温度和 压力下用氨水直接进行氨解得到丝氨酸。如s c h e m e 2 1 6 所示。 c 1 c h 2 c h o 骂c 1 c 。h c h 2 0 h 土c 1 c h c h 2 0 h oc n c 。o o h h 2 n p o “ r ，o 紫，i j 8 0 。 。，、豸 0 1 11 21 3 图3 1 4 ( 2 ) 手性亚胺盐催化的不对称环氧化 h a n q u e t 等一5 ) 曲发现过氧亚胺盐能有效地将氧原子转移到烯烃双键上得到 环氧化物，这种过氧亚胺盐能通过由催化量的亚胺盐和o x o n e 原位产生。 1 9 9 3 年，h a n q u e t 等首次制备出手性亚胺盐1 8 ，使t r a n s 一1 ，2 一二苯乙烯地 环氧化c e 值为3 3 。1 9 9 6 年，a g g a r w a l 等( 4 6 ) 设计了以联萘为手性骨架的亚胺 盐，对1 苯基环己烯环氧化c e 值可达7 1 。 ( 3 ) 手性胺为催化剂前体的不对称环氧化 2 0 0 0 年，a g g a r w a l 等发现简单的胺也能诱导烯烃的环氧化( 4 ”，如2 2 对苯 基环己烯环氧化产率为9 6 ，e e 值为5 7 。 有报道讨论过聚亮氨酸对不对称环氧化的催化作用，但是其催化原理一直 泠 义。 一 v o 盯巡 加 c：、太卒 华东师范大学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 没有一种观点可以得到大多数人的认同。目前最为人接受的解释是：由于聚亮 氨酸肽链的长度对环氧化产物的e e 值有着巨大的影响，肽链的长短直接决定了 聚亮氨酸的空间螺旋构型。因此，在反应体系中实螺旋状结构的肽链对环氧化 起到了不对称催化作用。 3 1 2 环氧化合物的不对称开环 ( 1 ) s a l e n m 催化剂简介 由j a c o b s e n 等人发展起来的一类西弗碱络和物催化剂( s a l e n ) m 配合物 不仅仅可以用于双键的不对称环氧化，在环氧化合物不对称开环领域也同 样受到人们的广泛关注( 2 4 ) “。其中，比较典型的结构如图3 1 5 所示，被称为 j a c o b s e n 催化剂。它可以用作末端环氧化合物不对称开环的催化剂。这种获得 光学活性化合物的方法普适性较强，对底物类型的限制性相对小一些，可以与 非官能团化的底物进行作用。 r r m = c g c o ，m n 等 图3 1 5 ( 2 ) j a c o b s e n 催化剂不对称开环原理简介 j a c o b s e n 催化剂不对称开环原理基于外消旋体的动力学拆分。催化剂中的 金属原子与环氧化合物中的氧原子产生配位作用，从而削弱了其中一根c 一0 键， 使得开环试剂容易对另外一根c 0 键进行亲核进攻。在催化剂大位阻配体空间 构型的影响，金属原子与两个对映体的配位作用强弱有所不同，因而开环试剂 对各个对映体进攻的难易程度就会不同，反应的快慢差异使得不对称开环得以 实现。目前应用较多的开环催化剂一般是金属c o 配位的。 华东师范太学2 0 0 5 年申请硕士学位论文 3 2 不对称合成催化体系的选择 3 2 1 丙烯酸甲酯不对称环氧化 不对称环氧化的催化体系有以下几种： ( 1 ) s h a r p l e s s 等人利用酒石酸- 钛络合物成功地进行了烯丙醇的高选择性不 对称环氧化，开创了不对称催化环氧化的先例。但是该